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一种基于膜法淡化的海水制氢系统

  • 国知局
  • 2024-07-29 12:45:00

本发明涉及海水制氢,具体涉及一种基于膜法淡化的海水制氢系统。

背景技术:

1、海水电解制氢具有广阔的发展前景,现有的海上制氢系统多为海水间接制氢技术,是将海水先淡化形成高纯度淡水再制氢,但是淡化装置成本投入大,需要额外消耗电力。海水直接制氢的路线主要通过电解水制氢或光解水制氢方式制取,但海水中所含有的大量离子、微生物和颗粒等杂质,会导致制取氢气时产生副反应竞争、催化剂失活、隔膜堵塞等问题。因此,需要设计一种可长期稳定可靠运行节能的海水制氢系统。

2、专利cn116752166a公开了一种漂浮式海上制氢系统,所述系统包括漂浮式制氢平台,配置于所述漂浮式制氢平台上的海水淡化装置、电解制氢装置、氢气压缩装置和高压氢气储罐;所述海水淡化装置将海水转化为满足制氢要求的淡水,并通过纯水管道将淡水输送至所述电解制氢装置;所述电解制氢装置消纳周边风电和光伏电力电解淡水生成氢气,并将氢气通过氢气管道输送至所述氢气压缩装置;所述氢气压缩装置将低压氢气压缩为预设压强的压缩氢气,并将压缩氢气通过高压氢气管道输送给所述高压氢气储罐中存储。

3、然而上述现有技术使用海水间接制氢技术,即选用外部ro反渗透装置进行海水淡化,淡化成本高,投入大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足,提出一种基于膜法淡化的海水制氢系统,解决现有技术中使用海水间接制氢技术,即选用外部ro反渗透装置进行海水淡化,淡化成本高,投入大的技术问题。

2、为达到上述技术目的,本发明采取了以下技术方案:

3、本发明提供了一种基于膜法淡化的海水制氢系统,包括:

4、海水淡化模块,包括第一容器和第二容器,所述第二容器设于所述第一容器的内部,所述第二容器用于装入电解质溶液,所述第一容器的周侧设有海水滤网,用于供海水进入所述第一容器,所述第二容器的外周包覆有疏水透气膜,所述第一容器内海水的蒸汽压力大于所述第二容器内电解质溶液的蒸汽压力,以使得所述第一容器内的海水产生的水蒸气自所述疏水透气膜进入所述第二容器内;以及

5、制氢模块,与所述第二容器连接,所述制氢模块用于通过所述第二容器提供的淡水制氢气。

6、在一些实施例中,所述疏水透气膜为疏水聚四氟乙烯膜。

7、在一些实施例中,所述制氢模块包括电解水制氢模块和光解水制氢模块,所述第二容器通过电解质溶液循环泵分别与所述电解水制氢模块和所述光解水制氢模块连接,以分别向所述电解水制氢模块和所述光解水制氢模块输送电解质溶液。

8、在一些实施例中,所述光解水制氢模块包括光解槽、聚光器、分光镜、光伏电池板,所述聚光器、所述分光镜和所述光解槽自上至下间隔布设,所述光伏电池板位于所述光解槽的旁侧,所述聚光器用于汇聚太阳光并照射至所述分光镜,所述分光镜用于将光线分为一级光和二级光,并将一级光照射至所述光解槽内进行制氢,将二级光照射至所述光伏电池板,所述光伏电池板用于利用二级光进行发电。

9、在一些实施例中,电解水制氢模块包括电解槽和换热管组,所述电解槽用于电解水制氢,所述换热管组用于收集所述电解槽产生的热量。

10、在一些实施例中,所述基于膜法淡化的海水制氢系统还包括储氢模块,所述储氢模块包括依次连接的氢气冷却器、氢气干燥器以及固态储氢罐,所述氢气冷却器与所述制氢模块连接,所述氢气冷却器用于冷却氢气,所述氢气干燥器用于干燥氢气,所述固态储氢罐用于存储氢气。

11、在一些实施例中,所述基于膜法淡化的海水制氢系统还包括氢气后处理模块,所述氢气后处理模块包括二氧化碳捕集制甲醇模块和氢气制氨模块,所述氢气干燥器分别连接所述二氧化碳捕集制甲醇模块和所述氢气制氨模块,所述二氧化碳捕集制甲醇模块用于将所述制氢模块生产的氢气再处理生成甲醇,所述氢气制氨模块用于将所述制氢模块生产的氢气再处理生成氨气。

12、在一些实施例中,所述的二氧化碳捕集制甲醇模块包括二氧化碳捕集装置和二氧化碳催化加氢制甲醇装置;

13、所述二氧化碳捕集装置包括分离器、引风机、吸收塔、富液泵、贫液泵、贫液冷却器、贫富液换热器、再生塔和溶液煮沸器;所述分离器、所述引风机、所述吸收塔的第一入口依次连接,所述吸收塔的出口、所述富液泵、所述贫富液换热器的冷侧和所述再生塔的入口依次连接,所述再生塔的第一出口、所述贫富液换热器的热侧、贫液泵、贫液冷却器和所述吸收塔的第二入口依次连接,所述再生塔的第二出口与所述溶液煮沸器连接,所述吸收塔内存储有复合胺吸收剂;

14、所述二氧化碳催化加氢制甲醇装置包括依次连接的第一压缩机、换热器、甲醇反应器、减压阀、冷凝器、闪蒸罐和精馏塔,所述第一压缩机与所述二氧化碳捕集装置和所述制氢模块连接。

15、在一些实施例中,所述氢气制氨模块包括psa制氮装置、第二压缩机、热交换器、商业氨合成塔、海水泵、氨冷器、氨闪蒸罐、气氨分离罐、液氨储存罐,所述psa制氮装置、所述第二压缩机、所述热交换器的冷侧和所述商业氨合成塔的进口依次连接,所述商业氨合成塔的出口、所述热交换器的热侧、所述氨冷器的热端、所述氨闪蒸罐、所述气氨分离罐和所述液氨储存罐依次连接,所述海水泵与所述氨冷器的冷端连接,所述固态储氢罐与所述第二压缩机连接。

16、在一些实施例中,所述基于膜法淡化的海水制氢系统还包括余热利用模块,所述余热利用模块包括有机朗肯循环发电模块和热电发电模块,所述有机朗肯循环发电模块用于利用所述制氢模块产生的热量进行发电,所述热电发电模块用于利用所述制氢模块产生的温差进行发电。

17、与现有技术相比,本发明提供的基于膜法淡化的海水制氢系统,所述第二容器设于所述第一容器的内部,所述第二容器用于装入电解质溶液,所述第一容器的周侧设有海水滤网,用于供海水进入所述第一容器,所述第二容器的外周包覆有疏水透气膜,所述第一容器内海水的蒸汽压力大于所述第二容器内电解质溶液的蒸汽压力,以使得所述第一容器内的海水产生的水蒸气自所述疏水透气膜进入所述第二容器内,所述制氢模块与所述第二容器连接,使用时,利用海水蒸汽压力(3.1kpa)大于电解质溶液蒸汽压力(1.9kpa)的原理,使所述第一容器内的海水自发蒸发变为水蒸气,穿过所述疏水透气膜并被所述第二容器内的电解质溶液吸收,从而实现无电能消耗的海水淡化,然后再将所述电解质溶液输送至所述制氢模块内,通过所述制氢模块利用电解质溶液制取氢气,本申请利用膜技术实现海水自发蒸发淡化,无需消耗额外电源即可为电解质溶液补充淡水,显著降低了海水制氢的综合成本。

18、上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如下。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

技术特征:

1.一种基于膜法淡化的海水制氢系统,其特征在于,其包括:

2.根据权利要求1所述的基于膜法淡化的海水制氢系统,其特征在于,所述疏水透气膜为疏水聚四氟乙烯膜。

3.根据权利要求1所述的基于膜法淡化的海水制氢系统,其特征在于,所述制氢模块包括电解水制氢模块和光解水制氢模块,所述第二容器通过电解质溶液循环泵分别与所述电解水制氢模块和所述光解水制氢模块连接,以分别向所述电解水制氢模块和所述光解水制氢模块输送电解质溶液。

4.根据权利要求3所述的基于膜法淡化的海水制氢系统,其特征在于,所述光解水制氢模块包括光解槽、聚光器、分光镜、光伏电池板,所述聚光器、所述分光镜和所述光解槽自上至下间隔布设,所述光伏电池板位于所述光解槽的旁侧,所述聚光器用于汇聚太阳光并照射至所述分光镜,所述分光镜用于将光线分为一级光和二级光,并将一级光照射至所述光解槽内进行制氢,将二级光照射至所述光伏电池板,所述光伏电池板用于利用二级光进行发电。

5.根据权利要求3所述的基于膜法淡化的海水制氢系统,其特征在于,电解水制氢模块包括电解槽和换热管组,所述电解槽用于电解水制氢,所述换热管组用于收集所述电解槽产生的热量。

6.根据权利要求1所述的基于膜法淡化的海水制氢系统,其特征在于,所述基于膜法淡化的海水制氢系统还包括储氢模块,所述储氢模块包括依次连接的氢气冷却器、氢气干燥器以及固态储氢罐,所述氢气冷却器与所述制氢模块连接,所述氢气冷却器用于冷却氢气,所述氢气干燥器用于干燥氢气,所述固态储氢罐用于存储氢气。

7.根据权利要求6所述的基于膜法淡化的海水制氢系统,其特征在于,所述基于膜法淡化的海水制氢系统还包括氢气后处理模块,所述氢气后处理模块包括二氧化碳捕集制甲醇模块和氢气制氨模块,所述氢气干燥器分别连接所述二氧化碳捕集制甲醇模块和所述氢气制氨模块,所述二氧化碳捕集制甲醇模块用于将所述制氢模块生产的氢气再处理生成甲醇,所述氢气制氨模块用于将所述制氢模块生产的氢气再处理生成氨气。

8.根据权利要求7所述的基于膜法淡化的海水制氢系统,其特征在于,所述的二氧化碳捕集制甲醇模块包括二氧化碳捕集装置和二氧化碳催化加氢制甲醇装置;

9.根据权利要求7所述的基于膜法淡化的海水制氢系统,其特征在于,所述氢气制氨模块包括psa制氮装置、第二压缩机、热交换器、商业氨合成塔、海水泵、氨冷器、氨闪蒸罐、气氨分离罐、液氨储存罐,所述psa制氮装置、所述第二压缩机、所述热交换器的冷侧和所述商业氨合成塔的进口依次连接,所述商业氨合成塔的出口、所述热交换器的热侧、所述氨冷器的热端、所述氨闪蒸罐、所述气氨分离罐和所述液氨储存罐依次连接,所述海水泵与所述氨冷器的冷端连接,所述固态储氢罐与所述第二压缩机连接。

10.根据权利要求1所述的基于膜法淡化的海水制氢系统,其特征在于,所述基于膜法淡化的海水制氢系统还包括余热利用模块,所述余热利用模块包括有机朗肯循环发电模块和热电发电模块,所述有机朗肯循环发电模块用于利用所述制氢模块产生的热量进行发电,所述热电发电模块用于利用所述制氢模块产生的温差进行发电。

技术总结本发明公开了一种基于膜法淡化的海水制氢系统,包括海水淡化模块和制氢模块,所述海水淡化模块包括第一容器和第二容器,所述第二容器设于所述第一容器的内部,所述第二容器用于装入电解质溶液,所述第一容器的周侧设有海水滤网,用于供海水进入所述第一容器,所述第二容器的外周包覆有疏水透气膜,所述第一容器内海水的蒸汽压力大于所述第二容器内电解质溶液的蒸汽压力,以使得所述第一容器内的海水产生的水蒸气自所述疏水透气膜进入所述第二容器内;所述制氢模块与所述第二容器连接。本申请利用膜技术实现海水自发蒸发淡化,无需消耗额外电源即可为电解质溶液补充淡水,显著降低了海水制氢的综合成本。技术研发人员:吕松,杨一帆,林建欣,黄悦翔,欧阳宏博,徐俊扬,黄泽楷,郭永涵受保护的技术使用者:武汉理工大学技术研发日:技术公布日:2024/7/15

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