一种低能耗电解水制氢系统和方法与流程

本发明涉及电解水制氢，具体涉及一种低能耗电解水制氢系统和方法。

背景技术：

1、随着氢能产业发展中长期规划的发布，氢能将成为未来能源发展的重要方向之一，被视为是实现“双碳”的必由之路。利用可再生能源电力电解水所产氢气被视为绿氢，被认为是氢气生产的最终方向。

2、水电解制氢系统的工作原理是浸没在电解液中的一对电极中间隔以防止气体渗透的隔膜而构成的水电解池，当通以一定的直流电时，水就发生分解，阴极析出氢气，阳极析出氧气。其总反应式如下：2h2o→2h2↑+o2↑

3、参加反应的水通常为纯水，需要脱盐水装置将自来水净化制得，通常工业自来水水温为10-20℃，为了脱盐水装置效率，需要加热器将温度升到25℃，此温度为渗透膜最佳工作温度。而电解制氢系统中会通入两路冷却水，一路进入碱液换热器，冷却循环碱液，从而使电解槽的工作温度维持在90-95℃；另一路通过球阀进入氢、氧洗涤器中，用来冷却气体，降低气体的含碱量和含水量，确保出口气体的温度不高于40℃。

4、由此可见，常规电解水制氢系统中采用循环冷却水装置，该装置能耗高，电解水制氢综合制氢能耗为0.3kwh/nm3。并且水处理花费大，使用冷却塔和脱盐水会产生大量的高盐度水，需污水处理厂处置，增加后期处理费用。另外，冬季脱盐水装置耗电量大，综合能耗相应增多。另外，由于工艺中冷却水是关键因素，循环冷却塔装置制约制氢工艺稳定性。综上所述，目前的前电解水制氢系统冷却水用量大、能耗高的问题，需要开发一种低能耗电解水制氢系统。

技术实现思路

1、为了解决目前电解水制氢系统冷却水用量大、能耗高的问题，本发明提出了一种低能耗电解水制氢系统和方法。上述目的可以是通过以下技术方案的实施方式实现：

2、一种低能耗电解水制氢系统，包括：

3、电解槽，用于电解水制氢；电解槽的电解液出口经过电解液出口换热器与气液分离罐连接；气液分离罐中的回流电解液经过回流换热器返回电解槽；

4、脱盐水装置，用于将自来水脱盐得到去离子水和高盐浓水；所述自来水经过电解液出口换热器换热后进入脱盐水装置；所述去离子水送入电解槽中进行电解；

5、废水零排放装置，用于净化处理高盐浓水形成净化水；所述高盐浓水经过回流换热器换热后进入废水零排放装置形成净化水，净化水送回至脱盐水装置。

6、可选的，所述电解液出口包括氢气出口和氧气出口，气液分离罐包括氢气液分离罐和氧气液分离罐。

7、可选的，所述自来水经过电解液出口换热器换热后进入自来水缓冲罐，自来水缓冲罐与脱盐水装置连接。

8、可选的，所述去离子水进入去离子水缓冲罐后再送入电解槽中进行电解。

9、可选的，所述去离子水进入氢气液分离罐，并随回流电解液进入电解槽中进行电解。

10、可选的，所述高盐浓水进入去高盐浓水缓冲罐后再送入废水零排放装置。

11、可选的，所述废水零排放装置采用低温蒸发器或多效蒸发器。

12、一种低能耗电解水制氢方法，包括如下步骤：

13、步骤1)自来水经过电解液出口换热器换热后进入脱盐水装置，脱盐水装置将自来水脱盐得到去离子水和高盐浓水；所述去离子水送入电解槽中进行电解；

14、步骤2)电解槽中电解得到的气体经过电解液出口换热器进入气液分离罐，气液分离罐中形成的回流电解液经过回流换热器返回电解槽；

15、步骤3)高盐浓水经过回流换热器换热后进入废水零排放装置形成净化水，净化水送回至脱盐水装置进行脱盐处理。

16、可选的，所述自来水经过电解液出口换热器换热后升温至20～25℃。

17、可选的，所述高盐浓水经过回流换热器换热后升温至40～50℃。

18、本发明技术方案，具有如下优点：

19、1.降低产氢能耗，热量综合利用使电解水制氢能耗综合能耗显著降低。

20、2.节水环保，将冷却塔和脱盐水会产生大量的高盐度水最大限度回收，降低后期污水处理费用。

21、3.增加稳定性，工艺中自来水和污水水温恒定，系统中不在依赖循环冷却塔装置稳定性。

22、4.电解液冷却系统进行多级换热，电解液热量稳定，可以使电解制备氢气过程工作状态稳定。

技术特征：

1.一种低能耗电解水制氢系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的低能耗电解水制氢系统，其特征在于，所述电解液出口包括氢气出口和氧气出口，气液分离罐包括氢气液分离罐和氧气液分离罐。

3.根据权利要求1所述的低能耗电解水制氢系统，其特征在于，所述自来水经过电解液出口换热器换热后进入自来水缓冲罐，自来水缓冲罐与脱盐水装置连接。

4.根据权利要求1所述的低能耗电解水制氢系统，其特征在于，所述去离子水进入去离子水缓冲罐后再送入电解槽中进行电解。

5.根据权利要求1所述的低能耗电解水制氢系统，其特征在于，所述去离子水进入氢气液分离罐，并随回流电解液进入电解槽中进行电解。

6.根据权利要求1所述的低能耗电解水制氢系统，其特征在于，所述高盐浓水进入去高盐浓水缓冲罐后再送入废水零排放装置。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的低能耗电解水制氢系统，其特征在于，所述废水零排放装置采用低温蒸发器或多效蒸发器。

8.一种低能耗电解水制氢方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的低能耗电解水制氢方法，其特征在于，所述自来水经过电解液出口换热器换热后升温至20～25℃。

10.根据权利要求8所述的低能耗电解水制氢方法，其特征在于，所述高盐浓水经过回流换热器换热后升温至40～50℃。

技术总结本发明公开了一种低能耗电解水制氢系统，包括：电解槽，用于电解水制氢；电解槽的电解液出口经过气体出口换热器与气液分离罐连接；气液分离罐中的回流电解液经过回流换热器返回电解槽；脱盐水装置，用于将自来水脱盐得到去离子水和高盐浓水；所述自来水经过气体出口换热器换热后进入脱盐水装置；所述去离子水送入电解槽中进行电解；废水零排放装置，用于净化处理高盐浓水形成净化水；所述高盐浓水经过回流换热器换热后进入废水零排放装置形成净化水，净化水送回至脱盐水装置。技术研发人员：赵雄,李晶,刘峻受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11