一种适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置的制作方法

本发明涉及电解制氢，具体涉及一种适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，对油田采出水进行电解制氢，制得的氢气用于油田站场加热炉燃烧供热。

背景技术：

1、目前常规的水电解制氢工艺有碱性水电解制氢、质子交换膜(pem)水电解制氢两种。

2、碱性液体电解水技术是以koh、naoh水溶液作为电解质，采用石棉布等作为隔膜，在直流电的作用下将水电解，生成氢气和氧气，产出的氢气纯度约为99％；碱性电解槽主要结构特征为液态电解质和多孔隔板，碱性电解槽的最大工作电流密度小于400ma/cm2，效率通常在60％左右。

3、pem水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性；电解质是链式聚合物，性能稳定，无腐蚀性液体存在，因而安全可靠，维修量小。但由于电解槽采用贵金属作为电催化剂，生产费用高。与碱性水电解制氢相比，pem水电解制氢工作电流密度更高，总体效率更高(70％～80％)，氢气体积分数更高(>99.99％)，动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性；但是投资和运行成本高仍然是pem水电解制氢亟待解决的主要问题。

4、碱性水电解制氢、质子交换膜水电解制氢存在以下问题：

5、1.对电解液中原料水的水质和纯度要求高，不能使用油田采出水电解制氢；

6、2.碱性水电解制氢电能消耗大、电解效率低；质子交换膜水电解制氢投资高。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置。

2、本发明公开了一种适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，包括：电解槽；

3、所述电解槽内盛有油田采出水，所述电解槽的槽壁上设有用于向所述电解槽内补入油田采出水的补液口；所述电解槽内设有隔膜，将所述电解槽分隔成阳极槽和阴极槽；所述阳极槽内设有阳极和氧气出口，所述阴极槽内设有阴极和氢气出口；

4、所述阳极和阴极的电极材料为镍基合金金属，所述电解槽内的油田采出水中添加咪唑啉-席夫碱-吡啶复合型缓蚀阻垢剂。

5、作为本发明的进一步改进，所述油田采出水的矿化度为(1～8)×104mg/l，钠离子浓度为(0.3-3)×104mg/l，钾离子浓度为(0.3-3)×104mg/l，镁离子浓度为100-700mg/l，钙离子浓度为50-500mg/l，含有的原油为≤5.0mg/l，含有的悬浮固体≤1.0mg/l、颗粒直径中值≤1.0μm。

6、作为本发明的进一步改进，所述阳极和阴极的电极材料为镍基合金金属。

7、作为本发明的进一步改进，按质量分数计，所述镍基合金金属中镍含量为56％，铬含量为16％，钼含量16％，铁含量12％。

8、作为本发明的进一步改进，按重量百分比计，所述咪唑啉-席夫碱-吡啶复合型缓蚀阻垢剂包括：咪唑啉60～80％、席夫碱10～20％、吡啶为10～20％。

9、作为本发明的进一步改进，所述咪唑啉-席夫碱-吡啶复合型缓蚀阻垢剂的加入量为30～50mg/l。

10、作为本发明的进一步改进，所述电解槽的箱体采用聚合物材质或内涂酚醛环氧涂料，聚合物材质为聚四氟乙烯。

11、作为本发明的进一步改进，所述隔膜为石棉隔膜。

12、作为本发明的进一步改进，所述电解槽的工作温度为70-80℃，压力为0.4-0.6mpa，产氢耗能4kw·h·m-3，制取的氢气经过气液分离后用于加热炉燃烧。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

14、本发明通过改进电极材料、添加新型缓蚀阻垢剂，形成适用于油田采出水电解的水电解制氢装置，解决了油田采出水无法直接电解的技术难题；可实现在直流电的作用下将油田采出水直接电解生成氢气和氧气，在满足油田站场用能和油田采出水处理的需求的同时降低了投资。

技术特征：

1.一种适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，其特征在于，包括：电解槽；

2.如权利要求1所述的适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，其特征在于，所述油田采出水的矿化度为(1～8)×104mg/l，钠离子浓度为(0.3-3)×104mg/l，钾离子浓度为(0.3-3)×104mg/l，镁离子浓度为100-700mg/l，钙离子浓度为50-500mg/l，含有的原油为≤5.0mg/l，含有的悬浮固体≤1.0mg/l、颗粒直径中值≤1.0μm。

3.如权利要求1所述的适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，其特征在于，所述阳极和阴极的电极材料为镍基合金金属。

4.如权利要求3所述的适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，其特征在于，按质量分数计，所述镍基合金金属中镍含量为56％，铬含量为16％，钼含量16％，铁含量12％。

5.如权利要求1所述的适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，其特征在于，按重量百分比计，所述咪唑啉-席夫碱-吡啶复合型缓蚀阻垢剂包括：咪唑啉60～80％、席夫碱10～20％、吡啶为10～20％。

6.如权利要求1所述的适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，其特征在于，所述咪唑啉-席夫碱-吡啶复合型缓蚀阻垢剂的加入量为30～50mg/l。

7.如权利要求1所述的适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，其特征在于，所述电解槽的箱体采用聚合物材质或内涂酚醛环氧涂料，聚合物材质为聚四氟乙烯。

8.如权利要求1所述的适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，其特征在于，所述隔膜为石棉隔膜。

9.如权利要求1所述的适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，其特征在于，所述电解槽的工作温度为70-80℃，压力为0.4-0.6mpa，产氢耗能4kw·h·m-3，制取的氢气经过气液分离后用于加热炉燃烧。

技术总结本发明公开了一种适用于油田采出水电解的橇装水电解制氢装置，其包括：电解槽；电解槽内盛有油田采出水，电解槽的槽壁上设有用于向电解槽内补入油田采出水的补液口；电解槽内设有隔膜，将电解槽分隔成阳极槽和阴极槽；阳极槽内设有阳极和氧气出口，阴极槽内设有阴极和氢气出口；阳极和阴极的电极材料为镍基合金金属，电解槽内的油田采出水中添加咪唑啉‑席夫碱‑吡啶复合型缓蚀阻垢剂。本发明通过改进电极材料、添加新型缓蚀阻垢剂，形成适用于油田采出水电解的水电解制氢装置，解决了油田采出水无法直接电解的技术难题；可实现在直流电的作用下将油田采出水直接电解生成氢气和氧气，在满足油田站场用能和油田采出水处理的需求的同时降低了投资。技术研发人员：邵艳波,申文鹏,南子龙,张志贵,张朝阳,于红侠,林俊岭,石丽芳,赵小薇受保护的技术使用者：中国石油工程建设有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11