一种PEM水电解制氢分离系统的制作方法

本技术涉及水电解制氢分离，尤其涉及一种pem水电解制氢分离系统。

背景技术：

1、电解水制氢作为极具发展潜力的绿色制氢技术，现阶段主流商业化路线可分为：碱性电解水制氢和pem电解水制氢两种。相比碱性制氢系统，pem电解水制氢作为较新兴的技术路线，具有高性能、环保等突出优势，但面临设备成本高导致制氢成本高的难题，限制了产业化推广；pem电解水制氢的成本主要由电解槽成本(’60％)和制氢系统成本(’40％)两大部分构成。制氢系统成本中，分离系统由于承担着分离电解槽出口的气液分离、冷却、水循环等重要功能，占据制氢系统的主要成本构成；目前商用化的pem制氢分离系统，无论pem电解槽的功率大小，大多均延用大标方(≥200nm3/h)碱性制氢的复杂分离体系，不仅未发挥pem制氢不含碱液、动态响应快、占地小的优势，更增加了不必要的系统成本。

2、现阶段，商用0’200nm3/hpem电解水制氢分离系统主要完全延用成熟的碱性电解水制氢分离系统，存在以下缺点：

3、1.氢气侧和氧气侧双侧电解液(纯水)循环。

4、2.氢气侧和氧气侧双侧一级分离后的纯水均回收，经过冷却、过滤处理后再次进入电解槽阳极电解。

5、3.电解槽氢气侧气液混合物需要经过一级分离器、换热器和二级分离器后再进入纯化系统进一步纯化后得到产品氢气(纯度≥99.99％)。

6、4.电解槽氧气侧气液混合物同样需要经过一级分离器、换热器和二级分离器后，再进行排空处理。

7、5.氢气侧和氧气侧双侧设置同样规格大小的一级分离器。

8、目前的方案没有突出pem电解水制氢的优点，氢、氧双侧气液分离效率很低，流程复杂，众多不必要的压力容器(分离器、换热器)、阀门、仪表和不锈钢管路的设置极大的增加了分离系统的体积和制造成本，因此，针对pem制氢的主流分布式制氢市场，结合0’200nm3/h pem电解槽的特征，对主流商用分离系统进行简化，在满足分离需求的前提下尽可能提高效率和降低成本，具有重要意义。

技术实现思路

1、为克服现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种pem水电解制氢分离系统。

2、本实用新型公开一种pem水电解制氢分离系统，包括电解槽、氢气侧分离系统、氧气侧分离系统和循环水系统，所述电解槽、氢气侧分离系统、氧气侧分离系统和循环水系统之间均通过管道连接；所述氢气侧分离系统包括氢侧分离器和氢侧换热器，所述氧气侧分离系统包括氧侧分离器，所述循环水系统包括循环水换热器和阳离子交换柱。

3、在此基础上，所述电解槽通过管道与氢侧分离器连接，所述氢侧分离器通过管道与氢侧换热器连接，所述氢侧换热器出口处连接有管道。

4、在此基础上，所述氧侧分离器上连接有进水管和排氧管道，所述电解槽、氧侧分离器循环水换热器和阳离子交换柱依次连接形成水循环。

5、在此基础上，所述氢侧分离器的体积小于氧侧分离器。

6、在此基础上，所述氢气侧分离系统为高压，所述氧气侧分离系统为常压。

7、在此基础上，所述氢侧分离器和氧侧分离器均采用重力分离器。

8、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：相较于原系统，省略了二级分离器，减少了一个步骤，但是提高了分离效率，原系统氢侧和氧侧均进行水循环回收，因氢侧出水量极少且水质差，回收意义不高且对过滤装置的损耗大，本系统只对氧侧分离系统设置水循环，提高了水循环的效率；相比于碱性电解水制氢系统，双侧需要除碱处理和碱液循环，而pem电解水制氢采用纯水电解，大部分纯水在氧侧循环，氢侧少量纯水(≤1.0nm3/h)因经过电解槽膜电极、碳纸等传质，包含较多易脱落的杂质成分(催化剂、碳粉等)，水质较差，本系统省略了对氢侧低品质纯水的回收，可提高循环效率，降低成本；结合pem制氢系统氢、氧侧气液混合物特点，新设计了两侧一级分离器体积需求，氢气侧分离系统为高压，氧气侧分离系统为常压，氢侧分离器的体积小于氧侧分离器，节省了成本。

技术特征：

1.一种pem水电解制氢分离系统，其特征在于：包括电解槽(1)、氢气侧分离系统、氧气侧分离系统和循环水系统，所述电解槽(1)、氢气侧分离系统、氧气侧分离系统和循环水系统之间均通过管道连接；所述氢气侧分离系统包括氢侧分离器(2)和氢侧换热器(3)，所述氧气侧分离系统包括氧侧分离器(4)，所述循环水系统包括循环水换热器(5)和阳离子交换柱(6)。

2.根据权利要求1所述的pem水电解制氢分离系统，其特征在于：所述电解槽(1)通过管道与氢侧分离器(2)连接，所述氢侧分离器(2)通过管道与氢侧换热器(3)连接，所述氢侧换热器(3)出口处连接有管道。

3.根据权利要求1所述的pem水电解制氢分离系统，其特征在于：所述氧侧分离器(4)上连接有进水管和排氧管道，所述电解槽(1)、氧侧分离器(4)循环水换热器(5)和阳离子交换柱(6)依次连接形成水循环。

4.根据权利要求1所述的pem水电解制氢分离系统，其特征在于：所述氢侧分离器(2)的体积小于氧侧分离器(4)。

5.根据权利要求1所述的pem水电解制氢分离系统，其特征在于：所述氢气侧分离系统为高压，所述氧气侧分离系统为常压。

6.根据权利要求1所述的pem水电解制氢分离系统，其特征在于：所述氢侧分离器(2)和氧侧分离器(4)均采用重力分离器。

技术总结本技术提供了一种PEM水电解制氢分离系统，包括电解槽、氢气侧分离系统、氧气侧分离系统和循环水系统，所述电解槽、氢气侧分离系统、氧气侧分离系统和循环水系统之间均通过管道连接；所述氢气侧分离系统包括氢侧分离器和氢侧换热器，所述氧气侧分离系统包括氧侧分离器，所述循环水系统包括循环水换热器和阳离子交换柱，本技术的有益效果是：相较于原系统，省略了二级分离器，减少了一个步骤，但是提高了分离效率，原系统氢侧和氧侧均进行水循环回收，因氢侧出水量极少且水质差，回收意义不高且对过滤装置的损耗大，本系统只对氧侧分离系统设置水循环，提高了水循环的效率。技术研发人员：李严,韩坤坤,吴亮受保护的技术使用者：上海电气集团股份有限公司技术研发日：20231012技术公布日：2024/6/13