[發明專利]制氫系統

在審

• 申請號: 201610865291.X
• 申請日: 2016-09-29
• 公開（公告）號: CN107881522A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 關成志;肖國萍;彭程;王建強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/00
• 代理公司: 上海弼興律師事務所31283
• 代理人: 薛琦,羅朗

技術領域

本發明涉及一種制氫系統。

背景技術

氫氣作為一種能量載體在當前社會起著越來越重要的作用。目前整個世界對氫氣的消耗量超過5千萬噸，其中95％的氫氣是通過化石資源直接或者間接轉化而來，其余5％左右的氫氣則來自于電解水。在化石資源轉化過程中高純氫氣的制備往往以CO₂的排放為代價，因而化石資源本身氫含量從某種意義上來說決定了CO₂的排放量，例如以天然氣為原料制備氫氣過程可以排放較少的CO₂，而煤氣化制氫過程中CO₂的排放則遠大于前者。因而，只有當氫氣的制備過程不涉及CO₂排放的情形下，上述過程才有減排CO₂的意義。所以利用核能、風能、太陽能等清潔能源，通過電化學的方法將水分解成H₂和O₂過程是一個可行的方案。

與核電等清潔能源結合，主要有以下兩種途徑將水轉化成氫氣，一是直接利用電來電解水，目前已有成熟的商業化技術，但是其缺點是過程的效率較低，最先進的電解水過程的效率為28％左右，結合核電過程，整體效率為20-40％，目前常規的核電站即可應用此技術；二是通過高溫電解水蒸氣(High Temperature Steam Electrolysis，HTSE)技術來獲得氫氣，該過程中電和熱各占一定比例。從熱力學來看，高溫水蒸氣轉化過程中由于能夠利用一部分的熱，而且電解水蒸汽所需要的電能隨著操作溫度升高而降低，因而可以提高過程效率；另外，電解池中的動力學過程也隨著溫度升高而加速，從動力學角度也促進了過程效率的提高。

由于高溫電解水蒸氣制氫是一種新興技術，目前在相關領域，研究者們更注重對HTSE技術所使用的核心反應器——固體氧化物電解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC)進行研究。例如，公開號為CN200710304774的提出了一種針對SOEC的在線測試系統及測試方法，公開號為CN101311318的中國專利提出了一種SOEC器件在測試過程中的密封方法，公開號為CN101311318、CN104328456A、CN103825038A、CN103224395A的中國專利提出了針對于SOEC的電極、電解質、連接體等部件及材料的制備方法。公開號為CN102851682A和CN104694950A的中國專利分別提出了將高溫電解水蒸氣制氫和風力發電、太陽能發電耦合應用的方法。然而，迄今為止尚未有用于規模化和產業化制備氫氣的設備。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了克服現有技術中無法進行規模化和產業化制氫的設備的缺陷，提供了一種制氫系統。

一種制氫系統，包括直流電源、熱箱、水蒸氣發生器、第一氣體預熱器、第一換熱器、氣水分離干燥裝置和氫氣增壓裝置；

所述熱箱內設有固體氧化物電解池堆，每一所述固體氧化物電解池堆包括若干單體SOEC，所述直流電源包括氫電極導線和氧電極導線，所述氫電極導線和所述氧電極導線均與所述固體氧化物電解池堆連接；所述水蒸氣發生器、所述熱箱均與所述第一氣體預熱器采用管路連接，所述第一換熱器與所述熱箱采用管路連接，所述氫氣增壓裝置、所述第一換熱器均與所述氣水分離干燥裝置采用管路連接；

所述水蒸氣發生器用于將產生的水蒸氣輸送至所述第一氣體預熱器，所述第一氣體預熱器用于對所述水蒸氣進行加熱并將加熱后的水蒸氣輸送至所述熱箱，所述直流電源向熱箱中的固體氧化物電解池堆施加直流電，所述固定氧化物電解池堆電解水蒸氣制得氫氣，所述熱箱用于將制得的氫氣輸送至所述第一換熱器，所述第一換熱器用于對氫氣進行降溫并將降溫后的氫氣輸送至所述氣水分離干燥裝置，所述氣水分離干燥裝置用于去除氫氣中夾雜的水蒸氣和對氫氣進行干燥并將干燥后的氫氣輸送至氫氣增壓裝置，所述氫氣增壓裝置用于對所述氫氣進行增壓后儲存。

較佳地，水蒸氣發生器包括水箱、水泵、加熱爐和蒸發室，所述水箱、所述蒸發室均與所述水泵采用管路連接，所述蒸發室與所述第一氣體預熱器采用管路連接；所述水泵用于將所述水箱中的水輸送至所述蒸發室內，所述加熱爐用于將所述蒸發室內的液態水加熱成水蒸氣；

所述水蒸氣發生器還包括一氣體壓力傳感器，所述氣體壓力傳感器設置于所述蒸發室中與所述第一氣體預熱器的連接處。

較佳地，所述氣水分離干燥裝置包括冷卻器、氣水分離器和干燥機，所述第一換熱器、所述冷卻器、所述氣水分離器、所述干燥機、所述氫氣增壓裝置依次采用管路連接；