[發明專利]一種高溫電解海水制備氫氣的裝置和方法

有效

• 申請號: 201911215427.2
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN110923738B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 萬松;關成志;陸越;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;C25B9/65;C25B15/00;C25B15/027;C02F1/16;C02F103/08
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 宋麗榮

1.一種高溫電解海水制備氫氣的裝置，其特征在于，該裝置包括：

用于加熱和冷凝海水的海水淡化系統，該海水淡化系統包括用于泵送海水以得到汲取海水的海水取水泵；用于對汲取海水進行過濾以得到干凈海水的海水過濾器；用于對干凈海水進行加熱蒸發以產生高溫的第一水蒸氣并回收海水中的結晶鹽的海水加熱器；以及用于對第一水蒸氣進行冷凝以制備第一淡水并提供未完全冷凝的第二水蒸氣的水蒸氣冷凝器；

具有固體氧化物電解池的高溫電解水制氫系統，其與海水淡化系統的海水加熱器和水蒸氣冷凝器連接以將來自于海水淡化系統的第一水蒸氣和第二水蒸氣通過固體氧化物電解池進行電解得到氫氣和未反應水蒸氣的混合氣體；

用于通過具有氯鹽的熔鹽儲存外部能源的熔鹽儲熱系統，其與海水淡化系統的海水加熱器連接以通過海水加熱蒸發后的結晶鹽為熔鹽儲熱系統提供制備氯鹽的原料并為海水加熱過程提供熱能，其與高溫電解水制氫系統的固體氧化物電解池連接以為進入固體氧化物電解池的第一水蒸氣和第二水蒸氣提供熱能；以及

變壓吸附氣體分離系統，其與高溫電解水制氫系統的固體氧化物電解池連接以將來自于高溫電解水制氫系統的混合氣體分離制備氫氣和第二淡水。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括熱管理及氣體監控系統，其分別與海水淡化系統、高溫電解水制氫系統、熔鹽儲熱系統和變壓吸附氣體分離系統相連接。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，該海水取水泵為機械抽水泵；該海水過濾器為污水過濾機；該海水加熱器為陶瓷或耐腐蝕合金罐和加熱電阻絲組成的裝置。

4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，該高溫電解水制氫系統還包括：

用于提供直流電的直流穩壓電源供給裝置；

其中，固體氧化物電解池分別與直流穩壓電源供給裝置和海水淡化系統連接以通過直流電電解水蒸氣產生氫氣和未反應水蒸氣的混合氣體。

5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，該直流穩壓電源供給裝置為整流器或直流電源；固體氧化物電解池包括水蒸氣進氣口、熱箱、水蒸氣電解槽及氫氣和未反應水蒸氣的出氣口，其中，該水蒸氣進氣口與海水淡化系統連接以將第一水蒸氣和第二水蒸氣通入水蒸氣電解槽進行電解，該熱箱為水蒸氣電解槽提供高溫環境，該水蒸氣電解槽由一個或者多個固體氧化物電解池堆組成以形成水蒸氣電解制氫的核心反應器，該氫氣和未反應水蒸氣的出氣口與變壓吸附氣體分離系統連接以得到氫氣和第二淡水。

6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，該熔鹽儲熱系統包括：

用于容納熔融態的低溫熔鹽的低溫罐；

電加熱器；

用于容納熔融態的高溫熔鹽的高溫罐；以及

換熱器；

其中，電加熱器設置在低溫罐和高溫罐之間以加熱熔鹽；

其中，換熱器設置在高溫罐和低溫罐之間以提取熔鹽中的熱能，該換熱器分別與海水淡化系統和高溫電解水制氫系統連接。

7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，該變壓吸附氣體分離系統包括：

用于儲存氫氣和未反應水蒸氣的混合氣體的低壓儲罐；

用于進行增壓的增壓泵；以及

變壓吸附氣體分離裝置；

其中，增壓泵設置在低壓儲罐和變壓吸附氣體分離裝置之間以將增壓后的混合氣體輸送至變壓吸附氣體分離裝置中分離得到氫氣和第二淡水。

8.一種利用權利要求1-7中任一項所述的裝置進行高溫電解海水制備氫氣的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1，在海水淡化系統中借助于熔鹽儲熱系統提供的熱能將海水通過加熱形成水蒸氣并通過冷凝得到第一淡水；

S2，在高溫電解水制氫系統中將水蒸氣借助于熔鹽儲熱系統提供的熱能經過預加熱后進行電解得到氫氣和未反應水蒸氣的混合氣體；以及

S3，在變壓吸附氣體分離系統中將混合氣體分離后得到氫氣和第二淡水。