[發(fā)明專利]一種水電解裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110722639.0
• 申請(qǐng)日: 2021-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN115595600A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章華勇;李華云;徐培莉;張福順
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司
• 主分類號(hào): C25B1/04
• 分類號(hào): C25B1/04;C25B9/60;C25B9/05;C25B5/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李進(jìn);林毅斌

本發(fā)明涉及一種水電解裝置和方法。所述裝置包括電解槽，用于電解堿液以產(chǎn)生氫氣和氧氣；氫氣分離器，用于閃蒸電解產(chǎn)生的氫氣和夾帶的堿液；氧氣分離器，用于閃蒸電解產(chǎn)生的氧氣和夾帶的堿液；氫氣梯度分離器，用于接受并閃蒸氫氣分離器中閃蒸后的液相；氧氣梯度分離器，用于接受并閃蒸氧氣分離器中閃蒸后的液相；以及使氫氣梯度分離器和氧氣梯度分離器閃蒸后的液相混合后返回電解槽的管線，或者使氫氣梯度分離器和氧氣梯度分離器閃蒸后的液相分別返回電解槽的管線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水電解裝置及方法。

背景技術(shù)

在2030年前使中國(guó)二氧化碳排放達(dá)到峰值，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，是中國(guó)今后一段時(shí)期的重點(diǎn)任務(wù)之一。積極探索新型清潔能源有助于碳達(dá)峰、碳中和工作的加速進(jìn)行，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。氫能作為一種儲(chǔ)量豐富、熱值高、能量密度大、來(lái)源多樣的綠色能源，被譽(yù)為21世紀(jì)的“終極能源”。

使用可再生能源電解水制氫是氫能產(chǎn)業(yè)新的發(fā)展趨勢(shì)，使用棄風(fēng)、棄光、棄水打通制氫環(huán)節(jié)路線，可最大程度避免能源浪費(fèi)，提高電解水制氫的經(jīng)濟(jì)性，符合綠色能源可持續(xù)發(fā)展需求。

風(fēng)能和光能等綠色能源不能夠持續(xù)的提供穩(wěn)定的電能輸出，這對(duì)中高壓水電解裝置的操作運(yùn)行來(lái)講是非常大的考驗(yàn)。因?yàn)?，?dāng)中高壓水電解裝置在低負(fù)荷或者低電流密度運(yùn)行時(shí)，氧氣產(chǎn)品氣中的氫氣溶度會(huì)大幅度上升至接近爆炸下限濃度，給中高壓水電解運(yùn)行帶來(lái)巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。所以在中高水電解裝置上如何安全的利用風(fēng)能和光能是有待解決的問(wèn)題。

傳統(tǒng)中高壓水電解裝置，一般只設(shè)置氫氣分離器和氧氣分離器，操作壓力在10～30bar。當(dāng)水電解槽的負(fù)荷或者電流密度過(guò)低時(shí)，例如，在啟動(dòng)和停車或者突然電力輸入大幅度減少的情況下，粗氧氣產(chǎn)品氣中的氫氣含量會(huì)有急劇的上升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水電解裝置及方法，解決傳統(tǒng)中/高壓水電解裝置在低電流密度運(yùn)行時(shí)帶來(lái)的安全問(wèn)題，同時(shí)保證氫氣和氧氣產(chǎn)品的壓力避免對(duì)下游裝置產(chǎn)生波動(dòng)。當(dāng)水電解槽運(yùn)行在低電流密度的工況下，堿液進(jìn)行多梯度壓力操作。將溶解在堿液中的氣體排出堿液循環(huán)系統(tǒng)，降低氧氣產(chǎn)品氣中氫含量，保證氫氣在氧氣中的濃度低于爆炸下限，從而實(shí)現(xiàn)中/高壓水電解裝置在低電流密度運(yùn)行的安全生產(chǎn)。極大的擴(kuò)展了中高壓水電解裝置的操作區(qū)域，并且提高了中高壓水電解裝置運(yùn)行的安全可靠性。

本發(fā)明提供了一種水電解裝置，包括

電解槽，用于電解堿液以產(chǎn)生氫氣和氧氣；

氫氣分離器，用于閃蒸電解產(chǎn)生的氫氣和夾帶的堿液；

氧氣分離器，用于閃蒸電解產(chǎn)生的氧氣和夾帶的堿液；

氫氣梯度分離器，用于接受并閃蒸氫氣分離器中閃蒸后的液相；

氧氣梯度分離器，用于接受并閃蒸氧氣分離器中閃蒸后的液相；以及

使氫氣梯度分離器和氧氣梯度分離器閃蒸后的液相混合后返回電解槽的管線，或者使氫氣梯度分離器和氧氣梯度分離器閃蒸后的液相分別返回電解槽的管線。

本發(fā)明還提供了一種水電解裝置，包括

電解槽，用于電解堿液以產(chǎn)生氫氣和氧氣；

氫氣分離器，用于閃蒸電解產(chǎn)生的氫氣和夾帶的堿液；

氧氣分離器，用于閃蒸電解產(chǎn)生的氧氣和夾帶的堿液；

梯度分離器，用于接受并閃蒸氫氣分離器中閃蒸后的液相和氧氣分離器中閃蒸后的液相；以及

使梯度分離器閃蒸后的液相返回電解槽的管線。

本發(fā)明還提供了一種水電解方法，包括

通過(guò)電解槽電解堿液以產(chǎn)生氫氣和氧氣；

通過(guò)氫氣分離器閃蒸電解產(chǎn)生的氫氣和夾帶的堿液；