[發(fā)明專利]電解水制氫系統(tǒng)及制氧子系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210149734.0
• 申請(qǐng)日: 2022-02-18
• 公開（公告）號(hào): CN114481161A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢少鋒;其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開姓名
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海羿灃氫能科技有限公司
• 主分類號(hào): C25B1/04
• 分類號(hào): C25B1/04;C25B9/00;C25B15/00;C25B15/08;C01B13/02
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明公開了一種電解水制氫系統(tǒng)，其中直流電源的電源正極和負(fù)極分別與電解槽的陽(yáng)極電極和陰極電極連接；電解槽的陽(yáng)極區(qū)上部氧氣出口連接至氧分離器的熱能循環(huán)水進(jìn)口，氧分離器頂部的氣相出口經(jīng)冷卻器冷卻后進(jìn)入氧氣汽水分離器；原料水箱底部經(jīng)閥門與堿液進(jìn)液口連接；電解槽的陰極區(qū)上部氫氣及混合堿液出口連接至氫分離器的循環(huán)堿液進(jìn)口，氫分離器頂部的氣相出口經(jīng)冷卻器冷卻后，進(jìn)入氫氣汽水分離器。本發(fā)明還公開了一種電解水制氧子系統(tǒng)。本發(fā)明提供了一種電化學(xué)反應(yīng)與熱化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合而制取氫氣的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氫氣和氧氣的分步制取，系統(tǒng)可有效實(shí)施和運(yùn)行，能夠產(chǎn)生一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電解水制氫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電解水制氫系統(tǒng)及制氧子系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在我國(guó)目前的成熟制氫工業(yè)中，電解水制氫被認(rèn)為是最理想的無(wú)任何污染的氫氣來(lái)源，同時(shí)氫氣作為與可再生能源相結(jié)合的，發(fā)展和高效利用清潔能源，對(duì)我國(guó)乃至整個(gè)國(guó)際社會(huì)和世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

目前，電解水制氫主流技術(shù)主要有三種：堿性電解水制氫、質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫和固體氧化物電解水制氫技術(shù)。其中，堿水電解制氫是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制氫的重要技術(shù)，也是目前最成熟的制氫技術(shù)之一。

工業(yè)堿性水電解制氫的工藝技術(shù)是以水為原料，采用由水電解槽、氫(氧)氣液分離器、氫(氧)氣冷卻器、氫(氧)氣洗滌器等設(shè)備組合的電解制氫裝置，將工業(yè)軟水經(jīng)純水裝置制取純水，并送入原料水箱，經(jīng)補(bǔ)水泵輸入堿液系統(tǒng)，在直流電的作用下，進(jìn)行原料水的電解，在堿性電解槽中，水被分解成H₂與O₂，其中，從電解小室出來(lái)的氫氣和堿液的混合物一起通過(guò)陰極側(cè)的氣道流出，進(jìn)入氫氣液分離器下部，在重力作用下進(jìn)行氣液分離，分離出的氫氣進(jìn)入洗滌器進(jìn)行洗滌和冷卻，最后，進(jìn)入干燥除濕，分離的氫氣由調(diào)節(jié)閥控制輸出，送入氫氣儲(chǔ)罐后進(jìn)入儲(chǔ)存系統(tǒng)；由電解槽產(chǎn)生的氧氣和堿液的混合物進(jìn)入氧氣分離器，分離后的氧氣經(jīng)氧氣調(diào)節(jié)閥排空。

隨著電解水制氫技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)的堿性水電解技術(shù)基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了利用電化學(xué)反應(yīng)和熱化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的方法進(jìn)行電解水分步制取氫氣和氧氣的工藝技術(shù)，即在電解系統(tǒng)中，陰極電極采用二元或三元金屬化合物的析氫催化電極，陽(yáng)極電極采用具有雙向可逆(氧化/還原)反應(yīng)的金屬化合物電極，以實(shí)現(xiàn)氫氣和氧氣的分步制取：

制氫時(shí)，在外部電解直流電源通電的情況下(陽(yáng)極和陰極分別與電源的正極和負(fù)極連接)，在陰極電極側(cè)，由于析氫催化劑的作用，水分子在陰極析氫催化電極表面被電化學(xué)還原，而釋放出氫氣；在陽(yáng)極電極側(cè)，具有雙向可逆(氧化/還原)反應(yīng)的金屬化合物電極，則發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)，但并不釋放氧氣。

制氧時(shí)，斷開外部直流電源，采用熱化學(xué)反應(yīng)激活的方法，將電解液或陽(yáng)極電極加熱至90℃-100℃左右，此時(shí)，具有可逆(氧化/還原)反應(yīng)的陽(yáng)極電極，由于熱力學(xué)的不穩(wěn)定性，發(fā)生熱化學(xué)還原反應(yīng)而被還原，在陽(yáng)極電極的周圍產(chǎn)生并釋放氧氣。

中國(guó)專利CN 111074291 A公開了一種新型電解水制氫工藝，對(duì)上述的電解水分步制取氫氣和氧氣的進(jìn)行了描述，但目前尚無(wú)在工藝生產(chǎn)和制造的制氫系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)應(yīng)用的裝置和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在大規(guī)模制氫方面和大幅度降低成本方面創(chuàng)造較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)以及上述的電解水分步制取氫氣和氧氣的方法，尚缺乏實(shí)用化和可實(shí)施、運(yùn)行的，能夠產(chǎn)生社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的一種系統(tǒng)或裝置，本發(fā)明提出了一種電解水制氫系統(tǒng)及制氧子系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：