[發明專利]一種電解水耦合富甲烷氣體制氫設備和制氫方法

在審

• 申請號: 202210512013.1
• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN115011981A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 劉春花;董新東;譚麗;石玉林
• 申請（專利權）人: 浦江思欣通科技有限公司
• 主分類號: C25B9/19
• 分類號: C25B9/19;C25B9/65;C25B1/04;C01B3/56;C01B3/38;C01B3/36
• 代理公司: 金華市婺實專利代理事務所(普通合伙) 33340
• 代理人: 胡恩晗

本發明公開了一種電解水耦合富甲烷氣體制氫設備和制氫方法，包括電解水制氫模塊，多重整制氫模塊，換熱模塊，分離模塊，氫氣提純模塊和重整馳放氣發電模塊。本發明將電解水制氫步驟產生的熱量用于重整反應，對重整制氫步驟的余熱通過換熱取熱的方式進行循環利用，提高制氫系統能源效率；將電解水制氫產生的氧氣、取熱產生的水作為重整制氫的原料，實現對電解水制氫副產物的高效利用；根據電解水制氫系統外供電量波動，對重整制氫系統進行調控，使制氫裝置在電量不穩的情況亦能穩定供氫運行。本發明提供的制氫方法解決了綠電制氫過程中供電不穩定的問題，并對副產物和熱量進行了高效利用。

技術領域

本發明涉及制氫技術領域，尤其是一種電解水耦合富甲烷氣體制氫設備和制氫方法。

背景技術

氫氣由于其能源密度高、可存儲、清潔無污染等優點，是一種理想的能源載體，近些年在國內外受到了廣泛關注。目前，氫能的發展主要制約因素來自于氫氣成本和環保要求。

電解水制氫以水為原料，在電能作用下將水電解制取氫氣，整個制氫過程無污染，是一種非常具有潛力的制氫途徑。但是，現有電解水制氫技術一般都要求有一個穩定的供電系統，因此目前的電解水制氫技術所用到的電能大多來自電網供電，而我國電網供電主要來源于火力發電，會排放大量二氧化碳，且電價不菲，電解水制氫總體成本偏高。

采用風能發電或光伏發電用于電解水制氫可大幅度降低制氫成本，減少二氧化碳排放，具有良好的發展前景。但是，風能和光伏發電受天氣影響，存在電源不穩定情況，制氫裝置無法保證氫氣連續產出。

另外，電解水制取氫氣時，裝置產生的熱量大多都以散熱的方式消耗掉，能源浪費嚴重，造成系統能效較低；電解槽陽極副產物氧氣一般直接放空處理，造成資源浪費。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電解水耦合富甲烷氣體制氫設備和制氫方法，以解決現有風光電制氫技術中存在的電力不穩定和裝置中余熱及副產物資源化利用問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種電解水耦合富甲烷氣體制氫設備，包括用于將水電解得到濕熱氫氣和濕熱氧氣的電解水制氫模塊，用于將富甲烷氣體和濕熱氧氣一起作為原料混合進行多重整反應生成合成氣的多重整制氫模塊，用于將濕熱氫氣和多重整制氫步驟的反應產物一同進入換熱器的換熱模塊，用于將多重整制氫步驟得到的合成氣與電解水制氫步驟得到的濕熱氫氣通過換熱步驟換熱處理后通過氣液分離裝置進行除水得到富氫混合氣的分離模塊，用于將富氫混合氣進行凈化提純的氫氣提純模塊。

還包括將氫氣提純模塊產生的馳放氣通過發電設備進行發電，產生的電并回電解水制氫模塊的電解槽的電源線路上的馳放氣發電模塊。

一種電解水耦合富甲烷氣體制氫方法，包括電解水制氫步驟，多重整制氫步驟，換熱步驟，分離步驟，氫氣提純步驟和馳放氣發電步驟，具體包括：

步驟一：電解水制氫：水作為原料通入電解槽電解得到濕熱氫氣和濕熱氧氣；

步驟二：多重整制氫：富甲烷氣體和步驟一得到的濕熱氧氣一起作為原料混合進入重整反應器中進行多重整反應，生成合成氣；

步驟三：換熱：將步驟一電解水制氫裝置的濕熱氫氣和步驟二多重整制氫的反應產物一同進入換熱器，與冷水進行換熱，換熱產生的熱水循環利用于步驟二的重整反應；

步驟四：分離：步驟二得到的合成氣與步驟一得到的濕熱氫氣通過步驟三換熱處理后一同進入分離步驟，通過氣液分離裝置進行除水得到富氫混合氣，同時將產生的水作為原料，循環回到步驟一中的電解槽中繼續用于電解制氫；

步驟五：氫氣提純：將步驟四得到的富氫混合氣進行凈化提純，得到高純度的氫氣。

步驟六：馳放氣發電：將步驟五氫氣提純裝置產生的馳放氣通過發電設備進行發電，產生的電并回步驟一的電解槽的電源線路上，用于電解工作來調整綠電供電不穩情況。