CN101216495A - 高温水蒸汽电解制氢在线测试系统及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于高温水蒸汽电解制氢领域的一种高温水蒸汽电解制氢在线测试系统及其测试方法。该测试系统包括气路部分与控制部分。气路部分包括：质量流量计、单向阀、气体加湿器、露点测试仪、预加热器、冷凝器、计量泵、蒸发器和气相色谱等。控制部分包括气路部分各部件的控制器与显示器，控制部分各部件均采用R232通讯接口与计算机连接，可实现计算机的实时控制与数据采集。该套电解制氢测试系统可模拟实际的高温电解制氢工况，研究不同反应条件对制氢过程中电-氢及热-氢转化效率的影响，研究不同单体电解池与电解池堆的性能，及电解池电极反应动力学和衰减机理。并且通过气路调整，该测试系统还可用于固体氧化物燃料电池的测试研究。
Description
技术领域
本发明属于高温水蒸汽电解制氢领域，特别涉及高温水蒸汽电解制氢过程的在线测试系统及其测试方法。
背景技术
高温水蒸汽电解制氢技术采用高温固体氧化物电解池将高温水蒸汽分解生成氢气和氧气，该技术可实现大规模、可持续、清洁、高效的制氢，是满足未来氢能经济需求最理想的大规模制氢技术之一。
高温水蒸汽电解制氢在线测试系统是研究高温水蒸汽电解制氢过程中必不可少的分析测试设备。首先该系统可用于研究不同反应条件，如反应温度、气体流量、气体压力、水蒸汽含量等对高温水蒸汽电解制氢过程的影响，从而优化高温电解制氢的工艺。其次该系统可用于研究单体电解池与电解池堆组成材料、制备工艺、电解池结构等对电解池性能的影响，从而优化电解池的组成、结构与制备方法，提高电解池性能。此外该测试系统还可进行电解池电极反应动力学及衰减机理等方面的研究，特别是高温电解制氢过程中，高温高湿环境下氢电极的反应与衰减机理的研究。除上述功能外，通过调整测试系统的水蒸汽供给气路，该测试系统还可用于固体氧化物燃料电池的测试研究。
发明内容
本发明提出了一种高温水蒸汽电解制氢的在线测试系统及其测试方法，应用本系统及方法可实现高温水蒸汽电解制氢过程中工作温度、反应气体组成、流量、压力等参数的准确控制，可以模拟实际的高温电解制氢工况，研究不同反应条件对高温水蒸汽电解制氢过程的影响。
一种高温水蒸汽电解制氢的在线测试系统该测试系统包括气路部分与控制部分，其中
气路部分包括：质量流量计1、单向阀2、三通阀3、气体加湿器4、第一露点测试仪5、第二漏点检测仪27、预加热器6、冷凝器7、单体电解池或电解池堆8、炉体9、管路加热带10、压力传感器11、温度传感器12、计量泵13、蒸发器14和气相色谱15；
控制部分包括：与所述气路部分的部分部件相对应的控制器，以及温度与压力传感器的显示器；具体为：炉体9的控制器17、质量流量计1的控制器18、第一露点测试仪5的控制器19、第二露点测试仪27的控制器28、气体加湿器4的控制器20、计量泵13的控制器21、蒸发器14的控制器22、预加热器6的控制器23、管路加热带10的控制器24和压力传感器显示器25；
该控制部分的所有控制器及显示器均置于控制机柜26内，并均采用R232通讯接口与计算机27连接，用于实现计算机的实时控制与数据采集。
所述在线测试系统的水蒸汽供给源为气体加湿器4或计量泵13。
所述温度与压力传感器用于监测系统运行过程中水蒸汽的波动情况。
一种高温水蒸汽电解制氢的在线测试系统的测试方法，该方法通过实现高温水蒸汽电解制氢过程中工作温度、反应气体组成、流量、压力参数的控制，模拟实际的高温电解制氢工况，该实现步骤如下：
①首先根据具体测试过程的需要，通过质量流量计确定氢气与氮气流量，然后根据体系反应气体的组成，确定气体加湿器4的工作温度或计量泵13的液态水流量；
②将加湿器4或计量泵13作为水蒸汽供给源，并通过蒸发器14将液态水汽化为水蒸汽；
③混合气体通过第一露点测试仪5测定体系的反应气体水蒸汽的含量，通过预加热器6将反应气体温度加热，被加热的反应气体进入炉体9内的单体电解池或电解池堆8中进行电解反应产生氢气；
④然后产物气体进入第二露点测试仪27，测试混合气体水蒸汽含量，通过比较反应气体与产物气体的水蒸汽含量确定水蒸汽的消耗量，计算得到产氢速率；
⑤产物气体经过冷凝器7冷凝后，通过气相色谱15检测氢气含量，进而确定产氢速率。
⑥通过将步骤④中利用水蒸气的消耗量计算得到的产氢速率，与步骤⑤中利用气相色谱15检测氢气含量而得到的产氢速率做比较，印证本系统的产氢速率。
所述蒸发器14的温度一般为150～200℃。
所述预加热器(6)将反应气体加热至200～300℃，以防止反应气体的进入造成炉体(9)内的温度有较大波动。
所述管路加热带(10)的温度控制为120～150℃，以防止水蒸汽的冷凝。
通过旁路水蒸汽气路，本系统还可直接用于固体氧化物燃料电池的测试。
本发明的有益效果：该套电解制氢测试系统可以模拟实际的高温电解制氢工况，研究不同反应条件对制氢过程中电-氢及热-氢转化效率的影响，研究不同单体电解池与电解池堆的性能，以及电解池电极反应动力学和衰减机理。并且通过气路调整，该测试系统还可用于固体氧化物燃料电池的测试研究。
附图说明
图1为本发明高温水蒸汽电解制氢在线测试系统气路部分示意图；
图2为本发明高温水蒸汽电解制氢在线测试系统控制部分示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明高温水蒸汽电解制氢在线测试系统具体操作方法：
首先根据具体测试过程的需要，通过质量流量计确定氢气与氮气流量，然后根据体系反应气体的组成，确定气体加湿器4的工作温度或计量泵13的液态水流量。当水蒸汽含量较低时一般采用气体加湿器4作为水蒸汽供给源，当水蒸汽含量较高时采用计量泵控制液态水流量作为水蒸汽供给源，并通过蒸发器14将液态水汽化为水蒸汽，蒸发器温度一般为150～200℃。混合气体通过第一露点测试仪5测定体系反应气体水蒸汽的含量，通过预加热器6将反应气体温度加热至200～300℃，然后进入置于炉体9内的单体电解池或电解池堆8中进行电解反应产生氢气。然后产物气体进入第二露点测试仪27，测试混合气体水蒸汽含量，通过比较反应气体与产物气体的水蒸汽含量可以确定水蒸汽的消耗量，从而确定产氢速率。产物气体经过冷凝器7冷凝后，通过气相色谱15检测氢气含量，进而确定产氢速率，并可与通过水蒸汽消耗量计算的产氢速率相互印证。
上述操作过程均通过高温水蒸汽电解制氢在线测试系统控制部分进行，操控方法有两种：(1)通过操控控制机柜26内各部件的控制器，完成对高温水蒸汽电解制氢测试系统的操控；(2)采用高温水蒸汽电解制氢测试系统软件，通过计算机27实现对该测试系统的操控。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；本领域的技术人员显然明白，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，任何对本发明做出各种修正与变更而不违背本发明的精神与范围。因此，本发明试图覆盖在权利所附权利要求及其等效技术方案的范围内提出的本发明的各种修正与变更。
Claims (7)
1.一种高温水蒸汽电解制氢的在线测试系统，其特征在于，该测试系统包括气路部分与控制部分，其中
气路部分包括：质量流量计(1)、单向阀(2)、三通阀(3)、气体加湿器(4)、第一露点测试仪(5)、第二漏点检测仪(27)、预加热器(6)、冷凝器(7)、单体电解池或电解池堆(8)、炉体(9)、管路加热带(10)、压力传感器(11)、温度传感器(12)、计量泵(13)、蒸发器(14)和气相色谱(15)；
控制部分包括：与所述气路部分的部分部件相对应的控制器，以及温度与压力传感器的显示器；具体为：炉体(9)的控制器(17)、质量流量计(1)的控制器(18)、第一露点测试仪(5)的控制器(19)、第二露点测试仪(27)的控制器(28)、气体加湿器(4)的控制器(20)、计量泵(13)的控制器(21)、蒸发器(14)的控制器(22)、预加热器(6)的控制器(23)、管路加热带(10)的控制器(24)和压力传感器显示器(25)；
该控制部分的所有控制器及显示器均置于控制机柜(26)内，并均采用R232通讯接口与计算机(27)连接，用于实现计算机的实时控制与数据采集。
2.根据权力要求1所述的高温水蒸汽电解制氢的在线测试系统，其特征在于，所述在线测试系统的水蒸汽供给源为气体加湿器(4)或计量泵(13)。
3.根据权力要求1所述的高温水蒸汽电解制氢的在线测试系统，其特征在于，所述温度与压力传感器用于监测系统运行过程中水蒸汽的波动情况。
4.一种利用权利要求1所述的高温水蒸汽电解制氢的在线测试系统的测试方法，其特征在于，该方法通过实现高温水蒸汽电解制氢过程中工作温度、反应气体组成、流量、压力参数的控制，模拟实际的高温电解制氢工况，该实现步骤如下：
①首先根据具体测试过程的需要，通过质量流量计确定氢气与氮气流量，然后根据体系反应气体的组成，确定气体加湿器(4)的工作温度或计量泵(13)的液态水流量；
②将加湿器(4)或计量泵(13)作为水蒸汽供给源，并通过蒸发器(14)将液态水汽化为水蒸汽；
③混合气体通过第一露点测试仪(5)测定体系的反应水蒸汽的气体含量，通过预加热器(6)将反应气体加热，被加热的反应气体进入炉体(9)内的单体电解池或电解池堆(8)中进行电解反应产生氢气；
④所得产物气体进入第二露点测试仪(27)，测试混合气体水蒸汽含量，通过比较反应气体与产物气体的水蒸汽含量确定水蒸汽的消耗量，计算得到产氢速率；
⑤产物气体经过冷凝器(7)冷凝后，通过气相色谱(15)检测氢气含量，进而确定产氢速率。
⑥通过将步骤④中利用水蒸气的消耗量计算得到的产氢速率，与步骤⑤中利用气相色谱(15)检测氢气含量而得到的产氢速率做比较，印证本系统的产氢速率。
5.根据权力要求4所述的高温水蒸汽电解制氢的在线测试系统的测试方法，其特征在于，所述蒸发器(14)的温度一般为150～200℃。
6.根据权力要求5所述的高温水蒸汽电解制氢的在线测试系统的测试方法，其特征在于，所述预加热器(6)将反应气体加热至200～300℃，以防止反应气体的进入造成炉体(9)内的温度有较大波动。
7.根据权力要求5所述的高温水蒸汽电解制氢的在线测试系统的测试方法，其特征在于，所述管路加热带(10)的温度控制为120～150℃，以防止水蒸汽的冷凝。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110511 Termination date: 20121229 |