CN109795984B - 可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，包括所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝粉生产装置提供电能；所述循环式铝粉生产装置，用于将氧化铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置；所述水铝制氢装置，用于将所述铝粉通过制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储，将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置循环使用继续进行电解获得铝粉；还公开了一种铝水制氢方法，通过本发明实现了可再生能源的就地消纳；将气态运氢改为固态运铝则将运输效率提高了10倍，其运输安全性也大大增强；制氢过程和氢氧化铝分解过程实现了深度耦合，使热能得以充分利用，降低了现场制氢的用电成本。
Description
技术领域
本发明涉及新能源综合利用与化工制氢技术领域，具体涉及一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统及方法。
背景技术
当前汽车工业可持续发展面临着严峻的能源和环境挑战，发展新能源汽车已是全球的共识，同时也是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，已成为我国的基本国策之一。其中，燃料电池汽车因具有能量密度高、续航里程与传统汽车相当、加注燃料(压缩氢气)时间短(5-10分钟)、零排放无废电池二次污染等优点被业内一致认为是汽车工业的终极目标。
由于氢气极小的密度(标准状态下，氢的密度为0.0899g/L)以及易燃易爆的特性，现场利用天然气、焦炉气或氯碱工业生产氢气就地为燃料电池汽车加氢是最佳的方式，但是这种方式对于没有固定路线的燃料电池汽车而言也带来了诸多不便。作为汽车燃料的氢气只能在制氢地通过储运方式运输至加氢站为燃料电池汽车实施加氢。在氢化物储氢和吸附储氢技术尚不成熟的情况下目前氢气主要通过气氢拖车、管道运输和液氢罐车等物理储氢的方式进行储存并运输至加氢站为燃料电池汽车供氢。其中管道运输方式中管道投资成本过高且只能点对点，难以成为主流；液氢罐车耗能严重且容器绝热性等重点技术尚未攻克；而气氢拖车(如鱼雷车等)则是未来一段时间内主要的运输方式，然而该种方式仍然存在着两大弊端：其一在于该方式运输的是高压气态氢其单车载氢量仅限于300kg以下，而整车(鱼雷车)却重达27000kg，基本相当于空车在跑，单位载质量能耗高并不经济；其二在于运输成本及安全性与运输距离相关性强，运输半径超过200km后成本激增，安全隐患也更大。气氢拖车的储运费用已占氢气售价的40％至70％，因此，气氢拖车运输也仅限定于小规模、短距离运输的情景。
氢气的储运已经成为制约燃料电池汽车大规模应用的一个重大障碍；而如何充分利用可再生能源产生的巨量的过剩电能进行低成本、小规模、灵活分布的生产高纯氢，已经成为推动燃料电池汽车规模化应用进而全面推进国家电力改革创新和能源转型升级所亟待突破的关键瓶颈技术。
而铝水解制氢则因具有很高的氢气产量(1245mL/g)和储氢值11.1％(质量分数)以及地球储量丰富易于获取且成本低廉等优点可实现随时制氢、供氢，解决了氢气的储存以及运输过程中的安全问题；但金属铝性质活泼，易于被氧化，并在铝的表面生成致密的氧化铝保护膜，从而导致铝水溶液反应过程不能持续进行下去。这极大的限制了铝水溶液反应制氢技术的发展。如何破坏铝表面的致密氧化膜是解决该问题的关键。通常有两种技术路线：其一为将水替换成碱的水溶液，利用OH-离子破坏铝表面的氧化膜形成水溶性的AlO2 -，但是生成的氢气会将高温体系中的碱液带出对燃料电池电堆造成损害，因而需要除去碱性成分，提纯技术复杂使用不便；其二为采用机械球磨的手段在铝中加入镓、铟、锌、锡或金属氧化物、氢氧化物以及汞齐化等方式形成铝复合材料，但机械混合无法实现原料充分混合，导致铝水解速率不均匀，而且镓、铟、锡、汞等成本较高以及汞毒性较大等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统及方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其包括可再生能源发电装置、循环式铝粉生产装置、水铝制氢装置；
所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝粉生产装置提供电能；
所述循环式铝粉生产装置，用于将氧化铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置；
所述水铝制氢装置，用于将所述铝粉通过制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储，将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置循环使用继续进行电解获得铝粉。
上述方案中，所述循环式铝粉生产装置包括依次连接的铝电解槽、雾化炉、氮气雾化装置、铝粉分级装置、铝粉真空包装机，所述铝电解槽、雾化炉之间通过导液槽连接；所述循环式铝粉生产装置还包括设置在雾化炉上用于添加缓蚀剂的自动投料机。
上述方案中，所述水铝制氢装置包括依次连接的铝水反应釜、氢气干燥塔、氢气压缩机、高压储氢容器。
上述方案中，所述水铝制氢装置还包括真空耙式干燥机、冷却器、循环泵、加热器，所述真空耙式干燥机的进料口与铝水反应釜的氢氧化铝出料口连接；所述冷却器的出液口依次通过管路连接铝水反应釜、循环泵、加热器、真空耙式干燥机，所述真空耙式干燥机的出液口与冷却器的进液口连接，形成液体循环回路。
上述方案中，所述循环式铝粉生产装置还包括变压整流柜，所述变压整流柜的输入端与可再生能源发电装置连接，输出端分别与铝电解槽、雾化炉、氮气雾化装置、铝粉分级装置、铝粉真空包装机连接。
上述方案中，所述氮气雾化装置包括氮气压力平衡罐、送风机、压缩机、高压储气罐、加热器、雾化塔、储料罐；所述雾化塔与储料罐连接，所述氮气压力平衡罐一路通过送风机向雾化塔内输入氮气，另一路通过压缩机、高压储气罐、加热器为雾化塔的雾喷嘴提供高压高温雾化氮气。
上述方案中，所述铝粉分级装置包括依次连接的旋风收集器、离心分级器、袋式除尘器。
本发明实施例还提供一种如上述方案任意一项所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的制氢方法，该方法通过如下步骤实现：
步骤(1)，可再生能源发电装置产生的电能通过变压整流柜为循环式铝粉生产装置供电；
步骤(2)，将氧化铝加入循环式铝粉生产装置中进行电解得到铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置；
步骤(3)，将所述步骤(2)制得的铝粉进行制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储；将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置循环使用继续进行电解获得铝粉。
上述方案中，所述步骤(2)，具体通过以下步骤实现：
步骤(201)，将氧化铝粉加入铝电解槽中进行电解得到高温铝液；
步骤(202)，将所述步骤(201)得到的高温铝液通过导液槽送至雾化炉中，同时将粉体缓蚀剂通过自动投料机加入到雾化炉中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，获得的铝复合液在雾化炉中被继续加热并保持雾化温度；所述铝复合液在文丘里效应作用下凝固成复合铝粉，再通过铝粉分级装置进行分级，分离出各种不同中粒径d50的复合铝粉。
上述方案中，所述步骤(202)中，所述粉体缓蚀剂包括一水软铝石粉末、刚玉粉末、氧化钙粉末、氢氧化钙粉末、工业食盐、工业氯化钾中的一种或多种；所述粉体缓蚀剂的加入量为0.5wt.％～30wt.％，其余为金属铝。
与现有技术相比，本发明将弃风、弃光、弃水等可再生能源的过剩电力与火电进行优势互补用于高耗能的电解铝行业，并巧妙的以铝储能的形式用于水解制氢，总制氢效率高达80％，既有效缓解了可再生能源发电领域的弃风、弃光、弃水问题，实现了可再生能源的就地消纳，又减轻了供热期电网向下调峰的压力，从而成功实现了电能的综合、高效利用；本发明通过采用电解铝替代电解水的方式将可再生能源的过剩电能存储于铝中不仅成功规避了电解水制氢需要高压氢瓶存储所导致的高耗能、高成本和高危险的问题，而且将气态运氢改为固态运铝则将运输效率提高了10倍，其运输安全性也大大增强；本发明不仅避免了再次高温熔化及球磨的高耗能和设备复杂性，还实现了原子/分子级的混合，从而保证了复合铝粉的混合均匀性，使得铝粉与中性水持续反应成为可能，进而也避免了使用高腐蚀性的碱液所带来的氢气提纯问题，因而大幅提升了氢气的纯度，而且还有效降低了制氢成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的结构示意图；
图4为本发明实施例3提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的结构示意图；
图5为本发明实施例4提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的结构示意图；
图6为本发明实施例5提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的结构示意图。
图7为本发明实施例6提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的结构示意图；
图8为本发明实施例7提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的结构示意图；
图9为本发明实施例8提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，如图1所示，其包括可再生能源发电装置1、循环式铝粉生产装置2、水铝制氢装置3；
所述可再生能源发电装置1，用于向循环式铝粉生产装置2提供电能；
所述循环式铝粉生产装置2，用于将氧化铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置3；
所述水铝制氢装置3，用于将所述铝粉通过制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储，将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置2循环使用继续进行电解获得铝粉。
所述可再生能源发电装置1为可再生能源发电系统或火力发电系统；
所述可再生能源发电装置1为风力发电系统、太阳能发电系统、水力发电系统、核能发电系统、生物质发电系统、地热发电系统、潮汐发电系统或海浪发电系统中的一种或多种；
所述风力发电系统的风电机组为永磁直驱风电机组、双馈异步风电机组或双馈-直驱混合风电机组；
所述太阳能发电系统为单晶硅太阳能发电系统、多晶硅太阳能发电系统、薄膜太阳能发电系统或太阳能光热发电系统中的一种或多种。
本发明将弃风、弃光、弃水等可再生能源的过剩电力用于高耗能的电解铝行业，并巧妙的以铝储能的形式用于铝水制氢，既有效缓解了可再生能源发电领域的弃风、弃光、弃水问题，实现了可再生能源的就地消纳，又减轻了供热期电网向下调峰的压力。
具体地，所述循环式铝粉生产装置2包括依次连接的铝电解槽21、雾化炉23、氮气雾化装置24、铝粉分级装置25、铝粉真空包装机26，所述铝电解槽21、雾化炉23之间通过导液槽22连接。
所述循环式铝粉生产装置2还包括设置在雾化炉23上用于添加缓蚀剂的自动投料机27。
所述循环式铝粉生产装置2还包括变压整流柜28，所述变压整流柜28的输入端与可再生能源发电装置1连接，输出端分别与铝电解槽21、雾化炉23、氮气雾化装置24、铝粉分级装置25、铝粉真空包装机26连接。
所述氮气雾化装置24包括氮气压力平衡罐、送风机、压缩机、高压储气罐、加热器、雾化塔、储料罐；所述雾化塔与储料罐连接，所述氮气压力平衡罐一路通过送风机向雾化塔内输入氮气，另一路通过压缩机、高压储气罐、加热器为雾化塔的雾喷嘴提供高压高温雾化氮气，这样，高压的氮气可将铝液通过文丘里原理喷射成雾状。
所述加热器在雾化塔外面，用于将高压氮气加热后进入喷嘴将铝液喷射成雾状。
所述铝粉分级装置25包括高压引风机、离心分级器、旋风收集器、袋式除尘器；所述离心分级器、旋风收集器、袋式除尘器依次连接，所述高压引风机与袋式除尘器连接。
所述铝电解槽21的铝液出口通过液态金属导液槽22与雾化炉23的进液口连接，所述雾化炉23的出液口与氮气雾化装置24中雾化塔的雾化喷嘴进液口连接，所述雾化塔底部的出料口与储料罐连接，所述雾化塔的出风口与铝粉分级装置25中离心分级器的进风口连接，所述离心分级器的出料口与储料罐连接，离心分级器的出风口与铝粉分级装置25中旋风收集器的进风口连接，所述旋风收集器的出料口与储料罐连接，旋风收集器的出风口与铝粉分级装置5中袋式除尘器的进风口连接，所述袋式除尘器的出风口与高压引风机连接，所述高压引风机的出风口通过氮气管路与氮气压力平衡系统中压力平衡罐连接，所述三级储料罐经由密相输送系统接入铝粉真空包装机26；
所述氮气压力平衡系统中压力平衡罐的一个出气口与氮气雾化装置24中送风机的进风口连接，所述送风机的出风口与雾化塔的进风口连接；压力平衡罐的另一个出气口与氮气雾化装置24中压缩机的进气口连接，所述压缩机的出气口与高压储气罐的进气口连接，高压储气罐的出气口通过氮气管路经由加热器与雾化塔的喷嘴进气口连接。
所述水铝制氢装置3包括依次连接的铝水反应釜31、氢气干燥塔33、氢气压缩机34、高压储氢容器35。
所述铝水反应釜31的顶端装有铝粉密相自动加料机，用于向铝水反应釜31内自动添加铝粉。
所述高压储氢容器34为45MPa长管气瓶、98MPa高压储氢容器中的一种或多种。
所述氢气压缩机35为金属隔膜式氢气压缩机、高纯无油增压器氢气压缩机、电动液驱氢气压缩机中的一种或多种。
所述铝水反应釜31上端的氢气出口与氢气干燥塔33的氢气进口连接，所述氢气干燥塔33的氢气出口与氢气压缩机34的进气口连接，所述氢气压缩机34的出气口与高压储氢容器35的进气口连接。
所述水铝制氢装置3还包括真空耙式干燥机32、冷却器36、循环泵37、加热器38，所述真空耙式干燥机32的进料口与铝水反应釜31的氢氧化铝出料口连接；所述冷却器36的出液口依次通过管路连接铝水反应釜31、循环泵37、加热器38、真空耙式干燥机32，所述真空耙式干燥机32的出液口与冷却器36的进液口连接，形成液体循环回路。
所述铝水反应釜31的外壳设有散热夹套，夹套内充满冷却液；
所述真空耙式干燥机32外壳设有保温夹套，夹套内充满保温液；
所述冷却液与保温液为同一种液体。
所述铝水反应釜31的底端出料口与真空耙式干燥机32顶端的进料口连接，铝水反应釜31上端的氢气出口与氢气干燥塔33的氢气进口连接，所述真空耙式干燥机32底端的出料口接氧化铝包装机，所述氧化铝包装机将氧化铝打包封装后输运至电解铝厂的循环式铝粉生产装置2进入铝电解槽21重新电解开始下一循环，所述氢气干燥塔33的氢气出口与氢气压缩机34的进气口连接，所述氢气压缩机34的出气口与高压储氢容器35的进气口连接。
所述铝水反应釜31的散热夹套的出液口与循环泵37进液口连接，所述循环泵37的出液口经由加热器38与真空耙式干燥机32的保温夹套的进液口连接，所述真空耙式干燥机32的保温夹套的出液口经由冷却器36与铝水反应釜31的散热夹套的进液口连接，形成液体循环回路。
本发明与需要采用催化剂进行直接电解水制氢的方式相比本发明所采用的运输铝然后再铝水制氢的方式可根据需求其制氢规模可大可小，并且可以灵活分布，为加氢站的建设带来极大的便利性。
本发明采用了现场铝水制氢的生产方式，占地面积小，设备简单，成本低廉；另外，本发明实现了铝的循环再利用，进一步降低了制氢成本，而且还避免了利用铝矿石提炼氧化铝原料带来的污染问题。此外，制氢过程和氢氧化铝分解过程实现了深度耦合，使热能得以充分利用，大幅降低了现场制氢的用电成本。
本发明实施例还提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的制氢方法，如图1所示，该方法通过如下步骤实现：
步骤(1)，可再生能源发电装置1产生的电能通过变压整流柜28为循环式铝粉生产装置2供电；
具体地，将可再生能源或/和火力发电产生的电能通过变压整流柜28经过变压和整流后为包括电解铝、铝液氮气雾化、铝粉分级及真空包装在内的整个铝粉生产系统中的用电设备供电，并采用可再生能源供电为主火电为辅的供电策略，在保障铝粉正常生产的前提下最大限度的使用可再生能源。
步骤(2)，将氧化铝加入循环式铝粉生产装置2中进行电解得到铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置3；
步骤(3)，将所述步骤(2)制得的铝粉进行制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储；将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置2循环使用继续进行电解获得铝粉。
具体地，将复合铝粉输运至各地加氢站并通过铝粉密相自动加料机加入至铝水反应釜31中与釜中的水溶液反应进行现场制氢，反应方程式为：
2Al+6H2O→Al(OH)3↓+3H2↑ (1)
所述水溶液为自来水、纯水、盐水中的一种或多种；所述盐水为质量比浓度5％～40％的氯化钠或氯化钾水溶液；
生成的氢气输送至氢气干燥塔33中进行干燥后通过氢气压缩机34压入高压储氢容器35中存储备用；
产生的氢氧化铝沉淀泄放至真空耙式干燥机32中进行真空干燥分解得到氧化铝粉末，然后包装输运回电解铝厂加入铝电解槽21中重新电解进入下一循环，从而形成铝闭合循环回路；
铝水反应釜31的夹套内的冷却液在循环泵37的驱动下进入加热器38并加热至一定的温度后进入真空耙式干燥机32的保温夹套中，后再通过冷却器36降温后返回至铝水反应釜31的夹套中，从而实现热能的高效利用。
所述冷却液为乙二醇、丙三醇、硅油中的一种或多种；
通过控制加热器38的功率使真空耙式干燥机32的干燥过程的温度控制在160～180℃。
所述步骤(2)，具体通过以下步骤实现：
步骤(201)，将氧化铝粉加入铝电解槽21中进行电解得到高温铝液；
步骤(202)，将所述步骤(201)得到的高温铝液通过导液槽22送至雾化炉23中，同时将粉体缓蚀剂通过自动投料机27加入到雾化炉23中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，获得的铝复合液在雾化炉23中被继续加热并保持雾化温度；所述铝复合液在文丘里效应作用下凝固成复合铝粉，再通过铝粉分级装置25进行分级，分离出各种不同中粒径d50的复合铝粉。
具体地，将所述高温铝液通过导液槽22送至雾化炉23中，同时将粉体缓蚀剂通过自动投料机27加入到雾化炉23中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合；得到的铝复合液在雾化炉23中被继续加热并保持在一定的雾化温度，铝复合液在液面压力和环形雾化器的雾化氮气的文丘里效应作用下，由雾化喷嘴喷到雾化塔中雾化成小液滴，并在环境氮气的保护和冷却下迅速凝固成复合铝粉，粗复合铝粉颗粒落入雾化塔底部进入储料罐，细复合铝粉经高压引风机吸入至铝粉分级装置25进行分级，分离出各种不同中粒径d50的复合铝粉送入储料罐，并由气刀栓流式密相气力输送系统分别送往铝粉真空包装机26进行真空包装。
所述粉体缓蚀剂包括一水软铝石粉末、刚玉粉末、氧化钙粉末、氢氧化钙粉末、工业食盐、工业氯化钾中的一种或多种；所述粉体缓蚀剂的加入量为0.5wt.％～30wt.％，其余为金属铝。
所述雾化炉的温度控制在850～900℃，严格捞渣作业以防止雾化器喷嘴堵塞；
雾化温度控制在720～780℃，雾化氮气压力控制在2.2～2.5MPa，雾化氮气流速控制在350～400m/s，喷嘴间隙控制在0.40～0.55mm。
进一步地，在铝液的雾化、分级和包装等生产过程中均需在氮气保护中进行，而从高压引风机出来的氮气通过氮气管路返回至氮气压力平衡罐形成氮气闭合循环回路。
与传统的铝水制氢时通过球磨方式或高温熔化方式加入添加剂相比，本发明在电解铝成铝液时即通过原位添加铝缓蚀剂，不仅避免了再次高温熔化及球磨的高耗能和设备复杂性，还实现了原子/分子级的混合，从而保证了复合铝粉的混合均匀性，使得铝粉与中性水持续反应成为可能，进而也避免了使用高腐蚀性的碱液所带来的氢气提纯问题，因而大幅提升了氢气的纯度，而且还有效降低了制氢成本。
实施例1
本发明实施例1提供一种制氢方法，如图2所示，以传统火力发电作为电力供应，电能通过变压整流后将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽22送至雾化炉23中，同时将质量比为0.5wt.％～30wt.％的粉体缓蚀剂通过自动投料机27加入到雾化炉23中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，接着送入氮气雾化装置24中雾化冷却形成复合铝粉，然后通过铝粉分级装置25进行分级收集后由气刀栓流式密相气力输送系统分别送往铝粉真空包装机26进行真空包装；将复合铝粉输运至加氢站进入水铝制氢装置3与纯水、自来水或一定浓度的盐水反应进行现场制氢，所产生的含有水蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔33进行干燥后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由氢气压缩机34压入高压储氢容器35储存；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至真空耙式干燥机32进行干燥分解得到三氧化二铝，再经过包装输运至电解铝厂进入铝电解槽21进行再次电解从而形成铝闭合循环回路。
实施例2
本发明实施例2提供一种制氢方法，如图3所示，以永磁直驱风电机组风场产生的风电作为电力供应，通过变压整流后将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽送至雾化炉23中，同时将质量比为30wt.％的一水软铝石粉末通过自动投料机27加入到雾化炉23中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，接着送入氮气雾化装置24中雾化冷却形成复合铝粉，然后通过铝粉分级装置25进行分级收集后由气刀栓流式密相气力输送系统分别送往铝粉真空包装机26进行真空包装；然后将复合铝粉输运至加氢站进入水铝制氢装置3与35wt.％的氯化钠水溶液反应进行现场制氢，所产生的含有水蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔33进行干燥后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由金属隔膜式氢气压缩机压入45MPa长管气瓶中储存；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至真空耙式干燥机32进行干燥分解得到三氧化二铝，再经过包装输运至电解铝厂进入铝电解槽21进行再次电解从而形成铝闭合循环回路。
实施例3
本发明实施例3提供一种制氢方法，如图4所示，以双馈异步风电机组风场产生的风电作为主电力供应，以燃煤火电厂的火电作为辅助电力并经由变压整流后将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽22送至雾化炉23中，同时将质量比为25wt.％的刚玉粉末通过自动加料机27加入到雾化炉23中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，接着送入氮气雾化装置24中雾化冷却形成复合铝粉，然后通过铝粉分级装置25进行分级收集后由气刀栓流式密相气力输送系统分别送往铝粉真空包装机26进行真空包装；然后将复合铝粉输运至加氢站进入水铝制氢装置3与40％的氯化钾水溶液反应进行现场制氢，所产生的含有水蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔33进行干燥后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由高纯无油增压器氢气压缩机压入98MPa高压储氢容器中储存；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至真空耙式干燥机32进行干燥分解得到三氧化二铝，再经过包装输运至电解铝厂进入铝电解槽21进行再次电解从而形成铝闭合循环回路。
实施例4
本发明实施例4提供一种制氢方法，如图5所示，以太阳能光热发电系统的电场发出的电能作为电力供应，通过变压后将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽22送至雾化炉23中，同时将质量比为20wt.％的氧化钙粉末通过自动投料机27加入到雾化炉23中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，接着送入氮气雾化装置24中雾化冷却形成复合铝粉，然后通过铝粉分级装置25进行分级收集后由气刀栓流式密相气力输送系统分别送往铝粉真空包装机26进行真空包装；然后将复合铝粉输运至加氢站进入水铝制氢装置3与自来水反应进行现场制氢，所产生的含有水蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔33进行干燥后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由金属隔膜式氢气压缩机压入98MPa高压储氢容器中储存；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至真空耙式干燥机32进行干燥分解得到三氧化二铝，再经过包装输运至电解铝厂进入铝电解槽21进行再次电解从而形成铝闭合循环回路。
实施例5
本发明实施例5提供一种制氢方法，如图6所示，以单晶硅太阳能电池板阵列的光伏电场发出的电能作为主电力供应，以燃煤火电厂的火电作为辅助电力并经由变压整流后将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽22送至雾化炉23中，同时将质量比为25wt.％的氢氧化钙粉末通过自动投料机27加入到雾化炉23中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，接着送入氮气雾化装置24中雾化冷却形成复合铝粉，然后通过铝粉分级装置25进行分级收集后由气刀栓流式密相气力输送系统分别送往铝粉真空包装机26进行真空包装；然后将复合铝粉输运至加氢站进入水铝制氢装置3与纯水反应进行现场制氢，所产生的含有水蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔33进行干燥后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由金属隔膜式氢气压缩机压入45MPa长管气瓶中储存；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至真空耙式干燥机32进行干燥分解得到三氧化二铝，再经过包装输运至电解铝厂进入铝电解槽21进行再次电解从而形成铝闭合循环回路。
实施例6
本发明实施例6提供一种制氢方法，如图7所示，以永磁直驱风电机组风场产生的风电和装有多晶硅光伏电池板阵列产生的电能在全天候通过电力互补作为联合电力供应，通过变压整流后将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽22送至雾化炉23中，同时将质量比为20wt.％的工业食盐通过自动加料机27加入到雾化炉23中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，接着送入氮气雾化装置24中雾化冷却形成复合铝粉，然后通过铝粉分级装置25进行分级收集后由气刀栓流式密相气力输送系统分别送往铝粉真空包装机26进行真空包装；然后将复合铝粉输运至加氢站进入以水铝制氢装置3与纯水反应进行现场制氢，所产生的含有水蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔33进行干燥后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由金属隔膜式氢气压缩机压入98MPa高压储氢容器中储存；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至真空耙式干燥机32进行干燥分解得到三氧化二铝，再经过包装输运至电解铝厂进入铝电解槽21进行再次电解从而形成铝闭合循环回路。
实施例7
本发明实施例7提供一种制氢方法，如图8所示，以双馈异步风电机组风场产生的风电和装有薄膜太阳能电池产生的电能联合作为主电力供应，燃煤火电作为必要辅助电力并经过变压整流后将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽22送至雾化炉23中，同时将质量比为10wt.％的氢氧化钙粉末和20wt.％的工业食盐通过自动投料机27加入到雾化炉23中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，接着送入氮气雾化装置24中雾化冷却形成复合铝粉，然后通过铝粉分级装置25进行分级收集后由气刀栓流式密相气力输送系统分别送往铝粉真空包装机26进行真空包装；然后将复合铝粉输运至加氢站进入以水铝制氢装置3与自来水反应进行现场制氢，所产生的含有水蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔33进行干燥后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由金属隔膜式氢气压缩机压入98MPa高压储氢容器中储存；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至真空耙式干燥机32进行干燥分解得到三氧化二铝，再经过包装输运至电解铝厂进入铝电解槽21进行再次电解从而形成铝闭合循环回路。
实施例8
本发明实施例8提供一种制氢方法，如图9所示，以小水电产生的电能作为电力供应，并经过变压整流后将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽22送至雾化炉23中，同时将质量比为0.5wt.％的氧化钙粉末和30wt.％的工业氯化钾通过自动投料机27加入到雾化炉23中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，接着送入氮气雾化装置24中雾化冷却形成复合铝粉，然后通过铝粉分级装置25进行分级收集后由气刀栓流式密相气力输送系统分别送往铝粉真空包装机26进行真空包装；然后将复合铝粉输运至加氢站进入水铝制氢装置3与自来水反应进行现场制氢，所产生的含有水蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔33进行干燥后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由电动液驱氢气压缩机压入45MPa长管气瓶中储存；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至真空耙式干燥机32进行干燥分解得到三氧化二铝，再经过包装输运至电解铝厂进入铝电解槽21进行再次电解从而形成铝闭合循环回路。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，其包括可再生能源发电装置、循环式铝粉生产装置、水铝制氢装置；
所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝粉生产装置提供电能；所述可再生能源发电装置为风力发电系统或太阳能发电系统；所述风力发电系统的风电机组为永磁直驱风电机组、双馈异步风电机组或双馈-直驱混合风电机组；所述太阳能发电系统为单晶硅太阳能发电系统、多晶硅太阳能发电系统、薄膜太阳能发电系统或太阳能光热发电系统中的一种或多种；
所述循环式铝粉生产装置，用于将氧化铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置；
所述水铝制氢装置，用于将所述铝粉通过制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储，将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置循环使用继续进行电解获得铝粉；
所述循环式铝粉生产装置包括依次连接的铝电解槽、雾化炉、氮气雾化装置、铝粉分级装置、铝粉真空包装机，所述铝电解槽、雾化炉之间通过导液槽连接；所述循环式铝粉生产装置还包括设置在雾化炉上用于添加缓蚀剂的自动投料机；
所述水铝制氢装置包括依次连接的铝水反应釜、氢气干燥塔、氢气压缩机、高压储氢容器。
2.根据权利要求1所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，所述水铝制氢装置还包括真空耙式干燥机、冷却器、循环泵、加热器，所述真空耙式干燥机的进料口与铝水反应釜的氢氧化铝出料口连接；所述冷却器的出液口依次通过管路连接铝水反应釜、循环泵、加热器、真空耙式干燥机，所述真空耙式干燥机的出液口与冷却器的进液口连接，形成液体循环回路。
3.根据权利要求2所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，所述循环式铝粉生产装置还包括变压整流柜，所述变压整流柜的输入端与可再生能源发电装置连接，输出端分别与铝电解槽、雾化炉、氮气雾化装置、铝粉分级装置、铝粉真空包装机连接。
4.根据权利要求3所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，所述氮气雾化装置包括氮气压力平衡罐、送风机、压缩机、高压储气罐、加热器、雾化塔、储料罐；所述雾化塔与储料罐连接，所述氮气压力平衡罐一路通过送风机向雾化塔内输入氮气，另一路通过压缩机、高压储气罐、加热器为雾化塔的雾喷嘴提供高压高温雾化氮气。
5.根据权利要求4所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，所述铝粉分级装置包括依次连接的旋风收集器、离心分级器、袋式除尘器。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的制氢方法，其特征在于，该方法通过如下步骤实现：
步骤（1），可再生能源发电装置产生的电能通过变压整流柜为循环式铝粉生产装置供电；
步骤（2），将氧化铝加入循环式铝粉生产装置中进行电解得到铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置；
所述步骤（2），具体通过以下步骤实现：
步骤（201），将氧化铝粉加入铝电解槽中进行电解得到高温铝液；
步骤（202），将所述步骤（201）得到的高温铝液通过导液槽送至雾化炉中，同时将粉体缓蚀剂通过自动加料机加入到雾化炉中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，获得的铝复合液在雾化炉中被继续加热并保持雾化温度；所述铝复合液在文丘里效应作用下凝固成复合铝粉，再通过铝粉分级装置进行分级，分离出各种不同中粒径d 50的复合铝粉；所述粉体缓蚀剂包括一水软铝石粉末、刚玉粉末、氧化钙粉末、氢氧化钙粉末、工业食盐、工业氯化钾中的一种或多种；所述粉体缓蚀剂的加入量为0.5wt.%~30wt.%，其余为金属铝；
步骤（3），将所述步骤（2）制得的铝粉进行制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储；将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置循环使用继续进行电解获得铝粉。
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