CN110904464A - 一种基于海上风电的海水电解制氢系统 - Google Patents
一种基于海上风电的海水电解制氢系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110904464A CN110904464A CN201911112909.5A CN201911112909A CN110904464A CN 110904464 A CN110904464 A CN 110904464A CN 201911112909 A CN201911112909 A CN 201911112909A CN 110904464 A CN110904464 A CN 110904464A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- seawater
- gas
- outlet
- hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013535 sea water Substances 0.000 title claims abstract description 108
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 94
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 91
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 102
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 82
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 48
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 37
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 42
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 27
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims description 22
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 21
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 21
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 19
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 18
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 11
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于海上风电的海水电解制氢系统。包括，海水蒸发装置，以及固体氧化物电解池电堆，第一换热装置，所述第一换热装置利用固体氧化物电解池电堆混合气出口气体对所述水蒸气进行预热；海水蒸发装置利用固体氧化物电解池的尾气余热将海水蒸发成水蒸气，将水蒸气经过换热装置换热后通入固体氧化物电解池电堆中，固体氧化物电解池电堆利用海上风电对水蒸气进行电解，生成氢气和氧气。将生成的氢气通入换热器对待进入固体氧化物电解池电堆的水蒸气进行预热，换热后的氢气通入海水蒸发装置作为海水蒸发的热源，实现对固体氧化物电解池的尾气余热的多级利用。
Description
技术领域
本发明涉及水电解制氢领域，尤其涉及一种基于海上风电的海水电解制氢系统。
背景技术
利用可再生能源电解水制氢是解决未来氢能供应的清洁方案，在海上利用海上风能、太阳能发电进行海水直接电解更是具有极大吸引力的方案。
但现有的碱式电解、质子交换膜电解技术均难以直接使用海水作为电解水源，困难在于电解海水过程中的阳极析氯、阴极结垢、海水腐蚀等因素会引起电极活性降低与管路腐蚀。同时，现有的海水电解制氢制氢系统中尾气余热回收以及海水淡化的综合利用率较低。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于海上风电的海水电解制氢系统，旨在解决现有的海水电解制氢制氢存在余热回收利用率低的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于海上风电的海水电解制氢系统，包括：
海水蒸发装置，用于将海水蒸发生成水蒸气；以及
固体氧化物电解池电堆，用于将所述水蒸气电解成氢气及氧气；
第一换热装置，所述第一换热装置利用所述固体氧化物电解池电堆混合气出口气体对所述水蒸气进行预热；
所述海水蒸发装置的水蒸气出口与所述第一换热装置的水蒸气进口相连，所述第一换热装置的水蒸气出口与所述固体氧化物电解池电堆水蒸气进口相连，所述固体氧化物电解池电堆混合气出口与所述第一换热装置的混合气进口相连，所述第一换热装置的混合气出口与所述海水蒸发装置的混合气进口相连。
优选地，所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，包括储氢容器，第一水气分离装置以及储淡水容器；所述第一水气分离装置的水气进口与所述海水蒸发装置的水气出口相连，所述第一水气分离装置的氢气出口与所述储氢容器的进口相连，所述第一水气分离装置的淡水出口与所述储淡水容器相连。
优选地，所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，还包括氢气合成装置，
所述氢气合成装置包括，储二氧化碳容器，逆水汽变换器装置、第二水气分离器以及储合成气容器；
所述储二氧化碳容器的出口与所述逆水汽变换器装置二氧化碳气体进口相连，所述储氢容器的出口与所述逆水汽变换器装置氢气进口相连，所述逆水汽变换器装置的水气出口与所述第二水气分离器的进口相连，所述第二水气分离装置的合成气出口与所述储合成气容器的进气口相连，所述所述第二水气分离装置的淡水出口与所述储淡水容器的进口相连。
优选地，所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，所述固体氧化物电解池电堆载气入口依次连接有第二换热器以及气泵，载气经过所述气泵压缩后进入所述第二换热器，经第二换热器换热后通过所述载气入口进入所述固体氧化物电解池电堆；所述载气为空气。
优选地，所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，所述固体氧化物电解池电堆含氧载气出口气体经所述第二换热器换热后进入所述逆水汽变换器装置。
优选地，所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，所述逆水汽变换器装置合成气出口与所述第二水气分离装置连接，所述第二水气分离装置的出气口与所述储合成气容器连接，所述第二水气分离装置的淡水出口与所述储淡水容器相连。
优选地，所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，所述海水蒸发装置为真空沸腾式海水蒸发器、多级闪蒸海水蒸发器或太阳能蒸馏器。
优选地，所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，所述逆水汽变换器装置中反应压力为3-9MPa。
优选地，所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，所述逆水汽变换器装置中反应温度为200-300℃。
优选地，所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，所述储氢容器的出口氢气与所述储二氧化碳容器出口二氧化碳气体的体积流量比为1:2-3。
有益效果：本发明所提出的装置中的基于海上风电的海水电解制氢系统，海水蒸发装置利用固体氧化物电解池的尾气余热将海水蒸发成水蒸气，将水蒸气经过换热装置换热后通入固体氧化物电解池电堆中，固体氧化物电解池电堆利用海上风电对水蒸气进行电解，生成氢气和氧气。将生成的氢气通入换热器对待进入固体氧化物电解池电堆的水蒸气进行预热，换热后的氢气通入海水蒸发装置作为海水蒸发的热源，实现对固体氧化物电解池的尾气余热的多级利用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于海上风电的海水电解制氢系统流程示意图。
图2是本发明实施例提供的基于海上风电的可逆氧化物燃料电池制氢及二氧化碳逆水气变换制合成气系统流程图。
图3是本发明实施例提供的海水蒸发装置结构示意图。
1空气，2压缩空气，3换热后的空气，4富氧空气，5、18换热后的富氧空气，6换热后的水蒸气，7混合有水蒸气的氢气，8水蒸气，9换热后的混合有水蒸气的氢气，10浓海水，11二次换热后的混合有水蒸气的氢气，12、13海水，14、16氢气，15、21淡水,17二氧化碳，19混合有氢气的合成气，20合成气，22风电
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。
如图1所示，本发明公开一种基于海上风电的海水电解制氢系统，其包括，真空沸腾式海水蒸发器子系统(VEP)，用于将海水蒸发生成水蒸气(8、6)；其中，8表示真空沸腾式海水蒸发器子系统(VEP)出口水蒸气，而6表示经过第一换热装置(HX1)升温后的水蒸气。固体氧化物电解池电堆(SOEC)，用于将所述水蒸气6电解成氢气及氧气；第一换热装置(HX1)，所述第一换热装置(HX1)利用所述固体氧化物电解池电堆(SOEC)混合气出口气体7对所述水蒸气8进行预热；所述真空沸腾式海水蒸发器子系统(VEP)的水蒸气出口与所述第一换热装置(HX1)的水蒸气进口相连，所述第一换热装置(HX1)的水蒸气出口与所述固体氧化物电解池电堆(SOEC)水蒸气进口相连，所述固体氧化物电解池电堆(SOEC)混合气出口与所述第一换热装置(HX1)的混合气进口相连，所述第一换热装置(HX1)的混合气出口与所述真空沸腾式海水蒸发器子系统(VEP)的混合气进口相连。
现有技术中海上风电供应不稳定，直流交流变换与相位控制复杂，严重限制了海上风电的应用。为了节约资源，利用海上风电对海水进行电解制备氢气，但现有的海水电解制氢制氢存在余热回收利用率低的问题。
为了解决海水电解制氢制氢存在余热回收利用率低的问题，本发明提供一种基于海上风电的海水电解制氢系统，其中海水蒸发装置利用固体氧化物电解池的尾气余热将海水蒸发成水蒸气，将水蒸气经过换热装置换热后通入固体氧化物电解池电堆中，固体氧化物电解池电堆利用海上风电对水蒸气进行电解，生成氢气和氧气。将生成的氢气通入换热器对待进入固体氧化物电解池电堆的水蒸气进行预热，换热后的氢气通入海水蒸发装置作为海水蒸发的热源，解决了海水电解制氢制氢存在余热回收利用率低的问题。
在本实施方式中，海水蒸发装置可以包括但不限于真空沸腾式海水蒸发器、多级闪蒸海水蒸发器或太阳能蒸馏器。只要能够实现利用热能将海水蒸发成水蒸气即可。
在本实施方式中，固体氧化物电解池电堆(SOEC)为现有常用的固体氧化物电解池电堆(SOEC)，其具体结构以及操作方法为已知现有技术，在此不做赘述。固体氧化物电解池电堆(SOEC)载气入口依次连接有第二换热器(HX2)以及气泵(P2)，载气经过所述气泵(P2)压缩后进入所述第二换热器(HX2)，经第二换热器(HX2)换热后通过所述载气入口进入所述固体氧化物电解池电堆(SOEC)；所述载气为空气。空气经过空气泵(P1)压缩后作为产品氧气的载气。压缩空气在进入固体氧化物电解池电堆之前通过第二换热器(HX2)进行预热。固体氧化物电解池电堆产品氧气经过第二换热器(HX2)后温度也得到一定的降低。从第二换热器(HX2)排出的气体为富氧的空气，其中氧气是来自于电解水。
在本实施方式中，如图3所示，其为真空沸腾式海水蒸发器子系统(VEP)示意图。真空沸腾式海水蒸发器子系统(VEP)包括腔体100，在腔体底部设置有海水进口110，海水通过海水泵P1泵入直接进入蒸发器腔底部。在腔体内部竖直布置高温加热器换热管120，高温加热器换热管内为(SOEC)燃料侧出口尾气，所通入的尾气为海水蒸发提供热能实现海水的沸腾换热，海水蒸发后通过水蒸气上升气道130，由蒸汽出口140排出，后续供给给(SOEC)。为了提升蒸发效率，将采用真空泵P3预抽除水蒸气腔体内部的空气，实现真空降压蒸发，降低蒸发温度，减少蒸发器换热负荷。在腔体的底部还设置有海水出口150，通过海水出口150将蒸发后的浓海水排出。避免腔体内部的海水内盐分结晶结垢腐蚀壳体。所排出的海水盐分浓度较高，可以作为海水制氯制盐的卤水原料，实现海水的循环。
在一种或多种实施方式中，如图2所示，基于海上风电的海水电解制氢系统，还包括储氢容器(HT)，第一水气分离装置(SP1)以及储淡水容器(WT)；所述第一水气分离装置(SP1)的水气进口与所述海水蒸发装置的水气出口相连，所述第一水气分离装置(SP1)的氢气出口与所述储氢容器(HT)的进口相连，所述第一水气分离装置(SP1)的淡水出口与所述储淡水容器(WT)相连。
在本实施方式中，通过设置第一水气分离装置将从海水蒸发装置中排出的含有氢气水蒸气的混合气体进行分离，得到氢气及淡水。
在一种实施方式中，基于海上风电的海水电解制氢系统还包括氢气合成装置，所述氢气合成装置包括，储二氧化碳容器(CDT)，逆水汽变换器装置(RWGS)、第二水气分离器(SP2)以及储合成气容器(ST)；所述储二氧化碳容器(CDT)的出口与所述逆水汽变换器装置(RWGS)二氧化碳气体进口相连，所述储氢容器(HT)的出口与所述逆水汽变换器装置(RWGS)氢气进口相连，所述逆水汽变换器装置(RWGS)的水气出口与所述第二水气分离器(SP2)的进口相连，所述第二水气分离装置(SP2)的合成气出口与所述储合成气容器(ST)的进气口相连，所述所述第二水气分离装置(SP2)的淡水出口与所述储淡水容器(WT)的进口相连。第二换热器(HX2)排出的富氧空气进入逆水汽变换器装置(RWGS)。
在本实施方式中，通过在系统中增加逆水汽变换器装置(RWGS)，可将电解所生成的氢气与二氧化碳反应，获得碳、氢比精确可调的氢气、一氧化碳合成气产品，该合成气产品可用于费托合成进行碳氢燃料的制取。氢气与CO2转化为合成气，可进一步合成更易储存的甲醇，或其他碳氢化合物。可解决传统可逆氧化物燃料电池制氢所面临的氢气储存成本高、泄露严重、安全性低等的问题。
在本实施方式中，将逆水气变化过程中的副产物水冷凝回收储存，提供给燃料电池作为电解反应物产氢，降低了系统对水的需求与储水系统的复杂度，从而增加系统整体效率与能耗。同时该冷凝回收的水可与固体氧化物电解池尾气回收的水一同作为淡水产品。
在本实施方式中，逆水汽变换器装置(RWGS)中反应压力为3-9MPa(如5-6MPa)。将逆水汽变换器装置(RWGS)中反应压力设为3-9MPa，在保证反应正常进行的情况下，也避免了压力过高对设备造成影响。
在本实施方式中，逆水汽变换器装置中反应温度为200-300℃。将温度设定在200-300℃提升反应速度，缩短反应进程。
在本实施方式中，储氢容器的出口氢气与所述储二氧化碳容器出口二氧化碳气体的体积流量比为1:2-3。即可以根据反应的需要对碳氢比例进行精确控制，易于适宜于后续甲醇等碳氢化合物合成的的合成气。
综上所述，本发明提供一种基于海上风电的海水电解制氢系统，系统包括：海水蒸发装置，用于将海水蒸发生成水蒸气；以及固体氧化物电解池电堆，用于将所述水蒸气电解成氢气及氧气；第一换热装置，所述第一换热装置利用所述固体氧化物电解池电堆混合气出口气体对所述水蒸气进行预热；所述海水蒸发装置的水蒸气出口与所述第一换热装置的水蒸气进口相连，所述第一换热装置的水蒸气出口与所述固体氧化物电解池电堆水蒸气进口相连，所述固体氧化物电解池电堆混合气出口与所述第一换热装置的混合气进口相连，所述第一换热装置的混合气出口与所述海水蒸发装置的混合气进口相连。本发明所提供的基于海上风电的海水电解制氢系统，通过选用能够直接利用直流电能的固体氧化物电解池储能，能够克服海上风电供应不稳定、弃风严重、并网复杂(直流交流变换与相位控制)的问题。通过采用真空沸腾式海水蒸发气，降低了海水蒸发的耗能，同时利用固体氧化物电解池的高温尾气用作蒸发器的热源，进一步降低蒸发能耗。将逆水气变化过程中的副产物水冷凝回收储存，提供给燃料电池作为电解反应物产氢，降低了系统对水的需求与储水系统的复杂度，从而增加系统整体效率与能耗。同时该冷凝回收的水可与固体氧化物电解池尾气回收的水一同作为淡水产品。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于海上风电的海水电解制氢系统，其特征在于，包括：
海水蒸发装置，用于将海水蒸发生成水蒸气；以及
固体氧化物电解池电堆，用于将所述水蒸气电解成氢气及氧气；
第一换热装置，所述第一换热装置利用所述固体氧化物电解池电堆的混合气出口气体对所述水蒸气进行预热；
所述海水蒸发装置的水蒸气出口与所述第一换热装置的水蒸气进口相连，所述第一换热装置的水蒸气出口与所述固体氧化物电解池电堆的水蒸气进口相连，所述固体氧化物电解池电堆混合气出口与所述第一换热装置的混合气进口相连，所述第一换热装置的混合气出口与所述海水蒸发装置的混合气进口相连。
2.根据权利要求1所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，其特征在于，还包括储氢容器，第一水气分离装置以及储淡水容器；所述第一水气分离装置的水气进口与所述海水蒸发装置的水气出口相连，所述第一水气分离装置的氢气出口与所述储氢容器的进口相连，所述第一水气分离装置的淡水出口与所述储淡水容器相连。
3.根据权利要求2所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，其特征在于，还包括氢气合成装置，
所述氢气合成装置包括，储二氧化碳容器，逆水汽变换器装置、第二水气分离器以及储合成气容器；
所述储二氧化碳容器的出口与所述逆水汽变换器装置二氧化碳气体进口相连，所述储氢容器的出口与所述逆水汽变换器装置氢气进口相连，所述逆水汽变换器装置的水气出口与所述第二水气分离器的进口相连，所述第二水气分离装置的合成气出口与所述储合成气容器的进气口相连，所述第二水气分离装置的淡水出口与所述储淡水容器的进口相连。
4.根据权利要求1所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，其特征在于，所述固体氧化物电解池电堆载气入口依次连接有第二换热器以及气泵，载气经过所述气泵压缩后进入所述第二换热器，经第二换热器换热后通过所述载气入口进入所述固体氧化物电解池电堆；所述载气为空气。
5.根据权利要求4所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，其特征在于，所述固体氧化物电解池电堆含氧载气出口气体经所述第二换热器换热后进入所述逆水汽变换器装置。
6.根据权利要求3所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，其特征在于，所述逆水汽变换器装置的合成气出口与所述第二水气分离装置连接，所述第二水气分离装置的出气口与所述储合成气容器连接，所述第二水气分离装置的淡水出口与所述储淡水容器相连。
7.根据权利要求1所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，其特征在于，所述海水蒸发装置为真空沸腾式海水蒸发器、多级闪蒸海水蒸发器或太阳能蒸馏器。
8.根据权利要求3所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，其特征在于，所述逆水汽变换器装置中反应压力为3-9MPa。
9.根据权利要求3所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，其特征在于，所述逆水汽变换器装置中反应温度为200-300℃。
10.根据权利要求3所述的基于海上风电的海水电解制氢系统，其特征在于，所述储氢容器的出口氢气与所述储二氧化碳容器的出口二氧化碳气体的体积流量比为1:2-3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911112909.5A CN110904464A (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 一种基于海上风电的海水电解制氢系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911112909.5A CN110904464A (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 一种基于海上风电的海水电解制氢系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110904464A true CN110904464A (zh) | 2020-03-24 |
Family
ID=69816601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911112909.5A Pending CN110904464A (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 一种基于海上风电的海水电解制氢系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110904464A (zh) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112794283A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-14 | 河南中氢动力研究院有限公司 | 一种海水制氢淡化一体化装备 |
| CN113235114A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-08-10 | 清华大学 | 一种基于氯碱副产氢的原位燃料电池热电联供系统 |
| CN113445061A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-28 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种平管式固体氧化物电解池、电解海水制氢装置及电解制氢的工艺 |
| CN113503192A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-10-15 | 华南理工大学 | 一种可实现核电站灵活调峰的高效核能综合利用系统 |
| CN113503191A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-10-15 | 华南理工大学 | 一种核能发电制氢综合利用系统 |
| CN113621977A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-11-09 | 北京思伟特新能源科技有限公司 | 一种具有固体氧化物电解槽的制氢系统 |
| WO2021242150A1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-12-02 | King Abdulaziz City For Science And Technology | A device for producing hydrogen and a method of producing hydrogen using this device |
| CN113862696A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-31 | 四川华能氢能科技有限公司 | 一种基于固体氧化物电解水的制氢方法 |
| CN113930799A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-01-14 | 江苏科技大学 | 一种固体氧化物电解池产氢气的热回收系统 |
| CN114044562A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-02-15 | 浙江清华长三角研究院 | 一种电解装置和水处理淡化系统的集成系统 |
| WO2022090151A1 (fr) | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système d'électrolyseur haute température optimisé par dépression de l'alimentation en vapeur d'eau |
| EP4086372A1 (fr) * | 2021-05-04 | 2022-11-09 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Système d électrolyseur haute température à compression optimisée |
| FR3122670A1 (fr) * | 2021-05-04 | 2022-11-11 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système d’électrolyseur haute température à consommation énergétique optimisée |
| CN115974208A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-04-18 | 南京航空航天大学 | 基于太阳能集热器和燃料电池的海水淡化系统及方法 |
| CN117468021A (zh) * | 2023-11-09 | 2024-01-30 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种碱性和质子交换膜混联海水制氢的系统及方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120082582A (ko) * | 2011-01-14 | 2012-07-24 | 삼성중공업 주식회사 | 연료전지시스템 및 이를 구비한 선박 |
| CN104164262A (zh) * | 2014-08-19 | 2014-11-26 | 赛鼎工程有限公司 | 一种煤制合成气通过耐硫甲烷化制备替代天然气的工艺 |
| CN106242946A (zh) * | 2016-09-08 | 2016-12-21 | 广东合即得能源科技有限公司 | 一种太阳能制氢合成甲醇的设备及工艺 |
| CN107567351A (zh) * | 2015-04-08 | 2018-01-09 | 太阳火有限公司 | 用于制备甲烷/气态和/或液态烃的制备方法以及制备装置 |
| CN107881522A (zh) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 制氢系统 |
| CN107893237A (zh) * | 2016-12-27 | 2018-04-10 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 基于高温电解水蒸气制氢技术的加氢站 |
| CN108865285A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-11-23 | 西南石油大学 | 一种以煤和天然气为原料的油-电联产工艺 |
| CN109485044A (zh) * | 2017-09-12 | 2019-03-19 | 陈志强 | 潜艇用淡水空气保障系统及其方法 |
| CN211848150U (zh) * | 2019-11-14 | 2020-11-03 | 深圳大学 | 一种基于海上风电的海水电解制氢系统 |
-
2019
- 2019-11-14 CN CN201911112909.5A patent/CN110904464A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120082582A (ko) * | 2011-01-14 | 2012-07-24 | 삼성중공업 주식회사 | 연료전지시스템 및 이를 구비한 선박 |
| CN104164262A (zh) * | 2014-08-19 | 2014-11-26 | 赛鼎工程有限公司 | 一种煤制合成气通过耐硫甲烷化制备替代天然气的工艺 |
| CN107567351A (zh) * | 2015-04-08 | 2018-01-09 | 太阳火有限公司 | 用于制备甲烷/气态和/或液态烃的制备方法以及制备装置 |
| CN106242946A (zh) * | 2016-09-08 | 2016-12-21 | 广东合即得能源科技有限公司 | 一种太阳能制氢合成甲醇的设备及工艺 |
| CN107881522A (zh) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 制氢系统 |
| CN107893237A (zh) * | 2016-12-27 | 2018-04-10 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 基于高温电解水蒸气制氢技术的加氢站 |
| CN109485044A (zh) * | 2017-09-12 | 2019-03-19 | 陈志强 | 潜艇用淡水空气保障系统及其方法 |
| CN108865285A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-11-23 | 西南石油大学 | 一种以煤和天然气为原料的油-电联产工艺 |
| CN211848150U (zh) * | 2019-11-14 | 2020-11-03 | 深圳大学 | 一种基于海上风电的海水电解制氢系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 于洋等: "《机工业务》", 31 October 2006, 大连海事大学出版社, pages: 236 * |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021242150A1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-12-02 | King Abdulaziz City For Science And Technology | A device for producing hydrogen and a method of producing hydrogen using this device |
| WO2022090151A1 (fr) | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système d'électrolyseur haute température optimisé par dépression de l'alimentation en vapeur d'eau |
| FR3115798A1 (fr) * | 2020-10-30 | 2022-05-06 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système d’électrolyseur haute température optimisé par dépression de l’alimentation en vapeur d’eau |
| CN112794283A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-14 | 河南中氢动力研究院有限公司 | 一种海水制氢淡化一体化装备 |
| FR3122670A1 (fr) * | 2021-05-04 | 2022-11-11 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système d’électrolyseur haute température à consommation énergétique optimisée |
| FR3122669A1 (fr) * | 2021-05-04 | 2022-11-11 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système d’électrolyseur haute température à compression optimisée |
| EP4086372A1 (fr) * | 2021-05-04 | 2022-11-09 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Système d électrolyseur haute température à compression optimisée |
| CN113235114A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-08-10 | 清华大学 | 一种基于氯碱副产氢的原位燃料电池热电联供系统 |
| CN113445061A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-28 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种平管式固体氧化物电解池、电解海水制氢装置及电解制氢的工艺 |
| CN113503191B (zh) * | 2021-06-18 | 2022-08-16 | 华南理工大学 | 一种核能发电制氢综合利用系统 |
| CN113503191A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-10-15 | 华南理工大学 | 一种核能发电制氢综合利用系统 |
| CN113503192A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-10-15 | 华南理工大学 | 一种可实现核电站灵活调峰的高效核能综合利用系统 |
| CN113621977A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-11-09 | 北京思伟特新能源科技有限公司 | 一种具有固体氧化物电解槽的制氢系统 |
| CN113862696A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-31 | 四川华能氢能科技有限公司 | 一种基于固体氧化物电解水的制氢方法 |
| CN113930799A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-01-14 | 江苏科技大学 | 一种固体氧化物电解池产氢气的热回收系统 |
| WO2023093423A1 (zh) * | 2021-11-29 | 2023-06-01 | 江苏科技大学 | 一种固体氧化物电解池产氢气的热回收系统 |
| CN114044562A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-02-15 | 浙江清华长三角研究院 | 一种电解装置和水处理淡化系统的集成系统 |
| CN115974208A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-04-18 | 南京航空航天大学 | 基于太阳能集热器和燃料电池的海水淡化系统及方法 |
| CN117468021A (zh) * | 2023-11-09 | 2024-01-30 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种碱性和质子交换膜混联海水制氢的系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110904464A (zh) | 一种基于海上风电的海水电解制氢系统 | |
| CN211848150U (zh) | 一种基于海上风电的海水电解制氢系统 | |
| Graves et al. | Sustainable hydrocarbon fuels by recycling CO2 and H2O with renewable or nuclear energy | |
| CN107285544B (zh) | 一种基于风光互补发电和氢能供电的海水淡化系统 | |
| CN103227339B (zh) | 产生可再生氢并截留二氧化碳的电化学系统、装置和方法 | |
| DK2751307T3 (en) | ENERGY SUPPLY PLANT NAMELY FOR THE HOME ENGINEERING AREA. | |
| Quandt et al. | Concept and design of a 3.5 MW pilot plant for high temperature electrolysis of water vapor | |
| CN114481161B (zh) | 电解水制氢系统及制氧子系统 | |
| JPH1146460A (ja) | 電力貯蔵システム | |
| US20130288143A1 (en) | Fuel cell using seawater electrolyzer, methods for producing caustic soda, ammonia, urea and pvc using the seawater electrolyzer and integrated system thereof | |
| US20110100006A1 (en) | Integrated process for water-hydrogen-electricity nuclear gas-cooled reactor | |
| CN110690855A (zh) | 一种基于氢储能的新型净零能耗建筑的能源系统 | |
| JP2023508019A (ja) | 水の電気分解によって高純度水素及び／又は酸素を調製するための装置及び方法 | |
| WO2024046399A1 (zh) | 一种无需纯水的电解制氢系统 | |
| CN113278987B (zh) | 一种soec和ael电解耦合固体循环储放氢系统 | |
| JP2023540467A (ja) | 電気分解プロセス中の熱回収 | |
| CN103011313A (zh) | 一种海水淡化供水系统 | |
| Khan et al. | Cost and technology readiness level assessment of emerging technologies, new perspectives, and future research directions in H 2 production | |
| KR101352521B1 (ko) | 정삼투식 담수 복합시스템 | |
| KR20210026449A (ko) | 심층수 기반 발전용 수소생산시스템 | |
| CN107777660A (zh) | 一种铝水反应连续制氢装置及方法 | |
| WO2023125030A1 (zh) | 火电厂海水淡化提锂系统和方法 | |
| CN114893156B (zh) | 一种海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运系统及方法 | |
| CN116145165A (zh) | 一种电解高盐水制氢系统、电厂储能系统及方法 | |
| CN113860339A (zh) | 一种利用可再生能源发电的固碳海水提镁能源系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |