CN116575049A - 一种海水淡化厂原水厂pem制氢27mw-1008mw装置及方法 - Google Patents

一种海水淡化厂原水厂pem制氢27mw-1008mw装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW‑1008MW装置及方法，包括：海水淡化厂原水厂超纯水处理二级反渗透RO系统，供水1，绿色供电源，电去离子EDI系统，组成先进的RO‑EDI超纯水处理系统，供水2，大功率PEM电解水绿色制氢装置，氢气冷却、除湿和液化定制等系统。本发明以国际先进的24MW PEM电解槽产品进行技术集成、组合，制成27MW‑1008MW大功率制氢装置系统，籍此获得大规模无污染电解水质子膜PEM制氢、年产4150吨‑15.5万吨高纯氢的生产能力，来填补国内大功率PEM绿色制氢装置系统技术产品及在海水淡化厂原水厂领域应用的空白。本发明可使各类水厂零污染制造高纯氢气(含液氢)，可增加水厂收入、提高经济效益，为各类传统水厂转型升级和社会零碳经济的发展作出贡献。

Description

一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法
技术领域
本发明属于海水淡化厂原水厂利用其出水实施电解水质子膜PEM绿色制氢的领域，具体涉及到各种海水淡化厂原水厂的技术改造，最大限度地利用海水淡化厂原水厂的出水，增设风光电等绿色供电源、超纯水处理装置与实施大规模、无污染电解水质子膜PEM绿色制氢的大型装置系统。
背景技术
目前，电解水制氢在技术层面上主要分为碱性水电解(AWE)、固体聚合物PEM水电解、固体聚合物阴离子交换膜(AEM)水电解和固体氧化物(SOE)水电解这四类。其中：
碱性水电解(AWE)制氢是一项成熟的技术，投资和运行成本低。AWE是较早工业化的水电解技术，具有数十年的应用经验，其工业碱水电解槽的电解液通常采用质量分数为20％-30％的氢氧化钾溶液，电解槽运行温度为70-80℃，工作电流密度约为0.25A/㎡，产生的气体压力为0.1-3.0MPa，总效率为62％-82％，但存在碱液流失、腐蚀、能耗高等问题。
采用电化学装置的聚合物阴离子交换膜(AEM)，即固体聚合物阴离子交换膜水电解的研究与示范应用，在过去的几年中也有了发展。
基于高温固体氧化物(SOE)水电解制氢已在示范应用，其采用固体氧化物作为电解质材料，工作温度为800-1000℃，制氢过程的电化学性能有显著提高，效率也很高。SOEC电解槽的电极采用非贵金属催化剂，阴极材料采用多孔金属陶瓷Ni/YSZ，阳极材料采用钙钛矿氧化物，电解液采用YSZ氧离子导体，其全陶瓷材料结构避免了材料腐蚀。但高温高湿的工作环境限制了电解槽选用稳定性高、耐久性好、抗衰减的材料，也制约了SOEC制氢技术的应用场景选择和大规模推广。
本发明采用的固体聚合物PEM水电解制氢技术，其在国内外产业化推广运用方面发展迅速。在中国，目前最大的PEM质子交换膜制氢项目是中石化2022年12月25日宣布的在中原油田投产的2.5MW(兆瓦)可再生电力电解水制氢项目。此项目采用的是康明斯公司的技术。在国外，英国能源储存和清洁燃料公司ITM POWER与林德集团一起，在德国LEUNA化工总厂安装并在2022年下半年投产的24MW的PEM质子膜制氢项目，是世界最大的制氢装置。
目前，PEM水电解制氢技术已在加氢站现场制氢、可再生能源电解水制氢、储能等领域得到示范应用并逐步推广。过去5年，核心部件电解槽成本已下降了40％。但是投资和运行成本高仍然是PEM水电解制氢亟待解决的主要问题，这与目前析氧、析氢电催化剂只能选用贵金属材料密切相关。其主要部件膜电极的特性和结构直接影响质子交换膜水电解槽的性能和使用寿命。为此，降低催化剂与电解槽的材料成本，特别是阴、阳极电催化剂的贵金属载量，提高电解槽的效率和寿命，是PEM水电解制氢技术发展需要解决的重点问题。
作为PEM水电解质子膜制氢的关键部件之一的电解槽，其阴极和阳极主要由金属合金组成，如镍钼合金，它分解水产生氢和氧。电解水制氢是指水分子在直流电的作用下解离生成氧气和氢气，分别从电解槽的阳极和阴极析出，从而得到氢气。传统电解水制氢槽隔膜主要由石棉组成，起到气体分离的作用。与其他电解水制氢方式不同，质子交换膜(PEM)电解水制氢选用化学稳定性、质子传导性和气体分离性好的全氟磺酸质子交换膜代替石棉膜作为固体电解质，可有效防止电子转移，提高电解槽安全性。PEM电解槽的主要部件有质子交换膜、正负极催化层、正负极气体扩散层、正负极端板等。从里到外。其中，扩散层、催化剂层和质子交换膜构成膜电极，是整个水电解槽进行物料转移和电化学反应的主要场所。
本发明采用的PEM水电解制氢装置，其工作电流密度更高(＞1A/㎝2)，总体效率更高(74％-87％)，氢气体积分数更高(>99.99％)，产气压力更高(3-4MPa)，动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性，被认为是极具发展前景的水电解绿色制氢技术。
而上文所述的两个国内外最大PEM水电解制氢装置项目典型案例，既说明了PEM质子膜制氢的工程可行性及其在化工系统的成功应用，也说明了在PEM质子膜制氢领域，中国与国外绿色制氢工程技术方面存在的巨大差距。同时，上述两项典型案例也正好揭示出：在化工之外的其他领域、比24MW更大规模的实施PEM绿色制氢装置，在国内外都存在着可以进一步进行科技创新的拓展空间。
与所述三种水电解制氢方式相比，上文所述的PEM质子膜制氢装置的投运，以实际案例证明了PEM质子膜水电解制氢装置的工程可行性以及在化工领域的成功应用，证明了PEM质子膜制氢已经具备的实际投运的社会可操作性。
对照国内外所述两个最大PEM质子膜制氢装置的案列，可以发现，我国在该PEM质子膜制氢领域的大型制氢装置的制造、应用两方面，与国际先进的PEM制氢在设备及推广运用领域相比，存在着较大差距和空白。实施本发明，将填补27MW-1008MW大功率制氢装置及其在我国各类海水淡化厂原水厂进行大功率PEM绿色制氢的空白。通过实施本发明，各类海水淡化厂原水厂将在提供我国低碳社会经济发展所需的高纯氢气之外，也会提高各类水厂的经济效益。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法，其特征在于，包括海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统，供水1，风光电绿色供电源，电去离子EDI系统，供水2，大功率PEM电解水绿色制氢装置以及氢气冷却、除湿和液化定制系统；
所述海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统和电去离子EDI系统组成RO-EDI超纯水处理系统；
海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统通过供水1连接电去离子EDI系统，电去离子EDI系统通过供水2连接大功率PEM电解水绿色制氢装置，大功率PEM电解水绿色制氢装置连接氢气冷却、除湿和液化定制系统；
风光电绿色供电源连接电去离子EDI系统和大功率PEM电解水绿色制氢装置。
各种海水淡化厂原水厂通过技术改造，增设风光电等绿色供电源、超纯水处理二级反渗透RO系统、大型PEM制氢装置，各种海水淡化厂原水厂可充分利用其出水，通过RO-EDI组合技术来获得供应量足够、品质合格的高纯水(二级水)不间断提供给PEM电解槽。同时，本发明应用先进PEM电解槽产品进行技术集成、组合，制成27MW-1008MW大功率制氢装置，来获得大规模、无污染电解水质子膜PEM绿色制氢的制氢生产规模与能力，以此填补有关海水淡化厂原水厂领域在大规模、无污染水电解质子膜PEM绿色制氢装置技术产品及其应用的国内空白。
为实施本发明制成27MW-1008MW大功率PEM制氢装置，获得大规模、无污染电解水质子膜PEM绿色制氢的制氢生产规模与能力，首先需要给大功率制氢装置的PEM电解槽连续、不间断地提供高标准、足够量的高纯水(二级水)。为了给大功率制氢装置的PEM电解槽连续、不间断地提供高标准、足够量的高纯水(二级水)，本发明设计如下技术方案：
对海水淡化厂原水厂，设计增加“二级反渗透加电去离子”系统装置，形成RO-EDI集成技术及其组合技术。增加RO-EDI系统处理，目的在于确保获得合格与足够的高纯水(二级水)，以此供给27MW-1008MW大功率制氢装置，来实现大规模绿色制氢。
由于国内外反渗透膜技术与产品已经很成熟，采用一级反渗透、还是采用二级反渗透处理，经一、二级反渗透处理的出水，均可以达到一定的处理效果，但尚不足以保证该等出水可达到高纯水(二级水)、满足PEM质子膜制氢的水质要求。
多重RO反渗透膜系统一般可以去除98％以上离子、有机物等污染物，是一种比较经济高效的提纯方法。超纯水后处理系统，必须要应用多种集成技术，才能把上一阶段出水中残留的微量离子、有机物等污染物去除，从而达到可靠获得高纯水(二级水)的系统设计工程要求。一般的反渗透膜处理设备由预处理系统、纯化系统和超纯水后处理系统等三部分构成。预处理可以过滤掉源水中较大直径污染物，保住后端纯化系统正常稳定运行。RO反渗透设备采用当代最先进、节能有效的膜分离技术。由于反渗透膜的膜孔径非常小，因此，RO反渗透设备可以有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等，起到很好的过滤作用。有数据表明：若水经过6个膜元件组成的膜组件进行RO反渗透膜一级一段运行，回收率为50％；经反渗透膜一级二段运行，回收率为75％；经反渗透膜一级三段运行，回收率为87.5％。由于
回收率＝产水流量/进水流量*100％，
可见，经过多重反渗透处理，产水的回收率迅速提高，但回收率尚未到达100％，这意味着仍有各种盐和污染物在被过滤出来。此外，RO系统对气体、弱酸等的过滤作用有限。再有，反渗透膜需要定期清洗，既是保证质量的需要，也说明运行一个时间段之后，反渗透膜处理水的质量存在下降的可能、反渗透超纯水处理系统运行有不稳定的风险。
本发明技术方案中对超纯水处理部分的设计，基于对水质、出水量的需求考虑和匹配要求。
为此，本发明技术方案采用二级反渗透RO系统进行超纯水处理。
此外，除RO技术之外，装置系统还要集成、组合其他的超纯水后处理技术，才能弥补RO技术可能存在的不确定性，才能可靠地获得高纯水(二级水)，以满足PEM制氢的系统设计工程要求。
进一步的，本发明设计的技术方案在海水淡化厂原水厂出水增设“二级反渗透处理加电去离子技术”，以此构成RO-EDI集成、组合水处理技术，并进行匹配设计、系统组合，以此保证来至制氢所需的高效实现超纯水的大规模连续生产、供给。
进一步的，本发明技术方案设计采用的EDI超纯水处理技术，即电去离子技术，主要是在直流电场作用下，通过隔板的水中电介质离子发生定向移动，利用交换膜对离子的选择透过作用，来对水质进行提纯的创新技术。EDI技术是将两种已经成熟的水净化技术电渗析和离子交换相结合的技术，水中尚有的离子通过电再生去除，而不是用化学再生去离子。EDI技术水回收率高。如以CaCO3计水的硬度小于1PPM时，回收率可达到90％-95％。EDI技术运行成本低，连续工作而出水稳定，没有酸碱排放，可以满足绿色生产、节能环保的要求，已经被广泛应用于食品、医药、半导体等各行业的超纯水处理领域。EDI技术优势突出，作为一种将电渗析和离子交换技术结合起来的深度脱盐技术，在电渗析的淡水室隔板中填充离子交换树脂，这些树脂位于两个膜之间，只允许阳离子透过的阳离子交换膜，以及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。
EDI技术的设计，保留了电渗析可连续脱盐及离子交换树脂深度脱盐的长处，又克服了电渗析浓差极化所造成的不良影响，是将离子的电迁移技术完美结合形成的制取超纯水的创新技术，既简化了处理工艺，又避免了环境污染。所以说，EDI技术是水处理技术的一次革命性的进步，是脱盐工艺的创新，是最先进的超纯水处理技术。
本发明技术方案对装置系统设计采用RO-EDI技术进行超纯水处理。其中，EDI装置设计在RO系统后面，使超纯水处理体现技术先进、设备结构简单、操作简便、运维成本低，比其他的纯水处理系统如反渗透混床等传统技术具有明显的优势。本发明装置系统设计采用的RO-EDI技术，水质稳定，可实现全自动控制，不会因再生而停机，无污水排放，占地小，运维成本低，可连续出水，超纯水电阻率大于10兆欧，比如达到18.25兆欧以上。同时，装置系统的RO-EDI技术处理装置摆脱了酸碱消耗、化学废液污染排放，从而使超纯水处理系统可以实现真正的绿色生产。
RO-EDI超纯水处理系统，出水可以达到高纯水(二级水)的高标准水质、连续稳定供给的工程要求，成为理想的超纯水生产线，可以满足本发明装置系统实施电解水质子膜PEM绿色制氢的高纯水(二级水)水质要求和大规模、连续供水的要求。
本发明技术方案对装置系统在设计、获得大规模连续供给高纯水(二级水)水质要求的RO-EDI水处理系统的同时，与该系统匹配设计了27MW-1008MW大功率PEM电解水绿色制氢系统装置。该装置系统的规模与生产能力，将远超国内外的PEM电解水制氢装置，可以弥补在国内各类海水淡化厂原水厂绿色制氢能力与技术的空白。
本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置技改方法，考虑到海水淡化厂原水厂为超纯水RO-EDI处理系统、大功率制氢装置新增的耗电，本发明技术方案采用风光电等绿色供电源，即增设风电、光电站，具体视海水淡化厂原水厂的环境、条件而定发电方式，增加供给绿色电源，保障水电解制氢装置的制氢规模、产量等生产能力的电力需要。
本发明设计的技术方案为实现27MW-1008MW水电解制氢装置的制氢规模、产量等生产能力，本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置技改方法，还包括：
国际先进的大功率PEM水电解制氢电解槽集成装置系统，即以24MW质子膜水电解制氢电解槽为基础，进行匹配设计、技术集成与组合，达致27MW-1008MW制氢生产规模与能力，从而得到可实施大规模、无污染的水电解质子膜PEM绿色制氢的大型装置系统。由此制成的该装置系统的规模与生产能力，将远超国际的PEM电解水制氢装置，从而可以弥补在国内各类海水淡化厂原水厂绿色制氢能力与技术的空白。
本发明装置系统采用最新的国际先进的24MW质子膜水电解制氢电解槽产品技术为基础，进行集成和组合。该先进基础产品在质子膜水电解制氢技术环节，解决了电解槽、膜电极、催化剂等的技术性能可靠性、装置系统的稳定性和制氢工程可实施的经济性。
电解水质子膜PEM绿色制氢装置的核心部件之一是PEM电解槽，而PEM电解槽的主要部件由质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等组成，其中，扩散层、催化层与质子交换膜组成膜电极，则是电解槽水传输以及电化学反应的主场所。
质子交换膜作为水电解槽膜电极的核心部件，既要传导质子、隔离氢气和氧气，还为催化剂提供支撑。目前水电解制氢所用质子交换膜多为全氟磺酸膜，制备工艺复杂，长期被美国和日本企业垄断，如科慕Nafion系列膜、陶氏XUS-B204膜、旭硝子Flemion膜、旭化成Aciplex-S膜等。其中科慕Nafion系列膜具有低电子阻抗、高质子传导性、良好的化学稳定性、机械稳定性、防气体渗透性等优点，是目前电解制氢选用最多的质子交换膜。国内市场长期被国外少数厂家垄断，质子交换膜价格高达几百-几千美元/m2。为降低膜成本，提高膜性能，国内外重点攻关改性全氟磺酸质子交换膜、有机/无机纳米复合质子交换膜和无氟质子交换膜。全氟磺酸膜改性研究聚焦聚合物改性、膜表面刻蚀改性以及膜表面贵金属催化剂沉积3种途径。加拿大Ballard公司开发出部分氟化磺酸型质子交换膜热稳定性、化学稳定性、机械强度等指标性能与Nafion系列膜接近但价格明显下降。近几年有机、无机纳米复合质子交换膜的研究得到的质子膜兼具有机膜柔韧性和无机膜良好热性能、化学稳定性和力学性能。此外，也在研究聚芳醚酮和聚砜等廉价材料制备无氟质子交换膜。
由于阴极析氢电催化剂处于强酸性工作环境，易发生腐蚀、团聚、流失等问题，为保证电解槽性能和寿命，析氢催化剂材料选择耐腐蚀的Pt、Pd贵金属及其合金为主，但商业化析氢催化剂Pt载量为0.4-0.6mg/cm2，贵金属材料成本高，阻碍PEM水电解制氢技术快速推广应用。降低贵金属Pt、Pd用量乃至取代贵金属、开发适应酸性环境的非贵金属析氢催化剂，已成为阴极电催化剂的研究方向。
本发明的有益效果在于：本发明在装置系统设计上，集成、组合运用国际先进的PEM制氢技术和产品，籍此获得超越目前的、无污染的电解水质子膜PEM绿色制氢的大型装置系统，填补了PEM绿色制氢大型装置系统的产品空白。
本发明在装置系统设计上，集成、组合运用先进的R0-EDI超纯化水处理技术和产品，获得PEM制氢所需的高纯水(二级水)，并可以连续、不间断、大功率的供给高品质水，保障制氢装置的可实施性和稳定性。
考虑到新增RO-EDI装置、大功率PEM制氢装置的新增能耗，本发明在装置系统设计上为海水淡化厂原水厂新增了风电、光电等绿色电源。
由于本发明技术方案对装置系统在设计、获得大规模连续供给高纯水
(二级水)水质要求的RO-EDI水处理系统的同时，与该系统匹配设计了27MW-1008MW大功率PEM电解水绿色制氢系统装置，获得将远超国际PEM电解水制氢装置的规模与生产能力，弥补了国内各类海水淡化厂原水厂领域实施所述无污染、大功率绿色制氢工程的空白。
本发明技术方案装置系统设计，以国际先进的24MW质子膜水电解制氢电解槽为基础，进行匹配设计、技术集成与组合，制成大规模、无污染的电解水质子膜PEM绿色制氢的27MW-1008MW装置系统，将为低碳经济发展提供大规模的高纯度氢气，开拓了各类海水淡化厂原水厂为低碳经济发展贡献社会效益的新路径，同时也为经济效益一般的各类海水淡化厂原水厂可以增加新的收入来源，提升各类海水淡化厂原水厂的经济效益，推进传统海水淡化厂原水厂的转型发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法的原理框图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：如图1所示，一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法，包括海水淡化厂、原水厂制氢水源二级反渗透RO处理系统；所述海水淡化厂原水厂，其制氢水源经过所述二级反渗透RO处理系统后的出水，成为下一环节“电去离子(EDI)”超纯水处理系统的供水1。
作为本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置,所述大功率制氢装置包括风电、光电等风光电等绿色供电源；
作为本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置,所述大功率制氢装置包括EDI超纯水处理系统；
所述“电去离子(EDI)”超纯水处理系统的出水所得到的高纯水(二级水)，成为PEM制氢装置的供水2。
作为本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置,所述大功率制氢装置，是以24MW为产品基础集成、组合而成27MW-1008MW PEM制氢装置；
作为本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置,所述大功率制氢装置包括氢气冷却、除湿、液化系统；
本发明技术方案中对超纯水处理部分的设计，基于对水质、出水量的需求考虑和匹配要求。
近年来国内的反渗透膜及设备技术进步较快，国内的中国蓝星集团、碧水源、华尔沁、沁森高科等公司的产品可以应用。
国际上的陶氏杜邦净水反渗透设备、大型商用RO膜LC LE-4040,杜邦8040反渗透膜BW30-400IG工业净水设备及高压RO膜，都具有较好的反渗透效果与应用历史，得到市场的认可。多重RO反渗透膜系统一般可以去除98％以上离子、有机物等污染物，是一种比较经济高效的提纯方法。
作为本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置,所述大功率制氢装置的反渗透膜及设备的正常运行，针对不同海水淡化厂原水厂水源处理的情况，系统设计对应的出水，即形成的供水1要求是：
对应于27MW制氢需求，配置一级或二级RO反渗透，每日获得所述供水1为311.4吨，每年产供水1为11.21万吨。
对应于1008MW制氢需求，配置一组或二组RO反渗透，每日得所述供水1为11626.7吨，每年产供水1为418.5万吨。
本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置所需的高纯水(二级水)，就是所述“电去离子(EDI)”超纯水处理系统的出水。
所述“电去离子(EDI)”超纯水处理，是指在直流电场作用下，供水1通过隔板的水中电介质离子发生定向移动，利用交换膜对离子的选择透过作用，来对水质进行提纯的创新技术。EDI超纯水处理技术，是将两种已经成熟的水净化技术电渗析和离子交换相结合的技术，水中尚有的离子通过电再生去除，而不是用化学再生去离子。EDI技术水回收率高，技术运行成本低，连续工作而出水稳定，没有酸碱排放，可以满足绿色生产、节能环保的要求，已经被广泛应用于超纯水处理领域。
作为一种将电渗析和离子交换技术结合起来的深度脱盐技术，EDI技术优势突出。既有电渗析可连续脱盐及离子交换树脂深度脱盐的长处，又消除了电渗析浓差极化所造成的不良影响，是将离子的电迁移技术完美结合形成的制取超纯水的创新技术，既简化了处理工艺，又避免了环境污染。所以说，EDI技术是水处理技术的一次革命性的进步，是脱盐工艺的创新，是最先进的超纯水处理技术。
本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置技改方法中的EDI系统，采用国际工程界已被认可、技术成熟的法国威立雅集团VEOLIA的产品；或者采用通用电气苏伊士集团SUEZ的产品，完成EDI系统超纯水处理功能，以获得高纯水(二级水)。
法国威立雅集团VEOLIA在中国设立有威立雅(中国)环境服务有限公司，与中国政府与企业建立有80多个水务或环境项目；法国苏伊士环境集团SUEZ在中国与政府与企业合作建立了40多个水务环境项目。2017年3月，苏伊士环境集团SUEZ从加拿大第二大养老基金公司手中收购了通用电气GE的水处理业务。2021年12月，欧盟已经正式批准VEOLIA收购SUEZ。
作为本发明一个优选的实施例，所述EDI系统为匹配本发明装置系统PEM制氢的设计，针对海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置技改方法对高纯水(二级水)的要求，本发明EDI产品与系统出水——即获得供水2的超纯水处理系统技术集成与组合是：
对应于27MW制氢需求，配置1组(E-Cell3X-4,3个堆为1组)VEOLIA EDI系统产品，每日获得所述供水2高纯水(二级水)103.8吨，每年产3.737万吨。
对应于1008MW制氢需求，配置4组(E-Cell3X-12,12个堆为1组)VEOLIA EDI系统产品，每日获得所述供水2高纯水(二级水)3875.6吨，每年产139.5万吨。
作为本发明一个优选的实施例，为匹配本发明装置系统PEM制氢的设计，所述EDI系统亦可采用SUEZ EDI(E-Cell-MK7)大流量产品。
对应于27MW制氢需求，配置1组(E-Cell-MK7,8个模块为1组)的SUEZ EDI产品系统，获得所述高纯水(二级水)产量，即所述供水2，每小时产50立方。
对应于1008MW制氢需求，配置4组(E-Cell-MK7,8个模块为1组)SUEZ EDI产品的系统组合，获得所述高纯水(二级水)产量，即所述供水2，每小时产190立方。
本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置，对应的每日获得供水2高纯水(二级水)103.8.1吨，每年产3.737万吨，以及每日获得供水2高纯水(二级水)3875.6吨，每年产139.5万吨。此等所述供水2的获得，实际是通过了所述RO-EDI超纯水处理系统而获得。
也就是说，各类海水淡化厂原水厂用于制氢的水源必须经过RO-EDI超纯水处理系统，得到所述高纯水(二级水)即所述供水2，才能满足PEM制氢装置对进水的要求。因此用于大功率绿色制氢装置的高纯水(二级水)即所述供水2，其水质要求达到的主要指标有：
电导率(25℃)/(mS/m)≤0.01；可氧化物质含量(以O计)/(mg/L)≤0.08；
吸光度(254nm,1cm光程)≤0.01；可溶性硅(以SiO2计),mg/L≤0.02；
蒸发残渣(105℃±2℃),mg/L≤1.0；
而在二级水的纯度下pH值难以测定真实数据，一般不对二级水的pH值范围做规定。
作为本发明一个优选的实施例，本发明采用国际先进的大功率PEM水电解槽产品——英国能源储存和清洁燃料公司ITM POWER生产、已经安装投产的世界最大的制氢装置——24MW质子膜水电解制氢电解槽为基础，进行匹配设计、技术集成与组合，达致27MW-1008MW制氢生产规模与能力，从而得到可实施大规模、无污染的电解水质子膜PEM绿色制氢的大型装置系统。
对应于27MW制氢需求，配置24MW质子膜水电解制氢电解槽*2组(ITM POWER产品)，每日获得高纯氢气11.5吨，每年获得高纯氢气4150.4吨。
对应于1008MW制氢需求，配置24MW质子膜水电解制氢电解槽*42组(ITM POWER产品)，每日获得高纯氢气430.6吨，每年获得高纯氢气15.5万吨。
由此，制成的本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置的规模与生产能力，将远超目前的PEM电解水制氢装置。
所以说，实施本发明，将填补27MW-1008MW大功率制氢装置，以及在我国各类海水淡化厂原水厂系统进行大功率无污染PEM绿色制氢的空白。
作为本发明一个优选的实施例，本发明装置系统将对所得所述高纯氢气，进行冷却、除湿之后，将根据客户需求进行液氢化处理，以满足各种客户对气氢、液氢的不同需求。
作为本发明一个优选的实施例，本发明海水淡化厂原水厂一种PEM制氢27MW-1008MW装置在电量充分的领域里增设超纯水处理RO-EDI系统、PEM绿色制氢系统。显然，这些装置的运行需要耗费大功率电能。这也是给予了各类海水淡化厂原水厂需要增设风电、光电等绿色电能，用以本发明超纯水处理系统、大功率绿色制氢装置的运行，从而使各类海水淡化厂原水厂在提供满足社会零碳经济发展对氢气大规模需求的同时，也为各类海水淡化厂原水厂自身增加收入来源、提升经济效益。本发明可以在最大限度地利用各种海水淡化厂原水厂出水的同时，通过无污染PEM制氢，增加纯氢产品，可使各类海水淡化厂水厂适合低碳经济的转型发展。
最后要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明系统而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明系统进行详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明系统的方案进行修改或者等同替换，而不脱离本系统方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法，其特征在于，包括海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统，供水1，风光电绿色供电源，电去离子EDI系统，供水2，大功率PEM电解水绿色制氢装置以及氢气冷却、除湿和液化定制系统；
所述海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统和电去离子EDI系统组成RO-EDI超纯水处理系统；
海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统通过供水1连接电去离子EDI系统，电去离子EDI系统通过供水2连接大功率PEM电解水绿色制氢装置，大功率PEM电解水绿色制氢装置连接氢气冷却、除湿和液化定制系统；
风光电绿色供电源连接电去离子EDI系统和大功率PEM电解水绿色制氢装置。
2.如权利要求1所述的一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法，其特征在于，所述制氢装置通过各种海水淡化厂原水厂充分利用各类水厂出水，在各类水厂内部增设超纯水处理设备环节，利用RO-EDI组合技术来获得供应量足够、品质合格的高纯水提供给大功率PEM电解水绿色制氢装置的质子膜水电解制氢PEM电解槽；
为给大功率绿色制氢装置系统的PEM电解槽连续、不间断地提供高标准、足够量的高纯水，通过增加二级反渗透加电去离子EDI系统，形成RO-EDI集成技术及其组合技术，通过RO-EDI系统处理，确保获得合格与足够的高纯水，以此供给27MW-1008MW大功率PEM电解水绿色制氢装置，来实现无污染、大规模绿色制氢。
3.如权利要求1或2所述的一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法，其特征在于，所述海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统采用反渗透设备RO膜；
所述制氢装置的正常运行，针对不同各类水厂水源处理的情况，RO系统设计对应的出水，即形成的供水1要求是：
对应于27MW制氢需求，配置一级或二级RO反渗透，每日获得所述供水1为311.4吨，每年产供水1为11.2万吨；
对应于1008MW制氢需求，配置一组或二组RO反渗透，每日获得所述供水1为11626.7吨，每年产供水1为418.5万吨。
4.如权利要求3所述的一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法，其特征在于，所述电去离子EDI系统为匹配所述制氢装置大功率PEM电解水绿色制氢装置的设计，针对大功率PEM电解水绿色制氢装置对高纯水的要求，获得供水2的超纯水处理系统技术集成与组合是：
对应于27MW制氢需求，配置1组VEOLIA EDI系统产品，每日获得所述供水2高纯水103.8吨，每年产3.737万吨；
对应于1008MW制氢需求，配置4组VEOLIA EDI系统产品，每日获得所述供水2高纯水3875.6吨，每年产139.5万吨；
为匹配所述制氢装置PEM制氢的设计，所述电去离子EDI系统采用SUEZ EDI大流量产品。
对应于27MW制氢需求，配置1组SUEZ EDI产品系统，获得所述高纯水产量，即所述供水2，每小时产50立方；
对应于1008MW制氢需求，配置4组SUEZ EDI产品的系统组合，获得所述高纯水产量，即所述供水2，每小时产190立方；
所述RO-EDI系统出水水质要求达到二级水的主要指标有：
电导率(25℃)/(mS/m)≤0.01；可氧化物质含量(以O计)/(mg/L)≤0.08；吸光度(254nm,1cm光程)≤0.01；可溶性硅(以SiO2计),mg/L≤0.02；蒸发残渣(105℃±2℃),mg/L≤1.0；而在二级水的纯度下pH值难以测定真实数据，一般不对二级水的pH值范围做规定。
5.如权利要求1所述的一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法，其特征在于，所述大功率PEM电解水绿色制氢装置采用以24MW质子膜水电解制氢电解槽为基础，进行匹配设计、技术集成与组合，制成大规模、无污染的电解水质子膜PEM绿色制氢的大型装置系统，达致27MW-1008MW制氢生产规模与能力，从而得到可实施大规模、无污染的电解水质子膜PEM绿色制氢的大型装置系统；
所述大功率PEM电解水绿色制氢装置采用24MW质子膜水电解制氢电解槽产品技术为基础，进行集成和组合，在质子膜水电解制氢技术环节很好地解决了电解槽、膜电极、催化剂等的技术性能可靠性、装置系统的稳定性和制氢工程可实施的经济性；
对应于27MW制氢需求，配置24MW质子膜水电解制氢电解槽*2组，每日获得高纯氢气11.53吨，每年获得高纯氢气4150吨；
对应于1008MW制氢需求，配置24MW质子膜水电解制氢电解槽*42组，每日获得高纯氢气430.6吨，每年获得高纯氢气15.5万吨。
6.如权利要求5所述的一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法，其特征在于，所述氢气冷却、除湿和液化定制系统在得到高纯氢气的同时，可以根据要求定制液化氢的生产、供应，以满足低碳经济发展对氢气使用的不同需求。
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