CN217562615U - 一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统，使用发电过程中未被电网传递运输的电能，电解氯化钠溶液得到氢气、氯气和氢氧化钠，将电能转变为化学能储存，生成的氢气和氯气作为氢氯燃料电池的燃料，氢氯燃料电池生成的产物和燃烧尾气处理后得到的产物都是盐酸，再降盐酸通入最开始电解的氯化钠溶液中，与电解反应的生成物氢氧化钠反应再次生成氯化钠。该能源系统耦合了电解氯化钠、氯气储能、氢气储能、氢氯燃料电池发电、盐酸回收中和氢氧化钠制备氯化钠多个系统，耦合形成的系统具备储能密度高、压缩气体储能便于运输、物料可循环利用、电解物料来源广泛等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电化学和热学领域，特别是新能源领域，本实用新型属于可再生能源利用和储能技术领域，具体涉及一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统。
背景技术
利用新能源发电并做到科学储能是“双碳”工作的重要环节，目前主要的新能源发电形式主要以风能发电、光伏发电、水力发电等，由于这些发电形式自身的不连续性、不稳定性和场地依赖性等痛点，不仅设备维护成本高，而且产生的电能不易被电网传递运输，甚至很多地方出现了放弃使用风能和光能发电的现象，解决资源浪费现状的工作显得十分严峻。
新能源发电和电动汽车的快速发展，给储能产业带来了新的发展机遇，然而目前储能技术仍处于发展阶段，存在着储能密度相对稀薄、储能载体不易转移、储能效率难以提高等问题。以抽水蓄能、压缩空气储能、超级电容器储能、动力电池储能等储能形式，正逐渐成为可再生能源利用和储能技术领域的研究热点，因此，开发新的储能载体以达到可再生能源发电的储能技术成为了新的趋势。
发明内容
本实用新型的目的旨在提供一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统，使用发电过程中未被电网传递运输的电能，电解氯化钠溶液得到氢气、氯气和氢氧化钠，将电能转变为化学能储存，生成的氢气和氯气作为氢氯燃料电池的燃料，氢氯燃料电池生成的产物和燃烧尾气处理后得到的产物都是盐酸，再降盐酸通入最开始电解的氯化钠溶液中，与电解反应的生成物氢氧化钠反应再次生成氯化钠。该能源系统耦合了电解氯化钠、氯气储能、氢气储能、氢氯燃料电池发电、盐酸回收中和氢氧化钠制备氯化钠多个系统，耦合形成的系统具备储能密度高、压缩气体储能便于运输、物料可循环利用、电解物料来源广泛等优点。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统，主要包括：电解氯化钠系统、氢氯燃料发电系统、盐酸回收系统、盐酸与氢氧化钠中和反应系统；
所述电解氯化钠系统包括：电能接入装置、电解氯化钠装置、压缩气体储能装置；
所述氢氯燃料发电系统包括：氢氯燃料电池的发电装置；
所述盐酸回收系统包括：尾气干燥脱水装置、尾气燃烧装置、盐酸冷凝装置；
所述盐酸与氢氧化钠中和反应系统包括：盐酸冷凝装置、中和反应装置；
所述电解氯化钠装置的电源来自电解氯化钠系统的电能接入装置，电解氯化钠装置与盐酸与氢氧化钠中和反应装置相连，电解氯化钠装置的阳极氯离子失电子发生氧化反应得到氯气，阳极产物通向氢氯燃料电池的氯气入口，电解氯化钠装置的阴极氢离子得到电子生成氢气，阴极产物通向氢氯燃料电池的氢气入口，当电解氯化钠装置的阳极和阴极产生的气体较多时，可以将一部分气体通入压缩气体储能装置分类存储，氢氯燃料电池的发电装置发电得到电能，氢氯燃料电池的反应产物出口连接盐酸回收系统的尾气干燥脱水装置的入口，尾气干燥脱水装置的出口连接尾气燃烧装置的入口，尾气燃烧装置的出口连接盐酸与氢氧化钠中和反应系统的盐酸冷凝装置的入口，冷凝后得到的盐酸溶液与燃料电池生成的盐酸溶液混合，从盐酸冷凝装置的出口通入盐酸与氢氧化钠发生中和反应的中和反应装置的入口，氢氧化钠中和反应装置的出口连接电解氯化钠装置。
所述电解氯化钠系统中的电能接入装置中的电能，可以是可再生能源发电或不可再生能源发电的电能，所述的可再生能源发电的电能包括风能发电、光伏发电和水力发电等形式的电能，所述的不可再生能源发电的电能包括煤、原油、天然气和核能等形式的电能。
所述电解氯化钠系统中的压缩气体储能装置，是将氢气和氯气压缩分类储存，使用的时候将压缩气体分别通过压缩气体储能装置的氢气接口和氯气接口接入氢氯燃料电池的氢气入口和氯气入口，并且压缩气体储能装置在释放压缩的氯气和氢气时可以调控气体输出的速率，从而达到控制燃料电池发电的效果。
本实用新型所述的一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统，实现电解氯化钠、氢氯燃料发电、盐酸回收、盐酸与氢氧化钠中和生成氯化钠的过程如下：
主要利用可再生能源发电的电能接入装置作为电解氯化钠装置的电源，原料氯化钠可来源于海水，电解氯化钠装置的阳极氯离子失电子发生氧化反应得到氯气，电极的反应方程为 2Cl--2e-＝Cl2，阳极产物通向氢氯燃料电池发电装置的氯气入口，电解氯化钠装置的阴极氢离子得到电子生成氢气，电极的反应方程为2H++2e-＝H2，阴极产物通向氢氯燃料电池发电装置的氢气入口，电解氯化钠装置的总反应方程为2NaCl+2H2O＝2NaOH+Cl2+H2，当电解氯化钠的电化学反应装置的阳极和阴极产生的气体较多时，可以将一部分气体通入压缩气体储能装置分类存储，实现电能到化学能的转变和气体的储能。氢氯燃料电池原理与氢氧燃料电池原理相同，以氯气为氧化剂代替氧气，该燃料电池为酸性环境，负极反应为H2-2e+＝2H+，正极反应为CI2+2e+＝2CI-，燃料电池发电装置内的反应方程为H2+CI2＝2HCI，压缩气体储能装置在释放压缩气体时，可以调控气体输出的速率，从而达到控制燃料电池发电的效果。氢氯燃料电池的反应产物出口连接盐酸回收系统的尾气干燥脱水装置的入口，尾气干燥脱水装置的出口连接尾气燃烧装置的入口，在尾气燃烧装置内发生未反应的氢气与氯气的燃烧，燃烧反应方程为H2+CI2＝2HCI，将尾气燃烧装置生成的盐酸气体通过尾气燃烧装置的出口进入盐酸与氢氧化钠中和反应系统的盐酸冷凝装置内部冷凝，冷凝后得到的盐酸溶液和燃料电池生成的盐酸溶液混合，从盐酸冷凝装置的出口通入盐酸与氢氧化钠中和反应装置的入口，在氢氧化钠中和反应装置内的反应方程为NaOH+HCl＝NaCl+H2O，氢氧化钠中和反应装置的出口连接电解氯化钠装置,得到的氯化钠通入电解氯化钠装置实现了物料的循环。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型所述的一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统，利用可再生能源发电的电能电解氯化钠，生成的氢气和氯气作为燃料电池的气体燃料，一部分通入氢氯燃料电池另一部分可以通入压缩气体储能装置分类存储，实现电能到化学能的转变和气体的储能，并且压缩气体储能装置在释放压缩的氯气和氢气时，可以调控气体输出的速率，从而达到控制燃料电池发电的效果，储能效率更高，有效降低成本。氢氧化钠中和反应装置的出口连接电解氯化钠装置,中和反应生成的氯化钠通入电解氯化钠装置实现了物料的循环，多个分立的系统耦合形成的系统具备储能密度高、压缩气体储能便于运输、物料可循环利用、电解物料来源广泛等优点，有效解决风能发电、光伏发电和水力发电具有随机性、间歇性和波动性的痛点，保障了大规模接入新能源发电的电能给电网调峰和供电的安全，高效的储能技术能够有效缓解了电网输送电能的波动性和间接性，解决了大规模清洁能源接入电网的稳定问题。
附图说明
图1是一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统示意图。
附图标记说明：1-电能接入装置；2-电解氯化钠装置；3-压缩气体储能装置；4-氢氯燃料电池发电装置；5-尾气干燥脱水装置；6-尾气燃烧装置；7-盐酸冷凝装置；8-中和反应装置。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本实用新型作进一步详细说明。
图1是一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统，实现电解氯化钠、氢氯燃料发电、盐酸回收、盐酸与氢氧化钠中和生成氯化钠的过程如下：
主要利用可再生能源发电的电能接入装置(1)作为电解氯化钠装置(2)的电源，原料氯化钠可来源于海水，电解氯化钠装置(2)的阳极氯离子失电子发生氧化反应得到氯气，电极的反应方程为2Cl--2e-＝Cl2，阳极产物通向氢氯燃料电池发电装置(4)的氯气入口，电解氯化钠装置(2)的阴极氢离子得到电子生成氢气，电极的反应方程为2H++2e-＝H2，阴极产物通向氢氯燃料电池发电装置(4)的氢气入口，电解氯化钠装置的总反应方程为 2NaCl+2H2O＝2NaOH+Cl2+H2，当电解氯化钠的电化学反应装置的阳极和阴极产生的气体较多时，可以将一部分气体通入压缩气体储能装置(3)分类存储，实现电能到化学能的转变和气体的储能。氢氯燃料电池原理与氢氧燃料电池原理相同，以氯气为氧化剂代替氧气，该燃料电池为酸性环境，负极反应为H2-2e+＝2H+，正极反应为CI2+2e+＝2CI-，燃料电池内的反应方程为H2+CI2＝2HCI，压缩气体储能装置(3)在释放压缩气体时，可以调控气体输出的速率，从而达到控制燃料电池发电的效果。氢氯燃料电池发电装置(4)的反应产物出口连接盐酸回收系统的尾气干燥脱水装置(5)的入口，尾气干燥脱水装置(5)的出口连接尾气燃烧装置 (6)的入口，在尾气燃烧装置(6)内发生未反应的氢气与氯气的燃烧，燃烧反应方程为H2+CI2＝2HCI，将尾气燃烧装置(6)生成的盐酸气体通过尾气燃烧装置(6)的出口进入盐酸与氢氧化钠中和反应系统的盐酸冷凝装置(7)内部冷凝，冷凝后得到的盐酸溶液和燃料电池生成的盐酸溶液混合，从盐酸冷凝装置(7)的出口通入盐酸与氢氧化钠中和反应装置(8)的入口，在氢氧化钠中和反应装置(8)内的反应方程为NaOH+HCl＝NaCl+H2O，氢氧化钠中和反应装置(8) 的出口连接电解氯化钠装置(2)，得到的氯化钠通入电解氯化钠装置实现了物料的循环。
Claims (3)
1.一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统，主要包括：电解氯化钠系统、氢氯燃料发电系统、盐酸回收系统、盐酸与氢氧化钠中和反应系统；
所述电解氯化钠系统包括：电能接入装置(1)、电解氯化钠装置(2)、压缩气体储能装置(3)；所述氢氯燃料发电系统包括：氢氯燃料电池发电装置(4)；
所述盐酸回收系统包括：尾气干燥脱水装置(5)、尾气燃烧装置(6)；
所述盐酸与氢氧化钠中和反应系统包括：盐酸冷凝装置(7)、中和反应装置(8)；
所述电解氯化钠装置(2)的电源来自电解氯化钠系统的电能接入装置(1)，电解氯化钠装置(2)与中和反应装置(8)相连，电解氯化钠装置(2)的阳极氯离子失电子发生氧化反应得到氯气，阳极产物通向氢氯燃料电池发电装置(4)的氯气入口，电解氯化钠装置(2)的阴极氢离子得到电子生成氢气，阴极产物通向氢氯燃料电池发电装置(4)的氢气入口，当电解氯化钠装置(2)的阳极和阴极产生的气体较多时，可以将一部分气体通入压缩气体储能装置(3)分类存储，氢氯燃料电池发电装置(4)发电得到电能，氢氯燃料电池的反应产物出口连接盐酸回收系统的尾气干燥脱水装置(5)的入口，尾气干燥脱水装置(5)的出口连接尾气燃烧装置(6)的入口，尾气燃烧装置(6)的出口连接盐酸与氢氧化钠中和反应系统的盐酸冷凝装置(7)的入口，冷凝后得到的盐酸溶液与燃料电池生成的盐酸溶液混合，从盐酸冷凝装置(7)的出口通入盐酸与氢氧化钠反应的中和反应装置(8)的入口，中和反应装置(8)的出口连接电解氯化钠装置(2)。
2.根据权利要求1所述一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统，其特征在于，所述电解氯化钠装置(2)中的原料氯化钠来源于海水。
3.根据权利要求1所述一种电解氯化钠为燃料的能源循环系统，其特征在于，所述电解氯化钠系统中的电能接入装置(1)中的电能，可以是可再生能源发电或不可再生能源发电的电能。
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