【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海水开发利用，具体而言，尤其涉及一种基于海水的水电解和食盐电解混联制氢的系统和方法。
技术介绍
1、工业上生产烧碱的方法有苛化法、电解法和离子交换膜法三种。其中的离子交换膜法是将原盐化盐后按传统的办法进行盐水精制，把一次精盐水经微孔烧结碳素管式过滤器进行过滤后，再经螫合离子交换树脂塔进行二次精制，使盐水中钙、镁含量降到0.002％以下，将二次精制盐水电解，于阳极室生成氯气，阳极室盐水中的na+通过离子膜进入阴极室与阴极室的oh生成氢氧化钠，h+直接在阴极上放电生成氢气。
2、现有的烧碱制备方法技术路线复杂且多样化，但是整体装置通过之间通过管路连接，整体占地面积大，对于厂区的利用率低，此外，生成的氢气多是安全排空，造成了资源的浪费。
3、氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。利用太阳能、风能等可再生能源产生的绿电，驱动电解水反应制备氢气，对解决能源短缺问题并实现“双碳”目标具有重要意义。在目前的电解水制氢技术中，碱性电解水成本较低、技术相对成熟，是产业化程度最广的制氢技术，占据着主导地位。国际可再生能源署(irena)发布的《全球制氢用水报告》显示，目前全球主流制氢方式都需要用淡水，主要集中在制氢和冷却两大过程中。每生产1千克蓝氢需要消耗约32.2升淡水，绿氢生产中，碱性电解水制氢工艺每生产1千克氢气所消耗的淡水量预计为22.3升。但全球淡水资源极其有限，电解水制氢技术的大规模推广应用，无疑会加剧淡水资源短缺问题。
技术实现思路
1、根据上述
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，包括：电解水耦合低温蒸馏集成系统、浓海水处理单元和氢气纯化单元，所述电解水耦合低温蒸馏集成系统包括碱性电解槽单元、氧分离冷却单元、氢分离冷却单元、碱液循环过滤单元和海水淡化单元，所述电解水耦合低温蒸馏集成系统中收集待处理海水，所述海水淡化单元用于对海水进行加热，蒸汽除杂质并冷凝后产生淡水和待收集的浓海水；所述海水淡化单元的输出端与碱性电解槽单元相连，所述碱性电解槽单元中的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气，氢气和碱液进入氢分离冷却单元，氧气和碱液进入氧分离冷却单元；所述碱液循环过滤单元用于完成碱性电解槽单元和氢分离冷却单元、氧分离冷却单元中的碱液强制循环，所述海水淡化单元的产物包括浓海水，浓海水直接引入浓海水处理单元中，所述浓海水处理单元用于将浓海水提纯，提纯的浓海水通过氯碱工业制备naoh溶液、氯气和氢气。
4、进一步地，还包括氢纯化冷却单元，所述氢纯化冷却单元设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统内部或是设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统的外部，其用于完成氢气的提纯；设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统内部时，其输入端与氢分离冷却单元相连；设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统外部时，其输入端分别与氢分离冷却单元和浓海水处理单元的氢气出口相连。
5、进一步地，所述浓海水处理单元包括结晶提纯单元、精盐水配置单元、氯碱电解槽和干燥单元，所述结晶提纯单元与电解水耦合低温蒸馏集成系统相连，其用于通过蒸发的方式完成浓海水的结晶提纯，所述精盐水配置单元与所述结晶提纯单元相连，所述结晶提纯单元还与电解水耦合低温蒸馏集成系统的淡水出口相连，通过输出预设比例的淡水和结晶盐制备精盐水，所述精盐水配置单元的输出端与氯碱电解槽相连，所述氯碱电解槽用于制备naoh溶液、氯气和氢气，所述干燥单元设置于氯碱电解槽的氯气出口，用于将湿氯气干燥，所述naoh溶液通过氯碱电解槽的naoh溶液出口排出，通过蒸发结晶的方式制备naoh，氢气通过氯碱电解槽的氢气出口排出。
6、进一步地，海水进入到海水淡化单元或是进入到氢分离冷却单元、氧分离冷却单元中。
7、进一步地，所述碱性电解槽模块的氢气出口与氢分离冷却单元相连，碱性电解槽模块的氧气出口与氧分离冷却单元相连，碱性电解槽模块的碱液入口与海水淡化单元相连，氧分离冷却单元通过气液分离方法进行氧气和碱液的分离，氢分离冷却单元通过气液分离方法进行氢气和碱液的分离，氢分离冷却单元的氢气出口与氢纯化冷却单元相连，氧分离冷却单元的碱液出口、氢分离冷却单元碱液出口均与碱液循环过滤单元相连，用以提供待冷却高温碱液，所述海水淡化单元的淡水出口与氢分离冷却单元相连；所述设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统外部具体为氯碱电解槽后端。
8、进一步地，所述海水淡化单元包括装置筒体、抽真空系统、冷凝器、接水板、丝网分离器，所述装置筒体上开设有抽真空系统连接口、海水进入口、浓海水排出口、淡水出口、碱液循环管，通过抽真空系统连接口与抽真空系统相连，通过海水进入口直接与海水或是与氧分离冷却单元/氢分离冷却单元相连，所述浓海水排出口用于收集浓海水，所述碱液循环管用于将高温碱液与海水进行换热，降低碱液温度并使得海水到达蒸发温度蒸发为水蒸气，通过冷凝器对水蒸气进行冷凝，接水板用于承接冷凝水滴，其输出端与淡水出口相连，在装置筒体内设置有丝网分离器，其用于分离水蒸气中的较大液滴和杂质。
9、进一步地，采用的碱性电解槽，具体包括阴极端板和阳极端板，在阴极端板和阳极端板之间设置有至少一个由双极板组成的电解槽单元；阴极端板、双极板和阳极端板均包括板本体，在各板对应位置处均设置有定位孔、紧固孔、碱液进口、气体出口(即碱液和氢气出口或碱液和氧气出口)和导流组件；所述阴极端板和阳极端板的导流组件开设于靠近双极板的里侧，在板体端面的中部位置开设供碱液进口和气体出口连通的流道，所述导流组件对流道进行预设形式的分割，所述导流组件具体包括阻隔机构和导流机构，所述导流机构设置于碱液进口侧和气体出口侧，所述阻隔机构为若干阵列式分布的乳突，其中包括中心乳突和以中心乳突为圆心，以预设间距布置于其周向的环状分布的乳突。
10、进一步地，阴极端板、双极板和阳极端板均通过密封槽将其分为板本体和板框，版本体设置于板框的内部，所述密封槽呈圆周方向设置有多组，所述密封槽凸出于板本体和板框预设距离，板本体上开设有若干定位孔，所述板框沿其周向开设若干安装孔。
11、进一步地，所述导流机构为垂直于碱液进口和气体出口间隔设置的若干分隔板，通过设置分隔板，让流体均匀地分散进入/流出于乳突间的流道内。
12、进一步地，碱液进口和气体出口的端面上开设有用于安装上垫片、下垫片的槽，槽的形状与垫片匹配。
13、进一步地，预设板的板框底部设置有支撑柱。
14、一种基于海水的水电解和食盐电解混联制氢的方法，包括如下步骤：
15、将电解水耦合低温蒸馏集成系统与海水水源连接，开启海水的水电解和食盐电解混联制氢，其中，
16、海水直接输送至海水淡化单元进行淡水的制取、浓海水的分离或是经过氧分离冷却单元、氢分离冷却单元后进入海水淡化单元，海水能够在氧分离冷却单元、氢分离冷却单元中起辅助冷却作用；
17、碱性电解槽单本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，包括：电解水耦合低温蒸馏集成系统、浓海水处理单元和氢气纯化单元，所述电解水耦合低温蒸馏集成系统包括碱性电解槽单元、氧分离冷却单元、氢分离冷却单元、碱液循环过滤单元和海水淡化单元，所述电解水耦合低温蒸馏集成系统中收集待处理海水，所述海水淡化单元用于对海水进行加热，蒸汽除杂质并冷凝后产生淡水和待收集的浓海水；所述海水淡化单元的输出端与碱性电解槽单元相连，所述碱性电解槽单元中的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气，氢气和碱液进入氢分离冷却单元，氧气和碱液进入氧分离冷却单元；所述碱液循环过滤单元用于完成碱性电解槽单元和氢分离冷却单元、氧分离冷却单元中的碱液强制循环，所述海水淡化单元的产物包括浓海水，浓海水直接引入浓海水处理单元中，所述浓海水处理单元用于将浓海水提纯，提纯的浓海水通过氯碱工业制备NaOH溶液、氯气和氢气。
2.根据权利要求1所述的基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，还包括氢纯化冷却单元，所述氢纯化冷却单元设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统内部或是设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统的外部，其用
3.根据权利要求1所述的基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，所述浓海水处理单元包括结晶提纯单元、精盐水配置单元、氯碱电解槽和干燥单元，所述结晶提纯单元与电解水耦合低温蒸馏集成系统相连，其用于通过蒸发的方式完成浓海水的结晶提纯，所述精盐水配置单元与所述结晶提纯单元相连，所述结晶提纯单元还与电解水耦合低温蒸馏集成系统的淡水出口相连，通过输出预设比例的淡水和结晶盐制备精盐水，所述精盐水配置单元的输出端与氯碱电解槽相连，所述氯碱电解槽用于制备NaOH溶液、氯气和氢气，所述干燥单元设置于氯碱电解槽的氯气出口，用于将湿氯气干燥，所述NaOH溶液通过氯碱电解槽的NaOH溶液出口排出，通过蒸发结晶的方式制备NaOH，氢气通过氯碱电解槽的氢气出口排出。
4.根据权利要求1所述的基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，海水进入到海水淡化单元或是进入到氢分离冷却单元、氧分离冷却单元中。
5.根据权利要求1所述的基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，所述碱性电解槽模块的氢气出口与氢分离冷却单元相连，碱性电解槽模块的氧气出口与氧分离冷却单元相连，碱性电解槽模块的碱液入口与海水淡化单元相连，氧分离冷却单元通过气液分离方法进行氧气和碱液的分离，氢分离冷却单元通过气液分离方法进行氢气和碱液的分离，氢分离冷却单元的氢气出口与氢纯化冷却单元相连，氧分离冷却单元的碱液出口、氢分离冷却单元碱液出口均与碱液循环过滤单元相连，用以提供待冷却高温碱液，所述海水淡化单元的淡水出口与氢分离冷却单元相连。
6.根据权利要求1所述的基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，所述海水淡化单元包括装置筒体、抽真空系统、冷凝器、接水板、丝网分离器，所述装置筒体上开设有抽真空系统连接口、海水进入口、浓海水排出口、淡水出口、碱液循环管，通过抽真空系统连接口与抽真空系统相连，通过海水进入口直接与海水或是与氧分离冷却单元/氢分离冷却单元相连，所述浓海水排出口用于收集浓海水，所述碱液循环管用于将高温碱液与海水进行换热，降低碱液温度并使得海水到达蒸发温度蒸发为水蒸气，通过冷凝器对水蒸气进行冷凝，接水板用于承接冷凝水滴，其输出端与淡水出口相连，在装置筒体内设置有丝网分离器，其用于分离水蒸气中的较大液滴和杂质。
7.根据权利要求1所述的基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，碱性电解槽，具体包括阴极端板和阳极端板，在阴极端板和阳极端板之间设置有至少一个由双极板组成的电解槽单元；所述阴极端板和阳极端板的导流组件开设于靠近双极板的里侧，在板体端面的中部位置开设供碱液进口和气体出口连通的流道，通过导流组件对流道进行预设形式的分割，所述导流组件具体包括阻隔机构和导流机构，所述导流机构设置于碱液进口侧和气体出口侧，所述阻隔机构为若干阵列式分布的乳突，其中包括中心乳突和以中心乳突为圆心，以预设间距布置于其周向的环状分布的乳突。
8.根据权利要求7所述的基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，所述导流机构为垂直于碱液进口和气体出口间隔设置的若干分隔板，通过设置分隔板，让流体均匀地分散进入/流出于乳突间的流道内。
9.根据权利要求1...
【技术特征摘要】
1.一种基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，包括：电解水耦合低温蒸馏集成系统、浓海水处理单元和氢气纯化单元，所述电解水耦合低温蒸馏集成系统包括碱性电解槽单元、氧分离冷却单元、氢分离冷却单元、碱液循环过滤单元和海水淡化单元，所述电解水耦合低温蒸馏集成系统中收集待处理海水，所述海水淡化单元用于对海水进行加热，蒸汽除杂质并冷凝后产生淡水和待收集的浓海水；所述海水淡化单元的输出端与碱性电解槽单元相连，所述碱性电解槽单元中的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气，氢气和碱液进入氢分离冷却单元，氧气和碱液进入氧分离冷却单元；所述碱液循环过滤单元用于完成碱性电解槽单元和氢分离冷却单元、氧分离冷却单元中的碱液强制循环，所述海水淡化单元的产物包括浓海水，浓海水直接引入浓海水处理单元中，所述浓海水处理单元用于将浓海水提纯，提纯的浓海水通过氯碱工业制备naoh溶液、氯气和氢气。
2.根据权利要求1所述的基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，还包括氢纯化冷却单元，所述氢纯化冷却单元设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统内部或是设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统的外部，其用于完成氢气的提纯；设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统内部时，其输入端与氢分离冷却单元相连；设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统外部时，其输入端分别与氢分离冷却单元和浓海水处理单元的氢气出口相连；所述设置于电解水耦合低温蒸馏集成系统外部具体为氯碱电解槽后端。
3.根据权利要求1所述的基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，所述浓海水处理单元包括结晶提纯单元、精盐水配置单元、氯碱电解槽和干燥单元，所述结晶提纯单元与电解水耦合低温蒸馏集成系统相连，其用于通过蒸发的方式完成浓海水的结晶提纯，所述精盐水配置单元与所述结晶提纯单元相连，所述结晶提纯单元还与电解水耦合低温蒸馏集成系统的淡水出口相连，通过输出预设比例的淡水和结晶盐制备精盐水，所述精盐水配置单元的输出端与氯碱电解槽相连，所述氯碱电解槽用于制备naoh溶液、氯气和氢气，所述干燥单元设置于氯碱电解槽的氯气出口，用于将湿氯气干燥，所述naoh溶液通过氯碱电解槽的naoh溶液出口排出，通过蒸发结晶的方式制备naoh，氢气通过氯碱电解槽的氢气出口排出。
4.根据权利要求1所述的基于海水的水电解和食盐电解混联制氢系统，其特征在于，海水进入到海水淡化单元或是进入到氢分离冷却单元、氧分离冷却单元中。
5.根据权利要求1所述的基...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓德会，朱培鑫，刘艳廷，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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