電解水制氫工藝講解

1、編輯ppt1制氫水電站構(gòu)想前期準(zhǔn)備匯報(bào)制氫水電站構(gòu)想前期準(zhǔn)備匯報(bào)湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院2012.3.52012.03.05編輯編輯ppt主要內(nèi)容主要內(nèi)容o 氫能源簡介o 氫能源的工業(yè)應(yīng)用o 工業(yè)制氫方法比較o 氫能源利用的障礙o 小水電建設(shè)o 電解水制氫的設(shè)備和工藝2012.03.05編輯編輯pptI 氫能源簡介o 目前所用的能源如石油、天然氣、煤，均屬不可再生資源，地球上存量有限，而人類生存又時刻離不開能源，所以必須尋找新的能源。氫正是這樣一種在常規(guī)能源危機(jī)的出現(xiàn)和開發(fā)新的二次能源的同時，人們期待的新的二次能源2012.03.05編輯編輯pptI 氫能源簡介o

2、重量最輕的元素重量最輕的元素 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為 0.8999g/lo 導(dǎo)熱性最好的氣體導(dǎo)熱性最好的氣體 比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)高出10倍o 自然界存在最普遍的元素自然界存在最普遍的元素 據(jù)估計(jì)它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的 75%，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)2012.03.05編輯編輯pptI 氫能源簡介o 理想的發(fā)熱值理想的發(fā)熱值 除核燃料外氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142,351kJ/kg，是汽油發(fā)熱值的3倍o 燃燒性能好燃燒性能好 點(diǎn)燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍，而且燃點(diǎn)高，燃燒速度快2012.03.05編輯編輯

3、pptI 氫能源簡介o 無毒無毒 與其他燃料相比氫燃燒時最清潔，除生成水和少量氮化氫外不會產(chǎn)生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔铩U化物和粉塵顆粒等對環(huán)境有害的污染物質(zhì)，少量的氮化氫經(jīng)過適當(dāng)處理也不會污染環(huán)境，且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復(fù)循環(huán)使用。產(chǎn)物水無腐蝕性，對設(shè)備無損。2012.03.05編輯編輯pptI 氫能源簡介o 利用形式多利用形式多 既可以通過燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械功，又可以作為能源材料用于燃料電池，或轉(zhuǎn)換成固態(tài)氫用作結(jié)構(gòu)材料o 可以多種形態(tài)存在可以多種形態(tài)存在 以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物出現(xiàn)，能適應(yīng)貯運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求2012.03.05編輯編輯p

4、ptI 氫能源簡介o 耗損少耗損少 可以取消遠(yuǎn)距離高壓輸電，代以遠(yuǎn)近距離管道輸氫，安全性相對提高，能源無效損耗減小o 利用率高利用率高 氫取消了內(nèi)燃機(jī)噪聲源和能源污染隱患，利用率高2012.03.05編輯編輯pptI 氫能源簡介o 運(yùn)輸方便運(yùn)輸方便 氫可以減輕燃料自重，可以增加運(yùn)載工具有效載荷，這樣可以降低運(yùn)輸成本從全程效益考慮社會總效益優(yōu)于其他能源o 減少溫室效應(yīng)減少溫室效應(yīng) 氫取代化石燃料能最大限度地減弱溫室效應(yīng)編輯編輯pptII 氫能源的工業(yè)應(yīng)用1、石油化工、石油化工o 合成氨、甲醇：o 石油煉制：利用加氫工藝可以改善石油化學(xué)品的質(zhì)量，增加最有價值的石油化學(xué)品的產(chǎn)量.o 合成多重有機(jī)化合

5、物：如乙二醇的合成、合成聚甲烯、醇的同系化反應(yīng)、與不飽和烴反應(yīng)制醛等編輯編輯pptII 氫能源的工業(yè)應(yīng)用2、電子工業(yè)、電子工業(yè)o 多晶硅的制備o 氫氧合成氧化o 電真空材料和器件如鎢和鉬的生產(chǎn)o 制造非晶硅太陽電池o 光導(dǎo)纖維編輯編輯pptII 氫能源的工業(yè)應(yīng)用3、浮法玻璃生產(chǎn)浮法玻璃生產(chǎn) o 在浮法玻璃成形設(shè)備中裝有熔融的錫液，它極易被氧化，生成氧化錫，造成玻璃沾錫，增加錫的消耗量，因此需要將錫槽密封，并連續(xù)不斷送人純凈的氫氮混合氣，維持槽內(nèi)正壓與還原氣氛，保護(hù)錫液不被氧化。 2012.03.05編輯編輯pptII 氫能源的工業(yè)應(yīng)用4、冶金工業(yè)、冶金工業(yè)o 在冶金工業(yè)中，氫氣主要用作還原氣，

6、以便將金屬氧化物還原成金屬o 在高溫鍛壓一些金屬器材時，經(jīng)常用氫氣作為保護(hù)氣以使金屬不被氧化2012.03.05編輯編輯ppt2012.03.05編輯編輯pptII 氫能源的工業(yè)應(yīng)用5、食品加工工業(yè)、食品加工工業(yè)o 天然食用油具有很大程度的不飽和性，經(jīng)氫化處理后，產(chǎn)品可穩(wěn)定貯存，并能抵抗細(xì)菌的生長，提高油的粘度o 食用油加氫的產(chǎn)品可加工成人造奶油和食用蛋白質(zhì)等o 非食用油加氫可得到生產(chǎn)肥皂和畜牧業(yè)飼料的原料2012.03.05編輯編輯pptII 氫能源的工業(yè)應(yīng)用6、空間技術(shù)與燃?xì)鈶?yīng)用、空間技術(shù)與燃?xì)鈶?yīng)用o 氫氣可以用作燃料電池的燃料o 由于氫具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，在大型發(fā)電機(jī)組中經(jīng)常用氫氣作冷卻

7、劑o 用氫氣和氧氣可進(jìn)行焊接o 在氣相色譜分析中經(jīng)常用氫氣作載氣2012.03.05編輯編輯pptII 氫能源的工業(yè)應(yīng)用o BMW氫能7系裝備了能夠使用液氫燃料和汽油的6.0升V12發(fā)動機(jī)，最大輸出功率為191千瓦/260馬力，在4,300轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下，最大扭矩可達(dá)390牛頓米，在9.5秒內(nèi)即可從零加速到100公里/小時，最高電子限速為230公里/小時。 編輯編輯pptII 氫能源的工業(yè)應(yīng)用o 中國上海安亭加氫站是由同濟(jì)大學(xué)、上海舜華新能源系統(tǒng)有限公司及上海航天能源有限公司共同研發(fā)并建設(shè)的-上海首座為燃料電池汽車服務(wù)加氫站，該加氫站已于2009年7月15日正式開業(yè)。目前儲氫量最大可達(dá)800

8、公斤，一次能連續(xù)為6輛大巴、20輛小汽車加注氫氣，其規(guī)模在全球數(shù)一數(shù)二。 2012.03.05編輯編輯pptII 氫能源的工業(yè)應(yīng)用2012.03.05編輯編輯pptIII工業(yè)制氫方法比較o 工業(yè)制氫方法： 天然氣蒸汽重整制氫 甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化制氫 電解水制氫 烴類氧化重整制氫 其他含氫物質(zhì)分解制氫。其中，前三種方法使用較為普遍。2012.03.05編輯編輯pptIII工業(yè)制氫方法比較o 天然氣水蒸氣重整制氫：天然氣水蒸氣重整制氫： 以天然氣為原料,用水蒸氣轉(zhuǎn)化制取富氫混合氣，應(yīng)用的是合成氨生產(chǎn)領(lǐng)域成熟的一段爐造氣工藝。該工藝包含兩個步驟:天然氣脫硫和烴類的蒸汽轉(zhuǎn)化。出口混合氣含氫量約為70%。C-

9、1224mol210kJ3HCOOHCH-1222mol43.5kJHCOOHCO2012.03.05編輯編輯pptIII工業(yè)制氫方法比較o 主要消耗定額(以1 Nm3 ,純度為99.99 %的氫氣產(chǎn)品為基準(zhǔn),下同) : 原料天然氣0.48 Nm3 燃料天然氣0.12 Nm3 鍋爐給水1.7 kg 電0.2 kW h 。天然氣中的甲烷含量按96.9 %(體積分?jǐn)?shù)) 計(jì)。2012.03.05編輯編輯pptIII工業(yè)制氫方法比較o 甲醇裂解制氫：甲醇裂解制氫：250oC，1.5MPa下，甲醇和水的混合液經(jīng)過預(yù)熱、氣化后，進(jìn)人轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，在催化劑(雙功能催化劑)作用下，同時發(fā)生甲醇的催化裂解反應(yīng)和一

10、氧化碳的變換反應(yīng)，生成約75的氫氣和約25的二氧化碳以及少量雜質(zhì)。-123mol90.8kJ2HCO(OH)CH-1222mol47.3kJHCOOHCO2012.03.05編輯編輯pptIII工業(yè)制氫方法比較o 主要消耗定額: 原料甲醇0.65 kg 原料脫鹽水0.38 kg 燃料天然氣0.17 Nm3 電0.4 kW h 。 導(dǎo)熱油爐按燃?xì)鉅t考慮，天然氣中的甲烷含量按96.9 %計(jì)。2012.03.05編輯編輯pptIII工業(yè)制氫方法比較o 電解水制氫：電解水制氫：直流電作用下，水分子分解為氫離子和氫氧根離子，在陽極氫氧根離子失去電子產(chǎn)生氧氣，在陰極氫離子得到電子產(chǎn)生氫氣。o 電解水制氫效

11、率較高，且工藝成熟，設(shè)備簡單無污染，但耗電大，一般氫氣電耗為4.55.5kW/m3，生產(chǎn)成本高，電費(fèi)占整個生產(chǎn)費(fèi)用的80%左右。o 主要消耗定額：原料脫鹽水0.82kg，電耗5.5kWh2012.03.05編輯編輯pptIII工業(yè)制氫方法比較o 為改善水的導(dǎo)電性能、降低電耗，通常電解槽內(nèi)的液體不是純水，而是一定濃度的KOH水溶液。目前國內(nèi)的電解槽，小室電壓2 V ，單臺最大產(chǎn)氫量可達(dá)300 Nm3h-1； 電解槽工作壓力可達(dá)4.0 MPa (產(chǎn)氫量40 Nm3h-1 的電解槽，工作壓力可達(dá)5.0 MPa) ，出槽氣體溫度90 ，經(jīng)分離堿液和水分后的氫氣純度可達(dá)99.9 %、氧氣純度可達(dá)99.5

12、 %。若進(jìn)一步經(jīng)純化裝置處理，氫氣的最高純度可達(dá)99.9999 %。2012.03.05編輯編輯pptIII工業(yè)制氫方法比較o 三種工業(yè)制氫方法比較比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化-變壓吸附制氫變壓吸附制氫甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化-變壓吸附制氫變壓吸附制氫水電解制氫水電解制氫-純化純化技術(shù)成熟性成熟較成熟成熟一次性投資高低較高生產(chǎn)成本（元Nm-3）1.310002025002300(單槽)最高純度/%99.99999.99999.9999雜質(zhì)種類CO2、CO、CH4CO2、COO2、H2O建設(shè)地點(diǎn)受限于天然氣的供應(yīng)較自由：要求在合理的距離內(nèi)有甲醇供應(yīng)自由：幾乎不存在建設(shè)地域限制主裝

13、置占地大較小較大2012.03.05編輯編輯pptIV氫能源利用的障礙 開發(fā)氫能還存在一個難題，就是氫氣的儲存，它直接影響到氫能的應(yīng)用。怎樣用經(jīng)濟(jì)可行的方法將氫約束，為人類服務(wù)，下面簡述幾種儲存氫的方法。 氫的貯存有三種方法：高壓氣態(tài)貯存；低溫液氫貯存；金屬氫化物貯存。 要想用氫作為未來廣泛能源，可能目前只有采用高壓氣態(tài)貯存比較現(xiàn)實(shí)。編輯編輯pptIV氫能源利用的障礙 1.高壓氣態(tài)貯存 氣態(tài)氫可貯存在地下庫里，也可裝人鋼瓶中。必須先將氫氣壓縮，為此需消耗較多的壓縮功。一般一個充氣壓力為20MP的高壓鋼瓶貯氫重量只占1.6；供太空用的鈦瓶儲氫重量也僅為5。為提高貯氫量，目前正在研究一種微孔結(jié)構(gòu)的

14、儲氫裝置，這個研制還在進(jìn)行中。編輯編輯pptIV氫能源利用的障礙 2.低溫液氫貯存 氫氣在1個大氣壓下，冷凍至-252.720C以下即可變?yōu)橐簯B(tài)氫，這時它的密度提高，體積縮小。但是，液態(tài)氫需保存在專門的深冷杜瓦瓶里面，雖然其制造技術(shù)已有很大發(fā)展，最大容積可達(dá)5000m3以上，不過造價昂貴，而且每千克氫氣由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程中，實(shí)際需要消耗大11kWh的電力。所以非特殊要求，這種深冷液化儲氫方法在經(jīng)濟(jì)上是不易被人們接受的?，F(xiàn)在多數(shù)火箭燃料還是使用液態(tài)氫，其儲運(yùn)辦法只有此法可取。編輯編輯pptIV氫能源利用的障礙 3.金屬氫化物貯存 為解決氫的儲存問題，人們發(fā)現(xiàn)鈦、鈮、鎂、鋯等金屬和它們的合金，能

15、像海綿吸水一樣將氫儲存起來，形成儲氫金屬，而且還可以根據(jù)需要隨時將氫釋放出來，這就是金屬氫化物儲氫。這樣，就大大方便了人們對氫的儲存、運(yùn)送和使用。編輯編輯pptIV氫能源利用的障礙 氫雖然具有很好的可運(yùn)輸性，但不論是氣態(tài)氫還是液氫，它們在使用過程中都存在著不可忽視的特殊問題。首先，由于氫特別輕，與其他燃料相比在運(yùn)輸和使用過程中單位能量所占的體積特別大，即使液態(tài)氫也是如此。其次，氫特別容易泄漏，貯氫容器和輸氫管道、接頭、閥門都要采取特殊的密封措施。第三，液氫的溫度極低只要有一點(diǎn)滴掉在皮膚上就會發(fā)生嚴(yán)重的凍傷，因此在運(yùn)輸和使用過程中應(yīng)特別注意采取各種安全措施。編輯編輯pptIV氫能源利用的障礙 能

16、否將氫氣像運(yùn)輸煤氣一樣用管道從儲存庫運(yùn)往用量最多的消費(fèi)部門。國外有些國家已經(jīng)建成了這種輸氫管道：現(xiàn)在美國德克薩斯州有條約20 km的輸氫管道，管徑203 mm，采用40號新鋼種，輸送1.38 kPa的純潔氫，已安全運(yùn)行24年；德國有條200多千米長的輸氫管道，采用無縫鋼管，管道直徑130150 mm，輸送1.8 kPa的不純氫，主要用于化工廠，使用年限已超過40年，運(yùn)行情況仍然良好；南非在20世紀(jì)90年代初也建成了一條80多千米的輸氫管道?？梢姎錃獾墓艿垒斔图夹g(shù)較為成熟，但一般認(rèn)為短距離較好，距離過長，要有中間加壓措施，建造比較復(fù)雜。310310編輯編輯pptIV氫能源利用的障礙 運(yùn)輸液態(tài)氫短

17、距離可用專門的液氫管道輸送，長距離用絕熱保護(hù)的車船運(yùn)輸。如國外已有3.580m3的公路專用液氫槽車；深冷鐵路槽車也已問世，儲液氫量可達(dá)100200m3，可以滿足用氫大戶的需要，是較快速和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)氫方法。美國宇航局還專門建造了輸送液氫的大型駁船，船上的杜瓦罐儲液氫的容積可達(dá)1000m3左右，能從海上將路易斯安娜州的液氫運(yùn)到佛羅里達(dá)州的肯尼迪空間發(fā)射中心，這樣無疑比陸上運(yùn)氫更加經(jīng)濟(jì)和安全。2012.03.05編輯編輯pptV小水電建設(shè)o 小水電建設(shè)存在問題小水電建設(shè)存在問題 小水電項(xiàng)目的建設(shè)，其效益顯著，但也存在著如下一些不容忽視的問題，嚴(yán)重影響了小水電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。o設(shè)備利用率偏低。o用電負(fù)荷

18、與自然資源不協(xié)調(diào)。o經(jīng)營體制不完善，規(guī)章制度不健全。o上網(wǎng)電價偏低。2012.03.05編輯編輯ppt利用小水電低價電能發(fā)展電解水制氫產(chǎn)業(yè)利用小水電低價電能發(fā)展電解水制氫產(chǎn)業(yè)o我國有些偏遠(yuǎn)山區(qū)具有豐富的水利資源。但是，這些地區(qū)地廣人稀，居住分散，交通不便，經(jīng)濟(jì)落后，當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷很小，無法就近消耗小水電生產(chǎn)的大量電能；再加上這些地區(qū)距離電網(wǎng)很遠(yuǎn)，很難通過遠(yuǎn)距離輸電線路與電力系統(tǒng)并網(wǎng)。因此，有些偏遠(yuǎn)山區(qū)豐富的水利資源，得不到開發(fā)利用。開發(fā)利用偏遠(yuǎn)山區(qū)的水利資源，興建徑流式小興建徑流式小水電站水電站，獲得低價電能，發(fā)展電解水制氫產(chǎn)業(yè)，就地就近消耗小水電生產(chǎn)的電能，不僅技術(shù)上可行，而且還有非?？捎^的經(jīng)

19、濟(jì)、社會和環(huán)境效益。p徑流式水電站單位投資有望降到4000元/kW以下，而發(fā)電成本則可能降到0.2元/kWh以下，甚至0.1元/kWh以下。2012.03.05編輯編輯ppt結(jié)合結(jié)合“小水電代燃料工程小水電代燃料工程”發(fā)展電解水制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展電解水制氫產(chǎn)業(yè)o自2003年以來，水利部牽頭在全國5個省26個縣啟動了小水電代燃料工程試點(diǎn)，興建和擴(kuò)建了幾十座小型水電站。這些水電站大部分都并網(wǎng)運(yùn)行，以較低的電價給農(nóng)民供電。豐水期剩余電量上網(wǎng)銷售，枯水期從電網(wǎng)購電保證代燃料電量供應(yīng)。小水電代燃料到戶電價約為0.2元kWh，上網(wǎng)電價約為0.24元kWh，而枯水期從電網(wǎng)回購電價約為0.35元kWh。目前，我國正

20、在積極推進(jìn)“小水電代燃料生態(tài)建設(shè)工程”，如果在一些小水電站內(nèi)增加電解水制氫產(chǎn)業(yè)，不僅解決了農(nóng)村用電問題，還可以利用富余電力制取氫氣。這樣一來小水電站不僅出售電能，而且還出這樣一來小水電站不僅出售電能，而且還出售氫氣和氧氣，提高了水電站的綜合經(jīng)濟(jì)效益。售氫氣和氧氣，提高了水電站的綜合經(jīng)濟(jì)效益。2012.03.05編輯編輯ppt電解水制氫效益分析電解水制氫效益分析o 電解水制氫純度可達(dá)99.599.8，達(dá)到了工業(yè)氫一等品99.5的純度指標(biāo)。目前工業(yè)氫每立方米售價5-6元m3。o 國內(nèi)外普遍認(rèn)為電解水制氫，每度電可以制氫0.2m3，產(chǎn)氧氣1.6m3。舉例說明。2012.03.05編輯編輯ppt電解水

21、制氫效益分析電解水制氫效益分析o浙江省某化肥廠電解水制氫，電費(fèi)按工業(yè)電價0.4元/kWh計(jì)算，在制氫氣成本中電費(fèi)占84.41，其他工資及附加費(fèi)、設(shè)備折舊及檢修費(fèi)、原材料及輔助材料費(fèi)分別為4.68、8.05、1.86。初步測算，如果在裝機(jī)容量為300kW的小型水電站內(nèi)設(shè)置電解水制氫車間，電站每天可向制氫車間提供5000kWh電能。按每年連續(xù)生產(chǎn)300天計(jì)算，制氫車間可年產(chǎn)氫氣30萬m3 ，耗電150萬kWh。小型水電站就近就地給制氫車間供電，每度電降到0.10.2元/kWh，如果按0.2元/kWh計(jì)算，則年電費(fèi)為30萬元。隨著電價的降低，電費(fèi)占制氫成本比例也會降低，可能由80降到50左右。全年制

22、氫總成本為60萬元左右。o工業(yè)氫售價按56元/m3計(jì)算，制氫車間年產(chǎn)值可達(dá)150180萬元，則稅前利潤為90120萬元。經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 一套完備的制氫工藝裝置應(yīng)該由電解槽、氣液處理器、整流裝置、控制柜(計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng))、加水泵、堿箱、水箱、附屬設(shè)備框架，除鹽水閉式冷卻裝置以及系統(tǒng)內(nèi)的電氣及控制設(shè)備、管道、閥門和儀表等幾大部分組成。o 制氫裝置和純化系統(tǒng)為氯化氫合成、三氯氫硅合成、還原爐、氫化爐系統(tǒng)所需的氫氣，其純度和濕度應(yīng)滿足各用氫系統(tǒng)的要求。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 制氫裝置基本由七個系統(tǒng)組成

23、o 1氣體系統(tǒng)o 2電解液循環(huán)系統(tǒng)o 3氣體排空（氮?dú)庵脫Q）系統(tǒng)o 4原料補(bǔ)充系統(tǒng)o 5冷卻水系統(tǒng)o 6排污系統(tǒng)o 7補(bǔ)堿系統(tǒng)編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 制氫系統(tǒng)簡介中壓電解水制氫裝置是一組可以安全可靠地連續(xù)生產(chǎn)氫氣的成套設(shè)備，它采用工作溫度為7085的堿性水溶液電解裝置，其主設(shè)備為電解槽。在電解槽后連有氫側(cè)系統(tǒng)、氧側(cè)系統(tǒng)及補(bǔ)給水系統(tǒng)和堿液系統(tǒng)等，如下圖所示。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 電解槽+氣液分離器編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 電解槽原理和結(jié)構(gòu)o電解槽是制氫裝置的主體設(shè)備，它的主要性能要求

24、是：制得的氫氣純度高；能耗低；結(jié)構(gòu)簡單；制造維修方便且使用壽命長；材料的利用率高；價格低廉。目前廣泛使用的是壓濾式水電解槽，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 在直流電作用于氫氧化鉀水溶液時，在陰極和陽極上分別發(fā)生下列放電反應(yīng)，見圖：編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 電解槽中的主要部件和材料如下：o（1）極板與端極板。電解槽中間的隔板叫極板。極板由三片鋼板組成，中間一塊起分隔電解室及支持作用，無孔。其兩側(cè)分別鉚接一塊鎳絲網(wǎng)，一側(cè)為陽極，一側(cè)為陰極。陽極的一側(cè)為防止氧

25、腐蝕而鍍有鎳保護(hù)層。陰極的一側(cè)為減少超電壓而鍍有活化層。電解槽兩端的極板稱為端極板，陰、陽端極板內(nèi)側(cè)各焊一塊鍍鎳的陽極和不鍍鎳的陰極。端極板除了起引入電流的作用外，也起緊固整個電解槽鋼板的作用，所以要厚一些。o（2）隔膜框。隔膜框是構(gòu)成各電解室的主要部分，每一個隔膜框構(gòu)成一個電解室。它是一種空心環(huán)狀厚鋼板，在里圈由壓環(huán)將石棉布固定在上面。石棉布呈多微孔組織，以便通過K+和OH-。隔膜框上部在氫、氧兩側(cè)均開有小孔，稱為氣道圈，用以通過氫氣和氧氣。隔膜框下部設(shè)有液道圈，用以通過電解液。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o（3）絕緣材料。隔膜框與極板之間設(shè)有絕緣墊圈。要求絕緣

26、墊圈能夠耐堿、耐熱、耐壓力。它能起到絕緣作用，使隔膜框不帶電，而且有密封作用，以防止電解液外漏。o（4）電解液。電解液濃度為30%的KOH溶液。電解液中的雜質(zhì)對水的電解有很大的影響。Cl-和SO能強(qiáng)烈地腐蝕鎳陽極；Fe3+附著于石棉布隔膜和陰極上，會增大電解電壓，CO能惡化電解液的導(dǎo)電度，含量過高會析出結(jié)晶；Ca2+、Mg2+有可能生成其碳酸鹽沉淀，堵塞進(jìn)液孔和出氣小孔，造成電解液循環(huán)不良。另外，在電解過程中不斷地補(bǔ)充水和堿都將可能引入上述雜質(zhì)離子。 編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o所以，為了保證電解槽的正常運(yùn)行和延長使用周期，固體堿、補(bǔ)充水和電解液應(yīng)當(dāng)符合如下標(biāo)準(zhǔn)

27、： 表表8-9 氫氧化鉀的純度氫氧化鉀的純度 名 稱 含量（%） KOH NaCl Na2CO3 95 0.5 0.2 表表8-10 補(bǔ)充水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 名 稱 含量（mg/L） Fe2+Fe3+ Cl 干燥殘?jiān)?1 6 7 表表 8-11 電解液的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)電解液的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目 單位 含量 KOH KOH 密度 Fe2+Fe3+ Cl- Na2CO3 g/L g/mL mg/L mg/L mg/L 300400 1.251.30 3 800 100 編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 氣液處理器（包括氣液分離器、氣體洗滌器、堿液及氣體冷卻器、堿液過濾器

28、、屏蔽泵等）o氣液處理器是一個包含許多化工過程的多功能綜合設(shè)備，它的作用如下：o（1）借助于重力，使水電解產(chǎn)生的氫氣和氧氣與循環(huán)堿液分離。o（2）借助于氫、氧分離器的壓力控制，保持電解槽小室中陰極側(cè)和陽極側(cè)的壓力平衡。o（3）維持水電解過程中所需的電解液含量。并觀察液位。o（4）通過處理器內(nèi)設(shè)置的蛇管冷卻循環(huán)堿液，控制槽溫。o（5）除掉氣體中的堿霧及液滴并降低氣體溫度編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o氣液處理器的結(jié)構(gòu)：o該型處理器分為兩段，下部為分離冷卻段，上部為洗滌冷卻除霧段。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 氣液分離器o電解槽產(chǎn)生的氫氣

29、與氧氣由電解槽溢出時，攜帶了部分呈霧狀的電解液與氣體一同進(jìn)入各系統(tǒng)中。分離器的作用之一就是利用冷卻和擴(kuò)容作用充分分離出電解液，并使之重新流回電解槽，分離器的第二個作用就是保證電解槽在滿負(fù)荷或空載時，始終充滿電解液。另外，由于電流通過電解液時有一部分電能變?yōu)闊崮芏闺娊庖簻囟壬?，分離器還有冷卻電解液的作用，使溫度保持在80以下。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 氣體洗滌器o從分離器送出的氫、氧氣體的溫度較高，其中仍然含有水蒸氣和少量電解液，所以必須再經(jīng)過氣體洗滌器進(jìn)一步冷卻、洗滌。在洗滌器中將氣體溫度降至常溫，減少氣體中的含水量，洗去電解液，以滿足用氫設(shè)備的要求。o

30、氣體洗滌器中部通入由補(bǔ)給水箱送來的純水，氫氣由上部進(jìn)入，通過下部喇叭口，在穿過洗滌水時將殘留的電解液溶于水中，再由中上部排出，成為較純凈的氫氣。洗滌器的下部由于溶解了氣體中的微量堿液而排出稀堿液。這些稀堿液并入堿液循環(huán)系統(tǒng)作為補(bǔ)充水進(jìn)入電解槽。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 壓力調(diào)節(jié)器o 中壓生產(chǎn)流程中利用此裝置調(diào)整電解槽氫、氧兩側(cè)的壓力，防止由于槽內(nèi)的壓力不平衡而造成氫、氧氣互相滲透形成爆炸氣體(低壓生產(chǎn)流程中則可甩貯氣柜、分離器、洗滌器來調(diào)整壓力)。目前采用的壓力調(diào)整器有浮球調(diào)節(jié)閥式和薄膜調(diào)節(jié)閥式兩種。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝

31、o 冷卻器o冷卻器的構(gòu)造與分離器的基本相同，如圖所示。容器內(nèi)有蛇形管，冷卻水在容器內(nèi)由下至上進(jìn)行循環(huán)冷卻。冷卻器與分離器的不同之處是氫氣走蛇形管，冷卻水走管外。冷卻器只在氫側(cè)系統(tǒng)中設(shè)置。o冷卻器的作用在于分離和除掉由平衡箱出來的氫氣中所帶的少量水分，并使氣體得到冷卻，它可使氫氣中的水含量降低到5g/m3以下，冷凝后的水分可通過排污門定期排出。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 礫石阻火器、水封槽o系統(tǒng)運(yùn)行時為保障安全而設(shè)置這兩個設(shè)備。如果氣體出口處發(fā)生火災(zāi)，兩個設(shè)備可以阻止火焰延燒到系統(tǒng)內(nèi)部，避免造成重大事故。o氧側(cè)系統(tǒng)中設(shè)有水封槽，結(jié)構(gòu)如右圖所示，它的作用是凈化氧氣

32、，也起擋火密封的作用。一般氧氣不收集而對空排放掉，因此，水封槽的重要性就更大了。o阻火器內(nèi)部充填粒度為1020mm的潔凈碎石，設(shè)置于氫氣放空出口處，三個氫氣儲罐在彈簧安全閥后面可以串聯(lián)起來，使用一個擋火器。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 干燥器o干燥器為圓形立式設(shè)備，其主要作用是利用干燥劑對氫氣進(jìn)一步干燥，以獲得更干燥的氫氣。o干燥器內(nèi)一般裝填5A的球形分子篩，其再生溫度為180250，再生時間為810h。o 儲氣罐o電解產(chǎn)生的氫氣、氧氣，經(jīng)過一系列凈化和冷卻處理，最后存入儲氣罐備用。為防止著火事故，儲氫罐與大氣間安有阻火器和彈簧安全閥。當(dāng)罐內(nèi)壓力超過規(guī)定值時，氣體可安全排出。編輯編輯ppt電解水制氫的設(shè)備和工藝電解水制氫的設(shè)備和工藝o 堿液過濾器和堿液溶解箱o堿液過濾器的作用是消除電解液中的殘?jiān)畚?，使電解槽運(yùn)