[发明专利]一种高温电解海水制备氢气的装置和方法

权利要求书

1.一种高温电解海水制备氢气的装置，其特征在于，该装置包括：

用于加热和冷凝海水的海水淡化系统，该海水淡化系统包括用于泵送海水以得到汲取海水的海水取水泵；用于对汲取海水进行过滤以得到干净海水的海水过滤器；用于对干净海水进行加热蒸发以产生高温的第一水蒸气并回收海水中的结晶盐的海水加热器；以及用于对第一水蒸气进行冷凝以制备第一淡水并提供未完全冷凝的第二水蒸气的水蒸气冷凝器；

具有固体氧化物电解池的高温电解水制氢系统，其与海水淡化系统的海水加热器和水蒸气冷凝器连接以将来自于海水淡化系统的第一水蒸气和第二水蒸气通过固体氧化物电解池进行电解得到氢气和未反应水蒸气的混合气体；

用于通过具有氯盐的熔盐储存外部能源的熔盐储热系统，其与海水淡化系统的海水加热器连接以通过海水加热蒸发后的结晶盐为熔盐储热系统提供制备氯盐的原料并为海水加热过程提供热能，其与高温电解水制氢系统的固体氧化物电解池连接以为进入固体氧化物电解池的第一水蒸气和第二水蒸气提供热能；以及

变压吸附气体分离系统，其与高温电解水制氢系统的固体氧化物电解池连接以将来自于高温电解水制氢系统的混合气体分离制备氢气和第二淡水。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括热管理及气体监控系统，其分别与海水淡化系统、高温电解水制氢系统、熔盐储热系统和变压吸附气体分离系统相连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该海水取水泵为机械抽水泵；该海水过滤器为污水过滤机；该海水加热器为陶瓷或耐腐蚀合金罐和加热电阻丝组成的装置。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该高温电解水制氢系统还包括：

用于提供直流电的直流稳压电源供给装置；

其中，固体氧化物电解池分别与直流稳压电源供给装置和海水淡化系统连接以通过直流电电解水蒸气产生氢气和未反应水蒸气的混合气体。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，该直流稳压电源供给装置为整流器或直流电源；固体氧化物电解池包括水蒸气进气口、热箱、水蒸气电解槽及氢气和未反应水蒸气的出气口，其中，该水蒸气进气口与海水淡化系统连接以将第一水蒸气和第二水蒸气通入水蒸气电解槽进行电解，该热箱为水蒸气电解槽提供高温环境，该水蒸气电解槽由一个或者多个固体氧化物电解池堆组成以形成水蒸气电解制氢的核心反应器，该氢气和未反应水蒸气的出气口与变压吸附气体分离系统连接以得到氢气和第二淡水。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该熔盐储热系统包括：

用于容纳熔融态的低温熔盐的低温罐；

电加热器；

用于容纳熔融态的高温熔盐的高温罐；以及

换热器；

其中，电加热器设置在低温罐和高温罐之间以加热熔盐；

其中，换热器设置在高温罐和低温罐之间以提取熔盐中的热能，该换热器分别与海水淡化系统和高温电解水制氢系统连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该变压吸附气体分离系统包括：

用于储存氢气和未反应水蒸气的混合气体的低压储罐；

用于进行增压的增压泵；以及

变压吸附气体分离装置；

其中，增压泵设置在低压储罐和变压吸附气体分离装置之间以将增压后的混合气体输送至变压吸附气体分离装置中分离得到氢气和第二淡水。

8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的装置进行高温电解海水制备氢气的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1，在海水淡化系统中借助于熔盐储热系统提供的热能将海水通过加热形成水蒸气并通过冷凝得到第一淡水；

S2，在高温电解水制氢系统中将水蒸气借助于熔盐储热系统提供的热能经过预加热后进行电解得到氢气和未反应水蒸气的混合气体；以及

S3，在变压吸附气体分离系统中将混合气体分离后得到氢气和第二淡水。