[发明专利]一种水电解装置及方法

说明书

本发明涉及一种水电解装置和方法。所述装置包括电解槽，用于电解碱液以产生氢气和氧气；氢气分离器，用于闪蒸电解产生的氢气和夹带的碱液；氧气分离器，用于闪蒸电解产生的氧气和夹带的碱液；氢气梯度分离器，用于接受并闪蒸氢气分离器中闪蒸后的液相；氧气梯度分离器，用于接受并闪蒸氧气分离器中闪蒸后的液相；以及使氢气梯度分离器和氧气梯度分离器闪蒸后的液相混合后返回电解槽的管线，或者使氢气梯度分离器和氧气梯度分离器闪蒸后的液相分别返回电解槽的管线。

技术领域

本发明涉及一种水电解装置及方法。

背景技术

在2030年前使中国二氧化碳排放达到峰值，2060年前实现碳中和，是中国今后一段时期的重点任务之一。积极探索新型清洁能源有助于碳达峰、碳中和工作的加速进行，加快产业结构的优化。氢能作为一种储量丰富、热值高、能量密度大、来源多样的绿色能源，被誉为21世纪的“终极能源”。

使用可再生能源电解水制氢是氢能产业新的发展趋势，使用弃风、弃光、弃水打通制氢环节路线，可最大程度避免能源浪费，提高电解水制氢的经济性，符合绿色能源可持续发展需求。

风能和光能等绿色能源不能够持续的提供稳定的电能输出，这对中高压水电解装置的操作运行来讲是非常大的考验。因为，当中高压水电解装置在低负荷或者低电流密度运行时，氧气产品气中的氢气溶度会大幅度上升至接近爆炸下限浓度，给中高压水电解运行带来巨大的安全风险。所以在中高水电解装置上如何安全的利用风能和光能是有待解决的问题。

传统中高压水电解装置，一般只设置氢气分离器和氧气分离器，操作压力在10～30bar。当水电解槽的负荷或者电流密度过低时，例如，在启动和停车或者突然电力输入大幅度减少的情况下，粗氧气产品气中的氢气含量会有急剧的上升。

发明内容

本发明的目的是提供一种水电解装置及方法，解决传统中/高压水电解装置在低电流密度运行时带来的安全问题，同时保证氢气和氧气产品的压力避免对下游装置产生波动。当水电解槽运行在低电流密度的工况下，碱液进行多梯度压力操作。将溶解在碱液中的气体排出碱液循环系统，降低氧气产品气中氢含量，保证氢气在氧气中的浓度低于爆炸下限，从而实现中/高压水电解装置在低电流密度运行的安全生产。极大的扩展了中高压水电解装置的操作区域，并且提高了中高压水电解装置运行的安全可靠性。

本发明提供了一种水电解装置，包括

电解槽，用于电解碱液以产生氢气和氧气；

氢气分离器，用于闪蒸电解产生的氢气和夹带的碱液；

氧气分离器，用于闪蒸电解产生的氧气和夹带的碱液；

氢气梯度分离器，用于接受并闪蒸氢气分离器中闪蒸后的液相；

氧气梯度分离器，用于接受并闪蒸氧气分离器中闪蒸后的液相；以及

使氢气梯度分离器和氧气梯度分离器闪蒸后的液相混合后返回电解槽的管线，或者使氢气梯度分离器和氧气梯度分离器闪蒸后的液相分别返回电解槽的管线。

本发明还提供了一种水电解装置，包括

电解槽，用于电解碱液以产生氢气和氧气；

氢气分离器，用于闪蒸电解产生的氢气和夹带的碱液；

氧气分离器，用于闪蒸电解产生的氧气和夹带的碱液；

梯度分离器，用于接受并闪蒸氢气分离器中闪蒸后的液相和氧气分离器中闪蒸后的液相；以及

使梯度分离器闪蒸后的液相返回电解槽的管线。

本发明还提供了一种水电解方法，包括

通过电解槽电解碱液以产生氢气和氧气；

通过氢气分离器闪蒸电解产生的氢气和夹带的碱液；