[发明专利]一种电解水制氢余热利用系统及其工作方法

说明书

本发明公开的一种电解水制氢余热利用系统及其工作方法，属于电解水制氢技术领域。包括电解水制氢系统、膜蒸馏系统、热用户供暖系统和循环冷却系统；将电解水制氢过程中产生的余热，作为膜蒸馏过程的热量来源，用于制备电解水制氢系统的补水，节省了膜蒸馏过程中的加热能耗。相对于传统制水系统，膜蒸馏系统制水的能耗更低。余热梯级利用方式，用于加热膜蒸馏原水后的循环水中仍然带有余热，可以用于热用户如电解制氢车间或集装箱的冬季供暖，保障制氢系统所在空间的温度需求，通过余热的梯级利用，提高了整个电解制氢系统的能量利用效率。该系统设计合理，对电解水制氢的余热进行了梯级综合利用，提高了能量的转换效率，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电解水制氢技术领域，具体涉及一种电解水制氢余热利用系统及其工作方法。

背景技术

氢能是一种绿色、高效的二次能源，在交通、电力、燃料等领域具有广阔的应用前景。随着风电、光伏等可再生能源的大规模发展，利用可再生能源电解水制氢为氢能提供了绿色、低碳、低成本、可持续的生产方式。然而，电解水制氢相对于煤气化制氢、天然气重整制氢等传统的化石原料制氢，成本还相对较高，主要是由于耗电量较大。电解水制氢的过程中，电能除了通过电极的催化作用产生氢气、氧气外，由于电极、电解液、隔膜存在电阻，电流的热效应会使得电解液的温度逐渐升高，而为了控制电解温度在一定的范围内(60-100℃)，通常需要对电解液进行循环冷却，因此，会导致一部分热能损失，使得电能整体转换效率下降。为了提高电解水制氢的电能转换效率，当前技术发展的热点是改善电极的催化活性，以达到提高电-氢转化效率的目的，但是受限于催化剂成本、使用寿命、工业放大等因素，一些高性能的催化剂尚难实现工业应用。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电解水制氢余热利用系统及其工作方法，系统设计合理，对电解水制氢的余热进行了梯级综合利用，提高了能量的转换效率。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种电解水制氢余热利用系统，包括电解水制氢系统、膜蒸馏系统、热用户供暖系统和循环冷却系统；电解水制氢系统包括电解槽、电解液换热器、气液分离器、气体冷却器、水雾捕滴器和补水系统；膜蒸馏系统包括膜蒸馏组件、原水辅热系统、原水换热系统和产水换热系统；

电解槽、气液分离器和电解液换热器通过电解液循环管路连接，构成电解液循环回路；气液分离器的纯水进口与补水系统纯水出口连接，气液分离器气体出口与气体冷却器气体进口连接，气体冷却器的气体出口与水雾捕滴器连接，水雾捕滴器连接有氢气和氧气排出管道；气体冷却器的循环水出口与电解液换热器的循环水入口连接，电解液换热器的循环水出口与原水换热系统的循环水入口连接；

原水换热系统的循环水出口与热用户供暖系统连接，原水换热系统、原水辅热系统和膜蒸馏组件通过原水循环管路连接，构成原水循环回路；膜蒸馏组件和产水换热系统间通过产水循环管路构成产水循环回路；产水换热系统的产水出口与补水系统的纯水进口连接，产水换热系统与循环冷却系统通过循环水管路连接，构成循环水循环回路；循环冷却系统与气体冷却器的循环水入口连接，热用户供暖系统与循环冷却系统连接，用户供暖系统、循环冷却系统、气体冷却器、电解液换热器和原水换热系统之间构成循环水循环回路。

优选地，电解槽为碱性电解槽或固体聚合物电解槽。

优选地，电解液换热器、气体冷却器、原水换热系统和产水换热系统为间壁式换热器。

优选地，原水辅热系统为电阻式加热器或间壁式换热器。

优选地，热用户供暖系统为暖气热交换器。

优选地，电解液循环管路、原水循环管路和产水循环管路上均设有温度计和调节阀。

本发明公开了上述电解水制氢余热利用系统的工作方法，包括：