[发明专利]一种电解水耦合富甲烷气体制氢设备和制氢方法

说明书

本发明公开了一种电解水耦合富甲烷气体制氢设备和制氢方法，包括电解水制氢模块，多重整制氢模块，换热模块，分离模块，氢气提纯模块和重整驰放气发电模块。本发明将电解水制氢步骤产生的热量用于重整反应，对重整制氢步骤的余热通过换热取热的方式进行循环利用，提高制氢系统能源效率；将电解水制氢产生的氧气、取热产生的水作为重整制氢的原料，实现对电解水制氢副产物的高效利用；根据电解水制氢系统外供电量波动，对重整制氢系统进行调控，使制氢装置在电量不稳的情况亦能稳定供氢运行。本发明提供的制氢方法解决了绿电制氢过程中供电不稳定的问题，并对副产物和热量进行了高效利用。

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，尤其是一种电解水耦合富甲烷气体制氢设备和制氢方法。

背景技术

氢气由于其能源密度高、可存储、清洁无污染等优点，是一种理想的能源载体，近些年在国内外受到了广泛关注。目前，氢能的发展主要制约因素来自于氢气成本和环保要求。

电解水制氢以水为原料，在电能作用下将水电解制取氢气，整个制氢过程无污染，是一种非常具有潜力的制氢途径。但是，现有电解水制氢技术一般都要求有一个稳定的供电系统，因此目前的电解水制氢技术所用到的电能大多来自电网供电，而我国电网供电主要来源于火力发电，会排放大量二氧化碳，且电价不菲，电解水制氢总体成本偏高。

采用风能发电或光伏发电用于电解水制氢可大幅度降低制氢成本，减少二氧化碳排放，具有良好的发展前景。但是，风能和光伏发电受天气影响，存在电源不稳定情况，制氢装置无法保证氢气连续产出。

另外，电解水制取氢气时，装置产生的热量大多都以散热的方式消耗掉，能源浪费严重，造成系统能效较低；电解槽阳极副产物氧气一般直接放空处理，造成资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电解水耦合富甲烷气体制氢设备和制氢方法，以解决现有风光电制氢技术中存在的电力不稳定和装置中余热及副产物资源化利用问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电解水耦合富甲烷气体制氢设备，包括用于将水电解得到湿热氢气和湿热氧气的电解水制氢模块，用于将富甲烷气体和湿热氧气一起作为原料混合进行多重整反应生成合成气的多重整制氢模块，用于将湿热氢气和多重整制氢步骤的反应产物一同进入换热器的换热模块，用于将多重整制氢步骤得到的合成气与电解水制氢步骤得到的湿热氢气通过换热步骤换热处理后通过气液分离装置进行除水得到富氢混合气的分离模块，用于将富氢混合气进行净化提纯的氢气提纯模块。

还包括将氢气提纯模块产生的驰放气通过发电设备进行发电，产生的电并回电解水制氢模块的电解槽的电源线路上的驰放气发电模块。

一种电解水耦合富甲烷气体制氢方法，包括电解水制氢步骤，多重整制氢步骤，换热步骤，分离步骤，氢气提纯步骤和驰放气发电步骤，具体包括：

步骤一：电解水制氢：水作为原料通入电解槽电解得到湿热氢气和湿热氧气；

步骤二：多重整制氢：富甲烷气体和步骤一得到的湿热氧气一起作为原料混合进入重整反应器中进行多重整反应，生成合成气；

步骤三：换热：将步骤一电解水制氢装置的湿热氢气和步骤二多重整制氢的反应产物一同进入换热器，与冷水进行换热，换热产生的热水循环利用于步骤二的重整反应；

步骤四：分离：步骤二得到的合成气与步骤一得到的湿热氢气通过步骤三换热处理后一同进入分离步骤，通过气液分离装置进行除水得到富氢混合气，同时将产生的水作为原料，循环回到步骤一中的电解槽中继续用于电解制氢；

步骤五：氢气提纯：将步骤四得到的富氢混合气进行净化提纯，得到高纯度的氢气。

步骤六：驰放气发电：将步骤五氢气提纯装置产生的驰放气通过发电设备进行发电，产生的电并回步骤一的电解槽的电源线路上，用于电解工作来调整绿电供电不稳情况。