[发明专利]一种电解制氢装置及电解液补充方法

说明书

本发明提供一种电解制氢装置及电解液补充方法，所述电解制氢装置通过控制系统以及与控制系统相连的第一电解液浓度检测装置、第一电解液体积量监控装置和第二电解液浓度检测装置，从而能够计算得到当前电解装置所需第二电解液体积量以及第二电解液理论流量，控制第二电解液输送装置进行第二电解液的补加输送，实现电解液的自动补加，该电解液的自动补充方法工作效率高且无需对设备进行停机，延长了电解设备的使用寿命，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及可再生能源技术领域，尤其涉及一种电解制氢装置及电解液补充方法。

背景技术

在当今世界能源格局深度调整、全球应对气候变化行动加速、资源环境约束不断加强的复杂背景下，氢能已经被认为是世界能源与动力转型的重大战略方向之一，备受世界各国关注。氢气的来源是目前氢能发展的重要议题，氢气目前仍作为工业用原料气体，在化工业有着丰富的应用，从来源来说，主要有三种成熟的技术路线；一是化石能源重整制氢；二是工业副产氢气；三是电解水制氢。化石能源重整制氢原料主要为煤炭、天然气和甲醇等，成本低廉、技术成熟，但无法消除的二氧化碳排放和化石能源的使用限制，制约了该技术的可持续发展。工业副产氢气主要来源于焦炭、氯碱、合成氨、丙烷脱氢等行业，能为氢能产业初期发展就近提供低成本氢源。电解水制氢绿色环保、生产灵活、纯度高，若配合可再生能源发电、弃电大规模利用，成本可以显著下降，具有极高的商业化潜力，是最有前景的氢能源制取方法。电解水制氢中，目前最为成熟的技术路线是碱性电解水技术。

目前的大型电解水系统的研究多集中在电解水设备的开发和优化，以实现电解水设备的集成、降低成本、产品气体的纯化等目的，如：CN104911626A公开了一种高压力水电解制氢电解水制氢设备，该设备为包括正极端板和负极端板的高压力水电解制氢电解水制氢设备，该装置结构简单、安装方便，使用三元乙丙橡胶垫极大地降低了橡胶垫成本，还能够反复使用，高压状态下不仅可以直接输送高压氢气、氧气，减少气体加压环节，进一步降低了成本。

而为了拓宽电解水的用电功率，CN111364052A公开了一种宽功率电解水制氢系统及方法，所述整流变压器将交流电转化为直流电后通入电解槽，还包括气液分离器、气体冷却器、气体捕滴器，所述整流变压器与波动性电源连接，所述气液分离器包括氢气分离器和氧气分离器，所述气体冷却器包括氢气冷却器和氧气冷却器，所述气体捕滴器包括氢气捕滴器和氧气捕滴器，所述电解槽的阴极电解液出液口与所述气液分离器的氢气分离器相互连通，所述电解槽的阳极电解液出液口与气液分离器的氧气分离器相互连通，该装置拓宽了电解水制氢过程中功率调节范围。

在CN111364052A的基础上，CN111826669A公开了一种具有宽功率波动适应性的大型电解水制氢系统及控制方法，该系统包括：电解水制氢模组：配置多个，形成并联形式；系统功率分流控制器：配置为用于电解水制氢系统中电解水制氢模组的功率分配与控制；各电解水制氢模组包括多个不同功率等级的电解水制氢模块和模组功率分流控制器，模组功率分流控制器配置为用于该模组内电解水制氢模块的功率分流控制，模组功率分流控制器连接至系统功率分流控制器，各电解水制氢模组内的电解水制氢模块共用一个用于温度、碱液循环和气液分离控制的模组管理器以及用于氢气纯化的氢气纯化组件。

但在制氢过程中碱液由电解槽随氢气或氧气夹带出，并经气液分离器后返回至碱液中仍然会有部分碱雾会被气体带走，长时间将导致碱液浓度的降低，通常情况下，一般需要定期(一到三个月)每个月或最多三个月对碱液进行浓度检测，当碱液浓度低于26％时就需要设备停机进行补碱操作；补碱操作一般是在碱箱中加入去离子水和分析纯KOH试剂，启动相应阀门利用循环泵在碱箱内进行循环搅拌，溶解相对均匀后启闭相应阀门利用循环泵补充碱液进入电解槽；因此整个补碱过程，制氢设备必须停机，造成生产效率降低且严重影响生产进度，同时频繁启停对于设备寿命也存在严重影响。另外，浓度检测和补碱均为人工操作，工作效率低且人工成本较高。

因此，需要开发一种无须停机即可进行电解补充的电解制氢装置和电解液补充方法。

发明内容