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氢能全产业链解析之制氢篇：碱性电解水

时间：2023-05-31 来源： 浏览：

氢能全产业链解析之制氢篇：碱性电解水

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正文开始

2020年中国制氢结构 数据来源：中国煤炭工业协会，东吴证券研究所

目前电解水制氢（绿氢）的主要技术路线有碱性电解、质子交换膜（PEM）电解以及固体氧化物（SOEC）电解三种技术路线。

电解水制氢技术路线对比

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氢能全产业链解析之制氢篇：碱性电解水

绿氢是通过可再生能源发电，再通过电解水获取氢气。电解水制氢是在直流电的作用下，通过电化学过程将水分子分解为氢气和氧气，分别在阴、阳极析出。而电解水制氢目前主要有三种技术路线，即碱性电解（AWE），质子交换膜（PEM）电解以及固体氧化物（SOEC）三种技术路线。
电解水制氢三种技术路线对比

在以上三种技术路线中，碱性电解水制氢技术路线最为成熟，成本最低，目前更具经济性。下面我们就来看一下碱性电解水制氢的技术原理。

碱性电解水技术是以KOH、NaOH水溶液为电解质，如采用石棉布等作为隔膜，在直流电的作用下，将水电解成氢气和氧气。
碱性电解水制氢原理示意图

碱性电解水工艺流程 （来源：质子交换膜电解水制氢技术在电厂的应用）
原理：
在阴极，水分子被分解为氢离子和氢氧根离子，氢离子得到电子生成氢原子，并进一步生成氢分子；
氢氧根离子则在阴、阳极之间的电场力作用下穿过多孔的横膈膜，到达阳极，在阳极失去电子生成水分子和氧分子。
碱性电解池原理

电解出的气体会带有碱液，因此，对产出的气体要进行脱碱雾处理。
碱性电解槽的优势
在目前的电解水制氢技术中，碱性电解槽技术最为成熟，生产成本最低。
碱性电解槽的局限性
1）碱性电解槽能源效率较低，通常在60%左右；
2）碱性电解质（如KOH）会与空气中的CO2反应，形成在碱性条件下不溶于水的碳酸盐，这些不溶性的碳酸盐会阻塞多孔的催化层，阻碍产物和反应物的传递，大大降低电解槽的性能；
3）碱性电解槽难以快速关闭或启动，制氢速度难以快速调节，因为必须时刻保持电解池的阳极和阴极两侧上的压力均衡，防止氢氧气体穿过多孔的石棉膜混合，进而引起爆炸。
4）碱性电解槽难以与具有快速波动特性的可再生能源配合。

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碱性水电解制氢设备常识

水中月   碱性水电解制氢设备生产

碱性水电解制氢设备常识
第一部分 概述及应用场景
第二部分 设备及工厂的形成
第三部分 工艺流程
第四部分 基本常识及标准

一、概述及应用场景

●氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一，我国是世界上最大的制氢国家，已初步掌握制氢、储运、加氢等主要 技术和工艺，并形成较为完整的氢能源产业链条。

● 近几年，我国氢能源行业飞速发展，吸引了众多参与者加入，也涌现出一批具有较强竞 争实力的知名企业，目前，行业内领先企业主要通过加强技术研发、打通产业链环节、 构建销售网络、培养专业人才等形成了一定程度的竞争优势。未来，随着氢能源行业的 不断发展，客户对氢能源生产综合要求不断提高，行业整合将不断加强，领先企业的市 场份额将逐步提升，氢能源行业壁垒更加明显。

●   为实现碳达峰、碳中和目标，我国将氢能定位为未来国家能源体系的重要部分，用能终   端实现绿色低碳转型的重要载体，战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。
二、设备及工厂的形成

三、工艺流程

四、基本常识

（一）电解槽制造文件

1.1电解槽是水电解制氢系统的主体设备,它的性能参数将决定水电解制氢的技术性能。电解槽的性能参数、结构应以降低单位氢气电能消耗、减少制造成本、延长使用寿命为基本要求。  应合理选择电解槽的结构型式、电解小室及其电极、隔膜的构造、涂层和材质。

1.2水电解槽的氢气生产能力、纯度和杂质含量应按制造厂家的企业标准和用户的要求协商确定。  

1.3电解小室的电极材质、涂层等应根据槽体设计、水电解制氢系统的总体要求确定。
1.4隔膜材质,隔膜石棉布应符合TC211的规定。应按槽体设计的技术要求和供货条件确定。
1.5密封垫片的选择应确保电解槽在工作状态不渗漏,并能承受槽体开、停车时的工作状态变化,  其质量应符合GB/T3985或具体水电解槽槽体设计所选材质的相关标准。
1.6蝶形弹簧的制造要求应符合GB/T1972的规定。
1.7铸件内外表面应光滑,不得有气泡、裂纹及厚度显著不均的缺陷,铸钢件应符合GB/T11352的  规定。
1.8主要焊接结构的焊缝不得有气孔、夹渣和裂纹等缺陷。
1.9电解槽的电镀零部件的质量、检查应符合下列要求。
1.9.1镀件的镀层表面不得鼓泡、起皮、局部无镀层和划伤等严重缺陷。镀层表面质量应进行  100%检验。
1.9.2镀件的镀层厚度、结合强度及孔隙率的质量和检查应分别符合JB2111、JB2112和JB2115  的规定。
1.9.3镀件的镀层厚度,结合强度及孔隙率的检验抽样和抽样方法按GB/T2829的规定。镀件可以采  用相同工艺同时电镀的试件进行试验。

（二）制氢装置及压力容器

.1水电解制氢装置主要是气液分离、稳定系统压力和液位及气液温度等，有安全稳定设备的正常  运转的作用，压力容器主要有气液分离器、碱液冷却器、氢氧冷却器、气水分离器。压力容器的  设计、制造、检验和验收应符合《压力容器安全技术监察规程》GB150.GB151的规定。

2.2容器的工作压力是指在水电解制氢系统正常工作状态下,容器顶部可能达到的最高压力。 

 2.3容器的材质应满足氢气/氧气和电解液在系统工作状态的要求。当采用不锈钢板时应符合  GB/T4237的规定;采用碳素钢板时应符合GB6654的规定。
2.4容器的规格、尺寸、壁厚应按计算确定,并留有必要的裕量。
2.5容器的布置应根据水电解制氢系统的总体设计,并尽力做到顺应制氢流程、连接管路短、方便  操作和维修。
（三）纯化装置
3.1氢气纯化主要是去除氢气中的氧杂质及吸附水分，采用催化法去除氧杂质，采用降温法和吸附法去除氢气中的水分。
3.2纯化装置中有脱氧器、干燥器、冷凝器、冷却器。各类容器的设计、制造、检验、验收均应符合（压力容器安全技术监察规程）和GB150、GB151的规定。
3.3氢气纯化过程中的温度控制，宜采用自动控制装置控制。
3.4氢气纯化后的氧、水分的恨量杂质浓度的检测可采用GB/T5831、GB/T6285、GB/T5832.1、GB/T5832.2、GB/T8984.1、GB/T8984.2的方法，可根据用户要求，设置连续检测仪器。

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