一种回收电解制氢余热的海水淡化方法

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，特别是涉及一种回收电解制氢余热的海水淡化方法。

背景技术

氢作为一种轻质、高能量密度的二次能源，是全球经济社会发展与化石能源脱钩战略构想的关键环节之一，也是各发达国家未来十年竞相发展的重点，利用可再生能源电解水制氢是欧盟、美国、加拿大等发达国家推动氢能战略的首要任务。当前及未来一段时间，规模化电解制氢主要以碱性(ALK)和质子交换膜(PEM)制氢两大技术为主，每电解生产1公斤氢气需要消耗9-10公斤淡水，虽然电解制绿氢的耗水量要远低于甲烷水蒸气重整制氢以及利用化石燃料发电、能源产品生产等工业过程，但也需要额外消耗电能用于制氢过程高纯水的补充(ALK制氢补充淡水的电导需<10μS/cm，PEM制氢补充淡水的电导需<1μS/cm)。由于可再生能源电解水制氢尚处于产业化初期阶段，针对能源利用的电解水制氢和海水淡化耦合利用模式，国内外尚没有成熟先例。

电解水制氢系统的操作温度范围通常在70～90℃，受当前材料性能和技术水平制约，过程能量转化效率约为60-75％，剩余均以低品位余热形式排放环境。如未来10年电解水制氢产能有望达到500万吨/年，估算排放废热将达到2.9×10

因此，亟需一种采用电解水制氢和海水淡化耦合利用模式，克服耦合技术难点，可有效解决电解制氢的废热回收利用，将这些废热产生淡水用于电解制氢进行资源循环利用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种回收电解制氢余热的海水淡化方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种回收电解制氢余热的海水淡化方法，包括如下步骤：使用内部设置有蒸发器32和冷凝器31，外部为壳体30的海水淡化装置；所述冷凝器设置在蒸发器的上方，在蒸发器和冷凝器之间设置有捕沫网29；原料海水依次经过第二水泵28，过滤器6，经过冷凝器冷却水进口10，通入冷凝器31进行预热；预热后的海水从冷凝器冷却水出口8流出后分为两股；一股经过蒸发器海水进口12进入蒸发器32进行海水淡化，产生的蒸汽通过捕沫网29进入冷凝器31，冷凝后的淡水通过第一水泵5从冷凝器淡水出口9抽出，经过电导率仪4和两相三通阀3，将不合格的淡水直接排出，将合格的淡水即为产品水输送至淡水箱1；另一股进入水射真空泵冷却水进口14，为水射真空泵25提供动能后排出；水射真空泵抽真空口2通过管道与壳体抽真空口7连接，抽真空，壳体浓海水出口33通过管道与水射真空泵浓海水进口15连接，将未蒸发的浓海水抽出，并通过水射真空泵25排出；热水箱26内的传热介质通过第三水泵27通过管道输送至蒸发器循环热水进口11并进入蒸发器32，为海水淡化过程提供热能输入，降温后的传热介质从蒸发器循环热水出口13流出，通过管道分别通入第一板式换热器20和第二板式换热器35，对电解制氢过程的废热进行回收，升温后的传热介质再回到热水箱26进行循环；淡水箱1内的产品水作为电解制氢的原料水依次通过第六水泵36、活性炭过滤器19和电渗析装置18分别进入第一缓冲罐16和第二缓冲罐24；第一缓冲罐16内的原料水通过第四水泵17进入第一板式换热器20，与热水箱26的传热介质换热，降温后进入电解装置22；第二缓冲罐24内的原料水通过第五水泵34进入第二板式换热器35，与热水箱26的传热介质换热，降温后进入电解装置22；供电装置21为电解装置22提供电能输入；在电解装置22内进行电解制氢，阴极的气液混合液进入第二缓冲罐24，通过气液分离器23进行气液分离得到氢气，分离后的液体回到第二缓冲罐24，通过第五水泵34进行循环电解；阳极的气液混合液进入第一缓冲罐16，将第一缓冲罐16内部的氧气排出后通过第四水泵17进行循环电解。

传热介质优选为水或导热油。

本发明的优点：

本发明充分利用资源，提高传热、传质效率。本发明充分利用电解水释放废热，通过传热介质回收废热用于海水淡化，实现了两种技术的集成耦合与统筹优化。本发明有利于促进材料、能源、工程热物理和控制等多学科的交叉融合。

附图说明

图1为本发明一种回收电解制氢余热的海水淡化方法示意图。

淡水箱1；水射真空泵抽真空口2；两相三通阀3；电导率仪4；第一水泵5；过滤器6，壳体抽真空口7；冷凝器冷却水出口8；冷凝器淡水出口9；冷凝器冷却水进口10；蒸发器循环热水进口11；蒸发器海水进口12；蒸发器循环热水出口13；水射真空泵冷却水进口14；水射真空泵浓海水进口15；第一缓冲罐16；第四水泵17；电渗析装置18；活性炭过滤器19；第一板式换热器20；供电装置21；电解装置22；气液分离器23；第二缓冲罐24；水射真空泵25；热水箱26；第三水泵27；第二水泵28；捕沫网29；壳体30；冷凝器31；蒸发器32；壳体浓海水出口33；第五水泵34；第二板式换热器35；第六水泵36。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明，以下只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1

一种回收电解制氢余热的海水淡化方法，见图1，包括如下步骤：使用内部设置有蒸发器32和冷凝器31，外部为壳体30的海水淡化装置；所述冷凝器设置在蒸发器的上方，在蒸发器和冷凝器之间设置有捕沫网29；原料海水依次经过第二水泵28，过滤器6，经过冷凝器冷却水进口10，通入冷凝器31进行预热；预热后的海水从冷凝器冷却水出口8流出后分为两股；一股经过蒸发器海水进口12进入蒸发器32进行海水淡化，产生的蒸汽通过捕沫网29进入冷凝器31，冷凝后的淡水通过第一水泵5从冷凝器淡水出口9抽出，经过电导率仪4和两相三通阀3，将不合格的淡水直接排出，将合格的淡水即为产品水输送至淡水箱1；另一股进入水射真空泵冷却水进口14，为水射真空泵25提供动能后排出；水射真空泵抽真空口2通过管道与壳体抽真空口7连接，抽真空，壳体浓海水出口33通过管道与水射真空泵浓海水进口15连接，将未蒸发的浓海水抽出，并通过水射真空泵25排出；热水箱26内的传热介质(本实施例选用水，也可以采用导热油)通过第三水泵27通过管道输送至蒸发器循环热水进口11并进入蒸发器32，为海水淡化过程提供热能输入，降温后的传热介质从蒸发器循环热水出口13流出，通过管道分别通入第一板式换热器20和第二板式换热器35，对电解制氢过程的废热进行回收，升温后的传热介质再回到热水箱26进行循环；淡水箱1内的产品水作为电解制氢的原料水依次通过第六水泵36、活性炭过滤器19和电渗析装置18分别进入第一缓冲罐16和第二缓冲罐24；第一缓冲罐16内的原料水通过第四水泵17进入第一板式换热器20，与热水箱26的传热介质换热，降温后进入电解装置22；第二缓冲罐24内的原料水通过第五水泵34进入第二板式换热器35，与热水箱26的传热介质换热，降温后进入电解装置22；供电装置21为电解装置22提供电能输入；在电解装置22内进行电解制氢，阴极的气液混合液进入第二缓冲罐24，通过气液分离器23进行气液分离得到氢气，分离后的液体回到第二缓冲罐24，通过第五水泵34进行循环电解；阳极的气液混合液进入第一缓冲罐16，将第一缓冲罐16内部的氧气排出后通过第四水泵17进行循环电解。

本发明在回收电解水制氢废热，降低电解制氢循环水温度的同时，为海水淡化蒸发过程提供驱动力，提高了热利用效率。利用海水淡化工艺产生的产品水作为电解水制氢的原料水，充分利用资源。利用电解制氢废热作为热源，通过加热传热介质，提高循环传热介质温度，传热介质再进入蒸发器进行加热原料海水的蒸发过程，提高蒸发效率，从而提高废热的利用效率。本发明的产品水直接作为电解制氢的进料水进行电解制氢过程，而电解制氢的余热为海水淡化的蒸发过程提供热能，同时对电解制氢的循环水进行降温处理，有效提高了传热、传质效率。本发明中采用板式换热器回收电解制氢余热，循环介质采用传热介质，避免内部换热器内部结垢，保证整体装置稳定运行。