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1.水电解制氢装置
方钉百科
2.制氢装置简介
发展基于水电解制氢的绿色氢能有助于消纳波动的可再生能源“弃光”“弃风”并显著降低氢能成本碱性水电解制氢技术是未来大规模制备绿氢、连接可再生能源与高碳排放行业、协同实现“双碳”目标的关键性技术实现绿氢低成本制取的核心是高效大功率碱性水电解制氢装置的高效化、规模化、大型化研制。
3.制氢装置
碱性水电解制氢装置大型化技术攻坚与装备研发的重要方向是高电流密度、大功率和低能耗电解槽的性能参数决定了整个系统的技术性能文中从电解槽关键材料的研究、电解槽结构设计优化及相应配套设备大型化面临的挑战等方面描述了实现碱性水电解制氢装置大型化发展的方向。
4.制氢装置工艺流程图
发展基于水电解制氢的绿色氢能有助于消纳波动的可再生能源“弃光”“弃风”并显著降低氢能成本，同时将H2作为传统化石能源高碳排放行业清洁利用的替代原料，可产生明显的环境效益和成本优势，满足可持续发展的要求目前已商用的水电解制氢技术包括碱性水电解和纯水电解制氢两种。
5.制氢装置应急预案
纯水电解制氢设备集成度高、体积较小，但成本较高且设备寿命较短，难以适用于长时间、大功率稳定运行的制氢场景国内目前开展的可再生能源制氢项目多为企业投资建设的示范项目，普遍采用碱性水电解制氢1 碱水制氢装置发展历程
6.制氢装置原理
水电解现象最早在1789年被观测到，自第一台水电解制氢设备问世，已经有200多年的历史至1902年已经有400多个工业电解槽，总产氢量10000m3/h1948年第一台增压式水电解槽问世国外技术商主要有德国Lurgi公司、美国Teledyne公司和挪威Nel公司。
7.制氢装置招聘
Nel公司专注于大型大功率常压水电解设备及配套加氢设备，可应用于工业、运输和电力多元转换（Power-to-X）等多领域Teledyne公司早期主要生产小型水电解设备，单台最大容量只有42m3/h，其设备集成度很高，电解槽、气液分离及冷却装置、控制系统被安装在同一个框架内，现如今，该公司可根据加氢站内氢气的需求开发对应规模的设备。
8.制氢装置技术问答
Lurgi公司主要针对大型加氢站开发相应的大型工业水电解制氢装置国内20世纪50-60年代水电解制氢装置主要为常压设备80年代，中国船舶集团有限公司第七一八研究所（七一八研究所）开发了加压双极性压滤式水电解制氢装置，是国内第一台加压水电解制氢装置。
9.制氢装置操作工
其自主研制生产的1000m3/h设备已成功应用于宁夏宝丰、亚洲硅业等多个大规模制氢项目1995年，苏州竞立研制出了国内第一套单台产氢量200m3/h微机控制型装置，其出厂的全球首台单体产氢量1200m3/h的大型水电解制氢装置，为2022年北京冬季奥运会提供绿氢。
10.制氢装置 英文
国内最具代表性的制氢工程是宁夏宝丰能源建设的“国家级太阳能电解水制氢综合示范项目”，其制氢系统流程见图1。 
图1 宝丰能源项目制氢系统流程该项目采用单台产氢量1000m3/h的碱性水电解装置，利用采煤区空地布置光伏电站给制氢设备供能制取H2，计划所产H2用于该企业的煤化工过程，实现绿色氢气对煤制氢的替代，目前项目一期8套制氢设备已调试完成。
通过碱性水电解制氢技术，该项目同步实现了以下目标：消纳波动可再生能源；利用绿色氢气作为煤化工原料，实现高碳排放企业绿色转型可见，通过碱性水电解制氢技术大规模制备绿氢，可成为可再生能源与高碳排放行业协同实现“双碳”目标的关键环节。
高效大功率水电解制氢装置的规模化、大型化势在必行2 碱性制氢装置大型化方向完整的碱性水电解制氢系统一般包括以碱性水电解槽为主体的制氢装置、气体纯化装置及控制系统。图2为碱性水电解制氢系统结构示意。 
图2 碱性水电解制氢系统结构示意电解槽的性能参数决定了整个系统的技术性能。图3为电解槽结构示意。 
图3 电解槽结构示意双极式电解槽结构紧凑，减小了由电解液电阻引起的电能损失，是目前工业最常用的双极式电解槽内部由阴极板、阳极板、集流器、电解液、隔膜、密封垫圈等组成槽内单个电解池成为电解小室，其中充满电解液。
装置大型化并不是简单成比例放大设备尺寸，这不仅受设备设计方法、材料力学性能、制造装配等因素限制，更需要设计制备高灵活、长寿命的金属-氧化物电极催化剂，采用新型材料研究隔膜，优化设计结构与系统集成及创新改造配套设备。
2.1 电解槽关键材料的研究2.1.1 电极判断电解槽优劣的关键性参数是电极材料的成本和能耗，采用廉价、高活性的电极代替贵金属有利于降低制氢成本，设计开发新型、具有优异催化活性的电极及降低电解过电位有利于降低能耗。
理论上，铂族金属是作电极的最理想材料，但实际为降低设备和生产成本，常采用镀镍的铁电极或镍系合金电极虽然与铂族金属相比其动力学性能较差，但较高的比表面积和负载可以抵消性能差异，同时还能够提供成本效益多孔镍合金常作为析氢反应的电极催化剂，改善了电极的催化性能和稳定性，但该电极制备成本较高且存在抗逆电流能力弱等问题。
碱性水制氢装置大型化，需要继续开展高活性、高稳定性的金属-氧化物复合电极材料开发与结构设计通过引入氧化物活性位点，可强化电极表界面位点对水分子的特异性吸附及OH-的快速脱附，提高反应动力学本征活性可开发大面积复合电极可控制备技术，系统分析影响电极寿命的关键因素，实现电极批量生产及应用。
2.1.2 隔膜在阴阳极板间设置隔膜可防止气体混合，其质量直接影响H2的纯度以及电耗隔膜电阻受隔膜材料、厚度、孔隙率、亲水性、工作温度等因素的影响过去常用石棉隔膜，其在高温下腐蚀较快、电阻会变大且材料中含有致癌物质。
目前常用有机高分子材料，如氟碳聚合物、聚砜等改性材料七一八研究所在结合有机和无机隔膜在气密性与离子导通性两方面优势的基础上制备出复合隔膜，其气密性能优良、电阻大大降低基于压延原理开展非编织结构宽幅无机复合隔膜制备工艺研究是研制隔膜的新方向。
2.1.3 电解液与气泡在大电流密度、高功率电解工况下，小室内气泡聚集-聚并会形成顶部空腔，造成电解液滞留，严重降低电解效率，导致腐蚀问题钱彤宇等对气泡产生原因及电阻变化做因素分析，发现加快电解液循环流动、改善极板表面材质及优化极板结构能减少气泡产生。
2.2 电解槽结构设计优化在电解槽中，电荷粒子从一个电极传输到另一个电极，距离越大，电阻越大设计电解槽结构时，应尽量减小电极与电极、隔膜及极板的间距国外研究出一种零极距电解槽，电极和隔膜距离为0，阴阳电极直接接触两层膜的表面，使得电极之间的电压降最小，能耗最低。
电解槽中极板与电极是分离的，二者距离越近，接触点越多，溶液电阻就越小因此在设计极板时，可以在极板上增加凸起以增加接触点或增加专门部件使得极板与电极紧贴同时，可以采用计算流体力学和传质传热方法构建电解槽仿真模型，研究极板流场结构对小室内气体流体非均相传质传热过程的影响。
揭示小室流场优化对气液传质传热过程的强化作用和机理，探明小室流场对气液传质传热过程的影响及与电解槽电流密度的构效关系，可有效提高大直径电解槽的开发精度和电解效率2.3 气体处理装置和控制系统电解槽大型化的同时，配套设备同样面对着大型化的挑战。
配套设备是保证装置长周期安全稳定运行、降低H2含湿量、提高气体纯度的重要因素除需对各部件优化设计外，还需开展大功率制氢设备系统集成设计及制造，构建多点接入的数字孪生运维平台，研究制氢系统智能管控技术；针对宽功率波动工况下制氢系统灵活快速调节与安全高效运行的要求，研究制氢系统电-热-质多物理耦合模型并开发参数辨识技术，提出电解余热回收、存储、利用的热管理系统设计方案，实现系统能量最大化利用。
3 结束语要实现绿氢对高碳行业脱碳代替，离不开碱性水电解装置的高效利用从电解槽关键材料出发，到结构设计优化，描述了实现碱性水电解制氢装置大型化发展的方向，包括电极设计制备与批量生产技术、无机复合隔膜批量制备技术、电解液-微细气泡闪速深度分离技术、大直径电解槽多尺度三维仿真结构优化设计与集成技术及配套系统设备的耦合升级。
阐明实现绿氢低成本制取的核心是高效大功率碱性水电解制氢装置的高效化、规模化、大型化研制高电流密度、大功率和低能耗仍是装置大型化技术攻坚与装备研发的重要方向来源 |王恒伟，杨雪晶，杨军，碱性水电解制氢装置大型化的研究进展 [J].炼油技术与工程
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