碱性电解水制氢技术被认为是成熟且成本效益比较高的电解水技术。一般采用 KOH 或 NaOH 作为电解液,浓度在 20%~30% 之间,隔膜多采取聚苯硫醚、聚砜等多孔聚合物材料。其原理为在两个电极之间施以直流电,并用隔膜将阴阳两极分离开来,在阴极水分子被还原,生成氢气和氢氧根离子,生成的氢氧根离子穿过隔膜到达阳极,在阳极侧失电子析氧,生成氧气和水。碱性电解水制氢系统主要包括碱性电解槽主体和BOP辅助系统。电解槽主体由端压板、密封垫、极板、电板、隔膜等零部件组装而成。PEM电解水制氢技术目前设备成本较高。洛阳工业电解水制氢设备企业
电解的本质:电能推动电解质溶液中的水分子在电极上发生电化学反应,生成氢气与氧气。理论电量:根据法拉第定律,电极反应产物的质量与通入的电量成正比,制取1Nm3氢气和0.5Nm3氧气需要的电量为2390Ah,即1mol氢和0.5mol氧的理论电量为53.6Ah。电压要求:要进行电解,必须在一对电极上加上一定的直流电压,使电流流过电解槽。U=E+IR+ηH+ηO(操作电压=水的理论分解电压+电解电流x电解总电阻+氢超电压+氧超电压)。总电阻电压IR(欧姆损失)由V液、V隔、V极、V接共同组成,当电解材料良好时,操作正常时,后3项影响很小,所以,操作电压主要包括理论分解电压、超电压和电解液电压损失。极间电压或小室电压,一般为1.8~2.5V。济南电解水制氢设备公司在未来的研发中,制氢设备不断迭代升级,有望在能源转型和氢能产业中发挥更为重要的作用。
2023年全球电解水制氢项目建设的主要推动者为各国各领域企业、地方。其中,各国能源、化工及交通领域的企业是直接推动方,主要基于自身传统业务的绿色转型展开。如中国中石化新疆库车绿氢项目,制取绿氢用于中石化旗下的塔河炼化替代传统天然气制氢;国际航运马士基推动的丹麦Aabenraa港口绿氢制甲醇项目,为马士基旗下的甲醇船舶提供零碳甲醇燃料。其次,各国的财政支持也是电解水制氢项目推进的重要因素,典型的如瑞典钢铁企业Ovako建成的绿氢替代传统燃料冶金项目,绿氢产能约3千吨/年,其中瑞典能源署提供了30%以上的建设资金。
电解水的设备主要包括电解槽、电源和电极等组成。其中,电解槽是将水分解成氢气和氧气的主要装置,一般采用的是聚合物电解槽或金属电解槽。聚合物电解槽具有体积小、重量轻、耐腐蚀、绝缘性能好等优点,但是其耐高温、高压、高电流密度等方面的性能较差;金属电解槽则具有耐高温、高压、高电流密度等优点,但是其重量较大、成本较高、耐腐蚀性能较差。因此,在实际应用中需要根据具体情况选择合适的电解槽。电源是电解水过程中不可或缺的组成部分,它提供给电解槽所需的电能。在电源的选择上,一般使用的是直流电源,因为电解水需要的是直流电能,而交流电源会导致电解槽中的电极发生电化学反应,从而影响电解效果。电极是电解水过程中起到催化作用的重要组成部分,它可以促进水分子的电解反应,从而提高电解速度和效率。电极的材料一般采用的是铂、钯、铱、铑等贵金属或其合金,因为这些材料具有较好的电化学催化性能。常见的电解水制氢设备包括碱性电解水制氢设备、酸性电解水制氢设备和固体氧化物电解水制氢设备。
我国的氢能产业规划的相关文件是相对较保守的数据,因为根据目前的一些项目规划来看,国内的电解水制氢市场的发展和规划文件来相比有较大差距。氢能联盟的100GW目标是实现碳中和的重要前提,以此来分析,可以看出:目前国内已有的电解水制氢设备总计产能在1GW左右;到2023年预计有2GW左右的产能;到2025年预计有10GW的产能;到2030年预计有100GW的产能。如果在此基础上增加国内厂家出口到国外的一些数据,世界所有国家对国内电解水制氢设备的需求量还会有相应的增幅,预计2030年在130GW左右。接近 75%的绿氢项目坐落于三北地区,约 80%的项目采用碱性电解水制氢技术。呼和浩特本地电解水制氢设备产量
燃料电池汽车被视为整个绿氢行业的先导产业,但下一步的关键是成本下降,同时带动更大场景更大规模应用。洛阳工业电解水制氢设备企业
甲醇与水在一定的温度和压力下,通过催化剂的作用,发生催化裂解反应和一氧化碳变换反应,终产生氢气与二氧化碳的混合气体。这个反应系统相当复杂,涉及多个组分和反应。主要反应包括甲醇的加水裂解,生成一氧化碳和氢气,以及一氧化碳与水反应生成二氧化碳和氢气。经过换热、冷凝和分离后,可以得到氢含量约为74%、二氧化碳含量约为5%以及一氧化碳含量约为5%的转化气。甲醇的单程转化率高达95%以上,未反应的原料则循环使用。随后,转化气通过变压吸附装置进行分离提纯,从而获得高纯度的氢气。PSA变压吸附工艺是氢气分离的重要方法。它利用气体组份在吸附床中的吸附特性差异,实现氢气的分离提纯。在固定吸附床中,通过充填吸附剂,含氢混合气体在特定压力下进入吸附床。由于不同组份的吸附特性不同,它们会在吸附床的不同位置形成吸附富集区。强吸附组份(如二氧化碳)会富集在吸附床的入口端,而弱吸附组份(如氢气)则会富集在出口端。通过这种方式,可以实现氢气的有效分离提纯。PSA变压吸附技术能够制取出纯度高达99%~999%的氢气。洛阳工业电解水制氢设备企业