一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置的制作方法

本技术属于化工，具体涉及一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置。

背景技术：

1、风能和太阳能等清洁能源的开发和利用越来越受到重视。近年来，风电和光伏发电的装机容量逐年增加，已成为我国电力供给的重要补充。但风电和光伏发电受天气影响大，电力输出不稳定，同时在工业用电过程中，也存在波峰波谷电力问题。目前，电解水制氢已成为一种重要的电力调节方式，通过水的电解，可将电能转化为氢能，或将氢气做为其他工业过程的原料加以利用，进而实现了能源的有效利用和转换。但是，目前的电解水制氢再利用氢能发电技术整体成本较高，且能效偏低，仅为40％左右。因此，解决氢能转化能效偏低的问题将有助于实现电解水制氢过程能量利用和经济效益的最大化。

2、低氘水有提高基础代谢，提高人体免疫力、抑制癌细胞的生长等作用，逐渐被人们所认识和重视。而氘水(重水)在不同领域有着非常广泛的用途，是制备各种氘代试剂、氘代光电材料和氘代药品的原料。现有的低氘水和高纯氘水的生产过程耗能高，因此生产成本高。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置。

2、为实现上述目的，达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案为：

3、一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，包括：

4、电解水单元，所述电解水单元包括至少2级电解池，上一级电解池与下一级电解池相连通；

5、分离单元，所述分离单元与电解水单元相连通，所述分离单元对来自电解水单元的未被电解的水进行分离操作，得到高纯氘水产品。

6、进一步的，还包括氢氧化合单元，所述氢氧化合单元与电解水单元中的第一级电解池相连通。

7、进一步的，所述氢氧化合单元包括燃烧室、气包和低氘水贮罐，所述第一级电解池与燃烧室相连通再连通气包和低氘水贮罐。

8、进一步的，所述氢氧化合单元还包括调压阀，所述调压阀设置于气包与低氘水贮罐之间的管路上。

9、进一步的，所述电解水单元还包括水净化装置、压缩机组和液氢贮罐，所述水净化装置与第一级电解池相连通，所述压缩机组包括若干个压缩机，压缩机的总数量比电解池的总数量少一个，只有第一级电解池不与压缩机相连，余下的每个电解池分别与一个压缩机相连通再连通至液氢贮罐，所述电解水单元中的第二级电解池与水精馏单元中的最末一级精馏塔相连通，所述电解水单元中的最后一级电解池与水精馏单元相连通。

10、进一步的，所述电解水单元包括n级电解池，所述压缩机组包括n-1个压缩机，n为2-10中的任一整数，除第一级电解池外的余下的每个电解池的阴极与一个压缩机相连通。

11、进一步的，所述电解水单元包括4级电解池，分别记为第一级电解池、第二级电解池、第三级电解池、第四级电解池，所述压缩机组包括3个压缩机，分别记为压缩机ⅰ、压缩机ⅱ、压缩机ⅲ，所述第一级电解池与第二级电解池相连通，所述第二级电解池与第三级电解池相连通，所述第二级电解池的阴极与压缩机ⅰ相连通，所述第三级电解池与第四级电解池相连通，所述第三级电解池的阴极与压缩机ⅱ相连通，所述第四级电解池与水精馏单元的进料口相连通，所述第四级电解池的阴极与压缩机ⅲ相连通。

12、进一步的，所述分离单元为水精馏单元，所述水精馏单元包括至少一级精馏塔，上一级精馏塔塔顶与下一级精馏塔塔底相连通，所述水精馏单元还包括再沸器、氘水贮罐、冷凝器和回流罐，所述再沸器与水精馏单元中的第一级精馏塔塔底相连通，第一级精馏塔塔底物料通过再沸器与来自氢氧化合单元的气相进行换热，第一级精馏塔塔底还与氘水贮罐相连通，所述水精馏单元中的最末一级精馏塔塔顶与冷凝器相连通再连通回流罐，所述回流罐与最末一级精馏塔塔顶回流口和电解水单元中的第二级电解池相连通。

13、进一步的，所述水精馏单元中的精馏塔的级数为1-10级，精馏操作为减压精馏，真空度为30-70kpa。

14、进一步的，所述电解水单元采用新能源电、电网波谷电或常规市电进行供电，所述电解池采用碱液水电解制氢、阴离子交换膜电解制氢、质子交换膜电解制氢或固体氧化物电解制氢方式。

15、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

16、本实用新型公开了一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，包括：电解水单元，电解水单元包括至少2级电解池，上一级电解池与下一级电解池相连通；分离单元，分离单元与电解水单元相连通，分离单元对来自电解水单元的未被电解的水进行分离操作，得到高纯氘水产品。本实用新型提供的用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，能够利用风电、光伏发电、电网波谷电力等低成本电力，通过电解水制氢气，由于同位素效应，电解产生的氢气为氘含量低的氢气，将产生的氢气和氧气重新化合得到具有一定功效的低氘水产品，化合过程产生的热量引出，作为水精馏过程的加热源，实现能量利用最大化，经过几次电解后，电解产生的氢气液化进行贮运，供燃料电池发电，为氢能交通工具提供动力或作为化工产品氨、甲醇的原料等，电解池中的富氘水被引出，利用水精馏技术对富氘水进行分离和纯化得到高纯氘水产品；通过本实用新型可得到液氢、低氘水和高纯氘水产品，且采用能量耦合设计，减少了中间环节，提高了能效，经济效益明显。

技术特征：

1.一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，其特征在于，还包括氢氧化合单元，所述氢氧化合单元与电解水单元中的第一级电解池相连通。

3.根据权利要求2所述的一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，其特征在于，所述氢氧化合单元包括燃烧室、气包和低氘水贮罐，所述第一级电解池与燃烧室相连通再连通气包和低氘水贮罐。

4.根据权利要求2所述的一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，其特征在于，所述氢氧化合单元还包括调压阀，所述调压阀设置于气包与低氘水贮罐之间的管路上。

5.根据权利要求1所述的一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，其特征在于，所述电解水单元包括n级电解池，所述压缩机组包括n-1个压缩机，n为2-10中的任一整数，除第一级电解池外的余下的每个电解池的阴极与一个压缩机相连通。

6.根据权利要求5所述的一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，其特征在于，所述电解水单元包括4级电解池，分别记为第一级电解池、第二级电解池、第三级电解池、第四级电解池，所述压缩机组包括3个压缩机，分别记为压缩机ⅰ、压缩机ⅱ、压缩机ⅲ，所述第一级电解池与第二级电解池相连通，所述第二级电解池与第三级电解池相连通，所述第二级电解池的阴极与压缩机ⅰ相连通，所述第三级电解池与第四级电解池相连通，所述第三级电解池的阴极与压缩机ⅱ相连通，所述第四级电解池与水精馏单元的进料口相连通，所述第四级电解池的阴极与压缩机ⅲ相连通。

7.根据权利要求1所述的一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，其特征在于，所述水精馏单元中的精馏塔的级数为1-10级，精馏操作为减压精馏，真空度为30-70kpa。

8.根据权利要求1所述的一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，其特征在于，所述电解水单元采用新能源电、电网波谷电或常规市电进行供电，所述电解池采用碱液水电解制氢、阴离子交换膜电解制氢、质子交换膜电解制氢或固体氧化物电解制氢方式。

技术总结
本技术公开了一种用于电解水制氢并联产氢同位素水的装置，包括：电解水单元，其包括至少2级电解池，上一级电解池与下一级电解池相连通；氢氧化合单元，其与电解水单元中的第一级电解池相连通；水精馏单元，其与电解水单元相连通，水精馏单元包括至少一级精馏塔，上一级精馏塔塔顶与下一级精馏塔塔底相连通。本技术中，通过电解得到氘含量低的氢气，将其和氧气化合得到低氘水产品，化合过程产生的热量引出并作为水精馏过程的加热源，电解产生的氢气液化进行贮运，电解池中的富氘水被引出，利用水精馏技术进行分离和纯化得到高纯氘水产品，本技术采用能量耦合设计，减少了中间环节，提高了能效，经济效益明显。

技术研发人员：武法文
受保护的技术使用者：南京合源新材料科技有限公司
技术研发日：20221114
技术公布日：2024/1/15