电解乙醇水溶液制备氢气的系统及方法与流程

本发明涉及氢气制备，尤其涉及一种电解乙醇水溶液制备氢气的系统及方法。

背景技术：

1、氢能是一种清洁、零碳的可再生能源，具有能量密度大、获取方式多样、制取和使用过程清洁等特点，已被不少国家视为能源转型的关键一环。近年来，氢能产业发展不断提速，尤其是氢燃料电池产业，从产业规模到成本成效都实现了显著提升。

2、乙醇是世界上应用较广的可再生能源，在2020年，我国生物乙醇总产量已超过800万吨，通过乙醇制氢被认为是制氢产业的重要发展方向。现阶段，乙醇制氢主要采用催化重整技术，即在有催化剂存在的情况下，乙醇通过与水蒸气、氧气发生重整反应，生成氢气和碳氧化物。例如中国发明专利cn114538374b公开的一种车载生物乙醇重整制氢的装置系统及重整制氢的方法，它虽然能够制备氢气，然而，还存在缺陷，例如它在制备得到氢气的同时，还会将产生的二氧化碳排放到外部环境。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种电解乙醇水溶液制备氢气的系统及方法，解决现有技术中在制氢装置在制备得到氢气的同时，还会将产生的二氧化碳排放到外部环境的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种电解乙醇水溶液制备氢气的系统，包括：

3、氢气制备单元，包括反应池和电解单元，所述电解单元包括电源及连接所述电源的阳极块和阴极块，所述阳极块和所述阴极块均位于所述反应池；

4、原料供给单元，包括乙醇供给单元和水供给单元，所述乙醇供给单元和所述水供给单元均连接所述反应池；及

5、碱液再生单元，包括相连接的药剂储罐和再生反应器，所述再生反应器的进口端和出口端均与所述反应池管路连通，所述药剂储罐的药剂能够与所述反应池反应之后的残留液体在所述再生反应器反应生成碱液并回流至所述反应池。

6、进一步的，所述碱液再生单元还包括第二输送泵和过滤器，所述第二输送泵的输入端和输出端分别连接所述再生反应器和所述过滤器的输入端，所述过滤器的输出端连接所述反应池，所述过滤器用于过滤所述再生反应器生成的固态杂质。

7、进一步的，所述碱液再生单元还包括第一输送泵，所述第一输送泵的输入端和输出端分别连接所述反应池和所述再生反应器。

8、进一步的，所述电解单元还包括电流传感器，所述电流传感器位于所述电源所在电路，所述电流传感器用于显示其所在电路的电流大小。

9、进一步的，所述乙醇供给单元包括依次连接的乙醇储罐、乙醇泵、乙醇流量计和第一开关阀，所述第一开关阀连接所述反应池。

10、进一步的，所述水供给单元包括依次连接的纯水储罐、纯水泵、纯水流量计和第二开关阀，所述第二开关阀连接所述反应池。

11、进一步的，还包括收集管路和氢气供给阀，所述收集管路的一端连接所述反应池，另一端用于连接外部用氢设备，所述氢气供给阀设于所述收集管路，并用于控制所述收集管路的通断。

12、进一步的，所述反应池的顶部设置有用于检测所述反应池气压的压力传感器，当所述压力传感器检测的气压超过预设气压时，所述氢气供给阀切换至打开状态。

13、进一步的，所述阳极块采用pd/c电极，所述阴极块采用铂网电极。

14、本发明还提供了一种电解乙醇水溶液制备氢气的方法，该方法应用于上述的电解乙醇水溶液制备氢气的系统，所述方法包括如下步骤：

15、s1，向反应池注入碱，开启乙醇供给单元和水供给单元，为反应池供给乙醇和水，乙醇、水和碱形成碱性电解质溶液，电性接通电解单元；

16、s2，碱性电解质溶液中的乙醇在阳极块发生氧化反应生成二氧化碳见式(1)，碱性电解质溶液中的水在阴极块发生还原反应生成氢气(见式(2))，总反应为乙醇和水反应生成氢气和二氧化碳(见式(3))；

17、c2h5oh+12oh-→2co2+9h2o+12e-  (式1)

18、12h2o+12e-→6h2+12oh-  (式2)

19、c2h5oh+3h2o→6h2+2co2  (式3)

20、所生成的二氧化碳被碱性电解质溶液原位捕获(见式(4))，所生成的氢气进入反应池液面以上的气相空间；

21、co2+2koh→k2co3+h2o  (式4)

22、s3，当反应池的碱不足时，接通药剂储罐和再生反应器以及接通反应池和再生反应器，药剂储罐的药剂与反应池的残留液在再生反应器反应生成碱并回流至反应池，为反应池补给碱。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明的乙醇供给单元和水供给单元可分别为反应池供给乙醇和水，可事先在反应池添加适量的碱，碱与乙醇、水混合形成碱性电解质溶液，碱性电解质溶液在电解单元通电时，碱性电解质溶液中的乙醇在阳极块发生氧化反应生成二氧化碳，碱性电解质溶液中的水在阴极块发生还原反应生成氢气。由于二氧化碳能够被碱性电解质溶液中的碱原位吸收，所以二氧化碳不会被排出至空气中造成环境破坏。

技术特征：

1.一种电解乙醇水溶液制备氢气的系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电解乙醇水溶液制备氢气的系统，其特征在于，所述碱液再生单元还包括第二输送泵和过滤器，所述第二输送泵的输入端和输出端分别连接所述再生反应器和所述过滤器的输入端，所述过滤器的输出端连接所述反应池，所述过滤器用于过滤所述再生反应器生成的固态杂质。

3.根据权利要求2所述的电解乙醇水溶液制备氢气的系统，其特征在于，所述碱液再生单元还包括第一输送泵，所述第一输送泵的输入端和输出端分别连接所述反应池和所述再生反应器。

4.根据权利要求1所述的电解乙醇水溶液制备氢气的系统，其特征在于，所述电解单元还包括电流传感器，所述电流传感器位于所述电源所在电路，所述电流传感器用于显示其所在电路的电流大小。

5.根据权利要求1所述的电解乙醇水溶液制备氢气的系统，其特征在于，所述乙醇供给单元包括依次连接的乙醇储罐、乙醇泵、乙醇流量计和第一开关阀，所述第一开关阀连接所述反应池。

6.根据权利要求1所述的电解乙醇水溶液制备氢气的系统，其特征在于，所述水供给单元包括依次连接的纯水储罐、纯水泵、纯水流量计和第二开关阀，所述第二开关阀连接所述反应池。

7.根据权利要求1所述的电解乙醇水溶液制备氢气的系统，其特征在于，还包括收集管路和氢气供给阀，所述收集管路的一端连接所述反应池，另一端用于连接外部用氢设备，所述氢气供给阀设于所述收集管路，并用于控制所述收集管路的通断。

8.根据权利要求7所述的电解乙醇水溶液制备氢气的系统，其特征在于，所述反应池的顶部设置有用于检测所述反应池气压的压力传感器，当所述压力传感器检测的气压超过预设气压时，所述氢气供给阀切换至打开状态。

9.根据权利要求1所述的电解乙醇水溶液制备氢气的系统，其特征在于，所述阳极块采用pd/c电极，所述阴极块采用铂网电极。

10.一种电解乙醇水溶液制备氢气的方法，该方法通过如权利要求1-9任一项所述的电解乙醇水溶液制备氢气的系统来实现，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种电解乙醇水溶液制备氢气的系统及方法，涉及氢气制备技术领域，电解乙醇水溶液制备氢气的系统包括氢气制备单元、原料供给单元和碱液再生单元，氢气制备单元包括反应池和电解单元，电解单元包括电源及连接电源的阳极块和阴极块，阳极块和阴极块均位于反应池。原料供给单元包括连接反应池的乙醇供给单元和水供给单元。碱液再生单元包括相连接的药剂储罐和再生反应器，再生反应器的进口端和出口端均与反应池管路连通，药剂储罐的药剂能够与反应池反应之后的残留液体在再生反应器的药剂反应生成碱液并回流至反应池。由于二氧化碳能够被碱性电解质溶液中的碱原位吸收，所以二氧化碳不会被排出至空气中造成环境破坏。

技术研发人员：袁斌,范晶,丁冬,刘彪,赵梦文
受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶集团有限公司第七一二研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/7/18