一、技術(shù)先導(dǎo)
電解水制氫是利用直流電使水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),分別在陽極生成氧氣,陰極生成氫氣的電化學(xué)過程,其中,承載該電化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備為電解槽。根據(jù)電解槽與反應(yīng)機(jī)理的不同,電解水制氫技術(shù)主要分為堿性電解水制氫(AWE或ALK)、質(zhì)子交換膜電解水制氫(PEM)、陰離子交換膜電解水制氫(AEM)、固體氧化物電解水制氫(SOEC)四種技術(shù)。目前市場上已產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)為ALK電解水制氫和PEM電解水制氫。
二、電解水制氫脫鹽水作用
脫鹽水,又稱除鹽水,是指通過脫鹽工藝去除水中溶解的礦物質(zhì)、有機(jī)物、微生物等雜質(zhì)后,得到的水質(zhì)純凈度較高的水。在電解水制氫過程中,脫鹽水為制氫的原料。為了減少電解過程中的副反應(yīng)、防止雜質(zhì)在電解過程中沉積在電極表面或腐蝕電解槽材質(zhì)、降低能耗提高電解效率,電解過程需要使用純度較高的脫鹽水作為制氫原料。
圖1 制氫工廠脫鹽水應(yīng)用場景
三、電解水制氫脫鹽水水源水質(zhì)
制備脫鹽水水源可采用市政自來水、地下水、地表水或市政再生水等水源。
電解水制氫所需脫鹽水的水質(zhì)指標(biāo)參照國標(biāo)《壓力型水電解制氫系統(tǒng)技術(shù)條件》GB/T 37562-2019;鍋爐補(bǔ)水的水質(zhì)指標(biāo)參照國標(biāo)《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》GB/T 12145-2016 補(bǔ)給水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。上述國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求脫鹽水的主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。
表1 電解水制氫及工業(yè)(鍋爐補(bǔ)水)標(biāo)準(zhǔn)要求脫鹽水水質(zhì)
由表1的水質(zhì)指標(biāo)對比可以看出,電解水制氫所需脫鹽水水質(zhì)要求隨壓力型水電解制氫電解槽的不同而不同,PEM電解槽所需脫鹽水水質(zhì)要求高于堿性電解槽,同時PEM和堿性電解槽所需脫鹽水水質(zhì)要求均低于工業(yè)(鍋爐補(bǔ)水)脫鹽水水質(zhì),傳統(tǒng)工業(yè)脫鹽水常用處理制備工藝完全可以滿足這兩種電解槽脫鹽水水質(zhì)指標(biāo)的要求。
四、電解水制氫脫鹽水的制備
脫鹽水的制備通常包括預(yù)處理、脫鹽處理環(huán)節(jié)。預(yù)處理主要通過過濾、超濾工藝用于去除水中的懸浮物、膠體等大顆粒雜質(zhì),預(yù)處理工藝可根據(jù)來水水源和水質(zhì)情況優(yōu)化配置;脫鹽處理則通過反滲透、離子交換、EDI等工藝去除水中的溶解性鹽類。常用脫鹽水制備工藝流程如圖2所示。
圖2 脫鹽水制備工藝流程
五、順軒環(huán)境工業(yè)脫鹽水典型案例
案例一——廣西華誼能源化工有限公司一期水系統(tǒng)
項目概況:廣西“十四五”期間首個投產(chǎn)的百億元重大產(chǎn)業(yè)項目;國內(nèi)化工領(lǐng)域首個創(chuàng)新BOO模式項目;全廠水系統(tǒng)高級定制-順軒承建給水、脫鹽水、循環(huán)水、污水系統(tǒng)
脫鹽水水源水質(zhì):經(jīng)氣浮和V濾處理后的水庫水,脫鹽水水質(zhì)達(dá)到《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》GB/T12145-2016標(biāo)準(zhǔn)
處理規(guī)模:
脫鹽水系統(tǒng)1760m3/h,污水:1790m3/h;
循環(huán)水:第一循環(huán)水場:70000m3/h;第二循環(huán)水場:60000m3/h;
凈水:3600m3/h
脫鹽水處理工藝:超濾+二級反滲透+EDI
案例二——內(nèi)蒙古伊泰化工有限責(zé)任公司120萬噸/年精細(xì)化學(xué)品示范項目脫鹽水處理
項目概況:伊泰集團(tuán)最大脫鹽水項目
脫鹽水水源水質(zhì):市政自來水,脫鹽水水質(zhì)達(dá)到《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》GB/T12145-2016標(biāo)準(zhǔn)
處理規(guī)模:
脫鹽水系統(tǒng)1800m3/h
工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng)900m3/h,透平冷凝液處理系統(tǒng)1700m3/h
脫鹽水處理工藝:換熱器+多介質(zhì)+超濾+二級反滲透+混床
案例三——蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司水處理裝置EPC項目
項目概況:新型煤化工領(lǐng)域合同金額最大的水處理項目之一;2018-2019年度國家優(yōu)質(zhì)工程金質(zhì)獎
脫鹽水水源水質(zhì):黃河水,脫鹽水水質(zhì)達(dá)到《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》GB/T12145-2016標(biāo)準(zhǔn)
處理規(guī)模:
一級脫鹽水1600m3/h,二級脫鹽水600m3/h;
污水:1300m3/h;回用水:2400m3/h;
濃水:600m3/h;
工藝凝液600m3/h,透平凝液1200m3/h
脫鹽水處理流程:超濾+二級反滲透+混床
案例四——山東晉煤明升達(dá)化工有限公司水處理項目脫鹽水站工程
脫鹽水水源水質(zhì):新鮮水,脫鹽水水質(zhì)達(dá)到《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》GB/T12145-2016標(biāo)準(zhǔn)
處理規(guī)模:
一級脫鹽水1200m3/h,二級脫鹽水600m3/h;
污水:1300m3/h;回用水:2400m3/h;濃水:600m3/h;
工藝凝液600m3/h,透平凝液1200m3/h
脫鹽水處理流程:換熱器+過濾器+超濾+二級反滲透+混床