背景技術(shù)：

1、氫的生產(chǎn)可以發(fā)揮重要作用，因?yàn)闅錃馐窃S多化學(xué)過(guò)程需要的。截至2019年，全球每年生產(chǎn)約7000萬(wàn)噸氫用于各種用途，例如煉油、在氨的生產(chǎn)(通過(guò)哈伯法(haberprocess))中、在甲醇的生產(chǎn)(通過(guò)減少一氧化碳)中、或作為運(yùn)輸中的燃料。

2、歷史上，大部分氫(～95％)是由化石燃料生產(chǎn)的(例如，通過(guò)天然氣的蒸汽重整、甲烷的部分氧化、或煤氣化)。氫生產(chǎn)的其他方法包括生物質(zhì)氣化、低co2排放或無(wú)co2排放的甲烷熱解、和電解水。電解利用電以將水分子分解成氫氣和氧氣。迄今為止，電解系統(tǒng)和方法通常比基于化石燃料的生產(chǎn)方法更昂貴。然而，基于化石燃料的方法可能在環(huán)境上破壞更大，通常使得co2排放增加。因此，需要生產(chǎn)氫氣的電解系統(tǒng)和方法的具有成本競(jìng)爭(zhēng)力和環(huán)境友好的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開內(nèi)容描述了電解器(electrolyzer)系統(tǒng)，其包括一個(gè)或更多個(gè)電解器單元(electrolyzer?cell，電解池)的堆疊體，其中各電解器單元包括具有第一電極的第一半單元、具有第二電極的第二半單元、和在第一半單元與第二半單元之間的分隔件，其中在一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的每一者的第一電極與第二電極之間施加有電流。所述系統(tǒng)還包括：第一電解質(zhì)進(jìn)料流，所述第一電解質(zhì)進(jìn)料流用于將處于第一入口溫度的第一電解質(zhì)溶液進(jìn)給至一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的每一者的第一半單元；第二電解質(zhì)進(jìn)料流，所述第二電解質(zhì)進(jìn)料流用于將處于第二入口溫度的第二電解質(zhì)溶液進(jìn)給至一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的每一者的第二半單元；第一電解質(zhì)出口流，所述第一電解質(zhì)出口流用于從一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的每一者的第一半單元中排出第一電解質(zhì)溶液；第二電解質(zhì)出口流，所述第二電解質(zhì)出口流用于從一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的每一者的第二半單元中排出第二電解質(zhì)溶液；以及溫度控制裝置，所述溫度控制裝置用于將第一入口溫度控制在第一指定溫度，以及將第二入口溫度控制在第二指定溫度。

2、本公開內(nèi)容還描述了方法，其包括：將處于第一入口溫度的第一電解質(zhì)溶液經(jīng)由第一電解質(zhì)進(jìn)料流進(jìn)給至一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的每一者的第一半單元，其中一個(gè)或更多個(gè)電解器單元的各第一半單元包括第一電極；將處于第二入口溫度的第二電解質(zhì)溶液經(jīng)由第二電解質(zhì)進(jìn)料流進(jìn)給至一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的每一者的第二半單元，其中一個(gè)或更多個(gè)電解器單元的各第二半單元包括第二電極，其中一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的每一者的第一電極通過(guò)分隔件與第二電極隔開；在一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的每一者的第一電極與第二電極之間施加指定電流；將第一電解質(zhì)溶液的第一入口溫度控制在第一指定溫度；以及將第二電解質(zhì)溶液的第二入口溫度控制在第二指定溫度。

技術(shù)特征：

1.一種電解器系統(tǒng)，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解器系統(tǒng)，其中所述溫度控制裝置被配置成基于以下中的至少一者來(lái)設(shè)定所述第一指定溫度和所述第二指定溫度中的一者或兩者：所述指定電流、在所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的至少一者的所述第一電極與所述第二電極之間測(cè)量的電壓、跨所述堆疊體測(cè)量的總電壓、通過(guò)所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的至少一者的所述第一半單元的所述第一電解質(zhì)溶液的流量、通過(guò)所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的至少一者的所述第二半單元的所述第二電解質(zhì)溶液的流量、所述第一電解質(zhì)溶液的熱物理特性、所述第二電解質(zhì)溶液的熱物理特性、離開所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的至少一者的所述第一半單元的所述第一電解質(zhì)溶液的第一出口溫度、以及離開所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的至少一者的所述第二半單元的所述第二電解質(zhì)溶液的第二出口溫度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的電解器系統(tǒng)，其中所述第一電解質(zhì)出口流的至少所述第一電解質(zhì)溶液的第一部分再循環(huán)回到所述第一電解質(zhì)進(jìn)料流，以及所述第二電解質(zhì)出口流的至少所述第二電解質(zhì)溶液的第一部分再循環(huán)回到所述第二電解質(zhì)進(jìn)料流，其中所述溫度控制裝置包括至少一個(gè)電解質(zhì)熱交換器，所述至少一個(gè)電解質(zhì)熱交換器被配置成加熱或冷卻在再循環(huán)回到所述第一電解質(zhì)進(jìn)料流和所述第二電解質(zhì)進(jìn)料流之前的所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一部分和所述第二電解質(zhì)溶液的所述第一部分中的一者或兩者。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電解器系統(tǒng)，其中所述溫度控制裝置還包括至少一個(gè)旁路管線，所述至少一個(gè)旁路管線被配置成使所述第一電解質(zhì)溶液的第二部分和所述第二電解質(zhì)溶液的第二部分中的一者或兩者旁路繞過(guò)所述至少一個(gè)電解質(zhì)熱交換器。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解器系統(tǒng)，其中所述電解質(zhì)熱交換器包括冷卻器，所述冷卻器被配置成將所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一部分和所述第二電解質(zhì)溶液的所述第一部分中的一者或兩者冷卻，以及其中所述溫度控制裝置還包括電解質(zhì)加熱器，所述電解質(zhì)加熱器被配置成將所述第一電解質(zhì)溶液的所述第二部分和所述第二電解質(zhì)溶液的所述第二部分中的一者或兩者加熱。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的電解器系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)流量控制閥，所述至少一個(gè)流量控制閥被配置成調(diào)節(jié)通過(guò)所述至少一個(gè)電解質(zhì)熱交換器的所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一部分和所述第二電解質(zhì)溶液的所述第一部分中的一者或兩者的第一流量相對(duì)于通過(guò)所述至少一個(gè)旁路管線的所述第一電解質(zhì)溶液的所述第二部分和所述第二電解質(zhì)溶液的所述第二部分中的一者或兩者的第二流量的比率。

7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的電解器系統(tǒng)，還包括在所述至少一個(gè)電解質(zhì)熱交換器上游的一個(gè)或更多個(gè)電解質(zhì)儲(chǔ)存罐，其中所述第一電解質(zhì)溶液和所述第二電解質(zhì)溶液中的一者或兩者從所述第一電解質(zhì)出口流和所述第二電解質(zhì)出口流流到所述一個(gè)或更多個(gè)電解質(zhì)儲(chǔ)存罐。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的電解器系統(tǒng)，其中來(lái)自所述第一電解質(zhì)出口流的至少所述第一電解質(zhì)溶液的第一部分作為經(jīng)由所述第一電解質(zhì)進(jìn)料流而進(jìn)給至所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的每一者的所述第一半單元的所述第一電解質(zhì)溶液的至少一部分再循環(huán)，其中所述溫度控制裝置包括第一電解質(zhì)熱交換器，所述第一電解質(zhì)熱交換器被配置成加熱或冷卻來(lái)自所述第一電解質(zhì)出口流的至少所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一部分。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電解器系統(tǒng)，還包括第一電解質(zhì)旁路管線，所述第一電解質(zhì)旁路管線被配置成使來(lái)自所述第一電解質(zhì)出口流的所述第一電解質(zhì)溶液的第二部分旁路繞過(guò)所述第一電解質(zhì)熱交換器。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電解器系統(tǒng)，還包括第一控制閥，所述第一控制閥被配置成調(diào)節(jié)通過(guò)所述第一電解質(zhì)熱交換器的所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一部分的第一流量與通過(guò)所述第一電解質(zhì)旁路管線的所述第一電解質(zhì)溶液的所述第二部分的第二流量的第一比率，其中所述第一比率被選擇成適于所述第一指定溫度。

11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的電解器系統(tǒng)，還包括在所述第一電解質(zhì)熱交換器上游的第一電解質(zhì)儲(chǔ)存罐，其中至少所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一部分從所述第一電解質(zhì)出口流流到所述第一電解質(zhì)儲(chǔ)存罐，然后流到所述第一電解質(zhì)熱交換器。

12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的電解器系統(tǒng)，其中來(lái)自所述第二電解質(zhì)出口流的至少所述第二電解質(zhì)溶液的第一部分作為經(jīng)由所述第二電解質(zhì)進(jìn)料流而進(jìn)給至所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的每一者的所述第二半單元的所述第二電解質(zhì)溶液的至少一部分再循環(huán)，其中所述溫度控制裝置包括第二電解質(zhì)熱交換器，所述第二電解質(zhì)熱交換器被配置成加熱或冷卻來(lái)自所述第二電解質(zhì)出口流的至少所述第二電解質(zhì)溶液的所述第一部分。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電解器系統(tǒng)，還包括第二電解質(zhì)旁路管線，所述第二電解質(zhì)旁路管線被配置成使來(lái)自所述第二電解質(zhì)出口流的所述第二電解質(zhì)溶液的第二部分旁路繞過(guò)第二電解質(zhì)冷卻器。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電解器系統(tǒng)，還包括第二控制閥，所述第二控制閥被配置成調(diào)節(jié)通過(guò)所述第二電解質(zhì)熱交換器的所述第二電解質(zhì)溶液的所述第一部分的第一流量與通過(guò)所述第二電解質(zhì)旁路管線的所述第二電解質(zhì)溶液的所述第二部分的第二流量的第二比率，其中所述第二比率被選擇成適于所述第二指定溫度。

15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的電解器系統(tǒng)，還包括在所述第二電解質(zhì)熱交換器上游的第二電解質(zhì)儲(chǔ)存罐，其中至少所述第二電解質(zhì)溶液的所述第一部分從所述第二電解質(zhì)出口流流到所述第二電解質(zhì)儲(chǔ)存罐，然后流到所述第二電解質(zhì)熱交換器。

16.一種方法，包括：

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括基于以下中的至少一者來(lái)設(shè)定所述第一指定溫度和所述第二指定溫度中的一者或兩者：所述指定電流、在所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的至少一者的所述第一電極與所述第二電極之間測(cè)量的電壓、跨堆疊體測(cè)量的總電壓、通過(guò)所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的至少一者的所述第一半單元的所述第一電解質(zhì)溶液的流量、通過(guò)所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的至少一者的所述第二半單元的所述第二電解質(zhì)溶液的流量、所述第一電解質(zhì)溶液的熱物理特性、所述第二電解質(zhì)溶液的熱物理特性、離開所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的至少一者的所述第一半單元的所述第一電解質(zhì)溶液的第一出口溫度、以及離開所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元中的至少一者的所述第二半單元的所述第二電解質(zhì)溶液的第二出口溫度。

18.根據(jù)權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的方法，還包括將離開所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元的所述第一半單元的至少所述第一電解質(zhì)溶液的第一部分再循環(huán)回到所述第一電解質(zhì)進(jìn)料流，以及將離開所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元的所述第二半單元的至少所述第二電解質(zhì)溶液的第一部分再循環(huán)回到所述第二電解質(zhì)進(jìn)料流，其中控制所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一入口溫度和控制所述第二電解質(zhì)溶液的所述第二入口溫度中的一者或兩者包括加熱或冷卻在再循環(huán)回到所述第一電解質(zhì)進(jìn)料流和所述第二電解質(zhì)進(jìn)料流之前的所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一部分和所述第二電解質(zhì)溶液的所述第一部分中的一者或兩者。

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中控制所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一入口溫度和控制所述第二電解質(zhì)溶液的所述第二入口溫度中的一者或兩者包括使所述第一電解質(zhì)溶液的第二部分和所述第二電解質(zhì)溶液的第二部分中的一者或兩者繞過(guò)所述加熱或所述冷卻。

20.根據(jù)權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的方法，還包括將離開所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元的所述第一半單元的至少所述第一電解質(zhì)溶液的第一部分再循環(huán)回到所述第一電解質(zhì)進(jìn)料流，以及將離開所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元的所述第二半單元的至少所述第二電解質(zhì)溶液的第一部分再循環(huán)回到所述第二電解質(zhì)進(jìn)料流，其中控制所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一入口溫度和控制所述第二電解質(zhì)溶液的所述第二入口溫度中的一者或兩者包括在再循環(huán)回到所述第一電解質(zhì)進(jìn)料流和所述第二電解質(zhì)進(jìn)料流之前，冷卻所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一部分和所述第二電解質(zhì)溶液的所述第一部分中的一者或兩者，以及加熱所述第一電解質(zhì)溶液的所述第二部分和所述第二電解質(zhì)溶液的所述第二部分中的一者或兩者。

21.根據(jù)權(quán)利要求19或權(quán)利要求20所述的方法，其中控制所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一入口溫度和控制所述第二電解質(zhì)溶液的所述第二入口溫度中的一者或兩者包括調(diào)節(jié)所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一部分和所述第二電解質(zhì)溶液的所述第一部分中的一者或兩者的第一流量相對(duì)于所述第一電解質(zhì)溶液的所述第二部分和所述第二電解質(zhì)溶液的所述第二部分中的一者或兩者的第二流量的比率。

22.根據(jù)權(quán)利要求16至21中任一項(xiàng)所述的方法，還包括將離開所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元的所述第一半單元的至少所述第一電解質(zhì)溶液的第一部分作為所述第一電解質(zhì)進(jìn)料流的至少所述第一電解質(zhì)溶液的第一部分再循環(huán)，其中控制所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一入口溫度包括將至少所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一部分加熱或冷卻。

23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括使所述第一電解質(zhì)溶液的第二部分繞過(guò)所述加熱或所述冷卻。

24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括調(diào)節(jié)所述第一電解質(zhì)溶液的所述第一部分的第一流量相對(duì)于所述第一電解質(zhì)溶液的所述第二部分的第二流量的第一比率。

25.根據(jù)權(quán)利要求16至24中任一項(xiàng)所述的方法，還包括將離開所述一個(gè)或更多個(gè)電解器單元的所述第二半單元的至少所述第二電解質(zhì)溶液的第一部分作為所述第二電解質(zhì)進(jìn)料流的所述第二電解質(zhì)溶液的至少一部分再循環(huán)，其中控制所述第二電解質(zhì)進(jìn)料流的所述第二入口溫度包括將至少所述第二電解質(zhì)溶液的所述第一部分加熱或冷卻。

26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括使所述第二電解質(zhì)溶液的第二部分繞過(guò)所述加熱或所述冷卻。

27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括調(diào)節(jié)所述第二電解質(zhì)溶液的所述第一部分的第一流量相對(duì)于所述第二電解質(zhì)溶液的所述第二部分的第二流量的第二比率。

技術(shù)總結(jié)
電解器系統(tǒng)包括一個(gè)或更多個(gè)電解器單元的堆疊體，各電解器單元包括第一半單元和第二半單元以及在第一半單元與第二半單元之間的分隔件，所述第一半單元和第二半單元分別包括第一電極和第二電極，其中在第一電極與第二電極之間施加有電流。所述系統(tǒng)還包括第一電解質(zhì)進(jìn)料流和第二電解質(zhì)進(jìn)料流，所述第一電解質(zhì)進(jìn)料流和第二電解質(zhì)進(jìn)料流用于分別將處于第一入口溫度的第一電解質(zhì)溶液進(jìn)給至第一半單元，以及將處于第二入口溫度的第二電解質(zhì)溶液進(jìn)給至第二半單元；第一電解質(zhì)出口流和第二電解質(zhì)出口流，所述第一電解質(zhì)出口流和第二電解質(zhì)出口流用于分別從第一半單元和第二半單元中排出第一電解質(zhì)溶液和第二電解質(zhì)溶液；以及溫度控制裝置，所述溫度控制裝置用于將第一入口溫度控制在第一指定溫度，以及將第二入口溫度控制在第二指定溫度。

技術(shù)研發(fā)人員：托馬斯·H·麥克韋德,加爾·瑪麗安斯基,蘇士釗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：韋爾達(dá)吉?dú)淠芄?br/>技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21