电解水制氢脱盐水技术及案例分享
电解水制氢脱盐水技术及案例分享
电解水制氢技术是实现绿色氢能生产的重要途径之一。在这一过程中，脱盐水作为关键原料，其制备工艺和质量控制至关重要。本文将详细介绍电解水制氢脱盐水技术的基本原理、作用及具体制备方法，并通过多个实际案例展示其应用现状。
技术先导
电解水制氢是利用直流电使水分子在电极上发生电化学反应，分别在阳极生成氧气，阴极生成氢气的电化学过程，其中，承载该电化学反应的设备为电解槽。根据电解槽与反应机理的不同，电解水制氢技术主要分为碱性电解水制氢（AWE或ALK）、质子交换膜电解水制氢（PEM）、阴离子交换膜电解水制氢（AEM）、固体氧化物电解水制氢（SOEC）四种技术。目前市场上已产业化应用的技术为ALK电解水制氢和PEM电解水制氢。
电解水制氢脱盐水作用
脱盐水，又称除盐水，是指通过脱盐工艺去除水中溶解的矿物质、有机物、微生物等杂质后，得到的水质纯净度较高的水。在电解水制氢过程中，脱盐水为制氢的原料。为了减少电解过程中的副反应、防止杂质在电解过程中沉积在电极表面或腐蚀电解槽材质、降低能耗提高电解效率，电解过程需要使用纯度较高的脱盐水作为制氢原料。
图1 制氢工厂脱盐水应用场景
电解水制氢脱盐水水源水质
制备脱盐水水源可采用市政自来水、地下水、地表水或市政再生水等水源。电解水制氢所需脱盐水的水质指标参照国标《压力型水电解制氢系统技术条件》GB/T 37562-2019；锅炉补水的水质指标参照国标《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》GB/T 12145-2016 补给水质量标准。上述国标标准要求脱盐水的主要水质指标如表1所示。
表1 电解水制氢及工业（锅炉补水）标准要求脱盐水水质
水质指标 | PEM电解槽 | 碱性电解槽 | 工业（锅炉补水） |
|---|---|---|---|
电导率（μS/cm） | ≤0.1 | ≤1.0 | ≤0.3 |
SiO2（mg/L） | ≤0.01 | ≤0.02 | ≤0.02 |
Fe（mg/L） | ≤0.01 | ≤0.02 | ≤0.01 |
总有机碳（TOC，mg/L） | ≤0.1 | ≤0.5 | ≤0.5 |
硬度（mmol/L） | ≤0.01 | ≤0.02 | ≤0.01 |
由表1的水质指标对比可以看出，电解水制氢所需脱盐水水质要求随压力型水电解制氢电解槽的不同而不同，PEM电解槽所需脱盐水水质要求高于碱性电解槽，同时PEM和碱性电解槽所需脱盐水水质要求均低于工业（锅炉补水）脱盐水水质，传统工业脱盐水常用处理制备工艺完全可以满足这两种电解槽脱盐水水质指标的要求。
电解水制氢脱盐水的制备
脱盐水的制备通常包括预处理、脱盐处理环节。预处理主要通过过滤、超滤工艺用于去除水中的悬浮物、胶体等大颗粒杂质，预处理工艺可根据来水水源和水质情况优化配置；脱盐处理则通过反渗透、离子交换、EDI等工艺去除水中的溶解性盐类。常用脱盐水制备工艺流程如图2所示。
图2 脱盐水制备工艺流程
实际应用案例分析
案例一：广西华谊能源化工有限公司一期水系统
项目概况：广西“十四五”期间首个投产的百亿元重大产业项目；国内化工领域首个创新BOO模式项目；全厂水系统高级定制-博天承建给水、脱盐水、循环水、污水系统
脱盐水水源水质：经气浮和V滤处理后的水库水，脱盐水水质达到《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》GB/T12145-2016标准
处理规模：
- 脱盐水系统1760m³/h
- 污水：1790m³/h
- 循环水：第一循环水场70000m³/h，第二循环水场60000m³/h
- 净水：3600m³/h
脱盐水处理工艺：超滤+二级反渗透+EDI
案例二：内蒙古伊泰化工有限责任公司120万吨/年精细化学品示范项目脱盐水处理
项目概况：伊泰集团最大脱盐水项目
脱盐水水源水质：市政自来水，脱盐水水质达到《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》GB/T12145-2016标准
处理规模：
- 脱盐水系统1800m³/h
- 工艺冷凝液处理系统900m³/h
- 透平冷凝液处理系统1700m³/h
脱盐水处理工艺：换热器+多介质+超滤+二级反渗透+混床
案例三：蒲城清洁能源化工有限责任公司水处理装置EPC项目
项目概况：新型煤化工领域合同金额最大的水处理项目之一；2018-2019年度国家优质工程金质奖
脱盐水水源水质：黄河水，脱盐水水质达到《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》GB/T12145-2016标准
处理规模：
- 一级脱盐水1600m³/h
- 二级脱盐水600m³/h
- 污水：1300m³/h
- 回用水：2400m³/h
- 浓水：600m³/h
- 工艺凝液600m³/h
- 透平凝液1200m³/h
脱盐水处理流程：超滤+二级反渗透+混床
案例四：山东晋煤明升达化工有限公司水处理项目脱盐水站工程
脱盐水水源水质：新鲜水，脱盐水水质达到《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》GB/T12145-2016标准
处理规模：
- 一级脱盐水1200m³/h
- 二级脱盐水600m³/h
- 污水：1300m³/h
- 回用水：2400m³/h
- 浓水：600m³/h
- 工艺凝液600m³/h
- 透平凝液1200m³/h
脱盐水处理流程：换热器+过滤器+超滤+二级反渗透+混床