空压机以旧“焕”新

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2024 阿特拉斯·科普柯以旧“焕”新方案出炉

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氢气 气体压缩机 电解槽

制氢电解槽指南

制氢技术,主要介绍二氧化碳捕获系统

作为未来的能源载体,氢气在对抗全球变暖方面发挥着重要作用。为了获得可靠的气体供应,您需要正确的制氢技术。首要技术是“电解槽”,这是一种将水分解成氢气和氧气的设备。 

然后,您可以在高压下将氢气存储到压力容器中。根据需要,使用一个被称为燃料电池的设备即可生产清洁能源。

问题是氢气是已知的最小分子,这意味着它会占用太多的存储空间,这就是为什么必须先压缩它。 

四种主要制氢技术

“绿色制氢”是指通过分解水分子形成氢气和纯氧。这需要用到电解槽,无论在资本方面还是运营开支方面,电解槽通常都是此类装置中较为昂贵的组成部分。它占到这类制氢技术总成本的 70% 左右。 

但是,电解槽并非千篇一律。事实上,有四种主要的电解槽技术。如果您想自己制氢,必须先确定哪种类型的电解槽解决方案适合您的运营。 

这取决于您的应用,从氢气中获得的能量应用广泛 – 从氢动力公交车到发电厂,都有它的身影。 
 

让我们来看看四种不同类型的电解槽及其区别: 

 

  • 碱性电解槽:这是非常古老的工业电解槽,已经存在了很多年。在这些电解槽中,氢氧根离子通过电解质(碱性溶液)从阴极输送到阳极,从而产生氢气。 
  • 聚合物电解质膜 (PEM):这些电解槽使用固体聚合物电解质将质子从阳极传导到阴极。与此同时,电极采用电气绝缘构造。 
  • 固体氧化物电解槽:这些电解槽使用固体陶瓷材料作为电解质,以不同的方式产生氢气。在高温下,电解质会传导带负电荷的氧离子。 
  • 阴离子交换膜 (AEM):这是一种新兴技术,其原理与碱性电解相似。但是,与 PEM 电解不同,它不需要使用昂贵的贵金属。 

不同电解槽的优缺点

每种电解槽系统都有自己的优缺点。
 

  • 碱性电解:此类电解槽不需要稀有金属。它比 PEM 便宜得多。另一方面,它对波动的需求反应迟缓,启动大约需要 20 分钟。 
  • PEM:已成为一项广受欢迎的技术。它比碱性电解槽成本更高,部分原因是需要使用稀有金属。但是,它可以快速响应波动的需求并立即启动。 
  • 固体氧化物:这种技术非常高效,即将实现工业化,但目前也非常昂贵。因此,一旦该技术得到推广,其成本将随着时间的推移而降低。  
  • AEM:这种技术是碱性和 PEM 的结合,尚未实现工业化。它非常灵活,不需要使用稀有金属。一旦该技术得到进一步发展,有可能成为 PEM 的可持续替代品。

每项技术的理想工况点

每种制氢技术都有自己的理想工况点,这决定着它所适合的应用场景(下图假设排气压力为 5-100 bar)。 
 

  • 碱性电解:在这种技术中,输送压力相对较低,范围为 0 至 16 bar,少数情况下压力会略高于此值。这种成熟的技术非常适合 10-20 MW 的应用场合。 
  • PEM:此技术的入口输送压力通常为 30 bar,但也可以升高 10 bar 或降低 10 bar。它响应迅速,因此是小型工厂的理想选择。虽然成本较高,但也拥有更广泛的应用 (10-40 MW)。 
  • 固体氧化物:此技术需要蒸汽,这意味着对于那些产生工艺蒸汽的运营而言,它是理想的选择。入口输送压力约等于大气压力。这项技术仍然相当新颖,可满足 5-20 MW 的应用需求。  
  • AEM:在应用方面与 PEM 类似。入口输送压力通常为 30 bar,但可能降低 10 bar 或提高 10 bar。该技术仍在完善之中,非常适合 10-40 MW 的应用领域。 

制氢压缩机

所有这些电解技术的共同点是它们都需要用到压缩机。事实上,虽然压缩机仅占制氢系统总成本的 10%,但它却是关键因素。换言之,如果没有优质可靠的压缩机,一切皆无法实现。 
 

气体压缩的关键是入口压力。入口压力越低,对压缩机的要求就越高。 


此外,不可能在单级中无休止地压缩氢气。原因是气体在压缩过程中会变热,但其温度应保持在 130°C 以下。这意味着可能需要多个压缩级来实现更高的压力。 

Hydrogen products

氢燃料站

混合电解槽解决方案

为了搭配任何类型的电解槽技术,阿特拉斯·科普柯内部开发了多种技术,其中还包括混合解决方案,可与不同类型的电解槽和应用配合使用。 

如果这种灵活搭配对您有益,或者如果您不确定哪种技术适合您,那么请立即联系我们的制氢专家。他们将与您一起寻找合适的解决方案。 

技术 优势 缺点 理想工况点
碱性电解 技术成熟 对需求波动反应缓慢 压差:0-16 bar
  无需稀有金属 启动缓慢(20 分钟) 适合 10-20 MW 应用
  成本低    
PEM 备受欢迎 成本高于碱性电解 压差:30 bar (+/- 10 bar)
  快速响应需求的波动 需要稀有金属 适合 10-40 MW 应用
  立即启动    
固体氧化物 效率非常高 处于工业化前夕 压差:大气压
  未来成本可能会下降 成本昂贵 适合 5-20 MW 应用
AEM 结合了 PEM 和碱性技术的优点 尚未工业化 压差:30 bar (+/- 10 bar)
  应用灵活 有待进一步发展 适合 10-40 MW 应用
  不使用稀有金属  

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