水电解制氢电解液中添加强氧化剂

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1、水电解制氢电解液中添加强氧化剂节电效果研究PTA生产中心共有五套水电解制氢装置，其中1＃、2＃制氢装置的氢气产能分别为100Nm3/h,设备制造厂家为中船邯郸七一八研究所。3＃、4＃、5＃制氢装置的氢气产能分别为200Nm3/h。设备制造厂家为苏州竟立制氢设备有限公司。五套水电解制氢装置的氢气总产能为800Nm3/h。水电解制氢系统是PTA生产中心动力装置仅次于循环水系统的耗能大户。总耗电量约占PTA一、二装置能耗的8％左右，具有较大的节能空间和节能潜力。水电解制氢装置的节电运行可以通过采取保持制氢装置低负荷经济运行、在电解液中添加强氧化

2、剂、合理调整制氢装置运行负荷、减少氢气放空以及装置开停车的次数等方法，来达到节电目的。水电解制氢装置运行过程的电能消耗包括电解槽部分的直流电耗和电源部分的损耗。其中电解槽部分的直流电耗量约占制氢总电耗的90％左右，因此设法降低电解槽的直流电耗显得至关重要。以产能200m3/h制氢装置为例，在电解槽运行负荷（电流6000A）不变的情况下，如果运行电压平均每下降1伏，一套水电解制氢装置每月就会节约电耗4320kw.h。五套制氢装置按平均产氢量600m3/h计算，一年就可节电155520kw.h。8在水电解制氢装置的诸多节电方式运行中，通过在水

3、电解制氢电解液中加入添加剂来降低电耗，是一种投资小而节能效果显著的重要途径。据文献报道，国外曾经研究过的添加剂有K2Cr2O7、V2O5、（NH4）2SO4等。国内尤其中船邯郸七一八研究所也进行过大量的专门研究，其中对K2Cr2O7和V2O5报道最多，效果也最显著。目前国内在水电解制氢中使用最多的添加剂是重铬酸钾（K2Cr2O）和五氧化二钒（V2O5）。从1＃、2＃制氢装置1995年投产开始，动力装置就根据设备制造厂家中船邯郸七一八研究所的建议，陆续在电解液添加强氧化剂五氧化二钒，以求降低电解槽的极间电压，达到节能降耗的目的。但由于仪表计

4、量偏差、装置运行过程中存在安全隐患（苏州竟立制氢设备有限公司生产的3＃、4＃、5＃制氢装置陆续出现氧中氢超标）以及装置对水电解制氢节能降耗问题的重视程度不够等因素，使水电解制氢过程中加入添加剂节能降耗的研究没能作为一项长期性的工作坚持下去。而随着仪化公司及中心对节能降耗工作的重视，以及水电解制氢的节能降耗在中心总体节能工作地位的提升，从2008年下半年开始，3＃、4＃、5＃制氢装置氧中氢超标隐患的消除以后，动力装置就着手将工作重点逐步转移到水电解制氢的节能降耗上来，组织技术人员开展科技攻关，优化制氢装置的节能运行。重点研究水电解制氢电解液

5、中添加氧化剂8对降低电解槽极间电压的影响及节能效果。一、在电解液中添加重铬酸钾，对制氢装置节电运行的影响重铬酸钾是一种橙红色粉末,在碱性溶液中主要以铬酸根(Cr2O7)2-离子存在,它是一种强氧化剂。当其发生氧化作用时,铬由+6价变为+3价。通过在电解液中定期加入重铬酸钾粉末,可以使电极表面的杂质被强烈氧化,增加电极的表面活性,从而降低极间电压,达到节能的目的。此外,加入重铬酸钾还可减轻对电解槽的腐蚀,有助于改善氢氧气体的纯度。电解液中所加入的重铬酸钾量，据资料介绍为0.2％。从对5号制氢装置的试验情况来看，重铬酸钾一次投加量为12kg时

6、，其电解槽的极间电压为最低。据5号电解槽试验，在电解槽运行总电流6000A的情况下，重铬酸钾在加入量为12kg时，在其它条件都不变的的情况下，电解槽总电压平均可下降3V，极间电压平均能下降0.051V，装置每小时可节电17.1kw.h。1号制氢装置在加入重铬酸钾后，在电解槽运行总电流2500A的情况下，V2O5在加入量为5kg时，在其它条件都不变的的情况下，电解槽总电压平均可下降1.5V，极间电压平均能下降0.051V，装置每小时可节电3.56kw.h。二、在电解液中添加五氧化二钒，对制氢装置节电运行的影响五氧化二钒是一种黄色的粉末，属于

7、剧毒品管理范畴。易溶于碱而生成钒酸盐，具有强烈的氧化性。较多文献报道，V2O58对电解槽的阳极没有什么影响，主要作用于电解槽的阴极，降低阴极的超电压。根据中船邯郸七一八研究所试验观察，V2O5具有聚集氢气碎小气泡变成大气泡的功能，使氢气从电解液中分离的速度加快，从而降低电解液的含气度，达到降压节能的目的。此外，V2O5对电解过程和气体没有不良影响。据3号电解槽试验，在电解槽运行总电流6000A的情况下，五氧化二钒在加入量为14kg时，在其它条件都不变的的情况下，电解槽总电压平均可下降3.7V，极间电压平均能下降0.054V，装置每小时可节

8、电21.09kw.h。（见附表一）三、制氢装置优化运行成果制氢装置优化运行节电效果：2008年1－6月份制氢单耗为5.30kw.h/Nm3,下半年制氢装置实行优化运行后，7-11月份制氢单耗为