水电解制氢净水设备_虔净工业净水设备

行业净水设备

产品分类：行业净水设备
产品名称：水电解制氢净水设备
定制形式：定制
安装调试：上门安装/上门调试
供货时限：30天

详情介绍

产品概述

产品定义

水电解制氢纯水制备系统是专门为各类水电解制氢装置（包括碱性、质子交换膜、阴离子交换膜、固体氧化物等）提供高纯原料水的核心子系统。该系统通过集成多级净化技术，将市政自来水或地表水等原水，处理成符合严格电导率、杂质离子及痕量元素含量标准的高纯水，是保障电解槽高效、稳定、长寿命运行，并最终获得高纯度氢气（如99.999%及以上）的关键前置装备。

产品重要性

原料水的纯度直接决定制氢系统的效率与可靠性。不合格的水质将导致：

效率衰减：杂质离子加速催化剂毒化、增加电解电压，导致能耗上升。
组件损坏：钙镁等硬度离子结垢堵塞流道，重金属离子（如铁、铜）催化降解膜电极，氯离子腐蚀金属组件。
气体纯度下降：杂质可能参与副反应或随气体逸出，污染产出的氢气与氧气。
运维成本激增：频繁的维护、清洗和组件更换将大幅增加全生命周期成本。

典型应用领域

可再生能源（绿氢）制氢项目：耦合风电、光伏等波动性电源的大规模制氢站。
氢能基础设施：加氢站现场制氢（现场型）。
化工与冶金：替代化石能源的工业绿氢供应。
高端实验室与设备：为气相色谱、燃料电池测试等提供高纯氢源。
交通与储能：氢燃料电池汽车的供氢系统及电网储能项目。

核心技术原理与水质要求

水电解制氢主流技术路线概述

水电解制氢技术主要分为低温（<100°C）和高温（>500°C）两大类。本系统主要服务于以下主流低温技术路线：

技术路线	电解质/核心材料	典型工作特点	对原料水的核心要求	水质不合格的主要风险
碱性水电解	氢氧化钾溶液	技术成熟，成本较低，电流密度相对较低。	低硬度（防结垢），低重金属离子。	结垢堵塞电解液通道，增加电阻和能耗；重金属毒化电极。
质子交换膜水电解	全氟磺酸膜（如Nafion）	电流密度高，动态响应快，产氢压力高，体积紧凑。	超高纯度：极低的电导率（<1 μS/cm），极低的金属阳离子（尤其是Ca²⁺、Na⁺、Fe³⁺）。	金属离子置换膜内的H⁺，导致膜永久性损伤、性能衰降；杂质污染贵金属催化剂。
阴离子交换膜水电解	碱性阴离子交换膜	有望结合碱性电解的低成本与PEM的灵活性，是新兴技术。	低硬度、低重金属，同时需控制有机物的含量。	有机物污染膜和催化剂，影响OH⁻传导和反应活性。
固体氧化物水电解	固态氧离子导体	高温工作，理论效率高，通常使用水蒸气。	需制备高纯蒸汽，对总硅、硼等痕量元素要求苛刻。	硅、硼等杂质在高温下挥发并沉积于电极，导致活性位点堵塞和性能快速衰减。

原料水标准与设计基准

本系统的核心设计目标是满足并超越国家和行业标准对电解原料水的要求。

1. 强制性国家标准《水电解制氢系统技术要求》（GB/T 19774-2005）
该标准规定了水电解制氢系统的原料水水质基本要求，是设计的基准。关键指标如下表所示：

项目	单位	指标要求	说明
悬浮物	mg/L	< 1	防止物理堵塞。
总硬度（以CaCO₃计）	mg/L	< 1	核心指标，防止碱性电解槽结垢。
铁	mg/L	< 0.01	防止催化剂毒化和膜污染。
氯离子	mg/L	< 3	防止不锈钢等金属部件发生点腐蚀和应力腐蚀。
电阻率（25°C）	MΩ·cm	> 1	衡量水中总离子含量的综合性指标。

2. 行业实践与前沿技术要求
对于PEM等对水质极度敏感的先进技术，实际要求远高于上述国标。根据行业实践及国际标准草案（如ASTM WK93670《电解制氢用水水质指南》）方向，推荐指标如下：

电阻率：≥ 5 MΩ·cm，目标 ≥ 10 MΩ·cm（对应电导率 ≤ 0.2 μS/cm）。
单项离子：Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺ < 5 ppb；总重金属 < 1 ppb。
总硅：< 10 ppb（特别是对SOEC和高压PEC系统）。
总有机碳：< 100 ppb。

3. 新能源制氢配套标准
《可再生能源水电解制氢系统技术要求》等新标准，强调了在风电、光伏等波动性电源下制氢系统的适应性与可靠性。这要求纯水系统不仅出水水质稳定，还需具备：

快速响应能力：能适应制氢系统根据功率输入的快速启停或变载。
缓冲与保障设计：配备足够的中间水箱，确保在预处理设备短暂维护或原水水质波动时，能持续为电解槽供应合格纯水。

系统工艺流程

本系统采用 “强化预处理 + 两级反渗透（RO）脱盐 + 电去离子（EDI）精制 + 终端纯化” 的模块化设计理念，确保在不同原水条件下均能产出稳定可靠的高纯水。

工艺流程总图：

原水 → 【预处理单元】 → 【一级RO单元】 → 【二级RO单元】 → 【EDI精制单元】 → 【终端纯化单元】 → 超纯水箱 → 电解槽
        ↑（化学清洗系统）          ↑（加碱调节pH）      ↑（抛光混床备用）

1 预处理单元

目的：去除原水中的悬浮物、胶体、有机物、余氯，并调节硬度，确保进入RO膜的水质达到其安全运行要求（SDI15 < 3，余氯 < 0.1 ppm）。
核心设备：多介质过滤器、活性炭过滤器、软化器（或阻垢剂投加系统）、保安过滤器。

2 主脱盐与精制单元（核心）

一级反渗透：去除>97%的溶解盐分、有机物、胶体及微生物，产水电导率通常降至10-50 μS/cm。
二级反渗透：接收一级RO产水，进行深度脱盐，产水电导率可降至1-5 μS/cm，为后续EDI创造最佳进水条件。在两级RO间可设置加碱装置，调节pH以提高对二氧化碳和硅的去除率。
电去离子：在直流电场作用下，利用离子交换树脂和选择性离子交换膜，将水中残余的微量离子几乎完全去除，产水电阻率稳定在 5-15 MΩ·cm，满足绝大部分PEM电解槽的要求。本单元无需化学再生，连续运行，环保高效。

3 终端纯化与输送单元

目的：作为最终水质保障，并去除可能来自管路系统的微量析出物。
核心设备：
- 脱气膜/真空脱气塔：高效去除水中溶解的二氧化碳，确保最终产水电阻率≥ 18 MΩ·cm。
- 精密抛光混床：作为EDI的备用或补充，确保在EDI维护期间水质不降级。
- 紫外线杀菌器：185nm/254nm双波长，有效杀菌并降低TOC。
- 超滤装置：去除可能的细菌、热源及超细颗粒物。
- 氮封超纯水箱：采用316L不锈钢材质，内壁电解抛光，通高纯氮气保护，防止空气二氧化碳溶入导致水质下降。

4 系统控制与监测

全自动PLC控制：实现无人值守，具备一键启停、自动冲洗、故障报警等功能。
关键水质在线监测：实时监测进水电导、RO产水电导、EDI产水及最终产水的电阻率、TOC、pH等关键参数，数据远传至中央控制室。
安全联锁：与电解槽系统联锁，当纯水水质不达标或水箱液位过低时，向制氢系统发送停机保护信号。

设计依据与标准规范

本系统的设计、制造、测试及验收严格遵循以下中国国家标准、行业标准及国际通用规范：

1 水质标准

GB/T 19774-2005 《水电解制氢系统技术要求》
- 表2 原料水水质（核心设计依据）。
- 表4 循环冷却水的水质要求（若系统配备冷却装置需参照）。
ASTM WK93670 《New Guide for Water quality guidelines for makeup and recirculating waters used in electrolyzers for hydrogen production》（草案，前瞻性参考）。