專利名稱：高溫水蒸汽電解制氫在線測試系統(tǒng)及其測試方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高溫水蒸汽電解制氫領域，特別涉及高溫水蒸汽電解制氫過程的在線測試 系統(tǒng)及其測試方法。
背景技術：
高溫水蒸汽電解制氫技術采用高溫固體氧化物電解池將高溫水蒸汽分解生成氫氣和氧 氣，該技術可實現(xiàn)大規(guī)模、可持續(xù)、清潔、高效的制氫，是滿足未來氫能經(jīng)濟需求最理想 的大規(guī)模制氫技術之一。高溫水蒸汽電解制氫在線測試系統(tǒng)是研究高溫水蒸汽電解制氫過程中必不可少的分析 測試設備。首先該系統(tǒng)可用于研究不同反應條件，如反應溫度、氣體流量、氣體壓力、水 蒸汽含量等對高溫水蒸汽電解制氫過程的影響，從而優(yōu)化高溫電解制氫的工藝。其次該系 統(tǒng)可用于研究單體電解池與電解池堆組成材料、制備工藝、電解池結構等對電解池性能的 影響，從而優(yōu)化電解池的組成、結構與制備方法，提高電解池性能。此外該測試系統(tǒng)還可 進行電解池電極反應動力學及衰減機理等方面的研究，特別是高溫電解制氫過程中，高溫 高濕環(huán)境下氫電極的反應與衰減機理的研究。除上述功能外，通過調(diào)整測試系統(tǒng)的水蒸汽 供給氣路，該測試系統(tǒng)還可用于固體氧化物燃料電池的測試研究。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了一種高溫水蒸汽電解制氫的在線測試系統(tǒng)及其測試方法，應用本系統(tǒng)及 方法可實現(xiàn)高溫水蒸汽電解制氫過程中工作溫度、反應氣體組成、流量、壓力等參數(shù)的準 確控制，可以模擬實際的高溫電解制氫工況，研究不同反應條件對高溫水蒸汽電解制氫過 程的影響。 、一種高溫水蒸汽電解制氫的在線測試系統(tǒng)該測試系統(tǒng)包括氣路部分與控制部分，其中氣路部分包括質(zhì)量流量計l、單向閥2、三通閥3、氣體加濕器4、第一露點測試儀 5、第二漏點檢測儀27、預加熱器6、冷凝器7、單體電解池或電解池堆8、爐體9、管路 加熱帶IO、壓力傳感器ll、溫度傳感器12、計量泵13、蒸發(fā)器14和氣相色譜15;控制部分包括與所述氣路部分的部分部件相對應的控制器，以及溫度與壓力傳感器的顯示器；具體為爐體9的控制器17、質(zhì)量流量計1的控制器18、第一露點測試儀5 的控制器19、第二露點測試儀27的控制器28、氣體加濕器4的控制器20、計量泵13的 控制器21、蒸發(fā)器14的控制器22、預加熱器6的控制器23、管路加熱帶10的控制器24 和壓力傳感器顯示器25;該控制部分的所有控制器及顯示器均置于控制機柜26內(nèi)，并均采用R232通訊接口與 計算機27連接，用于實現(xiàn)計算機的實時控制與數(shù)據(jù)采集。所述在線測試系統(tǒng)的水蒸汽供給源為氣體加濕器4或計量泵13。 所述溫度與壓力傳感器用于監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中水蒸汽的波動情況。一種高溫水蒸汽電解制氫的在線測試系統(tǒng)的測試方法，該方法通過實現(xiàn)高溫水蒸汽電 解制氫過程中工作溫度、反應氣體組成、流量、壓力參數(shù)的控制，模擬實際的高溫電解制氫工況，該實現(xiàn)步驟如下① 首先根據(jù)具體測試過程的需要，通過質(zhì)量流量計確定氫氣與氮氣流量，然后根據(jù)體系反應氣體的組成，確定氣體加濕器4的工作溫度或計量泵13的液態(tài)水流量；② 將加濕器4或計量泵13作為水蒸汽供給源，并通過蒸發(fā)器14將液態(tài)水汽化為水蒸汽；③ 混合氣體通過第一露點測試儀5測定體系的反應氣體水蒸汽的含量，通過預加熱 器6將反應氣體溫度加熱，被加熱的反應氣體進入爐體9內(nèi)的單體電解池或電解池堆8中 進行電解反應產(chǎn)生氫氣； 然后產(chǎn)物氣體進入第二露點測試儀27，測試混合氣體水蒸汽含量，通過比較反應 氣體與產(chǎn)物氣體的水蒸汽含量確定水蒸汽的消耗量，計算得到產(chǎn)氫速率；⑤ 產(chǎn)物氣體經(jīng)過冷凝器7冷凝后，通過氣相色譜15檢測氫氣含量，進而確定產(chǎn)氫速率。⑥ 通過將步驟④中利用水蒸氣的消耗量計算得到的產(chǎn)氫速率，與步驟⑤中利用氣相 色譜15檢測氫氣含量而得到的產(chǎn)氫速率做比較，印證本系統(tǒng)的產(chǎn)氫速率。所述蒸發(fā)器14的溫度一般為150 200°C。所述預加熱器(6)將反應氣體加熱至200 300°C，以防止反應氣體的進入造成爐體 (9)內(nèi)的溫度有較大波動。所述管路加熱帶(10)的溫度控制為12Q 15(TC，以防止水蒸汽的冷凝。通過旁路水蒸汽氣路，本系統(tǒng)還可直接用于固體氧化物燃料電池的測試。本發(fā)明的有益效果該套電解制氫測試系統(tǒng)可以模擬實際的高溫電解制氫工況，研究 不同反應條件對制氫過程中電一氫及熱一氫轉化效率的影響，研究不同單體電解池與電解 池堆的性能，以及電解池電極反應動力學和衰減機理。并且通過氣路調(diào)整，該測試系統(tǒng)還 可用于固體氧化物燃料電池的測試研究。


圖1為本發(fā)明高溫水蒸汽電解制氫在線測試系統(tǒng)氣路部分示意圖； 圖2為本發(fā)明高溫水蒸汽電解制氫在線測試系統(tǒng)控制部分示意圖。
具體實施方式
下面結合

本發(fā)明高溫水蒸汽電解制氫在線測試系統(tǒng)具體操作方法 首先根據(jù)具體測試過程的需要，通過質(zhì)量流量計確定氫氣與氮氣流量，然后根據(jù)體系 反應氣體的組成，確定氣體加濕器4的工作溫度或計量泵13的液態(tài)水流量。當水蒸汽含量較低時一般采用氣體加濕器4作為水蒸汽供給源，當水蒸汽含量較高時采用計量泵控制液 態(tài)水流量作為水蒸汽供給源，并通過蒸發(fā)器14將液態(tài)水汽化為水蒸汽，蒸發(fā)器溫度一般為 150 200°C?；旌蠚怏w通過第一露點測試儀5測定體系反應氣體水蒸汽的含量，通過預加 熱器6將反應氣體溫度加熱至200 30(TC，然后進入置于爐體9內(nèi)的單體電解池或電解池 堆8中進行電解反應產(chǎn)生氫氣。然后產(chǎn)物氣體進入第二露點測試儀27，測試混合氣體水蒸 汽含量，通過比較反應氣體與產(chǎn)物氣體的水蒸汽含量可以確定水蒸汽的消耗量，從而確定 產(chǎn)氫速率。產(chǎn)物氣體經(jīng)過冷凝器7冷凝后，通過氣相色譜15檢測氫氣含量，進而確定產(chǎn)氫 速率，并可與通過水蒸汽消耗量計算的產(chǎn)氫速率相互印證。上述操作過程均通過高溫水蒸汽電解制氫在線測試系統(tǒng)控制部分進行，操控方法有兩 種(1)通過操控控制機柜26內(nèi)各部件的控制器，完成對高溫水蒸汽電解制氫測試系統(tǒng)的 操控；(2)采用高溫水蒸汽電解制氫測試系統(tǒng)軟件，通過計算機27實現(xiàn)對該測試系統(tǒng)的操 控。以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；本領域的技術人員 顯然明白，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制，任何對本發(fā)明做出各種修正與變更 而不違背本發(fā)明的精神與范圍。因此，本發(fā)明試圖覆蓋在權利所附權利要求及其等效技術 方案的范圍內(nèi)提出的本發(fā)明的各種修正與變更。
權利要求
1.一種高溫水蒸汽電解制氫的在線測試系統(tǒng)，其特征在于，該測試系統(tǒng)包括氣路部分與控制部分，其中氣路部分包括質(zhì)量流量計(1)、單向閥(2)、三通閥(3)、氣體加濕器(4)、第一露點測試儀(5)、第二漏點檢測儀(27)、預加熱器(6)、冷凝器(7)、單體電解池或電解池堆(8)、爐體(9)、管路加熱帶(10)、壓力傳感器(11)、溫度傳感器(12)、計量泵(13)、蒸發(fā)器(14)和氣相色譜(15)；控制部分包括與所述氣路部分的部分部件相對應的控制器，以及溫度與壓力傳感器的顯示器；具體為爐體(9)的控制器(17)、質(zhì)量流量計(1)的控制器(18)、第一露點測試儀(5)的控制器(19)、第二露點測試儀(27)的控制器(28)、氣體加濕器(4)的控制器(20)、計量泵(13)的控制器(21)、蒸發(fā)器(14)的控制器(22)、預加熱器(6)的控制器(23)、管路加熱帶(10)的控制器(24)和壓力傳感器顯示器(25)；該控制部分的所有控制器及顯示器均置于控制機柜(26)內(nèi)，并均采用R232通訊接口與計算機(27)連接，用于實現(xiàn)計算機的實時控制與數(shù)據(jù)采集。
2. 根據(jù)權力要求l所述的高溫水蒸汽電解制氫的在線測試系統(tǒng)，其特征在于，所述 在線測試系統(tǒng)的水蒸汽供給源為氣體加濕器(4)或計量泵(13)。
3. 根據(jù)權力要求1所述的高溫水蒸汽電解制氫的在線測試系統(tǒng)，其特征在于，所述 溫度與壓力傳感器用于監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中水蒸汽的波動情況。
4. 一種利用權利要求1所述的高溫水蒸汽電解制氫的在線測試系統(tǒng)的測試方法，其特 征在于，該方法通過實現(xiàn)高溫水蒸汽電解制氫過程中工作溫度、反應氣體組成、流量、壓 力參數(shù)的控制，模擬實際的高溫電解制氫工況，該實現(xiàn)步驟如下① 首先根據(jù)具體測試過程的需要，通過質(zhì)量流量計確定氫氣與氮氣流量，然后根據(jù) 體系反應氣體的組成，確定氣體加濕器(4)的工作溫度或計量泵(13)的液態(tài)水流量；② 將加濕器(4)或計量泵(13)作為水蒸汽供給源，并通過蒸發(fā)器(14)將液態(tài)水 汽化為水蒸汽；◎混合氣體通過第一露點測試儀(5)測定體系的反應水蒸汽的氣體含量，通過預加 熱器(6)將反應氣體加熱，被加熱的反應氣體進入爐體(9)內(nèi)的單體電解池或電解池堆 (8)中進行電解反應產(chǎn)生氫氣；④所得產(chǎn)物氣體進入第二露點測試儀(27)，測試混合氣體水蒸汽含量，通過比較反 應氣體與產(chǎn)物氣體的水蒸汽含量確定水蒸汽的消耗量，計算得到產(chǎn)氫速率；◎產(chǎn)物氣體經(jīng)過冷凝器(7)冷凝后，通過氣相色譜(15)檢測氫氣含量，進而確定 產(chǎn)氫速率。⑥通過將步驟④中利用水蒸氣的消耗量計算得到的產(chǎn)氫速率，與步驟⑤中利用氣相色 譜(15)檢測氫氣含量而得到的產(chǎn)氫速率做比較，印證本系統(tǒng)的產(chǎn)氫速率。
5. 根據(jù)權力要求4所述的高溫水蒸汽電解制氫的在線測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在 于，所述蒸發(fā)器(14)的溫度一般為150 200°C。
6. 根據(jù)權力要求5所述的高溫水蒸汽電解制氫的在線測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在 于，所述預加熱器(6)將反應氣體加熱至200 300°C，以防止反應氣體的進入造成爐體(9)內(nèi)的溫度有較大波動。
7.根據(jù)權力要求5所述的高溫水蒸汽電解制氫的在線測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在 于，所述管路加熱帶(10)的溫度控制為120 15(TC，以防止水蒸汽的冷凝。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于高溫水蒸汽電解制氫領域的一種高溫水蒸汽電解制氫在線測試系統(tǒng)及其測試方法。該測試系統(tǒng)包括氣路部分與控制部分。氣路部分包括質(zhì)量流量計、單向閥、氣體加濕器、露點測試儀、預加熱器、冷凝器、計量泵、蒸發(fā)器和氣相色譜等?？刂撇糠职饴凡糠指鞑考目刂破髋c顯示器，控制部分各部件均采用R232通訊接口與計算機連接，可實現(xiàn)計算機的實時控制與數(shù)據(jù)采集。該套電解制氫測試系統(tǒng)可模擬實際的高溫電解制氫工況，研究不同反應條件對制氫過程中電—氫及熱—氫轉化效率的影響，研究不同單體電解池與電解池堆的性能，及電解池電極反應動力學和衰減機理。并且通過氣路調(diào)整，該測試系統(tǒng)還可用于固體氧化物燃料電池的測試研究。
文檔編號G01N35/00GK101216495SQ20071030477
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權日2007年12月29日
發(fā)明者波 于, 劉明義, 徐景明, 靖 陳 申請人:清華大學