[实用新型]氮气电化学发生器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电解装置，特别是用于分离空气中氮气的电化学分离装置。

背景技术

目前，公知的氮气电化学发生器，大多采用电化学法分离空气中氧氮制取氮气，电解分离池阴、阳两极由导电金属和催化剂组成。碱性溶液作电解液，两极电化学反应：阴极反应：O₂+2H₂O+4e-→4OH^-，OH^-在电场的作用下穿过特制的隔膜，在阳极失去电子释放出氧气；阳极反应：4OH^--4e^-→2H₂O+O₂。

依据法拉第定律，当电流通过电解质溶液时溶解和析出的物质量与通过的电量成正比，因此在一定时间内，有多少电流通过电解分离池就对应有多少氧气被分离。电解分离池刚开始加电解电流时，电解分离池中氧气浓度最高，电解电流最大，此时的电解电流称为最大电解电流，分离氧气的量称为最大分离氧气量。最大电解电流越大电解分离池最大分离氧气的能力就越强。空气中氧气约占20％氮气约占79％，通过测量电解分离池的电解电流就能换算出分离氧气量，也就能换算出制取氮气的量。

最大电解电流由电解分离池中电解液电导和催化剂活性决定，电解液电导减小和催化剂活性减弱引起最大电解电流减小，电解分离池最大分离氧气的能力就减弱。当输入的空气中含氧气量超过电解分离池最大分离氧气量或电解分离池最大电解电流减小(即最大分离氧气能力下降)时，采用一个电解分离池就无法分离完输入空气中的所有氧气，也不能从电解电流指示中知道氧气是否分离完及氧气的具体含量，如外加一个昂贵的含氧气量指示仪器，成本会增高操作也不方便，也无法分离完剩余的氧气。未分离完氧气随制取的氮气一起输出，输出的氮气中含氧气量就会很高，达不到高纯氮气中相应的氧气含量要求，如用含氧气量很高的氮气作气相色谱载气，色谱柱寿命会大大缩短。

例如中国专利申请号92223052.8、93115931.8采用一个电解分离池，阴、阳两极由导电金属和催化剂组成，直接分离空气中氧气制取氮气，当输入的空气中含氧气量超过电解分离池最大分离氧气量时，制取的氮气中含氧气量就会很高。当采用KOH等碱性溶液作电解液时，易与空气中CO1、CO2等含碳化合物生成碳酸根离子，降低了电解液电导和最大电解电流。如果电解分离池的温度降低，电解分离池中电解液电导、阴阳两极催化剂活性也降低，通过电解分离池的最大电解电流也减小。由于电解分离池分离氧气量的变化、电解液电导变化、环境温度变化都会引起最大电解电流变化，那么制取的氮气中氧气含量也在变化，达不到相应的氧气含量要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种氮气电化学发生器，以提高制取的产品氮气的纯度。

本新型的目的是这样实现的：一种氮气电化学发生器，包括电解分离池，主要由电解电源、阳极和阴极以及设置在阳极和阴极之间的微孔隔膜组成，阳极和阴极由导电金属和催化剂组成；还具有恒温加热器，恒温加热器设置在电解分离池的电解液之中或者在电解分离池的阳极和/或阴极的邻近处位置。

上述电解分离池为结构相同的两个，第一电解分离池的气体输出管路连通第二电解分离池的气体输入管路。

为了克服现有的氮气电化学发生器采用一个电解分离池分离空气中氧气制取氮气；制取氮气中氧气含量受空气中的CO₁、CO₂和环境温度影响不稳定，制取的氮气中氧气具体含量无法知道，制取的氮气中氧气含量高等问题。

本实用新型采用一个或两个串联的恒温电解分离池，消除了环境温度对电解液电导和催化剂活性的影响，有效提高了产品氮气的纯度。采用两个串联的电解分离池时，该电化学装置制取的氮气含氧气量为零，当输入的空气中含氧气量超过两个电解分离池最大分离氧气量之和时，指示输出的氮气含氧气量大于零；在电解液电导(即电解分离池的最大分离氧气量)降低时，提示更换新的电解液来保持电解分离池最大分离氧气的能力。

具体来说，本实用新型在发生器中采用的电解分离池，其阳极和阴极用电解分离池绝缘密封圈密封，在电解分离池的阳极和阴极之间用微孔隔膜将气和电解液隔开。电解液通过阳极，空气或氮气氧气通过阴极分离氧气。电解电源负极金属连接线一端连接电解分离池阴极，另一端连接电解电源和电解电流指示装置负电源端。电解电源正极金属连接线一端连接电解分离池阳极，另一端连接电解电源和电解电流指示装置正电源端。