[发明专利]一种电解海水制备氢气和氧气的电解设备及其工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解海水制备氢气和氧气的电解设备，特别涉及一种循环碱性海水电解液，产生氢气和氧气的设备及其工艺。

背景技术

起源于上世纪初的传统电解水制氢技术通过电解碱性淡水溶液制氢。上世纪70年代，电解淡水制氢氧技术已经被美国宇航局用于载人宇宙飞船的再生式生命维持系统，1975年开始研究用于美国海军的核潜艇供氧装置，1980年进行了实艇试验评价。美国联合技术公司汉米尔顿标准部于90年代将该技术与潜艇生命维持系统结合起来进行开发和研究，在同一台电解槽中即可制出供呼吸用的氧气，又可清除艇内的二氧化碳。从技术上讲，电解海水制氢技术可兼容电解水制氢(氧)技术，其独特的优越性在军事上具有广大的发展空间，特别是在潜水艇、船舰等淡水资源极为宝贵、海水资源极为丰富的场所，电解海水制氢技术比电解淡水制氢技术更具重要的战略意义。在地球淡水资源日益馈乏、污染严重且分布不均而海水储量极为丰富的今天，发展电解海水制氢技术更具有现实性。

关于电解海水电解槽的研究多为氯碱行业的电解槽，阳极主要生产氯气，产生的有毒、腐蚀性氯气污染环境并腐蚀设备，难以环保清洁生产。另外槽电压也有待降低以利于节能，在电解水制氢所消耗的电能中，析氢和析氧过电位大约占槽压的1/3，电的成本占制氢成本70％以上。

目前国内采用清洁高效电解海水制氢气和氧气的电解槽装置研究尚属空白。所以，从环保和节能等方面提升传统电解淡水制氢技术、开发电解海水制氢气、氧气技术。研究电解海水制氢气和氧气的电解装备显得尤为重要。

发明内容

为了克服电解海水产生的氯气，本发明提供一种利用丰富的海水做电解液，制取清洁的氧气和氢气，不有毒气体氯气的备循环碱性海水电解液制备氢气和氧气的设备和方法。

本发明采用的技术方案是：一种循环碱性海水电解液制备氢气和氧气设备，该设备包括阳极室、阴极室、离子交换膜、氧气分离器、氢气分离器和循环电解液系统；其中，所述阳极室的上端设置阳极电解液出口，底部设置有阳极室电解液入口和阳极接线柱；

所述阴极室上端设置阴极电解液出口，底部设置有阴极室电解液入口和阴极接线柱；

所述氧气分离器上端设置有氧气出口，下端设置有电解液出口；

所述氢气分离器上端设置有氢气出口，下端设置有电解液出口；

所述阳极室与所述阴极室设置有所述离子交换膜，所述阳极电解液出口通过管路与所述氧气分离器管接，所述阴极电解液出口有通过管路与所述氢气分离器管接，所述氢气分离器的电解液出口通过管路与所述循环电解液系统的一端管接，另一端通过管路所述阳极室电解液入口管接。

所述循环电解液系统由耐腐蚀离心泵和阀门构成，用于控制电解液流速，有利于稳定阳极析氧效率及氧气生产；所述耐腐蚀离心泵和所述阀门设置于所述氢气分离器与所述阳极室之间管路上。

本发明另一目的是提供上述循环碱性海水电解液制备氢气和氧气设备的制备工艺：具体包括以下步骤：

首先，在阳极室内置入锰系氧化物阳极，阴极室置入Ni-Fe-S阴极；

然后，将温度为60～90℃，pH为11～14，NaCl质量百分比3～4％的碱性海水电解液加入所述阳极室和阴极室，打开离心泵和阀门，接通电源，在电流密度位800～1500A/m²条件下电解，阳极获得氧气，阴极获得氢气；

最后，所获得氧气通过氧气分离器将氧气和碱性海水电解液分离得到清洁的氧气；所获得氢气通过氢气分离器将氢气和碱性海水电解液分离得到清洁的氢气，碱性海水电解液通过阀门和离心泵循环回所述阳极室。

所述锰系氧化物阳极为Mn-Mo-O，Mn-Mo-V-O，Mn-Mo-Fe-O，Mn-Fe-V-O氧化物

本发明的有益效果：由于上述技术方案的运用，本发明能够利用丰富的海水做电解液，保证了制取清洁的氧气和氢气，没有有毒气体氯气，为制备氢气和氧气提供一种清洁、有效、可行的方法。

附图说明

图1为本发明的电解碱性海水制备氧气和氢气的设备的结构示意图。

图中：

1：阴极室电解液入口、2：阴极接线柱、3：Ni-Fe-S阴极、4：阴极室、5：阴极室电解液出口、6：离子交换膜、7：氢气出口、8：氢气分离器、9：氢气分离器电解液出口、10：耐腐蚀离心泵、11：阳极室电解液入口、12：阳极接线柱、13：锰系氧化物阳极、14：阳极室、15：阳极室电解液出口、16：氧气出口、17：氧气分离器、18：氧气分离器电解液出口、19：阀门。

具体实施方式