[发明专利]用于电化学工艺的系统和方法

说明书

一种用于电化学工艺的系统，其包括：电化学反应器(101)，用于向电化学反应器的电极(102，103)提供直流电流的换流器桥(104)，以及连接到换流器桥的交流电压端子的串行电感器(107)。换流器桥包括在换流器桥的直流电压端子和交流电压端子之间的双向可控开关(111，112)。双向可控开关的强制换向使得能够减少提供给电化学反应器的直流电流中的电流纹波。强制换向还使得能够控制系统的交流电源的功率因子。

技术领域

本公开涉及一种用于电化学工艺(诸如，例如电解或电渗析)的系统。此外，本公开涉及一种用于向电化学工艺提供电力的方法。

背景技术

向工艺液体提供电力的电化学工艺可以是例如电解工艺或电渗析工艺。电解可以是例如用于将水分解成氢气H₂和氧气O₂的水电解。广泛使用的水电解类型是碱性水电解，其中，电极在碱性液体电解质中操作，该碱性液体电解质可以包括例如水性氢氧化钾“KOH”或水性氢氧化钠“NaOH”。电极由对电子不导电的多孔隔膜隔开，从而避免电极之间的电短路。多孔隔膜进一步避免了所产生的氢气H₂和氧气O₂的混合。电解所需的离子电导率由能够穿透多孔隔膜的氢氧根离子OH-引起。电渗析通常用于使盐水溶液脱盐，但其他应用(诸如工业废水的处理、乳清的脱矿物质和果汁的脱酸)变得越来越重要。电渗析在电渗析堆中进行，该电渗析堆位于电极之间并且包括交替的阴离子选择性膜和阳离子选择性膜的系列。连续的阴离子和阳离子选择性膜之间的区域构成稀释隔室和浓缩隔室。电场使阳离子移动通过阳离子选择性膜，并且使阴离子移动通过阴离子选择性膜。最终结果是稀释隔室中的离子浓度降低，而相邻的浓缩隔室富含离子。

上述类型的电化学工艺需要直流“DC”电源。因此，在连接到交流电压网络的系统中需要从交流“AC”到直流“DC”的转换，即整流。电力电子在实现可控直流电源中起着关键作用。在工业电解和电渗析系统中，基于晶闸管的整流器是常见的选择。例如在以下出版物中呈现更详细的信息：J.R.Rodriguez,J.Pontt,C.Silva,E.P.Wiechmann,P.W.Hammond,F.W.Santucci,R.Alvarez,R.Musalem,S.Kouro,P.Lezana:Large current rectifiers,State of the art and future trends，IEEE Transactions，Industrial Electronics52，2005，第738-746页。晶闸管整流器在工业系统中的广泛使用是通过晶闸管的高效率、高可靠性和高电流处理能力来实现的。工业使用的典型晶闸管桥式整流器是6脉冲整流器和12脉冲整流器。由于晶闸管的自然换向，晶闸管桥式整流器的直流电压和直流电流具有交变分量，其频率是交变电源电压的频率的倍数。结合50Hz电源电压，6脉冲晶闸管整流器的主要交变分量为300Hz、600Hz和900Hz，而对应于双倍数量的开关的12脉冲晶闸管整流器的主要交流分量为600Hz、1200Hz和1800Hz，但幅度较低。