[發明專利]一種電解海水制備氫氣和氧氣的電解設備及其工藝

有效

• 申請號: 201010293440.2
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN101956206A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 孟惠民;宋利君;孫冬柏;俞宏英
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C25B1/10
• 分類號: C25B1/10
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明涉及一種電解海水制備氫氣和氧氣的電解設備，特別涉及一種循環堿性海水電解液，產生氫氣和氧氣的設備及其工藝。

背景技術

起源于上世紀初的傳統電解水制氫技術通過電解堿性淡水溶液制氫。上世紀70年代，電解淡水制氫氧技術已經被美國宇航局用于載人宇宙飛船的再生式生命維持系統，1975年開始研究用于美國海軍的核潛艇供氧裝置，1980年進行了實艇試驗評價。美國聯合技術公司漢米爾頓標準部于90年代將該技術與潛艇生命維持系統結合起來進行開發和研究，在同一臺電解槽中即可制出供呼吸用的氧氣，又可清除艇內的二氧化碳。從技術上講，電解海水制氫技術可兼容電解水制氫(氧)技術，其獨特的優越性在軍事上具有廣大的發展空間，特別是在潛水艇、船艦等淡水資源極為寶貴、海水資源極為豐富的場所，電解海水制氫技術比電解淡水制氫技術更具重要的戰略意義。在地球淡水資源日益饋乏、污染嚴重且分布不均而海水儲量極為豐富的今天，發展電解海水制氫技術更具有現實性。

關于電解海水電解槽的研究多為氯堿行業的電解槽，陽極主要生產氯氣，產生的有毒、腐蝕性氯氣污染環境并腐蝕設備，難以環保清潔生產。另外槽電壓也有待降低以利于節能，在電解水制氫所消耗的電能中，析氫和析氧過電位大約占槽壓的1/3，電的成本占制氫成本70％以上。

目前國內采用清潔高效電解海水制氫氣和氧氣的電解槽裝置研究尚屬空白。所以，從環保和節能等方面提升傳統電解淡水制氫技術、開發電解海水制氫氣、氧氣技術。研究電解海水制氫氣和氧氣的電解裝備顯得尤為重要。

發明內容

為了克服電解海水產生的氯氣，本發明提供一種利用豐富的海水做電解液，制取清潔的氧氣和氫氣，不有毒氣體氯氣的備循環堿性海水電解液制備氫氣和氧氣的設備和方法。

本發明采用的技術方案是：一種循環堿性海水電解液制備氫氣和氧氣設備，該設備包括陽極室、陰極室、離子交換膜、氧氣分離器、氫氣分離器和循環電解液系統；其中，所述陽極室的上端設置陽極電解液出口，底部設置有陽極室電解液入口和陽極接線柱；

所述陰極室上端設置陰極電解液出口，底部設置有陰極室電解液入口和陰極接線柱；

所述氧氣分離器上端設置有氧氣出口，下端設置有電解液出口；

所述氫氣分離器上端設置有氫氣出口，下端設置有電解液出口；

所述陽極室與所述陰極室設置有所述離子交換膜，所述陽極電解液出口通過管路與所述氧氣分離器管接，所述陰極電解液出口有通過管路與所述氫氣分離器管接，所述氫氣分離器的電解液出口通過管路與所述循環電解液系統的一端管接，另一端通過管路所述陽極室電解液入口管接。

所述循環電解液系統由耐腐蝕離心泵和閥門構成，用于控制電解液流速，有利于穩定陽極析氧效率及氧氣生產；所述耐腐蝕離心泵和所述閥門設置于所述氫氣分離器與所述陽極室之間管路上。

本發明另一目的是提供上述循環堿性海水電解液制備氫氣和氧氣設備的制備工藝：具體包括以下步驟：

首先，在陽極室內置入錳系氧化物陽極，陰極室置入Ni-Fe-S陰極；

然后，將溫度為60～90℃，pH為11～14，NaCl質量百分比3～4％的堿性海水電解液加入所述陽極室和陰極室，打開離心泵和閥門，接通電源，在電流密度位800～1500A/m²條件下電解，陽極獲得氧氣，陰極獲得氫氣；

最后，所獲得氧氣通過氧氣分離器將氧氣和堿性海水電解液分離得到清潔的氧氣；所獲得氫氣通過氫氣分離器將氫氣和堿性海水電解液分離得到清潔的氫氣，堿性海水電解液通過閥門和離心泵循環回所述陽極室。

所述錳系氧化物陽極為Mn-Mo-O，Mn-Mo-V-O，Mn-Mo-Fe-O，Mn-Fe-V-O氧化物

本發明的有益效果：由于上述技術方案的運用，本發明能夠利用豐富的海水做電解液，保證了制取清潔的氧氣和氫氣，沒有有毒氣體氯氣，為制備氫氣和氧氣提供一種清潔、有效、可行的方法。

附圖說明

圖1為本發明的電解堿性海水制備氧氣和氫氣的設備的結構示意圖。

圖中：

1：陰極室電解液入口、2：陰極接線柱、3：Ni-Fe-S陰極、4：陰極室、5：陰極室電解液出口、6：離子交換膜、7：氫氣出口、8：氫氣分離器、9：氫氣分離器電解液出口、10：耐腐蝕離心泵、11：陽極室電解液入口、12：陽極接線柱、13：錳系氧化物陽極、14：陽極室、15：陽極室電解液出口、16：氧氣出口、17：氧氣分離器、18：氧氣分離器電解液出口、19：閥門。

具體實施方式