一种基于电渗析的海水制氢系统的制作方法

本发明涉及海水制氢，特别涉及一种基于电渗析的海水直接制氢系统。

背景技术：

1、电渗析是利用离子交换膜和电迁移技术进行海水淡化的一种技术，由于电渗析单位产水量耗电大，在海水淡化领域改技术逐步被反渗透技术替代，现多用于淡化苦咸水或结合离子交换技术制造工业纯水。

2、海水直接电解制取氢气是利用电解槽电解海水在电解槽阴极产生氢气，目前海水直接电解制取氢气主要的问题是海水含盐量非常高，电解槽阳极产生大量的氯气腐蚀阳极板，阴极容易发生结垢，因此利用海水直接电解制取氢气电解槽寿命非常短，无法直接应用于工程实际。

3、电渗析工作时，在电渗析两端施加直流电源，此时电渗析阴极和阳极对应于电解槽的阴极和阳极，电渗析工作时在阴极产生氢气，因此，本发明提出一种利用电渗析进行海水直接制氢的系统，利用电渗析和离子交换技术结合淡化阴极和阳极的海水，解决海水直接电解制取氢气电解槽寿命短的问题。

4、因此，如何提供一种能够提高电解槽寿命的基于电渗析的海水制氢系统是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种基于电渗析的海水制氢系统，以解决上述背景技术中海水直接电解制取氢气电解槽寿命短的问题。

2、本发明提供的一种基于电渗析的海水制氢系统，包括：电渗析膜堆、极水和极气分离及存储装置；其中，

3、所述电渗析膜堆包括依次相邻设置的阳极室、浓水室和阴极室；所述阳极室和所述阴极室的极板上分别施加正极和负极直流电源；阳离子交换膜将阳极室与浓水室隔离，阳极室内填充有阳离子交换树脂；阴离子交换膜将阴极室与浓水室隔离，阴极室内填充有阴离子交换树脂；所述阳极室和所述阴极室均设有极室进水口；

4、所述极水和极气分离及存储装置包括氢气和极水分离器，以及氧气和极水分离器；所述氢气和极水分离器，以及氧气和极水分离器均设置有淡水加注口和海水加注口；

5、海水入口与浓水室进水口、所述海水加注口连通，浓水室出水口与外界连通；阳极室出水口通过所述氧气和极水分离器连通至极室进水口，用于极水的回流；阴极室出水口通过所述氢气和极水分离器连通至极室进水口，用于极水的回流。

6、优选的，还包括设置于所述海水入口与浓水室进水口之间的海水预处理装置，所述海水预处理装置位于所述海水加注口的上游，包括：沿海水流向依次设置的海水粗过滤器、海水泵、砂炭过滤器和精密过滤器。

7、优选的，还包括冷却器，所述冷却器内部设置极水管路和用于对极水管路降温的冷却管路；所述冷却管路的入口与所述海水入口连通，所述冷却管路的出口与外界联通；所述极水管路的入口与所述所述氢气和极水分离器，以及氧气和极水分离器的极水出口连通，所述极水管路的出口与所述极室进水口连通。

8、优选的，所述氢气和极水分离器包括壳体、淡水储存室、气水分离组件和氢气暂存室；所述氢气暂存室位于所述壳体内顶部空间；所述淡水储存室位于所述壳体内底部空间，并设有与所述极室进水口连通的极水出口；所述气水分离组件位于所述淡水储存室和氢气暂存室之间的空间，并设有与所述阴极室出水口连通的极水入口。

9、优选的，还包括氢气收集器，所述氢气收集器与所述氢气暂存室连通。

10、优选的，所述氧气和极水分离器包括壳体、以及壳体内相互连通的淡水储存室、气水分离组件和氧气暂存室；所述氧气暂存室位于所述壳体内顶部空间；所述淡水储存室位于所述壳体内底部空间，并设有与所述极室进水口连通的极水出口；所述气水分离组件位于所述淡水储存室和氧气暂存室之间的空间，并设有与所述阳极室出水口连通的极水入口。

11、优选的，还包括氧气收集器，所述氧气收集器与所述氧气暂存室连通。

12、优选的，气水分离组件包括细孔喷头和钢丝球垫层，所述细孔喷头位于位于所述淡水储存室和氧气暂存室之间的气相空间内，且与所述极水入口连通；钢丝球垫层覆盖于所述淡水储存室顶部。

13、优选的，还包括电导率传感器，所述电导率传感器用于检测进入所述极室进水口的极水电导率。

14、优选的，所述淡水储存室内的相应高度位置分别设置有低水位液位计和高水位液位计。

15、相较现有技术具有以下有益效果：

16、本发明利用电渗析膜堆阴极室电解水可产生氢气的原理制氢，有效解决了直接向电渗析膜堆阴极室和阳极室中通入海水腐蚀电极板的问题，本发明利用电渗析可去除水中阴阳离子的特点，设计了一种可自行对阳极室和阴极室中通入的海水进行除盐处理的电渗析膜堆。同时，将电渗析膜堆结合极水和极气分离及存储装置，使得极水循环运行，控制向电渗析膜堆阴极室和阳极室加入海水的时机和水量，始终保持电渗析膜堆极水含盐量不大于设定值，实现海水长期稳定电解制氢，解决了海水直接电解制取氢气电解槽寿命非常短的问题，为海水直接电解制取氢气应用于工程实际提供了新的途径。

17、电渗析膜堆阳极室和阴极室极水循环运行排出氢气和氧气，极水分离器补充海水带来的盐类杂质，将传统海水淡化电渗析阳极室和阴极室含盐量从超过30000mg/l降低至200mg/l，可避免阳极室和阴极室电极板腐蚀。

技术特征：

1.一种基于电渗析的海水制氢系统，其特征在于，包括：电渗析膜堆、极水和极气分离及存储装置；其中，

2.根据权利要求1所述的一种基于电渗析的海水制氢系统，其特征在于，还包括设置于所述海水入口与浓水室进水口之间的海水预处理装置，所述海水预处理装置位于所述海水加注口的上游，包括：沿海水流向依次设置的海水粗过滤器、海水泵、砂炭过滤器和精密过滤器。

3.根据权利要求1所述的一种基于电渗析的海水制氢系统，其特征在于，还包括冷却器，所述冷却器内部设置极水管路和用于对极水管路降温的冷却管路；所述冷却管路的入口与所述海水入口连通，所述冷却管路的出口与外界联通；所述极水管路的入口与所述所述氢气和极水分离器，以及氧气和极水分离器的极水出口连通，所述极水管路的出口与所述极室进水口连通。

4.根据权利要求1所述的一种基于电渗析的海水制氢系统，其特征在于，所述氢气和极水分离器包括壳体、淡水储存室、气水分离组件和氢气暂存室；所述氢气暂存室位于所述壳体内顶部空间；所述淡水储存室位于所述壳体内底部空间，并设有与所述极室进水口连通的极水出口；所述气水分离组件位于所述淡水储存室和氢气暂存室之间的空间，并设有与所述阴极室出水口连通的极水入口。

5.根据权利要求4所述的一种基于电渗析的海水制氢系统，其特征在于，还包括氢气收集器，所述氢气收集器与所述氢气暂存室连通。

6.根据权利要求1所述的一种基于电渗析的海水制氢系统，其特征在于，所述氧气和极水分离器包括壳体、以及壳体内相互连通的淡水储存室、气水分离组件和氧气暂存室；所述氧气暂存室位于所述壳体内顶部空间；所述淡水储存室位于所述壳体内底部空间，并设有与所述极室进水口连通的极水出口；所述气水分离组件位于所述淡水储存室和氧气暂存室之间的空间，并设有与所述阳极室出水口连通的极水入口。

7.根据权利要求6所述的一种基于电渗析的海水制氢系统，其特征在于，还包括氧气收集器，所述氧气收集器与所述氧气暂存室连通。

8.根据权利要求4或6所述的一种基于电渗析的海水制氢系统，其特征在于，气水分离组件包括细孔喷头和钢丝球垫层，所述细孔喷头位于位于所述淡水储存室和氧气暂存室之间的气相空间内，且与所述极水入口连通；钢丝球垫层覆盖于所述淡水储存室顶部。

9.根据权利要求1所述的一种基于电渗析的海水制氢系统，其特征在于，还包括电导率传感器，所述电导率传感器用于检测进入所述极室进水口的极水电导率。

10.根据权利要求1所述的一种基于电渗析的海水制氢系统，其特征在于，所述淡水储存室内的相应高度位置分别设置有低水位液位计和高水位液位计。

技术总结本发明公开了一种基于电渗析的海水制氢系统，包括：电渗析膜堆、极水和极气分离及存储装置；电渗析膜堆包括依次相邻设置的阳极室、浓水室和阴极室；阳离子交换膜将阳极室与浓水室隔离；阴离子交换膜将阴极室与浓水室隔离；极水和极气分离及存储装置包括氢气和极水分离器，以及氧气和极水分离器，二者设置有淡水加注口和海水加注口；海水入口与浓水室进水口连通，浓水室出水口与外界连通；阳极室出水口通过氧气和极水分离器连通至极室进水口；阴极室出水口通过氢气和极水分离器连通至极室进水口。本发明将电渗析膜堆结合极水和极气分离及存储装置，使极水循环运行，解决了海水直接电解制取氢气电解槽寿命非常短的问题。技术研发人员：刘伟萍,胡智华,武永前,鄢恒飞,汤志鹏,王李锋受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七零七研究所九江分部技术研发日：技术公布日：2024/7/15