一种海水制氢方法与流程

本发明涉及电解水制氢领域，尤其涉及一种海水制氢方法。

背景技术：

1、氢气，是一种二次清洁能源，被誉为“21世纪终极能源”，也是在碳达峰、碳中和的大背景下，加速开发利用的一种清洁能源，现阶段的氢气制备生产几乎完全依靠化石燃料。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的制氢能源,其中最具市场前景之一的制氢方案为电解水制氢。

2、目前电解水获取氢能有两种：

3、一种是直接利用自然界的河水、湖水等淡水资源进行电解制氢，具wmo发布《全球水资源状况》报告显示地球上的淡水资源仅占总水量的2.53％，其中68.7％属于固体冰川，只有1％可直接利用，约0.026％属于淡水埋藏于地下很深的地方。淡水储量仅占全球总水量的2.53％，分布在难以利用的高山和南、北两极地区。人类可以直接利用的淡水仅占淡水总量的0.3％。因此，淡水资源制氢面临着水资源短缺问题。

4、另外一种是海水制氢，海水占地球全部水量的96.5％，与淡水不同，其成分非常复杂，涉及的化学物质及元素有90多种。海水中所含有的大量离子、微生物和颗粒等，会导致制取氢气时产生副反应竞争、催化剂失活、隔膜堵塞等问题。

5、为了使用海水制氢，当前最成熟的技术路线是通过在海岸线建立淡化处理系统将海水淡化后再电解制氢，在海岸建立海水淡化厂，从建设、运营、人力、维护等方面大幅提升成本；且难以大规模利用海上风电耦合形成原位一体化海洋绿氢生产体系，难以实现可再生能源的稳定储存、多能互补能源体系和海上能源生态漂浮岛的建设。该类技术严重依赖大规模淡化设备，工艺流程复杂且占用大量土地资源，进一步增加了制氢成本与工程建设难度。

6、现有一种海水制氢技术“海水无淡化原位直接电解制氢方法”将海水通过溶液传质层，溶液传质层阻挡海水中的固体杂质，并使海水实现液、气、液的物理状态改变通过，过滤其中的离子杂质再与电解槽中的电解质形成电解液通过离子交换的方式进行电解，产生氢气和氧气。

7、使用溶液传质层过滤海水中的杂质和离子属于渗透法其效率极低，滤后水中残留比较多，水质欠佳。而且离子沉淀或海洋微生物生长阻挡层容易结垢堵塞严重影响设备寿命；

8、电解槽中使用电解质与过滤后的水形成电解液进行电解，现有技术电解质使用k2co3、koh、naoh、ca(oh)2、na2 co3等，电解液呈碱性或酸性，腐蚀设备降低设备寿命增加成本。

9、使用酸性或碱性电解液电解产生的氢气中残留大量碱性或酸性气体需要经过二次提纯增加工艺难度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种海水制氢装置，至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、为解决上述技术问题，本发明所提供的海水制氢方法的实施例技术方案如下：

3、一种海水制氢方法，其中，包括：

4、海水淡化步骤,将海水输送至离子过滤层，使得海水中的阴离子杂质受到所述离子过滤层中正电极的吸引，透过所述离子过滤层中阴离子传质层后排出，海水中的阳离子杂质受到所述离子过滤层中负电极的吸引，透过所述离子过滤层中阳离子传质层后排出，从而海水经过所述离子过滤层后形成淡水；

5、电解制氢步骤，将所述淡水通过析氧电极电解成质子和氧气，然后通过质子交换膜将所述质子传输到析氢电极，在所述析氢电极上生成氢气。

6、优选地，对所述离子过滤层中正电极提供的电压为1～100vdc的正电压。

7、优选地，对所述离子过滤层中负电极提供的电压为1～100vdc的负电压。

8、进一步地，所述离子过滤层中阳离子传质层只允许阳离子通过。

9、进一步地，所述离子过滤层中阴离子传质层只允许阴离子通过。

10、优选地，所述析氧电极通入的电压为1～36v的正电压。

11、优选地，所述析氢电极通入的电压为1～36v的负电压。

12、进一步地，所述质子交换膜只允许质子通过。

13、进一步地，所述电解制氢步骤中随着被电解的淡水不断消耗，为了维持压力差，海水不断通过所述离子过滤层对淡水进行补充，形成无电解质的自动电解液补充制氢。

14、进一步地，在所述析氢电极上生成氢气时利用催化剂提升电解率。

15、进一步地，所述催化剂被掺入至所述析氢电极中。

16、本发明海水制氢方法实施例由离子过滤层直接吸收海水，并对海水中包含的离子杂质进行淡化和净化，最后依靠催化电解的化学原理进行无电解质制备氢气，并通过海水的压力差实现对海水的捕获，形成完备的海水制氢系统，能解决因渗透过滤效率低水质欠佳、电解液腐蚀导致的设备寿命短的问题，且无需使用电解质形成碱性或酸性电解液，仅使用淡水电解液也可以达到使用自然界海水直接制氢的目的，既解决因海水成份复杂致使装置隔膜失效、催化剂失活、转化效率低、产生碱性沉淀和有毒气体等电解制氢的问题，此外制造出来的氢气纯度更高，具体有益效果进一步地分析如下：

17、1、本发明实施例的海水制氢方法的海水淡化步骤将海水通过离子过滤层，使得其中的阴离子杂质受到正电极的吸引透过阴离子传质层后排出、阳离子杂质受到负电极的吸引透过阳离子传质层后排出，海水在通过离子过滤层后形成淡水，相较于离子截留的海水淡化方案，根本上解决了离子沉淀堵塞设备和效率低下的问题。

18、2、本发明实施例的海水制氢方法的电解制氢步骤将经过海水过滤层后的淡水通过析氧电极电解成质子和氧气，然后通过质子交换膜将质子传输到析氢电极，在析氢电极上还原生成氢气，采用质子交换膜和电极的电解方式，无需使用k2co3、koh、naoh、ca(oh)2、na2co3等电解质，从而电解液不会呈碱性或酸性，不会腐蚀设备，有利于增加设备寿命、降低设备维护成本，而且产生的氢气纯度远远高于使用电解质电解产生的氢气。

技术特征：

1.一种海水制氢方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述海水制氢方法，其特征在于：对所述离子过滤层中正电极提供的电压为1～100vdc的正电压。

3.根据权利要求1所述海水制氢方法，其特征在于：对所述离子过滤层中负电极提供的电压为1～100vdc的负电压。

4.根据权利要求1所述海水制氢方法，其特征在于：所述离子过滤层中阳离子传质层只允许阳离子通过。

5.根据权利要求1所述海水制氢方法，其特征在于：所述离子过滤层中阴离子传质层只允许阴离子通过。

6.根据权利要求1所述海水制氢方法，其特征在于：所述析氧电极通入的电压为1～36v的正电压。

7.根据权利要求1所述海水制氢方法，其特征在于：所述析氢电极通入的电压为1～36v的负电压。

8.根据权利要求1所述海水制氢方法，其特征在于：所述质子交换膜只允许质子通过。

9.根据权利要求1所述海水制氢方法，其特征在于：所述电解制氢步骤中随着被电解的淡水不断消耗，为了维持压力差，海水不断通过所述离子过滤层对淡水进行补充，形成无电解质的自动电解液补充制氢。

10.根据权利要求1所述所述海水制氢方法，其特征在于：在所述析氢电极上生成氢气时利用催化剂提升电解率。

11.根据权利要求10所述所述海水制氢方法，其特征在于：所述催化剂被掺入至所述析氢电极中。

技术总结本发明公开了一种海水制氢方法，包括：海水淡化步骤,将海水输送至离子过滤层，使得海水中的阴离子杂质受到所述离子过滤层中正电极的吸引，透过所述离子过滤层中阴离子传质层后排出，海水中的阳离子杂质受到所述离子过滤层中负电极的吸引，透过所述离子过滤层中阳离子传质层后排出，从而海水经过所述离子过滤层后形成淡水；电解制氢步骤，将所述淡水通过析氧电极电解成质子和氧气，然后通过质子交换膜将所述质子传输到析氢电极，在所述析氢电极上生成氢气。本发明能提高设备寿命和氢气纯度。技术研发人员：张洪祥,尹向阳受保护的技术使用者：深圳南云微电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17