一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽的制作方法

：本发明属于电解海水防污，具体涉及一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，具有氢气自主分离功能，应用于电解海水制氯防污行业。

背景技术

0、背景技术：

1、电解海水制氯是于海水环境中，在特殊的阳极材料上施加一定的正电位，使海水中的氯离子在电极表面失去电子，生成游离氯和次氯酸根的过程。其生成的游离氯或次氯酸根，对容易造成污损的海生物，具有良好的杀灭或防吸附效果。基于此，电解海水制氯广泛应用于海滨电站冷却水、远洋船舶压载水等水体的处理。然而，目前电解海水制氯的阴极材料在电解过程中会发生析氢反应，产生大量的氢气，如果不及时进行处理，氢气发生聚集，进而带来爆炸和氢脆等风险。

2、现有技术中的除氢技术途径主要有三种：

3、第一种是产成物气液分离除氢，通过静置或离心分离等方法，把氢气从电解后的海水中分离出来。例如，中国专利201220135340.1公开的一种用于大型海水冷却系统的电解海水防污装置，海水中分别接入有用于输送冷却海水的海水升压泵以及冷却系统的冷却水泵，所述海水升压泵的一端接入海水，另一端经由盘式过滤器连通至电解槽，由电解槽输出连接至一侧带有除氢风机的储液罐，储液罐经由加药泵连通至海水中冷却系统的冷却水泵的取水口；其使用除氢风机在储液罐内对氢气进行清除；中国专利202110632020.0公开的一种具有消氢功能的模块化电解海水消氢模块，基于两步消氢技术，包括将氢气由海水中分离出来的气液分离技术和利用铂钯催化剂消除氢气的消氢技术，主要由气液分离单元、消氢反应器单元、检测单元和冷却单元组成，用于分离并消除电解海水过程中电解阴极产生的h2；其中气液分离单元采用物理方法，利用离心力或重力作用将h2从海水介质中分离出来；其中消氢反应器单元采用铂钯催化剂使h2和o2迅速反应生成h2o，反应生成的h2o导回海水管路中；其通过离心力或重力将氢气从海水中分离出来后，采用催化剂进行催化处理；中国专利201710574881.1公开的一种电解法船舶压载水处理过程副产物氢气的处理工艺，流程是：首先将海水电解装置排放的电解液进行气液分离，然后将分离出的氢气按照比例与空气混合为易于燃烧的混合气，再对混合气进行干燥，最后将干燥后的混合气燃烧；以及中国专利201811211339.0公开的一种船舶电解压载水管理系统除氢装置，首先将海水电解装置排放的电解液进行气液分离，然后将分离出的氢气进行干燥，最后将干燥后的氢气通入反应器进行反应除氢，反应器除氢的主要机理是利用了氢气的还原化学特性进行氧化还原反应，h2+cuo＝cu+h2o生成还原cu和水；二者均是从电解海水产物中将氢气分离出来，再进行处理。但是，产成物气液分离除氢的应用需要较大的氢气分离设备支持，并且都是对电解产物中未溶解部分的氢气进行清除，无法有效清除溶解在海水中的氢气。

4、第二种是采用特殊电极，使阴极不发生析氢反应。其主要原理是特殊材料在海水中阴极极化时的吸氧反应电位范围宽，电流密度大，能够取代析氢反应。处于理论研究的初始阶段，仅有少量文献公布了研究结果，尚未公开相关专利。

5、第三种是通过电解槽的结构设计对氢气进行分离。例如，中国专利202211545985.7公开的一种自主除氢电解防污装置，包括串联式结构和并联式结构；串联式结构由n个进水管、阳极管和阴极管串联而成；并联式结构由n个阴极管在阳极管上并联而成，串联式结构包括通过电解连接器连接的进水管、阳极管和阴极管，电解连接器的外围套设有绝缘套管，进水管、阳极管和阴极管的端部均设置有绝缘接头，并联式结构包括与阳极管连接的加药管，以及阳极管上设置的阴极管；加药管与阳极管和阳极管与阴极管均通过电解连接器连接，加药管、阳极管和阴极管的端部均设置有绝缘接头。其阴阳极分别位于三通的两个出水管内，由于流体和重力的作用，氢气将会阴极管路内海水排出，阳极管路内不会有氢气进入，但是，由于工作电压大、有效电极面积小的问题，应用成本高，实用性相对较差。

6、因此，研发设计一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，将有效产物中的氢气含量降低到痕量以下，彻底解决电解海水制氯过程中的氢气聚集爆炸和氢脆等问题。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，可靠分离电解海水制氯过程中的有效产物和副产物氢气。

2、为了实现上述目的，本发明涉及的氢气自主分离电解海水制氯电解槽的主体结构包括槽体及其中部设置的滤棉隔板、上部设置的含氢海水出水口、下部设置的海水进水口和含氯海水出水口，以及滤棉隔板上方设置的阴极网和下方设置的阳极网；其中，滤棉隔板、阴极网和阳极网相互平行；含氯海水出水口处设置有流量调剂阀门。

3、本发明涉及的滤棉隔板为框架式结构，内部设置有滤棉，滤棉的材质包括无纺布、玻璃纤维和塑料纤维，允许海水通过，能够形成贯穿的海水间隙，不存在肉眼可见的网孔结构。

4、本发明涉及的滤棉隔板将槽体的内部分隔成在上的阴极区和在下的阳极区，含氢海水出水口和阴极网位于阴极区，阳极网、海水进水口和含氯海水出水口位于阳极区，阳极区的海水通过滤棉隔板流动至阴极区。

5、本发明涉及的阴极网和阳极网均为网状结构，材质为常规电解海水制氯用的电极材料，且二者均具有接线柱，以便于外接电解电源连接。

6、本发明涉及的氢气自主分离电解海水制氯电解槽的工作方式如下：

7、开始制氯前，经海水进水口向槽体通入海水，海水将阳极区的空气排空，由含氯海水出水口稳定流出后，通过流量调剂阀门降低由含氯海水出水口流出的海水量，使海水透过滤棉隔板进入并充满阳极区，由含氢海水出水口流出；

8、待含氢海水出水口流出的海水的流量稳定后，接通电解电源开始制氯；

9、阳极网表面产生的有效氯溶解于阳极区的海水中，绝大多数有效氯随海水由含氯海水出水口输送至后续的防污处理区域；

10、阴极网表面产生的氢气为气体，由含氢海水出水口流至后续的废水废气排出管路；

11、在此过程中，由于滤棉隔板的存在，通过流量调剂阀门的控制，海水单向流动，阴极区与阳极区之间不会形成海水的自由交换，阴极区产生的氢气无法进入阳极区的海水中。

12、本发明与现有技术相比，通过平板式结构的平行电极降低对电解槽尺寸的要求，通过扩大阴极网、阳极网和滤棉的面积，降低电解电压等级；其结构简单，成本较低，阴阳极电流分布更加均匀，能够避免阳极电极局部电流过大导致的过早失效，且防污产物内没有溶解氢，能够应用于包括对氢气敏感的压力钛合金管路的特殊工况，具有良好的应用价值。

技术特征：

1.一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，主体结构包括，其特征在于，主体结构包括槽体及其中部设置的滤棉隔板、上部设置的含氢海水出水口、下部设置的海水进水口和含氯海水出水口，以及滤棉隔板上方设置的阴极网和下方设置的阳极网。

2.根据权利要求1所述的一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，其特征在于，滤棉隔板为框架式结构，内部设置有滤棉，滤棉的材质包括无纺布、玻璃纤维和塑料纤维。

3.根据权利要求2所述的一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，其特征在于，滤棉隔板将槽体的内部分隔成在上的阴极区3和在下的阳极区，含氢海水出水口和阴极网位于阴极区，阳极网、海水进水口和含氯海水出水口位于阳极区，阳极区的海水通过滤棉隔板流动至阴极区。

4.根据权利要求2所述的一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，其特征在于，阴极网和阳极网均为网状结构。

5.根据权利要求2所述的一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，其特征在于，使用时，

6.根据权利要求5所述的一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，其特征在于，海水单向流动，不会在阴极区与阳极区之间自由交换，阴极区产生的氢气无法进入阳极区的海水中。

7.根据权利要求5所述的一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，其特征在于，开始制氯前，经海水进水口向槽体通入海水，海水将阳极区的空气排空，由含氯海水出水口稳定流出后，通过含氯海水出水口处设置的流量调剂阀门降低流出的海水量，海水透过滤棉隔板进入并充满阳极区，由含氢海水出水口流出。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，其特征在于，滤棉隔板、阴极网和阳极网相互平行。

9.根据权利要求8所述的一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，其特征在于，滤棉隔板为100微米的纤维滤棉；阴极网为钛合金阴极网；阳极网为mmo阳极网，有效面积为400平方厘米。

技术总结本发明属于电解海水防污技术领域，具体涉及一种氢气自主分离电解海水制氯电解槽，主体结构包括槽体及其中部设置的滤棉隔板、上部设置的含氢海水出水口、下部设置的海水进水口和含氯海水出水口，以及滤棉隔板上方设置的阴极网和下方设置的阳极网，滤棉隔板、阴极网和阳极网相互平行，电解工作时含氢海水和含有效氯的海水由不同管路排出实现氢气的分离，能够应用于包括对氢气敏感的压力钛合金管路等特殊工况下，其特殊的平板式结构设计能够降低对电解槽尺寸的要求；使阳极电流分部更加均匀避免局部失效；并能够通过扩大阴极网、阳极网和滤棉的面积降低电解电压等级，具有良好的应用价值。技术研发人员：邢路阔,李相波,郝福耀,王新华,侯健受保护的技术使用者：洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）技术研发日：技术公布日：2024/4/17