从海水中电化学产氢制造技术

本发明专利技术涉及一种用于从盐水中电化学生产氢气的装置，该装置包含：至少一个阴极；与阴极间隔一定距离的至少一个阳极以及用于将电极与脉冲DC电源电连接的连接器；其中阴极包含顺磁材料并且阳极包含抗磁材料。本发明专利技术还涉及用于一种从海水中生产氢气的环境友好的方法。于一种从海水中生产氢气的环境友好的方法。于一种从海水中生产氢气的环境友好的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从海水中电化学产氢


[0001]本专利技术涉及用于从盐水中电化学生产氢气的装置和方法。在本专利技术的方面中，该装置和方法可以用于从盐水中有针对性地生产氢气、氧气和/或氮气。

技术介绍

[0002]水是一种充足的自然资源，其约占地球表面的71％。据估计，该水的约96.5％作为盐水存在于海洋中。因此，利用盐水资源生产氢气和/或诸如氮气等制造工艺中使用的其他气体显然是有利的。
[0003]目前，碱性水的电解是大规模电解产氢的最常用的技术。然而，该技术通常使用含盐量较低的淡水，而不是盐水。如果使用盐水，则至少要对水部分脱盐，然后才能通过电解生产氢气。这导致与水处理和脱盐有关的额外资本支出，并需要处理脱盐过程中所产生的残余盐。另外，尽管近年来技术有了很大改进，但是此类体系的效率通常最大只能达到约70％。
[0004]用于从盐水中生产氢气的现有方法中还存在一些其他的效率低下问题。特别是，在无缓冲的溶液中的标准电解使得盐水产生氧(低于～2.25V)。但是，在高于～2.26V时会产生氯。在阳极产生的任何氯立即水解，其还产生H
+
。随着阳极酸性增强，氯化合物在阳极优先进行氧化，从而形成氯气Cl2，其为腐蚀性物质。Cl2还与水反应形成次氯酸(HOCl)。
[0005]该过程中，溶液的酸性增加会腐蚀电极材料，要求其被更换，并导致溶液有毒，使得危险化学品的处理变得必要。所有这些问题增加了资本和运行成本并使得扩大规模变得困难。
[0006]此外，所有大气气体都存在于海水的溶液中。但是，目前的工艺通常依赖于从海水中提取氢气，而诸如氮气(N2)和氧气(O2)等副产品虽然大量用于石油和天然气精炼生产和化工等各个行业中，其却没有得到提取或进一步利用。
[0007]总而言之，现有方法效率低，电流密度大，且缺少有效的扩大规模的方法。在将盐水用于此类体系之前，通常还需要对其额外处理和部分脱盐。现有方法还只针对氢气的生产，而氧气和氮气仍未得到开发。
[0008]因此，需要改进用于从盐水中生产氢气的方法和装置，其减轻或消除现有技术方法相关的一些缺点。还能用于针对诸如N2和O2等其他气态产物目标的方法和/或装置将是有利的。
[0009]理想情况下，需要一种用于环境友好的用于从盐水中生产氢气的方法。减少有害副产物以及降低电极的分解速率将会是有利的。提高效率、降低能量投入要求以及降低资本支出也会是有利的。同时针对诸如N2和O2等其他气体的能力将特别有益。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供用于从盐水中电化学生产氢气的装置，该装置包含：
[0011]多个阴极；
[0012]与多个阴极的每一个间隔一定距离的至少一个阳极；
[0013]用于将多个阴极的每一个与电源单元负极端电连接的阴极端连接器；
[0014]用于将阳极与电源单元正极端电连接的至少一个阳极端连接器；
[0015]包括交流电源和至少一个整流器的电源单元；
[0016]其中，阴极包含顺磁材料且阳极包含抗磁材料；以及
[0017]其中，阳极与每个阴极之间的距离等于阳极半径
×
3.0至3.7。
[0018]有利的是，专利技术人已经确定，当仔细控制阳极和阴极材料的构造和电源时，可以将装置用于高效生产氢气的方法中。装置需要非常低的能量投入，同时仍能生产大量的氢气。电极的分解也减少了。具体而言，当使用脉冲DC电源时，能实现较高的产氢效率。
[0019]根据本专利技术，电源单元包括AC电源和能够将AC电源转换为脉冲DC电源的至少一个整流器。因此，电源单元被构造为向装置供应脉冲DC(直流)。
[0020]脉冲DC(直流)的信号幅度周期性变化，但是信号极性保持不变。出于比较目的，图1显示了不同类型的电流，即(i)脉冲、(ii)直流(通常称为DC)、(iii)可变、以及(iv)交流(通常称为AC)电流。
[0021]脉冲DC电流通过输入AC电源的整流来提供。整流可以是全波整流。全波整流将输入波形的两个极性转换为脉冲DC(直流)。
[0022]全波整流器可以使用中央抽头变压器或全波桥式电路。
[0023]全波整流器可以是单相或三相整流电路。
[0024]在一个实施方式中，整流器为全波桥式电路。
[0025]在一个实施方式中，电源单元包含变压器。变压器可以是杂散场变压器(也称为漏磁变压器)。变压器可以连接到AC电源输入源。
[0026]在一个实施方式中，电源单元包含多个并联的整流器。在一个实施方式中，电源单元包含两个并联的整流器。整流器可以是桥式整流器。
[0027]电学组件可以浸没在油中，例如在油浴中。合适的矿物油对于本领域技术人员来说是已知的，并且包括例如用于电学装置中的矿物绝缘油，如ASTM D3487中所述。
[0028]在操作中，对AC电源进行整流以产生脉冲DC电源，其用于为本文所述的装置供电。
[0029]根据本专利技术，装置包含至少一个阳极，其与多个阴极中的每一个间隔一定距离。阳极可以被构造为阴极阵列的中心。在一个实施方式中，电极可以以四面体构造提供。“四面体构造”是指每个阳极被与阳极间隔相等距离的多个阴极包围。例如，每个阳极可以被2～20个阴极包围，或被4～10个阴极包围，尽管当总阳极表面积约等于总阴极表面积时，其不受特别限制。“约等于”是指阳极表面积与阴极表面积相差在20％以内，优选15％以内且更优选10％以内。
[0030]阳极与每个阴极之间的距离等于阳极半径
×
3.0到3.7，优选等于阳极半径
×
3.2到3.6，并且优选等于阳极半径乘以约3.5。
[0031]阵列中的阴极之间的距离可以等于阴极直径
×
3.0至3.7。优选地，阵列中的阴极之间的距离可以等于阴极直径
×
3.2到3.6，更优选等于阴极的直径乘以约3.5。
[0032]每个阳极可以是圆柱棒形。
[0033]每个阴极可以是圆柱棒形。
[0034]电极之间的距离可以通过任何常规手段进行测量，例如通过尺，数字卡尺或卷尺
测量。
[0035]顺磁材料是对外加磁场具有微弱的吸引力并且在施加磁场的方向上形成内部感应磁场的材料。顺磁材料只要体现此类性质就没有特别限制，但是例如可以是：316
‑
904L不锈钢、317L不锈钢、317LM不锈钢、317LMN不锈钢、钼、钨、铝、钪、钒、锰、钇、锆、铌、铑、钯、镧、铪、钽、铼、锇、铱或黄铁矿。在一个实施方式中，顺磁材料可以是316L不锈钢。在另一实施方式中，顺磁材料可以是黄铁矿—由于其天然多孔结构，使得其具有较大表面积用于产氢，因此这可以是有利的。
[0036]抗磁材料是在施加磁场时被排斥并且在施加磁场的相反方向上形成感应磁场的材料。同样，抗磁材料只要体现此类性质就没有特别限定，且合适的抗磁材料是本领域众所周知的。
[0037]装置可以包含电极外壳。电极外壳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从盐水中电化学生产氢气的装置，该装置包含：多个阴极；与多个阴极间隔一定距离的至少一个阳极；用于将阴极与电源单元负极端电连接的阴极端连接器；用于将阳极与电源单元正极端电连接的阳极端连接器；包括交流电源和至少一个整流器的电源单元，其中，电源单元被构造为将交流电源转换成脉冲DC电源；其中，阴极包含顺磁材料且阳极包含抗磁材料；以及其中，阳极与阴极之间的距离等于阳极半径
×
3.0至3.7。2.如权利要求1所述的装置，其中，电源单元包括单相或三相全波整流器。3.如权利要求1或权利要求2所述的装置，其中，阳极被构造为阴极阵列的中心。4.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中，各阴极与阳极间隔相等距离。5.如权利要求3或权利要求4所述的装置，其中，阵列中每个阴极之间的距离等于阴极直径
×
3.0至3.7。6.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中，至少一个阳极和多个阴极以四面体构造提供。7.如前...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：托维克斯能源有限公司，
类型：发明
国别省市：