CN114517310A - 一种基于双重抗氧化及结晶层控制的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于双重抗氧化及结晶层控制的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置，太阳光透过菲涅尔镜实现高倍聚光，照射在砷化镓电池上进行光伏发电，为电解制镁提供电能；电解制镁系统具有内置石墨烯电热膜和充满热水的扭转导管，在双重加热的基础上确保制备环境的无氧状态，与扭转导管相配合搅拌棒可使熔融氯化镁受热均匀，双重加热起到了针对石墨阳极的双重抗氧化措施，熔体的均匀加热有效抑制了结晶层生成；电解产物的单质镁被回收，纯净氯气进入压缩钢瓶直接压缩，少量溢出的氯气通过氯气交换膜进入氯酸发生室吸收；循环水冷却系统串联整个装置，相变储能复合材料控制循环水的温变，不但能冷却光伏电池，还能参与电解的加热过程。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能应用和化工应用技术领域，尤其是一种基于双重抗氧化及结晶层控制的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置。
背景技术
工业上制取单质镁是采用电解熔融氯化镁，实际上制取单质镁还可以加热氢氧化镁后电解，但工业所用的氢氧化镁有很多杂质，且加热成本太高；而不采用电解氧化镁是因为氧化镁的熔点太高，制取不易。电解熔融氯化镁不仅可以制取镁单质，还能产生纯净的氯气，是工业制镁首选方案。
但传统电解制镁存在几个难以解决的问题：首先为保证连续的电解过程，需要消耗大量的电能，能源消耗过于严重；其次高纯的无水氯化镁是制取成功的关键，在制备阶段必须保持无水环境，而工业上很难达到这样的标准；对于阳极电极，采用石墨作为阳极电极的电解，在制备过程中容易产生氧化现象，进而极大的影响制备进程；且温度较低的氯化镁熔体容易产生较厚的结晶层。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种基于双重抗氧化及结晶层控制的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置，以解决传统工业电解制镁工艺耗能多、制备过程无法创造无水环境和阳极材料氧化的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于双重抗氧化及结晶层控制的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置，具有光伏发电系统、电解制镁系统、循环水冷却系统及氯酸回收系统。
所述的光伏发电系统：包括可转动追踪太阳光的菲涅尔镜，菲涅尔镜下方设有储能壳体，储能壳体上表面嵌设有接收菲涅尔镜聚光后产生光伏效应发电的砷化镓电池；所述的储能壳体上方设有支撑平台，支撑平台四角端通过固定支杆与储能壳体四角端固接，支撑平台两端分别连接有一对剪刀状连接的伸缩杆，所述的菲涅尔镜安装于所述伸缩杆上端。
所述的光伏发电系统具有光源追踪机构，光源追踪机构包括追踪太阳光的双玻追光镜、与双玻追光镜线路连接而信号控制菲涅尔镜转动朝向太阳的终端系统。
电解制镁系统：具有可存储并电解氯化镁熔液的电解腔室，电解腔室上表面敷设有双层结构的石墨烯电热膜，电解腔室内水平安装有可转动且内部充满高温水的扭转导管，熔融氯化镁熔液内分布有搅拌棒，扭转导管外表面覆盖有可产生不同方向磁力而驱动搅拌棒运动的双极性磁体层；电解腔室内底面相距设有互相垂直的石墨阳极和铂阴极。
所述的电解制镁系统具有驱动扭转导管的驱动机构，砷化镓电池通过光伏逆变器分别与石墨阳极、铂阴极及驱动机构电连接。
循环水冷却系统：具有储水箱和埋设在储能壳体内的盘旋水管，盘旋水管外围包覆有相变储能复合材料，储水箱管路连接盘旋水管后再与扭转导管一端连接，扭转导管另一端管路连接至储水箱；
氯酸回收系统：具有与电解腔室管路连接收集氯气的压缩钢瓶、安装在压缩钢瓶上端面的氯气交换膜，氯气交换膜连接有氯酸发生室，氯酸发生室与扭转导管另一端管路连接；所述的压缩钢瓶上连接有在压缩钢瓶内充满氯气时控制电解腔室停止电解的单刀双掷开关。
本发明的有益效果是：本发明利用菲涅尔镜进行高倍聚光，采用砷化镓电池进行光伏发电，保证了电解过程的持续耗电量供应；且在制备系统里引入双层结构的石墨烯电热膜和高温水传热进行双重升温，确保制备过程中电解腔室内部全程无水环境，在此基础上设置旋转的扭转导管，利用其布满两种极性不同的磁体而产生方向不同的磁力，使分布于氯化镁熔液中的搅拌棒高速运动而搅拌氯化镁熔液，实现熔融氯化镁均匀升温的同时对石墨阳极施加双重抗氧化措施，温度均匀升高的熔体可有效抑制结晶层生成；除了收集单质镁外，还可将纯净氯气直接压缩装瓶，溢出的氯气用少量热水吸收制备氯酸和次氯酸。变温循环水系统串联整个装置，冷却电池的同时由相变材料换热参与制镁过程升温。整个过程高效无污染，节约能源，布局优化合理。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明所述扭转导管的局部放大结构示意图。
图3是本发明所述储能壳体内部盘旋水管的安装示意图。
图中：1.储能壳体，2.砷化镓电池，3.支撑平台，4.固定支杆，5.伸缩杆，6.可调螺钉，7.菲涅尔镜，8.双玻追光镜，9.终端系统，10.电解腔室，11.石墨烯电热膜，12.扭转导管，13.循环水管，14.搅拌棒，15. 双极性磁体层，16.石墨阳极，17.铂阴极，18.驱动机构，19.光伏逆变器 20.储水箱，21.盘旋水管，22.相变储能复合材料，23.压缩钢瓶，24.氯气交换膜，25.氯酸发生室，26.通水阀，27.单刀双掷开关，28.保护膜。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～3所示的一种基于双重抗氧化及结晶层控制的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置，由光伏发电系统、电解制镁系统、循环水冷却系统及氯酸回收系统组成。
光伏发电系统：具有储能壳体1，储能壳体1上表面嵌设有砷化镓电池2，储能壳体1上方设有支撑平台3，支撑平台3四角端通过固定支杆4与储能壳体 1四角端固接，支撑平台3两端分别连接有一对中部铰接成剪刀状的伸缩杆5，四根伸缩杆5中间由可调螺钉6铰接作旋转运动；所述伸缩杆5上端固接有可转动追踪太阳光的菲涅尔镜7，所述的砷化镓电池2接收菲涅尔镜7所聚集太阳光后产生光伏效应发电。
所述的光伏发电系统还配设有光源追踪机构，所述光源追踪机构包括追踪太阳光的双玻追光镜8、与双玻追光镜8线路连接而信号控制菲涅尔镜7转动朝向太阳的终端系统9。
电解制镁系统：具有可存储并电解熔融氯化镁熔液的电解腔室10，电解腔室10上表面敷设有双层结构的石墨烯电热膜11，电解腔室10内水平安装有可转动且内部充满高温水的扭转导管12。
所述扭转导管12长度稍比电解腔室10长度长，扭转导管12伸出电解腔体的10两端分别套一个可调速旋转接头，然后与两端连接的循环水管13相连，可以实现循环水管13固定，扭转导管12随可调速旋转接头转动。
所述电解腔室10内的氯化镁熔液中分布有搅拌棒14，扭转导管12外表面覆盖有可产生不同方向磁力而驱动搅拌棒14运动的双极性磁体层15；双极性磁体层15外围包覆有保护膜28，所述的电解腔室10内底面相距设有互相垂直的石墨阳极16和铂阴极17。
位于电解腔室10侧面设有可驱动扭转导管12转动的驱动机构18，由驱动机构18驱动的扭转导管12与搅拌棒14配合用于搅拌氯化镁熔液。
具体说，所述驱动机构18具有电机和与电机传动连接的传动轴，传动轴上安装有主动锥齿轮，主动锥齿轮啮合传动有从动锥齿轮，扭转导管12外壁上具有与从动锥齿轮啮合传动的驱动锥齿轮，特别地，安装驱动锥齿轮的扭转导管 12上不包覆双极性磁体层15。所述的砷化镓电池2通过光伏逆变器19分别与石墨阳极16、铂阴极17及驱动机构18的电机分别通过三根供电线实现电连接。
循环水冷却系统：具有储水箱20和埋设在储能壳体1内的盘旋水管21，储水箱20的循环水通过循环水管13与盘旋水管21连接，盘旋水管21外围包覆有相变储能复合材料22，相变储能复合材料22将盘旋水管21内的循环水加热后，通过循环水管13与扭转导管12一端管路连接，扭转导管12另一端管路连接至储水箱20。
氯酸回收系统：具有与电解腔室10管路连接收集氯气的压缩钢瓶23、安装在压缩钢瓶23上端面的氯气交换膜24，氯气交换膜24连接有氯酸发生室25，氯酸发生室25与扭转导管12另一端通向储水箱20的循环水管13之间通过通水阀26管路连接。
所述的压缩钢瓶23与三根供电线之间连接有在压缩钢瓶23内充满氯气时控制电解腔室10停止电解的单刀双掷开关27。
以菲涅尔镜7为核心的高倍聚光的光伏发电系统，为后续系统工作提供电能；电解制镁系统具有抗氧化功能，其开始工作后生成单质镁和氯气，氯气进入氯酸回收系统，单质镁单独回收；循环水冷却系统通过循环水管13串联整个装置，使其成为一个整体。
电解制镁系统中，由双层结构的石墨烯电热膜11和扭转导管12中的热水放热组成针对石墨阳极16的双重抗氧化措施，保证电解腔室10处于无水环境，石墨烯电热膜11加热电解腔室10，使电解腔室10内的氯化镁熔液温度升高，以有效抑制结晶层生成。
工作过程简述：
当整个装置开始工作时，太阳光经过储能外壳1上的菲涅尔镜7聚光后照射在砷化镓电池2上产生光伏效应进行发电；随太阳位置移动，双玻追光镜8 追踪太阳光通过终端系统9使伸缩杆5绕其中部铰接点翻转，带动菲涅尔镜7 转动，以确保菲涅尔镜7聚光的实时高效性。
经过光伏逆变器19，将砷化镓电池2产生的直流电转换为交流电后，分别连接石墨阳极16和铂阴极17，为电解制镁进行供电。当制备工作开始时，石墨烯电热膜11率先进行电转热，提高电解腔室10的环境温度和制备温度，同时创造电解腔室10内无水环境；之后驱动机构18的电机传动扭转导管12开始转动，覆盖在扭转导管12上的双极性磁体层15因其布满两种极性不同的磁体而产生方向不同的磁力，会使分布于氯化镁熔液中的搅拌棒14高速运动，带动氯化镁熔液与充满高温水的扭转导管12充分接触，使氯化镁熔液的温度均匀快速上升，进一步提高制备温度。
在上述进程下，制备温度的双重提高极大地提升了氯化镁熔液的电解效率，且电解腔室10内创造的无水制备环境和高温状态，为氯化镁熔液提供了双重抗氧化措施，避免了石墨阳极16在熔融氯化镁和环境中的溶解和氧化，进一步稳定电解镁工作槽的状态；同时通过扭转导管12和搅拌棒14配合作用，使氯化镁熔液快速升温，以有效减小结晶层厚度。
电解制镁过程中主要产物是单质镁和氯气，单质镁被回收，氯气则通入压缩钢瓶23，由于制取的是纯净氯气可以直接压缩为液氯进行收集；少部分溢出的氯气通过氯气交换膜24进入氯酸发生室25，此时通水阀26开启合适的阀度，允许少部分循环水管13中的热水进入氯酸发生室25，该部分氯气与热水发生反应生成氯酸和次氯酸，热水同时能促进反应进行；当压缩钢瓶23装满时，断开单刀双掷开关27，制备过程停止，更换压缩钢瓶23后再打开单刀双掷开关27 继续进行后续的制备过程。
以循环水管13为基础的循环水冷却系统串联了整个装置，循环水管13始端连接储水箱20，首先对砷化镓电池2进行冷却，换热后的水进入储能外壳1 内的盘旋水管21，经相变储能复合材料22换热(第一次换热后水温高则放热，水温低则吸热)后，流入扭转导管12辅助电解腔室10的制镁升温，最后再流回储水箱20。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种基于双重抗氧化及结晶层控制的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置，具有光伏发电系统、电解制镁系统、循环水冷却系统及氯酸回收系统；其特征是：
光伏发电系统：包括可转动追踪太阳光的菲涅尔镜，菲涅尔镜下方设有储能壳体，储能壳体上表面嵌设有接收菲涅尔镜聚光后产生光伏效应发电的砷化镓电池；
电解制镁系统：具有可存储并电解氯化镁熔液的电解腔室，电解腔室上表面敷设有双层结构的石墨烯电热膜，电解腔室内水平安装有可转动且内部充满高温水的扭转导管，熔融氯化镁熔液内分布有搅拌棒，扭转导管外表面覆盖有可产生不同方向磁力而驱动搅拌棒运动的双极性磁体层；电解腔室内底面相距设有互相垂直的石墨阳极和铂阴极；
循环水冷却系统：具有储水箱和埋设在储能壳体内的盘旋水管，盘旋水管外围包覆有相变储能复合材料，储水箱管路连接盘旋水管后再与扭转导管一端连接，扭转导管另一端管路连接至储水箱；
氯酸回收系统：具有与电解腔室管路连接收集氯气的压缩钢瓶、安装在压缩钢瓶上端面的氯气交换膜，氯气交换膜连接有氯酸发生室，氯酸发生室与扭转导管另一端管路连接。
2.如权利要求1所述的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置，其特征是：所述的储能壳体上方设有支撑平台，支撑平台四角端通过固定支杆与储能壳体四角端固接，支撑平台两端分别连接有一对剪刀状连接的伸缩杆，所述的菲涅尔镜安装于所述伸缩杆上端。
3.如权利要求2所述的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置，其特征是：所述的光伏发电系统具有光源追踪机构，光源追踪机构包括追踪太阳光的双玻追光镜、与双玻追光镜线路连接而信号控制菲涅尔镜转动朝向太阳的终端系统。
4.如权利要求1所述的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置，其特征是：所述的电解制镁系统具有驱动扭转导管的驱动机构，砷化镓电池通过光伏逆变器分别与石墨阳极、铂阴极及驱动机构电连接。
5.如权利要求4所述的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置，其特征是：所述的压缩钢瓶上连接有在压缩钢瓶内充满氯气时控制电解腔室停止电解的单刀双掷开关。
Priority Applications (1)
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| CN202210026144.9A CN114517310A (zh) | 2022-01-11 | 2022-01-11 | 一种基于双重抗氧化及结晶层控制的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置 |
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| CN202210026144.9A CN114517310A (zh) | 2022-01-11 | 2022-01-11 | 一种基于双重抗氧化及结晶层控制的菲涅尔聚光电解制镁及液氯回收装置 |
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2022
- 2022-01-11 CN CN202210026144.9A patent/CN114517310A/zh active Pending
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