CN115924843A - 一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统及其工作方法，该海水循环制氢系统包括制氢系统，通过镁和海水反应生成氢氧化镁沉淀物和氢气；中和系统，用以电解氢氧化镁沉淀物并与盐酸反应得到氯化镁和水；电解系统，用于电解氯化镁得到制氢系统中所用的镁和氯气；盐酸生成系统，用于生成盐酸和氧气；供电装置，供电装置与电解系统连接相连用于给电解系统提供电能；盐酸生成系统与电解系统、中和系统分别连接，中和系统与电解系统连接，制氢系统与中和系统连接。本发明通过配合使用制氢系统、中和系统、电解系统以及盐酸生成系统，简化制氢系统复杂度，提高电解海水的效率，降低制氢成本，大幅度提高制氢效率，改善电解水制氢的不足。

Description

一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统及其工作方法
技术领域
本发明属于海上移动新型低品质绿色能源利用技术领域，具体是一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统及其工作方法。
背景技术
氢被认为是提供清洁、可靠和可持续能源系统的最有希望的能源载体。它可以由各种各样的潜在的原料生产，包括水、化石燃料和有机物。人类能源主要经历了生物质、煤炭、石油（含天然气等）三个阶段，能源转换的核心驱动力都是能量密度的提高。进入新时代，转换方向是从化石能源向可再生能源转型。水资源是地球上最大的“氢矿”，然而在电解水中较高的能源消耗以及匮乏的淡水资源问题客观存在。
采用电解水制氢是实现化石能源向绿色清洁能源转变的理想途径，也是目前新能源领域研究的热点之一，但在众多制氢方式中，电解水制氢在经济层面上被认为是不合适的，无论是从电力消耗还是从水资源消耗角度出发，其都无法与现有化石燃料制氢方法相比。然而，随着能源短缺和环境污染的挑战快速增长，寻求可持续发展方式已刻不容缓。结合目前可再生能源与海水淡化技术的实际发展，可以认为可再生能源与海水淡化技术后电解和海水化学资源利用是理想的投资方案之一，电解海水技术虽是最理想的制氢方案，但其工业化推广仍需要革命性的突破，在电解海水制氢过程中需要将海水先淡化形成高纯度淡水再制氢，海水直接电解制氢其技术难度较大，对工艺要求严格，且海水的组成复杂，其杂质将导致催化剂失活、电解效率低、成本高等已成为实际应用的关键问题。
目前，在现有的技术中，尚未公开能够高效提升电解海水制氢的有效方式；电解水制氢中对海水淡化提纯、严格复杂工艺制作要求、电解效率低等问题依然存在，极大的影响了其经济实用性的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统及其方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明目的是这样实现的：一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统，其特征在于：该海水循环制氢系统包括：
制氢系统，通过镁和海水反应生成氢氧化镁沉淀物和氢气；
中和系统，用以电解氢氧化镁沉淀物并与盐酸反应得到氯化镁和水；
电解系统，用于电解氯化镁得到制氢系统中所用的镁和氯气；
盐酸生成系统，用于生成盐酸和氧气，通过储氧罐将氧气进行收集；
供电装置，所述供电装置与电解系统连接相连用于给电解系统提供电能；
所述盐酸生成系统与电解系统、中和系统分别连接，中和系统与电解系统连接，制氢系统与中和系统连接。
优选的，所述制氢系统包括：
第一镁粉槽，第一镁粉槽与海水通过第一输送管路连接生成氢气；
储氢罐，储氢罐与第一镁粉槽通过第二输送管路连接，收集第一镁粉槽生成的氢气；
所述中和系统包括第一反应槽、盐酸槽和水槽，第一反应槽通过第三输送管路与第一镁粉槽连接；
所述盐酸槽通过第四输送管路连接第一反应槽，第一反应槽通过第九阀门与水槽连接；
所述电解系统包括氯化镁槽，供电装置连接氯化镁槽。
优选的，所述盐酸生成系统包括第二反应槽，第二反应槽通过第十七阀门连接储氧罐；所述第二反应槽连接盐酸槽，将第二反应槽内的盐酸输送至盐酸槽；
所述氯化镁槽通过第十三阀门连接分离器，分离器通过第五输送管道连接第一镁粉槽；所述分离器通过第十五阀门连接氯气罐，氯气罐连接第二反应槽。
优选的，所述第一输送管路包括第一阀门，第一阀门连接第一离心泵，第一离心泵连接第一调节阀，第一调节阀连接第一流量计，第一流量计连接第二阀门，第二阀门连接电阻丝；
所述电阻丝连接第三阀门，第三阀门连接第一镁粉槽；所述电阻丝控制器，控制器连接温度传感器，温度传感器连接第一镁粉槽；
所述第二输送管道通过第一镁粉槽连接通过第五阀门连接氢气过滤器，氢气过滤器连接第六阀门，第六阀门连接储氢罐。
优选的，所述第三通道包括氢氧化镁沉淀物槽，氢氧化镁沉淀物槽通过连接第七阀门与第一镁粉槽连接；
所述氢氧化镁沉淀物槽通过第八阀门与第一反应槽连接；
所述第四通道包括第十阀门，第十阀门连接第二调节阀，第二调节阀连接第二流量计，第二流量计连接第十一阀门，第十一阀门连接第一反应槽；
所述第一反应槽通过第十二阀门连接氯化镁槽。
优选的，所述盐酸生成系统分为两部分：一部分通过电解系统分解出的氯气与水反应生成盐酸与次氯酸，另一部分通过光照控制系统，分解次氯酸生成盐酸与氧气。
优选的，所述供电装置包括风能发电、太阳能发电和潮汐能发电。
优选的，所述第一镁粉槽通过第四阀门、第二离心泵连接压力传感器。
优选的，所述第五输送管道包括氯气罐，分离器通过第十五阀门与氯气罐连接，氯气罐连接第二反应槽，第二反应槽通过第十六阀门与水槽连接。
一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统的工作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤S1：添加镁粉与水反应得到沉淀物氢氧化镁和氢气，提取氢气到储氢罐中；
步骤S2：将步骤S1得到的氢氧化镁与添加的盐酸反应得到氯化镁和水；
步骤S3：将步骤S2得到氯化镁通电解之后得到镁和氯气；
步骤S4：将步骤S3得到的氯气与水反应得到盐酸与次氯酸
步骤S5：将步骤S4得到的次氯酸通过光照控制系统提供的光照分解得到步骤S2所需的盐酸和氧气，将得到的氧气通过储氧罐进行储存。
与现有技术相比，本发明具有如下改进及优点： 1、通过配合使用制氢系统、中和系统、电解系统以及盐酸生成系统，简化制氢系统复杂度；同时，镁与海水自动反应生成氢氧化镁，不需要太多的过滤海水，获取的氢氧化镁与盐酸反应生成氯化镁，通过电解氯化镁得到所需的镁和氯气，由此构成镁的循环使用，改善电解海水的效率问题，提高电解海水的效率，降低制氢成本。
2、通过海水制氢的方法，节约了淡水资源；同时供电装置采用风能发电、太阳能发电和潮汐能发电，进一步解决电解海水的高成本问题，降低制氢成本，大幅度提高制氢效率，改善电解水制氢的不足。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2是本发明的工作原理图。
图3是本发明的工作流程图。
其中，1海水、2第一阀门、3第一离心泵、4第一调节阀、5第一流量计、6第二阀门、7电阻丝、8第三阀门、9第一镁粉槽、10控制器、11温度传感器、12压力传感器、13第四阀门、14第二离心泵、15第五阀门、16氢气过滤器、17第六阀门、18储氢罐、19第七阀门、20氢氧化镁沉淀物槽、21第八阀门、22第一反应槽、23第九阀门、24水槽、25盐酸槽、26第十阀门、27第二调节阀、28第二流量计、29第十一阀门、30第十二阀门、31氯化镁槽、32供电装置、33第十三阀门、34分离器、35第十四阀门、36第二镁粉槽、37第十五阀门、38氯气罐、39第二反应槽、40第十六阀门、41第十七阀门、42储氧罐、43光照控制系统。
实施方式
以下结合附图对本发明做进一步概述。
如图1所示，一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统，该海水1循环制氢系统包括：
制氢系统，通过镁和海水1反应生成氢氧化镁沉淀物和氢气；
中和系统，用以电解氢氧化镁沉淀物并与盐酸反应得到氯化镁和水；
电解系统，用于电解氯化镁得到制氢系统中所用的镁和氯气；
盐酸生成系统，用于生成盐酸和氧气，通过储氧罐42将氧气进行收集；
供电装置32，供电装置32与电解系统连接用于给电解系统提供电能；
盐酸生成系统与电解系统、中和系统分别连接，中和系统与电解系统连接，制氢系统与中和系统连接。
进一步，制氢系统包括第一镁粉槽9，海水1通过连接第一阀门2，第一阀门2连接第一离心泵3，第一离心泵3连接第一调节阀4，第一调节阀4连接第一流量计5，第一流量计5连接第二阀门6，第二阀门6连接电阻丝7；电阻丝7连接第三阀门8，第三阀门8连接第一镁粉槽9；
其次，电阻丝7连接控制器10，控制器10连接温度传感器11，温度传感器11连接第一镁粉槽9；通过温度传感器11将第一镁粉槽9温度传输至控制器10，控制器10通过调节电阻丝7的温度，从而控制第一镁粉槽9的温度；
第一镁粉槽9连接压力传感器12，压力传感器12通过第四阀门13、第二离心泵14连接第一镁粉槽9；第一镁粉槽9连接储氢罐18，第一镁粉槽9连接通过第五阀门15连接氢气过滤器16，氢气过滤器16连接第六阀门17，第六阀门17连接储氢罐18；将第一镁粉槽9产生的氢气通过氢气过滤器16储存到储氢罐18中。
进一步，中和系统包括第一反应槽22，制氢系统通过镁和海水1反应生成氢氧化镁沉淀物和氢气，第一镁粉槽9连接第七阀门19，第七阀门19连接氢氧化镁沉淀物槽20，氢氧化镁沉淀物槽20存放氢氧化镁沉淀物；氢氧化镁沉淀物槽20连接第八阀门21，第八阀门21连接第一反应槽22；第一反应槽22连接盐酸槽25，通过盐酸槽25连接第十阀门26，第十阀门26连接第二调节阀27，第二调节阀27连接第二流量计28，第二流量计28连接第十一阀门29，第十一阀门29连接第一反应槽，实现第一反应槽22连接盐酸槽25。
进一步，第一反应槽22通过第九阀门23连接水槽24，水槽24连接第十六阀门40，第十六阀门40连接第二反应槽39，第一反应槽22通过第十二阀门30连接氯化镁槽31，实现将中和系统用于氢氧化镁沉淀物与盐酸反应得到氯化镁和水分别送入氯化镁槽31和第二反应槽39；
供电装置32连接氯化镁槽31，供电装置32包括风能发电、太阳能发电和潮汐能发电；氯化镁槽31通过第十三阀门33连接分离器34。
进一步，盐酸生成系统包括第二反应槽39，第二反应槽39通过第十七阀门41连接储氧罐42；第二反应槽39连接盐酸槽25，将第二反应槽39内的盐酸输送至盐酸槽25；分离器34通过第十五阀门37连接氯气罐38，氯气罐38连接第二反应槽39；分离器34通过第十四阀门35连接第二镁粉槽36，第二镁粉槽36连接第一镁粉槽9；第二反应槽39通过光照控制系统43，分解次氯酸生成盐酸与氧气。
一种海上移动新型低品质海水1循环制氢系统的工作方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：添加镁粉与水反应得到沉淀物氢氧化镁和氢气，提取氢气到储氢罐18中；
步骤S2：将步骤S1得到的氢氧化镁与添加的盐酸反应得到氯化镁和水；
步骤S3：将步骤S2得到氯化镁通电解之后得到镁和氯气；
步骤S4：将步骤S3得到的氯气与水反应得到盐酸与次氯酸
步骤S5：将步骤S4得到的次氯酸通过光照控制系统43提供的光照分解得到步骤S2所需的盐酸和氧气，将得到的氧气通过储氧罐42进行储存。
当系统启动时，先从制氢系统开始，海水1通过第一阀门2、第一离心泵3、第一调节阀4流向第一镁粉槽9，开始与镁粉反应，第一镁粉槽9外侧设有加热保温层可以加速镁与水的反应速率，通过控制器10调控电阻丝7所提供的温度及第一离心泵3所提供的压力，反应生成的氢氧化镁沉淀物进入到氢氧化镁沉淀物槽20，通过氢气过滤器16将获取到的氢气通过第五阀门15和第六阀门17进入储氢罐18；而后进入中和系统，通过打开第十阀门26、第十一阀门29、第二调节阀27、第二流量计28调控，将盐酸槽25中的盐酸流向第一反应槽22中，打开第七阀门19、第八阀门21将氢氧化镁沉淀物掺杂进入第一反应槽22，反应得到的水通过打开第九阀门23流向水槽24，得到的氯化镁进入氯化镁槽31；而后进入电解系统，利用供电装置32提供的电能供中和系统所得到的氯化镁电解，打开第十三阀门33、十四阀门35、十五阀门37、分离器34后，将电解出的镁放入第二镁粉槽36，而后进入制氢系统的镁粉槽，循环使用，电解出的氯气放入氯气罐38中；最后进入盐酸生成系统，通过中和系统得到的水槽24中的水通过第十六阀门40流入第二反应槽39，通过电解系统中电解出的氯气罐38中的氯气也进入第二反应槽39，通过光照控制系统43获取到的盐酸流入盐酸槽25循环使用，氧气通过储氧罐42储存。
工作原理：先从镁粉与海水1反应开始，反应生成氢氧化镁沉淀物和氢气，然后得到的氢气通过储氢罐18储存，而氢氧化镁通过与盐酸生成系统提供的盐酸反应得到氯化镁和水，氯化镁通过风能及潮汐能提供的电能电解后得到镁和氯气，接着镁与水继续反应得到氢氧化镁沉淀物和氢气，从而形成一套循环系统；对于盐酸生成系统通过电解氯化镁得到的氯气与水反应利用光照加压降低次氯酸浓度持续向右反应生成盐酸和氧气，氧气可存入储氧罐42中。
以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统，其特征在于：该海水循环制氢系统包括：
制氢系统，通过镁和海水（1）反应生成氢氧化镁沉淀物和氢气；
中和系统，用以电解氢氧化镁沉淀物并与盐酸反应得到氯化镁和水；
电解系统，用于电解氯化镁得到制氢系统中所用的镁和氯气；
盐酸生成系统，用于生成盐酸和氧气，通过储氧罐（42）将氧气进行收集；
供电装置（32），所述供电装置（32）与电解系统连接相连用于给电解系统提供电能；
所述盐酸生成系统与电解系统、中和系统分别连接，中和系统与电解系统连接，制氢系统与中和系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统，其特征在于：所述制氢系统包括：
第一镁粉槽（9），第一镁粉槽（9）与海水（1）通过第一输送管路连接生成氢气；
储氢罐（18），储氢罐（18）与第一镁粉槽（9）通过第二输送管路连接，收集第一镁粉槽（9）生成的氢气；
所述中和系统包括第一反应槽（22）、盐酸槽（25）和水槽（24），第一反应槽（22）通过第三输送管路与第一镁粉槽（9）连接；
所述盐酸槽（25）通过第四输送管路连接第一反应槽（22），第一反应槽（22）通过第九阀门（23）与水槽（24）连接；
所述电解系统包括氯化镁槽（31），供电装置（32）连接氯化镁槽（31）。
3.根据权利要求2所述的一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统，其特征在于：所述盐酸生成系统包括第二反应槽（39），第二反应槽（39）通过第十七阀门（41）连接储氧罐（42）；所述第二反应槽（39）连接盐酸槽（25），将第二反应槽（39）内的盐酸输送至盐酸槽（25）；
所述氯化镁槽（31）通过第十三阀门（33）连接分离器（34），分离器（34）通过第五输送管道连接第二镁粉槽（36）；所述分离器（34）通过第十五阀门（37）连接氯气罐（38），氯气罐（38）连接第二反应槽（39）。
4.根据权利要求2所述的一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统，其特征在于：所述第一输送管路包括第一阀门（2），第一阀门（2）连接第一离心泵（3），第一离心泵（3）连接第一调节阀（4），第一调节阀（4）连接第一流量计（5），第一流量计（5）连接第二阀门（6），第二阀门（6）连接电阻丝（7）；
所述电阻丝（7）连接第三阀门（8），第三阀门（8）连接第一镁粉槽（9）；所述电阻丝（7）连接控制器（10），控制器（10）连接温度传感器（11），温度传感器（11）连接第一镁粉槽（9）；
所述第二输送管道通过第一镁粉槽（9）连接通过第五阀门（15）连接氢气过滤器（16），氢气过滤器（16）连接第六阀门（17），第六阀门（17）连接储氢罐（18）。
5.根据权利要求3所述的一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统，其特征在于：所述第三通道包括氢氧化镁沉淀物槽（20），氢氧化镁沉淀物槽（20）通过连接第七阀门（19）与第一镁粉槽（9）连接；
所述氢氧化镁沉淀物槽（20）通过第八阀门（21）与第一反应槽（22）连接；
所述第四通道包括第十阀门（26），第十阀门（26）连接第二调节阀（27），第二调节阀（27）连接第二流量计（28），第二流量计（28）连接第十一阀门（29），第十一阀门（29）连接第一反应槽（22）；
所述第一反应槽通过第十二阀门（30）连接氯化镁槽（31）。
6.根据权利要求1所述的一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统，其特征在于：所述盐酸生成系统分为两部分：一部分通过电解系统分解出的氯气与水反应生成盐酸与次氯酸，另一部分通过光照控制系统（43），分解次氯酸生成盐酸与氧气。
7.根据权利要求1所述的一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统，其特征在于：所述供电装置（32）包括风能发电、太阳能发电和潮汐能发电。
8.根据权利要求2所述的一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统，其特征在于：所述第一镁粉槽（9）通过第四阀门（13）、第二离心泵（14）连接压力传感器（12）。
9.根据权利要求3所述的一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统，其特征在于：所述第五输送管道包括氯气罐（38），分离器（34）通过第十五阀门（37）与氯气罐（38）连接，氯气罐（38）连接第二反应槽（39），第二反应槽（39）通过第十六阀门（40）与水槽（24）连接。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种海上移动新型低品质海水循环制氢系统的工作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤S1：添加镁粉与水反应得到沉淀物氢氧化镁和氢气，提取氢气到储氢罐（18）中；
步骤S2：将步骤S1得到的氢氧化镁与添加的盐酸反应得到氯化镁和水；
步骤S3：将步骤S2得到氯化镁通电解之后得到镁和氯气；
步骤S4：将步骤S3得到的氯气与水反应得到盐酸与次氯酸
步骤S5：将步骤S4得到的次氯酸通过光照控制系统（43）提供的光照分解得到步骤S2所需的盐酸和氧气，将得到的氧气通过储氧罐（42）进行储存。
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