CN116553479A - 一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统及其工作方法 - Google Patents

一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统及其工作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116553479A
CN116553479A CN202310585763.6A CN202310585763A CN116553479A CN 116553479 A CN116553479 A CN 116553479A CN 202310585763 A CN202310585763 A CN 202310585763A CN 116553479 A CN116553479 A CN 116553479A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tank
module
valve
magnesium
hydrochloric acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310585763.6A
Other languages
English (en)
Inventor
杨兴林
卢小辉
张嘉祺
邹俊虎
霍达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University of Science and Technology
Original Assignee
Jiangsu University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Science and Technology filed Critical Jiangsu University of Science and Technology
Priority to GB2310037.3A priority Critical patent/GB2620296A/en
Publication of CN116553479A publication Critical patent/CN116553479A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/08—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents with metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5236—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F5/00—Compounds of magnesium
    • C01F5/14—Magnesium hydroxide
    • C01F5/22—Magnesium hydroxide from magnesium compounds with alkali hydroxides or alkaline- earth oxides or hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B11/00—Oxides or oxyacids of halogens; Salts thereof
    • C01B11/04—Hypochlorous acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0203—Preparation of oxygen from inorganic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B7/00—Halogens; Halogen acids
    • C01B7/01—Chlorine; Hydrogen chloride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B7/00—Halogens; Halogen acids
    • C01B7/01—Chlorine; Hydrogen chloride
    • C01B7/012—Preparation of hydrogen chloride from the elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F5/00—Compounds of magnesium
    • C01F5/14—Magnesium hydroxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F5/00—Compounds of magnesium
    • C01F5/26—Magnesium halides
    • C01F5/30—Chlorides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F5/00—Compounds of magnesium
    • C01F5/26—Magnesium halides
    • C01F5/30—Chlorides
    • C01F5/32—Preparation of anhydrous magnesium chloride by chlorinating magnesium compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/24—Halogens or compounds thereof
    • C25B1/26—Chlorine; Compounds thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/081—Supplying products to non-electrochemical reactors that are combined with the electrochemical cell, e.g. Sabatier reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/02—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of light metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/04—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C5/00—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses
    • C25C5/02—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses from solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06—Operating or servicing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
    • C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
    • C02F1/4674—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation with halogen or compound of halogens, e.g. chlorine, bromine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/76—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with halogens or compounds of halogens
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/24—Separation of coarse particles, e.g. by using sieves or screens
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统及其工作方法，属于海上低品质绿色能源利用技术领域；包括制氢模块：通过金属镁和海水置换反应生成氢氧化镁沉淀物和氢气；中和模块：用盐酸与氢氧化镁沉淀物中和反应得到氯化镁溶液；电解模块：用于电解氯化镁得到制氢系统中所用的金属镁和氯气；盐酸生成模块：用于生成盐酸和氧气；供电装置模块：供电装置给电解模块提供电能；盐酸生成模块与电解模块、中和模块分别连接，中和模块与电解模块、制氢模块分别连接。本发明通过配合使用制氢模块、中和模块、电解模块以及盐酸生成模块，能利用原生海水获取氢气，简化电解海水的工艺，降低了海水制氢的难度和成本，大幅度提高制氢效率。

Description

一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统及其工 作方法
技术领域
本发明属于海上低品质绿色能源利用技术领域，具体是一种利用低品质海上新能源的海水直接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。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。海水是地球上最大的“氢矿”，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。海水直接电解制氢技术难度较大，目前世界各地基本上处于试验阶段。现有的海水制氢技术多集中在间接海水制氢，间接海水制氢的本质是淡水制氢，其基本原理是将海水先淡化形成高纯度淡水再制氢。海水淡化提纯是一种复杂的工艺过程，需要多种设备和技术的配合，同时也需要大量的能源和资金投入。海水组成复杂，其杂质将导致过滤装置堵塞、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。同时，海水制氢过程中不溶于水的杂质会在催化剂表面和离子交换膜沉积黏附，从而导致离子通道和催化活性位点的堵塞，造成催化剂的失活和离子交换膜的失效等问题。
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利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统及其工作方法。本发明通过海水的简单砂石和有形物过滤后，与镁反应获得氢氧化镁沉淀和氢气，将氢氧化镁与后续的盐酸和电解系统等形成镁和盐酸的循环使用，与镁反应的海水不需要再做任何处理，极大地简化了电解海水制氢的工艺过程，大幅降低了制氢成本。
本发明目的是这样实现的：一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统，其特征在于：该海水直接循环制氢系统包括：
制氢模块，通过镁和海水反应生成氢氧化镁沉淀物和氢气；
中和模块，用以中和氢氧化镁沉淀物与盐酸反应得到氯化镁溶液；
电解模块，用于电解氯化镁得到制氢系统中所用的镁和氯气；
盐酸生成模块，用于生成盐酸和氧气，通过储氧罐将氧气进行收集；
供电装置模块，所述供电装置与电解模块相连用于给电解模块提供电能；
所述盐酸生成模块与电解模块、中和模块分别连接，中和模块与电解模块连接，制氢模块与中和模块连接。
优选的，所述制氢模块包括：
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；
所述中和模块包括第一反应槽、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；
所述电解模块包括氯化镁槽，供电装置连接氯化镁反应槽。
优选的，所述盐酸生成模块包括第二反应槽，第二反应槽连接储氧罐；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；
所述氯化镁反应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反应槽。
优选的，所述盐酸生成模块分为两部分：一部分通过电解模块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模块，分解次氯酸生成盐酸与氧气。
优选的，所述供电装置模块包括风能发电、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。
一种利用低品质海上新能源的海水直接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：添加镁粉与海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溶液；
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模块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.通过配合使用制氢模块、中和模块、电解模块以及盐酸生成模块，简化制氢系统复杂度；同时，镁与原始海水中的水分子置换反应生成氢氧化镁，其它能与镁反应的碳酸根离子、硅酸根离子等，不需要做任何处理，仅是消耗少量部分金属Mg而已；碳酸根离子形成的碳酸镁是溶液，而硅酸根离子形成的硅酸镁是沉淀，氢氧化镁同样是沉淀，降低制氢成本。
2.利用低品质海上新能源进行镁的循环应用，可提高制氢效率，降低制氢成本；获取的氢氧化镁中含少量硅酸镁与盐酸反应生成氯化镁溶液，通过氯化镁电解得到所需的镁和氯气，由此构成镁的循环使用，整个过程不会存在其它副产品，提高镁与盐酸的高效使用，改善电解海水的效率问题，降低制氢成本。
3.充分利用深、远海的低品质海上新能源，解决输、变电难题；位于深、远海的风能发电、太阳能发电供电装置以及潮汐能发电，属于低品质周期性电且输、变电损失和难度非常大。充分利用本系统进行原生海水制氢，可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。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步概述。
如图1所示，一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统，该海水1直接循环制氢系统包括：
制氢模块，通过镁和海水1反应生成氢氧化镁沉淀物和氢气；
中和模块，用以中和氢氧化镁沉淀物与盐酸反应得到氯化镁溶液；
电解模块，用于电解氯化镁得到制氢系统中所用的镁和氯气；
盐酸生成模块，用于生成盐酸和氧气，通过储氧罐42将氧气进行收集；
供电装置模块32，供电装置模块32与电解模块连接用于给电解模块提供电能；
盐酸生成模块与电解模块、中和模块分别连接，中和模块与电解模块连接，制氢模块与中和模块连接。
原生海水直接制氢，不需要对海水做任何处理；镁与原始海水中的水分子置换反应生成氢氧化镁，其它能与镁反应的碳酸根离子、硅酸根离子等，不需要做任何处理，仅是消耗少量部分金属Mg而已；碳酸根离子形成的碳酸镁是溶液，而硅酸根离子形成的硅酸镁是沉淀，氢氧化镁同样是沉淀；获取的氢氧化镁中含少量硅酸镁与盐酸反应生成氯化镁溶液，通过氯化镁电解得到所需的镁和氯气，由此构成镁的循环使用，整个过程不会存在其它副产品；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。
进一步，制氢模块包括第一镁粉槽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，中和模块包括第一反应槽22，制氢模块通过镁和海水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连接氯化镁反应槽31，实现将中和模块用于氢氧化镁沉淀物与盐酸反应得到氯化镁溶液送入氯化镁反应槽31；
供电装置模块32连接氯化镁反应槽31，供电装置模块32包括风能发电、太阳能发电和潮汐能发电；氯化镁反应槽31通过第十三阀门33连接分离器34。
进一步，盐酸生成模块包括第二反应槽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通过光照控制模块43，分解次氯酸生成盐酸与氧气。
一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统的工作方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：添加镁粉与海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溶液；
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模块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，先从制氢模块开始，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；而后进入中和模块，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，得到的氯化镁溶液进入氯化镁反应槽31；而后进入电解模块，利用供电装置模块32提供的电能供中和模块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，而后进入制氢模块的镁粉槽，循环使用，电解出的氯气放入氯气罐38中；最后进入盐酸生成模块，通过中和模块得到的水槽24中的水通过第十六阀门40流入第二反应槽39，通过电解模块中电解出的氯气罐38中的氯气也进入第二反应槽39，通过光照控制模块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，原生海水直接制氢，不需要对海水做任何处理；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模块提供的盐酸反应得到氯化镁溶液，氯化镁通过太阳能、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；对于盐酸生成模块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。
通过配合使用制氢模块、中和模块、电解模块以及盐酸生成模块，能利用原生海水1获取氢气，不需要对原生海水1进行过滤和提纯过程，直接改变了目前直接电解海水1制氢需要先制取纯水的工艺过程，即使最新进展中的原位电解海水制氢亦同样存在不能直接利用原生海水的问题，简化了电解海水的工艺，降低了海水制氢的难度和成本，大幅度提高制氢效率，很快地在实际中得到应用。
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)

1.一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统，其特征在于：该海水直接循环制氢系统包括：
制氢模块，通过镁和海水(1)反应生成氢氧化镁沉淀物和氢气；
中和模块，用以中和氢氧化镁与盐酸反应得到氯化镁溶液；
电解模块，用于电解氯化镁得到制氢系统中所用的镁和氯气；
盐酸生成模块，用于生成盐酸和氧气，通过储氧罐(42)将氧气进行收集；
供电装置模块(32)，所述供电装置模块(32)与电解模块相连用于给电解模块提供电能；
所述盐酸生成模块与电解模块、中和模块分别连接，中和模块与电解模块连接，制氢模块与中和模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统，其特征在于：所述制氢模块包括：
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；
所述中和模块包括第一反应槽(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；
所述电解模块包括氯化镁槽(31)，供电装置模块(32)连接氯化镁反应槽(31)。
3.根据权利要求1所述的一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统，其特征在于：所述盐酸生成模块包括第二反应槽(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)；
所述氯化镁反应槽(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1所述的一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统，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1所述的一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统，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)连接氯化镁反应槽(31)。
6.根据权利要求1所述的一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统，其特征在于：所述盐酸生成模块分为两部分：一部分通过电解模块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模块(43)，分解次氯酸生成盐酸与氧气。
7.根据权利要求1所述的一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统，其特征在于：所述供电装置模块(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1所述的一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统，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1所述的一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统，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利用低品质海上新能源的海水直接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：添加镁粉与海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模块(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。
CN202310585763.6A 2023-01-30 2023-05-23 一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统及其工作方法 Pending CN116553479A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB2310037.3A GB2620296A (en) 2023-01-30 2023-06-30 Direct seawater circulation and hydrogen production system utilizing low-quality marine new energy and working method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2023100453636 2023-01-30
CN202310045363.6A CN115924843A (zh) 2023-01-30 2023-01-30 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

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116553479A true CN116553479A (zh) 2023-08-08

Family

ID=86552664

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310045363.6A Pending CN115924843A (zh) 2023-01-30 2023-01-30 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
CN202310585763.6A Pending CN116553479A (zh) 2023-01-30 2023-05-23 一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统及其工作方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310045363.6A Pending CN115924843A (zh) 2023-01-30 2023-01-30 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

Country Status (2)

Country Link
CN (2) CN115924843A (zh)
GB (1) GB2620296A (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115924843A (zh) * 2023-01-30 2023-04-07 江苏科技大学 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

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108163809A (zh) * 2018-03-09 2018-06-15 卢振华 一种循环使用的镁能源环保解决方案
CN113860339A (zh) * 2021-10-15 2021-12-31 西安热工研究院有限公司 一种利用可再生能源发电的固碳海水提镁能源系统及方法
CN115924843A (zh) * 2023-01-30 2023-04-07 江苏科技大学 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

Also Published As

Publication number Publication date
GB202310037D0 (en) 2023-08-16
CN115924843A (zh) 2023-04-07
GB2620296A (en) 2024-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111663150B (zh) 一种波动型功率输入的电解水制氢方法及其装置
CN103526224B (zh) 一种连续电解制备高纯四乙基氢氧化铵的方法
WO2014007033A1 (ja) 塩排水の処理方法及びその処理装置
CN113502485B (zh) 火电厂电解海水制氢系统和方法
CN116553479A (zh) 一种利用低品质海上新能源的海水直接循环制氢系统及其工作方法
CN104828938B (zh) 一种含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置
CN105110554B (zh) 一种耦合（光）催化与mfc去除水中硝酸盐氮的系统
CN213680909U (zh) 电解水氢热联供装置
CN201971901U (zh) 用于金属粉末还原和燃料电池的环保制氢装置
CN112281180A (zh) 一种双极膜电解浓海水制氯的方法
CN210458376U (zh) 一种利用火电厂的电能电解盐水制烧碱系统
CN105063108B (zh) 一种生物电渗析生产苹果酸的强化方法
CN108793190B (zh) 一种无co2排放的氨气制备装置及制备方法
US10145015B2 (en) Hydrogen generating system and method using geothermal energy
CN111377535A (zh) 一种耦合电化学氧化氨氮的厌氧正渗透膜生物反应器工艺
CN215251227U (zh) 一种离子膜法烧碱生产中氯酸盐分解装置
US20130287162A1 (en) Integrated process for water-hydrogen-electricity nuclear gas-cooled reactor
CN203613055U (zh) 高盐高氯废水处理装置
CN114032563A (zh) 一种基于波浪能供电的海上固体氧化物电解池共电解系统
CN210122593U (zh) 一种核电站电解槽制烧碱调峰系统
WO2021242150A1 (en) A device for producing hydrogen and a method of producing hydrogen using this device
CN202170259U (zh) 高回收率反渗透系统电解设备
CN217323640U (zh) 一种生产铜箔的废水处理连续循环联动系统
CN218596531U (zh) 一种以海水为原料的制氢设备
CN217104083U (zh) 一种基于可再生能源发电耦合海水淡化制氢系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination