EA040225B1 - REGULATION OF THE COMPOSITION OF THE PROCESS FLOW TO INCREASE THE PRODUCTIVITY OF THE ELECTROLYZER - Google Patents

REGULATION OF THE COMPOSITION OF THE PROCESS FLOW TO INCREASE THE PRODUCTIVITY OF THE ELECTROLYZER Download PDF

Info

Publication number
EA040225B1
EA040225B1 EA202091657 EA040225B1 EA 040225 B1 EA040225 B1 EA 040225B1 EA 202091657 EA202091657 EA 202091657 EA 040225 B1 EA040225 B1 EA 040225B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
fluid
inlet
cell
stream
unit
Prior art date
Application number
EA202091657
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Джошуа Гриффис
Саймон П. Дьюкс
Ли-Шиан Лян
Даррен Дэйл
Майкл Дж. Шо
Пол Беддоус
Джордж И. Гу
Original Assignee
Эвокуа Уотер Текнолоджиз Ллк
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 Эвокуа Уотер Текнолоджиз Ллк filed Critical Эвокуа Уотер Текнолоджиз Ллк
Publication of EA040225B1 publication Critical patent/EA040225B1/en

Links

Description

Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross-reference to related application

Согласно п.35 U.S.C. §119(е) настоящая заявка претендует на приоритет предварительной патентной заявки US 62/635731, озаглавленной REGULATION OF PROCESS STREAM COMPOSITION FOR IMPROVED ELECTROLYZER#PERFORMANCE (Регулирование состава технологического потока для повышения производительности электролизера), поданной 27 февраля 2018 г., содержание которой полностью включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.35 U.S.C. §119(e) this application claims priority of provisional patent application US 62/635731 entitled REGULATION OF PROCESS STREAM COMPOSITION FOR IMPROVED ELECTROLYZER#PERFORMANCE, filed Feb. 27, 2018, the contents of which are in full incorporated herein by reference for all purposes.

Область техникиTechnical field

В целом, рассмотренные в настоящей работе аспекты и примеры осуществления относятся к электрохимическим устройствам и, в частности, к ячейкам для электрохлорирования и устройствам, системам и способам, в которых их применяют.In general, the aspects and embodiments discussed in this paper relate to electrochemical devices and, in particular, to electrochlorination cells and devices, systems and methods in which they are used.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Электрохимические устройства, применяемые для получения раствора продукта из подаваемого потока в результате химических реакций на электродах, широко применяются в промышленности и коммунально-бытовых отраслях. Примеры таких реакций включают следующее.Electrochemical devices used to obtain a solution of the product from the feed stream as a result of chemical reactions on the electrodes are widely used in industry and domestic industries. Examples of such reactions include the following.

А1. Электрохлорирование с образованием гипохлорита натрия из хлорида натрия и воды.A1. Electrochlorination to form sodium hypochlorite from sodium chloride and water.

Реакция на аноде: 2СГ -Э С12 + 2еReaction at the anode: 2SG -E C1 2 + 2e

Реакция на катоде: 2Na+ + 2Н2О +2е -Э 2NaOH + Н2 Reaction at the cathode: 2Na + + 2H 2 O + 2e -E 2NaOH + H 2

В растворе: С12 + 2OIT -Э СЮ' + СГ + Н2ОIn solution: C1 2 + 2OIT -E SU' + SG + H 2 O

Суммарная реакция: NaCI + Н2О -Э NaOCI + Н2 Overall reaction: NaCI + H 2 O -E NaOCI + H 2

Е°ох = -1,36 В (Образование хлора)E ° oh \u003d -1.36 V (Formation of chlorine)

E°red = -0,83 В (Образование водорода)E°red = -0.83 V (Hydrogen production)

Е°ЯЧейки = -2,19ВE ° YCH eyki \u003d -2.19V

А2. Условия реакции осаждения.A2. Precipitation reaction conditions.

Гидроксид магния: Mg2+ + 2OIT -Э Мд (ОН)2 Magnesium hydroxide: Mg 2+ + 2OIT -E Md (OH) 2

Карбонат кальция: Са2+ + СО32' -Э СаСО3Calcium carbonate: Ca 2+ + CO3 2 '-E CaCO3

В. Образование гидроксида натрия и хлора из хлорида натрия и воды, если анод и катод отделены друг от друга катионообменной мембраной.B. The formation of sodium hydroxide and chlorine from sodium chloride and water, if the anode and cathode are separated from each other by a cation exchange membrane.

Реакция на аноде: 2СГ -> С12 + 2еReaction at the anode: 2SG -> C1 2 + 2e

Реакция на катоде: 2Н2О + 2е -> 2ОН' + Н2 Reaction at the cathode: 2H 2 O + 2e ->2OH' + H 2

Суммарная реакция: 2NaC1 + 2Н2О -> 2NaOH + С12+ Н2 Overall reaction: 2NaC1 + 2H 2 O -> 2NaOH + C1 2 + H 2

С. Окислительно-восстановительная ванадиевая батарея для хранения энергии, в которой электроды разделены проницаемой для протонов мембраной.C. A redox vanadium energy storage battery in which the electrodes are separated by a proton-permeable membrane.

При зарядке:When charging:

Реакция на первом электроде: V3+ + е V2+ Reaction on the first electrode: V 3+ + e V 2+

Реакция на втором электроде: V4+ -> V5+ + еReaction on the second electrode: V 4+ -> V 5+ + e

При разрядке:When discharging:

Реакция на первом электроде: V2+ -Э V3+ + еReaction on the first electrode: V 2+ -E V 3+ + e

Реакция на втором электроде: V5+ + е V4+ Reaction on the second electrode: V 5+ + e V 4+

В некоторых примерах осуществления устройства для электрохлорирования могут быть применены для получения гипохлорита натрия из хлорида натрия, содержащегося в морской воде.In some embodiments, electrochlorination devices can be used to produce sodium hypochlorite from sodium chloride found in sea water.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Один из аспектов настоящего изобретения относится к электрохимической ячейке. Электрохимическая ячейка включает корпус, имеющий впускное отверстие, выпускное отверстие и центральную ось, а также пару анод-катод, расположенную внутри корпуса по существу концентрически относительно центральной оси и ограничивающую активную площадь между анодом и катодом пары анод-катод, где активная площадь поверхности по меньшей мере одного из электродов, включающих анод и катод, превышает площадь внутренней поверхности корпуса, и пара анод-катод сконструирована и размещена с возможностью направлять всю текучую среду, пропускаемую через электрохимическую ячейку, в осевом направлении через активную площадь.One aspect of the present invention relates to an electrochemical cell. The electrochemical cell includes a housing having an inlet, an outlet and a central axis, as well as an anode-cathode pair located inside the housing essentially concentrically with respect to the central axis and limiting the active area between the anode and cathode of the anode-cathode pair, where the active surface area is at least the measure of one of the electrodes, including the anode and the cathode, exceeds the area of the inner surface of the housing, and the anode-cathode pair is designed and placed with the ability to direct the entire fluid flowing through the electrochemical cell in the axial direction through the active area.

В некоторых примерах осуществления общая плотность размещения электродов в электрохимической ячейке составляет по меньшей мере приблизительно 2 мм-1.In some embodiments, the overall density of the placement of electrodes in the electrochemical cell is at least about 2 mm -1 .

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка дополнительно включает центральный внутренний элемент, расположенный в электрохимической ячейке и сконструированный с возможностью блокировать течение текучей среды через часть электрохимической ячейки, расположенную вдоль центральной оси, причем центральный внутренний элемент не связан с по меньшей мере одним из электродов пары анод-катод.In some embodiments, the electrochemical cell further includes a central internal element located in the electrochemical cell and designed to block the flow of fluid through a portion of the electrochemical cell located along the central axis, and the central internal element is not associated with at least one of the electrodes of the anode- cathode.

В некоторых примерах осуществления пара анод-катод спирально навита вокруг центральной оси.In some embodiments, the anode-cathode pair is helically wound around a central axis.

- 1 040225- 1 040225

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка дополнительно включает один или более спирально навитых биполярных электродов. В некоторых примерах осуществления анод смещен в боковом направлении относительно катода по длине электрохимической ячейки.In some embodiments, the electrochemical cell further includes one or more helically wound bipolar electrodes. In some embodiments, the anode is offset laterally relative to the cathode along the length of the electrochemical cell.

В некоторых примерах осуществления по меньшей мере один из электродов, включающих анод и катод, представляет собой жесткий электрод. Как анод, так и катод может включать титановую пластину, и на поверхность анода может быть нанесено устойчивое к окислению покрытие, материал которого выбран из группы, состоящей из платины и смешанных оксидов металлов. Как анод, так и катод может включать один или более следующих металлов: титан, никель и алюминий. На поверхность анода может быть нанесено устойчивое к окислению покрытие, материал которого выбран из группы, состоящей из платины, смешанных оксидов металлов, магнетита, феррита, кобальтовой шпинели, тантала, палладия, иридия, золота и серебра. По меньшей мере один из электродов, включающих анод и катод, может быть проницаем для текучей среды и/или может включать перфорированную титановую пластину.In some embodiments, at least one of the anode and cathode electrodes is a rigid electrode. Both the anode and the cathode may include a titanium plate, and an oxidation resistant coating may be applied to the surface of the anode, the material of which is selected from the group consisting of platinum and mixed metal oxides. Both the anode and the cathode may include one or more of the following metals: titanium, nickel, and aluminum. The anode surface may be coated with an oxidation resistant coating material selected from the group consisting of platinum, mixed metal oxides, magnetite, ferrite, cobalt spinel, tantalum, palladium, iridium, gold and silver. At least one of the electrodes comprising an anode and a cathode may be fluid-permeable and/or may include a perforated titanium plate.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка дополнительно включает разделитель, сконструированный с возможностью создавать зазор между анодом и катодом, причем разделитель способен пропускать раствор электролита через активную площадь. Разделитель может включать втулку, имеющую спицы с пазами которые взаимодействуют с краями по меньшей мере одного из электродов, включающих анод и катод. Втулка может дополнительно включать электрический разъем, сконструированный с возможностью образования электрического соединения между одним из электродов, включающих анод и катод, и источником электрического тока.In some embodiments, the electrochemical cell further includes a separator designed to create a gap between the anode and cathode, and the separator is able to pass the electrolyte solution through the active area. The spacer may include a sleeve having slotted spokes that engage edges of at least one of the electrodes, including the anode and cathode. The sleeve may further include an electrical connector designed to form an electrical connection between one of the electrodes comprising an anode and a cathode and an electrical current source.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка дополнительно включает втулку, включающую спицы, находящиеся в электрическом контакте с одним из электродов, включающих анод и катод. Спицы могут иметь пазы, которые взаимодействуют с краями одного из электродов, включающих анод и катод, и сохраняют зазор между витками спирально навитой пары анод-катод.In some embodiments, the electrochemical cell further includes a sleeve including spokes in electrical contact with one of the electrodes, including an anode and a cathode. The spokes may have grooves that interact with the edges of one of the electrodes, including the anode and cathode, and maintain a gap between the turns of the spirally wound anode-cathode pair.

В некоторых примерах осуществления центральный внутренний элемент включает непроводящий внутренний элемент, расположенный внутри самого глубоколежащего витка пары анод-катод.In some embodiments, the central inner member includes a non-conductive inner member located within the deepest turn of the anode-cathode pair.

В некоторых примерах осуществления пара анод-катод включает совокупность концентрических трубчатых электродов и зазоров, расположенных между соседними трубчатыми электродами. Совокупность концентрических трубчатых электродов может включать одну из следующих совокупностей: совокупность трубчатых анодов (анодных электродов) и совокупность трубчатых катодов (катодных электродов). Одна из следующих совокупностей: совокупность трубчатых анодов и совокупность трубчатых катодов может состоять из жестких электродов.In some embodiments, the anode-cathode pair includes a plurality of concentric tubular electrodes and gaps located between adjacent tubular electrodes. The set of concentric tubular electrodes may include one of the following sets: the set of tubular anodes (anode electrodes) and the set of tubular cathodes (cathode electrodes). One of the following sets: the set of tubular anodes and the set of tubular cathodes may consist of rigid electrodes.

В некоторых примерах осуществления совокупность концентрических трубчатых электродов включает совокупность трубчатых анодов и совокупность трубчатых катодов.In some embodiments, the plurality of concentric tubular electrodes includes a plurality of tubular anodes and a plurality of tubular cathodes.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка сконструирована с возможностью пропускать электрический ток (прямой (постоянный) ток и/или переменный ток) через раствор электролита от трубчатого анода к трубчатому катоду за один проход.In some embodiments, the electrochemical cell is designed to pass an electrical current (direct (direct) current and/or alternating current) through the electrolyte solution from the tubular anode to the tubular cathode in a single pass.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка дополнительно включает биполярный трубчатый электрод, расположенный между трубчатым анодом и трубчатым катодом.In some embodiments, the electrochemical cell further includes a bipolar tubular electrode positioned between the tubular anode and the tubular cathode.

В некоторых примерах осуществления трубчатый анод смещен в боковом направлении по длине электрохимической ячейки относительно трубчатого катода, имеющего такой же диаметр, что и трубчатый анод. Электрохимическая ячейка может включать трубчатый электрод, включающий анодную половину и катодную половину.In some embodiments, the tubular anode is laterally offset along the length of the electrochemical cell relative to a tubular cathode having the same diameter as the tubular anode. The electrochemical cell may include a tubular electrode including an anode half and a cathode half.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка дополнительно включает совокупность биполярных трубчатых электродов, расположенных между соответствующими концентрически расположенными соседними парами трубчатых анодов и трубчатых катодов.In some embodiments, the electrochemical cell further includes a plurality of bipolar tubular electrodes positioned between respective concentrically adjacent pairs of tubular anodes and tubular cathodes.

В некоторых примерах осуществления по меньшей мере одна из совокупности трубчатых анодов и совокупности трубчатых катодов перфорирована и/или проницаема для текучей среды.In some embodiments, at least one of the plurality of tubular anodes and the plurality of tubular cathodes is perforated and/or fluid-permeable.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка дополнительно включает по меньшей мере один разделитель, расположенный между соседними трубчатыми электродами, где по меньшей мере один разделитель сконструирован с возможностью ограничивать и поддерживать зазор между соседними трубчатыми электродами. Разделитель может пропускать поток раствора электролита через зазор, образованный между соседними трубчатыми электродами.In some embodiments, the electrochemical cell further includes at least one spacer positioned between adjacent tubular electrodes, wherein the at least one spacer is configured to limit and maintain a gap between adjacent tubular electrodes. The separator may allow the electrolyte solution to flow through a gap formed between adjacent tubular electrodes.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка дополнительно включает металлическую втулку, включающую спицы, соединенные электрическим соединением с краями совокупности концентрических трубчатых электродов. Каждая спица может включать пазы, которые взаимодействуют с краями совокупности концентрических трубчатых электродов, поддерживая зазоры между соседними трубчатыми электродами в совокупности концентрических трубчатых электродов.In some embodiments, the electrochemical cell further includes a metal sleeve including spokes electrically connected to the edges of the array of concentric tubular electrodes. Each spoke may include slots that engage with the edges of the concentric tubular electrode array to maintain gaps between adjacent tubular electrodes in the concentric tubular electrode array.

В некоторых примерах осуществления центральный внутренний элемент включает концевую заглушку, расположенную на конце самого глубоколежащего концентрического трубчатого электрода электрохимической ячейки.In some embodiments, the central inner member includes an end plug located at the end of the deepest concentric tubular electrode of the electrochemical cell.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка имеет скругленное поперечное сечение.In some embodiments, the electrochemical cell has a rounded cross section.

- 2 040225- 2 040225

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка дополнительно включает электрический разъем, соединенный электрическим соединением с одним из электродов, включающих анод и катод, где электрический разъем включает по меньшей мере два материала, имеющие различные величины сопротивления к химической атаке раствором электролита. По меньшей мере два материала могут включать первый материал и второй материал, и электрический разъем может включать проницаемую для текучей среды деталь, изготовленную из первого материала. Проницаемая для текучей среды деталь может включать совокупность отверстий.In some embodiments, the electrochemical cell further includes an electrical connector electrically connected to one of the anode and cathode electrodes, wherein the electrical connector includes at least two materials having different resistances to chemical attack by the electrolyte solution. The at least two materials may include a first material and a second material, and the electrical connector may include a fluid-permeable piece made from the first material. The fluid-permeable part may include a plurality of holes.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка включает пластину или деталь из второго материала, соединенную с проницаемой для текучей среды деталью, полученной из первого материала, с помощью одного или более механических крепежных элементов.In some embodiments, the electrochemical cell includes a plate or piece of a second material connected to a fluid-permeable piece made of a first material by one or more mechanical fasteners.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка включает пластину или деталь из второго материала, соединенную с проницаемой для текучей среды деталью, полученной из первого материала, посредством посадки с натягом.In some embodiments, the electrochemical cell includes a plate or piece of a second material connected to a fluid-permeable piece made of the first material by an interference fit.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка включает пластину или деталь из второго материала, соединенную с проницаемой для текучей среды деталью, полученной из первого материала, с помощью резьбы, изготовленной на крае проницаемой для текучей среды детали, полученной из первого материала.In some embodiments, the electrochemical cell includes a plate or piece of a second material connected to a fluid-permeable piece made from the first material via a thread formed on the edge of the fluid-permeable piece made from the first material.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка включает деталь, полученную из второго материала, соединенную с проницаемой для текучей среды деталью, полученной из первого материала, резьбой, образованной на цилиндрической части детали, полученной из второго материала.In some embodiments, the electrochemical cell includes a piece made from a second material connected to a fluid-permeable piece made from a first material by a thread formed on a cylindrical portion of the piece made from a second material.

В некоторых примерах осуществления электрохимическая ячейка включает деталь, полученную из второго материала, приваренную к детали, полученной из первого материала.In some embodiments, the electrochemical cell includes a piece made from a second material welded to a piece made from a first material.

Другой аспект относится к системе, включающей электрохимическую ячейку. Электрохимическая ячейка включает корпус, имеющий впускное отверстие, выпускное отверстие и центральную ось и пару анод-катод, расположенную внутри корпуса по существу концентрически относительно центральной оси и ограничивающую активную площадь между анодом и катодом пары анод-катод, где активная площадь поверхности по меньшей мере одного из электродов, включающих анод и катод, превышает площадь внутренней поверхности корпуса, и пара анод-катод сконструирована и размещена с возможностью направлять всю текучую среду, пропускаемую через электрохимическую ячейку, в осевом направлении через активную площадь. Система дополнительно включает источник электролита, находящийся в гидравлическом взаимодействии с электрохимической ячейкой. Электрохимическая ячейка сконструирована с возможностью генерировать из электролита, направляемого из источника электролита, один или более продуктов реакции и выпускать один или более продуктов реакции. Система дополнительно включает участок применения одного или более продуктов реакции, генерируемых электрохимической ячейкой. Один или более продуктов реакции могут включать дезинфицирующее средство. Дезинфицирующее средство может включать гипохлорит натрия или по существу состоять из гипохлорита натрия.Another aspect relates to a system including an electrochemical cell. The electrochemical cell includes a housing having an inlet, an outlet and a central axis and an anode-cathode pair located inside the housing substantially concentrically with respect to the central axis and delimiting the active area between the anode and cathode of the anode-cathode pair, where the active surface area of at least one of the electrodes, including the anode and cathode, exceeds the area of the inner surface of the housing, and the anode-cathode pair is designed and placed with the ability to direct all the fluid passed through the electrochemical cell in the axial direction through the active area. The system additionally includes an electrolyte source in fluid communication with the electrochemical cell. The electrochemical cell is designed to generate one or more reaction products from an electrolyte supplied from an electrolyte source and to release one or more reaction products. The system further includes a site for applying one or more reaction products generated by the electrochemical cell. One or more reaction products may include a disinfectant. The disinfectant may include sodium hypochlorite or essentially consist of sodium hypochlorite.

В некоторых примерах осуществления источник электролита включает одно из следующих веществ: солевой раствор (концентрированный раствор солей, рассол) или морскую воду.In some embodiments, the source of the electrolyte includes one of the following: saline (brine, brine) or sea water.

В некоторых примерах осуществления система установлена либо на корабле, либо на нефтяной платформе.In some embodiments, the system is installed either on a ship or on an oil platform.

В некоторых примерах осуществления участок применения включает одну из следующих систем: систему охлаждения водой или балластный резервуар.In some embodiments, the application site includes one of the following systems: a water cooling system or a ballast tank.

В некоторых примерах осуществления система установлена в наземной нефтедобывающей системе, причем участок применения представляет собой глубинную часть скважины нефтедобывающей системы.In some embodiments, the system is installed in a surface oil production system, with the site of application being the downhole portion of the oil production system.

Другой аспект относится к электрохимической ячейке. Электрохимическая ячейка включает расположенные в корпусе катод и анод, между которыми ограничен зазор, причем как катод, так и анод включают дуговидно изогнутые части; активная площадь поверхности анода превышает площадь внутренней поверхности корпуса, и активная площадь поверхности катода превышает площадь внутренней поверхности корпуса, и при этом катод и анод сконструированы с возможностью и размещены с возможностью направлять всю текучую среду, пропускаемую через электрохимическую ячейку в осевом направлении через зазор.Another aspect relates to an electrochemical cell. The electrochemical cell includes a cathode and an anode located in the housing, between which the gap is limited, and both the cathode and the anode include arcuate curved parts; the active surface area of the anode exceeds the area of the inner surface of the housing, and the active surface area of the cathode exceeds the area of the inner surface of the housing, and at the same time the cathode and the anode are designed with the ability and placed with the ability to direct the entire fluid flowing through the electrochemical cell in the axial direction through the gap.

В некоторых примерах осуществления анод включает совокупность пластин, размещенных в направлении от дуговидно изогнутого основания, и катод включает совокупность пластин, размещенных в направлении от дуговидно изогнутого основания, причем совокупность пластин анода находится в чередовании с совокупностью пластин катода.In some embodiments, the anode includes a plurality of plates disposed away from the arcuate base, and the cathode includes a plurality of plates disposed away from the arcuate base, the plurality of anode plates being in alternation with the plurality of cathode plates.

Другой аспект относится к электрохимической ячейке. Электрохимическая ячейка включает расположенные в корпусе катод и анод, между которыми ограничен зазор, причем как катод, так и анод включают часть, соответствующую по форме соответственным частям внутренней поверхности корпуса; активная площадь поверхности анода превышает площадь внутренней поверхности корпуса, и активная площадь поверхности катода превышает площадь внутренней поверхности корпуса, и при этом катод и анод сконструированы с возможностью и размещены с возможностью направлять всю текучую среду, пропускаемую через электрохимическую ячейку в осевом направлении через зазор. По меньшей мереAnother aspect relates to an electrochemical cell. The electrochemical cell includes a cathode and an anode located in the housing, between which the gap is limited, and both the cathode and the anode include a part corresponding in shape to the corresponding parts of the inner surface of the housing; the active surface area of the anode exceeds the area of the inner surface of the housing, and the active surface area of the cathode exceeds the area of the inner surface of the housing, and at the same time the cathode and the anode are designed with the ability and placed with the ability to direct the entire fluid flowing through the electrochemical cell in the axial direction through the gap. At least

- 3 040225 один из электродов, включающих анод и катод, может включать профилированную часть.- 3 040225 one of the electrodes, including the anode and cathode, may include a profiled part.

Другой аспект относится к системе электрохлорирования. Система включает электролизер, который выполнен с возможностью гидравлического соединения между источником подаваемой текучей среды и выпуском для получаемой текучей среды, и подсистему, сконструированную с возможностью выполнения одной из следующих операций: повышения рН подаваемой текучей среды или повышения отношения содержания одновалентных ионов к содержанию двухвалентных ионов в подаваемой текучей среде, где подсистема расположена выше по потоку относительно электролизера.Another aspect relates to the electrochlorination system. The system includes an electrolyser that is configured to be hydraulically connected between a source of supplied fluid and an outlet for the resulting fluid, and a subsystem designed to perform one of the following operations: increase the pH of the supplied fluid or increase the ratio of the content of monovalent ions to the content of divalent ions in supplied fluid, where the subsystem is located upstream relative to the cell.

В некоторых примерах осуществления подсистема включает нанофильтрационную установку, имеющую впускное отверстие, выполненное с возможностью гидравлического соединения с источником подаваемой текучей среды, где установка сконструирована с возможностью разделения подаваемой текучей среды на ретентат и пермеат (фильтрат), где ретентат имеет более высокое отношение содержания двухвалентных ионов к содержанию одновалентных ионов, чем пермеат, и установка имеет выпускное отверстие для пермеата, сконструированное с возможностью подачи пермеата во впускное отверстие электролизера.In some embodiments, the subsystem includes a nanofiltration unit having an inlet configured to be hydraulically coupled to a source of feed fluid, where the unit is designed to separate the feed fluid into retentate and permeate (filtrate), where the retentate has a higher ratio of divalent ions to monovalent ion content than the permeate, and the plant has a permeate outlet designed to supply permeate to the cell inlet.

В некоторых примерах осуществления нанофильтрационная установка сконструирована с возможностью получения пермеата, в котором концентрация одновалентных ионов на величину от 2 до 10% ниже концентрации одновалентных ионов в подаваемой текучей среде.In some embodiments, the nanofiltration unit is designed to produce a permeate in which the concentration of monovalent ions is 2 to 10% lower than the concentration of monovalent ions in the feed fluid.

В некоторых примерах осуществления нанофильтрационная установка сконструирована с возможностью получения пермеата, в котором концентрация двухвалентных ионов на величину от 50 до 90% ниже концентрации двухвалентных ионов в подаваемой текучей среде.In some embodiments, the nanofiltration unit is designed to produce a permeate in which the concentration of divalent ions is 50 to 90% lower than the concentration of divalent ions in the feed fluid.

В некоторых примерах осуществления подсистема включает установку электродиализа, имеющую впускное отверстие, выполненное с возможностью гидравлического соединения с источником подаваемой текучей среды, где установка электродиализа включает одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам, и выпускное отверстие для потока концентрата, находящееся в гидравлическом взаимодействии с впускным отверстием электролизера. Установка электродиализа может быть сконструирована таким образом, что она способна разделять подаваемую текучую среду на поток разбавленного раствора и поток концентрата и переносить преимущественно одновалентные ионы из потока разбавленного раствора в поток концентрата. Установка электродиализа может быть сконструирована таким образом, что ее функционирование приводит к повышению концентрации одновалентных ионов в потоке концентрата на величину от 3 до 400% по сравнению с подаваемой жидкостью.In some exemplary embodiments, the subsystem includes an electrodialysis unit having an inlet configured to be hydraulically connected to a supply fluid source, where the electrodialysis unit includes one or more monovalent ion selective membranes and an outlet for the concentrate stream located in the hydraulic interaction with the cell inlet. The electrodialysis unit may be designed such that it is capable of separating the feed fluid into a dilute solution stream and a concentrate stream and transfer predominantly monovalent ions from the dilute solution stream to the concentrate stream. The electrodialysis unit can be designed in such a way that its operation leads to an increase in the concentration of monovalent ions in the concentrate stream by 3 to 400% compared to the feed liquid.

В некоторых примерах осуществления подсистема включает установку электродиализа, имеющую впускное отверстие, выполненное с возможностью гидравлического соединения с источником подаваемой текучей среды, а установка электродиализа включает одну или более биполярных мембран и имеет выпускное отверстие, сконструированное с возможностью направлять поток текучей среды, имеющий повышенную кислотность по сравнению с подаваемой текучей средой, во впускное отверстие электролизера.In some exemplary embodiments, the subsystem includes an electrodialysis unit having an inlet configured to be hydraulically connected to a supply fluid source, and the electrodialysis unit includes one or more bipolar membranes and has an outlet designed to direct fluid flow having increased acidity along compared with the supplied fluid, into the cell inlet.

В некоторых примерах осуществления подсистема включает установку электродиализа, имеющую впускное отверстие, выполненное с возможностью гидравлического соединения с источником подаваемой текучей среды, где установка электродиализа включает одну или более биполярных мембран и выпускное отверстие, сконструированное с возможностью направлять поток текучей среды, имеющий повышенную кислотность по сравнению с подаваемой текучей средой, во впускное отверстие нанофильтрационной установки, расположенной выше по потоку относительно электролизера. Нанофильтрационная установка может быть сконструирована с возможностью разделения потока текучей среды на ретентат и пермеат, где ретентат имеет более высокое отношение содержания двухвалентных ионов к содержанию одновалентных ионов, чем пермеат, и нанофильтрационная установка включает выпускное отверстие для пермеата, сконструированное с возможностью подачи пермеата во впускное отверстие электролизера.In some embodiments, the subsystem includes an electrodialysis unit having an inlet configured to be in fluid communication with a source of fluid supply, where the electrodialysis unit includes one or more bipolar membranes and an outlet designed to direct a fluid stream having an increased acidity compared to with the supplied fluid, into the inlet of the nanofiltration unit located upstream of the electrolytic cell. The nanofiltration plant can be designed to separate the fluid stream into retentate and permeate, where the retentate has a higher ratio of divalent ions to monovalent ions than the permeate, and the nanofiltration plant includes a permeate outlet designed to supply the permeate to the inlet electrolyzer.

В некоторых примерах осуществления подсистема включает нанофильтрационную установку, имеющую впускное отверстие, выполненное с возможностью гидравлического соединения с источником подаваемой текучей среды, и выпускное отверстие, находящееся в гидравлическом взаимодействии с установкой электродиализа, где установка электродиализа включает одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам, и выпускное отверстие для потока концентрата, находящееся в гидравлическом взаимодействии с впускным отверстием электролизера. Система может дополнительно включать установку для насыщения кислородом, находящуюся в гидравлическом взаимодействии с установкой электродиализа и электролизером и расположенную между ними, сконструированную с возможностью подачи кислорода в поток концентрата до введения потока концентрата во впускное отверстие электролизера.In some exemplary embodiments, the subsystem includes a nanofiltration unit having an inlet configured to be hydraulically connected to a supply fluid source and an outlet in fluid communication with the electrodialysis unit, where the electrodialysis unit includes one or more monovalent selective membranes. ions, and a concentrate flow outlet in fluid communication with the cell inlet. The system may further include an oxygenation unit in fluid communication with and between the electrodialysis unit and the electrolyser, configured to supply oxygen to the concentrate stream prior to introducing the concentrate stream into the inlet of the electrolyzer.

В некоторых примерах осуществления подсистема включает установку электродиализа, имеющую впускное отверстие, выполненное с возможностью гидравлического соединения с источником подаваемой текучей среды, одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам, выпускное отверстие для потока разбавленного раствора, находящееся в гидравлическом взаимодействии с впускным отверстием нанофильтрационной установки, впускное отверстие для потока концентрата, наIn some embodiments, the subsystem includes an electrodialysis unit having an inlet configured to be in fluid communication with a source of fluid, one or more monovalent ion selective membranes, a dilute solution flow outlet in fluid communication with the inlet. nanofiltration plant, concentrate flow inlet, on

- 4 040225 ходящееся в гидравлическом взаимодействии с выпускным отверстием для пермеата нанофильтрационной установки, и выпускное отверстие для потока концентрата, находящееся в гидравлическом взаимодействии с впускным отверстием электролизера.- 4 040225 in fluid communication with the permeate outlet of the nanofiltration unit, and the concentrate flow outlet in fluid communication with the cell inlet.

Другой аспект относится к способу функционирования системы электрохлорирования. Способ включает функционирование подсистемы, находящейся в гидравлическом взаимодействии с источником подаваемой текучей среды и электролизером и расположенной между ними, где функционирование включает выполнение одной из следующих операций: повышения рН подаваемой текучей среды или повышения отношения содержания одновалентных ионов к содержанию двухвалентных ионов в подаваемой текучей среде, что приводит к получению модифицированной подаваемой текучей среды и введению модифицированной подаваемой текучей среды в электролизер.Another aspect relates to the method of operation of the electrochlorination system. The method includes the operation of a subsystem that is in hydraulic interaction with the source of the supplied fluid and the electrolyzer and located between them, where the operation includes performing one of the following operations: increasing the pH of the supplied fluid or increasing the ratio of the content of monovalent ions to the content of divalent ions in the supplied fluid, which results in the production of a modified feed fluid and introduction of the modified feed fluid into the cell.

В некоторых примерах осуществления функционирование подсистемы включает разделение подаваемой текучей среды в нанофильтрационной установке на ретентат и пермеат, где ретентат имеет более высокое отношение содержания двухвалентных ионов к содержанию одновалентных ионов, чем пермеат. Способ может включать получение пермеата, в котором концентрация одновалентных ионов на величину от 2 до 10% ниже концентрации одновалентных ионов в подаваемой текучей среде. Способ может включать получение пермеата, в котором концентрация двухвалентных ионов на величину от 50 до 90% ниже концентрации двухвалентных ионов в подаваемой текучей среде.In some embodiments, the operation of the subsystem includes separating the feed fluid in the nanofiltration plant into a retentate and a permeate, where the retentate has a higher ratio of divalent ions to monovalent ions than the permeate. The method may include obtaining a permeate, in which the concentration of monovalent ions is from 2 to 10% lower than the concentration of monovalent ions in the supplied fluid. The method may include obtaining a permeate, in which the concentration of divalent ions is from 50 to 90% lower than the concentration of divalent ions in the supplied fluid.

В некоторых примерах осуществления функционирование подсистемы включает обработку подаваемой текучей среды в установке электродиализа, включающей одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам. Способ может включать разделение подаваемой текучей среды на поток разбавленного раствора и поток концентрата и преимущественное перемещение одновалентных ионов из потока разбавленного раствора в поток концентрата в установке электродиализа. Концентрация одновалентных ионов в потоке концентрата по сравнению с подаваемой жидкостью повышается на величину, составляющую от 3 до 400%.In some embodiments, the operation of the subsystem includes treating a feed fluid in an electrodialysis unit comprising one or more monovalent ion selective membranes. The method may include separating the feed fluid into a dilute solution stream and a concentrate stream and preferentially moving monovalent ions from the dilute solution stream to the concentrate stream in an electrodialysis unit. The concentration of monovalent ions in the concentrate stream increases by 3 to 400% compared to the feed liquid.

В некоторых примерах осуществления функционирование подсистемы включает обработку подаваемой текучей среды в установке электродиализа, включающей одну или более биполярных мембран, и подачу потока текучей среды, имеющей повышенную кислотность по сравнению с подаваемой текучей средой, из выпускного отверстия установки электродиализа во впускное отверстие электролизера.In some embodiments, operation of the subsystem includes treating a feed fluid in an electrodialysis unit including one or more bipolar membranes and supplying a fluid stream having an increased acidity compared to the feed fluid from the outlet of the electrodialysis unit to an inlet of the cell.

В некоторых примерах осуществления функционирование подсистемы включает обработку подаваемой текучей среды в установке электродиализа, включающей одну или более биполярных мембран, и подачу потока текучей среды, имеющей повышенную кислотность по сравнению с подаваемой текучей средой, из выпускного отверстия установки электродиализа во впускное отверстие нанофильтрационной установки, расположенной выше по потоку относительно электролизера. Способ может дополнительно включать разделение потока текучей среды на ретентат и пермеат с помощью нанофильтрационной установки, где ретентат имеет более высокое отношение содержания двухвалентных ионов к содержанию одновалентных ионов, чем пермеат, и подачу пермеата во впускное отверстие электролизера.In some exemplary embodiments, operation of the subsystem includes treating a feed fluid in an electrodialysis unit comprising one or more bipolar membranes and supplying a fluid stream having an increased acidity compared to the feed fluid from an outlet of the electrodialysis unit to an inlet of a nanofiltration unit located upstream of the cell. The method may further include separating the fluid stream into retentate and permeate using a nanofiltration unit, where the retentate has a higher ratio of divalent ions to monovalent ions than the permeate, and feeding the permeate into the cell inlet.

В некоторых примерах осуществления функционирование подсистемы включает обработку подаваемой текучей среды в нанофильтрационной установке, выпускное отверстие которой находится в гидравлическом взаимодействии с установкой электродиализа, где установка электродиализа включает одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам, и подачу потока концентрата из установки электродиализа во впускное отверстие электролизера. Способ может дополнительно включать добавление кислорода в поток концентрата до введения потока концентрата во впускное отверстие электролизера.In some exemplary embodiments, operation of the subsystem includes treating a feed fluid in a nanofiltration unit whose outlet is in fluid communication with an electrodialysis unit, where the electrodialysis unit includes one or more monovalent ion selective membranes, and supplying a concentrate stream from the electrodialysis unit to electrolyzer inlet. The method may further include adding oxygen to the concentrate stream prior to introducing the concentrate stream into the cell inlet.

В некоторых примерах осуществления функционирование подсистемы включает обработку подаваемой текучей среды в установке электродиализа, включающей одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам, подачу потока разбавленного раствора из установки электродиализа во впускное отверстие нанофильтрационной установки, подачу пермеата, извлекаемого из нанофильтрационной установки, во впускное отверстие для потока концентрата, имеющееся в установке электродиализа, и подачу потока концентрата из установки электродиализа во впускное отверстие электролизера.In some exemplary embodiments, operation of the subsystem includes treating a feed fluid in an electrodialysis unit comprising one or more monovalent ion selective membranes, feeding a dilute solution stream from the electrodialysis unit into an inlet of a nanofiltration unit, feeding permeate recovered from the nanofiltration unit into a concentrate stream inlet provided in the electrodialysis unit; and feeding a concentrate stream from the electrodialysis unit to the electrolyzer inlet.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

Сопроводительные графические материалы не обязательно приведены в масштабе. Все идентичные или практически идентичные компоненты, изображенные на различных графических материалах, обозначены аналогичными числовыми обозначениями. Для ясности не каждый компонент может быть обозначен на каждом из графических материалов. В графических материалах:The accompanying graphics are not necessarily to scale. All identical or substantially identical components depicted in the various graphics are identified with the same number. For clarity, not every component may be labeled on every drawing. In graphics:

на фиг. 1А представлено перспективное изображение одного из примеров осуществления ячейки электролизера, включающей совокупность концентрических трубчатых электродов;in fig. 1A is a perspective view of one embodiment of an electrolyzer cell including an array of concentric tubular electrodes;

на фиг. 1В представлен вид сбоку ячейки электролизера с концентрическими трубчатыми электродами, представленной на фиг. 1А;in fig. 1B is a side view of the concentric tubular electrode cell shown in FIG. 1A;

на фиг. 1С представлен вид поперечного сечения ячейки электролизера с концентрическими трубчатыми электродами, представленной на фиг. 1А;in fig. 1C is a cross-sectional view of the concentric tubular electrode cell shown in FIG. 1A;

на фиг. 2 представлена система электролизера, включающая 20 электрохимических ячеек, последовательно соединенных посредством гидравлического соединения;in fig. 2 shows an electrolyzer system comprising 20 electrochemical cells connected in series via a hydraulic connection;

- 5 040225 на фиг. ЗА представлена таблица репрезентативных параметров системы электролизера;- 5 040225 in FIG. ZA presents a table of representative parameters of the cell system;

на фиг. 3В представлена таблица репрезентативных массовых расходов в системе электролизера;in fig. 3B is a table of representative mass flow rates in the cell system;

на фиг. 3С представлена таблица репрезентативных объемных скоростей образования водорода в системе электролизера;in fig. 3C is a table of representative volumetric hydrogen production rates in the cell system;

на фиг. 3D представлена таблица репрезентативных массовых скоростей образования веществ в системе электролизера;in fig. 3D is a table of representative mass production rates of substances in the cell system;

на фиг. 4 представлена система регулирования состава потока, подаваемого в систему электролизера, посредством нанофильтрации;in fig. 4 shows a system for controlling the composition of the stream fed to the cell system by means of nanofiltration;

на фиг. 5 представлены скорости удаления выбранных соединений в одном из примеров системы нанофильтрации;in fig. 5 shows the removal rates of selected compounds in one example of a nanofiltration system;

на фиг. 6 представлена система регулирования состава потока, подаваемого в систему электролизера, посредством электродиализа;in fig. 6 shows a system for controlling the composition of the stream fed to the cell system by means of electrodialysis;

на фиг. 7А представлена зависимость относительных концентраций Cl- и SO42- от общего содержания растворенных твердых веществ (англ. Total Dissolved Solids, сокр. TDS) в концентрате, полученном из морской воды, в одном из примеров модуля электродиализа;in fig. 7A shows relative concentrations of Cl - and SO4 2 - versus total dissolved solids (TDS) in a seawater-derived concentrate in one example of an electrodialysis module;

на фиг. 7В представлена зависимость относительных концентраций Cl- и SO42- от процента обессоливания в одном из примеров модуля электродиализа;in fig. 7B shows relative concentrations of Cl - and SO4 2 - versus percent desalting in one example of an electrodialysis module;

на фиг. 8А представлена зависимость относительных концентраций выбранных катионов от общего содержания TDS в концентрате, полученном из морской воды, в одном из примеров модуля электродиализа;in fig. 8A shows relative concentrations of selected cations versus total TDS in a seawater-derived concentrate in one example of an electrodialysis module;

На фиг. 8В представлена зависимость относительных концентраций выбранных катионов от процента обессоливания в одном из примеров модуля электродиализа;In FIG. 8B shows relative concentrations of selected cations versus percent desalting in one example of an electrodialysis module;

на фиг. 9А представлена система регулирования рН потока, подаваемого в электролизер, посредством электродиализа;in fig. 9A shows a system for adjusting the pH of a stream fed to an electrolytic cell by means of electrodialysis;

на фиг. 9В более детально представлен модуль электродиализа на биполярных электродах, представленный на фиг. 9А;in fig. 9B is a more detailed view of the bipolar electrodialysis module shown in FIG. 9A;

на фиг. 10 представлена система регулирования рН потока, подаваемого в электролизер, посредством нанофильтрации;in fig. 10 shows a system for adjusting the pH of the flow fed to the cell by nanofiltration;

на фиг. 11А представлена система, в которой для регулирования состава потока, подаваемого в электролизер, применяют комбинацию нанофильтрации и электродиализа;in fig. 11A shows a system in which a combination of nanofiltration and electrodialysis is used to control the composition of the stream fed to the cell;

на фиг. 11В представлена другая система, в которой для регулирования состава потока, подаваемого в электролизер, применяют комбинацию нанофильтрации и электродиализа;in fig. 11B shows another system that uses a combination of nanofiltration and electrodialysis to control the composition of the electrolyser feed stream;

на фиг. 12А представлена система регулирования состава подаваемого потока, соединенная с электролизером, сконструированным с возможностью улучшения продукта реакции;in fig. 12A shows a feed composition control system coupled to an electrolytic cell designed to improve the reaction product;

на фиг. 12В представлена относительная эффективность снижения выхода водорода при подаче в электролизер различных растворов;in fig. 12B shows the relative effectiveness of reducing the hydrogen yield when various solutions are fed into the cell;

на фиг. 13 представлена система управления, подходящая для примеров осуществления электрохимических ячеек и систем, рассмотренных в настоящей работе;in fig. 13 shows a control system suitable for the embodiments of the electrochemical cells and systems discussed in this paper;

на фиг. 14 представлена система памяти, подходящая для системы управления, представленной на фиг. 13;in fig. 14 shows a memory system suitable for the control system shown in FIG. 13;

на фиг. 15А представлена схема испытательной системы, подходящей для оценки эффективности системы рециркуляции электролизера;in fig. 15A is a diagram of a test system suitable for evaluating the efficiency of an electrolyser recirculation system;

на фиг. 15В представлен состав раствора, подаваемого в систему, представленную на фиг. 15А; и на фиг. 15С представлены результаты испытаний системы, представленной на фиг. 15А.in fig. 15B shows the composition of the solution supplied to the system shown in FIG. 15A; and in FIG. 15C shows test results for the system shown in FIG. 15A.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Рассмотренные в настоящей работе аспекты и примеры осуществления изобретения не ограничены деталями конструкций и расположением компонентов, представленными в нижеследующем описании или приведенными в графических материалах. Рассмотренные в настоящей работе аспекты и примеры осуществления изобретения могут быть воплощены или применены иным образом. Кроме того, употребляемая в настоящем описании фразеология и терминология предназначена для описания и не должна рассматриваться как ограничивающая. Употребляемые термины включающий, имеющий и содержащий и их различные варианты включают объекты, перечисленные после указанного термина, и их эквиваленты, а также дополнительные объекты.Considered in this work, the aspects and examples of the invention are not limited to the details of structures and the location of components presented in the following description or shown in the drawings. Considered in this work aspects and examples of the invention can be embodied or applied in other ways. In addition, the phraseology and terminology used herein is for the purpose of description and should not be construed as limiting. As used herein, the terms including, having, and containing, and their various variations, include the items listed after the specified term and their equivalents, as well as additional items.

В настоящей работе рассмотрены различные примеры осуществления систем, включающих ячейки для электрохлорирования и устройства для электрохлорирования, однако настоящая работа не ограничена системами, включающими ячейки или устройства для электрохлорирования, и аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, применимы к системам, включающим электролитические и электрохимические ячейки, применяемые в любых разнообразных целях.This paper discusses various embodiments of systems including electrochlorination cells and electrochlorination devices, however, this work is not limited to systems including electrochlorination cells or devices, and the aspects and embodiments discussed in this paper are applicable to systems including electrolytic and electrochemical cells used for any variety of purposes.

В существующих в настоящее время коммерчески доступных ячейках для электрохлорирования один или два электрода обычно сконструированы в виде концентрических трубок (англ. concentric tube electrode, сокр. СТЕ) и параллельных пластин (англ. parallel plate electrode, сокр. РРЕ).In currently commercially available cells for electrochlorination, one or two electrodes are usually designed in the form of concentric tubes (English concentric tube electrode, abbr. CTE) and parallel plates (English parallel plate, abbr. PPE).

Аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, в целом относятся к сисAspects and examples of implementation discussed in this paper generally relate to the system

- 6 040225 темам, включающим электрохимические устройства, в которых получают дезинфицирующие средства, такие как гипохлорит натрия. Следует понимать, что термины электрохимическое устройство и электрохимическая ячейка и их грамматические варианты включают устройства для электрохлорирования и ячейки для электрохлорирования и их грамматические варианты. Аспекты и примеры осуществления электрохимических ячеек, рассмотренные в настоящей работе, включают один или более электродов.- 6 040225 topics, including electrochemical devices in which disinfectants such as sodium hypochlorite are obtained. It should be understood that the terms electrochemical device and electrochemical cell and their grammatical variants include electrochlorination devices and electrochlorination cells and their grammatical variants. Aspects and examples of the implementation of electrochemical cells, discussed in this work, include one or more electrodes.

Примеры осуществления электрохимических ячеек, устанавливаемых в системах, рассмотренных в настоящей работе, могут включать металлические электроды, например один или более анодов, один или более катодов и/или один или более биполярных электродов. Употребляемый в настоящей работе термин металлические электроды или его грамматические варианты включает электроды, полученные из включающих или состоящих из одного или более металлов, например титана, алюминия или никеля, хотя термин металлический электрод не исключает электродов, включающих или состоящих из других металлов или сплавов. В некоторых примерах осуществления металлический электрод может включать совокупность слоев различных металлов. Металлические электроды, применяемые в одном или более примерах осуществления, рассмотренных в настоящей работе, могут включать центральную часть из высокопроводящего металла, например меди или алюминия, на которую нанесено покрытие из металла или оксида металла, обладающего высоким сопротивлением к химической атаке растворов электролитов, например слой из платины, смешанного оксида металлов (СОМ, англ. mixed metal oxide, сокр. ММО), магнетита, феррита, кобальтовой шпинели, тантала, палладия, иридия, серебра, золота или других материалов покрытия. На металлические электроды может быть нанесено устойчивое к окислению покрытие, примеры материалов которого включают, без ограничений, платину, смешанный оксид металлов (ММО), магнетит, феррит, кобальтовую шпинель, тантал, палладий, иридий, серебро, золото или другие материалы покрытия. Смешанные оксиды металлов, применяемые в примерах осуществления, рассмотренных в настоящей работе, могут включать оксид или оксиды одного или более из следующих металлов: рутения, родия, тантала (необязательно сплавленного с сурьмой и/или марганцем), титана, иридия, цинка, олова, сурьмы, сплава титана и никеля, сплава титана и меди, сплава титана и железа, сплава титана и кобальта или других подходящих металлов или сплавов. Аноды, применяемые в примерах осуществления, рассмотренных в настоящей работе, могут иметь покрытие из платины и/или оксида или оксидов одного или более из следующих металлов: иридия, рутения, олова, родия или тантала (необязательно сплавленного с сурьмой и/или марганцем). Катоды, применяемые в примерах осуществления, рассмотренных в настоящей работе, могут иметь покрытие из платины и/или оксида или оксидов одного или более из следующих металлов: иридия, рутения и титана. Электроды, применяемые в примерах осуществления, рассмотренных в настоящей работе, могут включать основу из одного или более следующих материалов: титана, тантала, циркония, ниобия, вольфрама и/или кремния. Электроды для любых электрохимических ячеек в любой системе, рассмотренной в настоящей работе, могут быть изготовлены в виде или из пластин, листов, фольги, экструдированных материалов и/или спеченных материалов.Embodiments of the electrochemical cells installed in the systems discussed in this work may include metal electrodes, such as one or more anodes, one or more cathodes and/or one or more bipolar electrodes. As used herein, the term metal electrodes, or grammatical variants thereof, includes electrodes made from or consisting of one or more metals, such as titanium, aluminum, or nickel, although the term metal electrode does not exclude electrodes comprising or consisting of other metals or alloys. In some embodiments, the metal electrode may include a plurality of layers of different metals. The metal electrodes used in one or more of the embodiments discussed herein may include a highly conductive metal core, such as copper or aluminum, which is coated with a metal or metal oxide that is highly resistant to chemical attack by electrolyte solutions, such as a layer from platinum, mixed metal oxide (COM, English mixed metal oxide, abbr. MMO), magnetite, ferrite, cobalt spinel, tantalum, palladium, iridium, silver, gold or other coating materials. Metal electrodes may be coated with an oxidation resistant coating, examples of which materials include, without limitation, platinum, mixed metal oxide (MMO), magnetite, ferrite, cobalt spinel, tantalum, palladium, iridium, silver, gold, or other coating materials. Mixed metal oxides used in the embodiments discussed herein may include an oxide or oxides of one or more of the following metals: ruthenium, rhodium, tantalum (optionally alloyed with antimony and/or manganese), titanium, iridium, zinc, tin, antimony, titanium-nickel alloy, titanium-copper alloy, titanium-iron alloy, titanium-cobalt alloy, or other suitable metals or alloys. The anodes used in the embodiments discussed herein may be coated with platinum and/or an oxide or oxides of one or more of the following metals: iridium, ruthenium, tin, rhodium, or tantalum (optionally alloyed with antimony and/or manganese). The cathodes used in the embodiments discussed herein may be coated with platinum and/or an oxide or oxides of one or more of the following metals: iridium, ruthenium and titanium. The electrodes used in the exemplary embodiments discussed herein may include a backbone of one or more of the following materials: titanium, tantalum, zirconium, niobium, tungsten, and/or silicon. The electrodes for any of the electrochemical cells in any of the systems discussed in this paper can be made in the form of or from plates, sheets, foils, extruded materials and/or sintered materials.

В некоторых аспектах и примерах осуществления указано, что электрохимические ячейки, устанавливаемые в системах, рассмотренных в настоящей работе, включают жесткие электроды. Употребляемый в настоящей работе термин жесткий объект относится к объекту, который в отсутствие приложенной силы сохраняет свою форму при нормальной рабочей температуре и/или при повышенной температуре. Употребляемый в настоящей работе термин жесткий электрод относится к электроду, имеющему достаточную механическую прочность, что позволяет ему сохранять свою форму и расстояние между соседними электродами или витками электродов в различных примерах осуществления электрохимических ячеек и устройств, рассмотренных в настоящей работе, без необходимости применения разделителей. Например, гибкая пленка, имеющая металлическое покрытие, не считается жестким электродом согласно настоящему изобретению.In some aspects and embodiments, it is indicated that the electrochemical cells installed in the systems discussed in this paper include rigid electrodes. As used herein, the term rigid object refers to an object that, in the absence of an applied force, retains its shape at normal operating temperature and/or at elevated temperature. As used herein, the term rigid electrode refers to an electrode having sufficient mechanical strength to allow it to maintain its shape and spacing between adjacent electrodes or coils of electrodes in various embodiments of the electrochemical cells and devices discussed in this paper without the need for spacers. For example, a flexible film having a metal coating is not considered a rigid electrode according to the present invention.

Употребляемый в настоящей работе термин трубка (трубчатый) включает цилиндрические трубы, однако, не исключает трубы, имеющие поперечное сечение другой формы, например трубы, имеющие поперечное сечение квадратной, прямоугольной, овальной или скругленной формы или поперечное сечение в виде правильного или неправильного многоугольника.As used herein, the term tube (tubular) includes cylindrical pipes, but does not exclude pipes having a cross-section of a different shape, such as pipes having a cross-section of a square, rectangular, oval or rounded shape, or a cross-section in the form of a regular or irregular polygon.

Употребляемые в настоящей работе термины концентрические трубки или концентрические спирали включает трубки или чередующиеся (перемежающиеся друг с другом) спирали, имеющие общую центральную ось, но не исключает трубки или чередующиеся спирали, окружающие общую центральную ось, которая не обязательно проходит по центру каждой из концентрических трубок или чередующихся спиралей в наборе концентрических трубок или чередующихся спиралей.As used herein, the terms concentric tubes or concentric coils include tubes or alternating (interleaved) coils having a common central axis, but does not exclude tubes or alternating coils surrounding a common central axis, which does not necessarily run through the center of each of the concentric tubes. or alternating coils in a set of concentric tubes or alternating coils.

В некоторых примерах осуществления линия, проведенная от центральной оси ячейки для электрохлорирования к периферии ячейки для электрохлорирования в плоскости, перпендикулярной центральной оси, проходит через совокупность пластинчатых электродов. Совокупность пластинчатых электродов может включать совокупность анодов и/или совокупность катодов и/или совокупность биполярных электродов. Центральная ось может быть параллельна усредненному направлению потока текучей среды через электрохимическую ячейку.In some embodiments, a line drawn from the central axis of the electrochlorination cell to the periphery of the electrochlorination cell in a plane perpendicular to the central axis passes through the array of plate electrodes. The plate electrode array may include an anode array and/or a cathode array and/or a bipolar electrode array. The central axis may be parallel to the average direction of fluid flow through the electrochemical cell.

В примерах осуществления электрохимических ячеек, устанавливаемых в системах, рассмотренных в настоящей работе, включающих совокупность трубчатых анодов или катодов, совокупность трубчатыхIn the embodiments of electrochemical cells installed in the systems discussed in this work, including a set of tubular anodes or cathodes, a set of tubular

- 7 040225 анодов может быть обобщенно названа анодом или анодной трубкой, и совокупность трубчатых катодов может быть обобщенно названа катодом или катодной трубкой. В примерах осуществления электрохимических ячеек, устанавливаемых в системах, включающих совокупность трубчатых анодов и/или совокупность трубчатых катодов, совокупность трубчатых анодов и/или совокупность трубчатых катодов может быть обобщенно названа парой анод-катод.- 7 040225 anodes may be generically referred to as an anode or an anode tube, and a plurality of tubular cathodes may be generically referred to as a cathode or cathode tube. In embodiments of electrochemical cells installed in systems including a plurality of tubular anodes and/or a plurality of tubular cathodes, a plurality of tubular anodes and/or a plurality of tubular cathodes may be collectively referred to as an anode-cathode pair.

В некоторых аспектах и примерах осуществления электрохимических ячеек, устанавливаемых в системах, рассмотренных в настоящей работе, включающих концентрические трубчатые электроды, например один или более анодов и/или катодов, рассмотренных в настоящей работе, электроды сконструированы с возможностью и размещены с возможностью направления текучей среды через один или более зазоров, имеющихся между электродами, в направлении, параллельном центральной оси электрохимической ячейки. В некоторых аспектах и примерах осуществления электрохимических ячеек, включающих концентрические трубчатые электроды, например один или более анодов и/или катодов, рассмотренных в настоящей работе, электроды сконструированы с возможностью и размещены с возможностью направления всей текучей среды, подаваемой в электрохимическую ячейку, через один или более зазоров, имеющихся между электродами, в направлении, параллельном центральной оси электрохимической ячейки.In some aspects and embodiments of electrochemical cells installed in the systems discussed in this work, including concentric tubular electrodes, for example one or more of the anodes and/or cathodes discussed in this work, the electrodes are designed and placed with the ability to direct the fluid through one or more gaps present between the electrodes in a direction parallel to the central axis of the electrochemical cell. In some aspects and embodiments of electrochemical cells comprising concentric tubular electrodes, such as one or more of the anodes and/or cathodes discussed in this work, the electrodes are designed and placed with the ability to direct all fluid supplied to the electrochemical cell through one or more gaps available between the electrodes, in a direction parallel to the central axis of the electrochemical cell.

Ячейки для электрохлорирования применяют в морских и прибрежных установках, на муниципальных, промышленных и коммерческих предприятиях. Для различных вариантов применения могут быть выбраны соответствующие конструкционные параметры ячеек для электрохлорирования, включающих совокупность концентрических трубчатых электродов, например расстояние между электродами, толщина электродов и плотность покрытия, площади электродов, способы электрического соединения и т.д. Аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, не ограничены количеством электродов, расстоянием между электродами, материалом электродов или материалом разделителей, количеством проходов внутри ячеек для электрохлорирования или материалом покрытия электродов.Electrochlorination cells are used in offshore, coastal, municipal, industrial and commercial applications. Appropriate design parameters for electrochlorination cells including a plurality of concentric tubular electrodes, such as electrode spacing, electrode thickness and coating density, electrode areas, electrical connection methods, etc., can be selected for various applications. The aspects and embodiments discussed herein are not limited to the number of electrodes, the distance between the electrodes, the material of the electrodes or the material of the separators, the number of passages within the cells for electrochlorination, or the material of the coating of the electrodes.

Содержание заявки PCT/US2016/018210 полностью включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.The content of PCT/US2016/018210 is hereby incorporated by reference in its entirety for all purposes.

Аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, включают системы и способы регулирования состава потока, подаваемого в электролизер. Применение рассмотренных методик позволяет снижать скорость образования осадка и повышать концентрацию гипохлорита, производимого в электролизере.Aspects and examples of implementation discussed in this work include systems and methods for controlling the composition of the stream supplied to the cell. The application of the considered methods allows to reduce the rate of precipitate formation and increase the concentration of hypochlorite produced in the cell.

Конфигурации электролитических ячеек с концентрическими трубчатыми электродами (СТЕ), подходящие для повышения эффективности системы, были рассмотрены в документе US 62/633790, содержание которого полностью включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей. Электролитические системы, включающие различные варианты электрохимических ячеек (например, системы СТЕ, включающие совокупность СТЕ ячеек), рассмотрены в заявке PCT/US2019/019072, содержание которой полностью включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей. Однако, кроме возможных конструкций и размещения электрохимических ячеек, эффективность СТЕ системы сильно зависит от состава подаваемого в нее потока.Concentric tubular electrode (CTE) electrolytic cell configurations suitable for improving system efficiency have been discussed in US 62/633790, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety for all purposes. Electrolytic systems incorporating various variations of electrochemical cells (eg, CTE systems comprising a plurality of CTE cells) are discussed in PCT/US2019/019072, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety for all purposes. However, in addition to possible designs and placement of electrochemical cells, the efficiency of a CTE system strongly depends on the composition of the flow fed into it.

Системы СТЕ предназначены для работы с подаваемым потоком морской воды, имеющим широкий диапазон составов, например показанным ниже в таблицах 1 и 2. Концентрации различных твердых веществ, растворенных в морской воде, могут зависеть от места происхождения морской воды, однако один из примеров состава морской воды может включать следующие компоненты.CTE systems are designed to operate with a seawater feed stream having a wide range of compositions such as those shown in Tables 1 and 2 below. may include the following components.

- 8 040225- 8 040225

Таблица 1. Компоненты типичной морской воды и их концентрацииTable 1. Components of typical sea water and their concentrations

Название Name Символ Symbol мг/л (части на миллион) mg/l (ppm) Хлорид Chloride CI CI 19350 19350 Натрий Sodium Na Na 10750 10750 Сульфат Sulfate SO4 SO 4 2700 2700 Магний Magnesium Mg mg 1290 1290 Кальций Calcium Са Sa 410 410 Калий Potassium К TO 380 380 Бикарбонат Bicarbonate НСОз HCO3 140 140 Бромид Bromide Вг Vg 65 65 Стронций Strontium Sr Sr 13 13 Алюминий Aluminum Al Al 1,9 1.9 Кремний Silicon Si Si 1,1 1.1 Фторид Fluoride F F 0,8 0.8 Нитрат Nitrate NO3 NO 3 0,8 0.8 Бор Bor В IN 0,4 0.4 Барий Barium Ba Ba 0,2 0.2 Железо Iron Fe Fe 0,1 0.1 Марганец Manganese Μη Μη 0,1 0.1 Медь Copper Си Xi 0,1 0.1 Литий Lithium Li Li 0,1 0.1 Фосфор Phosphorus P P 0,06 0.06 Йодид Iodide 1 1 0,04 0.04 Серебро Silver Ag Ag 0,02 0.02 Мышьяк Arsenic As As <0,01 <0.01 Нитрит Nitrite NO2 NO 2 <0,01 <0.01 Цинк Zinc Zn Zn <0,01 <0.01 Итого: Total: 35000 (за исключением Н и О) 35000 (excluding H and O)

Различные ионные компоненты морской воды, поступившей из различных местностей, указаны ниже в табл. 2.The various ionic components of seawater from various locations are listed in Table 1 below. 2.

Таблица 2. Основные ионы, содержащиеся в морской воде (мг/л)Table 2. Main ions contained in sea water (mg/l)

Ион And he Типичная морская вода typical sea water Восточное Средиземноморье Eastern Mediterranean Арабский залив в Кувейте Arabian Gulf in Kuwait Красное море у Джидды Red Sea off Jeddah Хлорид (СГ) Chloride (SG) 18980 18980 21200 21200 23000 23000 22219 22219 Натрий (Na+)Sodium (Na + ) 10556 10556 11800 11800 15850 15850 14255 14255 Сульфат (SO4 2')Sulfate (SO 4 2 ') 2649 2649 2950 2950 3200 3200 3078 3078 Магний (Мд2+)Magnesium (MD 2+ ) 1262 1262 1403 1403 1765 1765 742 742 Кальций (Са2+)Calcium (Ca 2+ ) 400 400 423 423 500 500 225 225 Калий (К+)Potassium (K + ) 380 380 463 463 460 460 210 210 Бикарбонат (НСО3')Bicarbonate (HCO 3 ') 140 140 - - 142 142 146 146 Стронций (Sr2+)Strontium (Sr 2+ ) 13 13 - - - - - - Бромид (ВГ) Bromide (VG) 65 65 155 155 80 80 72 72 Борат (ВО3 3')Borate (BO 3 3 ') 26 26 72 72 - - - - Фторид (F’) Fluoride (F') 1 1 - - - - - - Силикат (SiO3 2')Silicate (SiO 3 2 ') 1 1 - - 1.5 1.5 - - Йодид (Г) Iodide (G) <1 <1 2 2 - - - - Другие Other - - - - - - - - Общее содержание растворенных твердых веществ (TDS) Total Dissolved Solids (TDS) 34483 34483 38600 38600 45000 45000 41000 41000

Условия суммарной электрохимической реакции образования NaOCl из морской воды в системе СТЕ указаны в разделе Предшествующий уровень техники настоящего описания в уравнениях А1 и А2.The conditions for the overall electrochemical reaction of forming NaOCl from sea water in the CTE system are indicated in the Background section of this description in equations A1 and A2.

- 9 040225- 9 040225

Основным продуктом реакции на аноде системы СТЕ, в которой из морской воды образуется NaOCl, является Cl2. Скорость образования Cl2 зависит от величины анодного тока и концентрации NaCl в растворе, и эта скорость, в свою очередь, определяет количество NaOCl, образующегося в растворе. Зависимость количества образующегося NaOCl от объемного расхода в системе определяет общую концентрацию продукта.The main product of the reaction at the anode of the CTE system, in which NaOCl is formed from sea water, is Cl 2 . The rate of formation of Cl 2 depends on the magnitude of the anode current and the concentration of NaCl in the solution, and this rate, in turn, determines the amount of NaOCl formed in the solution. The dependence of the amount of NaOCl formed on the volume flow in the system determines the total concentration of the product.

Основными продуктами реакции на катоде системы СТЕ, в которой из морской воды образуется NaOCl, являются Н2 и ОН-. Ток и, таким образом, плотность катодного тока регулирует скорости образования продуктов, и эти скорости образования влияют на рН в системе.The main reaction products at the cathode of the CTE system, in which NaOCl is formed from sea water, are H 2 and OH - . The current, and thus the cathodic current density, governs the rates of product formation, and these rates of formation affect the pH in the system.

Несмотря на то, что рН основной массы морской воды обычно составляет 7,5-8,4, на рН в системе влияет кинетика приведенных выше реакций, а также другие факторы.Although the pH of the bulk sea water is typically 7.5-8.4, the pH in the system is affected by the kinetics of the above reactions, as well as other factors.

При превышении порога растворимости водорода, по мере генерации он начинает выделяться в СТЕ ячейке, вытесняя текучую среду и экранируя катод. Снижение локального объема жидкости (текучей среды) при сохранении той же скорости выработки ОН- повышает локальные значения рН у катода.When the hydrogen solubility threshold is exceeded, as it is generated, it begins to be released in the CTE cell, displacing the fluid medium and shielding the cathode. Reducing the local volume of the liquid (fluid) while maintaining the same rate of production of OH - increases the local pH at the cathode.

Локальная концентрация ОН- у катода ячейки СТЕ также зависит от скорости, поскольку турбулентность и, таким образом, перемешивание являются функциями скорости. Таким образом, снижение расхода также повышает локальный рН у катода.The local concentration of OH - at the cathode of the CTE cell is also velocity dependent, since turbulence and thus mixing are functions of velocity. Thus, reducing the flow rate also increases the local pH at the cathode.

При достижении значения рН, равного 8, морская вода перенасыщается CaCO3. При достижении значения рН, составляющего 10,7-11, начинает образовываться Mg(ОН)2. Оба эти соединения отрицательно влияют на эффективность ячейки СТЕ.Upon reaching a pH value of 8, sea water is supersaturated with CaCO 3 . Upon reaching a pH value of 10.7-11, Mg(OH) 2 begins to form. Both of these compounds adversely affect the efficiency of the CTE cell.

Варьирование концентраций Mg2+ и Са2+ в растворе также влияет как на скорость, так и на количество образующегося осадка.Varying the concentrations of Mg 2+ and Ca 2+ in solution also affects both the rate and the amount of precipitate formation.

Изменения TDS (общего содержания растворенных твердых веществ) технологического потока влияет на его проводимость и, таким образом, на суммарное потребление мощности электролизером, поскольку напряжение в ячейке обратно пропорционально проводимости.Changes in the TDS (Total Dissolved Solids) of the process stream affect its conductivity and thus the overall power consumption of the cell, since the cell voltage is inversely proportional to the conductivity.

На фиг. 1А-1С представлена ячейка СТЕ Evoqua согласно текущему состоянию рассматриваемой области техники. На фиг. 2 представлен пример системы, включающей двадцать ячеек СТЕ, последовательно соединенных гидравлическим соединением. Особенно важные параметры включают объемный расход морской воды (фиг. 3А), массовые расходы, представленные на фиг. 3В, объемные скорости образования Н2 (фиг. 3С) и массовые скорости образования, представленные на фиг. 3D.In FIG. 1A-1C show the Evoqua CTE cell according to the current state of the art. In FIG. 2 shows an example of a system including twenty CTE cells connected in series with a hydraulic connection. Particularly important parameters include seawater volume flow (FIG. 3A), mass flow rates shown in FIG. 3B, the space rates of H 2 formation (FIG. 3C) and the mass production rates shown in FIG. 3D.

При скорости потока, составляющей 2-3 м/с, система, представленная на фиг. 2 способна самоочищаться, при условии, что в подаваемом потоке концентрации Na+ составляют приблизительно от 10000 до 16000 частей на миллион, концентрации Cl- составляют приблизительно от 18000 до 23000 частей на миллион, концентрации Mg2+ составляют приблизительно от 750 до 1800 частей на миллион, и концентрации Са2+ составляют приблизительно от 200 до 500 частей на миллион.At a flow rate of 2-3 m/s, the system shown in FIG. 2 is capable of self-cleaning, provided that the feed stream has Na + concentrations of approximately 10,000 to 16,000 ppm, Cl - concentrations of approximately 18,000 to 23,000 ppm, Mg 2+ concentrations of approximately 750 to 1800 ppm , and Ca 2+ concentrations are approximately 200 to 500 ppm.

При таких параметрах подаваемого материала могут быть достигнуты выходные концентрации NaOCl, составляющие приблизительно от 2000 частей на миллион до приблизительно 3000 частей на миллион. При этом концентрация продукта теоретически ограничена скоростью образования осадка и количеством NaCl в растворе. Для повышения эффективности системы электрохлорирования может быть выполнено, например, следующее:With these feed parameters, NaOCl output concentrations of about 2000 ppm to about 3000 ppm can be achieved. In this case, the concentration of the product is theoretically limited by the rate of precipitate formation and the amount of NaCl in solution. To improve the efficiency of the electrochlorination system, for example, the following can be done:

снижение интенсивности осаждения (посредством регулирования рН или удаления Mg2+/Са2+); и/или повышение концентрации NaCl в подаваемом потоке.reducing precipitation (by adjusting the pH or removing Mg 2+ /Ca 2+ ); and/or increasing the concentration of NaCl in the feed stream.

Регулирование состава технологического потока.Regulation of the composition of the process flow.

Существуют методики компенсации жесткости, вызываемой двухвалентными ионами, и/или повышенными концентрациями солей одновалентных ионов. Однако для рассмотренных выше систем многие способы оказываются непрактичными. Примеры подходящих и неподходящих способов приведены ниже.There are techniques to compensate for the stiffness caused by divalent ions and/or increased salt concentrations of monovalent ions. However, for the systems discussed above, many methods are impractical. Examples of suitable and inappropriate methods are given below.

Неподходящие.Unsuitable.

Добавление средства, препятствующего образованию накипи: стоимость реагента, требуемого для обработки необходимой массы, слишком высока.Adding an anti-scale agent: the cost of the reagent required to process the required mass is too high.

Хелатирование: стоимость реагента, требуемого для обработки необходимой массы, слишком высока.Chelation: the cost of the reagent required to process the required mass is too high.

Перегонка: стоимость энергии, необходимой для обработки требуемых объемов, слишком высока.Distillation: The cost of energy required to process the required volumes is too high.

Электродеионизация (англ. electrodeionization, сокр. EDI): подаваемый материл должен иметь низкую жесткость, величины которой находятся за пределами диапазона, применяемого в способе.Electrodeionization (English electrodeionization, abbr. EDI): the feed material must have a low hardness, the values of which are outside the range used in the method.

Ионный обмен: требует участия человека; слишком высока стоимость и опасность химических реагентов, требуемых для регенерации.Ion exchange: requires human participation; the cost and danger of the chemicals required for regeneration are too high.

Известкование воды/способ Кларка: требует участия человека; слишком большая масса, требуемая для обработки, и слишком высокая стоимость утилизации суспендированных отходов.Water liming/Clark method: requires human intervention; too much mass required for processing, and too high a cost of disposal of suspended waste.

Магнитная обработка воды (англ. Magnetic water treatment, сокр. АМТ): способ не доказан, мало подтверждающих данных.Magnetic water treatment (abbr. AMT): the method has not been proven, there is little supporting data.

- 10 040225- 10 040225

Подходящие.Suitable.

Добавление кислоты: введение кислоты может снизить рН, что может понизить образование накипи.Adding Acid: Adding acid can lower the pH, which can reduce scale formation.

Емкостная деионизация (англ. capacitive deionization, сокр. CAPDI): может снижать концентрации двухвалентных ионов и повышать концентрации одновалентных ионов; относительно низкое потребление энергии (циклическая адсорбция/десорбция).Capacitive deionization (abbr. CAPDI): can reduce the concentration of divalent ions and increase the concentration of monovalent ions; relatively low energy consumption (cyclic adsorption/desorption).

Нанофильтрация/Обратный осмос: может снижать концентрации двухвалентных ионов при одновременном снижении концентраций одновалентных ионов; относительно низкое потребление энергии.Nanofiltration/Reverse Osmosis: can reduce divalent ion concentrations while reducing monovalent ion concentrations; relatively low energy consumption.

Электродиализ (англ. electrodialysis, сокр. ED): может селективно переносить одновалентные ионы и/или генерировать кислоту.Electrodialysis (English electrodialysis, abbr. ED): can selectively transfer monovalent ions and/or generate acid.

Описание неограничивающих примеров осуществления изобретенияDescription of non-limiting embodiments of the invention

На фиг. 4 представлена система регулирования состава подаваемого потока посредством нанофильтрации (англ. nanofiltration, сокращенно NF). Авторы предполагают, что применение NF для снижения жесткости, создаваемой двухвалентными ионами, в частности, Mg2+ и Са2+, и, таким образом, предотвращение образования осадков в электролизере является новой методикой. Установка NF разделяет морскую воду на ретентат и фильтрат, где ретентат имеет более высокое отношение содержания двухвалентных ионов к содержанию одновалентных ионов, чем фильтрат. Фильтрат, извлекаемый из выпускного отверстия для фильтрата установки NF, направляют во впускное отверстие электролизера. Литературные данные по такой системе NF приведены на фиг. 5 (скопировано из публикации: Telzhensky, M., Birnhack, L, Lehmann, О., Windier, E., Lahav, О. Selective separation of seawater Mg2+ ions for use in downstream water treatment processes (Селективное отделение ионов Mg2+ из морской воды для последующей подачи в способы обработки воды). Chemical Engineering Journal 175 (2011) 136-143).In FIG. 4 shows a system for regulating the composition of the feed stream by means of nanofiltration (English nanofiltration, abbreviated as NF). The authors suggest that the use of NF to reduce the hardness created by divalent ions, in particular Mg 2+ and Ca 2+ , and thus prevent the formation of deposits in the cell is a new technique. The NF unit separates seawater into retentate and filtrate, where the retentate has a higher ratio of divalent ions to monovalent ions than the filtrate. The filtrate withdrawn from the filtrate outlet of the NF unit is sent to the inlet of the cell. Literature data on such an NF system are shown in Fig. 5 (copied from: Telzhensky, M., Birnhack, L, Lehmann, O. , Windier, E., Lahav, O. Selective separation of seawater Mg 2+ ions for use in downstream water treatment processes + from sea water to be fed into water treatment processes Chemical Engineering Journal 175 (2011) 136-143).

В этой конфигурации концентрации одновалентных ионов могут быть снижены на величину приблизительно от 2 до 10%, в то время как концентрации двухвалентных ионов могут быть снижены на величину приблизительно от 50 до 90%.In this configuration, monovalent ion concentrations can be reduced by about 2 to 10%, while divalent ion concentrations can be reduced by about 50 to 90%.

На фиг. 6 представлена система регулирования состава подаваемого потока посредством электродиализа (ED). В такой системе для преимущественного перемещения одновалентных ионов из разбавленного раствора в поток концентрата применяют мембраны, селективные по отношению к одновалентным ионам. Литературные данные по этому способу приведены на фиг. 7А-8В. На фиг. 7А-7В представлены технические характеристики одного из примеров системы ED, в которой применяют мембраны, селективные по отношению к одновалентным ионам. При проведении обработки (снижение TDS или повышение степени обессоливания) одновалентные ионы (Cl, Na, K) быстро перемещаются из разбавленного раствора в поток концентрата, в то время как двухвалентные ионы (SO4, Mg, Ca) остаются в потоке концентрата до тех пор, пока не будет достигнута высокая степень удаления TDS/обессоливания. В этой конфигурации концентрации одновалентных ионов в потоке концентрата могут быть повышены на величину приблизительно от 3 до 400% при одновременном изменении концентрации двухвалентных ионов.In FIG. 6 shows an electrodialysis (ED) feed composition control system. In such a system, monovalent ion-selective membranes are used to preferentially move monovalent ions from a dilute solution into a concentrate stream. Literature data on this method are shown in Fig. 7A-8B. In FIG. 7A-7B are specifications for one example of an ED system using monovalent ion selective membranes. During treatment (reducing TDS or increasing desalting), monovalent ions (Cl, Na, K) quickly move from the dilute solution into the concentrate stream, while divalent ions (SO 4 , Mg, Ca) remain in the concentrate stream until until a high degree of TDS removal/desalting is achieved. In this configuration, the concentrations of monovalent ions in the concentrate stream can be increased by about 3 to 400% while changing the concentration of divalent ions.

На фиг. 9А представлена система регулирования рН потока, подаваемого в электролизер, посредством проведения ED. В этой системе для получения Н+ и ОН-применяют биполярные мембраны (фиг. 9А). Н+ может служить для регулирования рН либо в электролизере (фиг. 9В), либо в модуле NF (фиг. 10).In FIG. 9A shows a system for adjusting the pH of the cell feed stream by performing ED. In this system, bipolar membranes are used to produce H + and OH- (FIG. 9A). H + can serve to adjust the pH either in the cell (FIG. 9B) or in the NF module (FIG. 10).

На фиг. 11А и 11В показаны системы, в которых для регулирования состава потока, подаваемого в электролизер, применяют методики NF и ED. В системе, представленной на фиг. 11А, NF применяют для снижения жесткости, создаваемой двухвалентными ионами. Поток ретентата из NF направляют в поток разбавленного раствора и в поток концентрата модуля ED, селективного по отношению к одновалентным ионам. Поскольку бромид-ионы переходят в поток концентрата, поток разбавленного раствора из модуля ED, селективного по отношению к одновалентным ионам, может быть применен для других целей, например в качестве хозяйственной или охлаждающей воды. Поток концентрата, в котором понижена концентрация двухвалентных ионов и повышена концентрация одновалентных ионов, может быть подаваемым потоком, направляемым в электролизер.In FIG. 11A and 11B show systems using NF and ED techniques to control the composition of the cell feed stream. In the system shown in Fig. 11A, NF is used to reduce the stiffness created by divalent ions. The NF retentate stream is directed to the dilute solution stream and to the monovalent ion selective ED module concentrate stream. Since the bromide ions pass into the concentrate stream, the dilute solution stream from the monovalent ion selective ED module can be used for other purposes, such as service water or cooling water. The concentrate stream, in which the concentration of divalent ions is reduced and the concentration of monovalent ions is increased, may be a feed stream directed to the cell.

В системе, представленной на фиг. 11В, разбавленный поток из модуля ED, селективного по отношению к одновалентным ионам, сначала применяют для снижения концентрации одновалентных ионов в подаваемом потоке. Затем поток разбавленного раствора из устройства ED направляют в качестве подаваемого потока в модуль NF для снижения жесткости, создаваемой двухвалентными ионами. Пермеат из модуля NF затем подают в поток концентрата устройства ED для сохранения общей концентрации одновалентных ионов.In the system shown in Fig. 11B, the dilute stream from the monovalent ion selective ED module is first used to reduce the concentration of monovalent ions in the feed stream. The dilute solution stream from the ED device is then sent as feed to the NF module to reduce divalent ion hardness. The permeate from the NF module is then fed into the concentrate stream of the ED device to maintain the total monovalent ion concentration.

На фиг. 12А представлена система регулирования состава подаваемого потока, соединенная с электролизером, имеющим средства для улучшения продукта реакции. Проведенные ранее эксперименты по сравнению улучшения качества продукта реакции в зависимости от состава подаваемого материала, а именно, морской воды и солевого раствора, показали, что наличие жесткости, обусловленное присутствием Mg2+, приводило к экранированию катода и снижению рабочей плотности тока с приблизительно 2200 до 200 А/м2 (фиг. 12В) при одновременном сдвиге от потребления кислорода до образования водорода. На фиг. 12В сдвиг от потребления кислорода до образования водорода происходит в точке перегиIn FIG. 12A shows a feed composition control system coupled to an electrolyzer having means to improve the reaction product. Previous experiments comparing the improvement in the quality of the reaction product depending on the composition of the feed material, namely, sea water and saline, showed that the presence of rigidity due to the presence of Mg 2+ led to shielding of the cathode and a decrease in the operating current density from approximately 2200 to 200 A/m 2 (FIG. 12B) while shifting from oxygen consumption to hydrogen production. In FIG. 12V shift from oxygen consumption to hydrogen production occurs at the inflection point

- 11 040225 ба, отмеченной на каждой из линий. Линией Солевой раствор - 3 м/с, воздух - 1 бар (105 Па) представлены технические характеристики без улучшений. Линией Солевой раствор - 3 м/с, О2 - 6,9 бар (6,9-105 Па) представлены технические характеристики с полностью реализованными улучшениями. Линией Морская вода - 3 м/с, О2 - 5 бар (5-105 Па) представлено ухудшение технических характеристик, вызываемое влиянием Mg. После устранения жесткости, создаваемой двухвалентными ионами, в частности, Mg2+, с помощью, например, нанофильтрационной установки, представленной на фиг. 12А, можно создать систему электролизера, которая может производить NaOCl без образования водорода. Для подачи кислорода в поток, направляемый в электрохимический реактор, также может быть применено устройство для насыщения кислородом, который реагирует с растворенным Н+, что приводит к образованию воды и предотвращению удаления Н+ из раствора.- 11 040225 ba, marked on each of the lines. The line Salt solution - 3 m/s, air - 1 bar (10 5 Pa) represents the technical data without improvement. The line Brine - 3 m/s, O 2 - 6.9 bar (6.9-105 Pa) represents the specifications with the improvements fully realized. The line Sea water - 3 m/s, O 2 - 5 bar (5-10 5 Pa) represents the deterioration in performance caused by the influence of Mg. After removing the hardness created by divalent ions, in particular Mg 2+ , using, for example, the nanofiltration plant shown in FIG. 12A, it is possible to create an electrolyser system that can produce NaOCl without producing hydrogen. An oxygen saturation device can also be used to supply oxygen to the electrochemical reactor stream, which reacts with dissolved H + to form water and prevent H + from being removed from the solution.

Контроллер, применяемый для отслеживания и регулирования работы различных элементов примеров осуществления системы, рассмотренной в настоящей работе, может включать компьютеризованную систему управления. Различные аспекты контроллера могут быть осуществлены в виде специализированного программного обеспечения, выполняемого универсальной компьютерной системой 1000, такой, как показано на фиг. 13. Компьютерная система 1000 может включать процессор 1002, соединенный с одним или более устройств 1004, таких как накопитель на магнитных дисках, полупроводниковая память или другое устройство для хранения данных. Память 1004 обычно применяют для хранения программ и данных во время работы компьютерной системы 1000. Компоненты компьютерной системы 1000 могут быть соединены с помощью соединительного механизма 1006, который может включать одну или более шин (например, между компонентами, которые интегрированы в составе одной машины) и/или сеть (например, между компонентами, которые находятся в отдельных машинах). Соединительный механизм 1006 позволяет обмениваться информацией (например, данными, инструкциями) между системными компонентами системы 1000. Компьютерная система 1000 также включает одно или более устройств 1008 ввода, например клавиатуру, мышь, шаровой манипулятор, микрофон, сенсорный экран, и одно или более устройств 1010 вывода, например печатающее устройство, дисплей и/или громкоговоритель.The controller used to monitor and regulate the operation of the various elements of the exemplary system discussed in this paper may include a computerized control system. Various aspects of the controller may be implemented as custom software executable by general purpose computer system 1000, such as shown in FIG. 13. Computer system 1000 may include a processor 1002 coupled to one or more devices 1004 such as a magnetic disk drive, semiconductor memory, or other data storage device. Memory 1004 is typically used to store programs and data during operation of computer system 1000. Components of computer system 1000 may be connected via a coupling mechanism 1006, which may include one or more buses (eg, between components that are integrated within a single machine) and /or a network (for example, between components that are in separate machines). The connector mechanism 1006 allows information (e.g., data, instructions) to be exchanged between system components of system 1000. Computer system 1000 also includes one or more input devices 1008, such as a keyboard, mouse, trackball, microphone, touch screen, and one or more devices 1010 output, such as a printer, display, and/or speaker.

Устройства 1010 вывода также могут включать клапаны, насосы или переключатели, которые могут быть применены для введения технологической воды (например, слабоминерализованной воды или морской воды) из источника подаваемого материала в систему электрохлорирования, рассмотренную в настоящей работе, или в участок применения и/или для регулирования скорости перекачивания насосов. Один или более датчиков 1014 также могут передавать вводные данные в компьютерную систему 1000. Эти датчики могут включать, например, датчики давления, датчики концентрации химических веществ, датчики температуры, датчики расхода текучей среды или датчики любых других параметров системы электрохлорирования, требующихся для работы оператора системы. Эти датчики могут быть установлены на любом участке системы, в котором нужно их присутствие, например выше по потоку относительно участка применения и/или системы электрохлорирования, или они могут находиться в гидравлическом взаимодействии с источником подаваемого материала. Кроме того, компьютерная система 1000 может содержать один или более интерфейсов (не показаны), которые соединяют компьютерную систему 1000 с коммуникационной сетью наряду с соединительным механизмом 1006 или в качестве альтернативы соединительному механизму 1006.Output devices 1010 may also include valves, pumps, or switches that may be used to introduce process water (e.g., brackish water or seawater) from a feed source to the electrochlorination system discussed in this paper or to an application site and/or to regulation of pumping speed. One or more sensors 1014 may also provide input to computer system 1000. These sensors may include, for example, pressure sensors, chemical concentration sensors, temperature sensors, fluid flow sensors, or sensors for any other electrochlorination system parameters required by the system operator. . These sensors may be installed anywhere in the system where they are desired, such as upstream of the application and/or electrochlorination system, or they may be in fluid communication with the feed source. In addition, computer system 1000 may include one or more interfaces (not shown) that connect computer system 1000 to a communications network along with or as an alternative to connection mechanism 1006.

Система 1012 хранения, более детально показанная на фиг. 14, обычно включает пригодный для чтения и записи на компьютере носитель 1102 долговременной записи, на котором хранятся сигналы, определяющие программу, выполняемую процессором 1002, или информация, обрабатываемая программой. Носитель может включать, например, память на диске или флэш-память. Обычно в процессе работы процессор считывает данные с носителя 1102 долговременной записи в другую память 1104, которая обеспечивает большую скорость доступа процессора к информации, чем носитель 1102. Такое устройство 1104 памяти обычно представляет собой энергозависимое запоминающее устройство с произвольным доступом, такое как динамическая оперативная память (англ. dynamic random access memory, сокр. DRAM) или статическое запоминающее устройство (англ. static memory, сокр. SRAM). Она может находиться, как показано, в системе 1012 хранения или в запоминающей системе 1004. Процессор 1002 обычно обрабатывает данные в запоминающей интегральной схеме 1104 и по завершении обработки копирует данные на носитель 1102. Известно множество различных механизмов осуществления перемещения данных между носителем 1102 и элементом 1104 запоминающей интегральной схеме, и аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, не ограничены перечисленными. Аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, не ограничены конкретной запоминающей системой 1004 или системой 1012 хранения.Storage system 1012, shown in more detail in FIG. 14 typically includes a computer readable and writable durable recording medium 1102 that stores signals that determine the program being executed by the processor 1002 or information being processed by the program. The medium may include, for example, disk storage or flash memory. Typically, during operation, the processor reads data from the persistent storage medium 1102 into another memory 1104 that provides a faster processor access to information than the medium 1102. Such a memory device 1104 is typically a volatile random access storage device such as dynamic random access memory ( eng. dynamic random access memory, abbr. DRAM) or static storage device (eng. static memory, abbr. SRAM). It may reside in storage system 1012 or storage system 1004 as shown. Processor 1002 typically processes data in storage integrated circuit 1104 and copies the data to storage medium 1102 upon completion of processing. memory integrated circuit, and the aspects and examples of implementation discussed in this work are not limited to those listed. The aspects and examples of implementation discussed in this paper are not limited to a particular storage system 1004 or storage system 1012.

Компьютерная система может включать специально программируемые для конкретных целей аппаратные средства компьютерных систем, например специализированную интегральную микросхему (англ. application specific integrated circuit, сокр. ASIC). Аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, могут быть выполнены с помощью программного обеспечения, аппаратных средств компьютерных систем или встроенных программ или любой их комбинации. Кроме того, такие способы, действия, системы, элементы системы и их компоненты могут быть частью компьютерной системы, расA computer system may include computer system hardware that is specially programmed for specific purposes, such as an application specific integrated circuit (ASIC). Aspects and exemplary embodiments discussed herein may be implemented in software, computer system hardware or firmware, or any combination thereof. In addition, such methods, activities, systems, system elements, and components thereof may be part of a computer system

- 12 040225 смотренной выше, или представлять собой независимый компонент.- 12 040225 as above, or be an independent component.

Несмотря на то, что в качестве примера компьютерной системы одного типа представлена компьютерная система 1000, с помощью которой могут быть воплощены различные аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, следует понимать, что аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, не ограничены осуществлением с помощью компьютерной системы, показанной на фиг. 13. Различные аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, могут быть воплощены с помощью одного или более компьютеров, имеющих архитектуры или компоненты, отличные от представленных на фиг. 13.While one type of computer system is exemplified by computer system 1000, with which various aspects and embodiments discussed herein can be implemented, it should be understood that the aspects and embodiments discussed herein are not limited to by means of the computer system shown in FIG. 13. The various aspects and embodiments discussed herein may be implemented using one or more computers having architectures or components other than those shown in FIGS. 13.

Компьютерная система 1000 может представлять собой универсальную компьютерную систему, которая может быть запрограммирована с использованием высокоуровневого языка компьютерного программирования. Компьютерная система 1000 также может быть создана с использованием специально программируемых специализированных аппаратных средств. Процессор 1002 компьютерной системы 1000 обычно представляет собой коммерчески доступный процессор, такой как хорошо известные процессоры классов Pentium™ или Core™, поставляемые Intel Corporation. Доступны также многие другие процессоры, которые включают программируемые логические контроллеры. Такой процессор обычно работает на основе операционной системы, которая может представлять собой, например, операционную систему Windows 7, Windows 8 или Windows 10, поставляемую Microsoft Corporation, MAC OS System X, поставляемую Apple Computer, операционную систему Solaris, поставляемую Sun Microsystems, или UNIX, поставляемую различными компаниями. Может быть применено множество других операционных систем.Computer system 1000 may be a general purpose computer system that can be programmed using a high-level computer programming language. The computer system 1000 may also be created using specially programmed dedicated hardware. Processor 1002 of computer system 1000 is typically a commercially available processor, such as the well-known Pentium™ or Core™ class processors available from Intel Corporation. Many other processors are also available which include programmable logic controllers. Such a processor typically runs on an operating system, which may be, for example, the Windows 7, Windows 8, or Windows 10 operating system supplied by Microsoft Corporation, MAC OS System X supplied by Apple Computer, the Solaris operating system supplied by Sun Microsystems, or UNIX. supplied by various companies. Many other operating systems may be used.

Процессор и операционная система вместе определяют компьютерную платформу, для которой создают прикладные программы на высокоуровневых языках программирования. Следует понимать, что изобретение не ограничено конкретной системой компьютерной платформы, процессором, операционной системой или сетью. Кроме того, специалисты в данной области техники должны понимать, что аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, не ограничены конкретным языком программирования или компьютерной системой. Дополнительно, следует понимать, что также могут быть применены другие подходящие языки программирования и другие подходящие компьютерные системы.The processor and operating system together define the computer platform for which application programs are created in high-level programming languages. It should be understood that the invention is not limited to a particular computer platform system, processor, operating system, or network. In addition, those skilled in the art should understand that the aspects and embodiments discussed in this paper are not limited to a particular programming language or computer system. Additionally, it should be understood that other suitable programming languages and other suitable computer systems may also be used.

Одна или более из частей компьютерной системы может быть распределена в одной или более компьютерных системах (не показаны), соединенных коммуникационной сетью. Эти компьютерные системы также могут представлять собой универсальные компьютерные системы. Например, различные аспекты изобретения могут быть распределены в одной или более компьютерных системах, сконструированных с возможностью обслуживания (например, серверы) одного или более клиентских компьютеров или с возможностью выполнения общей задачи как части распределенной системы. Например, различные аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, могут быть выполнены на системе клиент-сервер, которая включает компоненты, распределенные в одной или более серверных системах, которые выполняют различные функции в соответствии с различными аспектами и примерами осуществления, рассмотренными в настоящей работе. Эти компоненты могут представлять собой выполняемый промежуточный (например, IL) или интерпретируемый (например, Java) код, который передается через коммуникационную сеть (например, Internet) с использованием коммуникационного протокола (например, TCP/IP). В некоторых примерах осуществления один или более компонентов компьютерной системы 200 может сообщаться с одним или более других компонентов через беспроводную сеть, включающую, например, сеть сотовой связи.One or more of the parts of the computer system may be distributed in one or more computer systems (not shown) connected by a communications network. These computer systems may also be general purpose computer systems. For example, various aspects of the invention may be distributed across one or more computer systems designed to serve (eg, servers) one or more client computers or to perform a common task as part of a distributed system. For example, the various aspects and embodiments discussed herein may be executed on a client-server system that includes components distributed on one or more server systems that perform different functions in accordance with the various aspects and embodiments discussed herein. work. These components may be executable intermediate (eg, IL) or interpreted (eg, Java) code that is transmitted over a communications network (eg, the Internet) using a communications protocol (eg, TCP/IP). In some embodiments, one or more components of computer system 200 may communicate with one or more other components via a wireless network, including, for example, a cellular network.

Следует понимать, что аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, не ограничены выполнением с помощью какой-либо конкретной системы или группы систем. Также следует понимать, что аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, не ограничены какой-либо конкретной распределяемой (предоставляемой, англ. distributed) архитектурой, сетью или коммуникационным протоколом. Различные аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, могут быть запрограммированы с использованием объектно-ориентированного языка программирования, такого как SmallTalk, Java, C++, Ada или С# (C-Sharp). Также могут быть применены другие объектно-ориентированные языки программирования. В альтернативном варианте могут быть использованы функциональные, скриптовые и/или логические языки программирования, например лестничная логическая схема. Различные аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, могут быть выполнены в непрограммируемой среде (например, документы, созданные в форматах HTML, XML или других форматах, которые при рассмотрении в окне программы для просмотра демонстрируют аспекты графического интерфейса пользователя (англ. graphical-user interface, сокращенно GUI) или выполняют другие функции). Различные аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, могут быть выполнены в виде программируемых или непрограммируемых элементов или любой их комбинации.It should be understood that the aspects and examples of implementation discussed in this paper are not limited to implementation using any particular system or group of systems. It should also be understood that the aspects and examples of implementation discussed in this paper are not limited to any particular distributed (provided, English distributed) architecture, network or communication protocol. The various aspects and embodiments discussed in this paper may be programmed using an object-oriented programming language such as SmallTalk, Java, C++, Ada, or C# (C-Sharp). Other object-oriented programming languages may also be used. Alternatively, functional, scripting, and/or logic programming languages, such as ladder logic, may be used. Various aspects and examples of implementation discussed in this paper can be executed in a non-programmable environment (for example, documents created in HTML, XML, or other formats that, when viewed in a viewer window, demonstrate aspects of a graphical user interface (English graphical- user interface, GUI for short) or perform other functions). The various aspects and embodiments discussed in this paper may be implemented as programmable or non-programmable elements, or any combination thereof.

Пример.Example.

На фиг. 15А представлена испытуемая система рециркуляции электролизера.In FIG. 15A shows the cell recirculation system under test.

В данной установке в резервуаре для продукта был приготовлен 3,5% раствор синтетической морIn this plant, a 3.5% solution of synthetic sea salt was prepared in the product tank.

- 13 040225 ской воды Instant Ocean® (фиг. 15В). При подаче на ячейку напряжения производили рециркуляцию этого раствор через электролизер в течение различных промежутков времени (фиг. 15С, от 7 до 120 мин). Газообразный Н2 отводили по мере его образования, накапливая продукт NaOCl.- 13 040225 Instant Ocean® water (Fig. 15B). When voltage was applied to the cell, this solution was recirculated through the cell for various periods of time (FIG. 15C, from 7 to 120 minutes). Gaseous H 2 was removed as it was formed, accumulating the NaOCl product.

Как указано в обсуждении выше, полагают, что отвод Н2 позволяет избежать экранирования катода, что позволяет поддерживать локальный рН на уровне значения в основной массе раствора и снижать интенсивность образования осадка Mg(ОН)2. Действительно, измеренный рН основной массы раствора составлял от 8,6 до 8,8, и осаждения также не наблюдали.As noted in the discussion above, it is believed that the withdrawal of H 2 avoids shielding of the cathode, which allows you to maintain local pH at the level of the value in the bulk solution and reduce the rate of precipitation of Mg(OH) 2 . Indeed, the measured pH of the bulk solution was between 8.6 and 8.8 and no precipitation was observed either.

После непрерывной работы концентрацию продукта NaOCl измеряли йодометрическим титрованием. Были достигнуты концентрации продукта, составляющие приблизительно от 750 до 6200 частей на миллион (фиг. 15С). Эти результаты значительно выше, чем в установках предшествующего уровня техники.After continuous operation, the concentration of the NaOCl product was measured by iodometric titration. Product concentrations of approximately 750 to 6200 ppm were achieved (FIG. 15C). These results are significantly higher than in prior art installations.

Авторы предполагают, что регулирование состава подаваемого потока, а также аспекты и примеры осуществления, рассмотренные в настоящей работе, позволят достичь такой же или большей эффективности.The authors believe that the control of the composition of the feed stream, as well as the aspects and examples of implementation discussed in this paper, will achieve the same or greater efficiency.

Фразы и термины, употребляемые в настоящей работе, приведены для описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. Употребляемый в настоящей работе, термин совокупность означает два или более объекта или компонента. Термины включающий, несущий, имеющий и содержащий, имеющиеся в описании или формуле изобретения и подобных разделах, представляют собой неограничивающие термины, т.е. означают включающий без ограничений. Таким образом, использование таких терминов охватывает перечисленные после них объекты и их эквиваленты, а также дополнительные объекты. В отношении пунктов формулы изобретения только переходные фразы состоящий из и по существу состоящий из имеют ограничивающее или полуограничивающее значение, соответственно. Применение порядковых числительных, таких как первый, второй, третий и т.д. в пунктах формулы изобретения для определения заявляемого элемента само по себе не означает приоритета, предшествования или порядка одного заявляемого элемента по отношению к другому или временного порядка, в котором выполняются операции способа; такие обозначения применяются как указатели для отличия одного заявляемого элемента, имеющего определенное наименование, от другого элемента, имеющего такое же наименование (кроме использования первоначального термина), для различения заявляемых элементов.The phrases and terms used in this work are for the purpose of description and should not be construed as limiting. As used in this work, the term collection means two or more objects or components. The terms including, carrying, having, and containing, as used in the specification or claims and like sections, are non-limiting terms, i.e. means inclusive without limitation. Thus, the use of such terms covers the objects listed after them and their equivalents, as well as additional objects. With respect to claims, only the transitional phrases consisting of and essentially consisting of have a limiting or semi-limiting meaning, respectively. The use of ordinal numbers, such as first, second, third, etc. in the claims for the definition of the claimed element does not in itself imply the priority, precedence or order of one claimed element with respect to another or the temporal order in which the operations of the method are performed; such designations are used as indicators to distinguish one claimed element having a certain name from another element having the same name (except for the use of the original term), to distinguish the claimed elements.

Таким образом, после рассмотрения некоторых аспектов по меньшей мере одного примера осуществления, следует понимать, что специалисты в данной области техники могут внести различные изменения, создать модификации и усовершенствования этих аспектов. Любой признак, рассмотренный в любом примере осуществления, может быть включен в любой признак любого другого примера осуществления или заменен любым признаком любого другого примера осуществления. Такие изменения, модификации и усовершенствования должны представлять собой часть настоящего изобретения и быть включены в объем изобретения. Соответственно, приведенное выше описание и графические материалы предоставлены лишь в качестве примера.Thus, after considering certain aspects of at least one exemplary embodiment, it should be understood that various changes, modifications, and improvements to these aspects may be made by those skilled in the art. Any feature discussed in any embodiment may be included in any feature of any other embodiment or replaced by any feature of any other embodiment. Such changes, modifications and improvements should form part of the present invention and be included within the scope of the invention. Accordingly, the above description and drawings are provided by way of example only.

Claims (22)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Система электрохлорирования, включающая: электролизер, выполненный с возможностью гидравлического соединения между источником подаваемой текучей среды и отверстием для выпуска получаемой текучей среды; и подсистему, включающую в себя установку электродиализа, имеющую впускное отверстие, выполненное с возможностью гидравлического соединения с источником подаваемой текучей среды, одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам, и выпускное отверстие для потока концентрата, находящееся в гидравлическом взаимодействии с впускным отверстием электролизера, где подсистема сконструирована с возможностью выполнения одной из следующих операций: повышения рН подаваемой текучей среды или повышения отношения содержания одновалентных ионов к содержанию двухвалентных ионов в подаваемой текучей среде, и расположена выше по потоку относительно электролизера.1. An electrochlorination system, including: an electrolyser configured to be hydraulically connected between a source of supplied fluid and an outlet for discharging the resulting fluid; and a subsystem including an electrodialysis unit having an inlet configured to be hydraulically connected to a source of supplied fluid, one or more monovalent ion selective membranes, and a concentrate flow outlet in fluid communication with the inlet. cell, where the subsystem is designed to perform one of the following operations: increase the pH of the supplied fluid or increase the ratio of the content of monovalent ions to the content of divalent ions in the supplied fluid, and is located upstream of the cell. 2. Система по п.1, в которой установка электродиализа сконструирована с возможностью разделения подаваемой текучей среды на поток разбавленного раствора и поток концентрата и с возможностью преимущественного перемещения одновалентных ионов из потока разбавленного раствора в поток концентрата.2. The system of claim 1, wherein the electrodialysis unit is configured to separate the feed fluid into a dilute solution stream and a concentrate stream and to preferentially move monovalent ions from the dilute solution stream to the concentrate stream. 3. Система по п.2, в которой установка электродиализа сконструирована с возможностью повышения концентрации одновалентных ионов в потоке концентрата по сравнению с подаваемой жидкостью на величину, составляющую от 3 до 400%.3. The system of claim 2, wherein the electrodialysis unit is designed to increase the concentration of monovalent ions in the concentrate stream compared to the feed liquid by an amount ranging from 3 to 400%. 4. Система по п.1, в которой подсистема включает установку электродиализа, имеющую впускное отверстие, выполненное с возможностью гидравлического соединения с источником подаваемой текучей среды, одну или более биполярных мембран, и выпускное отверстие, сконструированное с возможностью направлять поток текучей среды, имеющий повышенную кислотность по сравнению с подаваемой текучей средой, во впускное отверстие электролизера.4. The system of claim 1, wherein the subsystem includes an electrodialysis unit having an inlet configured to be in fluid communication with a supply fluid source, one or more bipolar membranes, and an outlet configured to direct fluid flow having increased acidity compared to the fluid supplied to the cell inlet. 5. Система по п.1, в которой подсистема включает установку электродиализа, имеющую впускное 5. The system of claim 1, wherein the subsystem includes an electrodialysis unit having an inlet - 14 040225 отверстие, выполненное с возможностью гидравлического соединения с источником подаваемой текучей среды, одну или более биполярных мембран, и выпускное отверстие, сконструированное с возможностью направлять поток текучей среды, имеющий повышенную кислотность по сравнению с подаваемой текучей средой, во впускное отверстие нанофильтрационной установки, расположенной выше по потоку относительно электролизера.- 14 040225 an opening configured to be hydraulically connected to a source of supplied fluid, one or more bipolar membranes, and an outlet designed to direct a fluid flow having an increased acidity compared to the supplied fluid into the inlet of the nanofiltration unit, located upstream of the cell. 6. Система по п.5, в которой нанофильтрационная установка сконструирована с возможностью разделения потока текучей среды на ретентат и пермеат, где ретентат имеет более высокое отношение содержания двухвалентных ионов к содержанию одновалентных ионов, чем пермеат, и нанофильтрационная установка включает выпускное отверстие для пермеата, сконструированное с возможностью подачи пермеата во впускное отверстие электролизера.6. The system of claim 5, wherein the nanofiltration unit is configured to separate the fluid stream into retentate and permeate, where the retentate has a higher ratio of divalent ions to monovalent ions than the permeate, and the nanofiltration unit includes a permeate outlet, designed to supply permeate to the cell inlet. 7. Система по п.1, в которой подсистема включает нанофильтрационную установку, имеющую впускное отверстие, выполненное с возможностью гидравлического соединения с источником подаваемой текучей среды, и выпускное отверстие, находящееся в гидравлическом взаимодействии с установкой электродиализа, где установка электродиализа включает одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам, и имеет выпускное отверстие для потока концентрата, находящееся в гидравлическом взаимодействии с впускным отверстием электролизера.7. The system according to claim 1, in which the subsystem includes a nanofiltration unit having an inlet made with the possibility of hydraulic connection with a source of supplied fluid, and an outlet in fluid communication with the electrodialysis unit, where the electrodialysis unit includes one or more membranes , selective with respect to monovalent ions, and has an outlet for the flow of the concentrate, which is in fluid communication with the inlet of the cell. 8. Система по п.7, дополнительно включающая установку для насыщения кислородом, которая находится в гидравлическом взаимодействии с установкой электродиализа и электролизером, расположена между ними, и сконструирована с возможностью добавления кислорода в поток концентрата до введения потока концентрата во впускное отверстие электролизера.8. The system of claim 7, further comprising an oxygenation unit that is in fluid communication with, and is located between, the electrodialysis unit and the electrolyser, and is configured to add oxygen to the concentrate stream prior to introducing the concentrate stream into the inlet of the electrolyzer. 9. Система по п.1, в которой подсистема включает установку электродиализа, имеющую впускное отверстие, выполненное с возможностью гидравлического соединения с источником подаваемой текучей среды, одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам, выпускное отверстие для потока разбавленного раствора, находящееся в гидравлическом взаимодействии с впускным отверстием нанофильтрационной установки, впускное отверстие для потока концентрата, находящееся в гидравлическом взаимодействии с выпускным отверстием для пермеата нанофильтрационной установки, и выпускное отверстие для потока концентрата, находящееся в гидравлическом взаимодействии с впускным отверстием электролизера.9. The system of claim 1, wherein the subsystem includes an electrodialysis unit having an inlet configured to be hydraulically connected to a source of fluid to be supplied, one or more monovalent ion selective membranes, a dilute solution flow outlet located in fluid communication with the inlet of the nanofiltration unit, a concentrate flow inlet in fluid communication with the permeate outlet of the nanofiltration unit, and a concentrate flow outlet in fluid communication with the inlet of the cell. 10. Способ функционирования системы электрохлорирования по п.1, который включает: функционирование подсистемы, находящейся в гидравлическом взаимодействии с источником подаваемой текучей среды и электролизером и расположенной между ними, с целью проведения одной из следующих операций: повышения рН подаваемой текучей среды или повышения отношения содержания одновалентных ионов к содержанию двухвалентных ионов в подаваемой текучей среде, что приводит к получению модифицированной подаваемой текучей среды; и введение модифицированной подаваемой текучей среды в электролизер.10. The method of operation of the electrochlorination system according to claim 1, which includes: the operation of a subsystem that is in hydraulic interaction with the supply fluid source and the electrolyzer and located between them, in order to perform one of the following operations: increase the pH of the supplied fluid or increase the content ratio monovalent ions to the content of divalent ions in the supplied fluid, resulting in a modified supplied fluid; and introducing the modified feed fluid into the cell. 11. Способ по п.10, в котором функционирование подсистемы включает разделение подаваемой текучей среды в нанофильтрационной установке на ретентат и пермеат, где ретентат имеет более высокое отношение содержания двухвалентных ионов к содержанию одновалентных ионов, чем пермеат.11. The method of claim 10, wherein operation of the subsystem includes separating the feed fluid in the nanofiltration plant into a retentate and a permeate, wherein the retentate has a higher ratio of divalent ions to monovalent ions than the permeate. 12. Способ по п.11, включающий получение пермеата, в котором концентрация одновалентных ионов на величину от 2 до 10% ниже концентрации одновалентных ионов в подаваемой текучей среде.12. The method according to claim 11, including obtaining a permeate, in which the concentration of monovalent ions is from 2 to 10% lower than the concentration of monovalent ions in the fluid supplied. 13. Способ по п.11, включающий получение пермеата, в котором концентрация двухвалентных ионов на величину от 50 до 90% ниже концентрации двухвалентных ионов в подаваемой текучей среде.13. The method according to claim 11, including obtaining a permeate, in which the concentration of divalent ions is from 50 to 90% lower than the concentration of divalent ions in the fluid supplied. 14. Способ по п.10, в котором функционирование подсистемы включает обработку подаваемой текучей среды в установке электродиализа, включающей одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам.14. The method of claim 10, wherein operating the subsystem includes treating a feed fluid in an electrodialysis unit comprising one or more monovalent ion selective membranes. 15. Способ по п.14, включающий разделение в установке электродиализа подаваемой в нее текучей среды на поток разбавленного раствора и поток концентрата и преимущественное перемещение одновалентных ионов из потока разбавленного раствора в поток концентрата.15. The method of claim 14, comprising separating the fluid supplied to the electrodialysis unit into a dilute solution stream and a concentrate stream, and preferentially moving monovalent ions from the dilute solution stream to the concentrate stream. 16. Способ по п.15, включающий повышение концентрации одновалентных ионов в потоке концентрата по сравнению с подаваемой жидкостью на величину, составляющую от 3 до 400%.16. The method according to claim 15, comprising increasing the concentration of monovalent ions in the concentrate stream compared to the feed liquid by an amount ranging from 3 to 400%. 17. Способ по п.10, в котором функционирование подсистемы включает обработку подаваемой текучей среды в установке электродиализа, включающей одну или более биполярных мембран, и подачу потока текучей среды, имеющей повышенную кислотность по сравнению с подаваемой текучей средой, из выпускного отверстия установки электродиализа во впускное отверстие электролизера.17. The method of claim 10, wherein operating the subsystem includes treating a feed fluid in an electrodialysis machine including one or more bipolar membranes and supplying a fluid stream having an increased acidity compared to the feed fluid from an outlet of the electrodialysis machine to electrolyzer inlet. 18. Способ по п.10, в котором функционирование подсистемы включает обработку подаваемой текучей среды в установке электродиализа, включающей одну или более биполярных мембран, и подачу потока текучей среды, имеющей повышенную кислотность по сравнению с подаваемой текучей средой, из выпускного отверстия установки электродиализа во впускное отверстие нанофильтрационной установки, расположенной выше по потоку относительно электролизера.18. The method of claim 10, wherein operating the subsystem includes treating a feed fluid in an electrodialysis machine including one or more bipolar membranes and supplying a fluid stream having an increased acidity compared to the feed fluid from an outlet of the electrodialysis machine to the inlet of the nanofiltration unit located upstream of the electrolytic cell. 19. Способ по п.18, дополнительно включающий разделение в нанофильтрационной установке потока текучей среды на ретентат и пермеат, где ретентат имеет более высокое отношение содержания двухвалентных ионов к содержанию одновалентных ионов, чем пермеат, и подачу пермеата во впускное 19. The method of claim 18, further comprising separating the fluid flow into a retentate and a permeate in the nanofiltration plant, wherein the retentate has a higher ratio of divalent ions to monovalent ions than the permeate, and supplying the permeate to the inlet - 15 040225 отверстие электролизера.- 15 040225 cell opening. 20. Способ по п.10, в котором функционирование подсистемы включает обработку подаваемой текучей среды в нанофильтрационной установке, выпускное отверстие которой находится в гидравлическом взаимодействии с установкой электродиализа, где установка электродиализа включает одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам, и подачу потока концентрата из установки электродиализа во впускное отверстие электролизера.20. The method of claim 10, wherein operating the subsystem includes treating the feed fluid in a nanofiltration unit whose outlet is in fluid communication with the electrodialysis unit, where the electrodialysis unit includes one or more monovalent ion selective membranes and supplying the concentrate flow from the electrodialysis unit to the cell inlet. 21. Способ по п.20, дополнительно включающий добавление кислорода в поток концентрата до введения потока концентрата во впускное отверстие электролизера.21. The method of claim 20, further comprising adding oxygen to the concentrate stream prior to introducing the concentrate stream into the cell inlet. 22. Способ по п.10, в котором функционирование подсистемы включает обработку подаваемой текучей среды в установке электродиализа, включающей одну или более мембран, селективных по отношению к одновалентным ионам, подачу потока разбавленного раствора из установки электродиализа во впускное отверстие нанофильтрационной установки, подачу пермеата, извлекаемого из нанофильтрационной установки, во впускное отверстие для потока концентрата установки электродиализа, и подачу потока концентрата из установки электродиализа во впускное отверстие электролизера.22. The method of claim 10, wherein operating the subsystem includes treating a feed fluid in an electrodialysis unit comprising one or more monovalent ion selective membranes, feeding a dilute solution stream from the electrodialysis unit to an inlet of the nanofiltration unit, supplying permeate, withdrawn from the nanofiltration unit, into the concentrate flow inlet of the electrodialysis unit, and feeding the concentrate stream from the electrodialysis unit into the inlet of the electrolyzer.
EA202091657 2018-02-27 2019-02-27 REGULATION OF THE COMPOSITION OF THE PROCESS FLOW TO INCREASE THE PRODUCTIVITY OF THE ELECTROLYZER EA040225B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/635,731 2018-02-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA040225B1 true EA040225B1 (en) 2022-05-06

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080057398A1 (en) Non-faraday based systems, devices and methods for removing ionic species from liquid
JP3161750U (en) Water treatment with low scale potential
US20190263697A1 (en) Treatment of saline water for agricultural and potable use and for generation of disinfectant solution
CA3091908C (en) Electrochlorination system configurations for the generation of high product strength solutions
Min et al. Flow velocity and cell pair number effect on current efficiency in plating wastewater treatment through electrodialysis
CN111818988B (en) Adjusting process stream composition for improved cell performance
EA040225B1 (en) REGULATION OF THE COMPOSITION OF THE PROCESS FLOW TO INCREASE THE PRODUCTIVITY OF THE ELECTROLYZER
US11492279B2 (en) Regulation of process stream composition for improved electrolyzer performance
CA3221552A1 (en) High fluid velocity cell design for the electrochemical generation of hydrogen and carbon dioxide
CN117651791A (en) High fluid velocity cell design for electrochemical generation of hydrogen and carbon dioxide
JP5036746B2 (en) Chloride ion removing apparatus and chloride ion removing method
WO2021045191A1 (en) Apparatus for producing acidic aqueous solution and method for producing acidic aqueous solution
EA040344B1 (en) ELECTROCHEMICAL HALF-CELL CONFIGURATIONS FOR SELF-CLEANING ELECTROCHLORINATION DEVICES
Das Bromide Removal from Drinking Water Sources Impaired by Energy Wastewater Discharge using Electrically Conductive Membrane
EA039986B1 (en) FEEDBACK CONTROL FOR AN ELECTROCHEMICAL SYSTEM OF IMPROVED DESIGN