清洁能源海水制氢和次氯酸钠系统的制作方法

本实用新型涉及海水处理领域，具体而言，涉及一种清洁能源海水制氢和次氯酸钠系统。

背景技术：

我国淡水资源危机问题日趋严重，随着沿海工业的蓬勃发展，利用取之不尽的海水作为工业用水已是大势所趋。因此，海水的直接利用势在必行，其技术关键是解决海水腐蚀和海生物污损问题。

凡是船舶、海上钻井平台等都要受到海洋附着生物的污损，这些污损甚至会成严重的事故，给人们带来巨大的经济损失，因此，在开发海洋资源的同时，防止海生物污损就成为迫切需要解决的问题。

电解海水防污技术是利用电解海水产生有效氯来杀死海洋中的生物，起到防污作用。因此电解海水防污技术中关键问题就是如何生成有效氯的问题，即电解海水时有效氯的产率大小及其影响因素：有效氯在海水中的衰减过程、规律及其影响衰减的因素等等问题。

电解海水防污技术中很多参数的控制都要用到有效氯浓度，比如电解海水时电解电压大小、输出电流多少以及电耗、电流效率等的计算都需要知道电解后海水中的有效氯浓度，因此对电解海水有效氯的浓度进行准确测定是很有必要的。

海水直接电解制氯技术针对海生物生长繁殖的特点，用海水作为电解液直接电解生成有效氯(低浓度次氯酸钠)，杀死海水中的有害生物的成虫及其幼虫，从而达到防污目的，由于这项技术安全可靠，易于管理，经济适用，而且对环境无污染，近年来得到迅速发展和广泛的应用。目前，这项技术不仅用在工业上，还可以用于海水游泳池海水的消毒，海洋养殖的消毒以及家庭、饭店、医院等。

但是，目前的海水直接电解制氯技术主要存在电耗成本高、电解效率低、阳极寿命短、等问题。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种清洁能源海水制氢和次氯酸钠系统，以解决现有技术中海水直接电解制氯技术电耗成本高、阳极寿命短的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种清洁能源海水制氢和次氯酸钠系统，包括：太阳能发电单元；电解制氢和次氯酸钠单元，与太阳能发电单元电连接以利用太阳能发电单元的电能电解海水，电解制氢和次氯酸钠单元包括：电解发生装置，与太阳能发电单元电连接；电解产物储存罐，电解产物储存罐的进口与电解发生装置的产物出口相连；酸洗罐，电解发生装置的产物出口与酸洗罐的进口相连；酸洗泵，酸洗罐的出口与酸洗泵的进口连接，酸洗泵的出口与电解发生装置的海水进口相连。

进一步地，上述电解发生装置包括串联设置的第一电解发生器和第二电解发生器的两个电解发生器，各电解发生器包括整流器和电解槽，各整流器电连接太阳能发电单元和对应的电解槽，第二电解发生器的电解槽通过电解发生装置的产物出口与电解产物储存罐相连。

进一步地，上述电解产物储存罐和电解槽之间通过回液管相连，且回液管上设置循环泵。

进一步地，上述电解制氢和次氯酸钠单元还包括泄放阀，电解产物储存罐顶部出口与泄放阀的进口相连。

进一步地，上述电解制氢和次氯酸钠单元还包括过滤装置，海水进口管道与过滤装置的进口连接，过滤装置的出口与电解发生装置的海水进口相连。

进一步地，上述太阳能发电单元包括太阳能发射镜光场、导热油储能装置和ORC发电装置，导热油储能装置通过导热油管与太阳能发射镜光场以及ORC发电装置相连，以吸收太阳能发射镜光场收集的热能并将热能传导至ORC发电装置进行发电，电解制氢和次氯酸钠单元与ORC发电装置电连接以利用ORC发电装置的电能电解海水。

进一步地，上述导热油储能装置包括：低温导热油储罐，具有低温导热油入口和低温导热油出口；高温导热油储罐，具有高温导热油入口和高温导热油出口，连接在低温导热油出口和高温导热油入口之间的导热油管为第一导热油管段，连接在高温导热油出口和低温导热油入口之间的导热油管为第二导热油管段，太阳能发射镜光场设置在第一导热油管段上，ORC发电装置设置在第二导热油管段上。

进一步地，上述太阳能发电单元还包括电加热器，电加热器设置在低温导热油储罐的低温导热油出口和高温导热油储罐的高温导热油入口之间的导热油管路上。

进一步地，上述ORC发电装置包括：ORC换热器，设置在第二导热油管段上；ORC透平汽轮机，ORC透平汽轮机的气态工质进口管道与ORC换热器相连；发电机，与ORC透平汽轮机和电解制氢和次氯酸钠单元相连，将ORC透平汽轮机的热能转换为电能并将电能供给电解制氢和次氯酸钠单元；冷却器，冷却器的气态工质进口管道与ORC透平汽轮机的气态工质出口管道相连；ORC预热器，设置在ORC换热器与低温导热油储罐之间的第二导热油管段上，且冷却器的气态工质出口管道与ORC预热器的气态工质进口管道相连。

进一步地，上述ORC发电装置还包括冷却塔，冷却塔与冷却器相连以吸收冷却器的热能。

应用本实用新型的技术方案，本申请利用太阳能发电单元提供电能电解海水制氢和次氯酸钠，实现了清洁能源的利用，因此降低了能量来源所耗费的成本。电解海水时，除产生次氯酸钠和氢气外，还不可避免地产生钙、镁沉淀物，并在电解发生装置的阴极上累积，导致电解发生装置电压升高，电流效率下降，电耗增大，为了避免上述问题，上述电解制氢和次氯酸钠单元还包括酸洗罐和酸洗泵，定期地对电解发生装置进行酸洗，以除去阴极表面的沉淀物，来避免其导致的电耗增加的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的一种典型实施方式提供的清洁能源海水制氢和次氯酸钠系统的结构示意图；以及

图2示出了根据本实用新型一种优选的实施例提供的太阳能发电单元的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、太阳能发电单元；11、太阳能发射镜光场；12、导热油储能装置；121、低温导热油储罐；122、高温导热油储罐；131、ORC换热器；132、ORC透平汽轮机；133、发电机；134、冷却器；135、ORC预热器；136、冷却塔；14、电加热器；20、电解制氢和次氯酸钠单元；21、电解发生装置；211、整流器；212、电解槽；22、电解产物储存罐；23、泄放阀；24、回液管；25、循环泵；26、过滤装置；27、酸洗罐；28、酸洗泵。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如本申请背景技术所记载的，海水电解制氢和次氯酸钠的过程中，需要采用大量的电能，造成了现有技术中海水直接电解制氯技术电耗成本高、电解效率低、阳极寿命短问题，为了解决该问题，本申请提供了一种清洁能源海水制氢和次氯酸钠系统，如图1所示，该清洁能源海水制氢和次氯酸钠系统包括太阳能发电单元10和电解制氢和次氯酸钠单元20，电解制氢和次氯酸钠单元20与太阳能发电单元10电连接以利用太阳能发电单元10的电能电解海水，电解制氢和次氯酸钠单元20包括电解发生装置21、电解产物储存罐22、泄放阀23、酸洗罐27和酸洗泵28，电解发生装置21与太阳能发电单元10电连接；电解产物储存罐22的进口与电解发生装置21的产物出口相连；电解产物储存罐22顶部出口与泄放阀23的进口相连；电解发生装置21的产物出口与酸洗罐27的进口相连；酸洗罐27的出口与酸洗泵28的进口连接，酸洗泵28的出口与电解发生装置21的海水进口相连。

本申请利用太阳能发电单元10提供电能电解海水制氢和次氯酸钠，实现了清洁能源的利用，因此降低了能量来源所耗费的成本。电解产物储存罐22和泄放阀23保证了电解产生的次氯酸钠和氢气稳定流出，电解产物流入电解产物储存罐22，氢气在罐内达到一定压力时，从电解产物储存罐22顶部经泄放阀23排出而输送至用户或者氢气储存装置中，剩余的次氯酸钠溶液则可通过管道输送到下游用户；电解海水时，除产生次氯酸钠和氢气外，还不可避免地产生钙、镁沉淀物，并在电解发生装置21的阴极上累积，导致电解发生装置21电压升高，电流效率下降，电耗增大，为了避免上述问题，上述电解制氢和次氯酸钠单元20还包括酸洗罐27和酸洗泵28，定期地对电解发生装置21进行酸洗，以除去阴极表面的沉淀物，来避免其导致的电耗增加的问题，且能够延长阳极的寿命，提高电解效率。

本申请为了提高电解制氢和次氯酸钠单元20的电解物生成率，优选如图1所示，该电解发生装置21包括串联设置的第一电解发生器和第二电解发生器的两个电解发生器。各电解发生器包括整流器211和电解槽212，各整流器211电连接太阳能发电单元10和对应的电解槽212，第二电解发生器的电解槽212通过电解发生装置21的产物出口与电解产物储存罐22相连。电解发生装置21通过整流器211将交流电变压整流为直流电，施加到电解槽212的阴极、阳极上，使海水发生电解生成次氯酸钠溶液(低浓度)及副产物氢气。为了有利于操作人员直观地判断和掌握电解槽212维修的时机，便于操作人员管好、用好设备，优选电解槽212的槽盖为耐紫外线透明有机玻璃盖，操作人员在运行过程中可以透过槽盖直接观察槽内反应情况。另外，为了延长电解槽212的使用时间，优选电解槽212的壳体为聚氯乙烯壳体，同其它材料相比，聚氯乙烯具有强度高、耐老化、耐腐蚀等特点，具有更高的安全性和稳定性，消除了液体泄漏问题。为了延长电解的阴极和阳极的使用寿命，优选上述阳极采用具有贵金属氧化物涂层金属钛，该阳极在0～45℃温度范围内均有良好的电化学性能，具有长寿命使用特性。阴极采用钛合金，钛合金在海水和次氯酸钠介质中具有较强的耐蚀性。为了避免电解产物储槽由于老化而需要频繁更换，优选上述电解产物储存罐22为玻璃钢储罐。使用玻璃钢(不透光)加工制作成型电解产物储槽，既耐腐蚀，又可满足室外抵抗温差及日光照射等因素老化的要求。

此外，优选如图1所示，上述电解产物储存罐22和电解槽212之间通过回液管24相连，且回液管24上设置循环泵25，当电解产物储存罐22内的低浓度次氯酸钠溶液无法满足下游用户使用时，电解产物储存罐22的低浓度次氯酸钠溶液通过循环泵25重新进入电解槽212行多次电解循环提高次氯酸钠溶液浓度，达到下游用户使用要求。

优选，如图2所示，该电解制氢和次氯酸钠单元20还包括泄放阀23，电解产物储存罐22顶部出口与泄放阀23的进口相连，电解产物储存罐和泄放阀保证了电解产生的次氯酸钠和氢气稳定流出，电解产物流入电解产物储存罐，氢气在罐内达到一定压力时，从电解产物储存罐顶部经泄放阀排出而输送至用户或者氢气储存装置中，剩余的次氯酸钠溶液则可通过管道输送到下游用户。

此外，优选如图1所示，上述电解制氢和次氯酸钠单元20还包括过滤装置26，海水进口管道与过滤装置26的进口连接，过滤装置26的出口与电解制氢和次氯酸钠单元20的进口相连。海水经升压泵进入过滤装置26去除海水中的大颗粒物质(大于0.5mm)或沙粒，过滤后的可海水进入电解程序。

在本申请一种优选的实施例中，优选如图2所示，上述太阳能发电单元10包括太阳能发射镜光场11、导热油储能装置12和ORC发电装置，导热油储能装置12通过导热油管与太阳能发射镜光场11以及ORC发电装置相连，以吸收太阳能发射镜光场11收集的热能并将热能传导至ORC发电装置进行发电；电解制氢和次氯酸钠单元20与ORC发电装置电连接以利用ORC发电装置的电能电解海水。

本申请利用太阳能发电单元10提供电能电解海水制氢和次氯酸钠，实现了清洁能源的利用，因此降低了能量来源所耗费的成本；同时，本申请通过太阳能发射镜光场11收集太阳热能，然后利用导热油储能装置12将热能进行储存，在需要时利用ORC发电装置将热能转化为电能，可以根据电解能量的需要进行灵活发电，增强了本申请的清洁能源海水制氢和次氯酸钠系统的工业适用性；而且，本申请的太阳能发电单元10的制作成本相对于现有技术的光伏发电单元的成本较低，且其耐候性和应用灵活性也较光伏发电单元好。

为了提高本申请的太阳能发电单元10在各种场景的适用性，比如海岛、海上漂浮物上的应用，本申请在保证其集热发电功能的前提下，尽可能简化其结构，优选如图1所示，上述导热油储能装置12包括低温导热油储罐121、高温导热油储罐122，低温导热油储罐121具有低温导热油入口和低温导热油出口；高温导热油储罐122具有高温导热油入口和高温导热油出口，连接在低温导热油出口和高温导热油入口之间的导热油管为第一导热油管段，连接在高温导热油出口和低温导热油入口之间的导热油管为第二导热油管段，太阳能发射镜光场11设置在第一导热油管段上，ORC发电装置设置在第二导热油管段上。利用上述导热油储能装置12，低温导热油经过第一导热油管段进入太阳能发射镜光场11吸收热能成为高温导热油，然后继续经第一导热油管段进入高温导热油储罐122，在需要时高温导热油经第二导热油管段进入ORC发电装置，利用ORC发电装置将热能转换为电能，以为电解供电。

为了保证本申请的系统持续工作，优选如图2所示，上述太阳能发电单元10还包括电加热器14，电加热器14设置在低温导热储罐的低温导热油出口和高温导热油储罐122的高温导热油入口之间的导热油管路上。当太阳能提供的热能转化的电能不足以供应持续电解所需的电量时，采用电加热器14对导热油进行加热以为ORC发电提供热能。

在本申请一种优选的实施例中，如图2所示，上述ORC发电装置包括ORC换热器131、ORC预热器135、ORC透平汽轮机132、发电机133和冷却器134，ORC换热器131设置在第二导热油管段上；ORC预热器135设置在ORC换热器131与低温导热油储罐121之间的第二导热油管段上；ORC透平汽轮机132的气态工质进口管道与ORC换热器131相连；发电机133与ORC透平汽轮机132和电解制氢和次氯酸钠单元20相连，将ORC透平汽轮机132的热能转换为电能并将电能供给电解制氢和次氯酸钠单元20；冷却器134的气态工质进口管道与ORC透平汽轮机132的气态工质出口管道相连，且冷却器134的气态工质出口管道与ORC预热器135的气态工质进口管道相连。

ORC换热器131中的液态工质吸收高温导热油的热能变为气态有机工质，然后进入ORC透平汽轮机132进行做功后由发电机133发电，气态工质由ORC透平汽轮机132排出后经冷却器134冷却后进入ORC预热器135与ORC换热器131流出的导热油进行换热以实现对气态工质的预热，预热后的气态工质再进入ORC换热器131吸收热导热油的热量而被加热。其中发电机133和电解制氢和次氯酸钠单元20相连以将电能供给电解制氢和次氯酸钠单元20进行海水的电解。

为了加快由ORC透平汽轮机132排出的气态工质的降温，优选如图2所示，上述ORC发电装置还包括冷却塔136，冷却塔136与冷却器134相连以吸收冷却器134的热能。利用冷却塔136将冷却器134中的热量及时转移出去。

具体地，酸洗过程如下：上述电解槽212酸洗周期一般为30天/次。酸洗时，首先将海水或自来水注入酸洗罐27内，然后注入盐酸，调整盐酸溶液浓度为10％。而后使稀盐酸在酸洗罐27和电解槽212组之间进行循环。酸洗结束后，酸洗泵28再把积存在电解槽212组内的废酸抽回酸洗罐27，最后中和排出，酸洗结束。

利用本申请图1和图2的组合提供的系统进行电解时，其工作过程如下：

低温导热油经过第一导热油管段进入太阳能发射镜光场11吸收热能成为高温导热油，然后继续经第一导热油管段进入高温导热油储罐122，在需要时高温导热油经第二导热油管段进入ORC发电装置，利用ORC发电装置的ORC换热器131中的液态工质吸收高温导热油的热能变为气态有机工质，然后进入ORC透平汽轮机132进行做功后由发电机133发电，气态工质由ORC透平汽轮机132排出后经冷却器134冷却后进入ORC预热器135与ORC换热器131流出的导热油进行换热以实现对气态工质的预热，预热后的气态工质再进入ORC换热器131吸收热导热油的热量而被加热；发电机133和电解制氢和次氯酸钠单元20相连以将电能供给电解制氢和次氯酸钠单元20进行海水的电解，电解制氢和次氯酸钠单元20的电解发生装置21通过整流变压器将交流电变压整流为直流电，施加到电解槽212的阴极、阳极上，使海水发生电解生成次氯酸钠溶液(低浓度)及副产物氢气。电解产物流入电解产物储存罐22，氢气在罐内达到一定压力时，从电解产物储存罐22顶部经泄放阀23排出而输送至用户或者氢气储存装置中。剩余的次氯酸钠溶液则可通过管道输送到下游用户。当电解产物储存罐22内的低浓度次氯酸钠溶液无法满足下游用户使用时，电解产物储存罐22的低浓度次氯酸钠溶液通过循环泵25重新进入电解槽212行多次电解循环提高次氯酸钠溶液浓度，达到下游用户使用要求。在上述工作过程中，定期地对电解槽212进行酸洗，酸洗时，停止电解，将海水或自来水注入酸洗罐27内，然后注入盐酸，调整盐酸溶液浓度为10％。而后使稀盐酸在酸洗罐27和电解槽212组之间进行循环。酸洗结束后，酸洗泵28再把积存在电解槽212组内的废酸抽回酸洗罐27，最后中和排出，酸洗结束。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请利用太阳能发电单元提供电能电解海水制氢和次氯酸钠，实现了清洁能源的利用，因此降低了能量来源所耗费的成本；电解产物储存罐和泄放阀保证了电解产生的次氯酸钠和氢气稳定流出，电解产物流入电解产物储存罐，氢气在罐内达到一定压力时，从电解产物储存罐顶部经泄放阀排出而输送至用户或者氢气储存装置中，剩余的次氯酸钠溶液则可通过管道输送到下游用户；电解海水时，除产生次氯酸钠和氢气外，还不可避免地产生钙、镁沉淀物，并在电解发生装置的阴极上累积，导致电解发生装置电压升高，电流效率下降，电耗增大，为了避免上述问题，上述电解制氢和次氯酸钠单元还包括酸洗罐和酸洗泵，定期地对电解发生装置进行酸洗，以除去阴极表面的沉淀物，来避免其导致的电耗增加的问题。

本申请通过太阳能发射镜光场收集太阳热能，然后利用导热油储能装置将热能进行储存，在需要时利用ORC发电装置将热能转化为电能，可以根据电解能量的需要进行灵活发电，增强了本申请的清洁能源海水制氢和次氯酸钠系统的工业适用性；而且，本申请的太阳能发电单元的制作成本相对于现有技术的光伏发电单元的成本较低，且其耐候性和应用灵活性也较光伏发电单元好。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。