海水能量转换技术.doc

海水氢能转换技术一、海水淡化技术海水淡化的基本工艺流程为：海水由设在海边的深水井经深水泵将海水送入 淡化厂房，经过化学加药系统投加杀菌剂和絮凝剂后进入石英砂和活性炭过滤系 统过滤滤后水经过水质还原、PH调整以及阻垢剂添加后进入5um的保安过滤 系统，过滤后的低压海水一路进入高压泵加压，另一•路进入压力交换式能量回收 装置，升压后的海水经过增压泵加 压后与高压泵出水混合进入反渗透膜堆系统 高压海水在膜堆的处理下一部分透过膜形成淡水，经过水质调整后进入淡水水箱 储存其余的高压浓缩水进入压力交换能量回收装置回收能量后排放海水淡化 装置的组成：取水系统、预处理系统、海水淡化脱盐系统、能量回收系统、化学清洗系统、化学加药系统以及装置供配电及H控系统海水淡化即利用海水脱盐工艺牛产淡水通过海水淡化处理可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水反渗透法是H前海水淡化主耍处理技术Z 一，反渗透法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜将海水与淡水分 隔开，在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，因受半透膜的阻力，海 水一侧的液面逐渐升高，直至升到一定的高度才停止，这个过程为渗透此吋, 海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。

如果对海水侧施加一个人于海水渗透压 的外压，那么海水小的纯水将渗透到淡水小反渗透法的最大优点是节约场地和 能耗从系统的功能上讲，预处理系统的主要功能是将海水中的悬浮物、胶体通过直 流凝聚和深层过滤进行去除一级和二级反渗透的主要功能是将海水中的盐分，通过反渗透设备中的反渗透 膜的物理筛分和超过滤的作用，将大部分的阴阳离子、大分子的有机物、部分微 牛物进行去除的过程在一级反渗透除盐系统中，由于海水的含盐量很高，对应的渗透压也很高，所 以选择了海水高压泵设备作为一级反渗透膜的进水动力由于一级反渗透的浓水 排放压力较高所以设置了能量回收装置将浓水排放压能进行回收本系统设计脱盐率一•年内$99%,三年内$98%,回收率40,单套装置产 水量为55t/ho为防止膜表面的牛成碳酸盐垢、硫酸盐垢和氧化性物质对膜的损害，在保安过 滤器前设置了硫酸计量设备调节反渗透进水PH值及阻垢剂和亚硫酸氢钠加药装 置经过一•级反渗透的设备后盐分含量仍然较多，所以系统中设置了二级反渗透 二级反渗透设计脱盐率-•年内$97%三年内$95%,回收率285,单套装置产水 量为46t/ho经过二级反渗透减少了后序锅炉补给水处理系统（混床）的负担。

本系统区别于普通反渗透系统就是增加了一•个能量回收装置PX机，PX能量回 收技术有效地减少了通过主高压泵的流量因为主高压泵尺寸的缩小可以减少投 资和运行成本在一•个有PX装置的典型SWRO系统中，以40%的回收率运行，主 高压泵可以提供41%的能量，而升压泵提供2%, PX装置提供剩下的57%；下图为 能量回收装置（PX机）该电厂海水淡化系统经过一•年多的运行实践，各项指标基本满足了设计要求o H前，海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低西北发电的技术 主耍发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，增强系统抗 污染能力等，西北发电的反渗透海水淡化技术己经在印尼市场应用成功，该技术 在全球海洋国家应该都有很好的市场前景二、氢气的工业制法鈣添加筒分路艇eSn在工业上通常采用如下几种方法制取氢气；一是将水蒸气通过灼热的焦炭（碳还原法），得到纯度 为75%左右的氢气；二是将水蒸气通过灼热的铁，得到纯度在97%以下的氢气； 三是由水煤气中提取氢气，得到的氢气纯度也较低；第四种方法就是电解水法， 制得的氢气纯度可高达99%以上，这是工业上制备氢气的一种重要方法在电 解氢氧化钠（钾）溶液时，阳极上放出氧气，阴极上放出氢气。

电解氯化钠水溶 液制造氢氧化钠时，也可得到氢气所谓电解就是借助直流电的作用，将溶解在水中的电解质分解成新物质的过程 而在一些电解质水溶液中通入直流电吋，分解出的物质与原来的电解质完全没有 关系，被分解的是作为溶剂的水，原来的电解质仍然留在水中例如硫酸、氢氧 化钠、氢氧化钾等均属于这类电解质在屯解水时，由于纯水的电离很小，导电能力低，属于典型的弱电解质，所以需 要加入前述电解质，以增加溶液的导电能力，使水能够顺利地电解成为氢气和氧 气氢氧化钾等电解质不会被电解，现以氢氧化钾为例说明：1）氢氧化钾是强电解质，溶于水后即发牛如下电离过程：KOH ——K+ + 0H-于是水溶液中就产牛了大量的K+和0H-（2） 金属离子在水溶液中的活泼性不同，可按活泼性大小顺序排列如下： K>Na>Mg>Al>Mn>Zn>Fe>Ni >Sn>Pb>H>Cu>Hg>Ag>Au在上面的排列中，前面的金属比后面的活泼3） 在金属活泼性顺序中，越活泼的金属越容易失去电子，否则反乙 从电化学理论丄看，容易得到电子的金属离子的电极电位高，血排在活泼性 大小顺序前的金属离子，由于其电极电位低而难以得到电子变成原子氢离子的 电极电位为-1.71V,而钾离子的电极电位为-2. 66V,所以，在水溶液中同吋存在 氢离子和钾离子时，氢离子将在阴极上首先得到电子而变成氢气，而钾离子则仍 留在溶液中。

4） 水是一•种弱电解质，难以电离，血当水中溶有氢氧化钾时，在电离的钾离 子周围则围绕着极性的水分子而成为水合钾离子，而且因钾离子的作用使水分子 有了极性方向在直流电作用下，钾离子带有极性方向的水合分子一同迁向阴极， 这时氧离子首先得到电子而成为氢气因此在以氧氧化钾为电解质的电解过程中, 实际上是水被电解，产牛氢气和氧气，而氢氧化钾只起运载电荷的作用1.2电解电压在电解水吋，加在电解池上的直流电压必须大于水的理论分解电压，以便能克服 电解池中的各种电阻电压降和电极极化电动势电极极化电动势是阴极氢析出时 的超电位与阳极氧极析出时的超电位之和，因此，水电解电压『町表示为： U二UO+TR+氢超电位+氧超电位式中U0——水的理论分解电压，V；I——电解电流，AR——电解池的总电阻，Q从能量消耗的角度看，应该尽可能地降低电解电压影响电解电压的因素主要有 以下三个方面：（1） 理论分解电压（在0. IMPa和25C吋,约为1.23V）,它随温度的升高而降 低，随压力的升高而增大，压力每升高10倍，电压约增大43mV（2） 氢、氧超电位影响氢、氧超电位的因索很多，首先，电极材料和电极的 表而状态对它的影响较大，如铁、鎳的氢超电位就比铅、锌、汞等低，铁、银的 氧超电位也比铅低。

与电解液接触面积越大或电极表面越粗糙，产牛的氢、氧超 电位就越小其次，电解吋的电流密度增大，超电位会随之增大，温度的丄升也 会引起超电位的增大此外，超电位还与电解质的性质、浓度、及溶液中的杂质 等因素有关，如在银电极上，稀溶液的氧超电位大于浓溶液的氧超电位为了 降低氢、氧超电位，可以采取一些方法如提高工作温度及采用合适的电极材料 等此外，适当增大电极的实际表而积或使电极表而粗糙，都可在不同程度上降 低电极电阻和超电位，从而达到降低工作电压的H的3) 电阻电压降电解池中的总电阻包括电解液的电阻、隔膜电阻、电极电阻 和接触屯阻等，其中前两者为主要因素隔膜电阻电压降取决于材料的厚度和性 质采用一般的石棉隔膜，电流密度为2400A/m2时，隔膜电阻上的电压降约为 0. 25-0. 30V,当电流密度再增大时，该电压降还会增大到0.5V左右电解液的 导电率越高，电解液中的电压降就越小对电解液来说，除要求其电阻值小以外， 还要求它在电解电压下不分解；不因挥发而与氢、氧一并逸出；对电解池材料无 腐蚀性；当溶液的PII值变化时，应具有一定的缓冲性能多数的屯解质在屯解吋易分解，不宜在电解水时采用硫酸在阳极牛成过硫 酸和臭氧，腐蚀性很强，不宜采用。

血强碱能满足以丄要求，所以工业上-•般都 以K0H或NaOH水溶液作为电解液KOH的导电性能比NaOH好，但价格较贵,在 较高温度吋，对电解池的腐蚀作用亦较NaOH的强过去我国常采用NaOH作电解 质，但是，鉴于FI前电解槽的材料已经能抗K0II的腐蚀，所以，为节约电能，已 经普遍趋向采用K0II溶液作为电解液此外，在电解水的过程中，电解液中会含 有连续析出的氢、氧气泡，使电解液的电阻增大电解液中的气泡容积与包括气 泡的电解液容积的百分比称作电解液的含气度含气度与电解吋的电流密度，电 解液粘度、气泡大小、工作压力和电解池结构等因素有关增加电解液的循环速 度和工作压力都会减少含气度；增加电流密度或工作温度升高都会使含气度增加 在实际情况下，电解液中的气泡是不可避免的，所以电解液的电阻会比无气泡时 大得多当含气度达到35%时，电解液的电阻是无气泡时的2倍降低工作电 压有利于减少电能消耗，为此应采取有效措施来降低氢、氧超电位和电阻电压降 一般情况下，在电流较小吋，前者是主要因索；而在电流较大吋，后者将成为主 要因素屯解槽在高工作压力下运行时，电解液含气度降低，从而使电解液电阻减小， 为此己经研制出可在3MPa压力下工作的电解槽。

但是工作压力表也不宜过高， 否则会增大氢气和氧气在电解液中的溶解度，使它们通过隔膜重新牛成水，从而 降低电流效率提高工作温度同样可以使电解液电阻降低，但随之电解液对电解 槽的腐蚀也会加剧如温度大于90C吋，电解液就会对石棉隔膜造成严重损害， 在石棉隔膜形成可溶性硅酸盐为此，已经研制岀了多种搞高温腐蚀的隔膜材料， 如鎳的粉末冶金薄片和钛酸钾纤维与聚四氟乙烯粘结成的隔膜材料，它们可以在 150C的碱液中使用为了降低电解液的电阻，还可以采取电解池的电流密度， 加快电解液的循环速度，适当减小电极间距离等方法。