一种电解海水制氢联合二氧化碳捕集的方法及装置

摘要

本发明公开了一种电解海水制氢联合二氧化碳捕集的方法及装置，充分利用海水中存在的电解质，在阴阳离子膜的合理布局下产生酸、碱两部分溶液，碱性溶液吸附二氧化碳后利用阳极环境生成的酸性溶液中和，进而将二氧化碳释放出来，实现二氧化碳的捕集，充分利用了电解过程中溶液变化存在的潜能；在电解过程中伴随着绿色能源氢气的生成，进而合理利用再生过程中能量的输入。

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳捕集的方法及装置，尤其涉及一种在电解海水 的同时进行二氧化碳捕集的方法及装置，属于环保气体处理技术领域。

背景技术

随着世界工业经济的发展，碳排放所引起的资源与环境问题引起了世界 范围的广泛关注，同时现已证明二氧化碳是造成全球变暖的主要原因。为应 对全球气候变化，减少碳排放已成为世界性的新共识和世界经济的“新常 态”。同时随着氢能的发展，电解水制氢技术也将成为获取氢气的主要途径 之一，同时，全球有12亿人生活在水资源匮乏的地区，淡水资源匮乏也是 全球人民面临的一大问题。

但是由于现有的二氧化碳捕集工艺过程复杂，适用条件严苛，同时再生 过程大量的能量补入也是制约碳捕集技术发展的原因之一；同时现阶段电解 水制氢过程一般主要以产氢气为主要目的，未能充分利用电解过程中溶液变 化存在的潜能，海水资源虽然丰富，但由于其复杂的成分一直难以被有效利 用。

发明内容

本发明针对现有的二氧化碳捕集工艺及电解水制氢过程所存在的不足， 提供一种电解海水制氢联合二氧化碳捕集的方法及装置，该方法及装置能够 充分利用海水中存在的电解质，并且合理利用电解水制氢过程中溶液变化存 在的潜能，在电解海水的同时实现二氧化碳的捕集，避免了现有的二氧化碳 捕集工艺再生过程中需要大量能量补入的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种电解海水制氢联合二氧化碳捕集的方法，包括如下步骤：

(1)电解：向阳极电解槽中注入淡水，向阴极电解槽、介质槽和储氢离子槽中 注入海水，阴极和阳极接通电源后开始电解，阳极电解槽中生成氧气，同时 其内的淡水变为酸性溶液，阴极电解槽中生成氢气，同时其内的海水变为碱 性溶液，分别收集产生的氧气和氢气，待阴极电解槽中的pH达到10以上时 停止电解；

(2)离子及电荷平衡：阳极电解槽中产生的氢离子在渗透压的作用下透过阳离 子交换膜进入储氢离子槽，造成储氢离子槽中阳离子过剩，阴极电解槽中产 生的氢氧根离子造成阴极电解槽中阴离子过剩，介质槽内海水中的电解质透 过阴离子交换膜向储氢离子槽中补充阴离子，同时透过阳离子交换膜向阴极 电解槽中补充阳离子，保持阴极电解槽和储氢离子槽中的电荷平衡；

(3)CO

(4)CO

(5)循环：向阳极电解槽中补充淡水，向阴极电解槽、介质槽和储氢离子槽中 补充海水，重复步骤(1)-(4)，实现烟气中CO

进一步，所述阴极和阳极均为惰性电极，优选的，阴极和阳极均为石墨 电极。

本发明提供的方法的有益效果是：

1)利用电解海水制氢技术，充分利用海水中存在的电解质，在阴阳离 子膜的合理布局下产生酸、碱两部分溶液，碱性溶液吸附二氧化碳后利用阳 极环境生成的酸性溶液中和，进而将二氧化碳释放出来，实现二氧化碳的捕 集，充分利用了电解过程中溶液变化存在的潜能；

2)在电解过程中伴随着绿色能源氢气的生成，进而合理利用再生过程 中能量的输入；

3)利用溶液酸碱交替过程实现二氧化碳的吸收与解析，且中和反应过 程放热，更有利于CO

4)将电解水的过程与CO

本发明还要求保护实现上述电解海水制氢联合二氧化碳捕集方法的装 置，包括电解装置、烟气鼓入装置、气体收集装置、中和释放池和液体补充 装置；

所述电解装置包括阳极电解槽、阴极电解槽、储氢离子槽、介质槽、阳 极、阴极以及电源，所述阳极电解槽内装有淡水，所述阴极电解槽、储氢离 子槽和介质槽内装有海水，所述阳极电解槽与储氢离子槽之间通过阳离子交 换膜分隔，所述储氢离子槽与介质槽之间通过阴离子交换膜分隔，所述介质 槽与阴极电解槽之间通过阳离子交换膜分隔，所述阳极电解槽内的淡水中设 有阳极，所述阴极电解槽内的海水中设有阴极，所述阳极和阴极与电源电连 接；

所述烟气鼓入装置与阴极电解槽的下部相连通；

所述气体收集装置包括氧气收集装置、氢气收集装置和CO

所述中和释放池位于电解装置的下方，所述储氢离子槽和阴极电解槽的 底部分别通过管路与中和释放池的底部相连通，并且所述储氢离子槽和阴极 电解槽底部与中和释放池相连通的管路上均设有阀门；

所述液体补充装置包括淡水补充装置和海水补充装置，所述淡水补充装 置与阳极电解槽的下部相连通，所述海水补充装置分别与储氢离子槽、介质 槽和阴极电解槽的底部相连通。

优选的，所述淡水补充装置包括海水淡化设施。

优选的，所述阳极和阴极均为惰性电极，更优选的，阳极和阴极均为石 墨电极。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图；

1、阳极电解槽；2、阴极电解槽；3、储氢离子槽；4、介质槽；5、阳 极；6、阴极；7、电源；8、阳离子交换膜；9、阴离子交换膜；10、烟气 鼓入装置；11、氢气收集装置；12、氧气收集装置；13、CO

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本 发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种电解海水制氢联合二氧化碳捕集的装置，包括电解装 置、烟气鼓入装置、气体收集装置、中和释放池、气体鼓入装置和液体补充 装置；

电解装置包括阳极电解槽1、阴极电解槽2、储氢离子槽3、介质槽4、 阳极5、阴极6以及电源7，阳极电解槽内装有淡水，阴极电解槽、储氢离 子槽和介质槽内装有海水，阳极电解槽与储氢离子槽之间通过阳离子交换膜 8分隔，储氢离子槽与介质槽之间通过阴离子交换膜9分隔，介质槽与阴极 电解槽之间通过阳离子交换膜8分隔，阳极电解槽内的淡水中设有阳极5， 阴极电解槽内的海水中设有阴极6，阳极和阴极与电源电连接；

烟气鼓入装置10与阴极电解槽2的下部相连通；

气体收集装置包括氢气收集装置11、氧气收集装置12和CO

中和释放池14位于电解装置的下方，储氢离子槽3和阴极电解槽2的 底部分别通过管路与中和释放池14的底部相连通，并且储氢离子槽和阴极 电解槽底部与中和释放池相连通的管路上均设有阀门；

液体补充装置包括淡水补充装置15和海水补充装置16，淡水补充装置 15与阳极电解槽的下部相连通，海水补充装置16分别与储氢离子槽、介质 槽和阴极电解槽的底部相连通。

优选的，淡水补充装置包括海水淡化设施17，经淡化后的海水补充入阳 极电解槽内。

优选的，介质槽设有排水设施，视使用情况及时排出介质槽内的海水。

使用上述装置电解海水联合二氧化碳捕集的方法，包括如下步骤：

(1)电解：向阳极电解槽中注入淡水，向阴极电解槽、介质槽和储氢离子槽中 注入海水，阴极和阳极接通电源后开始电解，阴极电解槽中生成氢气，同时 其内的海水变为碱性溶液，阳极电解槽中生成氧气，同时其内的淡水变为酸 性溶液，分别收集产生的氢气和氧气，待阴极电解槽中的pH达到10以上时 停止电解；

(2)离子及电荷平衡：阳极电解槽中产生的氢离子在渗透压的作用下透过阳离 子交换膜进入储氢离子槽，造成储氢离子槽中阳离子过剩，阴极电解槽中产 生的氢氧根离子造成阴极电解槽中阴离子过剩，介质槽中海水中的电解质透 过阴离子交换膜向储氢离子槽中补充阴离子，同时透过阳离子交换膜向阴极 电解槽中补充阳离子，保持阴极电解槽和储氢离子槽中的电荷平衡；

(3)CO

(4)CO

(5)循环：向阳极电解槽中补充淡水，向阴极电解槽、介质槽和储氢离子槽中 补充海水，重复步骤(1)-(4)，实现烟气中CO

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。