水电解中电解液杂质的影响

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1、水电解中电解液杂质的影响性能,气体的质量,电解槽的寿命以及水电解制氢(氧)设备的安全运行.因此对电解液中的有害杂质的影响进行探讨有重要的现实意义.2电解液作用水电解须有导电介质作为电解液,而水(纯水)本身电导率很小(1×10～～1×10./12?∞),只有在水中加人一定量的导电介质才能成为电解液,理论和实践均已证明～定浓度NaOH或K0H水溶液是较理想的碱性电解液.理论上水电解过程中仅消耗水,碱仅趁导电作用,但是由于氢,氧气的夹带,过滤器的清洗,管道系统的跑,冒,滴,漏会损失少量的碱,因而需经常补充碱.用于配制电解液的碱含有各种杂质

2、,这些杂质的存在对水电解过程有很大的影响3碳酸盐的影响电解液中的碳酸盐主要来源于二个方面:一是碱本身含有的杂质,二是原料水中的碳酸盐.另外,如果电解液长期存放在敞开的容器中,它会吸收空气中的CO2,使碳酸盐含量增加.碱的杂质中,碳酸盐(Na2c03,K2C03)台量较高(1%～3%).碳酸盐不导电,其含量越高电解液的导电性能越低,当碳酸盐含量高到一定量(1rn吕/L)时,直接影响水电解的性能,导致电解液的电导率降低,电解电流下降,单位电耗提高.电解效率降低实验证明,随着碳酸盐含量增加,电解渡的导电性能迅速降低,电解效率急剧下降,最终

3、导致电解槽返修,甚至报废.如果碳酸盐含量进一步增加至饱和*收稿日期:2001—04—20《舰船科学技术>2oo1.355态,导致析出碳酸盐的结晶,使电解槽的酃分通道堵塞4钙,镁离子的影响电解液中的钙,镁离子来源于二个方面:?是固体碱中的杂质;二是原料水中的杂质,后者是主要的.钙,镁离子积累到一定程度,会在电解隔膜及电极j沉积,阻碍氢,氧离子在隔膜上渗透,影响电极的导电性能,导致电解效率降低,电流上不去,单位电耗提高,严重时形成盐结晶(碳酸钙,镁),缩短电解槽寿命=5固隹杂质的影响杂质的来源:碱本身的杂质,原料水中的固体悬浮物,

4、隔膜布脱落的毛缄.电饵液中的固体杂质,可直接影响氢气和氧气的气体纯度.水电解时产生的氢(氧)气体在分离器中进行气液分离,当有固体杂质时,微小的氢(氧)气泡附着在固体杂质颗粒的表面,使分离不彻底.固体颗粒夹带氢(氧)气泡随着循环电解液返回到电饵槽内.由于这些附着在固体杂质颗粒表面的气泡处于不稳定的状态,随时都有可能分离出来,这样,在氢气系统中掺人少量的氧气,在氧气系统中也混入少量的氢气,从而降低了氢(氧)气体的纯度.电饵液中的固体杂质越多,氢(氧)气体纯度降低越多.在电解液的冲击下.石棉隔膜布的毛缄经常脱落,碱液过滤器可将大部分的毛绒

5、过滤掉.过滤网孔琉密的选择很重要,刚孔太密影响电解液的循环畅通,太琉会导致固体杂质过滤不干净,如果过滤网破损,将严重影响过滤效果,直接影响气体的纯度.6氯离子cl一,碗离子s2一的影响8O年代以前.水电解设备均用碳钢材料制作,在碱液中碳钢表面能很快生成黑色的保护膜,起到很好的保护作用.碳钢材料在cl一含量高达800mg/L,甚至在更高的碱液中,也具有很好的抗腐蚀能力.随着科学技术的进步,不锈钢的使用越来越广泛,水电解设备中也广泛使用不锈钢材料制造容器.然而,不锈钢容器在这么高cl一含量的碱液中有腐蚀.奥氏体不锈钢对cl一,S一非常敏

6、感,美国曾报道过仅含lmg/L氯离子(C1一)的水引起不锈钢容器出现裂纹的例子.引起不锈钢容器失效有两种情况:晶间腐蚀和应力腐蚀,晶间腐蚀主要是在晶界贫cr区,使致密的材料变成蜂窝状;应力腐蚀是在应力和腐蚀介质的共同作用下,使材料产生裂纹并破裂.应力腐蚀必须具备两个条件:应力和腐蚀介质,二者缺一不可.它们之间有一定的关系,在一定的腐蚀介质含量下,有一个相对应的应力值(即临界值),当超过这个值时,就会发生应力腐蚀,出现裂纹.应力和腐蚀介质的关系相当复杂,简单的说,腐蚀介质含量越小则应力临界值越大,相反,应力越小则允许腐蚀介质含量越高.

7、在应力腐蚀过程中cl一,s2最为敏感,它们能在裂纹尖端聚集,一旦材料表面有微量裂纹或有其它缺陷,它们就在尖端聚集浓缩,使此处的cl一,s2的浓度大大增加,导致裂纹进一步加快加深,cl,s2一进一步浓缩,如此恶性循环,最终造成容器局部出现裂纹而损坏.如果没有cl一,的存在,即使有应力存在,材料表面有微量裂纹或缺陷,在碱液中也能够很快生成保护膜,使裂纹不再继续扩大,容器能够得到有效保护.相反,如果有cl,s2一存在时,缺陷处的保护膜很难生成,即使生一56一《舰船科学技术》2001.3成也很快被破坏,无法起到保护作用.一和cl一同时存在时

8、,更加快了应力腐蚀的速度.此外氧气是应力腐蚀中的催化剂.当碱液中有氧存在时,氧会加快应力腐蚀的速度,引起点蚀,点蚀附近的氯化物含量又由于电解质的迁移而增加.同时,由于氧的存在,腐蚀电位会移到比应力腐蚀破坏临界电位更高的值.对奥氏体不锈