本发明专利技术提供氯碱电解的装置，其包含阴极半电池、设置在其中的耗氧电极、将气态氧供应给阴极半电池的导管和用惰性气体吹扫阴极半电池的导管，通过如下方法实现电力的灵活运用，其中氯在所述装置中由氯碱电解产生，其中，当电力供应低时，气态氧被供应给耗氧电极，并且氧在第一电池电压下在耗氧电极被还原，并且当电力供应高时，没有氧被供应给耗氧电极，并且在比第一电池电压高的第二电池电压下在阴极产生氢。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】灵活运用电力的装置和方法
本专利技术涉及灵活运用电力的装置和方法，过量的电能通过所述装置和方法可以被用于生产氢。
技术介绍
利用可再生能源，例如风能和太阳能，对于发电的重要性日益增加。典型地，电能通过长距离的、跨区域和跨国联接的电力供应网络(简称为电力网络)被供应给许多用户。由于电能不能在电力网络本身内大量存储，必须使供应给电力网络的电力匹配用户侧的电力需求，其被称为负荷。如已知的，负荷随时间，特别是根据一天中的时间、一周中的日期或者一年中的时间而波动。发电量和电力消耗的连续平衡对于稳定可靠的电力供应是必要的。可能发生的短期偏差由已知为正向或反向控制能量或控制功率来平衡掉。在可再生发电装置的情况下，会产生这样的困难：在诸如风能和太阳能的某些类型的情况下，发电能力并不是在所有时间都具备，也不能以特定的方式控制，而是受制于例如当日时间和天气相关的波动，这只在某些情况下可预测，并且一般不与在该特定时刻的能量需求相一致。给定时间的波动的可再生能源的发电量和消耗量之间的差异通常由其他发电厂来消除，例如燃气发电厂、燃煤发电厂和核电厂。随着波动的可再生能源正日益扩大、占据电力供应的比重越来越大，特定时间其输出和消耗量之间的越来越大的波动必须被平衡掉。因此，即使在今天，不仅是燃气发电厂，而且越来越多的烟煤发电厂也在部分负荷运转或被完全关闭，以便平衡这些波动。由于发电厂的这类可变操作涉及相当多的额外费用，开发替代措施的研究已经进行了一段时间。在过量电能的情况下，作为改变发电厂输出的替代或附加手段，已知的方法是通过水的电解裂解，利用过量电能生产氢。这种方法具有的缺点是必须构造用于水的电解裂解的单独装置，其仅在过量电能的情况下操作，并且大部分时间未被使用。通过氯化钠溶液的氯碱电解生产氯是具有最高功率消耗的工业方法之一。为了氯碱电解，具有相对大量的并联工作的电解池的工厂在工业中被使用。除了氯之外，通常产生的副产物是氢氧化钠溶液和氢。为了减少氯碱电解的功率消耗，已开发出如下方法，其中在电解池的阴极没有质子向分子氢的还原，而是在耗氧电极处将分子氧还原成水。从现有技术已知的具有耗氧电极的氯碱电解工厂没有被设计用于产生分子氢。已经有人提议，为了灵活运用电力，以这种方式操作氯碱电解，从而操作作为电力供应的函数的不同数目的电解池。这种方法具有的缺点是产生的氯量因电力供应而不同，并且不对应于氯的当前需求，因此对于氯碱电解的这种操作，或者氯的大缓冲存储器是必要的，或者下游的耗氯装置必须在根据供电而改变的负荷下被操作。然而，由于安全原因，大量的有害物质氯的中间存储是不可取的，并且耗氯装置在低负荷下的频繁操作是不经济的。业已发现，在具有耗氧电极作为阴极的氯碱电解的电解池中，当阴极半电池设置有吹扫阴极半电池的导管，从而阴极可以作为电力供应的函数被操作，无论是用于生产氢或是还原氧的时候，可以避免上述的装置和方法的缺点。
技术实现思路
本专利技术提供了用于灵活运用电力的装置，其包含用于氯碱电解的电解池，所述电解池具有阳极半电池、阴极半电池以及将阳极半电池和阴极半电池彼此分隔的阳离子交换膜、设置在阳极半电池内以逐渐产生氯的阳极、设置在阴极半电池内作为阴极的耗氧电极以及向阴极半电池供应气态氧的导管，其中，所述装置具有至少一根导管，以用于用惰性气体吹扫阴极半电池。本专利技术还提供了灵活运用电力的方法，其中，在本专利技术的装置中，氯是由氯碱电解产生的，其中：a)当电力供应低时，气态氧被供应给耗氧电极，并且氧在第一电池电压下在耗氧电极被还原，并且b)当电力供应高时，没有氧被供应给耗氧电极，并且在比第一电池电压高的第二电池电压下在阴极产生氢。本专利技术的装置包含用于氯碱电解的电解池，所述电解池具有阳极半电池、阴极半电池以及将阳极半电池和阴极半电池彼此分隔的阳离子交换膜。本专利技术的装置可以包含多个这样的电解池，其可以被连接以形成单极或双极电解器，优选双极电解器。用于逐渐产生氯的阳极被设置在本专利技术的装置的阳极半电池内。所使用的阳极可以是现有技术中已知的膜法氯碱电解的任何阳极。优选使用具有金属钛的载体以及氧化钛与氧化钌或氧化铱构成的混合氧化物涂层的尺寸稳定的电极。本专利技术的装置的阳极半电池与阴极半电池被阳离子交换膜彼此分隔。使用的阳离子交换膜可以是任何已知的适合于膜法氯碱电解的阳离子交换膜。合适的阳离子交换膜能够以AciplexTM和FlemionTM的商品名购自DuPont、AsahiKasei以及AsahiGlass。耗氧电极被设置在本专利技术的装置的阴极半电池中作为阴极。本专利技术的装置还具有向阴极半电池供应气态氧的导管以及用惰性气体吹扫阴极半电池的至少一根导管。优选地，本专利技术的装置还具有分离在阴极形成的氢的气体分离器，以及连接到所述气体分离器的导管以用惰性气体吹扫气体分离器。气体分离器可以采用在阴极半电池的上端的集气器的形式。可替代地，气体分离器可以经由导管被连接到阴极半电池，用所述导管将电解质和氢的混合物从阴极半电池中抽出。在优选的实施方案中，本专利技术的装置包含并联设置的电解器。每台电解器又包含多个具有阴极半电池的电解池，以及将气态氧供应给电解器的阴极半电池的共同导管以及用惰性气体吹扫电解器的阴极半电池的共同导管。此外，该装置还包含将氧供应给电解器的单独导管以及将惰性气体供应给电解器的单独导管。优选地，每台电解器包含气体分离器，经由收集导管从电解器的阴极半电池向气体分离器供应电解质与氢的混合物。在本实施方案中，该装置优选地包含用于将惰性气体供应到电解器的气体分离器的一根或多根导管。在仪器复杂性的水平低的情况下，电解器并联设置的装置结构使得装置操作不同比例的其中产生氢的电解池。优选地，耗氧电极被设置在阴极半电池中，从而使得阴极半电池在阳离子交换膜与耗氧电极之间具有电解质通过其流动的电解质空间，以及气体空间，所述气体空间在耗氧电极的背向电解质空间的表面上与耗氧电极相邻接，并且可以经由供应气态氧的导管而被供应氧。优选地，阴极半电池具有用惰性气体吹扫该气体空间的至少一根导管。气体空间在阴极半电池的整个高度上可以是连续的，或者可以被划分成一个在另一个上面垂直设置的多个气穴(gaspocket)，在这种情况下，每个气穴具有用于使其与电解质空间压力均衡的孔。这种气穴的合适的实施方案是本领域技术人员例如从DE4444114A1所已知的。在本实施方案中，电解质空间优选被构造成使得气泡可以在阳离子交换膜与耗氧电极之间上升。为此目的，电解质空间可以采取平坦的阳离子交换膜与平坦的耗氧电极之间的间隙的形式，并且耗氧电极可以具有与阳离子交换膜相邻接的凸起(elevations)。可替代地，耗氧电极可以采取与平坦的阳离子交换膜相邻接的波纹或折叠片的形式，以便形成通道形式的电解质空间，其在耗氧电极与阳离子交换膜之间的波纹或折叠中从底部向上延伸，使得气泡可以在其中上升。结构合适的耗氧电极从WO2010/078952可知。该装置优选地具有在电解质空间上端的氢的集气器。所使用的耗氧电极可以是含贵金属的气体扩散电极。优选使用含银的气体扩散电极，更优选具有含金属银与疏水性聚合物的多孔疏水气体扩散层的气体扩散电极。疏水性聚合物优选是氟化聚合物，更优选聚四氟乙烯。更优选地，气体扩散层基本上由聚四氟乙烯烧结的银颗粒组成。气体扩散本文档来自技高网...
【技术保护点】
灵活运用电力的装置，其包含用于氯碱电解的电解池，所述电解池具有阳极半电池、阴极半电池以及将阳极半电池和阴极半电池彼此分隔的阳离子交换膜、设置在阳极半电池内以逐渐产生氯的阳极、设置在阴极半电池内作为阴极的耗氧电极以及向阴极半电池供应气态氧的导管，其特征在于所述装置具有至少一根导管以用惰性气体吹扫所述阴极半电池。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.04 DE 102013224872.51.灵活运用电力的装置，其包含用于氯碱电解的电解池，所述电解池具有阳极半电池、阴极半电池以及将阳极半电池和阴极半电池彼此分隔的阳离子交换膜、设置在阳极半电池内以逐渐产生氯的阳极、设置在阴极半电池内作为阴极的耗氧电极以及向阴极半电池供应气态氧的导管，其特征在于所述装置具有至少一根导管以用惰性气体吹扫所述阴极半电池、用于分离在阴极形成的氢的气体分离器、和连接到所述气体分离器的导管，用于用惰性气体吹扫所述气体分离器。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：a)所述阴极半电池具有电解质空间，电解质通过所述电解质空间在所述阳离子交换膜与所述耗氧电极之间流动；b)气体空间，通过用于供应气态氧的导管向所述气体空间供应氧，并且所述气体空间在所述耗氧电极的背向电解质的表面上与所述耗氧电极邻接；并且c)所述阴极半电池具有至少一根导管，用于用惰性气体吹扫所述气体空间。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述气体空间被划分成一个在另一个上面垂直设置的多个气穴，并且每个气穴具有用于使其与电解质空间压力均衡的孔。4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，它具有在电解质空间上端的氢的集气器。5.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述耗氧电极具有含金属银和氟化聚合物的多孔疏水气体扩散层。6.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，它包含导管，通过所述导管将惰性气体从阴极半电池抽出，并且在所述导管处设置传感器，通过所述传感器可以测量惰性气体中氧与氢的含量。7.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于它包含并联设置的多台电解器，每台电解器包含多个具有阴极半电池的电解池，以及将气态氧供应给电解器的阴极半电池的共同导管以及用惰性气体吹扫电解器的阴极半电池的共同导管，并且所述装置包含将氧供应给电解器的单独导管以及将惰性气体供应给电解器的单独导管...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·马尔科夫兹，I·穆萨利姆，R·许特，J·E·朗，
申请(专利权)人：赢创德固赛有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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