本发明专利技术涉及一种电解槽装置，具有至少一个电解池，该电解池包括两个电极，即阳极和阴极，其中两个电极中的每个电极连接到一个电极室，该电极室用于填充液体电解质，其中两个电极室通过膜彼此隔开，并且其中对于两个电极分别设置有输送设备，输送设备用于在相应的回路(阴极回路和阳极回路)中将电解质输送穿过电极室并经由每个回路的至少一个收集容器回到电极室。本发明专利技术的特征在于，在电解池之外设置有用于在阴极回路与阳极回路之间输送辅助体积流的设备。
Electrolyzer unit
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电解槽装置
本专利技术涉及一种根据权利要求1的电解槽装置以及一种根据权利要求12的用于运行电解槽的方法。
技术介绍
当前在能源市场上可以观察到重大变化。在能源过渡计划的范畴中，化石能源的使用被尽可能减少，因为化石能源引起大部分的二氧化碳排放。同时，虽然可再生能源能够提供大量的功率，但是不总是在所期望的地点和所期望的时间。一个技术挑战是通过使用多余的能量从二氧化碳(CO2)生产有价值的产品，多余的能量特别是在可再生能源越来越多地馈入电网时产生。一种方法是通过电化学还原二氧化碳来生产气态的有价值的产品(诸如一氧化碳(CO)或乙烯(C2H4))。这样的反应例如在所谓的CO2电解槽内进行。CO2电解槽的典型设计基于含水电解质，该含水电解质包含导电盐，即溶解在电解质中且导电的盐。这里将CO2电解槽作为具有液体电解质的所有电解槽设备的示例讨论。利用阳离子渗透膜保持阳极室与阴极室彼此隔开。这防止了在阴极上形成的气态物质到达阳极侧。这也防止了在阳极侧上形成的气体(通常为氧气)到达阴极侧。因此避免了两种气体的相互混合。这对于排除(例如由于形成爆炸性气体混合物而引起的)危险的运行状况是必要的。但是，还存在避免气体混合的其他原因。例如，根据应用情况，存在对于产物气体中的气体纯度的要求。例如，用于厌氧气体发酵的CO允许只含有微量的氧气。尽管所使用的膜实际上对于气体不可渗透，但是这些膜对于离子载流子必须是可渗透的。然而，在使用导电盐时，导电盐(例如钾)的阳离子运输经常发生在先，即，钾阳离子通过膜从阳极侧扩散到阴极侧。由此进而导致阳极侧上与阴极侧上的电解质之间存在阳离子浓度差异。总之可以确定，(除质子以外的)阳离子的转移会导致许多缺点。因此期望的是，阳极电解质(即阳极侧上的电解质)与阴极电解质的组成尽可能保持相同。与阳离子的已经提到的转移一起，水穿过膜，这导致阴极电解质(即阴极侧上的电解质)的稀释，而阳极电解质被浓缩。这种效应使得所期望的保持阳极电解质与阴极电解质的组成相同变得困难。从现有技术中已知，两种电解质可以在共同的存储容器中彼此混合，从而在穿过电解槽之后，确保离子的浓度均衡与水的浓度均衡。但是，由于在各个电解质液体中总是存在气体杂质，这样的气体杂质由电解产生并且主要由产物气体或氢气和氧气构成，因此这种共同的浓度均衡也蕴藏了一定的危险。此外，所通常要求的产物纯度由于氢气或氧气对产物的污染而变得困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电解槽装置或一种用于运行电解槽装置的方法，该装置和方法适合于确保电解槽中阳极电解质与阴极电解质之间必要的浓度平衡，并且减少气体污染。该目的的解决方案在于具有根据权利要求1的特征的电解槽和具有根据权利要求12的特征的用于运行电解槽的方法。根据权利要求1，根据本专利技术的电解槽包括至少一个电解池，该电解池进一步包括两个电极，即阳极和阴极。这两个电极中的每个电极,连接到一个所谓的电极室。电极室适合于被填充液体电解质。这两个电极室由膜彼此隔开，其中两个电极都包括用于在相应的回路(阴极回路和阳极回路)中输送电解质的输送设备。本专利技术的特征在于，在电解池之外设置有用于在阴极回路与阳极回路之间输送辅助体积流的输送设备。所描述的专利技术的优点在于，通过辅助体积流在两个回路之间均衡阳离子或阴离子。此外，还可以均衡较大量的水，而不会在各个回路之间转移大量的产物气体(诸如氢气或氧气)，从而避免了过度的污染或可起反应的混合物。术语“阳极回路”和“阴极回路”分别被理解为如下的设备(特别是管道设备，尤其是具有泵设备的管道设备)，这样的设备适合于在其中循环或流通对应的电解质。在本专利技术的一个实施方式中，为两个回路中的每个回路分别提供收集容器。这具有过程技术上的优势，因为确保了对于两个电解回路始终有足够的电解质可用。在本专利技术的一个实施方式中，收集容器被分为至少两个部分容器，其中第一部分容器连接到阴极回路，并且第二部分容器连接到阳极回路，并且辅助体积流形成在第一部分容器与第二部分容器之间。电解质的均衡(即通过所定义的辅助体积流(例如通过具有能够由泵控制的目标流量的管道)在电解池之外在两个隔开的容器中均衡阳极电解质和阴极电解质)是特别有利的，因为电解质被收集在该部分容器中，并且可以良好地调节体积流。在本专利技术的另一有利实施方案中，设置有用于在两个回路之间产生第二辅助体积流的第二输送设备。该第二辅助体积流与第一辅助体积流方向相反。如果例如通过第一辅助体积流将水和阳离子从第一部分容器引导到第二部分容器中，并且在第二辅助体积流中可以均衡阴离子，则这可以是有利的。在本专利技术的一个实施方案中，在两个回路之间的用于产生第二辅助体积流的输送设备被实施为膜模块的形式。有利的是，膜模块既是阴极回路的组成部分又是阳极回路的组成部分。如在两个电极室之间一样，膜模块中被布置有膜，该膜可用作溶解的离子的交换表面。这些离子是阳离子和阴离子。电极室之间的膜优选为阳离子可渗透膜。与多孔膜相反，该阳离子可渗透膜适合于使来自各个电极室的气体彼此分离，这些气体在电解期间在相应的电极室产生。但是，这还会导致阳离子(例如钾，钾是导电盐的一部分)移动穿过膜。由此在电解池之外进一步需要阴极电解质和阳极电解质之间增强的浓度均衡。在使用阳离子可渗透膜时，辅助体积流优选从阴极回路流向阳极回路。本专利技术的另一组成部分是一种具有根据权利要求12的特征的方法，其适合于运行电解槽装置。其中电解槽装置包括电解池，该电解池进一步具有两个电极，即阳极和阴极。电极分别具有一个电极室，液体电解质在相应的回路(即阴极回路和阳极回路)中被输送穿过电极室，液体电解质具有溶解在其中的导电盐。电极室由膜隔开，并且因此电极室中所包含的电解质由膜隔开。本专利技术的特征在于，在辅助体积流中电解质从一个回路被输送到第二回路中。该方法具有已经就电解槽装置所讨论的优点。通过所描述的辅助体积流不仅实现离子、阴离子以及阳离子的浓度均衡，并且在一个回路中可能会过量的水被返回到另一回路中，而不会在共同的收集容器中产生产物气体(诸如氧气和氢气或者还有一氧化碳)的过度混合。在本专利技术的一个特别的实施方案中，辅助体积流被设计为具有两个主体积流(即阴极回路的体积流或阳极回路的体积流)中较大者的至少0.01％且至多10％，优选地在0.1％与1％之间。应当注意，就方法和电解槽装置而言，术语“辅助体积流”应当被理解为由分子和离子构成的流。辅助体积流可以以电解质(特别是具有其中所包含的导电盐或相应离子的水基)的流形式在相应的管道、软管或凹槽中进行。另一方面，辅助体积流还可以以穿过膜的扩散的形式进行。因此，对于辅助体积流，术语“输送设备”应当被理解为适合于提供分子和离子的上述流的任何设备。一方面特别是相应的泵属于输送设备，而且基于压力差或重力产生次辅助体积流的相应的管道或凹槽也属于输送设备。此外，如下的膜也属于术语“输送设备”，这样的膜使离子从一个回路转移或返回到另一回路。此外，有利的是，在阴极回路和/或阳极回路中设置有气体分离容器，并且设置有从至少一个气体分离本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电解槽装置(2)，具有至少一个电解池(4)，所述电解池(4)包括两个电极(6、7)，所述两个电极是一个阳极(6)和一个阴极(7)，其中所述两个电极(6、7)中的每个电极连接到一个电极室(8、9)，所述电极室(8、9)用于填充液体的电解质(5)，其中两个电极室(8、9)通过一个膜(10)被彼此隔开，并且其中对于两个电极(6、7)都设置有用于在相应的回路(14、15)中将所述电解质(5)输送穿过所述电极室(8、9)的输送设备(12、13)，所述回路包括一条阴极回路(15)和一条阳极回路(14)，其特征在于，在所述电解池(4)之外设置有一个用于在所述阴极回路(15)与所述阳极回路(14)之间输送辅助体积流(20)的设备(18)。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170921 DE 102017216710.61.一种电解槽装置(2)，具有至少一个电解池(4)，所述电解池(4)包括两个电极(6、7)，所述两个电极是一个阳极(6)和一个阴极(7)，其中所述两个电极(6、7)中的每个电极连接到一个电极室(8、9)，所述电极室(8、9)用于填充液体的电解质(5)，其中两个电极室(8、9)通过一个膜(10)被彼此隔开，并且其中对于两个电极(6、7)都设置有用于在相应的回路(14、15)中将所述电解质(5)输送穿过所述电极室(8、9)的输送设备(12、13)，所述回路包括一条阴极回路(15)和一条阳极回路(14)，其特征在于，在所述电解池(4)之外设置有一个用于在所述阴极回路(15)与所述阳极回路(14)之间输送辅助体积流(20)的设备(18)。
2.根据权利要求1所述的电解槽装置，其特征在于，所述阴极回路与所述阳极回路分别具有一个收集容器(22、23)。
3.根据权利要求2所述的电解槽装置，其特征在于，第一辅助体积流形成在第一收集容器(22、23)与第二收集容器(22、23)之间。
4.根据权利要求1所述的电解槽装置，其特征在于，设置有用于在所述两个回路(14、15)之间产生第二辅助体积流(26)的第二输送设备(24)，所述第二辅助体积流(26)与所述第一辅助体积流(20)方向相反。
5.根据权利要求4所述的电解槽装置，其特征在于，用于产生所述第二辅助体积流(26)的所述第二输送设备(24)被实施为膜模块(28)的形式。
6.根据权利要求5所述的电解槽装置，其特征在于，所述阴极回路(15)与所述阳极回路(14)都穿过是所述膜模块(28)。
7.根据权利要求4所述的电解槽装置，其特征在于，为了产生所述第二辅助体积流(26)，在所述收集容器(22、23)之间设置有一个泵设备(30)。
8.根据权利要求2至5中任一项所述的电解槽装置，其特征在于，在所述两个收集容器(22、23)之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·哈恩布斯，G·施米德，K·梅尔策，D·塔罗亚塔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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