本发明专利技术涉及一种用于水电解的电解器系统。该电解器系统包括电解堆和直流电源，以便通过电解含电解介质的水产生作为电解气体的氧气和氢气。该电解堆包括被配置为产生氧气的阳极部段和被配置为产生氧气的阴极部段。此外，该电解器系统包括阳极气体分离器和阴极气体分离器，该阳极气体分离器被配置为将氧气与电解介质分离，该阴极气体分离器被配置为将氢气与电解介质分离。本发明专利技术的特征在于：这些气体分离器中的至少一个包括气体分离部段和气体冷却部段，其中，该气体冷却部段包括水进口，该水进口与水供应部连接，以便将冷却水供应到该气体分离器的气体冷却部段，用于在该气体冷却部段内直接冷却在该气体分离器的气体分离部段中分离的电解气体。中分离的电解气体。中分离的电解气体。
【技术实现步骤摘要】
用于水电解的电解器系统及其方法
[0001]本专利技术涉及一种用于水电解的电解器系统，特别是电解器系统的气体冷却部段。此外，本专利技术涉及一种用于对含电解体系的水进行电解的方法，特别是电解气体的冷却。
技术介绍
[0002]在工业规模的水电解中，在包括多个阳极和阴极的电解堆的阳极和阴极部段中产生氧气和氢气。在通过向电解堆供应直流电而实现的水分解反应之后，通过液/气分离器(以下称为“气体分离器”)将产生的电解气体(氢气和氧气)与电解介质物理地分离。根据从现有技术已知的电解系统，经分离的电解气体随后通过间接冷却(例如通过壳管式热交换器)被冷却。因此，电解气体夹带的水蒸气被冷凝且然后在设置于气体分离器下游的专用分离器中分离，该专用分离器用于从经冷却的电解气体中捕集冷凝水。美国专利号6,033,549中披露了对经分离的电解气体(氢气和氧气)进行间接冷却的这种电解系统的示例。冷凝水通常被排出，因此不被回收。
[0003]通过电解反应的进行，水不断地被消耗。因此，消耗的水量必须不断地通过新鲜水的供应来平衡。一方面，使得在气体分离器与电解堆之间循环的电解介质的量总是相同。另一方面，使得电解介质(例如在碱性电解的情况下的高浓度氢氧化钾(KOH)溶液)的浓度可以尽可能保持恒定。根据已知的电解器系统(例如根据US 6,033,549)，为抵消消耗的水的新鲜水简单地从水供应部进送到电解器系统。
[0004]在为实现电解气体流的冷却、冷凝水从所述气体流的捕集、以及水量的平衡所需的独立设备的数量方面，利用专用水供应部来平衡电解器系统中的水量以及利用在气体分离器下游的专用冷却与分离设备导致了系统和方法的一定复杂性。
[0005]此外，来自气体冷却的冷凝水作为废水排放，这意味着针对废水管理的额外成本以及潜在的危险废物，因为废水是氢气和氧气饱和的并且在碱性电解的情况下可能包含微量的KOH。
[0006]此外，随着用于平衡所消耗水量的水供应量被引入的杂质直接进入电解质，杂质可能在电解质中积聚。例如，倘若将带有溶解的二氧化碳的去离子水引入碱性电解质中，在电解质循环中可能形成碳酸盐并积聚。
技术实现思路
[0007]因此，本专利技术的目的是提供一种电解器系统，该电解器系统至少部分地克服了现有技术的问题。
[0008]特别地，本专利技术的目的是提供一种电解器系统，该电解器系统允许用于电解气体的冷却的冷却系统的更简单设计。
[0009]特别地，本专利技术的目的是提供一种电解器系统，其中产生尽可能少的废水。
[0010]特别地，本专利技术的目的是提供一种电解器系统，与从现有技术已知的冷却系统相比，该电解器系统允许用于电解气体的冷却的冷却系统的更小设计。
[0011]特别地，本专利技术的目的是提供一种电解器系统，该电解器系统防止随着水供应量引入的杂质在电解质回路中积聚。
[0012]本专利技术的另一目的是提供一种至少部分地解决上述问题的方法。
[0013]独立权利要求的主题为上述至少一个目的的至少部分解决方案做出了贡献。从属权利要求提供了有助于至少一个目的的至少部分解决方案的优选实施例。如果适用，根据本专利技术的一种类别的元件的优选实施例对于根据本专利技术的相应其他类别的相同或对应元件的部件也应当是优选的。
[0014]术语“具有”、“包括”或“包含”等不排除可能包括其他元件、成分等的可能性。不定冠词“一个”或“一种”不排除可能存在复数。
[0015]总体上，现有技术的潜在问题中的至少一个至少地部分通过一种用于水电解的电解器系统解决，该电解器系统包括：
[0016]电解堆和直流电源，以便通过电解含电解介质的水产生作为电解气体的氧气和氢气，该电解堆包括被配置为产生氧气的阳极部段和被配置为产生氧气的阴极部段；
[0017]阳极气体分离器和阴极气体分离器，该阳极气体分离器被配置为将氧气与电解介质分离，该阴极气体分离器被配置为将氢气与电解介质分离；
[0018]其特征在于，
[0019]这些气体分离器中的至少一个包括气体分离部段和气体冷却部段，其中，
[0020]该气体冷却部段包括水进口，该水进口与水供应部连接，以便将冷却水供应到该气体分离器的气体冷却部段，用于在该气体冷却部段内直接冷却在该气体分离器的气体分离部段中分离的电解气体。
[0021]根据本专利技术，使用的气体分离器中的至少一个包括气体分离部段和气体冷却部段。在一个实施例中，气体冷却部段集成在气体分离器内。气体分离器的气体冷却部段包括用于水的进口，该进口与水供应部连接。因此，来自水供应部的水可以被引入气体分离器的气体冷却部段中，以用于直接冷却在气体分离器的分离部段内分离的电解气体。因此，引入气体分离器的气体冷却部段中的水被用作冷却水。在气体分离器的气体冷却部段内，电解气体被来自水供应部的冷却水直接冷却。这意味着电解气体的热被直接传递给冷却水。也就是说，电解气体和冷却水彼此直接接触，而不需要例如在发生热传递的介质之间设置壁。在此方面，引至气体分离器的气体冷却部段的冷却水被待冷却的电解气体加热，且进而电解气体在其从气体分离器撤出之前被冷却到期望的温度。同时，电解气体中所含的水蒸气被冷凝，从而进入冷却水中。
[0022]根据这种布置，不需要专用的气体冷却器，例如布置在气体分离器下游的壳管式热交换器。此外，可以省略用于排出电解气体中的冷凝水蒸气的专用分离器，因为来自电解气体的冷凝水蒸气被传递给气体分离器中的液相，且因此可以再循环回到电解介质中。因此，不产生氢气或氧气饱和的废水、和/或含有苛性碱液的废水，而这些废水必须以高费用进行处置。
[0023]在一个实施例中，气体冷却部段包括用于从气体分离器的气体分离部段撤出的电解气体的气体进口。在一个实施例中，气体分离部段包括用于在气体分离部段中与电解介质分离的电解气体的气体出口。在一个实施例中，气体冷却部段的气体进口和气体分离部段的气体出口相互连接。
[0024]在一个实施例中，电解堆包括多个电极，特别是多个阳极和阴极，阳极和阴极的数量取决于所用的电解器的大小和类型。电解介质也称为电解质。在碱性电解的情况下，电解质是碱水溶液，特别是浓度高达6mol/l(6M)的高浓度氢氧化钾(KOH)水溶液。在质子交换膜(PEM)电解的情况下，电解质是水。在电解器堆的阳极部段中，通过将水结合氧(氧化数负2)氧化成分子氧(O2)来产生氧气。在电解器堆的阴极部段中，通过将水结合氢(氧化数正1)还原成分子氢(H2)来产生氢气。与电解器的阳极部段相关的电路内的电解介质或电解质也称为阳极电解质。与电解器的阴极部段相关的电路内的电解介质或电解质也称为阴极电解质。
[0025]在阳极气体分离器内，氧气与液体阳极电解质物理地分离。在阴极气体分离器内，氢气与液体阴极电解质物理地分离。阳极分离器和阴极气体分离器也称为气体分离器。气体分离器也称为气/液分离器，因为将气体与液体分离。气体分离器包括气体分离部段，以将电解气体与电解介质(即阳极电解质或阴极电解质)分离。气体分离器进一步包括气体冷却部段，以本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于水电解的电解器系统，包括：电解堆和直流电源，以便通过电解含电解介质的水产生作为电解气体的氧气和氢气，该电解堆包括被配置为产生氧气的阳极部段和被配置为产生氧气的阴极部段；阳极气体分离器和阴极气体分离器，该阳极气体分离器被配置为将氧气与该电解介质分离，该阴极气体分离器被配置为将氢气与该电解介质分离；其特征在于，这些气体分离器中的至少一个包括气体分离部段和气体冷却部段，其中，该气体冷却部段包括水进口，该水进口与水供应部连接，以便将冷却水供应到该气体分离器的气体冷却部段，用于在该气体冷却部段内直接冷却在该气体分离器的气体分离部段中分离的电解气体。2.根据权利要求1所述的电解器系统，其中，供应到该气体冷却部段的冷却水被至少部分地用于平衡由该电解产生的水消耗。3.根据权利要求1或权利要求2所述的电解器系统，其中，该气体分离部段和该气体冷却部段布置在一个共用的壳体内。4.根据前述权利要求中任一项所述的电解器系统，其中，该气体冷却部段的水进口被布置成用于逆流引导待冷却的电解气体和供应到该气体冷却部段的冷却水。5.根据前述权利要求中任一项所述的电解器系统，其中，该气体分离器的气体冷却部段相对于由重力界定的垂线竖直地布置，使得该冷却水的流能够在该气体分离器的气体冷却部段内从顶部引导到底部，且该电解气体的流能够在该气体分离器的气体冷却部段内从底部引导到顶部。6.根据前述权利要求中任一项所述的电解器系统，其中，该电解器系统在升高的压力下操作，特别是在10巴或更高、或15巴或更高、或18巴或更高、优选20巴或更高的压力下操作，并且其中，供应到该气体分离器的气体冷却部段的水被用于完全平衡由该电解产生的水消耗。7.根据前述权利要求中任一项所述的电解器系统，其中，该电解器系统在升高的压力下操作，特别是在10巴或更高、或15巴或更高、或18巴或更高、优选20巴或更高的压力下操作，并且其中，仅供应为完全平衡由该电解产生的水消耗所需的水量作为给...
【专利技术属性】
技术研发人员：让菲利普，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：
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