【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于运行电解设施的方法，所述电解设施包括用于产生氢气和氧气作为产物气的电解装置。本专利技术还涉及一种这样的电解设施。
技术介绍
1、如今例如借助于质子交换膜(pem)电解或碱性电解来产生氢气。电解装置借助于电能从输送的水中产生氢气和氧气。
2、在此，电解装置通常具有多个彼此相邻设置的电解池。借助于水电解，在电解池中将水分解成氢气和氧气。在pem电解装置中，典型地在阳极侧输送蒸馏水作为反应物，并且在质子可透过的膜(英文：“proton-exchange-membrane”，pem)处裂解成氢气和氧气。在此，水在阳极处被氧化成氧气。质子通过质子可透过的膜。在阴极侧产生氢气。水在此通常从下侧被输送到阳极室和/或阴极室中。
3、所述电解过程在所谓的由多个电解池组合而成的电解堆中进行。在处于dc电压下的电解堆中，水作为反应物被引入，其中由水和气泡(氧气o2或氢气h2)构成的两个流体流在穿过电解池之后流出。在流体流中水相和气相的相应的分离在气体离析器或气体分离器中进行。
4、在实践中，在此在氧气气体流中存在少量的氢气，并且在氢气气体流中存在少量的氧气。相应的杂质气体的量与电解池设计相关，并且也在流密度、催化剂组分、老化的影响下变化，并且在pem电解设施中与膜材料相关。在此系统固有的是，在一种产物气的气体流中，相应另一种产物气以非常少的量存在。在进一步的工艺进程中，通常在气体净化的后续的步骤中，借助部分地非常耗费并且成本密集的净化步骤从氢气中去除本身少的氧气痕量，尤其在需要特别高的产物气质
5、例如，在用于对来自电解装置的产物气体流进行气体净化的电解设施中，尤其能够将两个产物气体流输送给相应的催化活化的再化合器，在所述再化合器中，催化剂使氢气与氧气再化合成水(脱氧单元)。为此，必须首先将气体流加热到至少80℃，以便再化合器的转化率足够高，从而达到所要求的气体纯度。然而，为此使用的方法技术方面的设施是昂贵的，并且由于其能量需求而降低整个电解设施的系统效率。因此，已经要注意首先在电解装置中产生的并且从电解装置中引出的产物气体流的纯度和质量，以便除了运行安全性方面之外也还将用于随后的净化步骤的成本和耗费仍然保持在合理的范围内。
6、在此，原始在电解装置中产生的气体的两个产物气体流的纯度或质量与许多参数相关，并且也能够在电解设施的运行过程中改变。一方面当氢气中的氧气的浓度提高时，但另一方面也当氧气中的氢气的浓度提高时，在此是成问题的并且特别安全相关的。如果在此超过特定的浓度极限，尤其在直接在电解装置下游的相应的气体分离器(容器)中，则例如所产生的氧气不再能够转用于其他目的。如果在氧气产物气中氢气的份额继续增加，那么甚至会产生可燃的或爆炸性的混合物。那么在气体分离器(容器)中存在潜在危险的运行状态，出于安全原因必须避免所述运行状态。这也对应地适用于氢气侧。
7、因此，在电解设施的运行中对产物气的气体质量的可靠且连续的监控是必不可少的。这以特别的方式也适用于电解装置的氧气侧，即监控在电解中产生的氧气中的作为杂质气体的氢气的浓度。监控和对应的运行控制是重要的保护措施，以便识别临界的运行状态，并且采取安全措施直至暂时关断电解设施。
技术实现思路
1、因此，本专利技术基于如下目的：在电解设施中能够实现在安全性和设施效率方面改进的运行。
2、根据本专利技术，该目的通过一种用于运行电解设施的方法来实现，所述电解设施用于产生氢气和氧气作为产物气，其中将氧气产物气从电解装置输送给连接在下游的气体分离器，所述氧气产物气也包含作为杂质气体的氢气，其中在超过氧气产物气中的氢气浓度的预先确定的边界值时，将压缩空气输送给气体分离器，使得在气体分离器中通过气体的混合引起氧气产物气中的氢气的稀释，其中降低氧气产物气中的氢气浓度。
3、根据本专利技术，该目的还通过一种电解设施来实现，所述电解设施包括：用于产生氢气和氧气作为产物气的电解装置，其中氧气产物气也包含作为杂质气体的氢气；以及压缩空气系统，所述压缩空气系统具有用于储备压缩空气的气体容器，其中电解装置经由用于氧气产物气的产物流管路连接到气体分离器上，并且其中压缩空气系统经由输送管路与气体分离器连接，使得根据需要能够将压缩空气从气体容器输送给气体分离器。
4、下文中详述的关于方法的优点和优选的设计方案能够根据意义转用于电解设施。
5、本专利技术在此已经基于如下认识：至今为止的用于电解设施的运行构思在监控和消除临界的运行状态方面，关于所产生的氧气的质量在设施技术方面是耗费的，从而在经济上具有相当大的缺点。
6、为了在电解设施的氧气侧进行质量测量，在至今为止的运行构思中通常测量和监控在对应的气体分离器中的氧气产物气中的氢气的浓度。如果浓度超过预先确定的边界值，则停止电解装置的运行。
7、在包含氧气的气体分离器上执行卸压，也就是说，所述气体容器被完全排气并且置于无压力。丢弃氧气和彻底交换气体容器中的气体是必需的。通过在氧气侧上的卸压或者说完全的排气，在氢气侧上也必须将对应的气体分离器中的所有有价值的氢气产物气丢弃，尤其以便抵消通过排气引起的高的差压并且避免经由pem膜的系统损坏。因此，氢气产物气也从气体分离器的容器容积和氢气侧的气体系统的可能的输入管线中被完全排出。为此，气体分离器被完全排气。随后包括气体分离器在内的整个气体系统通过耗费的冲洗程序被冲洗，以借助于来自电解设施的氮气系统中的储存容器中的氮气进行惰化。氮气系统必须针对氮气的所述安全相关的需求相对大容积地设计，以便维持足够的氮气。在消除氧气产物气的临界质量的原因之后，再次启动电解。由于气体系统中的惰性气体氮气，也必须首先丢弃新产生的氢气产物气，更确切地说，直至再次达到期望的气体质量。因此，除了维持大容积的氮气惰化系统和氮气储备之外，从经济角度来看，丢弃所产生的氢气产物气恰恰也是特别不利的。
8、在此，本专利技术通过如下方式有针对性地开展，通过以针对性的且良好配量的方式将良好质量的压缩空气输送给氧气产物气以进行惰化，降低处于连接在电解装置下游的对应的气体分离器中的氧气产物气中的氢气的临界杂质气体浓度。来自压缩空气系统的压缩空气的有针对性的输送在气体分离器中引起气体的混合，由此实现氧气中的氢气浓度的降低，其中通过气体的混合充分利用稀释效果。因此，压缩空气类似于惰性气体实现惰化和稀释的目的，以便应对气体分离器中的临界状态。由于紧密的气体混合效果以及通过输送压缩气体以进行惰化或稀释而使氧气产物气中的氢气稀释的效果，氢气浓度已经单独地降低，使得例如避免通过可点燃的混合物引起的爆炸危险。在本专利技术中特别有利地充分利用所述效果。因此，一方面避免在氧气侧上丢弃气体分离器中的氧气产物气，因为在此提出的程序中，氧气产物气保留在所述容器中，其中保持容器压力。因此，气体体积能够在重新启动电解装置时使用。因为实际上不会丢弃已经产生的高质量的氧气，所以电解设施的氧气产量提高。
9、但是，另本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于运行电解设施(100)的方法，所述电解设施用于产生氢气和氧气作为产物气，其中将氧气产物气从电解装置(1)输送给连接在下游的气体分离器(11)，所述氧气产物气也包含作为杂质气体的氢气，其中在超过所述氧气产物气中的氢气浓度的预先确定的边界值时，将压缩空气(L)输送给所述气体分离器(11)，使得在所述气体分离器(11)中通过气体的混合引起所述氧气产物气中的氢气的稀释，其中降低所述氧气产物气中的氢气浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在大气压下抽吸空气并且将其压缩到工作压力并作为压缩空气(L)输送给所述气体分离器(11)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述气体分离器(11)中在原位测量和监控所述氢气浓度。
4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，其中从压力加载的气体容器(23)中提取所述压缩空气(L)并且将其输送给所述气体分离器(11)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在大气压下抽吸空气并且将其压缩成压缩空气(L)，并且其中用压缩空气(L)加载所述气体容器(23)。
6.根据上述权利要求中
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述净化步骤中使所述压缩空气(L)与吸附剂和/或吸收剂接触，使得所述水溶性的杂质成分从所述压缩空气(L)中分离并被结合，其中获得高纯度的压缩空气(L)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中使用PEM电解装置作为电解装置(1)，其中将氢气产物气与所述氧气产物气之间的差压调节成，使得不超过跨质子交换膜的最大压差。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中根据需要停止在所述电解装置(1)中产生氢气和氧气。
10.一种电解设施(100)，所述电解设施包括：用于产生氢气和氧气作为产物气的电解装置(1)，其中所述氧气产物气也包含作为杂质气体的氢气；以及压缩空气系统(21)，所述压缩空气系统具有用于储备压缩空气(L)的气体容器(23)，其中所述电解装置(1)经由用于所述氧气产物气的产物流管路(15)连接到气体分离器(11)上，并且其中所述压缩空气系统(21)经由输送管路(37)与所述气体分离器(11)连接，使得能够根据需要将压缩空气(L)从所述气体容器(23)输送给所述气体分离器(11)。
11.根据权利要求10所述的电解设施(100)，所述电解设施包括连接到所述输送管路(37)中的阀(35)，尤其调节阀。
12.根据权利要求10或11所述的电解设施(100)，所述电解设施具有连接到所述输送管路(37)中的用于所述压缩空气(L)的净化装置(33)，使得杂质成分能够从所述压缩空气(L)中分离。
13.根据权利要求12所述的电解设施(100)，其中所述净化装置(33)具有吸附剂和/或吸收剂，借助于所述吸附剂和/或所述吸收剂能够吸附和/或吸收来自所述压缩空气(L)的杂质成分。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的电解设施(100)，所述电解设施包括压缩机(25)，所述气体容器(23)经由连接管路(27)连接到所述压缩机上，使得经压缩的空气作为压缩空气(L)能够输送给所述气体容器(23)。
15.根据权利要求14所述的电解设施(100)，其中所述压缩机(25)构造为油润滑的空气压缩机，在所述空气压缩机下游连接有油过滤器。
16.根据权利要求14所述的电解设施(100)，其中所述压缩机(25)构造为无油空气压缩机。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于运行电解设施(100)的方法，所述电解设施用于产生氢气和氧气作为产物气，其中将氧气产物气从电解装置(1)输送给连接在下游的气体分离器(11)，所述氧气产物气也包含作为杂质气体的氢气，其中在超过所述氧气产物气中的氢气浓度的预先确定的边界值时，将压缩空气(l)输送给所述气体分离器(11)，使得在所述气体分离器(11)中通过气体的混合引起所述氧气产物气中的氢气的稀释，其中降低所述氧气产物气中的氢气浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在大气压下抽吸空气并且将其压缩到工作压力并作为压缩空气(l)输送给所述气体分离器(11)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述气体分离器(11)中在原位测量和监控所述氢气浓度。
4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，其中从压力加载的气体容器(23)中提取所述压缩空气(l)并且将其输送给所述气体分离器(11)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在大气压下抽吸空气并且将其压缩成压缩空气(l)，并且其中用压缩空气(l)加载所述气体容器(23)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在净化步骤中清除所述压缩空气(l)中的水溶性的杂质成分，如二氧化碳(co2)和/或二氧化硫(so2)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述净化步骤中使所述压缩空气(l)与吸附剂和/或吸收剂接触，使得所述水溶性的杂质成分从所述压缩空气(l)中分离并被结合，其中获得高纯度的压缩空气(l)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中使用pem电解装置作为电解装置(1)，其中将氢气产物气与所述氧气产物气之间的差压调节成，使得不超过跨质子交换膜的最大压差。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中根...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔斗焕，马库斯·昂格雷尔，迪尔克·瓦尔，
申请(专利权)人：西门子能源全球有限两合公司，
类型：发明
国别省市：
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