CN117751209A - 用于运行电解设施的方法和电解设施 - Google Patents

Abstract

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，其中在超过氧气产物气中的氢气浓度的预先确定的边界值时，将惰性气体(L)输送给气体分离器(11)，使得降低氧气产物气中的氢气浓度。本发明还涉及一种对应的电解设施(100)。

Description

用于运行电解设施的方法和电解设施

技术领域

本发明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。本发明还涉及一种这样的电解设施。

背景技术

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。

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。

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。

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量时，如在氢气例如用于燃料电池时是这种情况。

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。

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。

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。

发明内容

因此，本发明基于如下目的：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。

根据本发明，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。

根据本发明，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。

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。

本发明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。

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。

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。

在此，本发明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。在本发明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。

但是，另一方面，当前证明完全特别有利的是，由此同样避免在氢气侧上丢弃气体分离器中的有价值的氢气产物气。在此提出的本发明的程序中，氢气产物气被保留在气体分离器的氢气侧的容器中，其中维持容器压力并且不进行完全的排气。有利地，由此能够有针对性地避免电解装置的氧气侧与氢气侧之间的尤其在PEM电解装置的膜上的差压的显著升高。在气体容器即氢气侧的气体分离器中的氢气产物气的气体体积现在能够在重新启动电解装置时使用，这提高经济性。

同样能够取消借助于氮气对整个气体系统尤其气体分离器的耗费的且完全的冲洗和惰化，并且由于使用压缩空气系统而使在电解设施处仍然需要的氮气系统尺寸确定得相对更小。

在本方法的优选的设计方案中，在大气压力下抽吸空气，将空气压缩到工作压力并且作为压缩空气输送给气体分离器。在此，有利地从环境中抽吸处于大气压力的空气。通过压缩使空气置于工作压力的期望的压力水平，该压力水平由此能够根据电解设施的当前的运行状态和运行方式灵活地与气体分离器中的氧气产物气的容器压力相匹配。为了将工作压力精确地设定到期望的压力水平并且将压缩空气输送到气体分离器中，能够使用流动技术方面的调节元件，例如减压器、压力调节器、调节阀或孔板，所述调节元件优选地经由测量和控制装置运行。压缩空气实现惰化和稀释的目的，类似于惰性气体的作用，其中能够简单地采用环境空气，这是非常成本有利的并且能够在设施技术方面更简单地实现。

优选地，测量气体分离器中的氢气浓度。特别优选地，在此在气体分离器中在原位测量并且监控在氧气产物气中作为杂质气体的氢气的浓度。

在此，应用相对灵敏的气体传感器执行氢气浓度的测量和监控，其中优选地也应用用于选择性的气体传感机构的监控和控制单元，以便可靠地“在原位”确定和监控在氧气产物气中的氢气浓度。这一方面适用于电解设施的常规运行，但是有利地也在使氧气产物气中的氢气浓度下降到低于期望的预先确定的临界边界值期间适用。由此可靠地识别气体分离器中的临界的运行状态，并且能够及早地消除危险的运行状态，尤其在通过氧气产物气中的氢气构成的可点燃的气体混合物引起爆炸危险方面。

优选地，从压力加载的气体容器中提取压缩空气并且将其输送给气体分离器。因此，在压力加载的气体容器中，压缩空气作为惰化或稀释气体在压力下被引入、储存和储备，并且为了稀释目的，按需要维持足够的体积。因此，压力加载的气体容器起到用于惰性气体的储存器或储存容器的作用并且对应地确定尺寸。

因此实现，仅在需要的情况下进行惰性气体的输送以用于稀释和降低氢气浓度。气体容器在此优选地加载有良好质量的，即高纯度的压缩空气，也就是说，压缩空气，即惰性气体，具有低的或非常低的有害杂质气体浓度。尤其，要避免压缩空气中的水溶性杂质气体成分，因为所述水溶性杂质气体成分在输送到气体分离器中时会由于在用于进一步的水电解的工艺水(反应物)中的相混合而溶解，并且至少长期对电解设施的运行和使用寿命产生不利影响。即在气体分离器中的液态-气态相界处发生介质交换。对于稳态，能够假定产物气的气相完全通过水蒸汽饱和地存在。

在气体容器中储存和维持压缩空气的对应的气体储备。气体容器构成为压力容器，所述压力容器在容积方面对应地根据需求设计并且在结构上匹配。气体容器有利地在电解装置的正常运行中，即在将水电化学分解成氢气和氧气时，加载有压缩空气，使得具有良好质量的压缩空气的气体储备维持在然后起到缓冲储存器或储备罐作用的气体容器中。也可设想，在电解装置的正常运行中，气体容器被连续地穿流，使得如果气体质量变差到超过氧气产物气中仍然可容许的氢气浓度的临界值，则在任何时候可提供体积。

在有利的设计方案中，在大气压力下抽吸空气，例如从周围环境中，将空气压缩并且为气体容器加载经压缩的空气，即填充压缩空气。为了压缩空气，优选地使用无油压缩机，以便避免油基的杂质气体成分进入到空气中。压比和压缩功率对应地匹配。有利地在大气压下由压缩机抽吸惰性气体并且将其压缩到期望的压力水平，尤其用于加载气体容器。有利地，将用于压缩空气的气体容器结合到电解设施的运行构思中，所述气体容器用于根据需要将压缩空气在氧气侧上输送至气体分离器。所述气体容器通常处于工作压力下并且包含具有在杂质气体成分方面良好质量或高纯度的压缩空气。

在该方法的特别有利的设计方案中，在净化步骤中，清除压缩空气中的水溶性的杂质成分，如二氧化碳(CO₂)和/或二氧化硫(SO₂)。在压缩空气的质量和纯度不足的情况下，优选地在将用于稀释的压缩空气输送给气体分离器以用于降低氧气产物气中的氢气浓度之前，执行气体净化。

有利地，完全特别注意所使用的压缩空气的质量，尤其是可能损害电解设施的杂质气体成分不再以临界浓度处于惰性气体中。例如，当使用空气或压缩空气作为惰性气体时，通过净化步骤有利地确保没有以化学方式溶解在水中和/或不利地影响在电解池的氧气侧上的反应的显著的成分保留在其中。在此，例如能够提及二氧化碳。其他成分，例如二氧化硫，根据在抽吸的空气中的浓度，能够位置特定地起作用，这在惰性气体中应当避免。因此，针对所述成分提供合适的净化步骤。

为此，优选地在净化步骤中使压缩空气与吸附剂和/或吸收剂接触，使得水溶性的杂质气体成分从压缩空气中分离并被结合，其中获得高纯度的惰性气体。在此，在充分利用吸附或吸收或由两种分离方法的组合的情况下的净化步骤的设计方案是特别有效的，以便将杂质气体成分从惰性气体中滤出或分离。吸附是指在固体的表面上，更通常地在两个相之间的边界面上，积聚由气体或液体构成的物质。与其不同的是吸收，其中物质进入到固体或液体的内部中。由此能够获得具有高纯度和质量的惰性气体，例如基于空气。

优选地使用PEM电解装置作为电解装置，其中将氢气产物气与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。

借助基于PEM的电解设施的差压调节，尤其保护膜，因为在氧气侧与氢气侧之间的差压在允许的期望值上运行，以便在同时运行安全的情况下实现尽可能高的设施效率和对应的氧气产量。经由现有的用于运行控制的调节阀和调节装置，在本发明中也能够有利地进一步调节差压。因此，压力水平能够在氢气侧和氧气侧上不同，只要关于膜注意被调节到的允许的差压即可。电解装置通常设计用于并且非常适合用于以差压模式运行。因此，例如，氢气侧能够以高压运行，而氧气侧同时以无压的方式排气到大气中。但是不仅氢气侧而且氧气侧也能够处于相对于大气相应的更高的工作压力。

优选地，尤其仅暂时地停止在电解装置中产生氢气和氧气。

因此，有利地，电解设施的正常运行仅被中断，直至通过将良好质量和高纯度的压缩空气从气体容器输送到氧气侧的气体分离器中以用于稀释和降低氢气浓度低于边界值。由此，与传统方法相比，对于根据本发明的方法而言有利地显著减少用于伴随电解装置运行停止的故障恢复所需的时间。在所述传统方法中，不仅氧气产物气而且氢气产物气完全被排出，其中相应的气体分离器被排空。随后，借助于来自电解设施的氮气系统的氮气完全惰化气体系统，最后再次启动电解设施，直至达到或恢复具有良好产物气质量的电解装置正常运行状态。

因此，特别有利的是，借助于经压缩的空气，即压缩空气，进行稀释。空气或压缩空气的可用性在电解设施中简单地提供，因为电解设施通常已经具有压缩空气系统。因此，空气或压缩空气是可用的，其方式是，能够有利地采用压缩空气系统以供应稀释气体。这从经济角度来看也是非常有利的。优选地，如上所述，在此应用净化步骤来批量生产惰性气体以用于使用目的。与使用氮气系统相比，将压缩空气系统结合到电解设施的设施构思中是非常有利的。

配量和稀释以消除在气体分离器中的高氢气浓度的潜在危险状态所需的空气或压缩空气的体积明显小于在已知的方法中的空气或压缩空气的体积，因为不设有气体分离器的完全的清空和冲洗。此外，因为对于在氮气系统中产生氮气需要多倍的净化的压缩空气，所以与现场使用氮气来完全惰化在氧气侧的气体分离器的电解设施相比，根据本发明的压缩空气系统所需的容量明显更小。

与此相应地，根据本发明的电解设施包括：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，使得能够根据需要将压缩空气从气体容器输送给气体分离器。

水相和气相的分离在气体分离器或气体离析器中进行。气体分离器在此优选地构造为重力分离器，使得能够在下方脱去水相并且在上方脱去气相，当前是氧气产物气。此外，离析器内的水柱在变化的负荷预设中用作为缓冲储存器。在气体分离器中的相界处发生介质交换。对于稳态能够假定，产物气的气相，当前是氧气产物气，完全通过水蒸汽饱和地存在。这对应地适用于在具有氢气产物气和用于电解的工艺水(反应物)的相分离的电解设施氢气侧上的气体分离器。

在此，优选地将阀连接到输送管路中，所述阀尤其构造为调节阀。将阀作为调节配件的设计方案允许精确配量在氧气侧上惰性气体至气体分离器的气体输送。调节阀的阀位置能够有利地借助于液压的或机电的阀控制装置或阀调节装置来操控。对应的控制和调节装置以及传感器装置优选地集成在电解设施的设施构思中。

优选地，用于压缩空气的净化装置连接到输送管路中，使得杂质成分能够从压缩空气中分离。

进一步优选地，净化装置具有吸附剂和/或吸收剂，借助于所述吸附剂和/或吸收剂能够吸附和/或吸收来自压缩空气的杂质气体成分。能够对应地选择材料，以便使净化装置匹配于要求。特别感兴趣的是，离析或分离压缩空气中的水溶性杂质气体成分或原始存在的成分的痕量，这尤其在使用来自环境中的空气作为惰性气体时是重要的。在此，吸附或吸收来自空气的一氧化碳或二氧化硫是特别有利的。吸附或吸附剂用于从空气中去除痕量物质。这对应地适用于吸收或吸收剂。

在电解设施的特别优选的设计方案中，所述电解设施具有压缩机，气体容器经由连接管路连接到所述压缩机上，使得经压缩的空气，即压缩空气，能够输送给气体容器或能够配量到气体容器中。

此外优选地，压缩机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。油过滤器在经压缩的空气中的油成分的过滤性能方面相对高性能地构造。

在压缩空气的质量或纯度中尤其要注意的是，确保足够的无油性。否则将会存在在氧气气氛中的油残留物燃烧的危险。通常也应尽可能地避免在压缩空气中的作为气态杂质成分的油残留物，以便确保电解设施以高的可用性可靠运行。这例如能够以两种方式进行。因此，在使用油润滑的空气压缩机时，在使用压缩空气进行惰化之前能够有利地安装对应的油过滤器。通过使用这种高效的油过滤器，能够以小于0.1mg/m³的非常少的剩余油量实现等级2的无油性。

替选地，在将空气压缩到期望的压力水平时也能够使用无油压缩机，使得输送给气体分离器的压缩空气然后也是完全无油的。

在电解设施的有利的设计方案中，压缩机因此构造为无油压缩机。

附图说明

根据附图更详细地阐述本发明的实施例。在这方面示意性地并且极其简化地示出：

图1示出具有用于惰化和冲洗的氮气系统的已知的电解设施，

图2示出根据本发明的具有压缩空气系统的电解设施，

在附图中相同的附图标记具有相同的含义。

具体实施方式

在图1中以设施部件的极其简化的局部图示出电解设施100。电解设施100具有电解装置1，所述电解装置实施为PEM电解装置或碱性电解装置。电解装置1包括至少一个在此未详细示出的、用于电化学分解水的电解池。电解设施100还具有氮气系统3，所述氮气系统包括氮气容器5。压缩机7连接到氮气系统3上，以便供应氮气系统3。氮气系统3经由冲洗管路9连接到气体分离器11上，使得在需要时从氮气容器5中提取用于冲洗气体分离器3的氮气并且将其经由冲洗管路9输送给气体分离器3(氮气惰化)。针对电解设施100中氮气的需要，氮气容器3相对大容积地确定尺寸并且被压力加载。为了惰化——除了其它目的以外——根据需要，在电解设施中的大量的氮气是必需的，所述氮气被维持在氮气容器5中。

由水构成的反应流经由反应流管路13引入到电解装置1中。水在电解装置1中被电化学分解成产物气，即氢气和氧气，并且两个产物流被分别从电解装置1中导出。为了导出氧气产物流，电解装置1具有产物流管路15，借助于所述产物流管路将在此为来自电解的氧气的第一产物引出。在此描述的电解设施100的构造考虑氧气产物流。在氢气侧存在电解设施100中的对应的设施技术方面的构造，这在图1中出于概览原因未详细示出和详细实施。与此对应地，为了将氢气产物流从电解装置1中导出，特意设有产物流管路17，借助于所述产物流管路引出第二产物，即由电解获得的氢气。所获得的氢气随后在电解设施100的其它——在图1中未详细示出的——部件中被处理并且在工艺技术方面被进一步处理。

电解装置1在氧气侧经由产物流管路15连接到气体分离器11上。排气管路19连接到气体分离器11上，经由所述排气管路，气体分离器11能够在需要时完全通过卸压排空，使得所述气体分离器处于无压力或大气压下。还设有包括气体容器23和空气压缩机25的压缩空气系统21，使得能够将经压缩的空气从空气压缩机25经由连接管路27输送给气体容器23。气体容器23能够以所述方式加载有经压缩的空气L(压缩空气)以储备用于其他目的。因此，为了给氮气系统3供应经压缩的空气L，压缩空气系统21经由供应管路29a连接。经由供应管路29b将经压缩的空气L供应给另一消耗单元31。

在图1的设施构思中的电解装置1的运行中，将氧气产物气输送给气体分离器11。为了进行氧气产物气的质量测量，在所述运行构思中持续地测量和监控在气体分离器11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，则电解装置1的运行停止并且丢弃气体分离器11中的所有氧气产物气。氧气产物气能够完全从气体分离器11的容器容积和氧气侧的气体系统的可能的输送管路中排出。为此，气体分离器11完全经由排气管路19排气并且置于无压力。随后，包括气体分离器11在内的整个气体系统通过耗费的且成本密集的冲洗程序被冲洗，以借助于来自电解设施100的氮气系统3中的氮气容器5的氮气进行惰化。氮气系统3必须针对氮气的所述安全性相关的需要相对大容积地设计，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。通过借助于氮气冲洗气体系统并且尤其在气体分离器11中，也必须首先丢弃新产生的氧气产物气，更确切地说，直至再次达到期望的气体质量。

通过在气体分离器11中在氧气侧上的卸压或者说完全的排气以借助于氮气进行冲洗过程，也必须在氢气侧上将在对应的——在图1中未详细示出的——气体分离器中的所有有价值的氢气产物气完全丢弃，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，除了维持用于惰化的大容积的氮气系统3和足够的氮气储备以外，从经济角度来看，在氢气侧上伴随于此丢弃所产生的氢气产物气恰恰也是完全特别不利的。

图2示出根据本发明的具有压缩空气系统的电解设施1。本发明的新的运行构思有利地结合压缩空气系统21以及将该压缩空气系统设计为惰性气体系统，所述惰性气体系统在氧气侧连接到气体分离器11上。在此，相对于根据图1的电解设施100的设计方案取消冲洗管路9，所述冲洗管路将氮气系统3与气体分离器3连接，以借助于氮气惰化整个气体系统。根据图2，压缩空气系统21经由输送管路37与气体分离器11连接，使得能够根据需要从气体容器23中提取压缩空气L。气体容器23是用于储备和提供压缩空气的储存器。压缩空气系统21具有空气压缩机25和气体容器23，所述空气压缩机和所述气体容器经由连接管路27彼此连接。空气压缩机25在此构造为无油压缩机。具有吸收剂和/或吸附剂的净化装置33连接到输送管路37中。因此，能够去除储备在气体容器23中的压缩空气L中的有害杂质气体成分，并且产生具有非常高质量和纯度的惰性气体或稀释气体。例如，能够借助于净化装置33从压缩空气L中去除二氧化碳和/或二氧化硫。通过吸附或吸收释放的热能能够通过冷却净化装置33例如在热交换过程中通过耦联热交换器用于其它目的。在压缩空气L的流动方向上在净化装置33的下游，将调节阀35连接到输送管路37中，所述调节阀的阀位置能够根据用于输送至气体分离器11的压缩空气L的压力水平和需要通过未详细示出的调节装置来调节。在调节阀35的下游，输送管路37通入到气体分离器11中。

在电解设施100的运行中，连续地测量和监控来自在氧气侧连接在电解装置1下游的气体分离器11的氧气产物气中氢气的杂质气体浓度。如果测量值得出氢气的临界杂质气体浓度高于对于在气体分离器11中的氧气产物气中的仍然允许的氢气份额的预先确定的边界值，则通过如下方式降低氢气浓度：以有针对性且良好配量的方式经由调节阀35将具有良好质量和纯度的、即具有在大多数情况下非常少的杂质或有害杂质气体成分的经净化的压缩空气L输送给氧气产物气。所述有针对性的输送然后在气体分离器11中引起气体的紧密混合，由此实现氢气浓度的降低。由于气相混合物的效果以及通过配量压缩空气L而稀释氧气产物气中的氢气的效果，氢气浓度在此已经降低，在本发明中特别有利地且有针对性地充分利用了该效果。因此，一方面避免丢弃气体分离器11中的氧气产物气，因为所述电解产物在在此提出的程序中在压力下保留在气体分离器11中。因此，在氧气侧的气体分离器11中的气体体积能够在重新启动电解装置1时使用。因此，如果气体分离器11中的质量测量表明差的质量，则停止电解过程。当前代替丢弃气体分离器11中的气体，从气体容器23中提取净化的压缩空气L并且将其输送给气体分离器11。在激活和打开用于调节阀35的阀控制装置的情况下进行输送，直至气体质量再次满足要求，即氢气浓度小于电解装置1的安全的正常运行的预先确定的边界值。

利用具有根据本发明的压缩空气系统21的电解设施100，取消气体分离器11中在氧气侧上的完全的排气和至今伴随于此的卸压。通过在此提出的输送压力加载的净化的空气L从而压缩空气L，也能够有利地在氢气侧上在对应的——在图2中未详细示出的——氢气侧的气体分离器或气体离析器中进一步利用所有有价值的氢气产物气。至今为止，也在氢气侧上提供排气，以便抵消通过排气引起的高的差压并且避免由于过大的差压引起的经由PEM膜的系统损坏。在氢气侧上伴随于此地使用所产生的氢气产物气不仅在运行技术方面而且在经济角度下都是完全特别有利的。

被证明为其他经济上的优点是，通过针对电解设施100的根据图2的提出的设施构思与根据图1的构思相比，氮气系统3能够明显更紧凑地设计。对应的设施部件，尤其氮气容器5，能够尺寸确定得更小。利用本发明的运行构思，仅仅为设施的所谓的压缩机运行还提供连续的氮气消耗是足够的。

Claims (16)

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。