EP0018912B1 - Dispositif de refroidissement et purification des gaz de sortie d'une installation d'électrolyse de l'eau - Google Patents
Dispositif de refroidissement et purification des gaz de sortie d'une installation d'électrolyse de l'eau Download PDFInfo
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- EP0018912B1 EP0018912B1 EP80400592A EP80400592A EP0018912B1 EP 0018912 B1 EP0018912 B1 EP 0018912B1 EP 80400592 A EP80400592 A EP 80400592A EP 80400592 A EP80400592 A EP 80400592A EP 0018912 B1 EP0018912 B1 EP 0018912B1
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
Definitions
- the present invention relates to the cooling and purification of the gases leaving an electrolysis installation, such as an installation intended for the industrial production of hydrogen and oxygen by electrolysis of water under high pressure and high temperature.
- the process of the invention requires only a single installation, of reduced dimensions, and of particularly simple implementation. It is characterized in that it consists in passing the gases from the gas-liquid separators through at least one volume of washing liquid, at a temperature low enough to condense the water vapor contained in said gases.
- the pipe 5 opens into an enclosure 1, placed above the separator 7, and containing a volume 3 of pure or demineralized water.
- the volume of water 3 is moreover traversed by a cooling circuit constituted by a coil 2 in which cold water circulates, at a temperature of approximately 20 ° C. to fix ideas, which makes it possible to confer on the volume of water 3 a temperature of around 30 ° C in the example considered, sufficient to cause condensation of the water vapor contained in the gas bubbles escaping through the upper outlet 52 of the pipe 5.
- the gas bubbles passing from the outlet 51 of the degasser 7 to the enclosure 1 therefore pass through the volume 3 of pure and refrigerated water. They are, during this crossing, washed of their impurities and cooled so as to condense the water vapor which they contain, the condensate obtained being added to the pure water already constituting volume 3. They then leave perfectly purified by an outlet pipe 4 located at the top of the enclosure 1.
- the level of pure water in enclosure 1 is kept more or less constant thanks to a pressure regulator, not shown, located on the circuit 4 of the outlet gases, and acting on a valve, not shown, controlling an inlet 11 demineralized water in the enclosure 1. Furthermore, the return of the condensation water to the electrolysis circuit is effected by at least one pipe 6 connecting the interior of the enclosure 1 to the interior of the degasser 7, from the upper inlet 61 to the lower outlet 62 of said pipe, which moreover makes it possible to ensure a good balance of pressures between enclosures 1 and 7. It will be noted that, during operation of the electrolyser, demineralized water can be added through orifice 11 in enclosure 1, instead of adding it as is usual directly in degasser 7; this will limit the concentration gradients.
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Description
- La présente invention se rapporte au refroidissement et à la purification des gaz de sortie d'une installation d'électrolyse, telle qu'une installation destinée à la production industrielle d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse de l'eau sous forte pression et haute température.
- D'une installation d'électrolyse industrielle sous pression, les gaz extraits, tels que l'hydrogène et l'oxygène dans le cas de l'électrolyse de l'eau, sortent des séparateurs gas-liquide, ou "dégazeurs", à température élevée, souvent supérieure à 100°C, et chargés de vapeur d'eau et d'impuretés sous forme d'aérosols constituées par exemple par des traces de potasse. Ces gaz doivent donc, en sortie des dégazeurs, être refroidis, de manière à condenser la vapeur d'eau qu'ils contiennent, et purifiés.
- Dans les installations actuelles, les gaz de sortie des dégazeurs sont traités successivement dans des appareils séparés ayant chacun une fonction propre. Dans un premier temps, les gaz traversent un premier dispositif de purification, appelé "dévésiculeur", chargé de retenir les aérosols et constitué par exemple par une ou plusieurs plaques placées sur le trajet de ces gaz. Les gaz alors partiellement purifiés passent ensuite dans un réfrigérant liquide-gaz qui les refroidit à une température suffi sante pour obtenir la condensation de la vapeur d'eau qu'ils contiennent. Dans un dernier temps enfin, les gaz ainsi traités pénètrent dans un purificateur, à charge d'alumine par exemple destiné à éliminer les dernières traces d'impuretés.
- Ce procédé classique conduit donc à une installation complexe, encombrante et onéreuse. Le procédé de l'invention, par contre, ne nécessite qu'une installation unique, de dimensions réduites, et de réalisation particulièrement simple. Il est caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer les gaz issus des séparateurs gaz-liquide à travers au moins un volume de liquide de lavage, de température suffisamment basse pour condenser la vapeur d'eau contenue dans lesdits gaz.
- L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple non limitatif d'une installation de refroidissement et purification associée à un électrolyseur d'eau sous pression et mettant en oeuvre le procédé conforme à l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- -la figure 1 est une vue latérale d'une installation de sortie de gaz d'électrolyse conforme à l'invention;
- -la figure 2 est une vue selon la ligne brisée ABCD de la figure 1.
- En se reportant à l'ensemble des figures 1 et 2, la référence 7 désigne un dégazeur pour installation d'électrolyse, de type gravitaire et dans l'exemple considéré tel que décrit dans la demande de brevet français n° 79-03550 de la demanderesse. De manière connue en soi, le dégazeur 7 est muni d'une entrée 76 de mélange d'électrolyte liquide, anolyte ou catholyte selon le cas, et de gaz, oxygène ou hydrogène respectivement, d'au moins une conduite supérieure 5 de sortie de gaz seul, d'une sortie 77 d'électrolyte liquide dégazéifié, et de cellules complémentaires de séparation 72, au nombre de trois dans l'exemple considéré.
- Comme expliqué plus en détails dans la demande de brevet français n° 79-03550 précitée, l'électrolyte chaud et chargé de gaz pénètre dans le dégazeur 7 par la conduite 76, traverse les cellules 72, par l'intermédiaire des passages 711 de la plaque d'entrée 71 et des passages 731 de la plaque de sortie 73, puis ressort dégazéifié par la conduite 77 vers le circuit de retour d'électrolyte. Les bulles de gaz coalescé sur les faces internes des cellules 72 s'échappent par les orifices latéraux 741, et viennent s'accumuler à la partie supérieure du dégazeur 7 dont ils sortent par la conduite de sortie 5.
- Conformément à l'invention, la conduite 5 débouche dans une enceinte 1, placée au-dessus du séparateur 7, et contenant un volume 3 d'eau pure ou déminéralisée. Le volume d'eau 3 est par ailleurs parcouru par un circuit de refroidissement constitué par un serpentin 2 dans lequel circule de l'eau froide, à une température d'environ 20°C pour fixer les idées, ce qui permet de conférer au volume d'eau 3 une température d'environ 30°C dans l'exemple considéré, suffisante pour entraîner la condensation de la vapeur d'eau contenue dans les bulles de gaz s'échappant par la sortie supérieure 52 de la conduite 5.
- Les bulles de gaz passant de l'orifice 51 de sortie du dégazeur 7 vers l'enceinte 1 traversent donc le volume 3 d'eau pure et réfrigérée. Elles sont, au cours de cette traversée, lavées de leurs impuretés et refroidies de manière à condenser la vapeur d'eau qu'elles contiennent, le condensat obtenu venant s'ajouter à l'eau pure déjà constitutive du volume 3. Elles sortent ensuite parfaitement purifiées par une conduite de sortie 4 située à la partie supérieure de l'enceinte 1.
- Le niveau d'eau pure dans l'enceinte 1 est maintenu à peu près constant grâce à un régulateur de pression, non figuré, situé sur le circuit 4 des gaz de sortie, et agissant sur une vanne, non représentée, commandant une entrée 11 d'eau déminéralisée dans l'enceinte 1. Par ailleurs, le retour de l'eau de condensation vers le circuit d'électrolyse s'effectue par au moins un tuyau 6 reliant l'intérieur de l'enceinte 1 à l'intérieur du dégazeur 7, de l'entrée supérieure 61 vers la sortie inférieure 62 dudit tuyau, ce qui permet par ailleurs d'assurer un bon équilibre des pressions entre les enceintes 1 et 7. On notera que l'on pourra rajouter en cours de fonctionnement de l'électrolyseur de l'eau déminéralisée par l'orifice 11 dans l'enceinte 1, au lieu de la rajouter comme il est habituel directement dans le dégazeur 7; on limitera ainsi les gradients de concentration.
- Dans l'exemple considéré par ailleurs, il est possible d'introduire, au démarrage, de l'électrolyte dans l'enceinte 1 au lieu d'y introduire de l'eau pure. Cette modification ne sera par ailleurs que passagère car, au fur et à mesure de la condensation de la vapeur d'eau et de l'évacuation du liquide par le tuyau 6, le volume 3 ne contiendra plus, au bout d'un certain temps de fonctionnement et aux traces de potasse près, pratiquement que de l'eau pure. On notera enfin que le circuit réfrigérant réalisé dans l'enceinte 1 grâce au serpentin 2 et au volume de liquide 3 est un circuit liquide-liquide, ce qui permet de conférer à l'enceinte 1 ellemême des dimensions bien plus réduites que celles nécessitées précédemment uniquement pour le circuit réfrigérant qui était un circuit liquide-gaz.
- L'invention trouve son utilisation principale dans la production industrielle d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse de l'eau sous pression.
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