EP4123053A1 - Verfahren zum betrieb einer elektrolyseanlage und elektrolyseanlage - Google Patents

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EP4123053A1
EP4123053A1 EP21186288.3A EP21186288A EP4123053A1 EP 4123053 A1 EP4123053 A1 EP 4123053A1 EP 21186288 A EP21186288 A EP 21186288A EP 4123053 A1 EP4123053 A1 EP 4123053A1
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EP
European Patent Office
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gas
hydrogen
inert gas
oxygen
separator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21186288.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Du-Fhan Choi
Markus Ungerer
Dirk Wall
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Priority to EP22728257.1A priority patent/EP4334501A1/de
Priority to CN202280050456.1A priority patent/CN117751209A/zh
Priority to PCT/EP2022/062738 priority patent/WO2023001422A1/de
Priority to CA3226820A priority patent/CA3226820A1/en
Priority to AU2022313398A priority patent/AU2022313398A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • 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
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
    • 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
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    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/085—Removing impurities
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electrolysis plant comprising an electrolyzer for generating hydrogen and oxygen as product gases.
  • the invention further relates to such an electrolysis plant.
  • Hydrogen is nowadays generated, for example, by means of proton exchange membrane (PEM) electrolysis or alkaline electrolysis.
  • PEM proton exchange membrane
  • the electrolyzers use electrical energy to produce hydrogen and oxygen from the water supplied.
  • An electrolyzer generally has a large number of electrolytic cells which are arranged adjacent to one another.
  • water electrolysis water is broken down into hydrogen and oxygen in the electrolysis cells.
  • distilled water is typically fed in as starting material on the anode side and split into hydrogen and oxygen on a proton-permeable membrane (“proton exchange membrane”; PEM).
  • PEM proton-permeable membrane
  • the water is oxidized to oxygen at the anode.
  • the protons pass through the proton-permeable membrane.
  • Hydrogen is produced on the cathode side.
  • the water is generally conveyed from an underside into the anode compartment and/or cathode compartment.
  • electrolysis stack which is made up of several electrolysis cells.
  • electrolysis stack under DC voltage, water is introduced as educt, with two fluid streams consisting of water and gas bubbles (oxygen O 2 or hydrogen H 2 ) emerging after passing through the electrolysis cells.
  • gas separators or gas separators The respective separation of the water and gas phase in the fluid flows takes place in gas separators or gas separators.
  • both product gas streams can be fed to a respective, catalytically activated recombiner in which a catalyst allows the hydrogen to recombine with the oxygen to form water (DeOxo unit).
  • the gas flow must first be heated to at least 80°C so that the conversion rates of the recombiner are sufficiently high and the required gas purity is achieved.
  • the process engineering plant used for this is expensive and, due to its energy requirements, reduces the system efficiency of the entire electrolysis plant. For this reason, attention must be paid to the purity and quality of the product gas streams initially produced in the electrolyser and discharged from the electrolyser, also in order to keep operational safety aspects and the costs and effort for the subsequent cleaning steps within reasonable limits.
  • the purity or quality of the two product gas streams of the gases originally produced in the electrolyzer depends on many parameters and can also change during the operation of an electrolysis system. It is problematic and particularly safety-relevant here on the one hand if the concentration of oxygen in hydrogen increases, but on the other hand also if the concentration of hydrogen in oxygen increases. If a certain concentration limit is exceeded here, especially in the respective gas separator (container) directly downstream of the electrolysis, the oxygen gas produced can no longer be handed over for other purposes, for example. If the proportion of hydrogen in the oxygen product gas continues to rise, a flammable or explosive mixture can even form. A potentially dangerous operating state then prevails in the gas separator (container), which must be avoided at all costs for safety reasons. This also applies correspondingly to the hydrogen side.
  • a reliable and continuous monitoring of the gas quality of the product gases in the operation of the electrolysis plant is essential. This also applies in particular to the oxygen side of the electrolyser, ie the monitoring of the concentration of hydrogen as a foreign gas in the oxygen produced during the electrolysis.
  • the monitoring and corresponding operational management represents an important protective measure in order to recognize critical operating states and to take safety measures up to the temporary shutdown of the electrolysis system.
  • the invention is therefore based on the object of enabling improved operation in terms of safety and system efficiency in an electrolysis system.
  • the object is achieved by a method for operating an electrolysis system for generating hydrogen and oxygen as product gases, in which the oxygen product gas from an electrolyzer, which also contains hydrogen as foreign gas, is fed to a downstream gas separator, with an inert gas being fed to the gas separator when a predetermined limit value for the hydrogen concentration in the oxygen product gas is exceeded, so that the hydrogen concentration in the oxygen product gas is lowered.
  • an electrolysis system comprising an electrolyzer for generating hydrogen and oxygen as product gases, in which the oxygen product gas also contains hydrogen as a foreign gas, the electrolyzer being connected to a gas Separator is connected and the gas separator via a supply line to a gas tank, which is designed to supply an inert gas to the gas separator as required.
  • the invention is based on the knowledge that previous operating concepts for electrolysis systems are complex in terms of system technology with regard to the monitoring and elimination of critical operating states in relation to the quality of the oxygen produced and therefore have significant economic disadvantages.
  • the concentration of hydrogen in the oxygen product gas is usually measured and monitored in the corresponding gas separator in previous operating concepts. If the concentration exceeds a predetermined limit value, the operation of the electrolyzer is stopped. A depressurization is carried out on the gas separator containing the oxygen, i.e. this gas container is completely vented and depressurized. A discard of the oxygen gas and a complete replacement of the gas in the gas tank is required. Due to the depressurization or complete venting on the oxygen side, the entire valuable hydrogen product gas must also be discarded in the corresponding gas separator on the hydrogen side, in particular to counteract the high differential pressure caused by the venting and to avoid system damage across the PEM membrane.
  • the hydrogen product gas is therefore also completely drained from the container volume of the gas separator and any supply lines of the gas system on the hydrogen side.
  • the gas separator is completely vented.
  • the entire gas system, including the gas separators, is then flushed with nitrogen from a storage tank in the nitrogen system of the electrolysis plant using a complex flushing procedure to make it inert.
  • the nitrogen system must be designed with a correspondingly large volume for this safety-relevant need for nitrogen in order to provide sufficient nitrogen.
  • the electrolysis is restarted. Due to the inert gas nitrogen in the gas system, the newly produced hydrogen product gas must first be discarded until the desired gas quality is achieved again.
  • the present invention comes in specifically by reducing a critical foreign gas concentration of hydrogen in the oxygen product gas, which is located in the corresponding gas separator downstream of the electrolyzer, by adding an inert gas of good quality to the oxygen product gas in a targeted and is supplied in a well-dosed manner.
  • the targeted supply causes the gases to mix in the gas separator, which results in a reduction in the hydrogen concentration in the oxygen, with the dilution effect being utilized by the mixing of the gases.
  • the hydrogen concentration is reduced simply because of the effect of intimate gas mixing and dilution of the hydrogen in the oxygen product gas by the addition of inert gas. This effect is used particularly advantageously in the invention.
  • the complex and complete inerting of the gas system, in particular of the gas separator, with nitrogen can be omitted and a nitrogen system that is still required on the electrolysis system can be dimensioned correspondingly smaller.
  • the inert gas is compressed and fed to the gas separator under a working pressure.
  • the compression brings the inert gas to the desired pressure level of the working pressure can therefore be flexibly adapted to the container pressure of the oxygen product gas in the gas separator, depending on the current operating status and mode of operation of the electrolysis system.
  • Flow control elements such as pressure reducers, pressure regulators, control valves or orifices, which are preferably operated via a measuring and control device, can be used to precisely adjust the working pressure to the desired pressure level and to feed the inert gas into the gas separator.
  • the hydrogen concentration in the gas separator is measured.
  • the measurement and monitoring of the hydrogen concentration is carried out using correspondingly sensitive gas sensors, with monitoring and control units for selective gas sensors preferably also being used in order to reliably determine and monitor the hydrogen concentration in the oxygen product gas "in situ". .
  • this applies to the regular operation of the electrolysis system, but advantageously also during the process of lowering the hydrogen concentration in the oxygen product gas below the desired, predetermined, critical limit value.
  • critical operating states in the gas separator are reliably detected and dangerous operating states, in particular with regard to the risk of explosion due to ignitable gas mixtures of hydrogen in the oxygen product gas, can be counteracted at an early stage.
  • the inert gas is preferably taken from a pressurized gas container. Inert gas is therefore introduced under pressure into the pressurized gas container, stored and stored and is kept in sufficient volume for the purposes of dilution as required.
  • the pressurized gas tank therefore acts as a store or storage tank for the inert gas and is dimensioned accordingly.
  • the gas container is preferably charged with inert gas of good quality, ie high purity, ie the inert gas has a low or very low concentration of harmful foreign gas.
  • inert gas of good quality ie high purity, ie the inert gas has a low or very low concentration of harmful foreign gas.
  • water-soluble foreign gas components in the inert gas are to be avoided, since when they are fed into the gas separator, they can dissolve in the process water (educt) for further water electrolysis due to the phase mixture and have a disadvantageous effect on the operation and service life of the electrolysis system, at least in the long term. This is because an exchange of media takes place at the liquid-gas phase boundary in the gas separator. For the stationary state, one can assume that the gas phase of the product gases is completely saturated with water vapor.
  • a corresponding supply of inert gas is stored or kept available in the gas tank.
  • the gas tank is designed as a pressure tank, which is designed according to needs in terms of volume and structurally adapted.
  • the gas tank is advantageously charged with inert gas during normal operation of the electrolyser, ie during the electrochemical decomposition of water into hydrogen and oxygen, so that a supply of inert gas of good quality is kept in the buffer tank. It is also conceivable that during normal operation of the electrolyser the gas tank is continuously flown through, so that a volume is available at all times should the gas quality deteriorate beyond the critical value of a still tolerable hydrogen concentration in the oxygen product gas.
  • the inert gas is compressed and the gas container is charged with the compressed inert gas.
  • a compressor that is oil-free is preferably used to compress the inert gas in order to avoid loading oil-based foreign gas components into the inert gas.
  • the pressure ratio and the compression performance are corresponding customized.
  • the inert gas is advantageously sucked in by the compressor at atmospheric pressure and compressed to the desired pressure level, in particular for charging the gas container.
  • the integration of the gas tank for inert gas for the required supply of inert gas to the gas separator on the oxygen side takes place in the operating concept of the electrolysis system.
  • This gas container is usually under a working pressure and contains inert gas of good quality or high purity with regard to foreign gas components.
  • the inert gas is freed from water-soluble impurities, in particular from carbon dioxide (CO 2 ) or sulfur dioxide (SO 2 ), in a cleaning step.
  • gas purification is preferably carried out before the inert gas is used to reduce the hydrogen concentration in the oxygen product gas gas separator.
  • the cleaning step advantageously ensures that no significant components remain in the air-inert gas that are chemically dissolved in water and/or adversely affect the reactions on the oxygen side of the electrolytic cell.
  • An example of this is carbon dioxide.
  • Other components such as sulfur dioxide, depending on the concentration in the intake air, can play a site-specific role that should be avoided in the inert gas. A suitable purification step is therefore provided for these components.
  • the inert gas is advantageously brought into contact with an adsorbent and/or an absorbent in the cleaning step in such a way that the water-soluble foreign gas components are separated from the inert gas and bound, so that inert gas of high purity is obtained.
  • the design of the cleaning step using adsorption or absorption or a combination of both separation methods is particularly effective in order to separate or separate the foreign gas components from the inert gas.
  • Adsorption is the accumulation of substances from gases or liquids on the surface of a solid, more generally on the interface between two phases. This differs from absorption, in which the substances penetrate into the interior of a solid or a liquid.
  • the inert gas for example based on air, can be obtained with high purity and quality.
  • a PEM electrolyzer is preferably used as the electrolyzer, with a differential pressure between the hydrogen product gas and the oxygen product gas being regulated in such a way that a maximum pressure difference across the proton exchange membrane is not exceeded.
  • the membrane in particular is protected, since the pressure difference between the oxygen side and the hydrogen side is run at a permissible setpoint in order to achieve the highest possible system efficiency and corresponding hydrogen yield with simultaneous operational reliability.
  • the differential pressure can advantageously also continue to be regulated in the invention via existing control valves and control devices for operational management.
  • the pressure levels can therefore be different on the hydrogen side and the oxygen side, as long as a permissible differential pressure is observed with a view to the membrane, which is used for regulation.
  • electrolysers are designed and well suited for operation in differential pressure mode.
  • the hydrogen side can be operated at high pressure, while the oxygen side is simultaneously vented to the atmosphere without pressure.
  • both the hydrogen side and the oxygen side can also be at a respective higher working pressure compared to the atmosphere.
  • the production of hydrogen and oxygen in the electrolyser is stopped, in particular only temporarily.
  • the normal operation of the electrolysis system is thus advantageously only interrupted until the supply of inert gas of good quality and high purity from the gas tank into the oxygen-side gas separator for diluting and lowering the hydrogen concentration below the limit value.
  • the time required for troubleshooting with the accompanying downtime of the electrolyzer for the method according to the invention is advantageously significantly reduced compared to the conventional methods.
  • both the oxygen product gas and the hydrogen product gas are drained off completely, with the respective gas separator being emptied.
  • the gas system is then completely rendered inert with nitrogen and finally the electrolysis system is started up again until the electrolyzer reaches or resumes a normal operating state with good quality of the product gases.
  • air in particular compressed air
  • the inert gas is used as the inert gas.
  • air or compressed air is simply given in an electrolysis system, since electrolysis systems usually already have a compressed air system. Air or compressed air is thus available, in that the compressed air system can advantageously be used to obtain the inert gas. This is also very favorable from an economic point of view. Preference is given to cleaning steps for packaging of the inert gas used for the purpose as described above. In comparison to using the nitrogen system, the integration of the compressed air system into the system concept of the electrolysis system is much cheaper
  • the volume of inert gas, in particular air or compressed air, which is required for flushing to eliminate a potentially dangerous state of high hydrogen concentration in the gas separator, is significantly lower. Since, in addition, a multiple of cleaned compressed air is required for the production of nitrogen in a nitrogen system, the necessary capacity of the compressed air system according to the present invention falls in comparison to an electrolysis system in which nitrogen is used on site for complete inerting of the gas separator used on the oxygen side is significantly lower.
  • the electrolysis system accordingly comprises an electrolyzer for generating hydrogen and oxygen as product gases, in which the oxygen product gas also contains hydrogen as a foreign gas, the electrolyzer being connected to a gas separator via a product flow line for the oxygen product gas and the gas separator via a supply line to a gas tank configured to supply inert gas to the gas separator as needed.
  • the separation of the water and gas phase takes place in the gas separator or gas separator.
  • the gas separator is preferably constructed as a gravity separator, so that the water phase can be removed at the bottom and the gas phase, in this case the oxygen product gas, can be removed at the top.
  • the water column inside the separator also serves as a buffer storage for changing load specifications.
  • a media exchange takes place at the phase boundary in the gas separator.
  • the gas phase of the product gas in this case oxygen product gas
  • a gas separator on the hydrogen side of the electrolysis plant with the phase separation of hydrogen product gas and process water (educt) for the electrolysis.
  • a valve is preferably connected into the supply line, which is designed in particular as a control valve.
  • the design of the valve as a control fitting allows precise dosing of the supply of inert gas to the gas separator on the oxygen side.
  • the valve position of the control valve can advantageously be controlled with a hydraulic or electromechanical valve control or valve control device.
  • a corresponding control and regulation device and sensor devices are preferably integrated into the system concept of the electrolysis system.
  • a cleaning device for the inert gas is preferably connected into the supply line, so that foreign components can be separated from the inert gas.
  • the purification device has an adsorbent and/or an absorbent, by means of which foreign gas components can be adsorbed and/or absorbed from the inert gas.
  • the materials can be chosen accordingly in order to adapt the cleaning device to the requirement.
  • the precipitation or separation of water-soluble foreign gas components in the inert gas or traces of components originally present for example when using air as the inert gas. Adsorption or absorption of carbon monoxide or sulfur dioxide from the air is particularly advantageous here.
  • An adsorbent or adsorbent is used to remove trace substances from the inert gas. The same applies to absorbents or absorbents.
  • the electrolysis system has a compressor to which the gas tank is connected via a line, so that compressed inert gas, in particular compressed air, can be fed to the gas tank.
  • the compressor is preferably designed as an oil-lubricated air compressor, which is followed by an oil filter.
  • the oil filter is designed to be correspondingly efficient in terms of filtering oil components in the compressed air.
  • oil residues as gaseous foreign components in the inert gas, in particular in the compressed air should also generally be avoided as far as possible in order to ensure reliable operation of the electrolysis system with high availability. This can be done in two ways, for example.
  • a corresponding oil filter can advantageously be installed before the compressed air is used for inerting. With the use of such highly efficient oil filters, class 2 oil-freeness can be achieved with very low residual oil quantities of less than 0.1 mg/m 3 .
  • oil-free compressors can also be used so that the compressed air fed to the gas separator is also completely oil-free.
  • the compressor is therefore designed as an oil-free compressor.
  • the electrolysis system 100 has an electrolyzer 1 which is designed as a PEM or alkali electrolyzer.
  • the electrolyzer 1 comprises at least one electrolytic cell, not shown in detail here, for the electrochemical decomposition of water.
  • the electrolysis system 100 also has a nitrogen system 3 which includes a nitrogen tank 5 .
  • a compressor 7 is connected to the nitrogen system 3 to supply the nitrogen system 3 .
  • the nitrogen system 3 is connected to a gas separator 11 via a flushing line 9, so that nitrogen for flushing the gas separator 3 can be taken from the nitrogen container 5 and fed to the gas separator 3 via the flushing line 9 (nitrogen -Inerting).
  • the nitrogen container 3 is dimensioned to have a correspondingly large volume and is pressurized for the nitrogen requirement in the electrolysis system 100 . In addition to other tasks, inerting requires large amounts of nitrogen in the electrolysis system, which are to be kept in the nitrogen tank 5 .
  • a reactant flow of water is introduced into the electrolyzer 1 via a reactant flow line 13 .
  • the water is electrochemically broken down in the electrolyzer 1 into the product gases hydrogen and oxygen, and both product streams are fed out of the electrolyzer 1 separately.
  • the electrolyzer 1 has a product stream line 15, with the help of which a first Product, here oxygen from the electrolysis, is led out.
  • the structure of the electrolysis system 100 described here considers the oxygen product stream.
  • On the hydrogen side there is a corresponding technical structure in the electrolysis system 100, which is shown in FIG FIG 1 is not shown in more detail for reasons of clarity and is not carried out in detail.
  • a product flow line 17 is provided specifically for the outflow of the hydrogen product stream from the electrolyzer 1, with the aid of which a second product, namely the hydrogen obtained from the electrolysis, is routed out.
  • the hydrogen obtained is then in further - in the FIG 1 components of the electrolysis system 100 treated and further processed in terms of process technology, not shown in detail.
  • the electrolyzer 1 On the oxygen side, the electrolyzer 1 is connected to the gas separator 11 via the product flow line 15 .
  • a ventilation line 19 is connected to the gas separator 11, via which the gas separator 11 can be completely emptied by relieving pressure if necessary, so that it is depressurized or under atmospheric pressure.
  • a compressed air system 21 comprising a gas tank 23 and an air compressor 25 is provided, so that the gas tank 23 can be supplied with compressed air from the air compressor 25 via the connecting line 27 .
  • the gas tank 23 can be loaded with compressed air L (compressed air) and stored for other purposes.
  • the compressed air system 21 To supply the nitrogen system 3 with compressed air L, the compressed air system 21 is connected via a supply line 29a.
  • Another consumption unit 31 is supplied with compressed air L via a supply line 29b.
  • FIG 1 oxygen product gas is supplied to the gas separator 11 .
  • the concentration of hydrogen in the oxygen product gas in the gas separator 11 is continuously measured and monitored to measure the quality of the oxygen product gas. If the concentration exceeds a predetermined limit value, the operation of the electrolyzer 1 is stopped and all of the oxygen product gas in the gas separator 11 is discarded.
  • the oxygen product gas is completely drained from the container volume of the gas separator 11 and any supply lines of the oxygen-side gas system. For this purpose, the gas separator 11 is completely vented via the vent line 19 and depressurized.
  • the entire gas system including the gas separator 11 is then flushed with nitrogen from a nitrogen container 5 in the nitrogen system 3 of the electrolysis system 100 by means of a complex and cost-intensive flushing procedure for inerting.
  • the nitrogen system 3 must be designed with a correspondingly large volume for this safety-relevant need for nitrogen in order to provide sufficient nitrogen.
  • the electrolysis is restarted. Due to the flushing of the gas system with nitrogen and in particular in the gas separator 11, the newly produced oxygen product gas must first be discarded until the desired gas quality is achieved again.
  • FIG 2 shows an electrolysis plant 1 with inert gas system according to the invention.
  • the new operating concept of the invention begins with an advantageous integration of the compressed air system 21 and its configuration as an inert gas system which is connected to the gas separator 11 on the oxygen side.
  • the flushing line 9 which connects the nitrogen system 3 to the gas separator 3 to render the entire gas system inert with nitrogen.
  • the compressed air system 21 is connected to the gas separator 11 via the supply line 37 so that compressed air L can be removed from the gas tank 23 if required.
  • the compressed air system 21 has an air compressor 25 and a gas tank 23 which are connected to one another via a connecting line 27 .
  • the air compressor 25 is designed as an oil-free compressor.
  • a cleaning device 33 In the supply line 37, a cleaning device 33 is connected, which has an absorbent and / or an adsorbent.
  • harmful foreign gas components in the compressed air L stored in the gas tank 23 can be removed, and an inert gas with high quality and purity is generated.
  • carbon dioxide and/or sulfur dioxide can be removed from the compressed air L by means of the cleaning device 33 .
  • the thermal energy released by adsorption or absorption can be used for other purposes by cooling the cleaning device 33, for example in a heat exchange process by coupling a heat exchanger.
  • control valve 35 in the supply line 37 connected, the valve position of which can be controlled by a control device, not shown, on the demand and the pressure level of compressed air L for the supply to the gas separator 11 .
  • the supply line 37 opens into the gas separator 11.
  • the foreign gas concentration of hydrogen in the oxygen product gas from the electrolyzer 1 is continuously measured and monitored in the gas separator 11 connected downstream on the oxygen side. If the measured value shows a critical foreign gas concentration above a predetermined limit value for a still permissible hydrogen content in the oxygen product gas in the gas separator 11, the hydrogen concentration is reduced in that the oxygen product gas is treated with cleaned compressed air L of good quality and purity, i.e. with at most very small impurities or harmful foreign gas components is supplied in a targeted and well-dosed manner via the control valve 35. This targeted supply then brings about an intimate mixing of the gases in the gas separator 11, as a result of which a reduction in the hydrogen concentration is achieved.
  • the hydrogen concentration is already reduced because of the effect of the gas phase mixture and the dilution of the hydrogen in the oxygen product gas by metering in pressurized inert gas, in this case compressed air L, which is used particularly advantageously in the invention.
  • pressurized inert gas in this case compressed air L
  • the volume of gas in the container can therefore be used when the electrolyzer 1 is restarted. So if a quality measurement in the gas separator 11 indicates poor quality, the electrolysis process is stopped.
  • a further economic advantage is that the nitrogen system 3 with the proposed system concept FIG 2 for the electrolysis plant 100 compared to the conception FIG 1 can be made much more compact.
  • the corresponding parts of the system, in particular the nitrogen tank 5, can be made smaller.

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Elektrolyseanlage (100) zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff als Produktgase, bei dem das Sauerstoff-Produktgas aus einem Elektrolyseur (1), welches auch Wasserstoff als Fremdgas enthält, einem nachgeschalteten Gas-Separator (11) zugeführt wird, wobei bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwerts für die Wasserstoffkonzentration im Sauerstoff-Produktgas dem Gas-Separator (11) ein Inertgas (L) zugeführt wird, so dass die Wasserstoffkonzentration im Sauerstoff-Produktgas abgesenkt wird.Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Elektrolyseanlage (100).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Elektrolyseanlage umfassend einen Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff als Produktgase. Die Erfindung betrifft weiterhin eine solche Elektrolyseanlage.
  • Wasserstoff wird heutzutage beispielsweise mittels Proton Exchange Membrane (PEM)-Elektrolyse oder alkalischer Elektrolyse erzeugt. Die Elektrolyseure produzieren mit Hilfe elektrischer Energie Wasserstoff und Sauerstoff aus dem zugeführten Wasser.
  • Ein Elektrolyseur weist dabei in der Regel eine Vielzahl von Elektrolysezellen auf, welche benachbart zueinander angeordnet sind. Mittels der Wasserelektrolyse wird in den Elektrolysezellen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Bei einem PEM-Elektrolyseur wird typischerweise anodenseitig destilliertes Wasser als Edukt zugeführt und an einer protonendurchlässigen Membran (engl.: "Proton-Exchange-Membrane"; PEM) zu Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Das Wasser wird dabei an der Anode zu Sauerstoff oxidiert. Die Protonen passieren die protonendurchlässige Membran. Kathodenseitig wird Wasserstoff produziert. Das Wasser wird dabei in der Regel von einer Unterseite in den Anodenraum und/oder Kathodenraum gefördert.
  • Dieser Elektrolyseprozess findet in dem so genannten Elektrolysestack, zusammengesetzt aus mehreren Elektrolysezellen, statt. In dem unter DC Spannung stehenden Elektrolysestack wird als Edukt Wasser eingebracht, wobei nach dem Durchlauf durch die Elektrolysezellen zwei Fluidströme, bestehend aus Wasser und Gasblasen (Sauerstoff O2 bzw. Wasserstoff H2) als austreten. Die jeweilige Trennung der Wasser- und Gasphase in den Fluidströmen erfolgt in Gasabscheidern oder Gas-Separatoren.
  • In der Praxis befinden sich im Sauerstoffgasstrom dabei kleine Mengen an Wasserstoff und im Wasserstoffgasstrom kleine Mengen an Sauerstoff. Die Quantität des jeweiligen Fremdgases hängt vom Elektrolyse-Zelldesign ab und variiert auch unter dem Einfluss von Stromdichte, Katalysatorzusammensetzung, Alterung und bei einer PEM-Elektrolyseanlage vom Membranmaterial ab. Systemimmanent ist dabei, dass im Gasstrom des einen Produktgases jeweils das andere Produktgas in sehr geringen Mengen vorliegt. Im weiteren Prozessverlauf werden in der Regel in nachgeschalteten Schritten der Gasreinigung selbst geringe Sauerstoffspuren aus dem Wasserstoff mit zum Teil sehr aufwändigen und kostenintensiven Reinigungsschritten entfernt, insbesondere wenn eine besonders hohe Produktgasqualität gefordert ist, wie dies etwa bei der Nutzung des Wasserstoffs z.B. für Brennstoffzellen der Fall ist.
  • Beispielsweise können in einer Elektrolyseanlage zur Gasreinigung der Produktgasströme aus dem Elektrolyseur insbesondere beide Produktgasströme einem jeweiligen, katalytisch aktivierten Rekombinator zugeführt werden, in dem ein Katalysator den Wasserstoff mit dem Sauerstoff zu Wasser rekombinieren lässt (DeOxo-Einheit). Dazu muss der Gasstrom zuvor auf mindestens 80°C aufgeheizt werden, damit die Umsatzraten des Rekombinators ausreichend hoch sind und somit die geforderte Gasreinheit erreicht wird. Die dafür genutzte verfahrenstechnische Anlage ist jedoch teuer und reduziert auf Grund ihres Energiebedarfs den Systemwirkungsgrad der gesamten Elektrolyseanlage. Deswegen ist bereits auf die Reinheit und Qualität der im Elektrolyseur zunächst entstehenden und aus dem Elektrolyseur abgeführten Produktgasströme zu achten, auch um neben Betriebssicherheitsaspekten auch die Kosten und Aufwand für die nachfolgenden Reinigungsschritte noch in vertretbarem Rahmen zu halten.
  • Die Reinheit bzw. Qualität der beiden Produktgasströme der ursprünglich im Elektrolyseur produzierten Gase ist dabei von vielen Parametern abhängig und kann sich auch im Laufe des Betriebs einer Elektrolyseanlage ändern. Problematisch und besonders sicherheitsrelevant ist hierbei einerseits, wenn sich die Konzentration von Sauerstoff in Wasserstoff erhöht, andererseits aber auch, wenn sich die Konzentration von Wasserstoff in Sauerstoff erhöht. Wird hier ein bestimmtes Konzentrationslimit überschritten, vor allem im jeweiligen Gas-Separator (Behälter) unmittelbar stromab der Elektrolyse, so kann beispielsweise das produzierte Sauerstoffgas nicht mehr für weitere Zwecke übergeben werden. Steigt der Anteil von Wasserstoff im Sauerstoff-Produktgas weiter, dann kann sogar ein brennbares bzw. explosives Gemisch entstehen. Dann herrscht in dem Gas-Separator (Behälter) ein potenziell gefährlicher Betriebszustand, den es aus Sicherheitsgründen unbedingt zu vermeiden gilt. Dies gilt entsprechend auch auf der Wasserstoffseite.
  • Daher ist eine zuverlässige und kontinuierliche Überwachung der Gasqualität der Produktgase im Betrieb des Elektrolyseanlage unerlässlich. Dies gilt in besonderer Weise auch auf der Sauerstoffseite des Elektrolyseurs, das heißt die Überwachung der Konzentration von Wasserstoff als Fremdgas in dem bei der Elektrolyse produzierten Sauerstoff. Die Überwachung und entsprechende Betriebsführung stellt eine wichtige Schutzvorkehrung dar, um kritische Betriebszustände zu erkennen und um Sicherheitsmaßnahmen bis hin zum temporären Abschalten der Elektrolyseanlage zu ergreifen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde bei einer Elektrolyseanlage einen hinsichtlich Sicherheit und Anlageneffizienz verbesserten Betrieb zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Elektrolyseanlage zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff als Produktgase, bei dem das Sauerstoff-Produktgas aus einem Elektrolyseur, welches auch Wasserstoff als Fremdgas enthält, einem nachgeschalteten Gas-Separator zugeführt wird, wobei bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwerts für die Wasserstoffkonzentration im Sauerstoff-Produktgas dem Gas-Separator ein Inertgas zugeführt wird, so dass die Wasserstoffkonzentration im Sauerstoff-Produktgas abgesenkt wird.
  • Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch eine Elektrolyseanlage umfassend einen Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff als Produktgase, bei dem das Sauerstoff-Produktgas auch Wasserstoff als Fremdgas enthält, wobei der Elektrolyseur über eine Produktstrom-Leitung für das Sauerstoff-Produktgas an einen Gas-Separator angeschlossen ist und der Gas-Separator über eine Zufuhrleitung an einen Gasbehälter, der zur bedarfsweisen Zufuhr eines Inertgases zu dem Gas-Separator ausgestaltet ist.
  • Die in Bezug auf das Verfahren nachstehend angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinngemäß auf die Elektrolyseanlage übertragen.
  • Die Erfindung geht dabei bereits von der Erkenntnis aus, dass bisherige Betriebskonzepte für Elektrolyseanlagen hinsichtlich der Überwachung und Behebung der kritischer Betriebszustände in Bezug auf die Qualität des erzeugten Sauerstoffs anlagentechnisch aufwändig sind und daher wirtschaftlich erhebliche Nachteile aufweisen.
  • Für eine Qualitätsmessung auf der Sauerstoffseite einer Elektrolyseanlage wird in bisherigen Betriebskonzepten üblicherweise die Konzentration von Wasserstoff im Sauerstoff-Produktgas im entsprechenden Gas-Separator gemessen und überwacht. Überschreitet die Konzentration einen vorbestimmten Grenzwert, so wird der Betrieb des Elektrolyseurs angehalten. An dem den Sauerstoff enthaltenden Gas-Separator wird eine Druckentlastung durchgeführt, das heißt dieser Gasbehälterwird vollständig entlüftet und drucklos gestellt. Ein Verwerfen des Sauerstoffgases und ein kompletter Austausch des Gases in dem Gasbehälter ist erforderlich. Durch die Druckenlastung bzw. vollständige Entlüftung auf der Sauerstoffseite muss auch auf der Wasserstoffseite das gesamte wertvolle Wasserstoff-Produktgas im entsprechenden Gas-Separator verworfen werden, insbesondere um dem hohen Differenzdruck durch die Entlüftung entgegenzuwirken und um Systemschäden über der PEM-Membran zu vermeiden. Auch das Wasserstoff-Produktgas wird daher aus dem Behältervolumen des Gas-Separators und eventuellen Zuleitungen des wasserstoffseitigen Gassystems vollständig abgelassen. Hierzu wird der Gas-Separator vollständig entlüftet. Das gesamte Gassystem inklusive der Gas-Separatoren wird anschließend durch eine aufwändige Spülprozedur zur Inertisierung mit Stickstoff aus einem Speicherbehälter im Stickstoff-System der Elektrolyseanlage gespült. Das Stickstoff-System muss für diesen sicherheitsrelevanten Bedarf an Stickstoff entsprechend großvolumig ausgelegt werden, um ausreichend Stickstoff vorzuhalten. Nachdem die Ursache für die kritische Qualität des Sauerstoff-Produktgases behoben ist, wird die Elektrolyse wieder gestartet. Durch das Inertgas Stickstoff im Gassystem muss zunächst auch das neu produzierte Wasserstoff-Produktgas verworfen werden, und zwar solange, bis die gewünschte Gasqualität wieder erreicht ist. Es ist also neben dem Vorhalten eines großvolumigen Stickstoff-Inertisierungssystem und Stickstoffbevorratung gerade auch das Verwerfen des erzeugten Wasserstoff-Produktgases unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten besonders nachteilig.
  • Hier setzt die vorliegende Erfindung gezielt an, indem eine kritische Fremdgaskonzentration an Wasserstoff im Sauerstoff-Produktgas, welches sich in dem entsprechenden, dem Elektrolyseur nachgeschalteten Gas-Separator, befindet, dadurch reduziert wird, dass dem Sauerstoff-Produktgas ein Inertgas guter Qualität in gezielter und wohldosierter Weise zugeführt wird. Die gezielte Zufuhr bewirkt im Gas-Separator eine Mischung der Gase, wodurch eine Absenkung der Wasserstoffkonzentration im Sauerstoff erreicht wird, wobei der Verdünnungseffekt durch die Mischung der Gase ausgenutzt wird. Die Wasserstoffkonzentration reduziert sich allein schon aufgrund des Effekts der innigen Gasmischung und der Verdünnung des Wasserstoffs im Sauerstoff-Produktgas durch die Zufuhr von Inertgas. Dieser Effekt wird bei der Erfindung besonders vorteilhaft ausgenutzt. Somit wird einerseits ein Verwerfen des Sauerstoff-Produktgases im Gas-Separator auf der Sauerstoffseite vermieden, da es bei der hier vorgeschlagenen Prozedur in diesem Behälter verbleibt, wobei ein Behälterdruck aufrechterhalten wird. Das Gasvolumen kann daher beim Wiederanfahren des Elektrolyseurs verwendet werden. Die Sauerstoffausbeute der Elektrolyseanlage erhöht sich, da praktisch kein bereits erzeugter hochwertiger Sauerstoff verworfen wird.
  • Von ganz besonderem Vorteil erweist sich aber andererseits, dass auf der Wasserstoffseite ein Verwerfen des wertvollen Wasserstoff-Produktgases im Gas-Separator dadurch ebenfalls vermieden wird. Das Wasserstoff-Produktgas verbleibt bei der hier vorgeschlagenen Prozedur der Erfindung in dem wasserstoffseitigen Behälter des Gas-Separators, wobei ein Behälterdruck aufrechterhalten wird und keine vollständige Entlüftung vorgenommen wird. Vorteilhaft kann hierdurch ein nennenswerter Anstieg des Differenzdruckes zwischen Sauerstoffseite und Wasserstoffseite des Elektrolyseurs, insbesondere über der Membran eines PEM-Elektrolyseurs, gezielt vermieden werden. Das Gasvolumen an Wasserstoff-Produktgas im Gasbehälter, dem wasserstoffseitigen Gas-Separator, kann nunmehr beim Wiederanfahren des Elektrolyseurs verwendet werden, was die Wirtschaftlichkeit erhöht.
  • Ebenso kann die aufwändige und vollständige Inertisierung des Gassystems, insbesondere des Gas-Separators, mit Stickstoff entfallen und ein noch erforderliches Stickstoff-System an der Elektrolyseanlage entsprechend kleiner dimensioniert werden.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird das Inertgas komprimiert und unter einem Arbeitsdruck dem Gas-Separator zugeführt. Durch die Komprimierung wird das Inertgas auf das gewünschte Druckniveau des Arbeitsdrucks gebracht, das dadurch flexibel anpassbar ist an den Behälterdruck des Sauerstoff-Produktgases im Gas-Separator je nach aktuellem Betriebszustand und Fahrweise der Elektrolyseanlage. Zur präzisen Einstellung des Arbeitsdrucks auf das gewünschte Druckniveau und die Zufuhr des Inertgases in den Gas-Separator können strömungstechnische Stellelemente verwendet werden, wie beispielsweise Druckminderer, Druckregler, Regelventile oder Blenden, die bevorzugt über eine Mess- und Steuereinrichtung betrieben werden.
  • Vorzugsweise wird die Wasserstoffkonzentration in dem Gas-Separator gemessen.
  • Die Messung und Überwachung der Wasserstoffkonzentration wird dabei unter Anwendung entsprechend sensitiver Gassensoren durchgeführt, wobei bevorzugt auch Überwachungs- und Kontrolleinheiten für eine selektive Gas-Sensorik zur Anwendung kommen, um die Wasserstoffkonzentration im Sauerstoff-Produktgas zuverlässig "in-situ" zu bestimmen und zu überwachen. Dies gilt einerseits für den regulären Betrieb der Elektrolyseanlage, aber vorteilhafterweise auch während des Verfahrens des Absenkens der Wasserstoffkonzentration im Sauerstoff-Produktgas unter den gewünschten vorbestimmten, kritischen Grenzwert. Hierdurch werden kritische Betriebszustände im Gas-Separator zuverlässig erkannt und gefährlichen Betriebszuständen, insbesondere hinsichtlich einer Explosionsgefahr durch zündfähige Gasgemische aus Wasserstoff in dem Sauerstoff-Produktgas, kann frühzeitig entgegengewirkt werden.
  • Vorzugsweise wird das Inertgas einem druckbeladenen Gasbehälter entnommen. In dem druckbeladenen Gas-Behälter wird mithin Inertgas unter einem Druck eingebracht, gespeichert und bevorratet und für die Verdünnungszwecke in ausreichendem Volumen für den Bedarf vorgehalten. Der druckbeladene Gasbehälter wirkt daher als Speicher oder Vorratsbehälter für das Inertgas und ist entsprechend dimensioniert.
  • Somit ist erreicht, dass nur im Bedarfsfall eine Zufuhr von Inertgas zur Verdünnung und Absenkung der Wasserstoffkonzentration vorgenommen wird. Der Gasbehälter ist dabei bevorzugt mit Inertgas guter Qualität, also hoher Reinheit, beladen, das heißt das Inertgas weist eine geringe oder sehr geringe schädigende Fremdgaskonzentration auf. Insbesondere sind wasserlösliche Fremdgasbestandteile in dem Inertgas zu vermeiden, da diese bei Zufuhr in den Gas-Separator sich aufgrund des Phasengemisches in dem Prozesswasser (Edukt) für die weitere Wasserelektrolyse auflösen können und zumindest langfristig nachteilig auf den Betrieb und die Standzeiten der Elektrolyseanlage auswirken. An der Phasengrenze flüssiggasförmig in dem Gas-Separator findet nämlich ein Medienaustausch statt. Für den stationären Zustand kann man annehmen, dass die Gasphase der Produktgase vollständig mit Wasserdampf gesättigt vorliegt.
  • In dem Gasbehälter wird ein entsprechenden Gasvorrat an Inertgas gespeichert bzw. vorgehalten. Der Gasbehälter ist als Druckbehälter ausgebildet, der hinsichtlich Volumen entsprechend bedarfsgerecht ausgelegt und konstruktiv angepasst ist. Der Gasbehälter wird vorteilhafterweise im Normalbetrieb des Elektrolyseurs, das heißt bei der elektrochemischen Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, mit Inertgas beladen, so dass ein Gasvorrat an Inertgas mit guter Qualität im Puffertank vorgehalten wird. Es ist auch denkbar, dass im Normalbetrieb des Elektrolyseurs der Gasbehälter kontinuierlich durchströmt wird, so dass jederzeit ein Volumen zur Verfügung steht, sollte die Gasqualität sich über den kritischen Wert einer noch tolerierbaren Wasserstoffkonzentration im Sauerstoff-Produktgas verschlechtern.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung wird das Inertgas komprimiert und der Gasbehälter wird mit dem komprimierten Inertgas beladen. Zur Kompression des Inertgases wird bevorzugt ein Kompressor eingesetzt, der ölfrei ist, um die Beladung von ölbasierten Fremdgasbestandteilen in das Inertgas zu vermeiden. Das Druckverhältnis und die Kompressionsleistung sind entsprechend angepasst. Das Inertgas wird vorteilhafterweise bei Atmosphärendruck von dem Kompressor angesaugt und auf das gewünschte Druckniveau, insbesondere zur Beladung des Gasbehälters, komprimiert. Vorteilhafterweise erfolgt die Einbindung des Gasbehälters für Inertgas zur bedarfsweisen Zufuhr von Inertgas zu dem Gas-Separator auf der Sauerstoffseite in das Betriebskonzept der Elektrolyseanlage. Dieser Gasbehälter steht üblicherweise unter einem Arbeitsdruck und enthält Inertgas mit einer guten Qualität bzw. hoher Reinheit bzgl. Fremdgasbestandteilen.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem Reinigungsschritt das Inertgas von wasserlöslichen Fremdbestandteilen, insbesondere von Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Schwefeldioxid (SO2), befreit. Für den Fall, dass die Qualität des Inertgases nicht ausreichend ist, wird bevorzugt eine Gasreinigung durchgeführt, bevor das Inertgas seiner Verwendung zur Reduzierung der Wasserstoffkonzentration im Sauerstoff-Produktgas Gas-Separator zugeführt wird.
  • Auf die Qualität des verwendeten Inertgases wird vorteilhafterweise ein ganz besonderes Augenmerk gelegt, insbesondere dass sich keine ggf. die Elektrolyseanlage schädigenden Fremdgasbestandteile in einer kritischen Konzentration mehr im Inertgas befinden. Beispielsweise wird bei der Verwendung von Luft oder Druckluft als Inertgas durch den Reinigungsschritt vorteilhafterweise dafür gesorgt, dass keine nennenswerten Bestandteile in dem Luft-Inertgas verbleiben, die in Wasser chemisch gelöst werden und/oder die Reaktionen auf der Sauerstoffseite der Elektrolysezelle nachteilig beeinflussen. Hier ist beispielsweise Kohlenstoffdioxid anzuführen. Weitere Bestandteile wie etwa Schwefeldioxid je nach Konzentration in der angesaugten Luft können standortspezifisch eine Rolle spielen, die es im Inertgas zu vermeiden gilt. Für diese Bestandteile ist daher ein geeigneter Reinigungsschritt vorgesehen.
  • Hierzu wird vorteilhafterweise in dem Reinigungsschritt das Inertgas mit einem Adsorptionsmittel und/oder einem Absorptionsmittel derart in Kontakt gebracht, dass die wasserlöslichen Fremdgasbestandteile aus dem Inertgas abgeschieden und gebunden werden, so dass Inertgas hoher Reinheit gewonnen wird. Die Ausgestaltung des Reinigungsschritts unter Ausnutzung der Adsorption oder der Absorption oder Kombinationen aus beiden Trennverfahren ist dabei besonders wirksam, um die Fremdgasbestandteile aus dem Inertgas herauszulösen bzw. abzuscheiden. Als Adsorption bezeichnet man die Anreicherung von Stoffen aus Gasen oder Flüssigkeiten an der Oberfläche eines Festkörpers, allgemeiner an der Grenzfläche zwischen zwei Phasen. Davon unterscheidet sich die Absorption, bei der die Stoffe in das Innere eines Festkörpers oder einer Flüssigkeit eindringen. Hierdurch kann das Inertgas, beispielsweise basierend auf Luft, mit hoher Reinheit und Qualität gewonnen werden.
  • Vorzugsweise wird als Elektrolyseur ein PEM-Elektrolyseur verwendet, wobei ein Differenzdruck zwischen Wasserstoff-Produktgas und dem Sauerstoff-Produktgas derart geregelt wird, dass ein maximaler Druckunterschied über der Proton-Exchange-Membrane nicht überschritten wird.
  • Mit einer Differenzdruckregelung einer PEM-basierten Elektrolyseanlage wird insbesondere die Membran geschützt, da die Druckdifferenz zwischen Sauerstoffseite und Wasserstoffseite auf einem zulässigen Sollwert gefahren wird, um einen möglichst hohen Anlagenwirkungsgrad und entsprechende Wasserstoffausbeute zu erzielen bei gleichzeitiger Betriebssicherheit. Über vorhandene Regelventile und Regeleinrichtungen für die Betriebsführung kann vorteilhafterweise der Differenzdruck auch bei der Erfindung weiterhin geregelt werden. Die Druckniveaus können daher auf der Wasserstoffseite und der Sauerstoffseite unterschiedlich sein, solange ein zulässiger Differenzdruck mit Blick auf die Membran beachtet wird, auf den hin geregelt wird. Generell sind Elektrolyseure für den Betrieb im Differenzdruckmodus konzipiert und gut geeignet.
  • So kann beispielsweise die Wasserstoffseite mit einem hohen Druck gefahren werden, während die Sauerstoffseite gleichzeitig drucklos in die Atmosphäre entlüftet. Es können sich aber auch sowohl Wasserstoffseite als auch Sauerstoffseite auf einem jeweiligen höheren Arbeitsdruck gegenüber der Atmosphäre befinden.
  • Vorzugsweise wird die Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff in dem Elektrolyseur, insbesondere nur vorübergehend, angehalten.
  • Der Normalbetrieb der Elektrolyseanlage wird also vorteilhafterweise nur so lange unterbrochen, bis durch die Zufuhr von Inertgas guter Qualität und hoher Reinheit aus dem Gasbehälter in den sauerstoffseitigen Gas-Separator zur Verdünnung und Absenkung der Wasserstoffkonzentration unter den Grenzwert erreicht ist. Dadurch ist die benötigte Zeit zur Fehlerbehebung mit einhergehendem Betriebsstillstand des Elektrolyseurs für das Verfahren gemäß der Erfindung vorteilhafterweise erheblich reduziert gegenüber den herkömmlichen Verfahren. Bei diesen erfolgt ein vollständiges Ablassen sowohl des Sauerstoff-Produktgases als auch des Wasserstoff-Produktgases, wobei der jeweilige Gas-Separator entleert wird. Anschließend wird das Gassystem mit Stickstoff vollständig inertisiert und schließlich die Elektrolyseanlage wieder angefahren bis zum Erreichen bzw. Wiederaufnahme eines Normalbetriebszustands des Elektrolyseurs mit guter Qualität der Produktgase.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung wird Luft, insbesondere Druckluft, als Inertgas verwendet. Die Verfügbarkeit von Luft bzw. Druckluft ist bei einer Elektrolyseanlage einfach gegeben, da Elektrolyseanlagen üblicherweise bereits über ein Druck-Luft-System verfügen. Somit ist Luft bzw. Druckluft verfügbar, indem zur Besorgung des Inertgases vorteilhaft auf das Druckluft-System zurückgegriffen werden kann. Dies ist auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten sehr günstig. Bevorzugt sind dabei Reinigungsschritte zur Konfektionierung des Inertgases für den Einsatzzweck angewendet, wie oben beschrieben. Im Vergleich zur Verwendung des Stickstoffsystems ist die Einbindung des Druckluft-Systems in das Anlagenkonzept der Elektrolyseanlage sehr viel günstiger
  • Das Volumen an Inertgas, insbesondere Luft bzw. Druckluft, welches zur Beseitigung eines potenziell gefährlichen Zustandes hoher Wasserstoffkonzentration im Gas-Separator zur Spülung benötigt wird, ist deutlich geringer. Da zudem für die Erzeugung von Stickstoff in einem Stickstoff-System ein Vielfaches an gereinigter Druckluft nötig ist, fällt die notwendige Kapazität des Druckluft-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer Elektrolyseanlage, in dem Stickstoff vor Ort zur vollständigen Inertisierung des Gas-Separators auf Sauerstoffseite verwendet wird, deutlich niedriger aus.
  • Die Elektrolyseanlage gemäß der Erfindung umfasst demensprechend einen Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff als Produktgase, bei dem das Sauerstoff-Produktgas auch Wasserstoff als Fremdgas enthält, wobei der Elektrolyseur über eine Produktstrom-Leitung für das Sauerstoff-Produktgas an einen Gas-Separator angeschlossen ist und der Gas-Separator über eine Zufuhrleitung an einen Gasbehälter, der zur bedarfsweisen Zufuhr von Inertgas zu dem Gas-Separator ausgestaltet ist.
  • Die Trennung der Wasser- und Gasphase erfolgt in dem Gas-Separator oder Gasabscheider. Der Gas-Separator ist dabei bevorzugt als Schwerkraftabscheider aufgebaut, sodass die Wasserphase unten und die Gasphase, vorliegend das Sauerstoff-Produktgas, oben abgenommen werden kann. Die Wassersäule innerhalb der Abscheider dient zudem als Pufferspeicher bei wechselnden Lastvorgaben. An der Phasengrenze in dem Gas-Separator findet ein Medienaustausch statt. Für den stationären Zustand kann angenommen werden, dass die Gasphase des Produktgases, vorliegend Sauerstoff-Produktgas, vollständig mit Wasserdampf gesättigt vorliegt. Entsprechendes gilt für einen Gas-Separator auf der Wasserstoffseite der Elektrolyseanlage mit der Phasentrennung von Wasserstoff-Produktgas und Prozesswasser (Edukt) für die Elektrolyse.
  • Dabei ist bevorzugt in die Zufuhrleitung ein Ventil geschaltet, das insbesondere als Regelventil ausgestaltet ist. Die Ausgestaltung des Ventils als Regelarmatur gestattet eine genaue Dosierung der Gaszufuhr von Inertgas zum Gas-Separator auf der Sauerstoffseite. Die Ventilposition des Regelventils kann vorteilhafterweise mit einer hydraulischen oder elektromechanischen Ventilsteuerung oder Ventil-Regeleinrichtung angesteuert werden. Eine entsprechende Steuer- und Regeleinrichtung sowie Sensoreinrichtungen ist in das Anlagenkonzept der Elektrolyseanlage bevorzugt integriert.
  • Vorzugsweise ist in die Zufuhrleitung eine Reinigungseinrichtung für das Inertgas geschaltet, so dass Fremdbestandteile aus dem Inertgas abtrennbar sind.
  • Weiter bevorzugt weist die Reinigungseinrichtung ein Adsorptionsmittel und/oder ein Absorptionsmittel auf, mittels derer Fremdgasbestandteile aus dem Inertgas adsorbierbar und/oder absorbierbar sind. Die Materialien können entsprechend gewählt werden, um die Reinigungseinrichtung auf die Anforderung anzupassen. Von besonderem Interesse ist die Abscheidung bzw. Abtrennung von wasserlöslichen Fremdgasbestandteilen im Inertgas oder Spuren von ursprünglich vorhandenen Bestandteilen, etwa bei Verwendung von Luft als Inertgas. Hier ist eine Adsorption bzw. Absorption von Kohlenstoffmonoxid oder Schwefeldioxid aus der Luft besonders vorteilhaft. Ein Adsorbens oder Adsorptionsmittel dient zur Entfernung von Spurenstoffen aus dem Inertgas. Entsprechendes gilt für Absorbenzien oder Absorptionsmittel.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Elektrolyseanlage weist diese einen Kompressor auf, an den der Gasbehälter über eine Leitung angeschlossen ist, so dass komprimiertes Inertgas, insbesondere Druckluft, dem Gasbehälter zuführbar ist. Weiterhin bevorzugt ist der Kompressor als ölgeschmierter Luftkompressor ausgestaltet, dem ein Ölfilter nachgeschaltet ist. Der Ölfilter ist entsprechend leistungsfähig hinsichtlich der Filterleistung von Ölbestandteilen in der komprimierten Luft ausgestaltet.
  • Bei der Qualität bzw. Reinheit des Inertgases, beispielsweise Druckluft, ist insbesondere darauf zu achten, dass ausreichende Ölfreiheit gewährleistet ist. Ansonsten bestünde die Gefahr, dass sich Ölrückstände in der Sauerstoffatmosphäre entzünden. Auch sind Ölrückstände als gasförmige Fremdbestandteile in dem Inertgas, insbesondere in der Druckluft, im Allgemeinen möglichst zu vermeiden, um einen zuverlässigen Betrieb der Elektrolyseanlage mit einer hohen Verfügbarkeit sicherzustellen. Dies kann beispielsweise auf zwei Wegen erfolgen. So kann bei Verwendung eines ölgeschmierten Luftkompressors vor dem Einsatz der Druckluft zur Inertisierung vorteilhafterweise ein entsprechender Ölfilter installiert sein. Mit dem Einsatz solcher hocheffizienten Ölfilter kann eine Ölfreiheit der Klasse 2, mit sehr geringen Restölmengen von weniger als 0,1 mg/m3 erzielt werden.
  • Alternativ können bei der Verdichtung der Luft auf das gewünschte Druckniveau auch ölfreie Kompressoren eingesetzt werden, so dass dann auch die dem Gas-Separator zugeführte Druckluft komplett ölfrei ist.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Elektrolyseanlage ist der der Kompressor daher als ölfreier Kompressor ausgestaltet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen schematisch und stark vereinfacht:
    • FIG 1
    eine Elektrolyseanlage mit Stickstoff-System zur Inertisierung,
    FIG 2
    eine Elektrolyseanlage mit Inertgas-System gemäß der Erfindung,
  • Gleiche Bezugszeichen haben in den Figuren die gleiche Bedeutung.
  • In FIG 1 ist eine Elektrolyseanlage 100 in einem stark vereinfachten Ausschnitt von Anlagenteilen dargestellt. Die Elektrolyseanlage 100 weist einen Elektrolyseur 1 auf, der als ein PEM- oder Alkali-Elektrolyseur ausgeführt ist. Der Elektrolyseur 1 umfasst mindestens eine hier nicht näher gezeigte Elektrolysezelle zum elektrochemischen Zerlegen von Wasser. Die Elektrolyseanlage 100 weist zudem ein Stickstoff-System 3 auf, das einen Stickstoff-Behälter 5 umfasst. Ein Verdichter 7 ist an das Stickstoff-System 3 angeschlossen, um das Stickstoff-System 3 zu versorgen. Über eine Spülleitung 9 ist das Stickstoff-System 3 an einen Gas-Separator 11 angeschlossen, so dass bei Bedarf Stickstoff zur Spülung des Gas-Separators 3 dem Stickstoff-Behälter 5 entnommen und dem Gas-Separator 3 über die Spülleitung 9 zuführbar ist (Stickstoff-Inertisierung). Der Stickstoff-Behälter 3 ist für den Bedarf an Stickstoff in der Elektrolyseanlage 100 entsprechend großvolumig dimensioniert und druckbeaufschlagt. Für eine Inertisierung sind - neben anderen Aufgaben - bedarfsweise große Mengen an Stickstoff in der Elektrolyseanlage erforderlich, die in dem Stickstoff-Behälter 5 vorzuhalten sind.
  • In den Elektrolyseur 1 wird über eine Eduktstrom-Leitung 13 ein Eduktstrom aus Wasser eingeführt. Das Wasser wird im Elektrolyseur 1 in die Produktgase Wasserstoff und Sauerstoff elektrochemisch zerlegt und beide Produktströme werden separat aus dem Elektrolyseur 1 hinausgeleitet. Für die Hinausleitung des Sauerstoff-Produktstroms weist der Elektrolyseur 1 eine Produktstrom-Leitung 15 auf, mit deren Hilfe ein erstes Produkt, hier Sauerstoff aus der Elektrolyse, hinausgeführt wird. Der hier beschriebene Aufbau der Elektrolyseanlage 100 betrachtet den Sauerstoff-Produktstrom. Wasserstoffseitig liegt ein entsprechender anlagentechnischer Aufbau in der Elektrolyseanlage 100 vor, was in der FIG 1 aus Übersichtsgründen nicht näher gezeigt und im Detail ausgeführt ist. Dementsprechend ist für die Hinausleitung des Wasserstoff-Produktstroms aus dem Elektrolyseur 1 eigens eine Produktstrom-Leitung 17 vorgesehen, mit deren Hilfe ein zweites Produkt, nämlich der aus der Elektrolyse gewonnene Wasserstoff, hinausgeführt wird. Der gewonnene Wasserstoff wird anschließend in weiteren - in der FIG 1 nicht näher dargestellten - Komponenten der Elektrolyseanlage 100 behandelt und prozesstechnisch weiterverarbeitet.
  • Der Elektrolyseur 1 ist sauerstoffseitig über die Produktstrom-Leitung 15 an den Gas-Separator 11 angeschlossen. An den Gas-Separator 11 ist eine Entlüftungsleitung 19 angeschlossen, über die der Gas-Separator 11 bei Bedarf vollständig durch Druckentlastung entleert werden kann, so dass dieser drucklos steht bzw. unter Atmosphärendruck. Weiterhin ist ein Druckluft-System 21 umfassend einen Gasbehälter 23 und einen Luftkompressor 25 vorgesehen, so dass dem Gasbehälter 23 komprimierte Luft aus dem Luftkompressor 25 über die Verbindungsleitung 27 zuführbar ist. Der Gasbehälter 23 kann auf diese Weise mit komprimierter Luft L (Druckluft) beladen für weitere Zwecke bevorratet werden. So ist zur Versorgung des Stickstoff-Systems 3 mit komprimierter Luft L das Druckluft-System 21 über eine Versorgungsleitung 29a angeschlossen. Die Versorgung einer anderen Verbrauchseinheit 31 mit komprimierter Luft L erfolgt über eine Versorgungsleitung 29b.
  • Im Betrieb des Elektrolyseurs 1 im Anlagenkonzept der FIG 1 wird Sauerstoff-Produktgas dem Gas-Separator 11 zugeführt. Für eine Qualitätsmessung des Sauerstoff-Produktgases wird in diesem Betriebskonzepten die Konzentration von Wasserstoff im sauerstoff-Produktgas im Gas-Separator 11 fortlaufend gemessen und überwacht. Überschreitet die Konzentration einen vorbestimmten Grenzwert, so wird der Betrieb des Elektrolyseurs 1 angehalten und das gesamte Sauerstoff-Produktgas im Gas-Separator 11 verworfen. Das Sauerstoff-Produktgas wird aus dem Behältervolumen des Gas-Separators 11 und eventuellen Zuleitungen des sauerstoffseitigen Gassystems vollständig abgelassen. Hierzu wird der Gas-Separator 11 vollständig über die Entlüftungsleitung 19 entlüftet und drucklos gestellt. Das gesamte Gassystem inklusive Gas-Separator 11 wird anschließend durch eine aufwändige und kostenintensive Spülprozedur zur Inertisierung mit Stickstoff aus einem Stickstoff-Behälter 5 im Stickstoff-System 3 der Elektrolyseanlage 100 gespült. Das Stickstoff-System 3 muss für diesen sicherheitsrelevanten Bedarf an Stickstoff entsprechend großvolumig ausgelegt werden, um ausreichend Stickstoff vorzuhalten. Nachdem die Ursache für die kritische Qualität des Sauerstoff-Produktgases behoben ist, wird die Elektrolyse wieder gestartet. Durch das Spülen des Gassystems mit Stickstoff und insbesondere in des Gas-Separators 11 muss zunächst auch das neu produzierte Sauerstoff-Produktgas verworfen werden, und zwar solange, bis die gewünschte Gasqualität wieder erreicht ist.
  • Durch die Druckentlastung bzw. vollständige Entlüftung auf der Sauerstoffseite in dem Gas-Separator 11 für die Spülprozedur mit Stickstoff muss auch auf der Wasserstoffseite das gesamte wertvolle Wasserstoff-Produktgas in einem entsprechenden - in der FIG 1 nicht näher gezeigten - Gas-Separator vollständig verworfen werden, insbesondere um dem hohen Differenzdruck durch die Entlüftung entgegenzuwirken und um Systemschäden über der PEM-Membran zu vermeiden. Es ist also neben dem Vorhalten eines großvolumigen Stickstoff-Systems 3 zur Inertisierung und ausreichender Stickstoffbevorratung gerade auch das damit einhergehende Verwerfen des erzeugten Wasserstoff-Produktgases auf der Wasserstoffseite unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ganz besonders nachteilig.
  • FIG 2 zeigt eine Elektrolyseanlage 1 mit Inertgas-System gemäß der Erfindung. Das neue Betriebskonzept der Erfindung setzt an mit einer vorteilhaften Einbindung des Druckluft-Systems 21 und Ausgestaltung desselben als Inertgas-System, das sauerstoffseitig an den Gas-Separator 11 angeschlossen ist. Dabei entfällt gegenüber einer Ausgestaltung der Elektrolyseanlage 100 gemäß der FIG 1 die Spülleitung 9, die das Stickstoff-System 3 mit dem Gas-Separator 3 zur Inertisierung des gesamten Gassystems mit Stickstoff verbindet. Gemäß FIG 2 ist das Druckluft-System 21 über die Zufuhrleitung 37 mit dem Gas-Separator 11 verbunden, so dass bedarfsweise Druckluft L dem Gasbehälter 23 entnehmbar ist. Das Druckluft-System 21 weist einen Luftkompressor 25 und einen Gasbehälter 23 auf, die über eine Verbindungsleitung 27 miteinander verbunden sind. Der Luftkompressor 25 ist hierbei als ölfreier Kompressor ausgestaltet. In die Zufuhrleitung 37 ist eine Reinigungseinrichtung 33 geschaltet, die ein Absorptionsmittel und/oder ein Adsorptionsmittel aufweist. Somit können schädigende Fremdgasbestandteile in der in dem Gasbehälter 23 eingespeicherten Druckluft L entfernt werden und ein Inertgas mit hoher Qualität und Reinheit ist erzeugt. Beispielsweise können Kohlenstoffdioxid und/oder Schwefeldioxid mittels der Reinigungseinrichtung 33 aus der Druckluft L entfernt werden. Die durch eine Adsorption oder Absorption freiwerdende Wärmeenergie kann durch Kühlung der Reinigungseinrichtung 33 beispielsweise in einem Wärmetauschprozess durch Ankopplung eines Wärmetauschers für weitere Zwecke genutzt werden. In Strömungsrichtung der Druckluft L stromab der Reinigungseinrichtung 33 ist in die Zufuhrleitung 37 ein Regelventil 35 geschaltet, dessen Ventilposition durch eine nicht näher dargestellte Regeleinrichtung auf den Bedarf und das Druckniveau an Druckluft L für die Zufuhr zu dem Gas-Separator 11 regelbar ist. Stromab der Regelventils 35 mündet die Zufuhrleitung 37 in den Gas-Separator 11.
  • Im Betrieb der Elektrolyseanlage 100 wird die Fremdgaskonzentration von Wasserstoff im Sauerstoff-Produktgas aus dem Elektrolyseur 1 im sauerstoffseitig nachgeschalteten Gas-Separator 11 kontinuierlich gemessen und überwacht. Ergibt der Messwert eine kritische Fremdgaskonzentration oberhalb eines vorbestimmten Grenzwerts für einen noch zulässigen Wasserstoffanteil im Sauerstoff-Produktgas im Gas-Separator 11, so wird die Wasserstoffkonzentration dadurch reduziert, dass dem Sauerstoff-Produktgas gereinigte Druckluft L mit guter Qualität und Reinheit, das heißt, mit allenfalls sehr geringen Verunreinigungen oder schädigenden Fremdgasbestandteilen in gezielter und wohldosierter Weise über das Regelventil 35 zugeführt wird. Diese gezielte Zufuhr bewirkt dann im Gas-Separator 11 eine innige Mischung der Gase, wodurch eine Absenkung der Wasserstoffkonzentration erzielt wird. Die Wasserstoffkonzentration reduziert sich dabei schon aufgrund des Effekts der Gasphasenmischung und der Verdünnung des Wasserstoffs im Sauerstoff-Produktgas durch die Zudosierung von Inertgas unter Druck, vorliegend von Druckluft L, der bei der Erfindung besonders vorteilhaft ausgenutzt wird. Somit ist einerseits ein Verwerfen des Sauerstoff-Produktgases im Gas-Separator 11 vermieden, da dieses Elektrolyseprodukt bei der hier vorgeschlagenen Prozedur in dem Gas-Separator 11 unter Druck verbleibt. Das Gasvolumen im Behälter kann daher beim Wiederanfahren des Elektrolyseurs 1 verwendet werden. Indiziert also eine Qualitätsmessung im Gas-Separator 11 eine schlechte Qualität, wird der Elektrolyseprozess angehalten. Anstatt nun das Gas im Gas-Separator 11 zu verwerfen, wird gereinigte Druckluft L dem Gasbehälter 23 entnommen und dem Gas-Separator 11 zugeführt. Diese Zufuhr erfolgt unter Aktivierung einer Ventilsteuerung für das Regelventil 35 solange bis die Gasqualität den Anforderungen wieder genügt, das heißt die Wasserstoffkonzentration kleiner ist als der vorbestimmte Grenzwert für einen sicheren Normalbetrieb des Elektrolyseurs 1.
  • Mit der Elektrolyseanlage 100 mit Inertgas-System gemäß der Erfindung entfällt eine vollständige Entlüftung und eine damit bisher einhergehende Druckentlastung auf der Sauerstoffseite in dem Gas-Separator 11. Durch die hier vorgeschlagene Zufuhr von druckbeaufschlagtem Inertgas, insbesondere Druckluft L, kann vorteilhafterweise auch auf der Wasserstoffseite das gesamte wertvolle Wasserstoff-Produktgas in einem entsprechenden - in der FIG 2 nicht näher gezeigten - Gas-Separator oder Gasabscheider weiterhin genutzt werden. Bislang war eine Entlüftung auch auf der Wasserstoffseite geboten, um dem hohen Differenzdrucks durch die Entlüftung entgegenzuwirken und um Systemschäden über der PEM-Membran aufgrund eines zu großen Differenzdrucks zu vermeiden. Die damit einhergehende Nutzung des erzeugten Wasserstoff-Produktgases auf der Wasserstoffseite ist sowohl unter betriebstechnischen Aspekten als auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ganz besonders vorteilhaft.
  • Als weiterer wirtschaftlicher Vorteil erweist sich, dass das Stickstoff-System 3 durch das vorgeschlagene Anlagenkonzept nach FIG 2 für die Elektrolyseanlage 100 im Vergleich zu der Konzeption nach FIG 1 deutlich kompakter gestaltet werden kann. Die entsprechenden Anlagenteile, insbesondere der Stickstoffbehälter 5, können kleiner dimensioniert werden. Mit dem Betriebskonzept der Erfindung ist es ausreichend, lediglich noch den kontinuierlichen Stickstoffverbrauch für den so genannten Kompressorbetrieb der Anlage bereitzustellen.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Elektrolyseanlage (100) zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff als Produktgase, bei dem das Sauerstoff-Produktgas aus einem Elektrolyseur (1), welches auch Wasserstoff als Fremdgas enthält, einem nachgeschalteten Gas-Separator (11) zugeführt wird, wobei bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwerts für die Wasserstoffkonzentration im Sauerstoff-Produktgas dem Gas-Separator (1) ein Inertgas (L) zugeführt wird, so dass die Wasserstoffkonzentration im Sauerstoff-Produktgas abgesenkt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Inertgas (L) komprimiert wird und unter einem Arbeitsdruck dem Gas-Separator (11) zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Wasserstoffkonzentration in dem Gas-Separator (11) gemessen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem das Inertgas (L) einem druckbeladenen Gasbehälter (23) entnommen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Inertgas (L) komprimiert wird und der Gasbehälter (23) mit komprimiertem Inertgas (L) beladen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einem Reinigungsschritt das Inertgas (L) von wasserlöslichen Fremdbestandteilen, insbesondere von Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Schwefeldioxid (SO2), befreit wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem in dem Reinigungsschritt das Inertgas (L) mit einem Adsorptionsmittel und/oder einem Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird, so dass die wasserlöslichen Fremdbestandteile aus dem Inertgas abgeschieden und gebunden werden, wobei Inertgas (L) hoher Reinheit gewonnen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Elektrolyseur (1) ein PEM-Elektrolyseur verwendet wird, wobei ein Differenzdruck zwischen dem Wasserstoff-Produktgas und dem Sauerstoff-Produktgas derart geregelt wird, dass ein maximaler Druckunterschied über der Proton-Exchange-Membran nicht überschritten wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bedarfsweise die Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff in dem Elektrolyseur (3) angehalten wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Luft, insbesondere Druckluft, als Inertgas (L) verwendet wird.
  11. Elektrolyseanlage (100) umfassend einen Elektrolyseur (1) zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff als Produktgase, bei dem das Sauerstoff-Produktgas auch Wasserstoff als Fremdgas enthält, wobei der Elektrolyseur (1) über eine Produktstrom-Leitung (15) für das Sauerstoff-Produktgas an einen Gas-Separator (11) angeschlossen ist und der Gas-Separator (11) über eine Zufuhrleitung (37) an einen Gasbehälter (23), der zur bedarfsweisen Zufuhr von Inertgas (L) zu dem Gas-Separator (11) ausgestaltet ist.
  12. Elektrolyseanlage (100) nach Anspruch 11, umfassend ein in die Zufuhrleitung (37) geschaltetes Ventil (35), insbesondere ein Regelventil.
  13. Elektrolyseanlage (100) nach Anspruch 10 oder 11, mit einer in die Zufuhrleitung (37) geschalteten Reinigungseinrichtung (33) für das Inertgas (L), so dass Fremdbestandteile aus dem Inertgas (L) abtrennbar sind.
  14. Elektrolyseanlage (100) nach Anspruch 13, bei der die Reinigungseinrichtung (33) ein Adsorptionsmittel und/oder ein Absorptionsmittel aufweist, mittels derer Fremdbestandteile aus dem Inertgas (L) adsorbierbar und/oder absorbierbar sind.
  15. Elektrolyseanlage (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, umfassend einen Kompressor (25), an den der Gasbehälter (25) über eine Leitung Verbindungsleitung (27) angeschlossen ist, so dass komprimiertes Inertgas (L), insbesondere Druckluft, dem Gasbehälter (25) zuführbar ist.
  16. Elektrolyseanlage (100) nach Anspruch 15, bei der der Kompressor (25) als ölgeschmierter Luftkompressor ausgestaltet ist, dem ein Ölfilter nachgeschaltet ist.
  17. Elektrolyseanlage (100) nach Anspruch 15, bei der der Kompressor (25) als ölfreier Luftkompressor ausgestaltet ist.
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