EP4288588A1 - Method for treating process fluids, and filter device for carrying out the method - Google Patents

Method for treating process fluids, and filter device for carrying out the method

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Publication number
EP4288588A1
EP4288588A1 EP22713623.1A EP22713623A EP4288588A1 EP 4288588 A1 EP4288588 A1 EP 4288588A1 EP 22713623 A EP22713623 A EP 22713623A EP 4288588 A1 EP4288588 A1 EP 4288588A1
Authority
EP
European Patent Office
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fluid
filter device
storage tank
hydrogen
oxygen
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Pending
Application number
EP22713623.1A
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Inventor
Sebastian König
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Hydac International GmbH
Original Assignee
Hydac International GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B15/085Removing impurities
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
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    • C25B9/19Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the invention relates to a method for the treatment of process fluids as they arise when a process liquid is broken down into different process gases with the aid of electricity in an electrolytic cell, with at least one fluid circuit in which at least one of the process gases is contained in the process liquid with formation of the process fluid is present, with at least one fluid storage tank being present as part of the fluid circuit.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method.
  • WO 2011/012507 A1 discloses a method and a device for generating hydrogen and oxygen, it being possible in particular to use excess electrical energy from wind turbines for this purpose.
  • the associated device for carrying out the process uses a reversible polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) with a proton exchange membrane (PEM) as an electrolyzer.
  • PEMFC reversible polymer electrolyte fuel cell
  • PEM proton exchange membrane
  • Such a fuel cell can also be used to produce hydrogen on the one hand and oxygen on the other hand as the different process gases from water as the process liquid.
  • the fuel cell then works as a Electrolyser and must be supplied with electrical power, with several fuel cells can be combined as a fuel cell stack.
  • the electricity required for this can come from generators in wind turbines, for example.
  • the commonly used electrolysis devices in the form of electrolysis cells for generating hydrogen and oxygen are those that are usually operated at atmospheric pressure or as part of a pressure electrolysis.
  • the proton exchange membrane of the presented reversible fuel cell separates a negative side from a positive side.
  • water For the reaction to take place, water must be present as the process liquid on the positive side, with the relevant water supply being produced via an independent circuit.
  • the water used as the process liquid is actually pure water and is therefore free of any foreign substances as far as possible.
  • the amount of water that is required in the course of the recycling depends not only on the amount of water that is needed for the electrolysis reaction (the production of 1 kg of hydrogen usually requires 9 kg of water), but also on the cooling requirements of the Electrolytic cell or the electrolytic cell stack, since the process water also serves as a cooling medium for the electrolysis operation.
  • every PEM electrolysis regularly has a water circuit on the positive side or the oxygen side.
  • the oxygen generated as a process gas dissolves and mixes with water as the process liquid, which is routed in the associated supply circuit, to form a process fluid.
  • This will be more or less large Gas bubbles in the form of oxygen are entrained in the water cycle and the relevant water cycle is followed by a so-called gravity separator, which normally consists of a horizontal fluid storage tank that is large in size and into which the process fluid water with the dissolved oxygen flows.
  • the process gas oxygen is given sufficient time to outgas from the process fluid in the storage tank in order to recover pure water as the process liquid in this way. Due to the fact that large-volume, horizontally lying fluid storage tanks are used, a large fluid surface is created in the tank as the fluid level in order to give the process gas the opportunity to effectively outgas.
  • the object of the invention is to provide an improved method and device that help to facilitate the outgassing process of a process gas while at the same time keeping the process liquid clean for renewed use in electrolytic cell operation.
  • a task in this regard is solved by a method with the features of patent claim 1 and a filter device with the features of patent claim 6.
  • the method according to the invention is characterized in that at least one filter device is accommodated in the fluid storage tank, by means of which the process fluid is cleaned of any particle contamination and at the same time the dissolved process gas is separated from the process fluid while retaining the process liquid.
  • the process using the filter device ensures that even finely dispersed process gas in the process fluid can be released onto the gas side of the fluid storage tank, with small-volume gas bubbles merging to form larger gas bubbles due to surface tension, which means that the process fluid is discharged relieved. What remains on the liquid side of the fluid storage tank is the process liquid, which has been cleaned of any particle contamination by the filter device for a new extraction process in electrolysis cell operation.
  • the negative side or cathode side can also be run as part of a liquid circuit that is independent of the liquid circuit on the oxygen side. This enables more even cooling and the water can easily carry the hydrogen out of the electrolytic cell.
  • the method mentioned above can also be used in addition to the device for degassing process water on the hydrogen side of PEM electrolyzers.
  • the hydrogen in the form of gas bubbles, is in turn entrained in more or less dissolved form as a process fluid by the process water and brought into an independent fluid storage tank, where the hydrogen can now outgas by means of the filter device.
  • the filter device used to carry out the method according to the invention has a preferably replaceable filter element through which the process fluid can flow from the inside to the outside, the filter element being spaced apart while maintaining a definable radial distance and forming a fluid flow space is surrounded by a housing wall, which is designed as a discharge pipe, has a plurality of passage points, part of which is arranged below the variable fluid level in the fluid storage tank and the other part above this fluid level.
  • a housing wall which is designed as a discharge pipe
  • the degassing and cleaning process is controlled in such a way that the fluid level 28 in the fluid storage tank 22 only partially covers the filter device 24, so that the filter device 24 protrudes beyond the fluid level 28 by a definable axial length.
  • the hydrogen electrode is not run "dry” without its own fluid circuit, but is operated as a so-called wet electrode with its own liquid circuit, a corresponding after-treatment device can be connected to the hydrogen line 16, consisting of the components fluid storage tank 22 and filter device 24.
  • the respective process fluid therefore flows into the filter cavity 62 via the lower central opening 64 and then flows through the element material 46 of the filter element 44 from the inside to the outside entrained gas bubbles and reaches the interior of the tank 22 via the fluid flow space 60 after flowing through the window-like passage openings 38 ( Figure 2) or the hole-type perforation 40 ( Figure 3) of the associated housing wall 36, so that in this respect the cleaned process fluid can reach the Filtrate side of the filter device reaches and thus on the liquid side 31 of the fluid storage tank 22 with changing fluid level 28.
  • Gas bubbles collect at the respective passage opening 38, 40 in the housing wall 36, which, combined to form larger bubble packs, then rise on the outside of the housing wall 36 and reach the gas side 33 of the storage tank 22, with the possibility of discharge from the Tank 22 by means of the further outlet 30 on the gas side.
  • the cover part 34 must then be unscrewed from the tank 22 on its upper side 56. Ben and the unit shown in FIG. 3 can be removed from the tank 22 together with the cover part 34 . After separating the cover part 34 from the other parts of the filter device via the locking webs 54, the filter element 44 can be removed from the filter housing 32 via the upper discharge opening and exchanged for a new element. The filter device is then reinserted into the tank 22 in a correspondingly reversed sequence.

Abstract

The invention relates to a method for treating process fluids, such as those which are produced when a process liquid is separated into different process gases using an electric current in an electrolysis cell (10), comprising at least one fluid circuit in which at least one of the process gases is contained in the process liquid, thereby forming the process fluid, wherein at least one fluid storage tank (22) is provided as part of the fluid circuit. The invention is characterized in that the fluid storage tank (22) is equipped with at least one filter device (24), by means of which the process fluid is cleaned of any possible particulate contamination and simultaneously the contained process gas is separated from the process fluid while the process liquid is retained.

Description

Verfahren zur Behandlung von Prozessfluiden und Filtervorrichtung zum Method for treating process fluids and filter device for
Durchführen des Verfahrens performing the procedure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Prozessfluiden wie sie bei der Zerlegung einer Prozessflüssigkeit in voneinander verschiedene Prozessgase mit Hilfe von elektrischem Strom in einer Elektrolysezelle ent stehen, mit mindestens einem Fluidkreislauf, in dem zumindest eines der Prozessgase in enthaltener Form in der Prozessflüssigkeit unter Bildung des Prozessfluids vorliegt, wobei als Teil des Fluidkreislaufs mindestens ein Fluid-Vorratstank vorhanden ist. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrich tung zum Durchführen des Verfahrens. Durch WO 2011/012507 A1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff bekannt, wobei hierfür insbeson dere die elektrische Überschussenergie aus Windkraftanlagen eingesetzt werden kann. Die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens setzt eine reversible Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEMFC) mit ei- ner Protonen-Austausch-Membran (PEM) als Elektrolyseur ein. Durch Um kehrung des Brennstoffzellenprozesses kann eine solche Brennstoffzelle auch zur Herstellung von Wasserstoff einerseits und Sauerstoff andererseits als den voneinander verschiedenen Prozessgasen aus Wasser als der Pro zessflüssigkeit verwendet werden. Die Brennstoffzelle arbeitet dann als Elektrolyseur und muss mit elektrischer Leistung versorgt werden, wobei auch mehrere Brennstoffzellen als Brennstoffzellenstapel zusammengefasst werden können. Der hierfür benötigte Strom kann beispielsweise von Ge neratoren von Windkraftan lagen stammen. Die Üblicherweise eingesetzten Elektrolyseeinrichtungen in Form von Elektrolysezellen zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff sind solche, die in der Regel bei Atmosphären druck oder im Rahmen einer Druckelektrolyse betrieben werden. Die Proto- nen-Austausch-Membran der vorgestellten reversiblen Brennstoffzelle trennt eine negative Seite von einer positiven Seite. Durch die stattfindende Elekt rolyse in der reversiblen Brennstoffzelle unter Anlegen von Strom wird auf der positiven Seite respektive Anodenseite ein Wassermolekül in Wasser stoff und Sauerstoff zerlegt, wobei der Wasserstoff als Proton durch die Pro- tonen-Austausch-Membran auf die negative Seite respektive Kathodenseite wandert, wohingegen der Sauerstoff auf der positiven Seite verbleibt. The invention relates to a method for the treatment of process fluids as they arise when a process liquid is broken down into different process gases with the aid of electricity in an electrolytic cell, with at least one fluid circuit in which at least one of the process gases is contained in the process liquid with formation of the process fluid is present, with at least one fluid storage tank being present as part of the fluid circuit. The invention further relates to a device for carrying out the method. WO 2011/012507 A1 discloses a method and a device for generating hydrogen and oxygen, it being possible in particular to use excess electrical energy from wind turbines for this purpose. The associated device for carrying out the process uses a reversible polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) with a proton exchange membrane (PEM) as an electrolyzer. By reversing the fuel cell process, such a fuel cell can also be used to produce hydrogen on the one hand and oxygen on the other hand as the different process gases from water as the process liquid. The fuel cell then works as a Electrolyser and must be supplied with electrical power, with several fuel cells can be combined as a fuel cell stack. The electricity required for this can come from generators in wind turbines, for example. The commonly used electrolysis devices in the form of electrolysis cells for generating hydrogen and oxygen are those that are usually operated at atmospheric pressure or as part of a pressure electrolysis. The proton exchange membrane of the presented reversible fuel cell separates a negative side from a positive side. Due to the electrolysis that takes place in the reversible fuel cell when electricity is applied, a water molecule is broken down into hydrogen and oxygen on the positive side or anode side, with the hydrogen migrating as a proton through the proton exchange membrane to the negative side or cathode side , while the oxygen remains on the positive side.
Zum Stattfinden der dahingehenden Reaktion muss auf der positiven Seite Wasser als Prozessflüssigkeit vorliegen, wobei die diesbezügliche Wasser versorgung über einen eigenständigen Kreislauf hergestellt wird. Das einge setzte Wasser als Prozessflüssigkeit ist tatsächlich reines Wasser und liegt demgemäß möglichst ohne jede Fremdstoffe vor. Die Wassermenge die im Rahmen der Kreislaufführung benötigt wird, hängt nicht nur von der Menge an Wasser ab, die für die Elektrolyse-Reaktion gebraucht wird (die Erzeu gung von 1 kg Wasserstoff benötigt in der Regel 9 kg Wasser), sondern auch vom Kühlbedarf der Elektrolysezelle respektive des Elektrolysezellenstapels, da das Prozesswasser gleichzeitig als Kühlmedium für den Elektrolysebe trieb dient. Somit verfügt jede PEM-Elektrolyse regelmäßig über einen Was serkreislauf auf der positiven Seite respektive der Sauerstoff seite. For the reaction to take place, water must be present as the process liquid on the positive side, with the relevant water supply being produced via an independent circuit. The water used as the process liquid is actually pure water and is therefore free of any foreign substances as far as possible. The amount of water that is required in the course of the recycling depends not only on the amount of water that is needed for the electrolysis reaction (the production of 1 kg of hydrogen usually requires 9 kg of water), but also on the cooling requirements of the Electrolytic cell or the electrolytic cell stack, since the process water also serves as a cooling medium for the electrolysis operation. Thus, every PEM electrolysis regularly has a water circuit on the positive side or the oxygen side.
Der erzeugte Sauerstoff als Prozessgas löst und vermischt sich unter Bildung eines Prozessfluides mit Wasser als Prozessflüssigkeit, die im zugehörigen Versorgungskreislauf geführt ist. Dabei werden mehr oder weniger große Gasblasen in Form des Sauerstoffs im Wasserkreislauf mitgerissen und dem diesbezüglichen Wasserkreislauf ist ein sogenannter Schwerkraftabscheider nachgeschaltet, der normalerweise aus einem horizontal liegenden Fluid- Vorratstank besteht, der großvolumig dimensioniert ist und in den das Pro zessfluid Wasser mit dem gelösten Sauerstoff einströmt. Dem Prozessgas Sauerstoff wird hinreichend Zeit gegeben im Vorratstank aus dem Prozess fluid auszugasen, um dergestalt reines Wasser als Prozessflüssigkeit zurück zugewinnen. Dadurch, dass großvolumige, horizontal liegende Fluid-Vor ratstanks eingesetzt werden, ist im Tank als Fluidniveau eine große Fluid oberfläche geschaffen, um dem Prozessgas die Möglichkeit zu geben effek tiv ausgasen zu können. Obwohl der Wunsch besteht nach dem Ausgasen des Prozessfluides wieder reines Wasser als Prozessflüssigkeit zu erhalten, kann es apparatetechnisch bedingt und beispielsweise durch die Rohrlei tungsführung verursacht, zu einem ungewollten Partikeleintrag in die Pro zessflüssigkeit kommen und mithin zu deren Verschmutzung sowie zu ei nem Restgehalt an unvollständig ausgegastem Prozessgas, was einen erneu ten Einsatz für die empfindliche Elektrolysezelle oder den Elektrolysezellen stapel als fragwürdig erscheinen lässt. The oxygen generated as a process gas dissolves and mixes with water as the process liquid, which is routed in the associated supply circuit, to form a process fluid. This will be more or less large Gas bubbles in the form of oxygen are entrained in the water cycle and the relevant water cycle is followed by a so-called gravity separator, which normally consists of a horizontal fluid storage tank that is large in size and into which the process fluid water with the dissolved oxygen flows. The process gas oxygen is given sufficient time to outgas from the process fluid in the storage tank in order to recover pure water as the process liquid in this way. Due to the fact that large-volume, horizontally lying fluid storage tanks are used, a large fluid surface is created in the tank as the fluid level in order to give the process gas the opportunity to effectively outgas. Although there is a desire to get pure water as the process liquid again after the process fluid has outgassed, the equipment used and, for example, the piping layout, can result in an unwanted entry of particles into the process liquid and thus contamination and a residual content of incomplete outgassed process gas, which makes a renewed use of the sensitive electrolytic cell or the electrolytic cell stack appear questionable.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren nebst Vorrichtung zu schaffen, die den Ausgasungsprozess eines Prozessgases erleichtern helfen, bei gleichzeitiger Reinhaltung der Prozessflüssigkeit für einen erneuten Ein satz im Elektrolysezellenbetrieb. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Ver fahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Filtervorrich tung mit den Merkmalen des Patentanspruches 6. Proceeding from this state of the art, the object of the invention is to provide an improved method and device that help to facilitate the outgassing process of a process gas while at the same time keeping the process liquid clean for renewed use in electrolytic cell operation. A task in this regard is solved by a method with the features of patent claim 1 and a filter device with the features of patent claim 6.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch charakterisiert, dass in dem Fluid-Vorratstank mindestens eine Filtervorrichtung aufgenommen ist, mit tels der das Prozessfluid von etwaiger Partikelverschmutzung abgereinigt und gleichzeitig das gelöste Prozessgas aus dem Prozessfluid unter Zurück behalten der Prozessflüssigkeit abgeschieden wird. Dergestalt stellt das Ver fahren unter Einsatz der Filtervorrichtung sicher, das auch fein dispergiertes Prozessgas im Prozessfluid auf die Gasseite des Fluid-Vorratstanks abgege ben werden kann, wobei sich Gasblasen mit kleinem Volumen aufgrund der Oberflächenspannung zu größeren Gasblasen zusammenschließen, was den Austrag aus dem Prozessfluid erleichtert. Zurück bleibt auf der Flüssig keitsseite des Fluid-Vorratstanks die Prozessflüssigkeit, die durch die Filter vorrichtung von etwaiger Partikelverschmutzung abgereinigt für einen er neuten Entnahmevorgang im Elektrolysezellenbetrieb hochrein vorliegt.The method according to the invention is characterized in that at least one filter device is accommodated in the fluid storage tank, by means of which the process fluid is cleaned of any particle contamination and at the same time the dissolved process gas is separated from the process fluid while retaining the process liquid. In this way, the process using the filter device ensures that even finely dispersed process gas in the process fluid can be released onto the gas side of the fluid storage tank, with small-volume gas bubbles merging to form larger gas bubbles due to surface tension, which means that the process fluid is discharged relieved. What remains on the liquid side of the fluid storage tank is the process liquid, which has been cleaned of any particle contamination by the filter device for a new extraction process in electrolysis cell operation.
Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik. Dergestalt ist ein Ent gasen von Prozesswasser auf der Sauerstoffseite von PEM-Elektrolyseuren in einem Fluid-Vorratstank sichergestellt. Insbesondere ist es möglich kleinste Gasblasen aus dem Fluid mittels eines hierfür geeigneten Filtermediums der Filtervorrichtung zu entfernen. Dergestalt werden wirksam auch kleinste Gasblasen entfernt, die ansonsten sich in der Prozessflüssigkeit anreichern könnten. Sofern anspruchsgemäß also die Rede davon ist, dass mindestens ein Prozessgas in der Prozessflüssigkeit in enthaltener Form vorliegt, meint dies einen losen Verbund zwischen Gas und Flüssigkeit, in dem das Gas mit der Flüssigkeit ungebunden mitgeführt, beispielsweise mit der Fluidströ mung mitgerissen wird; bedeutet aber auch, dass das Gas in der Flüssigkeit zumindest teilweise in gelöster Form vorliegt, beispielsweise in fein disper gierter Form. This has no equivalent in the prior art. In this way, degassing of process water on the oxygen side of PEM electrolyzers in a fluid storage tank is ensured. In particular, it is possible to remove the smallest gas bubbles from the fluid using a filter medium of the filter device that is suitable for this purpose. In this way, even the smallest gas bubbles, which could otherwise accumulate in the process liquid, are effectively removed. If the claim states that at least one process gas is contained in the process liquid, this means a loose bond between gas and liquid in which the gas is carried along with the liquid in an unbound manner, for example being entrained with the fluid flow; but also means that the gas in the liquid is at least partially present in a dissolved form, for example in a finely dispersed form.
Prozesstechnisch ist es nicht zwingend erforderlich, dass auf der negativen Seite im Rahmen der Wasserstofferzeugung ein zusätzlicher Flüssigkeits kreislauf eingesetzt wird. Die Wasserstoff- Atome (Protonen), welche die ne gative Seite im Rahmen des Elektrolysezellenbetriebs erreichen, nehmen zwar grundsätzlich auch immer ein paar Wassermoleküle mit; aber prinzipi- eil kann die negative Seite einer PEM-Elektrolyse „trocken" gefahren wer den, d.h. auf der Kathodenseite ist kein eigener Flüssigkeitskreislauf vorhan den. In terms of process technology, it is not absolutely necessary for an additional liquid circuit to be used on the negative side as part of hydrogen production. The hydrogen atoms (protons) that reach the negative side during the operation of the electrolytic cell always take a few water molecules with them; but in principle Sometimes the negative side of a PEM electrolysis can be run "dry", ie there is no separate liquid circuit on the cathode side.
Es lässt sich jedoch auch die negative Seite oder Kathodenseite im Rahmen eines Flüssigkeitskreislaufes fahren, der vom Flüssigkeitskreislauf auf der Sauerstoffseite unabhängig ist. Dies ermöglicht eine gleichmäßigere Küh lung und das Wasser kann den Wasserstoff gut aus der Elektrolysezelle aus tragen. Damit lässt sich das vorstehend genannte Verfahren nebst der Vor richtung auch für das Entgasen von Prozesswasser auf der Wasserstoffseite von PEM-Elektrolyseuren einsetzen. Dabei wird wiederum der Wasserstoff, in Form von Gasblasen, in mehr oder minder gelöster Form als Prozessfluid vom Prozesswasser mitgerissen und in einen eigenständigen Fluid-Vorrats tank gebracht, wo nunmehr der Wasserstoff mittels der Filtervorrichtung ausgasen kann. However, the negative side or cathode side can also be run as part of a liquid circuit that is independent of the liquid circuit on the oxygen side. This enables more even cooling and the water can easily carry the hydrogen out of the electrolytic cell. This means that the method mentioned above can also be used in addition to the device for degassing process water on the hydrogen side of PEM electrolyzers. The hydrogen, in the form of gas bubbles, is in turn entrained in more or less dissolved form as a process fluid by the process water and brought into an independent fluid storage tank, where the hydrogen can now outgas by means of the filter device.
Neben der aufgezeigten PEM-Elektrolyse besteht auch die Möglichkeit für den Erhalt von Wasserstoff- und Sauerstoffgas eine alkalische Elektrolyse durchzuführen, bei der anstelle einer Protonen-Austausch-Membran als Trennungselement ein sogenanntes Diaphragma eingesetzt wird, das regel mäßig aus einer feinen Metallgitterstruktur besteht. Hier findet die eigentli che Elektrolysereaktion nunmehr auf der negativen Seite statt, an der der er zeugte Wasserstoff verbleibt und nur der erzeugte Sauerstoff wandert als so genanntes Hydroxidmolekül durch das Diaphragma auf die positive Seite und rekombiniert dort mit Elektronen zu Sauerstoff. Damit dieser angespro chene Prozess funktioniert, müssen ausreichend Hydroxid-Ionen in der Pro zessflüssigkeit vorhanden sein. Dies erreicht man, indem man hier kein rei nes Wasser, sondern eine Kalilauge, vorzugsweise eine 30%-Kalilauge ein setzt. Diese enthält sehr viele der benötigten Ionen und stellt so eine gute Leitfähigkeit und damit einen sehr effizienten Elektrolyseprozess sicher. Da mit die Hydroxid-Ionen auf der positiven Seite zu Sauerstoff rekombinieren können, müssen sie in der Lage sein quasi in der Flüssigkeit bis zur positi ven Elektrode oder Anode zu schwimmen. Bei der alkalischen Elektrolyse mit Diaphragma ist es daher grundsätzlich nicht möglich wie bei der PEM- Elektrolyse für Wasserstoff mit Elektroden ohne eigenen Flüssigkeitskreislauf zu arbeiten, sondern es gibt immer zwei Flüssigkeitskreisläufe; einen auf der Sauerstoff- und einen auf der Wasserstoffseite. Anstelle eines Diaphrag mas kommt mit vergleichbarem Ergebnis auch eine sogenannte Anionen- Austausch-Membran (AEM) zum Einsatz. Analog zur PEM-Elektrolyse kann bei alkalischen Systemen mit AEM statt Diaphragma auch mit einer „trocke nen" Wasserstoffseite ohne eigenen Fluidkreislauf ausgeführt werden. In addition to the PEM electrolysis shown, there is also the option of carrying out alkaline electrolysis to obtain hydrogen and oxygen gas, in which a so-called diaphragm is used as the separating element instead of a proton exchange membrane, which regularly consists of a fine metal lattice structure. The actual electrolysis reaction now takes place here on the negative side, where the hydrogen produced remains and only the oxygen produced migrates as a so-called hydroxide molecule through the diaphragm to the positive side, where it recombines with electrons to form oxygen. In order for this process to work, there must be sufficient hydroxide ions in the process liquid. This is achieved by not using pure water here, but using a potassium hydroxide solution, preferably a 30% potassium hydroxide solution. This contains a large number of the required ions and thus ensures good conductivity and thus a very efficient electrolysis process. Since the hydroxide ions on the positive side recombine to form oxygen they must be able to swim in the liquid up to the positive electrode or anode. In the case of alkaline electrolysis with a diaphragm, it is therefore basically not possible to work with electrodes without a liquid circuit of their own, as is the case with PEM electrolysis for hydrogen, but there are always two liquid circuits; one on the oxygen side and one on the hydrogen side. Instead of a diaphragm, a so-called anion exchange membrane (AEM) is also used with comparable results. Analogous to PEM electrolysis, alkaline systems with AEM instead of a diaphragm can also be carried out with a "dry" hydrogen side without a separate fluid circuit.
Beide Flüssigkeitskreisläufe enthalten nach dem Elektrolysezellenstapel wie der Fluid-Vorratstanks, in denen die Flüssigkeit mittels der jeweils einge setzten Filtervorrichtung sich auf der positiven Seite vom Sauerstoff und auf der negativen Seite vom Wasserstoff befreien kann. Die beiden Prozessgase werden wieder von den Flüssigkeiten aus den jeweiligen Zellen als Gasbla sen verschiedener Größen abtransportiert und durch das Schaffen zweier voneinander getrennter Flüssigkeitskreisläufe mit jeweils einem Fluid-Vor ratstank nebst darin angeordneter Filtervorrichtung ergibt sich ein beschleu nigter Entgasungsvorgang und für den eigentlichen Elektrolysezellenbetrieb steht dann wieder hochreine, von Partikelverschmutzung und Gasblasen eintrag abgereinigte Prozessflüssigkeit im jeweiligen Flüssigkeitskreislauf zur Verfügung. Dergestalt ist also ein Entgasen von Elektrolytflüssigkeit (Ka lilauge) sowohl auf der Sauerstoff seife als auch auf der Wasserstoffseite von alkalischen Elektrolyseuren bewerkstelligt. Both liquid circuits contain after the electrolytic cell stack as well as the fluid storage tanks in which the liquid can be freed from oxygen on the positive side and from hydrogen on the negative side by means of the respective filter device. The two process gases are transported away again by the liquids from the respective cells as gas bubbles of different sizes, and the creation of two separate liquid circuits, each with a fluid storage tank and a filter device arranged therein, results in an accelerated degassing process and the actual operation of the electrolytic cells is then available high-purity process liquid that has been cleaned of particle contamination and gas bubbles is available again in the respective liquid circuit. In this way, therefore, degassing of electrolyte liquid (potassium liquor) is accomplished both on the oxygen soap and on the hydrogen side of alkaline electrolyzers.
Die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommende Filtervorrichtung weist ein, vorzugsweise austauschbares Fil terelement auf, das von innen nach außen von dem Prozessfluid durch- strömbar ist, wobei jeweils unter Beibehalten eines vorgebbaren Radialab standes und unter Bildung eines Fluidströmungsraumes das Filterelement von einer Gehäusewand umgeben ist, die als Abströmrohr ausgebildet, mehrere Durchlassstellen aufweist, von denen ein Teil unterhalb des jewei ligen veränderbaren Fluidniveaus im Fluid-Vorratstank und der andere Teil oberhalb dieses Fluidniveaus angeordnet ist. Es besteht aber auch die Mög lichkeit ohne zusätzliche Gehäusewand einen wirksamen Blasenaustrag über das jeweilige Filtermediums zu erreichen. The filter device used to carry out the method according to the invention has a preferably replaceable filter element through which the process fluid can flow from the inside to the outside, the filter element being spaced apart while maintaining a definable radial distance and forming a fluid flow space is surrounded by a housing wall, which is designed as a discharge pipe, has a plurality of passage points, part of which is arranged below the variable fluid level in the fluid storage tank and the other part above this fluid level. However, it is also possible to achieve effective bubble discharge via the respective filter medium without an additional housing wall.
Für einen verbesserten Gasabscheidevorgang ist vorgesehen, dass die jewei ligen Durchlassstellen in der Gehäusewand der Filtervorrichtung fensterartig ausgebildet sind. An diesen insbesondere fensterartigen Durchlassstellen sammeln sich randseitig an der Gehäusewand die Gasblasen an und ein zelne Gasblasen vergrößern sich von ihrem Gasvolumen her, so dass diese einen erhöhten Auftrieb erhalten und zeitnah aus dem Prozessfluid abge schieden werden. Obwohl im Fluid-Vorratstank eine fluidniveaunahe Ab gabe entlang der Oberfläche der Prozessflüssigkeit erfolgt, kommt es nicht zu einem Aufschäumen derselben, so dass eine ungestörte Entnahme der Prozessflüssigkeit für den weiteren Elektrolysezellenbetrieb ermöglicht ist. Bei einem entsprechenden Gradientaufbau für das Filtermedium kann ein verbesserter Blasenaustrag aus dem Fluid auch auf der hohlzylindrischen In nenseite des Filterelementes erfolgen. For an improved gas separation process, it is provided that the respective passage points in the housing wall of the filter device are designed like windows. The gas bubbles collect at the edge of the housing wall at these particularly window-like passage points and individual gas bubbles increase in gas volume, so that they receive increased buoyancy and are promptly separated from the process fluid. Although in the fluid storage tank there is a fluid-level delivery along the surface of the process liquid, there is no foaming of the same, so that the process liquid can be removed undisturbed for further electrolytic cell operation. With a corresponding gradient structure for the filter medium, an improved discharge of bubbles from the fluid can also take place on the hollow-cylindrical inside of the filter element.
Besonders bevorzugt lässt sich die erfindungsgemäße Filtervorrichtung mit tels ihres Deckelteils im Innern des Fluid-Vorratstanks festlegen, wobei der Zulauf für das Prozessfluid in das Innere des Filterelementes von der gegen überliegenden, bodenseitigen Gehäusewand des Fluid-Vorratstanks erfolgt. Auch lassen sich im Bedarfsfall mehrerer solcher Filtervorrichtungen in ei nem Fluid-Vorratstank unterbringen und über eine Freigabe durch das De ckelteil lässt sich ein verbrauchtes Filterelement gegen ein Neuelement tau schen. Durch die erfindungsgemäß bedingte, geringere Verweilzeit in den Fluid- Vorratstanks lassen sich diese vom Volumen her verkleinern, was fach sprachlich mit Downsizing bezeichnet wird. Dergestalt lassen sich die Be hälterkosten für den Tank reduzieren und zudem wird der über dem Fluid niveau liegende Gasraum in den Tanks verkleinert, so dass weniger Totvo lumen entsteht, was die Dynamik der Gesamtanlage erhöht. Demgemäß wird auch weniger Prozessflüssigkeit, wie Wasser oder Kalilauge benötigt, was das sogenannte Kalt-Start-Verhalten im Elektrolysezellenbetrieb verbes sert. Particularly preferably, the filter device according to the invention can be fixed by means of its cover part inside the fluid storage tank, with the inflow for the process fluid into the interior of the filter element taking place from the opposite, bottom-side housing wall of the fluid storage tank. If necessary, several such filter devices can also be accommodated in a fluid storage tank and a used filter element can be exchanged for a new element by releasing it through the cover part. Due to the shorter residence time in the fluid storage tanks caused by the invention, these tanks can be reduced in volume, which is technically referred to as downsizing. In this way, the container costs for the tank can be reduced and the gas space above the fluid level in the tank is also reduced, so that there is less dead volume, which increases the dynamics of the overall system. Accordingly, less process liquid, such as water or caustic potash, is required, which improves the so-called cold-start behavior in electrolysis cell operation.
Zumindest ein kleinerer Gasraum auf der Wasserstoffabgabeseite ist aus Si cherheitsgründen heraus hilfreich, da bekanntermaßen Wasserstoff leicht entzündlich ist, insbesondere wenn in Verbindung mit dem Luftsauerstoff es zur sogenannten Knallgasbildung kommt. So diffundiert in der Realität im mer auch etwas Wasserstoff durch die jeweilige Membran (PEM oder AEM) oder das Diaphragma auf die Sauerstoffseite, was in einem Teillastbereich des Elektrolysezellenbetriebs dazu führen kann, das auf der Sauerstoffseite ein solches zündfähiges Knallgasgemisch entsteht. Ein kleineres Gasvolu men im Fluid-Vorratstank auf der Sauerstoffseite ist auch insofern definitiv hilfreich. At least a smaller gas space on the hydrogen delivery side is helpful for safety reasons, since hydrogen is known to be highly flammable, particularly when so-called oxyhydrogen gas formation occurs in connection with the oxygen in the air. In reality, some hydrogen always diffuses through the respective membrane (PEM or AEM) or the diaphragm to the oxygen side, which can lead to the formation of such an ignitable oxyhydrogen mixture on the oxygen side in the partial load range of electrolysis cell operation. A smaller volume of gas in the fluid storage tank on the oxygen side is also definitely helpful in this respect.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Verfahrenslösung unter Einsatz einer Filtervorrichtung nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die The process solution according to the invention using a filter device according to the drawing is explained in more detail below. Here, in principle and not to scale representation show the
Figur 1 in schematisch stark vereinfachter Form denFigure 1 in a schematically greatly simplified form
Elektrolysevorgang nebst Entgasen anhand einer prinzipiellen Ablaufdarstellung; Electrolysis process together with degassing based on a basic process diagram;
Figuren 2 und 3 jeweils in perspektivischer Ansicht, einmal in Draufsicht und einmal im Längsschnitt, eine in der Ablaufdarstellung nach der Figur 1 verwen dete Filtervorrichtung. Figures 2 and 3 each in a perspective view, once in plan view and once in longitudinal section, one in the flow diagram according to FIG. 1 uses a filter device.
In der Figur 1 ist in der Art einer Blackbox-Darstellung eine Elektrolysezelle oder ein Elektrolysezellenstapel (Stack) als Ganzes mit 10 bezeichnet. Die Elektrolysezelle 10 ist über eine Stromleitung 12 an eine Stromquelle (nicht dargestellt) angeschlossen, wie beispielsweise an den Generator einer Windkraftanlage. Ferner weist die Elektrolysezelle 10 eine Zufuhrleitung 14 für eine Prozessflüssigkeit in Form von Wasser oder Kalilauge auf. Der Kühlkreislauf für die Elektrolysezelle 10 ist der einfacheren Darstellung we gen weggelassen. In FIG. 1, an electrolytic cell or an electrolytic cell stack (stack) is denoted as a whole by 10 in the manner of a black box representation. The electrolytic cell 10 is connected via a power line 12 to a power source (not shown), such as a wind turbine generator. Furthermore, the electrolytic cell 10 has a supply line 14 for a process liquid in the form of water or potassium hydroxide solution. The cooling circuit for the electrolytic cell 10 is omitted for the sake of simplicity.
Im Betrieb der Zelle 10 zerlegt diese durch den elektrischen Strom und un ter Einsatz einer Protonen-Austausch-Membran (nicht dargestellt) die Pro zessflüssigkeit Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, wobei der Wasserstoff über eine Wasserstoffleitung 16 und der in der Prozessflüssigkeit gelöste, hilfsweise fein dispergierte Sauerstoff, der auch in der Strömung mitgerissen wird, wird als Prozessfluid über die Abgabeleitung 18 aus der Elektrolyse zelle 10 herausgeführt. Die Abgabeleitung 18 ist fluidfördernd an einen Ein gang 20 eines Fluid-Vorratstanks 22 angeschlossen, der eine als Ganzes mit 24 bezeichnete Filtervorrichtung aufnimmt. Der Fluid-Vorratstank 22 weist ferner einen unterhalb eines Fluidniveaus 26 gelegenen Ausgang 26 auf so wie kopfseitig einen weiteren Ausgang 30 für das Prozessgas Sauerstoff. Der Fluidausgang 28 für Prozessflüssigkeit ist unter Bildung einer Kreislauffüh rung (nicht dargestellt) an die Zufuhrleitung 14 angeschlossen, um derge stalt abgereinigte Prozessflüssigkeit für den Elektrolysezellenbetrieb zu er halten. Mittels der Filtervorrichtung 24 wird das am Eingang 20 anstehende Prozessfluid (Wasser und Sauerstoff) von etwaiger Partikelverschmutzung abgereinigt und gleichzeitig wird das gelöste Prozessgas Sauerstoff aus dem Prozessfluid, unter Zurückbehalten der Prozessflüssigkeit Wasser, abge- schieden. Das derart abgereinigte Prozesswasser wird dann von der Flüssig keitsseite 31 des Tanks 22 über den Ausgang 26 rückgeführt und das abge schiedene Gas in Form von Sauerstoff verlässt den Fluid-Vorratstank 22 über dessen Gasseite 33 und über den kopfseitigen weiteren Ausgang 30. Wie insbesondere die Figur 1 weiter zeigt, wird der Entgasungs- und Abrei nigungsvorgang derart gesteuert, dass das Fluidniveau 28 im Fluid-Vorrats tank 22 die Filtervorrichtung 24 nur teilweise überdeckt, so dass die Filter vorrichtung 24 über das Fluidniveau 28 mit vorgebbarer axialer Baulänge übersteht. During operation of the cell 10, the electric current and the use of a proton exchange membrane (not shown) breaks down the process liquid water into hydrogen and oxygen, with the hydrogen via a hydrogen line 16 and the dissolved in the process liquid, alternatively fine Dispersed oxygen, which is also entrained in the flow, is fed out as process fluid via the discharge line 18 from the electrolysis cell 10 . The discharge line 18 is fluid-conveying to a gear 20 of a fluid storage tank 22 connected, which receives a designated as a whole with 24 filter device. The fluid storage tank 22 also has an outlet 26 located below a fluid level 26 as well as a further outlet 30 for the process gas oxygen at the top. The fluid outlet 28 for process liquid is connected to the supply line 14 to form a circuit guide (not shown) in order to receive the cleaned process liquid for the electrolytic cell operation. The process fluid (water and oxygen) present at the inlet 20 is cleaned of any particle contamination by means of the filter device 24 and at the same time the dissolved process gas oxygen is removed from the process fluid, while the process liquid water is retained. divorced The process water cleaned in this way is then returned from the liquid side 31 of the tank 22 via the outlet 26 and the separated gas in the form of oxygen leaves the fluid storage tank 22 via its gas side 33 and via the other outlet 30 at the top. As shown in particular in the figure 1 further shows, the degassing and cleaning process is controlled in such a way that the fluid level 28 in the fluid storage tank 22 only partially covers the filter device 24, so that the filter device 24 protrudes beyond the fluid level 28 by a definable axial length.
Wird entgegen der Darstellung nach der Figur 1 die Wasserstoffelektrode nicht ohne eigenen Fluidkreislauf „trocken" gefahren, sondern als soge nannte nasse Elektrode mit einem eigenen Flüssigkeitskreislauf betrieben, kann an die Wasserstoffleitung 16 eine entsprechende Nachbehandlungs einrichtung angeschlossen werden, bestehend aus den Komponenten Fluid- Vorratstank 22 und Filtervorrichtung 24. If, contrary to the illustration in Figure 1, the hydrogen electrode is not run "dry" without its own fluid circuit, but is operated as a so-called wet electrode with its own liquid circuit, a corresponding after-treatment device can be connected to the hydrogen line 16, consisting of the components fluid storage tank 22 and filter device 24.
Des Weiteren kann anstelle von Wasser als Prozessflüssigkeit Kalilauge ver wendet werden, die dann über die Zufuhrleitung 14 der Elektrolysezelle 10 zugeführt wird. Auch dahingehend wird dann Sauerstoff über die Feitung 18 abgeschieden und Wasserstoff über die Feitung 16. Als Trennungsele ment in der Zelle 10 dient ein nicht näher dargestelltes Diaphragma, bei spielsweise in Form eines feinen Metallgitters oder einer Anionen-Aus- tausch-Membran. Im dahingehenden Fall werden nunmehr beide Flüssig keitskreisläufe sowohl auf der Sauerstoff- als auch auf der Wasserstoffseite mit einer Nachbehandlungseinrichtung gemäß der Darstellung nach der Fi gur 1 versehen. Furthermore, instead of water, caustic potash can be used as the process liquid, which is then supplied to the electrolytic cell 10 via the supply line 14 . Also in this respect, oxygen is then separated via the line 18 and hydrogen via the line 16. A diaphragm (not shown in detail) serves as the separating element in the cell 10, for example in the form of a fine metal grid or an anion exchange membrane. In this case, both liquid circuits are now provided with an aftertreatment device as shown in FIG. 1, both on the oxygen side and on the hydrogen side.
Für die Abreinigungs- und Entgasungsvorgänge kommt der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Filtervorrichtung besondere Bedeutung zu. Die als soge nannte In-Tank-Fösung konzipierte Filtervorrichtung ist in den Figuren 2 und 3 zur Gänze dargestellt und weist ein als Ganzes mit 32 bezeichnetes Filtergehäuse auf, das kopfseitig ein Deckelteil 34 und ferner eine Gehäuse wand 36 aufweist, die in der Art eines Abströmrohrs konzipiert ist. Die Ge häusewand 36 weist Fluiddurchgänge in Form von Fenstern 38 (Figur 2) auf, wobei anstelle der fensterartigen Durchlassstellen 38 auch eine in der Figur 3 gezeigte Perforation 40 in der Gehäusewand 36 eingebracht sein kann. Die dahingehende Perforation 40 besteht aus einzelnen kreisrunden Durchgangslöchern 41 in der Gehäusewand 36, vorzugsweise in der Art von Durchgangsbohrungen. Anstelle der gezeigten Filtervorrichtung kann auch eine andersgeartete Filtervorrichtung zum Einsatz kommen, die die Gasabscheidung ausschließlich über das Filtermedium, auch auf dessen In nenseite durchführt und gänzlich ohne Gehäusewindung mit Durchtritts fenstern auskommt. Die Figur 3 zeigt den Teil des Filtergehäuses 32, der vom Deckelteil 34 aus gehend sich in das Innere des Fluid-Vorratstanks 22 erstreckt und aus einer Baueinheit besteht, gebildet aus einem Filterelement 44 als integralem Be standteil des Abströmrohrs 36. Das Filterelement 44 weist, wie üblich, ein hohlzylinderförmiges Elementmaterial 46 auf, das sich zusammen mit ei- nem außenliegenden Stützrohr 48, das mit Fluiddurchlassstellen versehen ist zwischen einer oberen Endkappe 50 und einer unteren Endkappe 52 er streckt. Die obere, dem Deckelteil 34 zugeordnete Endkappe 50 ist über einzelne Raststege 54 mit dem Deckelteil 34 verbindbar. Das Deckelteil 34 ist über eine nicht näher dargestellte Gewindestrecke mit der Oberseite 56 des Vorratstanks 22 in wiederlösbarer Weise verbindbar. Das Fluiddurch lässe aufweisende Stützrohr 48 ist aus einzelnen miteinander verrasteten Teilsegmenten 58 aus Längs- und Querstäben gebildet und die mit Durch lässen 38, 41 versehene Gehäusewand 36 umfasst das Filterelement 44 mit seinem Stützrohr 48 mit einem vorgebbaren Radialabstand, so dass dazwi- schenliegend ein Fluidströmungsraum 60 gebildet ist. Figur 3 zeigt des Weiteren die Ausbildung der unteren Endkappe 52 über die für den Filtrier- und Entgasungsbetrieb, Prozessfluid in den inneren Fil terhohlraum 62 gelangen kann, wofür die untere Endkappe 52 mit einer zentralen Mittenöffnung 64 versehen ist. Entgegen der prinzipiellen Darstel lung nach der Figur 1 erfolgt also der Fluidzutritt über einen Eingang, der nicht seitlich die Tankwand des Vorratstanks 22 durchgreift, sondern von unten her über eine nicht näher dargestellte bodenseitige Zugangsöffnung die stutzenartig in das Innere der Filtervorrichtung eingreift und von einer Umfassung 66 mit oberem Endanschlag umfasst ist. The filter device shown in FIGS. 2 and 3 is of particular importance for the cleaning and degassing processes. The filter device designed as a so-called in-tank solution is shown in Figures 2 1 and 3 in its entirety and has a filter housing, designated as a whole by 32, which has a cover part 34 on the head side and also a housing wall 36, which is designed in the manner of an outflow pipe. The housing wall 36 has fluid passages in the form of windows 38 (FIG. 2), it being possible for a perforation 40 shown in FIG. 3 to be made in the housing wall 36 instead of the window-like passage points 38. The perforation 40 in question consists of individual circular through-holes 41 in the housing wall 36, preferably in the form of through-holes. Instead of the filter device shown, a different type of filter device can also be used, which carries out the gas separation exclusively via the filter medium, also on its inner side, and does not require any winding of the housing with passage windows. 3 shows the part of the filter housing 32 which extends from the cover part 34 into the interior of the fluid storage tank 22 and consists of a structural unit formed from a filter element 44 as an integral part of the outflow pipe 36. The filter element 44 has as usual, a hollow cylindrical element material 46 which extends between an upper end cap 50 and a lower end cap 52 together with an external support tube 48 which is provided with fluid passage points. The upper end cap 50 assigned to the cover part 34 can be connected to the cover part 34 via individual locking webs 54 . The cover part 34 can be releasably connected to the upper side 56 of the storage tank 22 via a thread section (not shown in detail). The support tube 48 having fluid passages is formed from individual partial segments 58 of longitudinal and transverse rods that are latched to one another, and the housing wall 36 provided with passages 38, 41 surrounds the filter element 44 with its support tube 48 with a definable radial distance, so that a fluid flow space lies in between 60 is formed. FIG. 3 also shows the design of the lower end cap 52 via which process fluid can get into the inner filter cavity 62 for the filtration and degassing operation, for which purpose the lower end cap 52 is provided with a central opening 64 . Contrary to the basic depiction according to FIG. 1, the fluid access occurs via an inlet which does not extend laterally through the tank wall of the storage tank 22, but rather from below via an access opening on the floor, which is not shown in detail and which engages in the interior of the filter device like a socket and from an enclosure 66 is included with the upper end stop.
Das jeweilige Prozessfluid strömt mithin über die untere Mittenöffnung 64 in den Filterhohlraum 62 ein und durchströmt anschließend von innen nach außen das Elementmaterial 46 des Filterelementes 44. Dabei wird das Pro zessfluid von Verschmutzung, insbesondere in Form von Partikelverunreini gungen und kleinen im Fluid fein dispergierten oder mitgerissenen Gasbla sen abgereinigt und gelangt über den Fluid-Strömungsraum 60 nach Durch strömen der fensterartigen Durchlassöffnungen 38 (Figur 2) oder der lochar tigen Perforation 40 (Figur 3) der zugehörigen Gehäusewand 36 ins Innere des Tanks 22, so dass insoweit abgereinigtes Prozessfluid auf die Filtratseite der Filtervorrichtung gelangt und mithin auf die Flüssigkeitsseite 31 des Fluid-Vorratstanks 22 mit sich veränderndem Fluidniveau 28. The respective process fluid therefore flows into the filter cavity 62 via the lower central opening 64 and then flows through the element material 46 of the filter element 44 from the inside to the outside entrained gas bubbles and reaches the interior of the tank 22 via the fluid flow space 60 after flowing through the window-like passage openings 38 (Figure 2) or the hole-type perforation 40 (Figure 3) of the associated housing wall 36, so that in this respect the cleaned process fluid can reach the Filtrate side of the filter device reaches and thus on the liquid side 31 of the fluid storage tank 22 with changing fluid level 28.
An der jeweiligen Durchlassöffnung 38, 40 in der Gehäusewand 36 sam meln sich dabei Gasblasen an, die zu größeren Blasengebinden zusammen gefasst dann an der Außenseite der Gehäusewand 36 aufsteigen und auf die Gasseite 33 des Vorratstanks 22 gelangen, mit der Möglichkeit des Abfüh rens aus dem Tank 22 mittels des gasseitigen weiteren Ausgangs 30. Gas bubbles collect at the respective passage opening 38, 40 in the housing wall 36, which, combined to form larger bubble packs, then rise on the outside of the housing wall 36 and reach the gas side 33 of the storage tank 22, with the possibility of discharge from the Tank 22 by means of the further outlet 30 on the gas side.
Für einen Tausch des Filterelementes 44 gegen ein Neuelement ist insoweit dann das Deckelteil 34 vom Tank 22 auf dessen Oberseite 56 abzuschrau- ben und die in der Figur 3 gezeigte Einheit kann zusammen mit dem De ckelteil 34 aus dem Tank 22 entnommen werden. Nach Trennen des De ckelteils 34 über die Raststege 54 von den sonstigen Teilen der Filtervor richtung lässt sich das Filterelement 44 über die obere Abgabeöffnung aus dem Filtergehäuse 32 entfernen und gegen ein Neuelement tauschen. In entsprechend umgekehrter Abfolge wird dann die Filtervorrichtung in den Tank 22 wiederum eingesetzt. Während die Partikelfiltration im Wesentli chen in einer Durchströmungsrichtung horizontal (Figur 1 ) erfolgt, ge schieht das Entgasen in vertikaler Richtung entlang der Innen- und Außen- seite der Gehäusewand 36, wobei noch etwaig mitgeführtes Fluid, schwer kraftbedingt herunterrinnen kann und zur Erhöhung des Fluidniveaus 28 im Tank 22 dann mit beiträgt. Dergestalt ist mittels der Filtervorrichtung 24 die Entgasung von Wasserstoff bzw. Sauerstoff aus Prozessfluiden im Rahmen des Elektrolysezellenbetriebs deutlich erleichtert, wobei die dahingehende Vorrichtung auch für die alkalische Elektrolyse ohne Weiteres eingesetzt werden kann. Ein Einsatz des hier beschriebenen Verfahrens und der Filter einrichtung bei anderen Elektrolyseverfahren z.B. für die Chlorerzeugung ist ohne Weiteres möglich. To exchange the filter element 44 for a new element, the cover part 34 must then be unscrewed from the tank 22 on its upper side 56. Ben and the unit shown in FIG. 3 can be removed from the tank 22 together with the cover part 34 . After separating the cover part 34 from the other parts of the filter device via the locking webs 54, the filter element 44 can be removed from the filter housing 32 via the upper discharge opening and exchanged for a new element. The filter device is then reinserted into the tank 22 in a correspondingly reversed sequence. While the particle filtration essentially takes place in a horizontal flow direction (Figure 1), the degassing takes place in a vertical direction along the inside and outside of the housing wall 36, with any entrained fluid being able to run down due to heavy force and to increase the fluid level 28 in the tank 22 then contributes. In this way, the degassing of hydrogen or oxygen from process fluids in the context of electrolysis cell operation is significantly facilitated by means of the filter device 24, with the pertinent device also being able to be used without further ado for alkaline electrolysis. The method described here and the filter device can be used with other electrolysis methods, for example for the production of chlorine, without further ado.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P atentClaims
1 . Verfahren zur Behandlung von Prozessfluiden wie sie bei der Zerle gung einer Prozessflüssigkeit in voneinander verschiedene Prozess gase mit Hilfe von elektrischem Strom in einer Elektrolysezelle (10) entstehen, mit mindestens einem Fluidkreislauf, in dem zumindest eines der Prozessgase in enthaltener Form in der Prozessflüssigkeit unter Bildung des Prozessfluids vorliegt, wobei als Teil des Fluid kreislaufs mindestens ein Fluid-Vorratstank (22) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluid-Vorratstank (22) mindes tens eine Filtervorrichtung (24) aufgenommen ist, mittels der das Pro zessfluid von etwaiger Partikelverschmutzung abgereinigt und gleichzeitig das enthaltene Prozessgas aus dem Prozessfluid unter Zurückbehalten der Prozessflüssigkeit abgeschieden wird. 1 . Process for the treatment of process fluids as they arise when a process liquid is broken down into different process gases with the aid of electricity in an electrolytic cell (10), with at least one fluid circuit in which at least one of the process gases is contained in the process liquid under formation of the process fluid is present, with at least one fluid storage tank (22) being present as part of the fluid circuit, characterized in that at least one filter device (24) is accommodated in the fluid storage tank (22), by means of which the process fluid of any Particle pollution is cleaned and at the same time the process gas contained is separated from the process fluid with retention of the process liquid.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Pro zessflüssigkeit Wasser oder Kalilauge verwendet wird, und dass als Prozessgase Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that water or caustic potash is used as the process liquid, and that hydrogen and oxygen are generated as the process gases.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung der Prozessgase mindestens eine Protonen-Aus- tausch-Membran als Trennungselement verwendet wird unter Einsatz von Wasser als Prozessflüssigkeit, und dass das auf der Sauer stoffseite der Membran entstehende Prozessfluid mittels der im Vor- ratstank (22) angeordneten Filtervorrichtung (24) wieder in seine Be standteile Wasser und Sauerstoff aufgetrennt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for the generation of the process gases at least one proton exchange membrane is used as a separation element using water as the process liquid, and that the material on the oxygen side of the membrane resulting process fluid by means the filter device (24) arranged in the storage tank (22) is separated again into its components water and oxygen.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der auf der Wasserstoffseite der Protonen-Aus- tausch-Membran entstehende Wasserstoff in Wasser als der Prozess- flüssigkeit unter Bildung des Prozessfluids gelöst und mittels der Fil tervorrichtung (24) wieder in seine Bestandteile Wasser und Wasser stoff aufgetrennt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen formed on the hydrogen side of the proton exchange membrane in water as the process liquid is dissolved to form the process fluid and is separated again into its components water and hydrogen by means of the filter device (24).
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass für die Erzeugung der Prozessgase mindestens ein Diaphragma oder eine Anion-Austauscher-Membran (AEM) als Trennungselement verwendet wird, unter Einsatz von Kalilauge als Prozessflüssigkeit, und dass das auf der Sauerstoffseite und der Was serstoffseite des Diaphragmas entstehende Prozessfluid mittels einer zuordenbaren Filtervorrichtung (24) im Vorratstank (22) wieder in seine Bestandteile Kalilauge und dem jeweiligen Prozessgas in Form von Sauerstoff und Wasserstoff aufgetrennt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the generation of the process gases at least one diaphragm or an anion exchange membrane (AEM) is used as a separation element, using caustic potash as the process liquid, and that on the oxygen side and the process fluid produced on the hydrogen side of the diaphragm is separated again into its components of potassium hydroxide solution and the respective process gas in the form of oxygen and hydrogen by means of an assignable filter device (24) in the storage tank (22).
6. Filtervorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zur Behandlung von Prozessfluiden, nach einem der vorstehenden Ansprüche mit mindestens einem, vorzugsweise austauschbaren, Filterelement (44), das von innen nach außen von einem Fluid durchströmbar ist, und dass jeweils unter Beibehalten eines vorgebbaren Radialabstandes und unter Bildung eines Fluidströmungsraumes (60) das Filterele ment (44) von einer Gehäusewand (36) umgeben ist, die als Ab- strömrohr ausgebildet mehrere Durchlassstellen (38, 40) aufweist, von denen ein Teil unterhalb des jeweiligen veränderbaren Fluidni veaus (28) im Fluid-Vorratstank (22) und der andere Teil oberhalb dieses Fluidniveaus (28) angeordnet ist. 6. Filter device for carrying out a method for treating process fluids, according to one of the preceding claims with at least one, preferably replaceable, filter element (44) through which a fluid can flow from the inside to the outside, and that in each case maintaining a predeterminable radial distance and under Formation of a fluid flow space (60), the filter element (44) is surrounded by a housing wall (36), which is designed as an outflow pipe and has several passage points (38, 40), part of which is below the respective variable fluid level (28) in the Fluid storage tank (22) and the other part above this fluid level (28) is arranged.
7. Filtervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Durchlassstellen (38) in der Gehäusewand (36) fens terartig ausgebildet sind, und dass etwaig im gereinigten Fluid sich befindende Gasblasen über die fensterartigen Durchlassöffnungen (38) abscheidbar und für eine fluidniveaunahe Abgabe sammelbar sind. 7. Filter device according to claim 6, characterized in that the respective passage points (38) in the housing wall (36) are designed like windows, and that any gas bubbles in the cleaned fluid can be separated via the window-like passage openings (38) and for a discharge close to the fluid level are collectible.
8. Filtervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewand (36) mit den fensterartigen Durchlassöffnun gen (38) sich mittels eines Deckelteils (34) in dem Fluid-Vorratstank (22) festlegen lässt, und dass eine Zuführung von Prozessfluid in das8. Filter device according to claim 6 or 7, characterized in that the housing wall (36) with the window-like passage openings (38) can be fixed in the fluid storage tank (22) by means of a cover part (34), and that a supply of process fluid in the
Innere des Filterelementes über einen Zulauf (20) im Fluid-Vorrats tank (22) hergestellt ist. Interior of the filter element via an inlet (20) in the fluid storage tank (22) is made.
9. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Öffnungsquerschnitte für die Durchlassstellen9. Filter device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the opening cross sections for the passage points
(38, 40) derart gewählt sind, dass die Gasblasen für eine erleichterte Abgabe unter dem Einfluss ihrer Oberflächenspannung im Volumen vergrößerbar sind. (38, 40) are selected in such a way that the volume of the gas bubbles can be enlarged for easier release under the influence of their surface tension.
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