EP4669791A1 - Dispositif de production de dihydrogene comportant un separateur combine multietage - Google Patents

Dispositif de production de dihydrogene comportant un separateur combine multietage

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EP4669791A1
EP4669791A1 EP24724268.8A EP24724268A EP4669791A1 EP 4669791 A1 EP4669791 A1 EP 4669791A1 EP 24724268 A EP24724268 A EP 24724268A EP 4669791 A1 EP4669791 A1 EP 4669791A1
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EP
European Patent Office
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outlet
electrolyte
stage
separator
gas
Prior art date
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Pending
Application number
EP24724268.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien BORGUET
Armand Gering
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
John Cockerill Hydrogen Belgium SA
Original Assignee
John Cockerill Hydrogen Belgium SA
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Filing date
Publication date
Application filed by John Cockerill Hydrogen Belgium SA filed Critical John Cockerill Hydrogen Belgium SA
Publication of EP4669791A1 publication Critical patent/EP4669791A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
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    • B01D19/0052—Degasification of liquids modifying the liquid flow in rotating vessels, vessels containing movable parts or in which centrifugal movement is caused
    • B01D19/0057—Degasification of liquids modifying the liquid flow in rotating vessels, vessels containing movable parts or in which centrifugal movement is caused the centrifugal movement being caused by a vortex, e.g. using a cyclone, or by a tangential inlet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
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    • C25B15/083—Separating products
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    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • Dihydrogen production device comprising a multi-stage combined separator
  • the invention relates to the technical field of the production of dihydrogen and dioxygen, in particular by electrolysis of water.
  • Green hydrogen produced by electrolysis of water from renewable energy sources, is promoted as a major energy vector in reducing anthropogenic carbon dioxide emissions from these different sectors. Furthermore, electrolytic hydrogen allows the seasonal storage of surplus renewable energy. In addition, as flexible loads, electrolysers can play a role in stabilizing electricity grids.
  • the production of hydrogen by electrolysis of water consists of passing a direct current between a cathode and an anode arranged on either side of an electrolyte.
  • the electric current causes an electrolysis comprising a reduction reaction at the cathode which generates dihydrogen (H2) and an oxidation reaction at the anode which generates dioxygen (02).
  • the electrolyte can be liquid, such as a solution of potassium hydroxide or sodium hydroxide (KOH or NaOH; commonly referred to as alkaline electrolysis), or solid, such as a proton exchange membrane (or PEM), an anion exchange membrane (or AEM), or even a ceramic (Solid Oxide Electrolysis Cell).
  • a device generally comprising: an electrolyzer stack in which an electrolyte is traversed by a direct current circulating between two electrodes to generate dihydrogen and dioxygen; a dihydrogen separator connected to the electrolyzer stack via a gas-liquid dihydrogen pipe to separate the gaseous dihydrogen from the liquid; a dioxygen separator connected to the electrolyzer stack via a gas-liquid dioxygen pipe to separate the gaseous dioxygen from the liquid; and optionally a circulation pump (if spontaneous circulation cannot take place) respectively in communication with a return pipe of the dihydrogen separator and a return pipe of the dioxygen separator to return the liquid to the electrolyzer stack.
  • the dihydrogen separator has an outlet intended to be connected to an installation exploiting the dihydrogen produced and/or to a dihydrogen storage tank and the dioxygen separator has an outlet communicated with the atmosphere or intended to be connected to an installation exploiting the dioxygen supplied.
  • the device is obviously safe and in particular limits any risk of explosion resulting from the accidental mixing of dihydrogen and dioxygen gases in proportions which are within the flammable range;
  • the device produces little or no polluting emissions during its manufacture, its transport, of its installation, its implementation, its dismantling,...;
  • the device is simple, efficient, reliable and relatively space-saving.
  • the process of separating the gas phase (gases produced by the electrolysis) and the liquid phase (the electrolyte which transports the gases produced by the electrolysis) has a relatively significant impact on the performance of the device for producing dihydrogen and dioxygen.
  • the equipment used for the separation is a gravity separator, with a horizontal or vertical axis. The separation is done by density difference between the gas phase and the liquid phase. In order to obtain the best separation efficiency, in particular with regard to small bubbles and dissolved gas, it is necessary to maximize the free surface and the residence time of the liquid in the equipment.
  • the separator also plays a role as a liquid reserve for the entire system, to compensate for the presence of gas in the system and the variations in density of the electrolyte.
  • the control of the differential pressure between the anode and cathode compartments is based on the measurement of the difference in liquid level between the two separators.
  • the liquid level of the separators is above the highest point of the stack so as to maintain the filling of the latter with electrolyte.
  • volume of the separators increases as the production capacities of the electrolyser stacks increase or as the separation loop is shared between several electrolyser stacks. This increase in the volume of the separators poses problems of size but also of manufacturing in particular when the separators must be fully provided with an internal coating against corrosion.
  • An aim of the invention is to provide a device for producing dihydrogen and dioxygen meeting all or part of the constraints set out above, in particular by providing optimized separation.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating a control process for the production of dihydrogen and dioxygen by electrolysis according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view of the organization of a separator according to a particular embodiment of the invention
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a separator according to a first particular embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a schematic sectional view of a separator according to a second particular embodiment of the invention.
  • Figure 5 is a schematic view of a cyclonic effect separator according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 6 is a 3D representation of a bottle separator according to a particular embodiment of the invention.
  • a device for producing dihydrogen and dioxygen by electrolysis of the water comprises an electrolyzer stack 10, a dioxygen separator 11, a dihydrogen separator 12, and at least one circulation pump 13 for creating a circulation therebetween (optionally, the device comprises two separate electrolyte loops each provided with a circulation pump, namely a catholyte circulation loop and an anolyte circulation loop).
  • the electrolyzer cell 10 comprises one or more electrolytic cells each comprising an electrolyte reservoir containing an electrolyte (or electrolytic solution) in which an anode and a cathode are immersed to pass a direct current through the electrolyte and thus perform electrolysis.
  • the electrolyte is for example made up of pure water or an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH).
  • the electrolyzer cell (generally referred to as an “electrolyzer stack”) is usually made up of a block of electrolytic cells, which are stacked in series from an electrical point of view and in parallel from a fluidic point of view, and of seals.
  • each electrolytic cell is to promote the electrolysis of the electrolytic solution and in particular the reaction of production of gaseous dihydrogen (H2) and dioxygen (02) by the dissociation of water after injecting a direct electric current into the electrolytic solution.
  • Each electrolytic cell considered as a mainly metallic and conductive part (but some parts of which may be non-metallic), is generally composed of two bipolar plates, framing two intercalators (better known under the English term "flow field material"), themselves framing two electrodes generally in the form of plates or grids or metal fabrics. In the case of an alkaline electrolyzer cell, said electrodes are generally made of nickel.
  • the two electrodes are separated by a membrane (also called a diaphragm or porous separator in the case of the alkaline electrolyzer cell), which provides electrical insulation between the two electrodes, the separation of gases as well as the ionic conduction within the electrolytic cell.
  • the interlayer has two functions: i) to provide a low resistivity metallic path between each bipolar plate and the associated electrode and ii) to allow an appropriate circulation of the electrolytic solution for the cooling of the electrolyser stack and the transport of the generated gases.
  • the name bipolar plate comes from the fact that since the electrolytic cells are all attached to each other, an N bipolar plate will have a potential: higher compared to the N+l bipolar plate downstream, so that the N bipolar plate will act as anode within an electrolytic cell defined by the N and N+l bipolar plates; lower compared to the Nl bipolar plate upstream, so that the N bipolar plate will act as cathode within an electrolytic cell defined by the Nl and N bipolar plates.
  • the electrolyzer stack 10 comprises distribution plates on either side of the stack of electrolytic cells to supply and ensure the electrical distribution of the electrolytic cells, as well as bottom plates to delimit all of the electrolytic cells and ensure the clamping of said electrolytic cells between them and their sealing.
  • the electrolyzer stack ends with two bottom plates located just before the first electrolytic cell and just after the last stacked electrolytic cell, in other words one bottom plate is located upstream of the block of electrolytic cells and the other bottom plate is placed downstream of the latter in order to physically delimit the two ends of said block of electrolytic cells.
  • the electrolytic solution plays a triple role in the electrolyzer stack: [0029] ensuring ionic conduction within the electrolytic cell, the electrolytic solution having for this purpose a high ionic conductivity;
  • overvoltage is understood to mean the excess voltage relative to the thermoneutral voltage which is dissipated as heat and leads to an increase in the temperature of the cell).
  • the electrolyzer cell 10 is supplied with electrical energy by a continuous source in the correct voltage range and the correct intensity range to ensure electrolysis.
  • the electrolyzer stack 10 is connected by a gas/liquid dioxygen pipe to the dioxygen separator 11 and by a gas/liquid dihydrogen pipe to the dihydrogen separator 12.
  • the dioxygen separator 11 is arranged to perform a gas-liquid separation on the dioxygen generated by the electrolyzer stack 10; and the dihydrogen separator 12 is arranged to perform a gas-liquid separation on the dihydrogen generated by the electrolyzer stack 10.
  • the separators 11, 12 have an identical general structure shown in FIG. 2.
  • Each separator 11, 12 thus comprises a first stage 1000 and a second stage 2000.
  • the first stage 1000 has:
  • the second floor 2000 has: [0041] an output 2001 connected to the gas output 1002 of the first stage 1000; these two outputs themselves being connected to a common gas output 2002;
  • the first stage 1000 comprises a vertical separator which is here arranged to ensure the following functions:
  • the electrolyte reserve is known in itself and operates on a principle relatively similar to that of the expansion tank of a central heating system.
  • the density of the electrolyte changes with the temperature.
  • the electrolyte reserve makes it possible to compensate for these variations.
  • the production of gas in the system also causes a variation in the electrolyte level compared to the situation where the system is stopped.
  • the vertical separator of the first stage 1000 is preferably of the gravity type or of the cyclone type, or combines the two, and is equipped with:
  • measuring instrumentation level sensor 1011, temperature 1012, pressure 1013 for example
  • safety devices pressure relief valve
  • a drop separator at the gas outlet 1002;
  • the cyclone type separator of the first stage 1000 preferably further comprises:
  • a drop separator 1022 (“demister”; for example a mesh or metal net pad) at the gas outlet 1002;
  • an anti-vortex member 1023 at the liquid outlet 1003 for example a tube which is connected to the outlet 1003 and which has an open end projecting at the bottom of the separator, and a plate fixed opposite the open end and at a distance from it to leave lateral openings for the entry of the liquid into the tube).
  • the cyclone-type separator is arranged in a manner known per se to set the mixture introduced therein into rapid rotation, the separation being obtained by the combined effect of gravity and centrifugal force.
  • the second stage 2000 comprises a gravity separator which is here arranged to provide the following functions:
  • the separator is preferably of the type with a plurality of bottles such as that illustrated in FIG. 6.
  • This separator here comprises a plurality of pairs of bottles (any container capable of containing a fluid) forming communicating vessels and each comprising a first bottle 31 and a second bottle 32 which are connected to each other by an upper conduit 33 and a lower conduit (not visible in FIG. 6) which are intended respectively for the passage of gas and the passage of water.
  • An upper collector 36 connects the bottles 32 together to balance the pressure between the different pairs of bottles and a lower collector 37 connects the bottles 31 together to balance the liquid levels in the bottles 31.
  • the collector 37 is connected to the outlet 2003 via a conduit 5 and to a liquid storage collector 41, 42, 43 connected a liquid supply circuit 8.
  • the liquid inlet of the separator is connected to pipes each arriving at the top of one of the bottles 31 to carry out a first gravity separation.
  • the upper pipe 33 brings the gas from each bottle 31 to the bottle 32 of the same pair for a second gravity separation.
  • Such a separator offers a larger exchange surface compared to a single bottle separator of equivalent volume.
  • the bottle separator could also be based on the principle of storage frames for industrial gases with the necessary modifications. Such frames are series products, developed to withstand different pressure levels.
  • the first stage 1000 and the second stage 2000 are made from standardized pipe sections (in diameter and thickness), for example according to the catalog of the ASME B36.10 or ASME B36.19 standard.
  • the pre-cooling of the fluids contained in the second stage 2000 is carried out by surrounding the plurality of bottles with an external shell provided with an inlet "coding in” and an outlet “coding out” of a cooling fluid (for example, glycolated water) circulating in the external shell around the bottles as schematically illustrated in FIG. 4.
  • a cooling fluid for example, glycolated water
  • the circulation pump 13 is respectively in communication with a dihydrogen-side return pipeline connected to the bottom of the dihydrogen separator 12 and a dioxygen-side return pipeline connected to the bottom of the dioxygen separator 11, and is used to supply the liquid from the dihydrogen separator 12 and the liquid from the dioxygen separator 11 to the electrolyzer stack 10 for recycling.
  • the circulation flow generated by the circulation pump 13 causes the dihydrogen and dioxygen generated in the electrolyzer stack 10 and the electrolytic solution to be evacuated from the electrolyzer stack 10 to the dihydrogen separator 12 and the dioxygen separator 11.
  • the dioxygen separator 11, the dihydrogen separator 12, the circulation pump 13, the electrolyte filter (lye filter) and the electrolyte heat exchanger (lye coder) form a separation module ensuring:
  • the outlet at the top of the dioxygen separator 11 communicates with the atmosphere via a control device on the dioxygen side having a dioxygen outlet 110.
  • a control device on the dioxygen side having a dioxygen outlet 110.
  • gas coolers to cool the gases and, above all, to recapture and recycle part of their humidity (the gases leaving the separators are in fact saturated with water vapor).
  • scrubbers which constitute injection points for make-up water.
  • the dioxygen outlet 110 is connected to the inlet of a first three-way valve 34.
  • the first three-way valve 34 has a first outlet communicated with the atmosphere for direct evacuation, and a second unlimited outlet.
  • the first three-way valve 34 may be a pneumatic ball valve.
  • the oxygen side control device comprises a dioxygen control valve 16 and manual ball bypass valves 17 which are connected in parallel. at both ends of the dioxygen control valve 16.
  • the dioxygen separator 11 is provided with a dioxygen hydrogen analyzer 20, a dioxygen pressure sensor 21, and a dioxygen differential pressure sensor 22.
  • the dioxygen differential pressure sensor 22 and the dioxygen pressure sensor 21 are connected to the dioxygen separator 11 via a first valve 26 and a second valve 29, respectively.
  • the first valve 26 and the second valve 29 are all flow control valves.
  • the outlet at the top of the dihydrogen separator 12 is connected to a gaseous dihydrogen storage tank 14 via a dihydrogen-side control device having an outlet 120 connected to said gaseous dihydrogen storage tank 14.
  • a dihydrogen-side control device having an outlet 120 connected to said gaseous dihydrogen storage tank 14.
  • gas coolers to cool the gases and, above all, to recapture and recycle part of their humidity (the gases leaving the separators are in fact saturated with water vapor).
  • the dihydrogen outlet 120 of the dihydrogen-side control apparatus is connected to an inlet of a second three-way valve 33. A first outlet of the second three-way valve 33 communicates with the atmosphere, and the second outlet of the first three-way valve 33 is connected to the dihydrogen storage tank 14.
  • the second three-way valve 33 may be a pneumatic ball valve.
  • the dihydrogen-side control device comprises a back pressure valve 18 and third automatic ball bypass valves 19 which are connected in parallel to both ends of the back pressure valve 18.
  • the back pressure valve 18 is selected according to the desired gas production amount, the pressure, and the operating requirements of the device.
  • the back pressure valve 18 is preset to a set pressure according to the operating requirements of the device and the pressure of the dihydrogen gas storage tank 14.
  • the dihydrogen separator 12 is provided with a dihydrogen level sensor 23 and a dihydrogen differential pressure sensor 24.
  • a dihydrogen pressure sensor 25 is provided on the dihydrogen outlet 120 upstream of the second three-way valve 33.
  • Both ends of the dihydrogen differential pressure sensor 24 are connected to the dihydrogen separator 12 via a third valve 27 and a fourth valve 28, respectively.
  • the dihydrogen pressure sensor 25 is connected to the dihydrogen outlet 120 via a fifth valve 30.
  • the third valve 27 and the fourth valve 28 are all flow control valves.
  • All of the sensors and valves, the power conversion module, the electrolyser stack and the circulation pump are connected to a control module comprising one or more processors and at least one memory containing one or more computer programs executable by the processor(s).
  • the computer programs comprise instructions for:
  • [0077] provide interface means allowing connection of the control module to an external control and/or maintenance unit.
  • the control module includes the electrical power cabinets (the circulation pump 13 in particular) and the electrical control cabinets (low currents for controlling the components of the device).
  • the adjustment range of the gas production rate is 20-135%, the liquid level fluctuation error is not greater than 5 cm, and the pressure fluctuation error is not greater than 0.1 MPa.
  • the dioxygen control valve 16 is reliably controlled by the level difference signals of the dihydrogen and dioxygen liquids. When the liquid level of the dioxygen separator 11 is detected to be higher than the liquid level of the dihydrogen separator 12, the dioxygen control valve 16 is controlled to be closed; when it is detected that the liquid level of the dioxygen separator 11 is lower than the liquid level of the dihydrogen separator 12, the dioxygen control valve 16 is controlled to be opened.
  • the back pressure valve 18 is set to a set pressure as indicated above and the dihydrogen sent to the dihydrogen gas storage tank 14 passes through said back pressure valve 18.
  • the back pressure valve 18 allows operation of the device at the set pressure.
  • the back pressure valve 18 is fully opened and the device operates according to the pressure of the dihydrogen gas storage tank 14. And when the device is normally stopped and decompressed, the third automatic bypass valve 19 is opened.
  • the automatic bypass valves 31 and 32 are used as two pressure retaining valves to ensure the safety of the whole device: when the safety value of the dihydrogen-dioxygen liquid level difference is large, the opening and closing operation can be performed by controlling the pressure retaining valves. And the dioxygen pressure and the dihydrogen pressure of the system are respectively set with respective emergency lock values to ensure the normal operation of the whole pressure system. [0083] Of course, the invention is not limited to the embodiment described but encompasses any variant falling within the scope of the invention as defined by the claims.
  • the electrolyzer stack 10 may be assembled differently from what has been described.
  • the electrolyzer stack 10 may be used horizontally, vertically, or in any other position.
  • the electrolyzer stack 10 may be assembled horizontally, vertically, or in any other position.
  • the electrolyzer stack 10 will be assembled vertically and used horizontally.
  • the gravity separator may be horizontal or vertical axis and comprise one or more bottle(s) (the bottles may be connected in pairs or groups of more than two or be connected to the collectors independently of each other). It may be of a type other than that mentioned.
  • the first stage may include more or fewer sensors, safety devices and/or internal components.
  • Only one of the stages may be arranged to form an electrolyte reservoir, or a separate electrolyte reservoir may be provided.
  • the electrolyzer cell may comprise two electrodes, namely a cathode and an anode each at one end of the electrolyzer cell, or three electrodes, namely two end cathodes and a central anode.
  • the device may include a separate gas purification member.

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Abstract

Dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène par électrolyse, comprenant : une pile d'électrolyseur (10) ayant une entrée d'électrolyte, une première sortie d'un mélange électrolyte et premier gaz produit d'électrolyse, et une deuxième sortie d'un mélange électrolyte et deuxième gaz produit d'électrolyse; au moins un premier appareil de séparation (11) relié à la première sortie pour séparer le premier gaz et l'électrolyte; au moins un deuxième appareil de séparation (12) relié à la deuxième sortie pour séparer le deuxième gaz et l'électrolyte. Au moins l'un des appareils de séparation (11, 12) comprend un premier étage vertical de séparation et un deuxième étage de séparation gravitaire.

Description

Dispositif de production de dihydrogène comportant un séparateur combiné multiétagé
DOMAINE TECHNIQUE
[0001] L'invention concerne le domaine technique de la production de dihydrogène et de dioxygène, en particulier par électrolyse de l'eau.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0002] Pour contrer le changement climatique, un consensus général existe afin de tendre vers une société neutre en carbone à l'horizon 2050. La réduction des émissions de gaz à effet de serre touche non seulement le secteur de la production d'électricité, mais aussi les activités industrielles, le domaine des transports ou encore celui du chauffage résidentiel.
[0003] L'hydrogène vert, produit par électrolyse de l'eau à partir de sources d'énergie renouvelable, est promu comme un vecteur énergétique majeur dans la réduction des émissions de dioxyde de carbone anthropique de ces différents secteurs. Par ailleurs, l'hydrogène électrolytique permet le stockage saisonnier des excédents d'énergie renouvelable. De plus, en tant que charges flexibles, les électrolyseurs peuvent jouer un rôle dans la stabilisation des réseaux électriques.
[0004] La production d'hydrogène par électrolyse de l'eau consiste à faire passer un courant continu entre une cathode et une anode disposées de part et d'autre d'un électrolyte. Le courant électrique provoque une électrolyse comprenant une réaction de réduction à la cathode qui engendre du dihydrogène (H2) et une réaction d'oxydation à l'anode qui engendre du dioxygène (02) . L'électrolyte peut être liquide, comme une solution d'hydroxyde de potassium ou de d'hydroxyde de sodium (KOH ou NaOH; on parle couramment d' électrolyse alcaline) , ou solide, comme une membrane échangeuse de protons (ou PEM) , une membrane échangeuse d' anions (ou AEM) , ou encore une céramique (Solid Oxide Electrolysis Cell) .
[0005] Dans le cas de 1 ' électrolyse alcaline, et aussi en partie dans les autres types d' électrolyse, la production de dihydrogène et de dioxygène est réalisée au moyen d'un dispositif comprenant généralement : une pile d' électrolyseur dans laquelle un électrolyte est parcouru par un courant continu circulant entre deux électrodes pour générer du dihydrogène et du dioxygène ; un séparateur de dihydrogène relié à la pile d' électrolyseur par l'intermédiaire d'une canalisation de dihydrogène gaz-liquide pour séparer le dihydrogène gazeux du liquide ; un séparateur de dioxygène relié à la pile d' électrolyseur par l'intermédiaire d'une canalisation de dioxygène gaz-liquide pour séparer le dioxygène gazeux du liquide ; et éventuellement une pompe de circulation (si une circulation spontanée ne peut s'opérer) respectivement en communication avec une canalisation de retour du séparateur de dihydrogène et une canalisation de retour du séparateur de dioxygène pour ramener le liquide à la pile d' électrolyseur . Le séparateur de dihydrogène a une sortie destinée à être reliée à une installation exploitant le dihydrogène produit et/ou à un réservoir de stockage de dihydrogène et le séparateur de dioxygène a une sortie mise en communication avec l'atmosphère ou destinée à être connectée à une installation exploitant le dioxygène fourni.
[0006] On comprend que l'intérêt, tant économique qu'écologique, de l'utilisation de dihydrogène et de dioxygène dans un processus énergétique dépend en grande partie des performances du dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène.
[0007] Idéalement, il est nécessaire que :
[0008] le dispositif soit bien évidemment sûr et en particulier limite tout risque d'explosion résultant du mélange accidentel des gaz dihydrogène et dioxygène dans des proportions qui se trouvent dans le domaine d' inflammabilité ;
[0009] les coûts de fabrication et d'exploitation du dispositif de production soient les plus faibles possibles ;
[0010] les conséquences négatives sur les ressources naturelles pour la fabrication et l'exploitation du dispositif de production soient limitées ;
[0011] le dispositif ne produise que peu ou pas d'émissions polluantes lors de sa fabrication, de son transport, de son installation, de sa mise en œuvre, de son démantèlement,... ;
[0012] le dispositif soit simple, efficace, fiable et relativement peu encombrant.
[0013] Dans un dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène tel que celui décrit plus haut, le processus de séparation de la phase gazeuse (gaz produits par l'électro- lyse) et de la phase liquide (l'électrolyte qui transporte les gaz produits par 1 ' électrolyse ) a une implication relativement importante sur les performances du dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène. Généralement, l'équipement utilisé pour la séparation est un séparateur gravitaire, à axe horizontal ou vertical. La séparation se fait par différence de densité entre la phase gazeuse et la phase liquide. De manière à obtenir la meilleure efficacité de séparation, en particulier en ce qui concerne les petites bulles et le gaz dissous, il faut maximiser la surface libre et le temps de résidence du liquide dans l'équipement. Le séparateur joue également un rôle de réserve de liquide pour l'ensemble du système, pour compenser la présence de gaz dans le système et les variations de masse volumique de l'électrolyte. En particulier, dans le cas de la pile d'élec- trolyseur alcalin à diaphragme, le contrôle de la pression différentielle entre les compartiments anodique et cathodique se base sur la mesure de la différence de niveau liquide entre les deux séparateurs. Typiquement, le niveau liquide des séparateurs est au-dessus du point le plus haut du stack de manière à maintenir le remplissage de celui-ci en électrolyte.
[0014] On constate que le volume des séparateurs augmente à mesure que les capacités de production des piles d' élec- trolyseur croissent ou que la boucle de séparation est mutualisée entre plusieurs piles d' électrolyseur . Cet accroissement du volume des séparateurs pose des problèmes d' encombrement mais également de fabrication en particulier lorsque les séparateurs doivent être intégralement pourvus d'un revêtement interne contre la corrosion. OBJET DE L'INVENTION
[0015] Un but de l'invention est de fournir un dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène répondant à tout ou partie des contraintes énoncées ci-dessus, en particulier en fournissant une séparation optimisée.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
[0016] A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un dispositif conforme à la revendication 1.
[0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers, non limitatifs de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0018] Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
[0019] [Fig. 1] la figure 1 est un organigramme illustrant un processus de commande pour la production de dihydrogène et de dioxygène par électrolyse selon la présente invention ; [0020] [Fig. 2] la figure 2 est une vue schématique de l'organisation d'un séparateur conforme à un mode de réalisation particulier de l'invention ;
[0021] [Fig. 3] la figure 3 est vue schématique en coupe d'un séparateur conforme à un premier mode de réalisation particulier de l'invention ;
[0022] [Fig. 4] la figure 4 est vue schématique en coupe d'un séparateur conforme à un second mode de réalisation particulier de l'invention ;
[0023] [Fig. 5] la figure 5 est une vue schématique d'un séparateur à effet cyclonique conforme à un mode de réalisation particulier de l'invention ;
[0024] [Fig. 6] la figure 6 est représentation 3D d'un séparateur à bouteille conforme à un mode de réalisation particulier de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0025] En référence à la figure 1, un dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène par électrolyse de l'eau comprend une pile d' électrolyseur 10, un séparateur de dioxygène 11, un séparateur de dihydrogène 12, et au moins une pompe de circulation 13 pour créer une circulation entre ceux-ci (éventuellement, le dispositif comprend deux boucles d'électrolyte séparées pourvues chacune d'une pompe de circulation, à savoir une boucle de circulation de catholyte et une boucle de circulation d' anolyte) .
[0026] La pile d' électrolyseur 10 comprend une ou plusieurs cellule (s) électrolytique ( s ) comprenant chacune un réservoir d'électrolyte contenant un électrolyte (ou solution électrolytique) dans lequel trempent une anode et une cathode pour faire passer un courant continu dans l'électrolyte et ainsi réaliser une électrolyse. L'électrolyte est par exemple constitué d'eau pure ou d'une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium (KOH) ou d'hydroxyde de sodium (NaOH) . Plus précisément, la pile d' électrolyseur (généralement désignée par le terme de « stack d' électrolyseur ») est usuellement constituée d'un bloc de cellules électrolytiques, qui sont empilées en série d'un point de vue électrique et en parallèle d'un point de vue fluidique, et de joints d'étanchéité. Chaque cellule électrolytique a pour but de favoriser 1 ' électrolyse de la solution électrolytique et en particulier la réaction de production de dihydrogène (H2) et de dioxygène (02) gazeux par la dissociation de l'eau après avoir injecté un courant électrique continu dans la solution électrolytique. Chaque cellule électrolytique, considérée comme une pièce principalement métallique et conductrice (mais dont certaines parties peuvent être non-métalliques) , est composée généralement de deux plaques bipolaires, encadrant deux intercalaires (plus connus sous le terme anglais de « flow field material ») , encadrant eux- mêmes deux électrodes généralement sous forme de plaques ou de grilles ou de tissus métalliques. Dans le cas d'une pile d' électrolyseur alcalin, lesdites électrodes sont généralement en nickel. Les deux électrodes (une cathode et une anode) sont séparées par une membrane (encore appelée diaphragme ou séparateur poreux dans le cas de la pile d' électrolyseur alcalin) , qui assure l'isolation électrique entre les deux électrodes, la séparation des gaz ainsi que la conduction ionique au sein de la cellule électrolytique. L'intercalaire a deux fonctionnalités : i) fournir un chemin métallique de faible résistivité entre chaque plaque bipolaire et l'électrode associée et ii) permettre une circulation appropriée de la solution électrolytique pour le refroidissement de la pile d' électrolyseur et le transport des gaz générés. Le nom de plaque bipolaire vient du fait que comme les cellules électrolytiques sont toutes accolées les unes aux autres, une plaque bipolaire N aura un potentiel : plus élevé par rapport à la plaque bipolaire N+l en aval, de sorte que la plaque bipolaire N jouera le rôle d'anode au sein d'une cellule électrolytique définie par les plaques bipolaires N et N+l ; plus faible par rapport à la plaque bipolaire N-l en amont, de sorte que la plaque bipolaire N jouera le rôle de cathode au sein d'une cellule électrolytique définie par les plaques bipolaires N-l et N.
[0027] Parmi les autres pièces métalliques, la pile d' électrolyseur 10 comporte des plaques de distribution de part et d'autre de la pile de cellules électrolytiques pour alimenter et assurer la distribution électrique des cellules électrolytiques, ainsi que des plaques de fond pour délimiter l'ensemble des cellules électrolytiques et assurer le serrage desdites cellules électrolytiques entre elles et leur étanchéité. En effet, la pile d' électrolyseur se termine par deux plaques de fond situées juste avant la première cellule électrolytique et juste après la dernière cellule électrolytique empilées, en d'autres termes une plaque de fond est localisée en amont du bloc de cellules électrolytiques et l'autre plaque de fond est placée en aval de ce dernier en vue de délimiter physiquement les deux extrémités dudit bloc de cellules électrolytiques.
[0028] La solution électrolytique joue un triple rôle dans la pile d' électrolyseur : [0029] assurer la conduction ionique au sein de la cellule électrolytique, la solution électrolytique présentant à cette fin une conductivité ionique élevée ;
[0030] évacuer les bulles des gaz formant les produits d' électrolyse ;
[0031] évacuer la chaleur générée par les surtensions au sein de chaque cellule électrolytique (on entend par surtension l'excès de tension par rapport à la tension thermoneutre qui est dissipée en chaleur et conduit à une élévation de la température de la cellule) .
[0032] La pile d' électrolyseur 10 est alimentée en énergie électrique par une source continue dans la bonne gamme de tension et la bonne gamme d'intensité pour assurer l' électrolyse .
[0033] La pile d' électrolyseur 10 est reliée par une canalisation de dioxygène gaz/liquide au séparateur de dioxy- gène 11 et par une canalisation de dihydrogène gaz/liquide au séparateur de dihydrogène 12.
[0034] Comme leurs noms l'indiquent, le séparateur de dioxygène 11 est agencé pour effectuer une séparation gaz- liquide sur le dioxygène généré par la pile d' électrolyseur 10 ; et le séparateur de dihydrogène 12 est agencé pour effectuer une séparation gaz-liquide sur le dihydrogène généré par la pile d' électrolyseur 10. Les séparateurs 11, 12 ont une structure générale identique représentée sur la figure 2.
[0035] Chaque séparateur 11, 12 comprend ainsi un premier étage 1000 et un deuxième étage 2000.
[0036] Le premier étage 1000 a :
[0037] une entrée 1001 destinée à être reliée à la canalisation gaz/liquide reliée à la sortie de la pile d' électrolyseur 10 ;
[0038] une première sortie gaz 1002 reliée à une sortie gaz 2001 du deuxième étage 2000 ;
[0039] une deuxième sortie liquide 1003 reliée au deuxième étage 2000.
[0040] Le deuxième étage 2000 a : [0041] une sortie 2001 reliée à la sortie gaz 1002 du premier étage 1000 ; ces deux sorties étant elles-mêmes connectées à une sortie gaz commune 2002 ;
[0042] une entrée liquide connectée directement à la sortie liquide 1003 du premier étage 1000 ;
[0043] une sortie liquide 2003 destinée à être reliée à une canalisation de retour vers la pile d' électrolyseur 10. [0044] Plus spécifiquement, le premier étage 1000 comprend un séparateur vertical qui est ici agencé pour assurer les fonctions suivantes :
[0045] séparation macroscopique essentiellement pour les relativement « grosses » bulles et les poches de gaz ;
[0046] réserve d'électrolyte.
[0047] La réserve d'électrolyte est connue en elle-même et fonctionne sur un principe relativement similaire à celui du vase d'expansion d'un système de chauffage central. La masse volumique de l'électrolyte change avec la température. La réserve d'électrolyte permet de compenser ces variations. Par ailleurs, la production de gaz dans le système amène également une variation du niveau d' électrolyte par rapport à la situation où le système est à l'arrêt.
[0048] Le séparateur vertical du premier étage 1000 est de préférence de type gravitaire ou de type cyclone, ou combine les deux, et est équipé :
[0049] d'instrumentation de mesure (capteur de niveau 1011, température 1012, pression 1013 par exemple) ;
[0050] d'organes de sécurité (soupape de surpression) .
[0051] Le séparateur de type gravitaire du premier étage
1000 comprend en outre de préférence :
[0052] un séparateur de gouttes (« demister ») au niveau de la sortie gaz 1002 ;
[0053] un organe anti-vortex au niveau de la sortie liquide 1003.
[0054] Le séparateur de type cyclone du premier étage 1000 comprend en outre de préférence :
[0055] un organe de déflexion 1021 au niveau de l'entrée
1001 ; [0056] un séparateur de gouttes 1022 (« demister » ; par exemple un tampon en treillage ou filet métallique) au niveau de la sortie gaz 1002 ;
[0057] un organe anti-vortex 1023 au niveau de la sortie liquide 1003 (par exemple un tube qui est relié à la sortie 1003 et qui a une extrémité ouverte faisant saillie au fond du séparateur, et une plaque fixée en regard de l'extrémité ouverte et à distance de celle-ci pour laisser des ouvertures latérales pour l'entrée du liquide dans le tube) .
[0058] Ces éléments caractéristiques du séparateur de type cyclone sont représentés schématiquement à la figure 5. [0059] Le séparateur de type cyclone est agencé de manière connue en lui-même pour mettre en rotation rapide le mélange qui y est introduit, la séparation étant obtenue par l'effet conjugué de la gravité et de la force à caractère centrifuge. [0060] Le deuxième étage 2000 comprend un séparateur gra- vitaire qui est ici agencé pour assurer les fonctions suivantes :
[0061] séparation microscopique essentiellement pour les relativement « petites » bulles et les gaz dissous ;
[0062] réserve complémentaire d'électrolyte ;
[0063] pré-refroidissement de l'électrolyte et d'une partie des gaz.
[0064] Le séparateur est de préférence du type à pluralité de bouteilles tel que celui illustré à la figure 6. Ce séparateur comprend ici une pluralité de couples de bouteilles (tout récipient pouvant contenir un fluide) formant des vases communicants et comprenant chacun une première bouteille 31 et une deuxième bouteille 32 qui sont reliées l'une à l'autre par un conduit supérieur 33 et un conduit inférieur (non visible sur la figure 6) qui sont destinés respectivement au passage de gaz et au passage d'eau. Un collecteur supérieur 36 relie les bouteilles 32 entre elles pour équilibrer la pression entre les différents couples de bouteilles et un collecteur inférieur 37 relie les bouteilles 31 entre elles pour équilibrer les niveaux de liquide dans les bouteilles 31. Le collecteur 37 est relié à la sortie 2003 via un conduit 5 et à un collecteur de stockage de liquide 41, 42, 43 relié un circuit d'alimentation en liquide 8. L'entrée liquide du séparateur est reliée à des conduites arrivant chacune en partie haute d'une des bouteilles 31 pour réaliser une première séparation gravitaire. Le conduit supérieur 33 amène le gaz de chaque bouteille 31 à la bouteille 32 du même couple pour une deuxième séparation gravitaire. Un tel séparateur offre une plus grande surface d'échange par rapport à un séparateur à bouteille unique de volume équivalent. Le séparateur à bouteilles pourrait également être basé sur le principe des cadres de stockage pour les gaz industriels avec les modifications nécessaires. De tels cadres sont des produits de série, développés pour résister à différents niveaux de pression.
[0065] Dans un séparateur gravitaire, le gaz est séparé du liquide par l'effet de la différence de poids entre le gaz et le liquide. Les bouteilles ont ici des volumes identiques .
[0066] Avantageusement, le premier étage 1000 et le deuxième étage 2000 sont réalisés à partir de tronçons de tuyauterie standardisés (en diamètre et en épaisseur) , par exemple selon le catalogue de la norme ASME B36.10 ou ASME B36.19. [0067] Le pré-refroidissement des fluides contenus dans le deuxième étage 2000 est réalisé en entourant la pluralité de bouteilles d'une virole externe pourvue d'une entrée « codant in » et d'une sortie « codant out » d'un fluide de refroidissement (par exemple, de l'eau glycolée) circulant dans la virole externe autour des bouteilles comme illustré schématiquement à la figure 4. Le refroidissement partiel du gaz entraîne la condensation d'une partie de l'humidité qu'il contient. Ces condensats sont directement récupérés dans la phase liquide contenue dans le deuxième étage 2000, ce qui permet de réduire les effluents et la consommation d'eau déminéralisée d'appoint.
[0068] La pompe de circulation 13 est respectivement en communication avec une canalisation de retour côté dihydro- gène reliée au fond du séparateur de dihydrogène 12 et une canalisation de retour côté dioxygène reliée au fond du séparateur de dioxygène 11, et est utilisée pour amener le liquide issu du séparateur de dihydrogène 12 et le liquide issu du séparateur de dioxygène 11 à la pile d' électrolyseur 10 pour le recyclage. Le flux de circulation engendré par la pompe de circulation 13 provoque l'évacuation hors de la pile d' électrolyseur 10 du dihydrogène et du dioxygène générés dans la pile d' électrolyseur 10 et de la solution électrolytique vers le séparateur de dihydrogène 12 et le séparateur de dioxygène 11. Le séparateur de dioxygène 11, le séparateur de dihydrogène 12, la pompe de circulation 13, le filtre à électrolyte (lye filter) et l'échangeur de chaleur pour électrolyte (lye coder) forment un module de séparation assurant :
[0069] la séparation du mélange liquide-gazeux dioxygène issu de la pile d' électrolyseur 10 pour produire le dioxygène gazeux ;
[0070] la séparation du mélange liquide-gazeux dihydrogène issu de la pile d' électrolyseur 10 pour produire le dihydrogène gazeux ;
[0071] la recirculation des liquides issus des séparateurs vers la pile d' électrolyseur 10 pour reconstituer 1 ' électrolyte .
[0072] La sortie au sommet du séparateur de dioxygène 11 communique avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un dispositif de commande côté dioxygène ayant une sortie de dioxygène 110. A cela s'ajoutent des ref roidisseurs de gaz pour refroidir les gaz et surtout recapter et recycler une partie de leur humidité (les gaz sortant des séparateurs sont en effet saturés en vapeur d'eau) . De plus, il est utile d'intégrer des laveurs qui constituent des points d'injection d'eau d'appoint. La sortie de dioxygène 110 est reliée à l'entrée d'une première vanne à trois voies 34. La première vanne à trois voies 34 a une première sortie mise en communication avec l'atmosphère pour une évacuation directe, et une deuxième sortie non limitée. La première vanne à trois voies 34 peut être une vanne pneumatique à bille. Le dispositif de commande côté dioxygène comprend une vanne de régulation de dioxygène 16 et des vannes manuelles de dérivation (ou by-pass) 17 à bille qui sont connectées en parallèle aux deux extrémités de la vanne de régulation de dioxygène 16. Le séparateur de dioxygène 11 est muni d'un analyseur de dihydrogène dans le dioxygène 20, d'un capteur de pression de dioxygène 21, et d'un capteur de pression différentielle de dioxygène 22. Le capteur de pression différentielle de dioxygène 22 et le capteur de pression de dioxygène 21 sont reliés au séparateur de dioxygène 11 via une première vanne 26 et une deuxième vanne 29, respectivement. Dans ce mode de réalisation, la première vanne 26 et la deuxième vanne 29 sont toutes des vannes de régulation de débit.
[0073] La sortie au sommet du séparateur de dihydrogène 12 est reliée à un réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14 par l'intermédiaire d'un dispositif de commande côté dihydrogène ayant une sortie 120 raccordée audit réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14. A cela s'ajoutent des ref roidisseurs de gaz pour refroidir les gaz et surtout recapter et recycler une partie de leur humidité (les gaz en sortie des séparateurs sont en effet saturés en vapeur d'eau) . De plus, il est utile d'intégrer des laveurs qui constituent des points d'injection d'eau d'appoint. La sortie de dihydrogène 120 de l'appareil de commande côté dihydrogène est reliée à une entrée d'une deuxième vanne à trois voies 33. Une première sortie de la deuxième vanne à trois voies 33 communique avec l'atmosphère, et la seconde sortie de la première vanne à trois voies 33 est reliée au réservoir de stockage de dihydrogène 14. La deuxième vanne à trois voies 33 peut être une vanne pneumatique à bille. Le dispositif de commande côté dihydrogène comprend une vanne de contre-pression 18 et des troisièmes vannes automatiques de dérivation (ou by-pass) 19 à bille qui sont connectées en parallèle aux deux extrémités de la vanne de contre-pression 18. La vanne de contre-pression 18 est sélectionnée en fonction de la quantité de production de gaz souhaitée, de la pression et des exigences de fonctionnement du dispositif. La vanne de contre-pression 18 est préréglée à une pression de consigne en fonction des exigences de fonctionnement du dispositif et de la pression du réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14. Le séparateur de dihydrogène 12 est muni d'un capteur de niveau de dihydrogène 23 et d'un capteur de pression différentielle de dihydrogène 24. Un capteur de pression de dihydrogène 25 est prévu sur la sortie de dihydrogène 120 en amont de la deuxième vanne à trois voies 33. Les deux extrémités du capteur de pression différentielle de dihydrogène 24 sont reliées au séparateur de dihydrogène 12 via une troisième vanne 27 et une quatrième vanne 28, respectivement. Le capteur de pression de dihydrogène 25 est relié à la sortie de dihydrogène 120 via une cinquième vanne 30. Dans ce mode de réalisation, la troisième vanne 27 et la quatrième vanne 28 sont toutes des vannes de régulation de débit .
[0074] L'ensemble des capteurs et des vannes, le module de conversion de puissance, la pile d' électrolyseur et la pompe de circulation sont reliés à un module de commande comprenant un ou des processeur ( s ) et au moins une mémoire contenant un ou des programme (s) inf ormatique ( s ) exécutable (s) par le ou les processeur ( s ) . Les programmes informatiques comprennent des instructions pour :
[0075] commander les différents composants du dispositif en fonction des consignes des opérateurs pilotant le dispositif et de l'état du dispositif déterminé à partir des signaux provenant des capteurs ;
[0076] surveiller le fonctionnement du dispositif en vue d'assurer sa sécurité de fonctionnement ;
[0077] fournir des moyens d'interface permettant un raccordement du module de commande à une unité externe de commande et/ou maintenance.
[0078] Le module de commande comprend les armoires électriques de puissance (la pompe de circulation 13 notamment) et les armoires électriques de commande (courants faibles pour la commande des composants du dispositif) .
[0079] Selon un procédé de production de dihydrogène utilisant le dispositif de production de dihydrogène ci-dessus, la plage d'ajustement du taux de production de gaz est de 20 à 135 %, l'erreur de fluctuation du niveau de liquide n'est pas supérieure à 5 cm, et l'erreur de fluctuation de pression n'est pas supérieure à 0,1 MPa. [0080] La vanne de régulation du dioxygène 16 est commandée de manière fiable par les signaux de différence de niveau des liquides dihydrogène et dioxygène. Lorsque le niveau de liquide du séparateur de dioxygène 11 est détecté comme étant supérieur au niveau de liquide du séparateur de dihydrogène 12, la vanne de régulation de dioxygène 16 est commandée pour être fermée ; lorsqu'il est détecté que le niveau de liquide du séparateur de dioxygène 11 est inférieur au niveau de liquide du séparateur de dihydrogène 12, la vanne de régulation de dioxygène 16 est commandée pour être ouverte. [0081] De manière particulière, la vanne de contre-pression 18 est réglée à une pression de consigne comme indiquée ci-dessus et le dihydrogène envoyé au réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14 passe par ladite vanne de contre- pression 18. Lorsque la pression du réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14 est inférieure à la pression de consigne, la vanne de contre-pression 18 autorise un fonctionnement du dispositif à la pression de consigne. En revanche, lorsque la pression du réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14 est supérieure à la pression de consigne, la vanne de contre-pression 18 est complètement ouverte et le dispositif fonctionne en fonction de la pression du réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14. Et lorsque le dispositif est normalement arrêté et décompressé, la troisième vanne automatique de dérivation 19 est ouverte.
[0082] Les vannes automatiques de dérivation 31 et 32 sont utilisées comme deux soupapes de retenue de pression pour assurer la sécurité de l'ensemble du dispositif : lorsque la valeur de sécurité de la différence de niveaux de liquide dihydrogène-dioxygène est importante, l'opération d'ouverture et de fermeture peut être effectuée en contrôlant les soupapes de retenue de pression. Et la pression de dioxygène et la pression de dihydrogène du système sont respectivement réglées avec des valeurs respectives de verrouillage d'urgence pour assurer le fonctionnement normal de l'ensemble du système de pression. [0083] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications .
[0084] La pile d ' électrolyseur 10 pourra être assemblée différemment de ce qui a été décrit.
[0085] La pile d' électrolyseur 10 pourra être utilisée à l'horizontale, à la verticale ou dans une toute autre position. La pile d' électrolyseur 10 pourra être assemblée à l'horizontale, à la verticale ou dans une toute autre position. De préférence, la pile d' électrolyseur 10 sera assemblée verticalement et utilisée horizontalement.
[0086] Le séparateur gravitaire peut être à axe horizontal ou vertical et comprendre une ou plusieurs bouteille (s) (les bouteilles pouvant être reliées par couple ou groupes de plus de deux ou être reliées aux collecteurs de manière indépendante les unes des autres) . Il peut être d'un autre type que celui mentionné.
[0087] Seul l'un des séparateurs peut comprendre deux étages .
[0088] Le premier étage peut comporter plus ou moins de capteurs, organes de sécurité et/ou composants internes.
[0089] Seul un des étages peut être agencé pour former un réservoir d'électrolyte, ou on peut prévoir un réservoir d'électrolyte séparé.
[0090] On pourra avoir un nombre différent de pompe de circulation par exemple 0 ou 2.
[0091] La pile d' électrolyseur peut comprendre deux électrodes, à savoir une cathode et une anode chacune à une des extrémités de la pile d' électrolyseur , ou trois électrodes, à savoir deux cathodes d'extrémité et une anode centrale.
[0092] Le dispositif peut comprendre un organe de purification distinct par gaz.

Claims

RE VE NPI CAT IONS
1. Dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène par électrolyse, comprenant :
- une pile d' électrolyseur (10) ayant une entrée d'électrolyte, une première sortie d'un mélange électrolyte et premier gaz produit d' électrolyse, et une deuxième sortie d'un mélange électrolyte et deuxième gaz produit d' électrolyse ;
- au moins un premier appareil de séparation (11) relié à la première sortie pour séparer le premier gaz et l'électrolyte ;
- au moins un deuxième appareil de séparation (12) relié à la deuxième sortie pour séparer le deuxième gaz et l'électrolyte ; caractérisé en ce qu'au moins l'un des appareils de séparation (11, 12) comprend un premier étage vertical de séparation (1000) et un deuxième étage de séparation gravitaire (2000) .
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier étage vertical de séparation (1000) est de type gravitaire .
3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier étage vertical de séparation (1000) est de type cyclone .
4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le deuxième étage de séparation gravitaire (2000) comprend un séparateur à bouteille.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le séparateur à bouteille du deuxième étage de séparation gravitaire (2000) comprend plusieurs bouteilles.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier étage de séparation comprend une entrée (1001) reliée à une sortie de la pile d' électrolyseur (10) , une première sortie (1002) pour le gaz, reliée à la sortie (2001) pour le gaz du deuxième étage, et une deuxième sortie (1003) pour le liquide, reliée au second étage de séparation (2000) , le premier étage comprenant au moins l'un des éléments suivants :
- un organe de déflexion au niveau de l'entrée (1001) ;
- un séparateur de gouttes au niveau de la première sortie (1002) ;
- un organe anti-vortex au niveau de la deuxième sortie liquide (1003) .
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier étage de séparation est pourvu de l'un au moins des éléments suivants :
- un instrument de mesure à savoir un capteur de niveau, un capteur de température, et/ou un capteur de pression ;
- un organe de sécurité tel qu'une soupape de surpression.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'un au moins des étages est agencé pour former un réservoir d'électrolyte.
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les deux étages sont agencés pour former un réservoir d' électrolyte .
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième étage (2000) incorpore un échangeur de chaleur ayant un côté chaud recevant les fluides provenant du premier étage (1000) et un côté froid recevant un fluide de refroidissement.
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