EP4680359A1 - Installation d'électrolyse de l'eau comprenant en série un ou plusieurs dégazeurs avec un mélangeur statique dans la canalisation d'alimentation - Google Patents

Installation d'électrolyse de l'eau comprenant en série un ou plusieurs dégazeurs avec un mélangeur statique dans la canalisation d'alimentation

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Publication number
EP4680359A1
EP4680359A1 EP24730036.1A EP24730036A EP4680359A1 EP 4680359 A1 EP4680359 A1 EP 4680359A1 EP 24730036 A EP24730036 A EP 24730036A EP 4680359 A1 EP4680359 A1 EP 4680359A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
liquid
degassing
static mixer
supply pipe
Prior art date
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Pending
Application number
EP24730036.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas MARICAU
Luc Vanhee
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 EP4680359A1 publication Critical patent/EP4680359A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B01D19/0068—General arrangements, e.g. flowsheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B01D19/0042—Degasification of liquids modifying the liquid flow
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/083—Separating products
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

  • the present invention relates to the technical field of electrolysis and more particularly to an electrolysis installation for the production of dihydrogen (H2) and dioxygen (O2) by electrolysis of water.
  • the invention relates to a degassing device which can be used in an installation for the production of dihydrogen and dioxygen by electrolysis of water.
  • Dihydrogen is an alternative to hydrocarbons because it is an easily storable energy vector, unlike electricity, and its oxidation releases very significant energy (285 kJ/mole).
  • AWE alkaline electrolysers
  • PEM membrane electrolysers
  • the system must be supplied with water of very high purity (supplying, in the case of alkaline electrolysers, an electrolytic solution of sodium hydroxide (NaOH) or potassium hydroxide (KOH)).
  • NaOH sodium hydroxide
  • KOH potassium hydroxide
  • an electrolytic solution (known by the English term lye) is brought into a set of electrolytic cells (known as an electrolyzer stack) through a specific inlet.
  • the electrolytic solution passes through the electrolyzer stack.
  • the water is decomposed into gaseous molecules of dihydrogen, H2, at the cathode, and dioxygen, O2, at the anode.
  • a diaphragm generally separates the anode from the cathode so that, under normal conditions, the dihydrogen and dioxygen do not mix.
  • the installation comprises an outlet for the dihydrogen and the electrolyte flowing on the cathode side (catholyte) and an outlet for the dioxygen and the electrolyte flowing on the anode side (anolyte).
  • catholyte an outlet for the dihydrogen and the electrolyte flowing on the cathode side
  • anolyte an outlet for the dioxygen and the electrolyte flowing on the anode side
  • gas-liquid separators comprise a degassing chamber provided with an opening for a gas-liquid mixture supply pipe, an opening for a liquid discharge pipe arranged below the level of the gas-liquid interface of the degassing chamber and an opening for a gas discharge pipe arranged above the level of the gas-liquid interface of the degassing chamber.
  • Each of the outlets of the electrolyser stack for the dihydrogen-lye mixtures on the one hand and the dioxygen-lye mixtures on the other hand is connected to such a gas-liquid separator.
  • Figs. 1 and 2 schematically represent known gas-liquid separators aligned respectively along a horizontal or vertical main axis A.
  • Document FR-A1-2949479 for example describes such separators.
  • Document WO-A1-2020/254211 is another example.
  • equipment can be inserted to accelerate the separation (for example a honeycomb structure) or to standardize the flow and have a uniform residence time for all of the streamlines.
  • Gas bubbles still present in the liquid phase can be quantitatively significant, in other words not all of the gas bubbles manage to be extracted from the liquid phase for evacuation via an ad hoc evacuation pipe on the top or side wall of the degassing chamber.
  • the two lye fractions evacuated from the gas-liquid separator are combined and mixed in an intermediate tank before being reinjected into the electrolyser stack in a closed loop.
  • a static mixer is a device for continuously mixing fluids or fluids and materials in another phase (solid or gas). This device makes it possible to mix elements but it can also be used with gases or to mix a gas and a liquid. It is particularly surprising that such a mixing device can be used to obtain the opposite effect, namely, to separate the gas from the liquid rather than to mixing.
  • the inventors observed that, under the effect of the static mixer, the gas-lye mixture passing through the static mixer is subjected to very strong turbulence. In the present case, these turbulences must not break the gas bubbles already formed and thus create the opposite effect. This is why, with the proposed solution, only small gas bubbles remain in the static mixer.
  • the two degassing devices mounted in series can be aligned respectively along a horizontal or vertical main axis A according to all possible combinations (horizontal-horizontal, horizontal-vertical, vertical-horizontal or vertical-vertical).
  • the preferred and simplest solution is that in which the gas/liquid flow arrives in the first gas-liquid separator in which the largest gas bubbles and the largest quantity of gas are extracted before coalescence is carried out in the pipe connecting this gas-liquid pre-separator to a second gas-liquid separator (pipe equipped with a static mixer).
  • the static mixer can then generate very strong agitation without risking breaking large gas bubbles already formed.
  • the two gas outlets can be connected and treated together. In this case, due to the communicating vessels, the two levels of the gas-liquid separators must be identical.
  • FIG. 2 a degassing device for a water electrolysis installation according to the prior art arranged vertically;
  • FIG. 3 a degassing device for a water electrolysis installation according to the invention arranged horizontally;
  • FIG. 4 a degassing device for a water electrolysis installation according to the invention arranged vertically;
  • FIG. 5 and 6 two partial representations of an electrolysis installation with two degassing devices in series (preferred solution and the simplest in terms of efficiency).
  • the degassing chamber 14 also comprises a gas discharge pipe, gas having been separated from the liquid phase, which can then either be discharged from the installation or combined with the same gas from the electrolyser stack.
  • the gas discharge pipe 13 is always arranged above the gas-liquid interface 15. It may be located for example in the upper wall or in the side wall(s) of the degassing chamber 14.
  • the liquid discharge pipe 12 is always arranged below the gas-liquid interface 15. It may be located for example in the lower wall (bottom wall) or in the side wall(s) of the degassing chamber 14.
  • the precise location of the discharge pipe 12 or 13 is not critical, but care will be taken to ensure that no vortex capable of entraining gas can form there.
  • Figs. 5 and 6 show the assembly of two degassing devices connected in series.
  • the first of the two degassing devices 1 contains a degassing chamber 14.
  • the gas may be dihydrogen or dioxygen.
  • the degassing chamber 14 is supplied by a supply pipe 11 of the gas-liquid mixture coming from the stack of the electrolyser.
  • the degassing chamber 14 also comprises a gas discharge pipe 13 and a liquid discharge pipe 12.
  • the assemblies of Figs. 5 and 6 also contain a second degassing device 101 connected in series with the first degassing device 1.
  • the second degassing device 101 contains a degassing chamber 114 supplied by a supply pipe 111 of the gas-liquid mixture coming from the liquid discharge pipe 12 of the first degassing device 1.
  • the degassing chamber 114 further comprises a gas discharge pipe 113 and a liquid discharge pipe 112. It can be seen in FIGS. 5 and 6 that the gas-liquid mixture supply pipe 111 of the second degassing device 101 contains a static mixer 121. [0033] In Fig. 6, it can be seen that the gas-liquid mixture supply line of the first degassing device 1 also contains a static mixer 21.
  • the two gas outlets can be connected for common treatment. In this case, care will be taken to adjust the two free surfaces due to the double communication (gas and liquid).

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Abstract

La présente invention se rapporte au domaine technique de l'électrolyse et tout particulièrement à un dispositif de dégazage pour une installation d'électrolyse pour la production de dihydrogène( H2) et de dioxygène (O2) par électrolyse de l'eau. Suivant la présente invention, l'installation comprend un dispositif de dégazage (1, 101) qui comprend une chambre de dégazage (14, 114) munie d'une ouverture pour une canalisation d'alimentation (11, 111) en mélange gaz-liquide; d'une ouverture pour une canalisation (12,112) d'évacuation du liquide disposée sous le niveau de l'interface gaz-liquide (15, 115) de la chambre de dégazage (14, 114) et d'une ouverture pour une canalisation (13, 113) d'évacuation du gaz disposée au-dessus du niveau de l'interface gaz-liquide (15, 115) de la chambre de dégazage (14, 114). En outre, un mélangeur statique (21, 121) est inséré dans la canalisation d'alimentation (11, 111) en mélange gaz-liquide.

Description

INSTALLATION D'ELECTROLYSE DE L'EAU COMPRENANT EN SÉRIE UN OU PLUSIEURS DÉGAZEURS AVEC UN MÉLANGEUR STATIQUE DANS LA CANALISATION D'ALIMENTATION
[0001] Description
[0002] La présente invention se rapporte au domaine technique de l'électrolyse et tout particulièrement à une installation d'électrolyse pour la production de dihydrogène (H2) et de dioxygène (O2) par électrolyse de l'eau. Selon un de ses aspects, l'invention concerne un dispositif de dégazage pouvant être utilisé dans une installation pour la production de dihydrogène et de dioxygène par électrolyse de l'eau.
[0003] Indication de l'art antérieur
[0004] La nécessité de réduire la production de gaz à effet de serre et d'utiliser des énergies renouvelables est maintenant bien connue. Le dihydrogène est une alternative aux hydrocarbures car il s'agit d'un vecteur énergétique facilement stockable, contrairement à l'électricité, et son oxydation dégage une énergie très importante (285 kJ/mole).
[0005] On connaît plusieurs façons de produire le dihydrogène gazeux ; la plus avantageuse consiste à électrolyser la molécule d'eau car il s'agit d'une réaction à haut rendement qui ne produit pas directement de CO2 contrairement aux procédés utilisés massivement que sont le reformage du méthane, de charbon et d'hydrocarbures.
[0006] On connaît trois grands types d'électrolyseurs pour l'électrolyse de l'eau :
- les électrolyseurs alcalins (AWE), qui se caractérisent par l'utilisation d'un électrolyte liquide qui permet le transfert des ions hydroxyles (OH‘) de la cathode vers l'anode,
- les électrolyseurs à haute température, dont l'électrolyte est une céramique ; et
- les électrolyseurs à membrane (PEM), dont l'électrolyte est une membrane échangeuse d'ions à conduction protonique.
[0007] Dans les trois cas, le système doit être alimenté en eau d'une très grande pureté (alimentant, dans le cas des électrolyseurs alcalins, une solution électrolytique d'hydroxyde de sodium (NaOH) ou de potassium (KOH)). Dans la suite de la description, pour des raisons de concision, référence sera faite à un électrolyseur alcalin, mais il est bien entendu que la présente invention s'applique également à l'électrolyseur à membrane (par exemple une membrane échangeuse de protons).
[0008] Selon le procédé bien connu de l'art antérieur, une solution électrolytique (connue sur le terme anglais de lye) est amenée au sein d'un ensemble de cellules électrolytiques (connu sous le nom de stack d'électrolyseur) par une entrée spécifique. La solution électrolytique traverse le stack d'électrolyseur. L'eau est décomposée en molécules gazeuses de dihydrogène, H2, à la cathode, et de dioxygène, O2, à l'anode. Un diaphragme sépare généralement l'anode de la cathode de sorte que, dans les conditions normales, le dihydrogène et le dioxygène ne se mélangent pas. L'installation comprend une sortie pour le dihydrogène et l'électrolyte circulant du côté de la cathode (catholyte) et une sortie pour le dioxygène et l'électrolyte circulant du côté de l'anode (anolyte). En d'autres termes, il s'agit de deux flux distincts de sorte qu'il existe un séparateur gaz-liquide dédié à la séparation du dihydrogène du catholyte, et un séparateur gaz-liquide pour la séparation du dioxygène de l'anolyte. Les sorties liquides des deux séparateurs gaz-liquide sont ensuite mélangées avant d'alimenter à nouveau le stack d'électrolyseur. Dans les deux flux, en sortie de stack d'électrolyseur, la phase liquide (lye) est chargée en bulles de gaz. En sortie de séparateur gaz-liquide, il ne subsiste plus que quelques bulles de gaz dans le lye évacué par l'orifice inférieur du séparateur gaz-liquide dédié à la phase liquide alors que la phase gazeuse majoritaire est extraite du séparateur gaz-liquide par l'orifice supérieur du séparateur gaz-liquide. Pour différentes raisons, il est important de séparer le gaz du lye. Tout d'abord, plus on sépare le gaz de l'électrolyte, plus la production de gaz est importante, ce qui participe au bon rendement électrochimique du procédé. Ensuite, le mélange H2/O2 est hautement explosif. Si la séparation ne s'effectue pas correctement, une quantité importante de gaz, communément appelé « gaz résiduel », est entraînée en sortie liquide du séparateur gaz-liquide. Lors de la circulation suivante dans le stack d'électrolyseur (l'électrolyte tourne en boucle fermée) une partie de ce gaz passe dans l'autre compartiment et donc du mauvais côté.
[0009] Ces séparateurs gaz-liquide, bien connus dans la technique comprennent une chambre de dégazage munie d'une ouverture pour une canalisation d'alimentation en mélange gaz- liquide, d'une ouverture pour une canalisation d'évacuation du liquide disposée sous le niveau de l'interface gaz-liquide de la chambre de dégazage et d'une ouverture pour une canalisation d'évacuation du gaz disposée au-dessus du niveau de l'interface gaz-liquide de la chambre de dégazage. Chacune des sorties du stack d'électrolyseur pour les mélanges dihydrogène-lye d'une part et dioxygène-lye d'autre part est reliée à un tel séparateur gaz-liquide. Les Figs. 1 et 2 représentent schématiquement des séparateurs gaz-liquide connus alignés respectivement selon un axe principal A horizontal ou vertical. Le document FR-A1-2949479 par exemple, décrit de tels séparateurs. Le document WO-A1-2020/254211 en est un autre exemple.
[0010] Le principe d'extraction des bulles de gaz de la phase liquide repose sur le principe d'Archimède. L'efficacité de la séparation dépend principalement de la gravité ainsi que de la différence de densité entre les phases liquide et gazeuse mais aussi de la viscosité (frottement des bulles de gaz dans la partie liquide). Le mélange gaz-liquide doit donc résider suffisamment longtemps dans la chambre de dégazage afin de permettre à l'ensemble des bulles de gaz de s'extraire du lye. Dans la suite de la description, de tels séparateurs gaz-liquide seront désignés par les termes de séparateurs gaz-liquide gravitaires. Ces séparateurs gaz-liquide gravitaires sont caractérisés par des dimensions conséquentes. Dans certains séparateurs gaz-liquide, des équipements peuvent être insérés afin d'accélérer la séparation (par exemple une structure en nid d'abeille) ou pour uniformiser le flux et avoir un temps de séjour uniforme pour toutes les lignes de courant. Des bulles de gaz encore présentes dans la phase liquide peuvent être quantitativement significatives, autrement dit toutes les bulles de gaz ne parviennent pas à être extraites de la phase liquide en vue d'être évacuées par canalisation d'évacuation ad hoc sur la paroi supérieure ou latérale de la chambre de dégazage. Ceci pose plusieurs problèmes. Comme on l'a déjà indiqué ci-avant, le rendement du stack d'électrolyseur souffre de cette perte de gaz. En outre, dans les installations d'électrolyse conventionnelles, les deux fractions de lye évacuées du séparateur gaz-liquide sont réunies et mélangées dans un réservoir intermédiaire avant d'être réinjectées dans le stack d'électrolyseur selon une boucle fermée. Du fait de la séparation incomplète, une quantité pouvant être importante de dihydrogène et de dioxygène résiduels peut être réinjectée dans le stack d'électrolyseur de sorte que le dioxygène résiduel se retrouve du côté de la cathode alors que le dihydrogène se dirige vers l'anode. Comme on l'a déjà indiqué, il est bien connu que le mélange gazeux dihydrogène/dioxygène est explosif même à une assez faible concentration et cette situation est dangereuse pour le personnel et l'installation. Les gaz ainsi produits ont également une pureté très médiocre qui nécessite une étape de purification complémentaire.
[0011] Une solution à ce problème consiste à augmenter la taille des séparateurs gaz-liquide qui à son tour génère de nouveaux problèmes, liés au surcoût, à la complexité de fabrication et de transport de ces séparateurs gaz-liquide ainsi qu'à l'accroissement de la taille de l'usine de production.
[0012] Il serait donc souhaitable de pouvoir fournir une installation d'électrolyse de l'eau permettant un dégazage pratiquement complet des évacuats (dihydrogène/lye et dioxygène/lye des cellules électrolytiques). Idéalement, une telle installation d'électrolyse de l'eau devrait pouvoir fournir le résultat attendu lorsque le système est utilisé à pleine charge (débit d'évacuat élevé) ou à charge réduite (débit d'évacuat faible).
[0013] Il faut en effet aussi prendre en compte le fait que les séparateurs gaz-liquide des électrolyseurs ne produisent pas toujours du dihydrogène et du dioxygène à leur charge nominale (contrairement à des systèmes similaires pour d'autres industries ou applications) et que le système doit être efficace quel que soit la quantité de gaz à séparer. En effet, quand le volume de gaz diminue, la pureté des gaz se dégrade car proportionnellement la coalescence des bulles de gaz plus grandes et plus faciles à extraire n'est pas la même.
[0014] On connaît déjà dans l'état de la technique des mélangeurs destiné à favoriser le mélange intime de deux constituants (voir par exemple le document WO-A1-2013/126346).
[0015] Exposé de l'invention
[0016] Selon l'invention, ce problème est résolu avec une installation telle que définie à la revendication 1. Un mélangeur statique est un dispositif de mélange en continu des fluides ou de fluides et de matières sous une autre phase (solide ou gaz). Ce dispositif permet de mélanger des éléments mais il peut aussi être utilisé avec des gaz ou pour mélanger un gaz et un liquide. Il est particulièrement surprenant que l'on puisse utiliser un tel dispositif de mélange pour obtenir l'effet inverse, à savoir, séparer le gaz du liquide plutôt que de les mélanger. Les inventeurs ont observé que, sous l'effet du mélangeur statique, le mélange gaz- lye qui passe au travers du mélangeur statique est soumis à de très fortes turbulences. Dans le cas présent, il ne faut pas que ces turbulences viennent casser les bulles de gaz déjà formées et créer ainsi l'effet inverse. C'est pourquoi, avec la solution proposée, il ne subsiste plus que des petites bulles de gaz dans le mélangeur statique. A leur tour, ces turbulences provoquent la coalescence des bulles de gaz contenues dans le mélange, ce qui favorise la formation de bulles de gaz plus volumineuses qui peuvent par la suite être extraites plus facilement du liquide dans le séparateur gaz-liquide gravitaire en aval du mélangeur statique. Le mécanisme de séparation du gaz suit le même schéma que celui développé dans un séparateur gaz-liquide gravitaire, à savoir que i) les bulles de gaz montent jusqu'à l'interface gaz-liquide du fait de la gravité ainsi que du rapport de densité liquide-gaz et terminent leur course en étant évacuées par la canalisation d'évacuation de gaz dédicacée à cet effet et localisée dans la partie supérieure de la chambre de dégazage et ii) la phase liquide s'écoule par la canalisation d'évacuation du liquide localisée dans la partie inférieure de la chambre de dégazage.
[0017] Il existe de nombreux mélangeurs statiques pouvant être utilisés selon l'invention. Le document US 3286992 décrit le principe de fonctionnement du mélangeur statique. Les géométries de tels mélangeurs pouvant convenir sont nombreuses : les rubans en hélice, torsadés, perforés, avec piques ou épis, les enroulements de fil, les ailettes, les générateurs de swirl, aussi appelés swirler, etc. Avantageusement, le mélangeur statique est constitué par un insert hélicoïdal. Selon une autre variante avantageuse de l'invention, le mélangeur statique est constitué par un swirler. Ces deux types de mélangeurs statiques permettent en effet de convertir une partie de l'énergie translationnelle de l'écoulement en énergie rotationnelle et permettent une forte coalescence des bulles de gaz qui peuvent ensuite être extraites plus facilement du liquide.
[0018] L'invention concerne donc une installation d'électrolyse de l'eau qui contient un ou plusieurs stack(s) d'électrolyseur et un dispositif de dégazage tel que décrit ci-avant, ce dernier est défini par le couplage entre un mélangeur statique et un séparateur (gravitaire ou cyclonique) en aval du mélangeur statique. Le dispositif de dégazage est alimenté par la canalisation d'alimentation qui est connectée à une canalisation d'évacuation de la phase liquide d'au moins un stack d'électrolyseur. Comme on l'a exposé ci-dessus, un tel dispositif permet une séparation efficace et rapide du mélange gaz-liquide au point que l'on peut réduire la taille du dispositif de dégazage.
[0019] Selon une variante avantageuse de l'invention, l'installation comprend un dispositif de dégazage supplémentaire en amont ou en aval du dispositif de dégazage défini ci-avant. Un premier dispositif de dégazage est alimenté par une canalisation d'alimentation qui est connectée à une canalisation d'évacuation d'au moins un stack d'électrolyseur. Là, on évacue uniquement les grosses bulles de gaz et on s'affranchit de leur rupture dans le mélangeur statique. Le premier séparateur gaz-liquide est alors de faible dimension pour que seules les bulles de gaz supérieures à 300 pm (idéalement à 200 ou 100 pm) soient séparées. La canalisation d'évacuation du liquide du premier dispositif de dégazage est connectée à la canalisation d'alimentation d'un deuxième dispositif de dégazage. Les deux dispositifs de dégazage sont donc disposés en série. Un mélangeur statique est disposé dans la canalisation d'alimentation du premier dispositif de dégazage, dans la canalisation d'alimentation du deuxième dispositif de dégazage ou dans les deux canalisations d'alimentation.
[0020] Les deux dispositifs de dégazage montés en série peuvent être alignés respectivement selon un axe principal A horizontal ou vertical selon toutes les combinaisons possibles (horizontal-horizontal, horizontal-vertical, vertical-horizontal ou vertical-vertical).
[0021] On peut également prévoir d'ajouter un ou plusieurs dispositif(s) de dégazage supplémentaire(s).
[0022] La solution préférée et la plus simple est celle dans laquelle le flux gaz/liquide arrive dans le premier séparateur gaz-liquide dans lequel les plus grosses bulles de gaz et la plus grande quantité de gaz sont extraites avant de réaliser la coalescence dans la conduite reliant ce pré-séparateur gaz-liquide à un second séparateur gaz-liquide (conduite munie d'un mélangeur statique). Le mélangeur statique peut alors générer une très forte agitation sans risquer de rompre des grosses bulles de gaz déjà formées. Les deux sorties de gaz peuvent être reliées et traitées ensemble. Dans ce cas, du fait des vases communiquant, les deux niveaux des séparateurs gaz-liquide devront être identiques.
[0023] Brève description des figures
[0024] L'invention va maintenant être décrite au moyen des figures qui n'ont d'autre but que celui d'illustrer la présente invention. Ces figures représentent schématiquement :
[0025] Fig. 1 un dispositif de dégazage pour une installation d'électrolyse de l'eau selon l'art antérieur disposé horizontalement ;
[0026] Fig. 2 un dispositif de dégazage pour une installation d'électrolyse de l'eau selon l'art antérieur disposé verticalement ;
[0027] Fig. 3 un dispositif de dégazage pour une installation d'électrolyse de l'eau selon l'invention disposé horizontalement ;
[0028] Fig. 4 un dispositif de dégazage pour une installation d'électrolyse de l'eau selon l'invention disposé verticalement ;
[0029] Fig. 5 et 6 deux représentations partielles d'une installation d'électrolyse avec deux dispositifs de dégazage en série (solution préférée et la plus simple en efficacité).
[0030] Sur les Figs.l à 4, on a représenté différents dispositifs de dégazage 1 pour une installation d'électrolyse de l'eau. Tous contiennent une chambre de dégazage 14. Par exemple gaz-eau ou gaz-lye. Le gaz pouvant être du dihydrogène ou du dioxygène. La chambre de dégazage 14 est alimentée par une canalisation d'alimentation 11 du mélange gaz-liquide provenant du stack d'électrolyseur. Dans certains cas (non représentés sur les figures), la chambre de dégazage 14 peut également être alimentée en mélange gaz-liquide provenant de la canalisation d'évacuation du liquide 12 de la chambre de dégazage 14 au moyen d'une boucle contrôlée par une vanne si un capteur a détecté que la quantité de gaz présent dans l'évacuat de la chambre de dégazage 14 était supérieure à une valeur prédéterminée. La chambre de dégazage 14 comporte encore une canalisation d'évacuation de gaz, gaz ayant été séparé de la phase liquide, qui peut ensuite soit être évacué de l'installation, soit réuni avec le même gaz issu du stack d'électrolyseur. On notera que la canalisation d'évacuation de gaz 13 est toujours disposée au-dessus de l'interface gaz-liquide 15. Elle peut se trouver par exemple dans la paroi supérieure ou dans la ou une paroi latérale de la chambre de dégazage 14. De même, la canalisation d'évacuation du liquide 12 est toujours disposée sous l'interface gaz liquide 15. Elle peut se trouver par exemple dans la paroi inférieure (paroi de fond) ou dans la ou une paroi latérale de la chambre de dégazage 14. La localisation précise de la canalisation d'évacuation 12 ou 13 n'est pas critique, mais on veillera à s'assurer qu'aucun tourbillon pouvant entrainer du gaz ne puisse s'y former. Un dispositif casse vortex est alors un plus afin d'empêcher ce phénomène. On voit cependant que dans tous les cas représentés on a disposé la canalisation d'évacuation 12 ou 13 à l'opposé, c'est-à-dire à la distance la plus éloignée de la canalisation d'alimentation 11 de la chambre de dégazage 14 afin de permettre un parcours plus long du liquide dans le dispositif de dégazage 1. On voit également que le dispositif de dégazage peut être disposé suivant un axe A horizontal (Figs. 1 et 3) ou vertical (Figs. 2 et 4) en fonction des impératifs de construction par exemple.
[0031] Les dispositifs de dégazage représentés aux Figs. 3 et 4 présentent un mélangeur statique 21 dans leur canalisation d'alimentation.
[0032] On a représenté aux Figs. 5 et 6 l'assemblage de deux dispositifs de dégazage montés en série. Le premier des deux dispositifs de dégazage 1 contient une chambre de dégazage 14. Par exemple gaz-eau ou gaz-lye. Le gaz pouvant être du dihydrogène ou du dioxygène. La chambre de dégazage 14 est alimentée par une canalisation d'alimentation 11 du mélange gaz- liquide provenant du stack de l'électrolyseur. La chambre de dégazage 14 comporte encore une canalisation d'évacuation de gaz 13 et une canalisation d'évacuation de liquide 12. Les assemblages des Figs. 5 et 6 contiennent également un deuxième dispositif de dégazage 101 monté en série avec le premier dispositif de dégazage 1. Le deuxième dispositif de dégazage 101 contient une chambre de dégazage 114 alimentée par une canalisation d'alimentation 111 du mélange gaz-liquide provenant de la canalisation d'évacuation de liquide 12 du premier dispositif de dégazage 1. La chambre de dégazage 114 comporte encore une canalisation d'évacuation de gaz 113 et une canalisation d'évacuation de liquide 112. On voit sur les Figs. 5 et 6 que la canalisation d'alimentation en mélange gaz-liquide 111 du second dispositif de dégazage 101 contient un mélangeur statique 121. [0033] A la Fig. 6, on voit que la canalisation d'alimentation en mélange gaz-liquide du premier dispositif de dégazage 1 contient également un mélangeur statique 21. Les deux sorties de gaz peuvent être reliées pour un traitement commun. Dans ce cas, on veillera à ajuster les deux surfaces libres du fait de la double communication (gaz et liquide).
[0034] Liste des références des dessins :
I Séparateur gaz-liquide
II Canalisation d'alimentation en mélange gaz-liquide
12 Canalisation d'évacuation du liquide
13 Canalisation d'évacuation du gaz
14 Chambre de séparation gaz-liquide
15 Interface gaz-liquide
21 Mélangeur statique
101 Séparateur gaz-liquide
III Canalisation d'alimentation en mélange gaz-liquide
112 Canalisation d'évacuation du liquide
113 Canalisation d'évacuation du gaz
114 Chambre de séparation gaz-liquide
115 Interface gaz-liquide
121 Mélangeur statique
A Axe principal du séparateur

Claims

Revendications
1. Installation d'électrolyse de l'eau ou tout autre constituant contenant un ou plusieurs stack(s) d'électrolyseur et un dispositif de dégazage (1, 101), dans laquelle le dispositif de dégazage (1, 101) comprend une chambre de dégazage (14, 114) munie
- d'une ouverture pour une canalisation d'alimentation (11, 111) en mélange gaz-liquide;
- d'une ouverture pour une canalisation (12, 112) d'évacuation du liquide disposée sous le niveau de l'interface gaz-liquide (15, 115) de la chambre de dégazage (14, 114) ;
- d'une ouverture pour une canalisation (13, 113) d'évacuation du gaz disposée au- dessus du niveau de l'interface gaz-liquide (15, 115) de la chambre de dégazage (14, 114), un mélangeur statique (21, 121) étant inséré dans la canalisation d'alimentation (11, 111) en mélange gaz-liquide et dans laquelle le dispositif de dégazage (1, 101) est alimenté par une canalisation d'alimentation (11, 111) qui est connectée à une canalisation d'évacuation du mélange gaz-électrolyte d'au moins un stack d'électrolyseur.
2. Installation d'électrolyse de l'eau selon la revendication précédente, dans laquelle le mélangeur statique (21, 121) est constitué par un insert hélicoïdal.
3. Installation d'électrolyse de l'eau selon la revendication 1, dans laquelle le mélangeur statique (21, 121) est constitué par un swirler.
4. Installation d'électrolyse de l'eau contenant un ou plusieurs stack(s) d'électrolyseur selon l'une quelconque des revendications précédentes et comprenant plusieurs dispositifs de dégazage (1, 101) montés en série.
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