ES2903384T3 - Dispositivo electrolítico - Google Patents

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Abstract

Un aparato electrolítico que comprende: un electrolizador que incluye una cámara del ánodo que aloja un ánodo, una cámara del cátodo que aloja un cátodo y un diafragma que divide la cámara del ánodo y la cámara del cátodo; una línea de descarga de electrolito en el lado del cátodo conectada a la cámara del cátodo para descargar un electrolito en el lado del cátodo que contiene gas hidrógeno de la cámara del cátodo; un medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo conectado a la línea de descarga del electrolito en el lado del cátodo para separar el gas hidrógeno del electrolito en el lado del cátodo; una línea de descarga de gas hidrógeno conectada al medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo para descargar el gas hidrógeno separado por el medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo del medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo; y un medio de compresión de gas conectado a la línea de descarga de gas hidrógeno, donde el medio de compresión de gas incluye un eyector en el lado del cátodo conectado a la línea de descarga de gas hidrógeno, un tanque de almacenamiento en el lado del cátodo que almacena el gas hidrógeno y un líquido de circulación en el lado del cátodo que fluye en el medio de compresión de gas, una tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del cátodo que conecta el eyector en el lado del cátodo y el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo entre sí, y alimenta una mezcla fluida del líquido de circulación en el lado del cátodo y el gas hidrógeno del eyector en el lado del cátodo al tanque de almacenamiento en el lado del cátodo, una tubería de circulación en el lado del cátodo que conecta el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo y el eyector en el lado del cátodo entre sí, y alimenta el líquido de circulación en el lado del cátodo desde el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo hasta el eyector en el lado del cátodo, una bomba de circulación en el lado del cátodo instalada en la tubería de circulación en el lado del cátodo, una tubería de descarga de gas hidrógeno conectada al tanque de almacenamiento en el lado del cátodo para descargar el gas hidrógeno del tanque de almacenamiento en el lado del cátodo, y una primera válvula provista en la tubería de descarga de gas hidrógeno, se permite que el gas hidrógeno fluya hacia el eyector en el lado del cátodo desde la línea de descarga de gas hidrógeno haciendo circular el líquido de circulación en el lado del cátodo desde el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo hasta el eyector en el lado del cátodo utilizando la bomba de circulación en el lado del cátodo, la tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del cátodo y la tubería de circulación en el lado del cátodo, el gas hidrógeno y el líquido de circulación en el lado del cátodo se mezclan en el eyector en el lado del cátodo, y una impureza del gas hidrógeno se transfiere al líquido de circulación en el lado del cátodo para eliminar la impureza del gas hidrógeno, y se aumenta la presión del gas hidrógeno almacenado en el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo controlando el caudal del líquido de circulación en el lado del cátodo que circula desde el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo hasta el eyector en el lado del cátodo y abriendo y cerrando la primera válvula.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo electrolítico
Campo técnico
La presente invención se refiere a un aparato electrolítico que genera gas hidrógeno por electrólisis.
Técnica anterior
En la electrólisis de agua alcalina, la electrólisis de agua no purificada, la electrólisis de salmuera, la electrólisis de solución acuosa de cloruro, solución acuosa de ácido brómico, solución acuosa de ácido clorhídrico y ácido sulfúrico, etc., el gas hidrógeno se genera a partir de una cámara del cátodo por electrólisis.
Un aparato electrolítico de agua alcalina y un método de electrólisis de agua alcalina descritos en la Bibliografía de patentes 1 son un ejemplo de un aparato electrolítico y de un método de electrólisis para generar gas hidrógeno. En el aparato electrolítico y el método de electrólisis descritos en la Bibliografía de patentes 1, un anolito y un catolito que incluyen un fluido mixto gas-líquido producido en una cámara del ánodo y una cámara del cátodo se recogen en un tanque de circulación común, se mezclan en el tanque de circulación, y después se hacen circular y se suministran a ambas cámaras electrolíticas de la cámara del ánodo y de la cámara del cátodo. Al mezclar el anolito y el catolito en el tanque de circulación, se lleva a cabo la electrólisis continua mientras se mantienen las concentraciones de electrolitos suministrados a ambas cámaras electrolíticas a la misma concentración y manteniendo constantemente una concentración constante.
En años recientes, se ha vuelto importante escapar de los combustibles fósiles para prevenir el calentamiento global, y se ha estudiado ampliamente el uso de gas hidrógeno como fuente de energía alternativa. Por ejemplo, como se desvela en la Bibliografía de patentes 2, se requiere que el gas hidrógeno de alta pureza generado por electrólisis sea presurizado por un compresor para que el gas hidrógeno se transfiera a un proceso posterior, tal como almacenamiento.
En la electrólisis de agua alcalina, la electrólisis de agua no purificada, la electrólisis de salmuera, la electrólisis de solución acuosa de cloruro, solución acuosa de bromuro, ácido clorhídrico, solución acuosa de ácido sulfúrico, etc., el gas hidrógeno se genera a partir de la cámara del cátodo y el gas oxígeno, gas ozono y/o gas cloro se generan a partir de la cámara del ánodo por electrólisis. En algunos casos, el gas oxígeno puede descargarse a la atmósfera o recuperarse y utilizarse para otro fin en algunos casos. Se recuperan y utilizan ozono gaseoso y cloro gaseoso. La Bibliografía de patentes 3 desvela un aparato para generar oxígeno e gas hidrógeno que comprende un electrolizador alcalino, una columna de burbujeo para eliminar impurezas, un separador de gas-líquido y una línea de recirculación del agua contenida en la columna de burbujeo de regreso al separador de gas-líquido.
Lista de citas
Bibliografía de patentes
Bibliografía de patentes 1: Documento JP 2015-29921 A
Bibliografía de patentes 2: Documento JP 2010-143778 A
Bibliografía de patentes 3: Documento JP H0759756 B2
Sumario de la invención
Problema técnico
En el aparato electrolítico convencional descrito anteriormente, el compresor se utiliza para presurizar el gas producido a presión atmosférica. El compresor incluye un turbocompresor y un compresor de volumen, ambos de los que son dispositivos de gran tamaño. Por lo tanto, se requiere una gran área de instalaciones, el coste de las instalaciones es alto y el ruido es aún más problemático.
De forma adicional, en el aparato electrolítico convencional descrito anteriormente, el gas hidrógeno y el gas oxígeno se separan de un electrolito mediante un separador gas-líquido. En el aparato electrolítico de agua alcalina, un electrolito alcalino mixto se mezcla en el tanque de circulación, y se hace circular y se usa en la cámara del ánodo y la cámara del cátodo. Por tanto, en este ejemplo, el gas hidrógeno y el gas oxígeno contienen impurezas tales como la niebla alcalina, partículas, etc.
De forma adicional, en la electrólisis de salmuera, el anolito y el catolito se utilizan sin hacerse circular en algunos casos y se hacen circular y se utilizan en algunos casos. En cualquier caso, el electrolito se vuelve alcalino y el gas hidrógeno generado en la cámara del cátodo contiene impurezas como niebla alcalina en la cámara del cátodo, y el electrolito se vuelve ácido y el gas oxígeno generado en la cámara del ánodo contiene impurezas como niebla ácida en la cámara del ánodo.
El gas hidrógeno y el gas oxígeno separados del electrolito se lavan usando una torre de lavado de agua para eliminar impurezas como niebla alcalina y niebla ácida. Sin embargo, las impurezas tales como la niebla alcalina, etc. pueden que no se eliminen lo suficiente con una instalación simple tal como la torre de lavado de agua, un separador de niebla, etc. en una línea. Por esta razón, cuando se utiliza aluminio para una parte del compresor, existe el problema de que el aluminio se corroe por la niebla alcalina. De forma adicional, las partículas contenidas en el gas afectan el funcionamiento del compresor.
De forma adicional, cuando la eliminación de niebla alcalina y niebla ácida en el gas del producto es insuficiente, el álcali y el ácido que excedan los estándares ambientales pueden ser descargados a la atmósfera.
Un objeto de la presente invención es resolver estos problemas de la tecnología convencional y proporcionar un aparato electrolítico capaz de presurizar el gas hidrógeno producido por el aparato electrolítico y eliminar impurezas tales como la niebla alcalina, etc. en el gas hidrógeno producido utilizando una instalación económica que tiene un área de instalación pequeña.
Solución al problema
Para lograr el objeto anterior, de acuerdo con una primera solución de la presente invención, se proporciona un aparato electrolítico que incluye:
un electrolizador que incluye una cámara del ánodo que aloja un ánodo, una cámara del cátodo que aloja un cátodo y un diafragma que divide la cámara del ánodo y la cámara del cátodo;
una línea de descarga de electrolito en el lado del cátodo conectada a la cámara del cátodo para descargar un electrolito en el lado del cátodo que contiene gas hidrógeno de la cámara del cátodo;
un medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo conectado a la línea de descarga del electrolito en el lado del cátodo para separar el gas hidrógeno del electrolito en el lado del cátodo;
una línea de descarga de gas hidrógeno conectada al medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo para descargar el gas hidrógeno separado por el medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo del medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo; y
un medio de compresión de gas conectado a la línea de descarga de gas hidrógeno, donde
el medio de compresión de gas incluye
un eyector en el lado del cátodo conectado a la línea de descarga de gas hidrógeno,
un tanque de almacenamiento en el lado del cátodo que almacena el gas hidrógeno y un líquido de circulación en el lado del cátodo que fluye en el medio de compresión de gas,
una tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del cátodo que conecta el eyector en el lado del cátodo y el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo entre sí, y alimenta una mezcla fluida del líquido de circulación en el lado del cátodo y el gas hidrógeno del eyector en el lado del cátodo al tanque de almacenamiento en el lado del cátodo,
una tubería de circulación en el lado del cátodo que conecta el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo y el eyector en el lado del cátodo entre sí, y alimenta el líquido de circulación en el lado del cátodo desde el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo hasta el eyector en el lado del cátodo,
una bomba de circulación en el lado del cátodo instalada en la tubería de circulación en el lado del cátodo, una tubería de descarga de gas hidrógeno conectada al tanque de almacenamiento en el lado del cátodo para descargar el gas hidrógeno del tanque de almacenamiento en el lado del cátodo, y
una primera válvula provista en la tubería de descarga de gas hidrógeno,
se permite que el gas hidrógeno fluya hacia el eyector en el lado del cátodo desde la línea de descarga de gas hidrógeno haciendo circular el líquido de circulación en el lado del cátodo desde el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo hasta el eyector en el lado del cátodo utilizando la bomba de circulación en el lado del cátodo, la tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del cátodo y la tubería de circulación en el lado del cátodo, el gas hidrógeno y el líquido de circulación en el lado del cátodo se mezclan en el eyector en el lado del cátodo, y una impureza del gas hidrógeno se transfiere al líquido de circulación en el lado del cátodo para eliminar la impureza del gas hidrógeno, y
se aumenta la presión del gas hidrógeno almacenado en el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo controlando el caudal del líquido de circulación en el lado del cátodo que circula desde el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo hasta el eyector en el lado del cátodo y abriendo y cerrando la primera válvula.
Para lograr el objeto anterior, de acuerdo con una segunda solución de la presente invención, se proporciona el aparato electrolítico, que incluye, además:
una línea de descarga de electrolito en el lado del ánodo conectada a la cámara del ánodo para descargar un electrolito en el lado del ánodo que contiene gas del ánodo desde la cámara del ánodo;
medio de separación gas-líquido en el lado del ánodo conectado a la línea de descarga del electrolito en el lado del ánodo para separar el gas del ánodo del electrolito en el lado del ánodo;
una línea de descarga de gas del ánodo conectada al medio de separación gas-líquido en el lado del ánodo para descargar el gas del ánodo separado por el medio de separación gas-líquido en el lado del ánodo del medio de separación gas-líquido en el lado del ánodo; y
medio de eliminación de impurezas conectado a la línea de descarga de gas del ánodo, donde
el medio de eliminación de impurezas incluye
un eyector en el lado del ánodo conectado a la línea de descarga de gas del ánodo,
un tanque de almacenamiento en el lado del ánodo que almacena el gas del ánodo y un líquido de circulación en el lado del ánodo que fluye en el medio de eliminación de impurezas,
una tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del ánodo que conecta el eyector en el lado del ánodo y el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo entre sí, y alimenta una mezcla fluida del líquido de circulación en el lado del ánodo y el gas del ánodo desde el eyector en el lado del ánodo hasta el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo,
una tubería de circulación en el lado del ánodo que conecta el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo y el eyector en el lado del ánodo entre sí, y alimenta el líquido de circulación en el lado del ánodo desde el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo hasta el eyector en el lado del ánodo, y
una bomba de circulación en el lado del ánodo instalada en la tubería de circulación en el lado del ánodo, y se permite que el gas del ánodo fluya hacia el eyector en el lado del ánodo desde la línea de descarga de gas del ánodo haciendo circular el líquido de circulación en el lado del ánodo desde el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo hasta el eyector en el lado del ánodo utilizando la bomba de circulación en el lado del ánodo, la tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del ánodo y la tubería de circulación en el lado del ánodo, el gas del ánodo y el líquido de circulación en el lado del ánodo se mezclan en el eyector en el lado del ánodo, y una impureza del gas del ánodo se transfiere al líquido de circulación en el lado del ánodo para eliminar la impureza del gas del ánodo.
Para lograr el objeto anterior, de acuerdo con una tercera solución de la presente invención, se proporciona el aparato electrolítico, donde
el medio de eliminación de impurezas incluye además
una tubería de descarga de gas del ánodo conectada al tanque de almacenamiento en el lado del ánodo para descargar el gas del ánodo del tanque de almacenamiento en el lado del ánodo, y
una segunda válvula provista en la tubería de descarga de gas del ánodo, y
se aumenta la presión del gas del ánodo almacenado en el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo controlando un caudal del líquido de circulación en el lado del ánodo que circula desde el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo hasta el eyector en el lado del ánodo y abriendo y cerrando la segunda válvula.
Para lograr el objeto anterior, de acuerdo con una cuarta solución de la presente invención, se proporciona el aparato electrolítico, donde el electrolito en el lado del cátodo corresponde a una solución acuosa alcalina, y la impureza en el gas hidrógeno contiene niebla alcalina.
Para lograr el objeto anterior, de acuerdo con una quinta solución de la presente invención, se proporciona el aparato electrolítico, donde el electrolito en el lado del ánodo corresponde a una solución acuosa alcalina, y la impureza en el gas del ánodo contiene niebla alcalina.
Para lograr el objeto anterior, de acuerdo con una sexta solución de la presente invención, se proporciona el aparato electrolítico, donde el electrolito en el lado del ánodo corresponde a una solución acuosa de cloruro, y la impureza en el gas del ánodo contiene niebla ácida.
Para lograr el objeto anterior, de acuerdo con una séptima solución de la presente invención, se proporciona el aparato electrolítico, donde el electrolito en el lado del ánodo corresponde a ácido clorhídrico, y la impureza en el gas del ánodo contiene niebla ácida.
Para lograr el objeto anterior, de acuerdo con una octava solución de la presente invención, se proporciona el aparato electrolítico, donde el electrolito en el lado del ánodo corresponde a una solución acuosa de ácido brómico, y la impureza en el gas del ánodo contiene niebla ácida.
Para lograr el objeto anterior, de acuerdo con una novena solución de la presente invención, se proporciona el aparato electrolítico, donde el electrolito en el lado del ánodo corresponde a una solución acuosa de ácido sulfúrico, y la impureza en el gas del ánodo contiene niebla ácida.
Efectos ventajosos de la invención
De acuerdo con la presente invención, es posible presurizar gas hidrógeno usando una instalación económica que tiene un área de instalación pequeña en comparación con la compresión de gas usando un compresor convencional, y eliminar impurezas tales como niebla alcalina y partículas contenidas en el gas hidrógeno.
De forma similar en un lado del ánodo, es posible eliminar las impurezas contenidas en el gas del ánodo utilizando una instalación económica que tiene un área de instalación pequeña. Por ejemplo, incluso cuando se libera a la atmósfera gas oxígeno generado por electrólisis, es posible suprimir la liberación de la niebla alcalina, niebla ácida y partículas en el medio ambiente. Así mismo, es posible presurizar el gas del ánodo usando una instalación simple. De forma adicional, de acuerdo con la presente invención, puesto que no es necesario utilizar un compresor convencional de gran tamaño, es posible reducir el volumen de la instalación. Además, no hay vibración, se permiten ruidos y daños mecánicos durante un funcionamiento prolongado y un funcionamiento estable durante un largo período de tiempo. Así mismo, el coste de mantenimiento de un aparato se reduce considerablemente.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra un aparato electrolítico de agua alcalina de acuerdo con una primera realización de la presente invención.
La Figura 2 es una vista en sección transversal que ilustra detalles de un ejemplo de un eyector utilizado para el aparato electrolítico de agua alcalina de acuerdo con la primera realización de la presente invención.
La Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra una parte (medio de eliminación de impurezas) de un aparato electrolítico de agua alcalina de acuerdo con otra realización de la presente invención.
Descripción de las realizaciones
(Primera realización)
La Figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de un aparato electrolítico de acuerdo con una primera realización de la presente invención. Aquí, se describirá como ejemplo un aparato de electrólisis de agua alcalina. Sin embargo, la presente invención es aplicable a un aparato electrolítico que genera gas hidrógeno por electrólisis tal como la electrólisis de agua no purificada, la electrólisis de salmuera, la electrólisis de solución acuosa de cloruro, solución acuosa de bromuro, ácido clorhídrico, solución acuosa de ácido sulfúrico, etc. además de la electrólisis de agua alcalina.
En la Figura 1, el aparato electrolítico de agua alcalina tiene un electrolizador 1. El número de referencia 2 denota una cámara del cátodo que aloja un cátodo, el número de referencia 3 denota una cámara del ánodo que aloja un ánodo, y el número de referencia 4 denota un diafragma que divide la cámara 2 del cátodo y la cámara 3 del ánodo. El diafragma 4 corresponde a una membrana compuesta que incluye una membrana de intercambio catiónico, una membrana de intercambio aniónico, una capa porosa de polímero y una tela no tejida, etc.
El medio de circulación del electrolito en el lado del cátodo y el medio de separación del gas del cátodo se proporcionan como una trayectoria de alimentación de electrolito en el lado del cátodo. El medio de separación de gas del cátodo incluye una línea de descarga de electrolito 9 en el lado del cátodo, medio de separación gas-líquido 10 en el lado del cátodo, y una línea de descarga de gas hidrógeno 12. El medio de circulación de electrolito en el lado del cátodo incluye un tanque de circulación 5, una línea de suministro de electrolito 7 en el lado del cátodo, una bomba de circulación 8 y una línea de recuperación de electrolito 11 en el lado del cátodo.
La línea de suministro de electrolito 7 en el lado del cátodo es una tubería que conecta la cámara 2 del cátodo y el tanque de circulación 5 entre sí y suministra un electrolito 6 almacenado en el tanque de circulación 5 a la cámara 2 del cátodo usando la bomba de circulación 8. La línea de descarga de electrolito 9 en el lado del cátodo es una tubería que conecta la cámara 2 del cátodo y el medio de separación de gas-líquido 10 en el lado del cátodo entre sí y alimenta un electrolito (electrolito en el lado del cátodo) y gas hidrógeno en la cámara 2 del cátodo al medio de separación de gas-líquido 10 en el lado del cátodo. El medio de separación de gas-líquido 10 en el lado del cátodo separa el gas hidrógeno del electrolito. La línea de recuperación de electrolito 11 en el lado del cátodo es una tubería que conecta el medio de separación de gas-líquido 10 en el lado del cátodo y el tanque de circulación 5 entre sí y alimenta el electrolito separado por el medio de separación de gas-líquido 10 en el lado del cátodo al tanque de circulación 5. La línea de descarga de gas hidrógeno 12 es una tubería que conecta el medio de separación de gaslíquido 10 en el lado del cátodo y el medio de compresión de gas 101 descritos a continuación entre sí y alimenta el gas hidrógeno separado por el medio de separación de gas-líquido 10 en el lado del cátodo al medio de compresión de gas. 101. Un intercambiador de calor 13 está instalado en la línea de suministro de electrolito 7 en el lado del cátodo.
El medio de circulación del electrolito en el lado del ánodo y el medio de separación del gas del ánodo se proporcionan como una trayectoria de alimentación de electrolito en el lado del ánodo. El medio de separación de gas del ánodo incluye una línea de descarga de electrolito 16 en el lado del ánodo, un medio de separación gaslíquido 17 en el lado del ánodo, y una línea de descarga de gas 19 del ánodo. El medio de circulación de electrolito en el lado del ánodo incluye el tanque de circulación 5, una línea de suministro de electrolito 14 en el lado del ánodo, una bomba de circulación 15 y una línea de recuperación de electrolito 18 en el lado del ánodo.
La línea de suministro de electrolito 14 en el lado del ánodo es una tubería que conecta la cámara 3 del ánodo y el tanque de circulación 5 entre sí y suministra el electrolito 6 almacenado en el tanque de circulación 5 a la cámara 3 del ánodo usando la bomba de circulación 15. La línea de descarga de electrolito 16 en el lado del ánodo es una tubería que conecta la cámara 3 del ánodo y el medio de separación gas-líquido 17 en el lado del ánodo entre sí y alimenta un electrolito (electrolito en el lado del ánodo) y gas del ánodo (gas oxígeno en el caso de la electrólisis de agua alcalina) en la cámara 3 del ánodo al medio de separación gas-líquido 17 en el lado del ánodo. El medio de separación de gas-líquido 17 en el lado del ánodo separan el gas del ánodo del electrolito. La línea de recuperación de electrolito 18 en el lado del ánodo es una tubería que conecta el medio de separación gas-líquido 17 en el lado del ánodo y el tanque de circulación 5 entre sí y alimenta el electrolito separado por el medio de separación gaslíquido 17 en el lado del ánodo al tanque de circulación 5. La línea de descarga de gas 19 del ánodo es una tubería conectada al medio de separación gas-líquido 17 en el lado del ánodo para descargar el gas del ánodo separado por el medio de separación gas-líquido 17 en el lado del ánodo hacia el exterior de un sistema. Un intercambiador de calor 20 está instalado en la línea de suministro de electrolito 14 en el lado del ánodo.
En el ejemplo de la Figura 1, el electrolito corresponde a una solución acuosa alcalina (por ejemplo, una solución acuosa de un hidróxido de metal alcalino, específicamente, una solución acuosa de KOH o una solución acuosa de NaOH).
El aparato electrolítico de la presente realización incluye medio de recarga de electrolitos y medio de recarga de agua. El medio de recarga de electrolitos incluye un tanque de agua alcalina 21 que almacena agua alcalina de alta concentración 22 y una bomba 23. El medio de recarga de agua incluye un tanque de agua pura 24 que almacena agua pura 25 y una bomba 26.
En el aparato electrolítico de agua alcalina, tal como se ilustra en la Figura 1, el tanque de circulación es común entre un lado del ánodo y un lado del cátodo. Por lo tanto, en el medio de circulación de electrolitos en el lado del cátodo y el medio de circulación de electrolitos en el lado del ánodo, un electrolito en el que se mezclan el electrolito en el lado del ánodo y el electrolito en el lado del cátodo circula entre la cámara 2 del cátodo y el tanque de circulación 5 y entre la cámara 3 del ánodo y el tanque de circulación 5.
El medio de compresión de gas 101 se proporcionan en un lado aguas abajo de la línea de descarga de gas hidrógeno 12. El medio de compresión de gas 101 incluyen un eyector 110 en el lado del cátodo, una tubería de alimentación de mezcla de fluido 102 en el lado del cátodo, un tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo, una bomba de circulación 104 en el lado del cátodo, una tubería de circulación 105 en el lado del cátodo y una tubería de descarga de gas hidrógeno 106.
La Figura 2 es una vista en sección transversal que ilustra detalles de un ejemplo del eyector 110 en el lado del cátodo. El número de referencia 111 denota una boquilla, el número de referencia 112 denota un difusor, el número de referencia 113 denota un puerto de aspiración y el número de referencia 114 denota una cámara de aspiración. La boquilla 111 está conectada al tubería de circulación 105. El puerto de aspiración 113 está conectado a la línea de descarga de gas hidrógeno 12. Una salida 112a del difusor 112 está conectada al tubería de alimentación de mezcla de fluido 102 en el lado del cátodo.
La tubería de alimentación de mezcla de fluido 102 en el lado del cátodo conecta el eyector 110 en el lado del cátodo y el tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo entre sí y alimenta una mezcla de fluido descargada del eyector 110 en el lado del cátodo al tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo.
El tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo aloja un líquido de circulación (líquido de circulación en el lado del cátodo) en su interior. Este líquido de circulación corresponde al agua y contiene impurezas (descritas a continuación) contenidas en el gas hidrógeno. El gas hidrógeno separado de la mezcla de fluidos alimentada desde el eyector 110 en el lado del cátodo se almacena en un espacio superior del tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo. La tubería de circulación 105 en el lado del cátodo está conectada a una porción inferior del tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo. La tubería de descarga de gas hidrógeno 106 está conectada a una porción superior del tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo. Se instala una válvula V1 (primera válvula) en la tubería de descarga de gas hidrógeno 106.
La bomba de circulación 104 en el lado del cátodo y un intercambiador de calor 107 en el lado del cátodo están instalados en la tubería de circulación 105 en el lado del cátodo. El líquido de circulación en el tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo se hace circular al eyector 110 en el lado del cátodo a través de la tubería de circulación 105 en el lado del cátodo mediante la bomba de circulación 104 en el lado del cátodo.
En el aparato electrolítico de la presente realización, una tubería de expulsión de líquido de circulación 120 en el lado del cátodo puede estar conectada a la tubería de circulación 105 en el lado del cátodo. Una válvula V2 y una bomba 121 están instaladas en la tubería de expulsión de líquido de circulación 120 en el lado del cátodo. La tubería de expulsión de líquido de circulación 120 en el lado del cátodo puede configurarse para descargar una parte del líquido de circulación al exterior del sistema o puede configurarse para hacer circular una parte del líquido de circulación al electrolito. Como configuración para utilizar el líquido de circulación como electrolito, la tubería de expulsión de líquido de circulación 120 en el lado del cátodo está conectado a cualquiera de las vías de alimentación de electrolito en el lado del cátodo y la trayectoria de alimentación de electrolito en el lado del ánodo. En este ejemplo de la Figura 1, la tubería de expulsión de líquido de circulación 120 en el lado del cátodo está conectada al tanque de circulación 5. Como alternativa, la tubería de expulsión de líquido de circulación 120 en el lado del cátodo puede estar conectada a cualquiera de la línea de suministro de electrolito 7 en el lado del cátodo, la línea de descarga de electrolito 9 en el lado del cátodo, la línea de recuperación de electrolito en el lado del cátodo 11, la línea de suministro de electrolito 14 en el lado del ánodo, la línea de descarga de electrolito 16 en el lado del ánodo y la línea de recuperación de electrolito 18 en el lado del ánodo.
En lo sucesivo, se dará una descripción de un proceso de realización de la electrólisis y compresión de gas hidrógeno utilizando el aparato electrolítico de la Figura 1.
Antes de un inicio y en un período inicial de la electrólisis, el medio de recarga de electrolito suministra el agua alcalina 22 desde el tanque de agua alcalina 21 hasta el tanque de circulación 5 usando la bomba 23. El medio de recarga de agua suministra agua pura 25 desde el tanque de agua pura 24 hasta el tanque de circulación 5 usando la bomba 26. El agua alcalina y el agua pura se mezclan en el tanque de circulación 5 y el electrolito 6 se ajusta a una concentración predeterminada. Junto con el agua pura 25, se puede agregar agua nueva como materia prima para la electrólisis en el tanque de circulación 5.
El electrolito 6 se suministra a la cámara 2 del cátodo del electrolizador 1 a través de la línea de suministro de electrolito 7 en el lado del cátodo por la bomba de circulación 8. El electrolito se enfría a una temperatura predeterminada pasando a través del intercambiador de calor 13. De forma adicional, el electrolito 6 se suministra a la cámara 3 del ánodo del electrolizador 1 a través de la línea de suministro de electrolito 14 en el lado del ánodo por la bomba de circulación 15. El electrolito se enfría o calienta a una temperatura predeterminada pasando a través del intercambiador de calor 20.
El electrolito se electroliza en la cámara 2 del cátodo y la cámara 3 del ánodo. De esta forma, se genera gas hidrógeno en la cámara 2 del cátodo y gas del ánodo (gas oxígeno) en la cámara 3 del ánodo.
El gas hidrógeno generado se alimenta al medio de separación gas-líquido 10 en el lado del cátodo a través de la línea de descarga de electrolito 9 en el lado del cátodo junto con el electrolito. El gas hidrógeno y el electrolito son separados en gas-líquido por el medio de separación gas-líquido 10 en el lado del cátodo. El electrolito separado se hace circular a través de la línea de recuperación de electrolito 11 en el lado del cátodo hasta el tanque de circulación 5. El gas hidrógeno separado se alimenta al medio de compresión de gas 101 a través de la línea de descarga de gas hidrógeno 12.
El gas oxígeno generado se alimenta al medio de separación gas-líquido 17 en el lado del ánodo a través de la línea de descarga de electrolito 16 en el lado del ánodo junto con el electrolito. El gas oxígeno y el electrolito son separados en gas-líquido por el medio de separación gas-líquido 17 en el lado del ánodo. El electrolito separado se hace circular a través de la línea de recuperación de electrolito 18 en el lado del ánodo hasta el tanque de circulación 5. El gas oxígeno se descarga al exterior del sistema a través de la línea de descarga de gas 19 del ánodo.
Para controlar la concentración de álcali en la cámara 2 del cátodo y en la cámara 3 del ánodo, la cantidad de agua correspondiente al agua que desaparece por electrólisis se suministra a partir del medio de recarga de agua pura. Cuando se suministra agua pura de forma continua, la electrólisis continúa mientras una condición de electrólisis, tal como la concentración del electrolito, se mantiene a un nivel constante. El agua pura se puede suministrar de forma intermitente dependiendo del volumen del tanque de circulación.
En el medio de compresión de gas 101, cuando funciona la bomba de circulación 104 en el lado del cátodo, el líquido de circulación circula a través de la tubería de alimentación de mezcla de fluido 102 en el lado del cátodo y la tubería de circulación 105 en el lado del cátodo. En el eyector 110 en el lado del cátodo, el líquido de circulación fluye desde la boquilla 111 hacia el difusor 112. De esta forma, el gas hidrógeno descargado de la línea de descarga de gas hidrógeno 12 se aspira a la cámara de aspiración 114 desde el puerto de aspiración 113. El líquido de circulación y el gas hidrógeno se mezclan intensamente en la cámara de aspiración 114 y la mezcla de fluidos se descarga desde el difusor 112.
La mezcla de fluido se inyecta desde la tubería de alimentación de mezcla de fluido 102 en el lado del cátodo dentro del tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo. El líquido de circulación (agua) y el gas hidrógeno se mezclan intensamente en el eyector 110 en el lado del cátodo, y el gas hidrógeno y el líquido de circulación se separan entre sí en el tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo. De esta forma, impurezas tales como niebla alcalina (niebla de solución acuosa alcalina) y partículas contenidas en el gas hidrógeno que fluye a través de la línea de descarga de gas hidrógeno 12 se transfieren al líquido de circulación, y el gas hidrógeno y las impurezas se separan entre sí.
Además, cuando se proporciona una torre empaquetada (no ilustrada) cargada con un material de empaque entre el eyector 110 en el lado del cátodo ilustrado en la Figura 2 y el tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo, aumenta un área de contacto gas-líquido entre el gas hidrógeno y un líquido de circulación en el lado del cátodo, y la colisión entre el gas hidrógeno y el líquido de circulación en el lado del cátodo es intensa cuando el gas hidrógeno y el líquido de circulación en el lado del cátodo pasan a través de la torre empaquetada. Por tanto, aumenta la tasa de eliminación de impurezas del gas hidrógeno. Un material de empaquetado de plástico, un material de empaquetado de estructura de alambre metálico, etc. obtenidos moldeando resina de polipropileno, resina de polietileno, fluororesina, etc. en varios tamaños se pueden utilizar como material de empaquetado. Tellerette (Tellerette es una marca registrada de Tsukishima Kankyo Engineering Ltd.) es un ejemplo del material de empaquetado de plástico, y el superenlace del anillo Raschig (el superenlace del anillo Raschig es una marca registrada de la empresa Raschig (Alemania)) es un ejemplo del metal material de empaquetado de estructura de alambre.
La torre empaquetada se proporciona preferiblemente fuera del eyector 110 en el lado del cátodo. Sin embargo, la torre empaquetada se puede proporcionar dentro de la salida 112a del difusor 112 del eyector 110 en el lado del cátodo. Como alternativa, en lugar de la torre empaquetada, solo el material de empaquetado cargado en su interior puede proporcionarse dentro de la salida 112a del difusor 112.
El líquido de circulación que contiene impurezas almacenado en el tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo se hace circular al eyector 110 en el lado del cátodo a través de la tubería de circulación 105 en el lado del cátodo mediante la bomba de circulación 104 en el lado del cátodo. Durante este proceso, el líquido de circulación es enfriado o calentado por el intercambiador de calor 107 en el lado del cátodo.
El gas hidrógeno almacenado en el tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo se presuriza controlando una velocidad de circulación (caudal) del líquido de circulación en el lado del cátodo que circula desde el tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo hasta el eyector en el lado del cátodo 110 y abriendo y cerrando la válvula la válvula V1. Por ejemplo, cuando se inicia el funcionamiento del aparato electrolítico, la válvula V1 está cerrada y el interior del medio de compresión de gas 101 se establece en un circuito cerrado. Cuando el caudal del líquido de circulación en el lado del cátodo aumenta en este estado, el gas hidrógeno se almacena en el tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo en un estado presurizado. Cuando el gas hidrógeno se eleva a una presión predeterminada, la válvula V1 se abre y se realiza una operación constante.
A medida que aumenta el caudal del líquido de circulación en el lado del cátodo, aumenta la fuerza de aspiración del eyector 110 en el lado del cátodo. Como resultado, la cantidad de gas hidrógeno que fluye hacia el medio de compresión de gas 101 aumenta y la presión de gas hidrógeno aumenta. En la presente invención, el gas hidrógeno se presuriza hasta 1 MPa (10 bar). Por ejemplo, cuando la velocidad de circulación del líquido de circulación en el lado del cátodo aumenta a 150 m3/h, el gas hidrógeno almacenado en el tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo se presuriza a 0,6 MPa (6 bar) a 1 MPa (10 bar).
En general, una función de un eyector es hacer que fluya un fluido que tiene una alta velocidad, aspirando así gas o líquido de acuerdo con un flujo del fluido. En esta invención, el gas hidrógeno se aspira al interior del eyector 110 en el lado del cátodo a través de la línea de descarga de gas hidrógeno 12 haciendo que el líquido de circulación en el lado del cátodo fluya al eyector 110 en el lado del cátodo. En el eyector 110 en el lado del cátodo, el gas hidrógeno y el líquido de circulación chocan intensamente entre sí en una tubería estrecha.
En este fenómeno, para alcanzar una alta presión, aumenta la posibilidad de que la niebla alcalina correspondiente a una impureza en el gas hidrógeno choque más con el agua correspondiente a un líquido de circulación y se disuelva en el agua correspondiente a un líquido de circulación.
En la presente invención, la presión del gas hidrógeno puede controlarse controlando la velocidad de circulación del líquido de circulación en el lado del cátodo desde el tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo hasta el eyector 110 en el lado del cátodo y abriendo y cerrando la válvula V1. No es necesaria una instalación de alta presión ya que el gas hidrógeno se presuriza hasta 1 MPa (10 bar) mediante el medio de compresión de gas 101 de la presente invención. Por esta razón, la instalación se puede simplificar y se facilita el mantenimiento.
Puesto que no es necesario utilizar un compresor de gran tamaño en el medio de compresión de gas 101 de la presente invención, el área de instalación se puede reducir considerablemente. De forma adicional, no es necesario instalar auxiliares de refrigeración, etc. del compresor. Puesto que el eyector 110 en el lado del cátodo de acuerdo con la presente invención no tiene una unidad de accionamiento, no hay vibración, ruidos ni daños mecánicos durante un funcionamiento prolongado y se permite un uso estable durante un período prolongado. Como resultado, se reduce considerablemente el coste de mantenimiento del aparato.
Por otra parte, en el lavado convencional mediante torre de lavado de agua, por ejemplo, la tasa de alimentación de agua de lavado es de 5 m3/h con respecto a una cantidad de generación de hidrógeno de 100 Nm3/h. Considerando una relación entre el agua de lavado y la cantidad de generación de hidrógeno que se va a procesar, la eficiencia de eliminación de impurezas es baja en el lavado utilizando la torre de lavado de agua. De forma adicional, en el lavado mediante la torre de lavado de agua, no se realiza la presurización del gas hidrógeno.
El gas hidrógeno presurizado del que se eliminan las impurezas se descarga al exterior del sistema del aparato electrolítico a través de la tubería de descarga de gas hidrógeno 106. El gas hidrógeno descargado se almacena en, por ejemplo, un tanque y se usa después para otro uso (tal como una celda de combustible). En el caso de producir gas hidrógeno a mayor presión, es ventajoso utilizar gas hidrógeno comprimido utilizando el aparato electrolítico de la presente invención, puesto que la energía se puede reducir en comparación con el caso de presurización desde la presión atmosférica.
Cuando el líquido de circulación se hace circular en el medio de compresión de gas 101, la niebla alcalina se disuelve en el líquido de circulación y el pH del líquido de circulación aumenta. El medio (no ilustrado en la Figura 1) para medir el pH del líquido de circulación está instalado en el sistema del medio de compresión de gas 101 y conectado con la válvula V2. Por ejemplo, el medio de medición del pH está instalado en el tanque de almacenamiento 103 en el lado del cátodo o en la tubería de circulación 105. Cuando el pH del líquido en circulación alcanza un valor predeterminado, la válvula V2 está abierta. Debido a la apertura de la válvula V2, una parte del líquido de circulación fluye a través de la tubería de expulsión de líquido de circulación 120 en el lado del cátodo. El líquido de circulación en el lado del cátodo puede descargarse al exterior del sistema a través de la tubería de expulsión de líquido de circulación 120. Como alternativa, el líquido de circulación en el lado del cátodo se puede añadir al electrolito en cualquier lugar de la trayectoria de alimentación de electrolito en el lado del cátodo y la trayectoria de alimentación de electrolito en el lado del ánodo a través de la tubería de expulsión de líquido de circulación 120 en el lado del cátodo, y usarse como electrolito. Por ejemplo, en el aparato electrolítico de agua alcalina ilustrado en la Figura 1, el líquido de circulación en el lado del cátodo descargado del medio de compresión de gas 101 se suministra al tanque de circulación 5 a través de la tubería de expulsión de líquido de circulación 120 en el lado del cátodo y se mezcla con el electrolito.
(Segunda realización)
La Figura 3 es un ejemplo de un aparato electrolítico de acuerdo con una segunda realización de la presente invención y es un diagrama de flujo que ilustra el medio de eliminación de impurezas correspondiente a una parte del aparato electrolítico. En esta realización, se describirá como ejemplo un aparato electrolítico de agua alcalina.
El aparato electrolítico de la segunda realización es un ejemplo en el que se proporciona además el medio de eliminación de impurezas 201 en un lado aguas abajo de la línea de descarga de gas 19 del ánodo del aparato electrolítico de acuerdo con la primera realización ilustrada en la Figura 1. La configuración del medio de eliminación de impurezas 201 es básicamente la misma que la del medio de compresión de gas 101. Es decir, el medio de eliminación de impurezas 201 incluye un eyector 210 en el lado del ánodo, una tubería de alimentación de mezcla de fluido 202 en el lado del ánodo, un tanque de almacenamiento 203 en el lado del ánodo, una bomba de circulación 204 en el lado del ánodo, una tubería de circulación 205 en el lado del ánodo y una tubería de descarga de gas 206 del ánodo. Se instala una válvula V3 (segunda válvula) en la tubería de descarga de gas 206 del ánodo.
El eyector 210 en el lado del ánodo tiene la misma configuración que el eyector 110 en el lado del cátodo descrito en la primera realización. Una boquilla 211 del eyector 210 en el lado del ánodo está conectada a la tubería de circulación 205 en el lado del ánodo. Un puerto de aspiración 213 del eyector 210 en el lado del ánodo está conectado a la línea de descarga de gas 19 del ánodo. Una salida del difusor del eyector 210 en el lado del ánodo está conectada al tanque de almacenamiento 203 en el lado del ánodo a través de la tubería de alimentación de mezcla de fluido 202 en el lado del ánodo.
Además, en el eyector 210 en el lado del ánodo, cuando se proporciona una torre empaquetada (no ilustrada) cargada con un material de empaque entre el eyector 210 en el lado del ánodo y el tanque de almacenamiento 203 en el lado del ánodo, aumenta un área de contacto gas-líquido entre el gas del ánodo y un líquido de circulación en el lado del ánodo, y la colisión entre el gas del ánodo y el líquido de circulación en el lado del ánodo es intensa cuando el gas del ánodo y el líquido de circulación en el lado del ánodo pasan a través de la torre empaquetada. Por tanto, aumenta la tasa de eliminación de impurezas del gas del ánodo.
La torre empaquetada se proporciona preferiblemente fuera del eyector 210 en el lado del ánodo. Sin embargo, la torre empaquetada se puede proporcionar dentro de la salida del difusor del eyector 210 en el lado del ánodo. Como alternativa, en lugar de la torre empaquetada, solo el material de empaquetado cargado en el interior de la misma se puede proporcionar dentro de la salida del difusor.
La bomba de circulación 204 en el lado del ánodo y un intercambiador de calor 207 en el lado del ánodo están instalados en la tubería de circulación 205 en el lado del ánodo. Un líquido de circulación (agua) en el tanque de almacenamiento 203 en el lado del ánodo se hace circular al eyector 210 en el lado del ánodo a través de la tubería de circulación 205 en el lado del ánodo y la boquilla 211 por la bomba de circulación 204 en el lado del ánodo.
En el lado del ánodo, una tubería de expulsión de líquido de circulación 220 en el lado del ánodo puede estar conectada a la tubería de circulación 205 en el lado del ánodo. La tubería de expulsión de líquido de circulación 220 en el lado del ánodo puede configurarse para descargar el líquido de circulación al exterior del sistema utilizando la tubería de expulsión de líquido de circulación 220 en el lado del ánodo. Como alternativa, la tubería de expulsión de líquido de circulación 220 en el lado del ánodo puede configurarse para conectarse a cualquiera de una trayectoria de alimentación de electrolito en un lado del cátodo y una trayectoria de alimentación de electrolito en un lado del ánodo, y una parte del líquido de circulación se puede añadir a un electrolito. Específicamente, la tubería de expulsión de líquido de circulación 220 en el lado del ánodo puede estar conectada a cualquiera del tanque de circulación 5, la línea de suministro de electrolito 7 en el lado del cátodo, la línea de descarga de electrolito 9 en el lado del cátodo, la línea de recuperación de electrolito en el lado del cátodo 11, la línea de suministro de electrolito 14 en el lado del ánodo, la línea de descarga de electrolito 16 en el lado del ánodo y la línea de recuperación de electrolito 18 en el lado del ánodo. Una cuarta válvula V4 y una bomba 221 están instaladas en la tubería de expulsión de líquido de circulación 220 en el lado del ánodo.
A continuación se describirá un proceso de eliminación de impurezas y compresión del gas del ánodo utilizando el medio de eliminación de impurezas ilustrado en la Figura 3.
En el medio de eliminación de impurezas 201, el líquido de circulación circula a través de la tubería de alimentación de mezcla de fluido 202 en el lado del ánodo y la tubería de circulación 205 en el lado del ánodo cuando funciona la bomba de circulación 204 en el lado del ánodo. Cuando el líquido de circulación fluye desde la boquilla 211 hacia el difusor en el eyector 210 en el lado del ánodo, el gas del ánodo (gas oxígeno) que fluye a través de la línea de descarga de gas 19 del ánodo es aspirado hacia el interior del eyector 210 en el lado del ánodo. El líquido de circulación y el gas del ánodo se mezclan intensamente en el eyector 210 en el lado del ánodo y se descarga una mezcla de fluido desde el eyector 210 en el lado del ánodo.
La mezcla de fluido se inyecta desde la tubería de alimentación de mezcla de fluido 202 en el lado del ánodo dentro del tanque de almacenamiento 203 en el lado del ánodo. Cuando el líquido de circulación (agua) y el gas del ánodo se mezclan intensamente en el eyector 210 en el lado del ánodo, y el gas del ánodo y el líquido de la circulación se separan entre sí en el tanque de almacenamiento 203 en el lado del ánodo, las impurezas como la niebla alcalina y las partículas se transfieren al líquido de circulación, y el gas del ánodo y las impurezas se separan entre sí.
El líquido de circulación almacenado en el tanque de almacenamiento 203 en el lado del ánodo se hace circular al eyector 210 en el lado del ánodo a través de la tubería de circulación 205 en el lado del ánodo mediante la bomba de circulación 204 en el lado del ánodo.
Cuando el gas del ánodo se descarga a la atmósfera sin elevar la presión, la válvula V3 está completamente abierta. En caso de presurizar el gas del ánodo, el gas del ánodo almacenado en el tanque de almacenamiento 203 en el lado del ánodo se presuriza controlando una velocidad de circulación (caudal) del líquido de circulación en el lado del ánodo desde el tanque de almacenamiento 203 en el lado del ánodo hasta el eyector 210 en el lado del ánodo. Por ejemplo, al momento de iniciar la operación, la válvula V3 está cerrada y el interior de los medio de eliminación de impurezas 201 se establece en un circuito cerrado. Cuando el caudal del líquido de circulación en el lado del ánodo aumenta en este estado, el gas del ánodo se almacena en el tanque de almacenamiento 203 en el lado del ánodo en un estado presurizado. Cuando el gas del ánodo se eleva a una presión predeterminada, la válvula V3 se abre y se realiza una operación constante.
A medida que aumenta la velocidad de flujo del líquido de circulación en el lado del ánodo, la presión del gas del ánodo aumenta. Por ejemplo, la velocidad de circulación del líquido de circulación en el lado del ánodo se establece en 150 m3/h o menos, el gas del ánodo generado por electrólisis se puede ajustar a una presión baja de 0,6 MPa (6 bar) o menos. Por otra parte, cuando la velocidad de circulación del líquido de circulación en el lado del ánodo se establece en 150 m3/h o más, el gas del ánodo generado por electrólisis se puede presurizar a 0,6 MPa (6 bar) a 1 MPa (10 bar). Es decir, el medio de eliminación de impurezas 201 de la presente realización puede lograr el mismo efecto que el medio de compresión de gas 101.
Cuando la niebla alcalina se disuelve en el líquido de circulación en el medio de eliminación de impurezas 201, el pH del líquido de circulación aumenta. El medio (no ilustrado en la Figura 3) para medir el pH del líquido de circulación está instalado en el sistema del medio de eliminación de impurezas 201 y conectado con la válvula V4. Por ejemplo, el medios de medición del pH está instalado en el tanque de almacenamiento 203 en el lado del ánodo o en la tubería de circulación 205 en el lado del ánodo. Cuando el pH del líquido en circulación alcanza un valor predeterminado, la válvula V4 se abre, y una parte del líquido de circulación se descarga desde los medio de eliminación de impurezas 201 a través de la tubería de expulsión de líquido de circulación 220 en el lado del ánodo. El líquido de circulación descargado puede descargarse al exterior del sistema a través de la tubería de expulsión de líquido de circulación 220 en el lado del ánodo. El líquido de circulación puede añadirse al electrolito en cualquiera de la trayectoria de alimentación de electrolito en el lado del cátodo y la trayectoria de alimentación de electrolito en el lado del ánodo a través de la tubería de expulsión de líquido de circulación 220 y usarse como electrolito. Por ejemplo, en el aparato electrolítico de agua alcalina, como una configuración en la que la tubería de expulsión de líquido de circulación 220 en el lado del ánodo está conectada al tanque de circulación 5 ilustrado en la Figura 1, el líquido de circulación en el lado del ánodo puede suministrarse al tanque de circulación 5 y mezclarse con el electrolito.
Las realizaciones anteriores describen un ejemplo en el que el electrolito en el lado del ánodo y el electrolito en el lado del cátodo circulan a través del tanque de circulación 5. Sin embargo, el electrolito en el lado del ánodo y el electrolito en el lado del cátodo pueden descargarse al exterior del aparato por la línea de recuperación de electrolito 18 en el lado del ánodo y la línea de recuperación de electrolito 11 en el lado del cátodo sin circular.
Es decir, la Figura 1 y la Figura 3 ilustran un ejemplo del aparato electrolítico de agua alcalina, y se ha dado una descripción de un ejemplo en el que el electrolito en el lado del cátodo y el electrolito en el lado del ánodo circulan hacia la cámara 2 del cátodo y la cámara 3 del ánodo como un electrolito común. Sin embargo, la presente invención se puede aplicar a un caso en el que no se realiza la circulación del electrolito a la cámara 2 del cátodo ni a la cámara 3 del ánodo.
De forma adicional, en algunos casos, solo se puede instalar uno del medio de circulación de electrolito en el lado del cátodo y un medio de circulación de electrolito en el lado del ánodo. Por ejemplo, si bien el lado del cátodo puede tener una configuración en la que se proporciona el medio de circulación de electrolito en el lado del cátodo y el electrolito circula a la cámara 2 del cátodo, y el lado del ánodo puede tener una configuración en la que el electrolito se descarga desde la línea de recuperación de electrolito en el lado del ánodo hacia el exterior del aparato sin circular a la cámara 3 del ánodo.
Además, la presente invención se puede aplicar a la electrólisis de una solución acuosa, tal como la electrólisis de salmuera, electrólisis de ácido sulfúrico, electrólisis de ácido clorhídrico, electrólisis del ácido brómico, etc. además de la electrólisis de agua alcalina. En estos tipos de electrólisis, se instalan un tanque de circulación en el lado del cátodo y un tanque de circulación en el lado del ánodo en lugar del tanque de circulación 5 ilustrado en la Figura 1. En este caso, el electrolito en el lado del cátodo puede circular entre el tanque de circulación en el lado del cátodo y la cámara del cátodo en el lado del cátodo, y el electrolito en el lado del ánodo puede circular entre el tanque de circulación en el lado del ánodo y la cámara del ánodo en el lado del ánodo.
De forma adicional, similar a la electrólisis de agua alcalina, solo se puede instalar uno del medio de circulación de electrolito en el lado del cátodo y un medio de circulación de electrolito en el lado del ánodo. Por ejemplo, si bien el lado del cátodo puede tener una configuración en la que se proporciona el medio de circulación de electrolito en el lado del cátodo y el electrolito circula, y el lado del ánodo puede tener una configuración en la que el electrolito se descarga desde la línea de recuperación de electrolito en el lado del ánodo hacia el exterior del aparato.
En la electrólisis de agua alcalina, puesto que tanto el electrolito en el lado del cátodo como el electrolito en el lado del ánodo corresponden soluciones acuosas alcalinas, las impurezas en el gas hidrógeno y en el gas del ánodo contienen niebla alcalina. En otra electrólisis, las impurezas del gas del ánodo contienen niebla ácida. En particular, en la electrólisis de salmuera, puesto que el electrolito en el lado del ánodo corresponde a una solución acuosa de cloruro, en algunos casos, el NaCl correspondiente a la materia sólida puede mezclarse con la niebla ácida. Incluso en dicha electrólisis diferente de la electrólisis de agua alcalina, las impurezas en el gas se pueden eliminar y el gas se puede presurizar de manera similar a la electrólisis de agua alcalina descrita anteriormente.
Lista de signos de referencia
1: electrolizador
2: cámara del cátodo
3: cámara del ánodo
4: diafragma
5: tanque de circulación
6: electrolito
7: línea de suministro de electrolito en el lado del cátodo
8: bomba de circulación
9: línea de descarga de electrolito en el lado del cátodo
10: medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo
11: línea de recuperación de electrolito en el lado del cátodo
12: línea de descarga de gas hidrógeno
13: intercambiador de calor
14: línea de suministro de electrolito en el lado del ánodo
15: bomba de circulación
16: línea de descarga de electrolito en el lado del ánodo
17: medio de separación gas-líquido en el lado del ánodo
18: línea de recuperación de electrolito en el lado del ánodo
19: línea de descarga de gas del ánodo
20: intercambiador de calor
21: tanque de agua alcalina
22: agua alcalina
: bomba
: tanque de agua pura
: agua pura
: bomba
1: medio de compresión de gas
2: tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del cátodo 3: tanque de almacenamiento en el lado del cátodo
4: bomba de circulación en el lado del cátodo
5: tubería de circulación en el lado del cátodo
6: tubería de descarga de gas hidrógeno
7: intercambiador de calor en el lado del cátodo
0: eyector en el lado del cátodo
1: boquilla
2: difusor
2a: salida del difusor 112
3: puerto de aspiración
4: cámara de aspiración
0: tubería de expulsión de líquido de circulación en el lado del cátodo 1: bomba en el lado del cátodo
1: medio de eliminación de impurezas
2: tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del ánodo 3: tanque de almacenamiento en el lado del ánodo
4: bomba de circulación en el lado del ánodo
5: tubería de circulación en el lado del ánodo
6: tubería de descarga de gas del ánodo
7: intercambiador de calor en el lado del ánodo
0: eyector en el lado del ánodo
1: boquilla
3: puerto de aspiración
0: tubería de expulsión de líquido de circulación en el lado del ánodo 1: bomba en el lado del ánodo

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato electrolítico que comprende:
un electrolizador que incluye una cámara del ánodo que aloja un ánodo, una cámara del cátodo que aloja un cátodo y un diafragma que divide la cámara del ánodo y la cámara del cátodo;
una línea de descarga de electrolito en el lado del cátodo conectada a la cámara del cátodo para descargar un electrolito en el lado del cátodo que contiene gas hidrógeno de la cámara del cátodo;
un medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo conectado a la línea de descarga del electrolito en el lado del cátodo para separar el gas hidrógeno del electrolito en el lado del cátodo;
una línea de descarga de gas hidrógeno conectada al medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo para descargar el gas hidrógeno separado por el medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo del medio de separación gas-líquido en el lado del cátodo; y un medio de compresión de gas conectado a la línea de descarga de gas hidrógeno, donde
el medio de compresión de gas incluye
un eyector en el lado del cátodo conectado a la línea de descarga de gas hidrógeno,
un tanque de almacenamiento en el lado del cátodo que almacena el gas hidrógeno y un líquido de circulación en el lado del cátodo que fluye en el medio de compresión de gas,
una tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del cátodo que conecta el eyector en el lado del cátodo y el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo entre sí, y alimenta una mezcla fluida del líquido de circulación en el lado del cátodo y el gas hidrógeno del eyector en el lado del cátodo al tanque de almacenamiento en el lado del cátodo,
una tubería de circulación en el lado del cátodo que conecta el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo y el eyector en el lado del cátodo entre sí, y alimenta el líquido de circulación en el lado del cátodo desde el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo hasta el eyector en el lado del cátodo,
una bomba de circulación en el lado del cátodo instalada en la tubería de circulación en el lado del cátodo, una tubería de descarga de gas hidrógeno conectada al tanque de almacenamiento en el lado del cátodo para descargar el gas hidrógeno del tanque de almacenamiento en el lado del cátodo, y
una primera válvula provista en la tubería de descarga de gas hidrógeno,
se permite que el gas hidrógeno fluya hacia el eyector en el lado del cátodo desde la línea de descarga de gas hidrógeno haciendo circular el líquido de circulación en el lado del cátodo desde el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo hasta el eyector en el lado del cátodo utilizando la bomba de circulación en el lado del cátodo, la tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del cátodo y la tubería de circulación en el lado del cátodo, el gas hidrógeno y el líquido de circulación en el lado del cátodo se mezclan en el eyector en el lado del cátodo, y una impureza del gas hidrógeno se transfiere al líquido de circulación en el lado del cátodo para eliminar la impureza del gas hidrógeno, y
se aumenta la presión del gas hidrógeno almacenado en el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo controlando el caudal del líquido de circulación en el lado del cátodo que circula desde el tanque de almacenamiento en el lado del cátodo hasta el eyector en el lado del cátodo y abriendo y cerrando la primera válvula.
2. El aparato electrolítico de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además:
una línea de descarga de electrolito en el lado del ánodo conectada a la cámara del ánodo para descargar un electrolito en el lado del ánodo que contiene gas del ánodo desde la cámara del ánodo;
un medio de separación gas-líquido en el lado del ánodo conectado a la línea de descarga del electrolito en el lado del ánodo para separar el gas del ánodo del electrolito en el lado del ánodo;
una línea de descarga de gas del ánodo conectada al medio de separación gas-líquido en el lado del ánodo para descargar el gas del ánodo separado por el medio de separación gas-líquido en el lado del ánodo del medio de separación gas-líquido en el lado del ánodo; y
un medio de eliminación de impurezas conectado a la línea de descarga de gas del ánodo, donde
el medio de eliminación de impurezas incluye
un eyector en el lado del ánodo conectado a la línea de descarga de gas del ánodo,
un tanque de almacenamiento en el lado del ánodo que almacena el gas del ánodo y un líquido de circulación en el lado del ánodo que fluye en el medio de eliminación de impurezas,
una tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del ánodo que conecta el eyector en el lado del ánodo y el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo entre sí, y alimenta una mezcla fluida del líquido de circulación en el lado del ánodo y el gas del ánodo desde el eyector en el lado del ánodo hasta el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo,
una tubería de circulación en el lado del ánodo que conecta el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo y el eyector en el lado del ánodo entre sí, y alimenta el líquido de circulación en el lado del ánodo desde el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo hasta el eyector en el lado del ánodo, y
una bomba de circulación en el lado del ánodo instalada en la tubería de circulación en el lado del ánodo, y se permite que el gas del ánodo fluya hacia el eyector en el lado del ánodo desde la línea de descarga de gas del ánodo haciendo circular el líquido de circulación en el lado del ánodo desde el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo hasta el eyector en el lado del ánodo utilizando la bomba de circulación en el lado del ánodo, la tubería de alimentación de mezcla de fluido en el lado del ánodo,
y la tubería de circulación en el lado del ánodo, el gas del ánodo y el líquido de circulación en el lado del ánodo se mezclan en el eyector en el lado del ánodo, y una impureza del gas del ánodo se transfiere al líquido de circulación en el lado del ánodo para eliminar la impureza del gas del ánodo.
3. El aparato electrolítico de acuerdo con la reivindicación 2, donde
el medio de eliminación de impurezas incluye además
una tubería de descarga de gas del ánodo conectada al tanque de almacenamiento en el lado del ánodo para descargar el gas del ánodo del tanque de almacenamiento en el lado del ánodo, y
una segunda válvula provista en la tubería de descarga de gas del ánodo, y
se aumenta la presión del gas del ánodo almacenado en el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo controlando un caudal del líquido de circulación en el lado del ánodo que circula desde el tanque de almacenamiento en el lado del ánodo hasta el eyector en el lado del ánodo y abriendo y cerrando la segunda válvula.
4. El aparato electrolítico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el electrolito en el lado del cátodo corresponde a una solución acuosa alcalina, y la impureza en el gas hidrógeno contiene niebla alcalina.
5. El aparato electrolítico según la reivindicación 2 o 3, donde el electrolito en el lado del ánodo corresponde a una solución acuosa alcalina, y la impureza en el gas del ánodo contiene niebla alcalina.
6. El aparato electrolítico según la reivindicación 2 o 3, donde el electrolito en el lado del ánodo corresponde a una solución acuosa de cloruro, y la impureza en el gas del ánodo contiene niebla ácida.
7. El aparato electrolítico según la reivindicación 2 o 3, donde el electrolito en el lado del ánodo corresponde a ácido clorhídrico, y la impureza en el gas del ánodo contiene niebla ácida.
8. El aparato electrolítico según la reivindicación 2 o 3, donde el electrolito en el lado del ánodo corresponde a una solución acuosa de ácido brómico, y la impureza en el gas del ánodo contiene niebla ácida.
9. El aparato electrolítico según la reivindicación 2 o 3, donde el electrolito en el lado del ánodo corresponde a una solución acuosa de ácido sulfúrico, y la impureza en el gas del ánodo contiene niebla ácida.
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