ES2932629T3 - Electrólisis de agua de flujo cruzado - Google Patents

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Lukas Lüke
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Abstract

La invención se refiere a métodos para la electrólisis alcalina del agua, en los que se bombea un electrolito en el circuito entre una semicelda de ánodo y una semicelda de cátodo, para así mantener constante la concentración de electrolito durante todo el proceso de electrolisis. Con este procedimiento, pueden eliminarse sustancialmente las desventajas conocidas del estado de la técnica, como la formación de un potencial de Donnan y la formación de corrientes de flujo, y por lo tanto se mejora el rendimiento energético y la eficacia del método. La invención también se refiere a dispositivos de electrólisis con los que se pueden llevar a cabo dichos métodos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Electrólisis de agua de flujo cruzado
Área técnica
La presente invención se refiere a procesos para la electrólisis alcalina del agua en los que se bombea un electrolito en un circuito entre una media celda anódica y una media celda catódica para mantener la concentración de electrolito constante durante todo el proceso de electrólisis. Este control del proceso permite suprimir al máximo desventajas como la formación de un potencial Donnan y la formación de corrientes de flujo. La presente invención se refiere además a dispositivos de electrólisis con los que se puede llevar a cabo el proceso indicado.
Estado de la técnica
El principio de la electrólisis del agua se conoce desde hace unos 200 años y se utiliza para producir hidrógeno y oxígeno gaseoso a partir del agua. Desde el punto de vista técnico, la electrólisis del agua ácida desempeña hoy en día un papel menor, mientras que los procesos de electrólisis alcalina han encontrado una aplicación comercial a gran escala. En la electrólisis alcalina, el electrolito utilizado es una solución alcalina de aproximadamente 25-30%, por ejemplo en forma de solución de hidróxido de sodio o de hidróxido de potasio, que se expone a una corriente aplicada a la celda. A menudo se utilizan circuitos catódicos y anódicos separados para evitar que los gases del producto (oxígeno e hidrógeno) se mezclen. La corriente produce hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo.
Si bien la electrólisis del agua para la producción de hidrógeno tenía anteriormente una importancia secundaria porque el hidrógeno podía producirse de manera más económica utilizando gas natural, petróleo crudo o carbón, por ejemplo, la electrólisis del agua está adquiriendo ahora una importancia creciente. Por un lado, esto se debe al hecho de que las materias primas no renovables, como el petróleo y el gas, son cada vez más escasas, pero, por otro lado, la creciente importancia también se explica por la mayor disponibilidad de electricidad, que se genera a partir del viento o el sol y, por tanto, no está disponible de forma continua. En este contexto, la reacción de electrólisis puede utilizarse, por ejemplo, en combinación con las pilas de combustible, para la generación constante de energía, ya que siempre que se disponga de un excedente de energía eléctrica, el agua puede dividirse en hidrógeno y oxígeno, que, cuando se necesite mucha energía, puede volver a convertirse en energía con la ayuda de las pilas de combustible. Además, el hidrógeno puede convertirse en metano mediante la adición de monóxido de carbono o dióxido de carbono, que luego puede introducirse en la red de gas natural, preferentemente para la generación de calor. Por último, el hidrógeno producido también puede mezclarse en pequeñas proporciones con gas natural e introducirse en un proceso de combustión, por ejemplo para generar calor.
Como se espera que la generación de electricidad inestable a partir del viento o el sol aumente significativamente en los próximos años, existe un impulso para aumentar la eficacia del almacenamiento de la energía excedente. Uno de los problemas que aún se asocian a la producción de hidrógeno a partir del agua es que el rendimiento energético o la eficiencia de los dispositivos de electrólisis disponibles en el mercado son insuficientes. Por ejemplo, la eficiencia energética de la electrólisis del agua hoy en día suele rondar el 70%, aunque ya existen algunos dispositivos de electrólisis que tienen una eficiencia cercana al 80%.
Sin embargo, todavía hay margen de mejora en términos de eficiencia, especialmente en comparación con las tecnologías alternativas de almacenamiento de electricidad, como los acumuladores. Sin embargo, en comparación con los acumuladores, la electrólisis del agua tiene la importante ventaja de que la cantidad de energía que se puede almacenar es prácticamente ilimitada, ya que el agua está disponible en cantidades suficientes y también habría capacidad suficiente para almacenar hidrógeno.
En el contexto de los hechos descritos, existe la necesidad de un proceso de electrólisis que aporte mejoras en términos de su eficiencia que vayan más allá de los procesos de electrólisis conocidos.
En los procesos de electrólisis del agua convencionalmente conocidos y utilizados en la actualidad, se suelen utilizar circuitos electrolíticos de ánodo y cátodo separados, es decir, no se produce ningún intercambio de electrolitos entre los circuitos de cátodo y ánodo (también denominados procesos de círculos separados). Sin embargo, este tipo de proceso tiene la desventaja de que se acumula una diferencia de concentración del electrolito alcalino entre el lado del ánodo y el lado del cátodo en el curso del proceso de electrólisis. Esto conduce a un aumento de la tensión de la celda debido a la formación de un potencial Donnan, y tiene un efecto negativo en la eficiencia del dispositivo. Un ejemplo de este procedimiento se da, por ejemplo, en el documento WO 2015/007716 A1 que da a conocer una celda electrolítica con un cátodo y un ánodo separados por una membrana de intercambio catiónico. Esta aplicación pretende proporcionar oxígeno e hidrógeno lo más puro posible, por lo que hay que tener un cuidado meticuloso para evitar la mezcla de los electrolizados del cátodo y del ánodo.
En otro enfoque, el electrolito pasa a través de las medias celdas catódica y anódica en ciclos separados. Posteriormente, las fracciones de electrolito descargadas de la media celda anódica y catódica se introducen en un tanque común y se mezclan antes de que el electrolito se introduzca de nuevo en la media celda catódica y anódica (también conocido como proceso de círculos divididos). Sin embargo, este proceso alternativo también está asociado con la desventaja de las diferencias de concentración del electrolito entre las dos medias celdas, que a su vez conducen a un potencial Donnan y, por tanto, a una menor eficiencia del dispositivo.
Además, el proceso de círculos divididos tiene el problema de que pueden producirse corrientes cruzadas a través del tanque común a altas densidades de corriente. Esto también tiene un efecto negativo en la eficiencia del proceso. La causa de estos diversos inconvenientes es, por un lado, la propia reacción electroquímica, pero también la conexión electrolítica entre los lados del ánodo y del cátodo en el proceso de círculos divididos.
Por un lado, la presente invención se ocupa del problema de garantizar la mayor eficacia posible de la electrólisis del agua, mientras que por otro lado se trata de evitar, en la medida de lo posible, las desventajas de la técnica anterior.
Descripción de la invención
Para resolver los problemas descritos anteriormente, la presente invención propone en una realización un proceso para la electrólisis alcalina de agua con un electrolito en un electrolizador que comprende al menos una celda electrolítica, un separador de gas catódico, un separador de gas anódico, un primer depósito de líquido para el electrolito y un segundo depósito de líquido para el electrolito separado del primer depósito de líquido, en el que la celda electrolítica comprende una media celda anódica con un ánodo, una media celda catódica con un cátodo y un separador dispuesto entre la media celda anódica y la media celda catódica, en el que se aplica una corriente al electrolizador lleno de electrolito, para realizar la electrólisis, en la que el electrolito se suministra desde el primer depósito de líquido a la media celda anódica y el anolito que drena de la media celda anódica se suministra al separador de gas anódico, en el que el gas se separa del anolito, y en la que el electrolito se suministra desde el segundo depósito de líquido a la media celda catódica y el catolito que drena de la media celda catódica se suministra al separador de gas catódico, en el que el gas se separa del catolito, caracterizado porque el anolito despojado de gas de separador de gas anódico se devuelve al segundo depósito de líquido y el catolito despojado de gas del separador de gas catódico se devuelve al primer depósito de líquido.
Para dicho control del proceso, por un lado, se observó una concentración de electrolito esencialmente constante en la media celda anódica y catódica, lo que se nota en las bajas tensiones requeridas para el control del proceso. En segundo lugar, se observó sorprendentemente que, a pesar de que el electrolito se alimenta de la media celda del ánodo a la media celda del cátodo, sólo hay una cantidad muy pequeña de mezcla de los gases del producto por componentes de gas disueltos en el electrolito, que está en el intervalo de ppm.
El separador mencionado en lo anterior es preferentemente una membrana, en particular una membrana semipermeable. Las membranas de ácido polisulfónico de óxido de circonio, por ejemplo, pueden especificarse como materiales de diafragma adecuados. Otro material de diafragma adecuado dentro del alcance de la invención son los materiales cerámicos de óxido, como se describe en el documento EP 0126490 A1.
Alternativamente, el separador puede ser también una membrana, en particular una membrana de intercambio catiónico. Dichas membranas pueden estar basadas en polímeros sulfonados y, en particular, en polímeros sulfonados perfluorados y están disponibles, por ejemplo, bajo el nombre comercial Nafion de DuPont. Las membranas de intercambio catiónico especialmente adecuadas son las membranas sulfonadas de una sola capa no reforzadas, como las que se utilizan habitualmente en las aplicaciones de las pilas de combustible.
El electrolito utilizado en el proceso según la invención es preferentemente una solución alcalina acuosa y particularmente preferentemente una solución acuosa de hidróxido de sodio o de hidróxido de potasio. La concentración de estos álcalis es conveniente que esté en un intervalo de 8 a 45% en peso y particularmente preferente en un intervalo de 20 a 40% en peso.
Con respecto al caudal del electrolito en relación con el volumen de la celda a través de la media celda anódica o catódica, la presente invención no está sujeta a ninguna limitación significativa y será evidente para los expertos en la materia que el caudal también se basa en el tamaño de las medias celdas anódica o catódica. Por un lado, el caudal debe ser tan alto que no pueda formarse una diferencia de concentración significativa entre los electrolitos de las medias celdas catódica y anódica en el transcurso de la reacción de electrólisis, pero, por otro lado, las tasas de flujo elevados se asocian a un mayor gasto de energía en términos de potencia de la bomba, de modo que un caudal muy elevado perjudica la eficacia del proceso. Dentro del ámbito de la presente invención, se ha comprobado que un interval° de 1 a 6 Lelectrolito/h-L volumen de media celda y en particu|ar, de 2 a 4 Lelectrolito/h-L volumen de media celda son tasas de fluj° particularmente adecuadas en relación con el volumen de celda para el electrolito.
En lo que respecta a la temperatura, es cierto, por un lado, que una temperatura más alta da lugar a una mayor movilidad de los iones, por lo que una temperatura más alta tiene un efecto positivo en la eficiencia. Por otro lado, especialmente con electrolitos fuertemente alcalinos, la agresividad del electrolito hacia el material de la celda electrolítica y la presión de vapor del electrolito aumentan, lo que supone una mayor exigencia para los materiales utilizados en la construcción del electrolizador. Particularmente, la temperatura durante la realización del proceso de electrólisis está en un intervalo de 50 a 95°C, preferentemente un intervalo de 65 a 92°C, y especialmente preferentemente un intervalo de 70 a 90°C.
El proceso según la invención puede diseñarse además ventajosamente llevando a cabo la electrólisis a una presión superior a la atmosférica. Por ejemplo, la electrólisis puede llevarse a cabo a una presión comprendida entre 1 y 30 bar y, en particular, entre 5 y 20 bar. Una mayor presión tiene la ventaja de que los gases generados durante el proceso de electrólisis permanecen disueltos en el electrolito, mientras que a presión normal pueden liberarse como burbujas de gas que aumentan la resistencia de la solución electrolítica. Por otro lado, sin embargo, una mayor presión también conlleva mayores exigencias sistémicas sobre el material, por lo que, por consideraciones de coste, puede ser útil llevar a cabo el proceso a una presión no superior a 1 bar, preferentemente no superior a 500 mbar y particularmente preferente no superior a 250 bar sobre la presión atmosférica.
En el proceso según la invención, es conveniente además que la electrólisis se realice a una densidad de corriente en el intervalo de hasta 25 kA/m2 y hasta 15 kA/m2 A una densidad de corriente inferior a 3 kA/m2, la eficacia del proceso disminuye. Las densidades de corriente superiores a 25 kA/m2 suelen suponer unas exigencias tan elevadas para el material que resultan desfavorables desde el punto de vista económico.
En el proceso descrito anteriormente, se utilizan electrolizadores que tienen un primer depósito de líquido para el electrolito y un segundo depósito de líquido para el electrolito, separado del primer depósito de líquido, y en el que se introduce el electrolito procedente del separador de gas catódico y anódico. Si bien el proceso prevé convenientemente el uso de depósitos de líquido separados, éstos no son necesarios si el electrolito se introduce desde el separador de gas respectivo en la otra media celda respectiva sin desvíos a través de un depósito de líquido (es decir, desde el separador de gas catódico a la media celda anódica y viceversa). En consecuencia, otro aspecto de la presente invención se refiere a un proceso para la electrólisis alcalina de agua con un electrolito en un electrolizador que tiene al menos una celda electrolítica, un separador de gas catódico y un separador de gas anódico, la celda electrolítica que comprende una media celda anódica que tiene un ánodo, una media celda catódica que tiene un cátodo y un separador dispuesto entre la media celda anódica y la media celda catódica, en el que se aplica una corriente al electrolizador lleno del electrolito, para realizar la electrólisis, en la que el electrolito del separador catódico de gas se suministra exclusivamente a la media celda anódica y el anolito que drena de la media celda anódica se suministra al separador anódico de gas en el que el gas se separa del anolito, y en la que el electrolito del separador anódico de gas se suministra exclusivamente a la media celda catódica y el catolito que drena de la media celda catódica se suministra al separador catódico de gas en el que el gas se separa del catolito.
Para las realizaciones preferentes de este proceso, se hace referencia a lo anterior, que se aplica análogamente a este proceso.
Otro aspecto de la presente invención se refiere a un aparato para dividir electrolíticamente el agua en hidrógeno y oxígeno, que comprende una media celda anódica que tiene un ánodo, una media celda catódica que tiene un cátodo, y un separador dispuesto entre la media celda anódica y la media celda catódica, en el que la media celda anódica y la media celda catódica están cada una en comunicación fluida con un depósito de fluido separado de la media celda anódica y la media celda catódica, respectivamente, en la que la media celda anódica y la media celda catódica están cada una en comunicación de flujo con un separador de gas separado con respecto a la media celda anódica y la media celda catódica, respectivamente. En este dispositivo, el separador de gas de la media celda anódica está en comunicación de flujo con el depósito de líquido de la media celda catódica y no en comunicación de flujo con el depósito de líquido de la media celda anódica, mientras que el separador de gas de la media celda catódica está en comunicación de flujo con el primer depósito de líquido de la media celda anódica y no en comunicación de flujo con el primer depósito de líquido de la media celda catódica. Esto último lo distingue de un dispositivo para llevar a cabo un proceso de círculos divididos, ya que aquí los respectivos separadores de gas están en conexión de flujo con un depósito de líquido común desde el que se alimenta el electrolito tanto a la media celda anódica como a la catódica.
En el contexto de este dispositivo según la invención, los materiales indicados anteriormente para el proceso según la invención son particularmente adecuados como separadores.
En el dispositivo según la invención, el electrolito se introduce de forma expeditiva en la media celda respectiva de la celda con la ayuda de dispositivos de alimentación y descarga adecuados. Esto puede hacerse con la ayuda de una bomba, por ejemplo.
El dispositivo según la invención, en particular en la zona de la celda electrolítica, está convenientemente hecho de un material que no es atacado por el electrolito o que sólo es atacado en muy pequeña medida. Este material es, por ejemplo, el níquel, pero también el PPS y, dependiendo de la concentración de álcali en el electrolito, también los aceros inoxidables aleados con níquel.
El dispositivo según la invención está además ventajosamente diseñado si el ánodo está hecho de un material que contiene níquel. Los materiales adecuados que contienen níquel son, por ejemplo, las aleaciones Ni/Al o Ni/Co/Fe o el níquel recubierto con óxidos metálicos como los de tipo perovskita o espinela. Los óxidos metálicos especialmente adecuados en este contexto son las perovskitas de lantano y las espinelas de cobalto. Un material anódico especialmente adecuado es el Ni/Al recubierto de Co3O4. En este contexto, sólo se denomina ánodo al componente de la electrólisis que está en contacto directo con el líquido electrolítico.
Además, o independientemente de ello, puede ser preferente que el cátodo esté hecho de un material que contenga níquel. Los materiales adecuados que contienen níquel para el cátodo son las aleaciones Ni-Co-Zn, Ni-Mo o Ni/Al/Mo o el níquel Raney (Ni/Al). Además, el cátodo también puede estar hecho de níquel Raney, donde se ha extraído parte o la mayor parte del aluminio para generar una superficie porosa. Además, puede utilizarse un cátodo que esté compuesto esencialmente por níquel (es decir, al menos un 80 % en peso, preferentemente al menos un 90 % en peso) y que tenga un revestimiento de Pt/C (platino sobre carbono).
Además, puede ser preferente que el ánodo y/o el cátodo tengan la forma de un electrodo de malla metálica o de una lámina metálica expandida o estampada, siendo preferente que al menos el ánodo tenga dicha forma. En este caso, el ánodo también puede estar provisto de un revestimiento catalítico. Si se utiliza una membrana de intercambio catiónico como separador, el ánodo se coloca convenientemente en contacto directo con la membrana.
El ánodo también puede estar en contacto con la pared de la media celda anódica a través de un colector de corriente, que puede ser una estructura metálica porosa como una espuma de níquel o acero o una malla de alambre. Del mismo modo, el cátodo también puede estar en contacto con la pared de la media celda catódica a través de un colector de corriente, que también puede estar hecho de una estructura metálica porosa, como una espuma de níquel o acero o una malla de alambre.
Una celda electrolítica particularmente útil para ser incluida en el proceso o aparato según la invención se describe, por ejemplo, en el documento WO 2015/007716 A1.
Incluso para el dispositivo descrito anteriormente, no se requiere necesariamente que tenga depósitos de líquido conectados aguas arriba de la media celda anódica y catódica en la dirección del flujo. Estos depósitos de líquido pueden ser prescindibles siempre que se garantice que el electrolito que drena del separador de gas catódico se suministra exclusivamente a la media celda anódica y el electrolito que drena del separador de gas anódico se suministra exclusivamente a la media celda catódica. En otra realización, la presente invención también se refiere a un dispositivo para la división electrolítica del agua en hidrógeno y oxígeno, que comprende una media celda anódica que tiene un ánodo, una media celda catódica que tiene un cátodo, y un separador dispuesto entre la media celda anódica y la media celda catódica, estando la media celda anódica y la media celda catódica en conexión de flujo con un separador de gas que está separado con respecto a la media celda anódica y la media celda catódica, respectivamente. En este dispositivo, el separador de gas de la media celda anódica está en comunicación de flujo con la media celda catódica y no en comunicación de flujo con la media celda anódica, mientras que el separador de gas de la media celda catódica está en comunicación de flujo con la media celda anódica y no en comunicación de flujo con la media celda catódica.
Como se ha mencionado anteriormente, en el proceso de electrólisis se elimina agua del electrolito, lo que, para evitar un aumento de la concentración del electrolito, debe compensarse convenientemente en el curso del proceso de electrólisis añadiendo agua al proceso de electrólisis. Para ello, el dispositivo según la invención tiene preferentemente una línea de suministro de agua en el circuito electrolítico. En principio, el agua puede añadirse en cualquier punto del circuito electrolítico, como por ejemplo en la región de los depósitos de líquido de la media celda catódica y/o anódica, los separadores de gas de la media celda catódica y/o anódica y/o la media celda catódica y/o anódica, o en las líneas que conectan estos componentes del dispositivo según la invención. Sin embargo, es preferente que el agua no se añada en la media celda catódica y/o anódica, ya que existe el riesgo de que se forme allí una concentración de electrolito no homogénea, lo que puede perjudicar la eficacia del proceso.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 describe un proceso del estado de la técnica en el que las corrientes electrolíticas para la media celda anódica y catódica se realizan como ciclos separados. La celda electrolítica 1 está formada por una media celda anódica 2 y una media celda catódica 3, que están separadas entre sí por un separador 4. Tanto la media celda anódica como la media celda catódica tienen cada una de ellas un separador de gas 5 y 6 a continuación de la media celda catódica y anódica, respectivamente, en la dirección del flujo. En el separador de gas, el gas generado en las medias celdas anódicas y catódicas se separa del líquido, que pasa a depósitos de líquido separados 7 y 8, respectivamente, desde los que el electrolito se devuelve a la media celda anódica 2 y a la media celda catódica 3.
La figura 2 describe el proceso conocido en el arte previo como proceso de círculo dividido. Esto se lleva a cabo de forma análoga al procedimiento con ciclos de electrolito separados, con la excepción de que en lugar de dos depósitos de líquido separados 7 y 8, hay un depósito de líquido común 9 en el que se introducen las corrientes de electrolito descargadas desde los respectivos separadores de gas 5 y 6 y desde el que se introducen por separado en la media celda anódica y catódica.
La figura 3 describe un proceso según la presente invención que difiere del proceso con ciclos de electrolito separados en que el flujo de electrolito obtenido del separador de gas de la media celda anódica 5 se introduce exclusivamente en el depósito de líquido de la media celda catódica 8, mientras que el flujo de electrolito del separador de gas de la media celda catódica 6 se introduce exclusivamente en el depósito de líquido de la media celda anódica 7.
Es evidente para el experto que una variedad de celdas como las descritas anteriormente pueden ser utilizadas como elementos modulares de un electrolizador. Por ejemplo, se puede obtener un electrolizador en el que puede haber un conjunto de múltiples celdas conectadas eléctricamente en serie.
A continuación, la presente invención se ilustrará con más detalle mediante algunos ejemplos, que, sin embargo, no deben entenderse como una limitación del ámbito de protección de la presente solicitud.
Ejemplo 1
Se comparó un dispositivo de electrólisis de la técnica anterior en el que el electrolito pasa a través de las medias celdas catódica y anódica de la celda electrolítica en ciclos separados con un control de proceso correspondiente según la presente invención. Para ello, los respectivos dispositivos de electrólisis se llenaron con electrolitos de diferentes concentraciones de NaOH. Como celda electrolítica se utilizó una celda con una superficie de 120 cm2 La electrólisis se llevó a cabo a temperaturas de 80°C en cada caso.
Después de que el proceso se ejecutara durante algún tiempo (30 min) a una densidad de corriente de 6 kA/m2, se determinó la concentración de hidróxido de sodio en las medias celdas anódica y catódica y la tensión. Los resultados se muestran en el cuadro 1.
Tabla 1
Figure imgf000006_0001
Ejemplo 2
En otro experimento, se comparó un control de proceso según la invención con un control de proceso en el que el electrolito descargado desde el separador de gas de la media celda anódica y catódica se introducía en un depósito de líquido común (proceso de círculos divididos). Estas mediciones también se realizaron a una temperatura de 80°C y una densidad de corriente de 6 kA/m2. En este experimento, se determinó la evolución de la concentración de NaOH en el electrolito a lo largo del tiempo. Los resultados de estas investigaciones se muestran en la figura 4.
Las pruebas mostraron que podía observarse una diferencia significativa en la concentración de NaOH entre las medias celdas anódicas y catódicas después de unos 30 minutos cuando el proceso se llevaba a cabo según el proceso de círculos divididos (Figura 2) (la concentración era de aproximadamente 30,5 % en peso en el lado del ánodo (1 en la Figura 4) y de aproximadamente 32,7 % en peso en el lado del cátodo(2 en la Figura 4) con una concentración inicial de 31,3 % en peso de NaOH en ambos lados). Por el contrario, la concentración de NaOH sólo aumentó ligeramente de aproximadamente 31,3 a 31,4 % en peso en el lado del ánodo (3 en la figura 4) y de 31,4 a aproximadamente 31,5 % en peso en el lado del cátodo (4 en la figura 4) cuando el proceso se llevó a cabo según la invención.
Por consiguiente, se ha demostrado que se puede establecer una concentración de hidróxido de sodio sustancialmente constante en el tiempo con un control del proceso según la invención, lo que no es posible ni con un control del proceso con ciclos separados ni con un control del proceso en el que los electrolitos se mezclan entre sí en un depósito común mientras tanto. Esto da lugar a tensiones notablemente menores.
Lista de signos de referencia
1 Electrolizador
Media celda anódica
Media celda catódica
Separador
Separador de gas de la media celda anódica
Separador de gas de la media celda catódica
Depósito de líquido de la media celda anódica
Depósito de líquido de la media celda catódica
Depósito de líquido común para la media celda anódica y catódica

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso para la electrólisis alcalina de agua con un electrolito en un electrolizador (1) que comprende al menos una celda electrolítica, un separador de gas catódico (6), un separador de gas anódico (5), un primer depósito de líquido (7) para el electrolito y un segundo depósito de líquido (8) para el electrolito, separado del primer depósito de líquido,
en el que la celda electrolítica comprende una media celda anódica (2) que tiene un ánodo, una media celda catódica (3) que tiene un cátodo, y un separador (4) dispuesto entre la media celda anódica (2) y la media celda catódica (3), en la que se aplica una corriente al electrolizador (1) lleno de electrolito para realizar la electrólisis,
en el que el electrolito del primer depósito de líquido (7) se suministra a la media celda anódica (2) y el anolito que fluye de la media celda anódica (2) se suministra al separador de gas anódico (5) en el que el gas se separa del anolito, y
en el que el electrolito del segundo depósito de líquido (8) se suministra a la media celda catódica (3) y el catolito que fluye de la media celda catódica (3) se suministra al separador catódico de gas (6) en el que el gas se separa del catolito,
caracterizado en que
el anolito despojado de gas del separador de gas anódico (5) se devuelve al segundo depósito de líquido (8) y el catolito despojado de gas se devuelve desde el separador de gas catódico (6) al primer depósito de líquido (7).
2. El proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el electrolito comprende una solución acuosa de hidróxido de sodio o de hidróxido de potasio.
3. El proceso según la reivindicación 2, caracterizado porque la solución acuosa de hidróxido de sodio o de hidróxido de potasio se utiliza en una concentración en el intervalo de 8% a 45% en peso, preferentemente de 10% a 40% en peso.
4. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque un caudal de electrolito en relación con el volumen de la celda se establece en el electrolizador (1) en el intervalo de 1 a 6 Lelectrolito/h-L volumen de media celda, preferentemente de 2 a 4 Lelectrolito/h-L volumen de media celda.
5. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la electrólisis se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de 50 a 95 °C, preferentemente de 65 a 92 °C y particularmente preferentemente de 70 a 90 °C.
6. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la electrólisis se lleva a cabo a una presión en el intervalo de hasta 30 bar, preferentemente hasta 5 bar.
7. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la electrólisis se lleva a cabo a una densidad de corriente en el intervalo de hasta 25 kA/m2, preferentemente hasta 15 kA/m2.
8. Un dispositivo para la división electrolítica del agua en hidrógeno y oxígeno, que comprende una media celda anódica (2) con un ánodo, una media celda catódica (3) con un cátodo y un separador (4) dispuesto entre la media celda anódica (2) y la media celda catódica (3),
en el que la media celda anódica (2) y la media celda catódica (3) están cada una en conexión de flujo con un depósito de líquido (7, 8) que está separado de la media celda anódica (2) o de la media celda catódica (3), y en el que la media celda anódica (2) y la media celda catódica (3) están cada una en conexión de flujo con un separador de gas (5, 6) que está separado de la media celda anódica (2) o de la media celda catódica (3),
caracterizado porque el separador de gas (5) de la media celda anódica (2) está en comunicación de flujo con el depósito de líquido (8) de la media celda catódica y no en comunicación de flujo con el depósito de líquido (7) de la media celda anódica, y porque el separador de gas de la media celda catódica (6) está en comunicación de flujo con el primer depósito de líquido (7) de la media celda anódica y no en comunicación de flujo con el primer depósito de líquido (8) de la media celda catódica.
9. El dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el separador (4) comprende una membrana semipermeable o una membrana de sulfona perfluorada.
10. El dispositivo según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque el ánodo está formado por un material que contiene níquel, preferentemente níquel.
11. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el cátodo está hecho de un material que contiene níquel, preferentemente níquel.
12. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque el ánodo y/o el cátodo están presentes como electrodo de gasa en forma de metal expandido o chapa estampada.
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