JP2016204698A - Electrolysis system, and electrolysis method using electrolysis system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水溶液からなる電解液及び又は純水を電気分解して陰極より水素ガスを発生させる電解システム及び電解システムを使用した電解方法に関するものである。
本発明は、特に、固体高分子型(以下「SPE型」という。)水電解槽、アルカリ水電解槽又は食塩電解槽、その他ハロゲン化物電解槽を用い、アルカリ水溶液又はハロゲン化アルカリ水溶液からなる電解液又は純水を電気分解して陰極より水素ガスを発生させる電解システム及び電解システムを使用する電解方法に関するものである。
The present invention relates to an electrolytic system that electrolyzes an electrolytic solution composed of an aqueous solution and / or pure water to generate hydrogen gas from a cathode, and an electrolysis method using the electrolytic system.
In particular, the present invention uses a solid polymer type (hereinafter referred to as “SPE type”) water electrolysis tank, an alkaline water electrolysis tank or a salt electrolysis tank, and other halide electrolysis tanks, and electrolysis comprising an alkaline aqueous solution or an alkaline halide aqueous solution. The present invention relates to an electrolysis system that electrolyzes liquid or pure water to generate hydrogen gas from a cathode, and an electrolysis method using the electrolysis system.
水素は、貯蔵、輸送に適し、環境負荷が小さい二次エネルギーであるため、水素をエネルギーキャリアに用いた水素エネルギーシステムに関心が集まっている。現在、水素は主に化石燃料の水蒸気改質などにより製造されているが、地球温暖化や化石燃料枯渇問題の観点から、再生可能エネルギーを動力源に用いた水素製造の為の電解システムの重要性が増してきている。
この電解システムとしては、SPE型水電解槽を用いた電解システム、アルカリ水電解型電解槽を用いた電解システム及び食塩電解槽などのハロゲン化物電解槽を用いた電解システム等がある。
Since hydrogen is a secondary energy that is suitable for storage and transportation and has a small environmental load, there is an interest in a hydrogen energy system using hydrogen as an energy carrier. At present, hydrogen is mainly produced by steam reforming of fossil fuels. From the viewpoint of global warming and fossil fuel depletion, the importance of electrolysis systems for hydrogen production using renewable energy as a power source is important. Sex is increasing.
Examples of the electrolysis system include an electrolysis system using an SPE type water electrolysis tank, an electrolysis system using an alkaline water electrolysis tank, and an electrolysis system using a halide electrolysis tank such as a salt electrolysis tank.
SPE型水電解槽を用いた電解システムにおいては、通常、純水を分解して水素(及び酸素)を発生させるため、固体高分子電解質膜を用いたSPE型水電解槽が用いられている。該SPE型水電解槽は、SPEの両面には、陽極触媒層及び陰極触媒層が設けられて膜電極接合体が構成されるとともに、前記膜電極接合体の両側には、給電体を配設して単位セルが構成されている(特許文献1)。
そこで、複数の単位セルが積層された電解スタックには、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側の給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン(プロトン)が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴って電解スタックから排出される。SPE水電解には、次のような利点が期待できる。
In an electrolysis system using an SPE type water electrolyzer, an SPE type water electrolyzer using a solid polymer electrolyte membrane is usually used in order to decompose pure water and generate hydrogen (and oxygen). In the SPE type water electrolyzer, an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer are provided on both sides of the SPE to form a membrane electrode assembly, and a power feeder is provided on both sides of the membrane electrode assembly. Thus, a unit cell is configured (Patent Document 1).
Therefore, in the electrolytic stack in which a plurality of unit cells are stacked, voltage is applied to both ends in the stacking direction, and water is supplied to the anode-side power feeding body. For this reason, water is decomposed and hydrogen ions (protons) are generated on the anode side of the electrolyte membrane / electrode structure, and the hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode side to bond with electrons. Thus, hydrogen is produced. On the other hand, on the anode side, oxygen generated together with hydrogen is discharged from the electrolytic stack together with excess water. The following advantages can be expected from SPE water electrolysis.
1)純水を直接分解できる。つまり、アルカリ水溶液電解法では欠かすことのできない電解質の溶解、中和及び電解質の除去が不要で、試料水の滅容倍率が原理的に無制限である。
2)膜に直接接触する面はプロトン(H+)の移動であり、気泡によって電極全面がおおわれることがないので大電流で電解でき、電解時間を短縮できる。
3)水素ガスと酸素ガスがSPE膜の両側に分離されて発生する。一般にSPE型水電解では、プロトン(H+)を透過するカチオン交換膜が利用される。従い、陽極、陰極から発生するガスの分離はイオン交換膜による分離で、ガスの純度は、イオン交換膜に対するガス拡散係数に依存する。イオン交換膜は隔膜と異なり膜に機械的な細孔が貫通しているというわけではなく、更に膜面は電極触媒でコーティングが施される。従い、ガスの拡散は抑えられる為比較的高純度のガスが得られるので、ガスの処理が容易である。
然るに、SPE水電解により水素を製造する場合、小規模水素の製造には適用できても大規模処理には適していない。利用される電解液が純水であるため、電解液に電流が流れないため構成要素の固体高分子膜を20〜30Kg/cm2相当の面圧で陽極、陰極で強くかしめる必要がある。従って、電解槽の各部材が高強度であることが求められ、1m2以上の大型反応面積を確保することは経済性や操作性を考慮すると現実的ではなく、大容量の原料水の水素の製造法には、適していない。
一方、大規模な水素製造を水電解で行う場合、貴金属やダイヤモンド電極等を用いるSPE型水電解よりも、ニッケル等の鉄軽金属などの安価な材料を用いるアルカリ水電解が適しているといわれている。
1) Pure water can be decomposed directly. That is, dissolution, neutralization, and removal of the electrolyte, which are indispensable in the alkaline aqueous solution electrolysis method, are unnecessary, and the capacity of the sample water is unlimited in principle.
2) The surface in direct contact with the membrane is the movement of protons (H + ), and the entire surface of the electrode is not covered by bubbles, so that electrolysis can be performed with a large current and the electrolysis time can be shortened.
3) Hydrogen gas and oxygen gas are generated separately on both sides of the SPE film. In general, in SPE-type water electrolysis, a cation exchange membrane that transmits protons (H + ) is used. Therefore, separation of the gas generated from the anode and the cathode is performed by an ion exchange membrane, and the purity of the gas depends on the gas diffusion coefficient with respect to the ion exchange membrane. Unlike the diaphragm, the ion exchange membrane does not have mechanical pores penetrating the membrane, and the membrane surface is coated with an electrode catalyst. Accordingly, since gas diffusion is suppressed, a relatively high purity gas can be obtained, so that the gas can be easily processed.
However, when hydrogen is produced by SPE water electrolysis, although it can be applied to the production of small-scale hydrogen, it is not suitable for large-scale treatment. Since the electrolytic solution used is pure water, current does not flow through the electrolytic solution. Therefore, it is necessary to strongly squeeze the solid polymer film as a component with an anode and a cathode at a surface pressure corresponding to 20 to 30 kg / cm 2 . Therefore, each member of the electrolytic cell is required to have high strength, and it is not practical to secure a large reaction area of 1 m 2 or more in view of economy and operability. Not suitable for manufacturing methods.
On the other hand, when large-scale hydrogen production is carried out by water electrolysis, it is said that alkaline water electrolysis using cheap materials such as iron light metals such as nickel is more suitable than SPE type water electrolysis using noble metals and diamond electrodes. Yes.
アルカリ水電解槽を用いた電解システムにおいては、アルカリ水電解用酸素発生陽極として、高濃度アルカリ水溶液中で安定なニッケル系材料が使用され、安定な動力源を用いたアルカリ水電解ではNi系電極は十年以上の寿命を持つことが報告されている。両極における電極反応は以下のとおりである。
陽極反応:2OH- → H2O + 1/2 O2 + 2e- (1)
陰極反応:2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (2)
高濃度アルカリ水溶液は、温度が高くなるほど電導度が高くなるが、腐食性も高くなるので、操業温度の上限は80〜90℃程度に抑制されている。高温、高濃度アルカリ水溶液に耐える電解槽構成材料や各種配管材料の開発、低抵抗隔膜、および表面積を拡大し触媒を付与した電極の開発により、電解性能は、電流密度0.3〜0.4A/cm2において1.7〜1.9V(電解効率78〜87%)程度まで向上している。
しかし、再生可能エネルギーを動力源では、激しい起動停止や、負荷変動などの過酷な条件によるNi陽極性能の劣化が問題とされている。この理由として、そもそもニッケルは、アルカリ水溶液中では2価の水酸化物として安定であり、また、ニッケル金属の酸化反応が酸素発生反応電位付近で進行することが熱力学的に知られており、以下のようなニッケル酸化物の生成反応が進行すると推定される。
In an electrolysis system using an alkaline water electrolysis tank, a nickel-based material that is stable in a high-concentration alkaline aqueous solution is used as an oxygen generating anode for alkaline water electrolysis, and a nickel-based electrode is used in alkaline water electrolysis using a stable power source. Has been reported to have a lifetime of over ten years. The electrode reactions at both electrodes are as follows.
Anodic reaction: 2OH − → H 2 O + 1/2 O 2 + 2e − (1)
Cathodic reaction: 2H 2 O + 2e − → H 2 + 2OH − (2)
The higher the concentration of the aqueous alkali solution, the higher the temperature, the higher the conductivity, but the higher the corrosivity, the higher the operating temperature is suppressed to about 80-90 ° C. Through the development of electrolytic cell constituent materials and various piping materials that can withstand high temperature and high concentration alkaline aqueous solution, the development of low resistance diaphragms, and electrodes with an enlarged surface area to provide a catalyst, the electrolysis performance has a current density of 0.3 to 0.4 A. / Cm 2 , it is improved to about 1.7 to 1.9 V (electrolysis efficiency 78 to 87%).
However, in the case of using renewable energy as a power source, deterioration of Ni anode performance due to severe start / stop and severe conditions such as load fluctuations is a problem. The reason for this is that nickel is stable as a divalent hydroxide in an alkaline aqueous solution, and it is thermodynamically known that the oxidation reaction of nickel metal proceeds near the oxygen generation reaction potential. It is presumed that the following nickel oxide formation reaction proceeds.
Ni + 2OH- → Ni(OH)2+2e- (3)
電位の増加に従って、3価、4価へと酸化される。反応式として、
Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e- (4)
NiOOH + OH- → NiO2 + H2O + e- (5)
Ni + 2OH − → Ni (OH) 2 + 2e − (3)
Oxidized to trivalent and tetravalent as the potential increases. As a reaction formula:
Ni (OH) 2 + OH − → NiOOH + H 2 O + e − (4)
NiOOH + OH - → NiO 2 + H 2 O + e - (5)
ニッケル酸化物生成反応およびその還元反応は金属表面にて進行するため、その上に形成した電極触媒の脱離を促進する。電解を行うための電力が供給されなくなると、電解が停止し、ニッケル陽極は酸素発生電位(1.23V vs. RHE)より低い電極電位に維持される。対極である水素発生陰極(0.00V vs. RHE)より高い電位に維持され、セル内にはこれらの化学種による起電力が発生している。陽極電位は電池反応が進行することで低い電位に維持され、すなわち、(3)、(4)、(5)式に従い酸化物の還元反応が促進される。このような電池反応は、大きいセルを組み立てた場合、共通する配管を介してリークするため、このような電流の防止技術は常に留意すべき事項である。その1つとして、停止時に微小な電流を流し続ける対策があるが、そのためには特別な電源制御が必要となり、また、酸素、水素を常に発生させることになるため、管理上手間である。逆電流状態を意図的に避けるために、停止直後に液を抜くことでこのような電池反応を防止することは可能であるが、再生エネルギーのような出力変動の大きい電力での稼動を想定した場合、適切な処置とはいえない。
ニッケル系電池ではこのような酸化物、水酸化物を活物質として利用しているが、アルカリ水電解では、このようなニッケル材料の活性を抑制することが好ましい。
Since the nickel oxide formation reaction and the reduction reaction proceed on the metal surface, the detachment of the electrode catalyst formed thereon is promoted. When power for electrolysis is not supplied, electrolysis is stopped and the nickel anode is maintained at an electrode potential lower than the oxygen generation potential (1.23 V vs. RHE). It is maintained at a higher potential than the hydrogen generating cathode (0.00 V vs. RHE) as the counter electrode, and electromotive force is generated by these chemical species in the cell. The anode potential is maintained at a low potential as the battery reaction proceeds, that is, the oxide reduction reaction is promoted according to the formulas (3), (4), and (5). Since such a battery reaction leaks through a common pipe when a large cell is assembled, such a current prevention technique is always a matter to be noted. As one of the measures, there is a measure to keep a minute current flowing at the time of stoppage. However, for that purpose, special power supply control is required, and oxygen and hydrogen are always generated. In order to avoid the reverse current state intentionally, it is possible to prevent such a battery reaction by draining the liquid immediately after the stop, but it is assumed that it is operated with electric power with large output fluctuations such as regenerative energy. In some cases, it is not an appropriate treatment.
Although nickel-based batteries use such oxides and hydroxides as active materials, it is preferable to suppress the activity of such nickel materials in alkaline water electrolysis.
従来、アルカリ水電解に使用される酸素発生用陽極の触媒層として、白金族金属、白金族金属酸化物、バルブ金属酸化物、鉄族酸化物、ランタニド族金属酸化物のうち、少なくとも1つ以上の成分などが利用されている。その他の陽極触媒としては、Ni−Co、Ni−Feなどニッケルをベースにした合金系、表面積を拡大したニッケル、ラネーニッケル、セラミック材料としてスピネル系のCo3O4、NiCo2O4、ペロブスカイト系のLaCoO3、LaNiO3などの導電性酸化物、貴金属酸化物、ランタニド族金属と貴金属からなる酸化物も知られている。
アルカリ水電解に使用される酸素発生用陽極としては、ニッケル自体は耐性がある為、実機には活用されているが、酸素発生過電圧は350mV程度で比較的高い。その為、酸素過電圧が小さい活性陽極コーティングが求められる。例えば、硫黄を含んだニッケルめっき電極は水電解用陽極として利用されている。
Conventionally, as a catalyst layer of an anode for oxygen generation used in alkaline water electrolysis, at least one of platinum group metal, platinum group metal oxide, valve metal oxide, iron group oxide, and lanthanide group metal oxide Ingredients are used. Other anode catalysts include nickel-based alloys such as Ni—Co and Ni—Fe, nickel, Raney nickel with an increased surface area, and spinel-based Co 3 O 4 , NiCo 2 O 4 , and perovskite-based ceramic materials. Also known are conductive oxides such as LaCoO 3 and LaNiO 3 , noble metal oxides, and oxides composed of lanthanide group metals and noble metals.
As an anode for oxygen generation used for alkaline water electrolysis, nickel itself is resistant and is used in actual machines, but the oxygen generation overvoltage is relatively high at about 350 mV. Therefore, an active anode coating with a small oxygen overvoltage is required. For example, a nickel plating electrode containing sulfur is used as an anode for water electrolysis.
また、高濃度アルカリ水溶液を使用するアルカリ水電解に使用する酸素発生用陽極として、予めニッケル基体表面に、リチウム含有ニッケル酸化物層を形成した陽極が知られている(特許文献2)。 Further, as an oxygen generating anode used for alkaline water electrolysis using a high concentration aqueous alkali solution, an anode in which a lithium-containing nickel oxide layer is previously formed on the surface of a nickel substrate is known (Patent Document 2).
食塩電解槽などのハロゲン化物電解槽を用いた電解システムにおいては、アルカリ水溶液での水素発生陰極が逆電流条件下において、酸化反応によりニッケル基体が劣化することを防止するために、貴金属、貴金属酸化物よりなる陰極触媒とニッケル基体の間にニッケル酸化物を主成分とする中間層を形成することが開示されているが(特許文献3)、特許文献3においては、ニッケル酸化物を主成分とする中間層を形成するため、基体を350℃〜550℃という比較的低温で焼成しており、このような中間層は、触媒層の安定化のための中間層であり、電極の触媒層として使用することはできないとともに、まして、高濃度アルカリ水溶液を使用するアルカリ水電解に使用する酸素発生用陽極、特に出力変動の激しい電力下での効果については、電極の触媒層としてどのような作用効果をもたらすか到底想像することができない。 In an electrolysis system using a halide electrolyzer such as a salt electrolyzer, a noble metal or noble metal oxide is used to prevent the nickel substrate from deteriorating due to an oxidation reaction under a reverse current condition in a hydrogen generating cathode in an alkaline aqueous solution. It is disclosed that an intermediate layer mainly composed of nickel oxide is formed between a negative electrode catalyst made of a product and a nickel base (Patent Document 3). In order to form an intermediate layer, the substrate is fired at a relatively low temperature of 350 ° C. to 550 ° C., and such an intermediate layer is an intermediate layer for stabilizing the catalyst layer, and serves as a catalyst layer of the electrode. In addition, it cannot be used, and moreover, it can be used for oxygen generation anodes used for alkaline water electrolysis using high-concentration alkaline aqueous solution, particularly for the effect under power fluctuations. Te can not possibly imagine or bring what action and effect as a catalyst layer of the electrode.
従来の電解システムにおいては、何れの型の電解槽を使用する場合においても、次のような問題点を有している。
(1)電解により大量の水を処理し、大量の水素を製造する場合、連続運転を行う必要があるが、連続運転を停止した時、次の2つの危険がある。
イ.爆発を起こす恐れ
ロ.電極及び電解槽の腐食を起こす恐れ
爆発は、防食整流器で通電して、電極の腐食を防止する処置をしているときに、水素の爆発限界に至り爆発を起こすものである。
これは、通常の電解であれば大過剰のガスが電極で発生しているために、膜を介してクロスオーバーしてくるガス拡散による水素の透過量が相対的に少なく無視できるが、微弱電流での運転時こそ、クロスオーバーするガス拡散の水素ガス量が無視できず適切な系内ガスパージや置換を施さないと水素ガスの爆発領域に至るためである。
然るに、運転停止時に電解槽内の液を排出することが必要な場合が多々生じるが、従来方法においては、ポンプで電解槽内(セル内)の電解液を排出しなければならず、プロセス設計が困難であって、コンパクトなシステムを構築できないのが現状であった。
電解槽内の電解液が、自然に排出できず、電解槽の内部で電解液が部分的に保留される状況が作られと、その液溜まりの箇所に電極が浸る形となり、そこでは、電極に各種貴金属コーティングを施したものは、ガルバニック電池反応による局部電池反応が起こりNi基材の腐食が起こることになる。実際の腐食反応は、反応速度に依存しその腐食状況は色々なケースがある。
(2)水素を大量に製造しようとした場合、電解システムが大がかりとなり、設備が大きくなり、限られたスペース、例えば、コンテナ、パッケージユニット又はスキッドマウント内に収納することができず、平常時においても電解システムの設置が困難であった。
(3)水素は、貯蔵、輸送に適し、環境負荷が小さい二次エネルギーであるが、電解システムをコンパクトに設計し、運転する現地のスペースに合わせ容易に設置できるコンセプトを導入することが水素社会実現に向けての課題の一つでもある。水素製造装置として大規模プラント、中小規模プラントとそれぞれ別個のプラント設計が要求されるが、特に小規模のプラントでは、装置システムの輸送性も重要になる。緊急時のエネルギー供給システムとして容易にシステム一式を搬送することも考慮する必要がある。
The conventional electrolysis system has the following problems regardless of which type of electrolytic cell is used.
(1) When a large amount of water is treated by electrolysis to produce a large amount of hydrogen, it is necessary to perform continuous operation. However, when the continuous operation is stopped, there are the following two dangers.
A. B) Risk of explosion. Risk of Corrosion of Electrode and Electrolyzer Explosion is the one that reaches the explosion limit of hydrogen and causes an explosion when the anticorrosion rectifier is energized to prevent the corrosion of the electrode.
This is because, in normal electrolysis, a large excess of gas is generated at the electrode, so the amount of hydrogen permeated by gas diffusion that crosses over the membrane is relatively small and can be ignored. This is because the amount of hydrogen gas in the crossover gas diffusion is not negligible during operation at, so that unless an appropriate system gas purge or replacement is performed, the hydrogen gas explosion region is reached.
However, there are many cases in which it is necessary to discharge the liquid in the electrolytic cell when the operation is stopped. However, in the conventional method, the electrolytic solution in the electrolytic cell (in the cell) must be discharged by a pump. However, it was difficult to build a compact system.
When the electrolyte solution in the electrolytic cell cannot be discharged naturally and the electrolyte solution is partially retained inside the electrolytic cell, the electrode is immersed in the liquid reservoir. When various precious metal coatings are applied, a local battery reaction due to a galvanic battery reaction occurs and corrosion of the Ni base material occurs. The actual corrosion reaction depends on the reaction rate, and there are various cases of the corrosion situation.
(2) When a large amount of hydrogen is to be produced, the electrolysis system becomes large, equipment becomes large, and it cannot be stored in a limited space, such as a container, package unit or skid mount. However, it was difficult to install an electrolysis system.
(3) Hydrogen is a secondary energy that is suitable for storage and transportation and has a low environmental impact. However, it is a hydrogen society to design a compact electrolysis system and introduce a concept that can be easily installed according to the local space to be operated. It is also one of the challenges toward realization. As a hydrogen production apparatus, separate large-scale plants and small-scale plants are required to be designed separately. In particular, in a small-scale plant, the transportability of the system is also important. It is also necessary to consider transporting a complete system as an emergency energy supply system.
本発明は、上記のような問題点を解消し、電解システムに使用する電解槽の運転停止時において、電解槽の底部に液溜まりができることを可能な限り無くし、自然排出により、電解槽内の電解液、電解生成物、水等をすべて排出できるプロセス設計をおこなうことができ、電極、電解槽の腐食を防止し、且つコンパクトな構造とし、平常時及び災害時の何れの場合においても、狭い空間に設置することができるとともに、容易に運搬、移動することができる運搬、移動可能な又は定置式でも省スペースの電解システムを提供することを目的とする。 The present invention eliminates the above-mentioned problems, eliminates as much as possible that a liquid pool can be formed at the bottom of the electrolytic cell when the electrolytic cell used in the electrolytic system is stopped, and naturally discharges the electrolytic cell. Process design that can discharge all electrolytes, electrolytic products, water, etc. can be performed, corrosion of electrodes and electrolytic cells is prevented, and the structure is compact, so that it is narrow in both cases during normal times and disasters. An object of the present invention is to provide a space-saving electrolytic system that can be installed in a space and can be easily transported, moved, transported, or stationary.
本発明における第1の解決手段は、上記の目的を達成するため、陽極を収容する陽極室と、陰極を収容する陰極室と、前記陽極室と前記陰極室とを区画する隔膜とよりなる電解ユニットを複数重ねた電解槽により、水溶液からなる電解液及び又は純水を電気分解して前記陰極より水素ガスを発生させる電解システムにおいて、
前記電解システムの上段に収納された前記電解槽と、
前記電解液及び又は純水を前記陽極室及び前記陰極室に循環するため、前記電解システムの下段に収納された循環タンクと、
前記電解液及び又は水を循環、駆動する駆動機器と、
前記循環タンク内に電解液及び又は水を供給する供給タンクと、
前記電解槽の下部又は前記電解槽の下方に接続された供給マニホールドと、
前記電解槽の前記陽極室及び前記陰極室の底部に設けた供給ノズルと、
該供給ノズルと前記供給マニホールド間に接続された供給チューブと、
前記電解槽の上部に接続された排出マニホールドと、
前記電解槽の前記陽極室及び前記陰極室の上部に設けた排出ノズルと、
該排出ノズルと前記排出マニホールド間に接続された排出チューブと、
前記排出マニホールドに接続した陽極側気液分離装置及び陰極側気液分離装置と、
前記陽極側気液分離装置及び陰極側気液分離装置により前記電解液及び又は水と生成ガスとに気液分離し、気液分離した前記生成ガスを排出するガス排出ラインと、
前記陽極側気液分離装置及び陰極側気液分離装置により分離した前記電解液及び又は水を前記循環タンクに循環する循環ラインとよりなり、
前記陰極より水素ガスを発生させるとともに、気液分離した前記電解液及び又は水を前記循環ラインにより循環タンクに循環しながら電解を継続するとともに、電解運転停止時又は終了時に前記電解槽内の全ての電解液及び又は水を、前記供給ノズルより前記供給チューブ、前記供給マニホールドを介して前記循環タンク内に自重により回収するすることを特徴とする電解システムを提供することにある。
In order to achieve the above object, the first solving means of the present invention is an electrolysis comprising an anode chamber for accommodating an anode, a cathode chamber for accommodating a cathode, and a diaphragm partitioning the anode chamber and the cathode chamber. In an electrolytic system that generates hydrogen gas from the cathode by electrolyzing an electrolytic solution consisting of an aqueous solution and / or pure water by an electrolytic cell in which a plurality of units are stacked,
The electrolytic cell housed in the upper stage of the electrolysis system;
In order to circulate the electrolyte and / or pure water to the anode chamber and the cathode chamber, a circulation tank housed in the lower stage of the electrolysis system;
A driving device for circulating and driving the electrolyte and / or water;
A supply tank for supplying electrolyte and / or water into the circulation tank;
A supply manifold connected to the lower part of the electrolytic cell or below the electrolytic cell;
A supply nozzle provided at the bottom of the anode chamber and the cathode chamber of the electrolytic cell;
A supply tube connected between the supply nozzle and the supply manifold;
A discharge manifold connected to the top of the electrolytic cell;
A discharge nozzle provided above the anode chamber and the cathode chamber of the electrolytic cell;
A discharge tube connected between the discharge nozzle and the discharge manifold;
An anode-side gas-liquid separator and a cathode-side gas-liquid separator connected to the discharge manifold;
A gas discharge line for gas-liquid separation into the electrolyte and / or water and product gas by the anode-side gas-liquid separator and cathode-side gas-liquid separator,
A circulation line for circulating the electrolyte and / or water separated by the anode-side gas-liquid separator and the cathode-side gas-liquid separator to the circulation tank;
While generating hydrogen gas from the cathode and continuing the electrolysis while circulating the electrolytic solution and / or water separated into gas and liquid to a circulation tank by the circulation line, The electrolytic solution is recovered by its own weight in the circulation tank from the supply nozzle through the supply tube and the supply manifold.
本発明における第2の解決手段は、上記の目的を達成するため、前記電解槽、前記循環タンク、前記供給タンク、前記駆動機器、前記供給マニホールド、前記排出マニホールド、前記陽極側気液分離装置及び陰極側気液分離装置、前記ガス排出ライン及び前記循環ラインの全てが定められた空間内に収納されたことを特徴とする電解システムを提供することにある。 In order to achieve the above object, the second solving means of the present invention is the electrolytic cell, the circulation tank, the supply tank, the drive device, the supply manifold, the discharge manifold, the anode side gas-liquid separation device, and It is an object of the present invention to provide an electrolysis system characterized in that a cathode side gas-liquid separator, the gas discharge line and the circulation line are all housed in a predetermined space.
本発明における第3の解決手段は、上記の目的を達成するため、前記定められた空間が、コンテナ、パッケージユニット又はスキッドマウント、トラック積載ユニット、輸送コンテナ、又は定置式省スペースシステムの少なくとも何れか1つであることを特徴とする電解システムを提供することにある。 According to a third solution of the present invention, in order to achieve the above object, the defined space is at least one of a container, a package unit or a skid mount, a truck loading unit, a transport container, or a stationary space-saving system. It is to provide an electrolysis system characterized by being one.
本発明における第4の解決手段は、上記の目的を達成するため、前記電解槽がSPE型水電解槽よりなり、前記供給タンク内に純水を供給し、前記純水を前記電解槽の前記陽極室及び前記陰極室の両電解室に供給し、前記陽極側気液分離装置及び陰極側気液分離装置により気液分離した前記生成ガスをガス排出ラインより排出し、気液分離した前記電解液又は水を前記循環ラインにより循環タンクに循環しながら電解を継続することを特徴とする電解システムを提供することにある。 In order to achieve the above-mentioned object, the fourth solving means in the present invention is that the electrolytic cell comprises an SPE type water electrolytic cell, supplying pure water into the supply tank, and supplying the pure water to the electrolytic cell. The electrolytic gas supplied to both the electrolytic chambers of the anode chamber and the cathode chamber and discharged from the gas discharge line through the gas-liquid separation by the anode-side gas-liquid separator and the cathode-side gas-liquid separator, and gas-liquid separated. It is an object of the present invention to provide an electrolysis system characterized in that electrolysis is continued while circulating liquid or water through a circulation line to a circulation tank.
本発明における第5の解決手段は、上記の目的を達成するため、前記電解槽がアルカリ水溶液を電解液とするアルカリ水電解槽よりなり、前記循環タンクに前記アルカリ水溶液よりなる電解液を供給し、前記陽極側気液分離装置及び陰極側気液分離装置により気液分離した前記生成ガスをガス排出ラインより排出し、気液分離した電解液を前記電解槽の前記陽極室及び前記陰極室の両電解室に循環しながら電解を継続するとともに、前記供給タンク内に純水を供給し、該供給タンク内より、電解で消失する水の量に相当する純水を前記循環タンクに供給し、前記電解液のアルカリ濃度を初期濃度に維持しながら電解を継続することを特徴とする電解システムを提供することにある。 In order to achieve the above object, according to a fifth solving means of the present invention, the electrolytic cell comprises an alkaline water electrolytic cell using an alkaline aqueous solution as an electrolytic solution, and the electrolytic solution comprising the alkaline aqueous solution is supplied to the circulation tank. The generated gas that has been gas-liquid separated by the anode-side gas-liquid separation device and the cathode-side gas-liquid separation device is discharged from a gas discharge line, and the gas-liquid separated electrolyte is discharged from the anode chamber and the cathode chamber of the electrolytic cell. While continuing electrolysis while circulating in both electrolysis chambers, supplying pure water into the supply tank, supplying pure water corresponding to the amount of water lost by electrolysis from the supply tank to the circulation tank, It is an object of the present invention to provide an electrolytic system characterized in that electrolysis is continued while maintaining the alkali concentration of the electrolytic solution at an initial concentration.
本発明における第6の解決手段は、上記の目的を達成するため、前記電解槽が食塩水を電解液とする食塩電解槽よりなり、前記循環タンクが陽極液循環タンクと陰極液循環タンクとよりなり、前記供給マニホールドが陽極液供給マニホールドと陰極液供給マニホールドよりなり、前記排出マニホールドが陽極液排出マニホールドと陰極液排出マニホールドよりなり、食塩水よりなる電解液を前記供給タンクに供給し、前記供給タンクに供給した食塩水よりなる電解液を前記陽極液循環タンク内に供給され、前記食塩水よりなる陽極液を、前記陽極液供給マニホールドより供給チューブを介して前記電解ユニットの前記各陽極室の下部に供給され、前記陰極液循環タンク内に貯蔵した水及び陰極生成物を、前記陰極液供給マニホールドより供給チューブを介して前記電解ユニットの前記各陰極室の下部に供給され、前記各陽極室の上部より前記各陽極室の内部の陽極液と生成ガスとを前記陽極液排出マニホールドより排出チューブを介してオーバーフローさせて排出し、前記各陰極室の上部より前記各陰極室の内部の陰極液と生成ガスとを前記陰極液排出マニホールドより排出し、前記陽極側気液分離装置及び陰極側気液分離装置により気液分離した前記生成ガスをガス排出ラインより排出し、前記陽極側気液分離装置により分離した前記陽極液を陽極液循環ラインにより前記陽極液循環タンクに循環し、前記陰極側気液分離装置により分離した前記陰極液を陰極液循環ラインにより前記陰極液循環タンクに循環し、電解運転停止時又は終了時に前記電解槽内の全ての陽極液及び陰極液をそれぞれ自重により前記陽極液循環タンク及び陰極液循環タンク内に回収することを特徴とする電解システムを提供することにある。 According to a sixth solving means of the present invention, in order to achieve the above object, the electrolytic cell comprises a salt electrolytic cell using a saline solution as an electrolytic solution, and the circulation tank comprises an anolyte circulation tank and a catholyte circulation tank. The supply manifold is made up of an anolyte supply manifold and a catholyte supply manifold, the discharge manifold is made up of an anolyte discharge manifold and a catholyte discharge manifold, and an electrolyte solution consisting of saline is supplied to the supply tank, and the supply An electrolytic solution made of a saline solution supplied to the tank is supplied into the anolyte circulation tank, and an anolyte solution made of the saline solution is supplied from the anolyte supply manifold to each anode chamber of the electrolysis unit via a supply tube. Water and cathode products supplied to the lower part and stored in the catholyte circulation tank are supplied from the catholyte supply manifold. The anolyte and product gas in each anode chamber are supplied from the upper part of each anode chamber to the lower part of each cathode chamber of the electrolysis unit via a tube, and from the anolyte discharge manifold through a discharge tube. Overflowing and discharging, the catholyte and product gas inside each cathode chamber are discharged from the catholyte discharge manifold from the top of each cathode chamber, and the anode-side gas-liquid separator and cathode-side gas-liquid separator The product gas separated by gas-liquid is discharged from a gas discharge line, and the anolyte separated by the anode-side gas-liquid separation device is circulated to the anolyte circulation tank by an anolyte circulation line, and the cathode-side gas-liquid separation The catholyte separated by the apparatus is circulated to the catholyte circulation tank by a catholyte circulation line, and all the anolyte and cathode in the electrolytic cell when the electrolysis operation is stopped or terminated The by its own weight, respectively to provide an electrolysis system and recovering the anolyte tank and catholyte circulating tank.
本発明における第7の解決手段は、上記の目的を達成するため、前記陽極側気液分離装置に陽極側水封装置を接続するとともに、前記陰極側気液分離装置に陰極側水封装置を接続し、前記陽極側水封装置の水面の高さと前記陰極側水封装置の水面の高さを調整することにより前記陽極室の室内の圧力と前記陰極室の室内の圧力を調節し、前記陽極室内に発生する生成ガスが前記陰極室内に発生する生成ガスに混入する比率及び/又は前記陰極室内に発生する生成ガスが前記陽極室内に発生する生成ガスに混入する比率を制御した電解システムを提供することにある。 In order to achieve the above object, the seventh solving means of the present invention connects an anode-side water sealing device to the anode-side gas-liquid separation device, and a cathode-side water-sealing device to the cathode-side gas-liquid separation device. Connecting, adjusting the pressure in the anode chamber and the pressure in the cathode chamber by adjusting the height of the water surface of the anode-side water sealing device and the height of the water surface of the cathode-side water sealing device, An electrolysis system in which the ratio of the product gas generated in the anode chamber mixed into the product gas generated in the cathode chamber and / or the ratio of the product gas generated in the cathode chamber mixed into the product gas generated in the anode chamber is controlled. It is to provide.
本発明における第8の解決手段は、上記の目的を達成するため、前記隔膜が中性隔膜である電解システムを提供することにある。 The eighth solution in the present invention is to provide an electrolysis system in which the diaphragm is a neutral diaphragm in order to achieve the above object.
本発明における第9の解決手段は、上記の目的を達成するため、前記隔膜が陽イオン交換膜である電解システムを提供することにある。 A ninth solution of the present invention is to provide an electrolysis system in which the diaphragm is a cation exchange membrane in order to achieve the above object.
本発明における第10の解決手段は、上記の目的を達成するため、前記電解システムを用い、前記供給タンクより前記電解液及び又は純水を前記循環タンク内に供給し、前記循環タンク内の前記電解液及び又は純水を前記供給マニホールドより前記供給チューブを介して前記電解槽の底部に設けた前記供給ノズルより前記電解槽の内部に供給し、前記電解槽内の電解液及び又は純水を前記電解槽の上部に設けた前記排出ノズルよりオーバーフローさせて前記排出チューブを介して前記排出マニホールドに排出し、前記排出マニホールド内の前記電解液と生成ガスとを前記陽極側気液分離装置及び陰極側気液分離装置により前記電解液及び又は水と生成ガスとに気液分離し、気液分離した前記生成ガスをガス排出ラインより排出し、前記陰極より水素ガスを発生させるとともに、気液分離した前記電解液及び又は純水を前記循環ラインにより循環タンクに循環しながら電解を継続し、電解運転停止時又は終了時に前記電解槽内の全ての前記電解液を、前記供給ノズルより前記供給チューブ、前記マニホールドを介して前記循環タンク内に自重により回収することを特徴とする電解方法を提供することにある。 In order to achieve the above object, a tenth solving means of the present invention uses the electrolysis system, supplies the electrolytic solution and / or pure water from the supply tank into the circulation tank, and supplies the electrolyte in the circulation tank. Electrolyte and / or pure water is supplied from the supply manifold through the supply tube to the inside of the electrolytic cell through the supply nozzle provided at the bottom of the electrolytic cell, and the electrolytic solution and / or pure water in the electrolytic cell is supplied. Overflow from the discharge nozzle provided in the upper part of the electrolytic cell is discharged to the discharge manifold through the discharge tube, and the electrolyte and product gas in the discharge manifold are discharged to the anode-side gas-liquid separator and the cathode. A gas-liquid separation is performed by the side gas-liquid separator into the electrolyte and / or water and the product gas, and the product gas that has been gas-liquid separated is discharged from a gas discharge line. While generating hydrogen gas, electrolysis is continued while circulating the electrolytic solution and / or pure water separated into gas and liquid to the circulation tank through the circulation line, and all the electrolysis in the electrolytic cell is stopped or terminated when the electrolysis operation is stopped. An object of the present invention is to provide an electrolysis method in which the liquid is recovered by its own weight from the supply nozzle into the circulation tank through the supply tube and the manifold.
本発明によれば、電解システムに使用する電解槽の運転停止時において、電解槽の底部に液溜まりができることを可能な限り無くし、自然排出により、電解槽内の電解液、電解生成物、水等をすべて排出できるプロセス設計をおこなうことができ、電極、電解槽の腐食を防止し、且つコンパクトな構造とし、平常時及び災害時の何れの場合においても、狭い空間に設置することができるとともに、容易に運搬、移動することができる運搬、移動可能な電解システムを得ることができるとともに、水素を狭い空間内で効率で気に製造することができる。
更に、本発明によれば、陽極ガスおよび陰極ガスを気液分離装置にて分離したのち、各々のガスを水封したのち排気するとき、陰極側のガス圧を陽極側のガス圧より高く又は低くすることにより、陽極室内で発生する酸素ガスの陰極室への移行比率を制御出来るプロセスである。従って、本発明によれば、酸素ガスと水素ガスの混合比率を制御し、電解プロセスを爆発限界以内にコントロールし、爆発の危険を低減するとともに、高純度の水素ガス及び高純度の酸素ガスを製造することが可能となる。
According to the present invention, when the operation of the electrolytic cell used in the electrolysis system is stopped, it is possible to eliminate as much as possible a liquid pool at the bottom of the electrolytic cell, and by spontaneous discharge, the electrolytic solution, electrolytic product, water in the electrolytic cell Process design that can discharge all of the above, prevents corrosion of electrodes and electrolytic cells, has a compact structure, and can be installed in a narrow space in both normal and disaster situations In addition to being able to obtain a transportable and movable electrolysis system that can be easily transported and moved, hydrogen can be efficiently produced in a narrow space.
Further, according to the present invention, when the anode gas and the cathode gas are separated by a gas-liquid separator and then each gas is sealed with water, the gas pressure on the cathode side is higher than the gas pressure on the anode side or This is a process that can control the ratio of oxygen gas generated in the anode chamber to the cathode chamber by lowering it. Therefore, according to the present invention, the mixing ratio of oxygen gas and hydrogen gas is controlled, the electrolysis process is controlled within the explosion limit, the risk of explosion is reduced, and high purity hydrogen gas and high purity oxygen gas are reduced. It can be manufactured.
以下、本発明の実施の態様を図面とともに説明する。
水を電気分解して水素と酸素を発生させる電解システムは、図1〜3に示すように、電解液又は水を循環タンク1よりポンプ2により供給マニホールド3、供給チューブ4を介して電解槽5に連続的に供給し、電解液を排出チューブ6、排出マニホールド7より排出し、循環タンク1に循環しながら電解を継続している。(電解液の供給・排出プロセスは陽極側・陰極側全く同じである。従い、図面では片側のプロセスを代表して提示し説明している)
電解を終了又は電解槽5の運転を停止するときには、短期間に再スタートを予定する場合や電解液を循環させて待機する場合を除いて、電解槽5内の電解液をすべて循環タンク1に回収している。
本発明者は、電解を終了又は電解槽5の運転を停止するときには、電解槽5内の電解液をすべて循環タンク1に回収するとき、電解槽内の電解液の全てを、容易に、自然流下のみの手段により、循環タンク1に排出できる方法を検討した結果、次の2点が最も重要な要件であること見出したものである。
(1)電解システムの上段に電解槽5を設け、電解システムの下段に電解液を電解槽5に供給、循環する循環タンク1を設け、該循環タンク1を電解液の回収タンクとして併用すること。
(2)電解液を循環タンク1から電解槽5に供給する供給マニホールド3を電解槽5の底面より下方に位置するよう設置し、該供給マニホールド3を電解液回収用のマニホールドとして併用すること。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 to 3, an electrolysis system that electrolyzes water to generate hydrogen and oxygen has an electrolytic solution 5 or an electrolytic cell 5 through a
When the electrolysis is finished or the operation of the electrolytic cell 5 is stopped, all the electrolytic solution in the electrolytic cell 5 is put into the
When the inventor ends the electrolysis or stops the operation of the electrolyzer 5, when all the electrolyte in the electrolyzer 5 is collected in the
(1) An electrolytic tank 5 is provided in the upper stage of the electrolysis system, a
(2) The
図1は、従来の電解システムに使用する電解槽5と循環タンク1の配置図の1例を示す正面図であって、循環タンク1及び電解槽5を同じ高さに設置され、供給マニホールド3が電解槽5の中段に設けられ、排出マニホールド7が電解槽5の上部に設けられたものであり、電解槽5の運転を停止し、電解槽5内の電解液を回収する場合、電解槽5の中段に設けられた供給マニホールド3より電解槽5内の電解液を、ポンプを用いて循環タンク1に回収している。
然るに、図1に示す方法では、電解槽5が循環タンク1と同じ高さに設けられているだけでなく、電解液を回収するために使用する供給マニホールド3が電解槽5の中段に設置されているので、電解槽5内の電解液を回収する場合、自然流下によっては、回収できず、ポンプを使用する必要があるとともに、ポンプを使用しても電解槽の底部に溜まった電解液をすべて回収することは、不可能であった。
しかも、循環タンク1と電解槽5とが同一平面に横並びに設けられているため、設置面積が広くなり、コンテナ等の限られた空間に収納することが困難であり、移動も難しかった。
FIG. 1 is a front view showing an example of an arrangement diagram of an electrolytic cell 5 and a
However, in the method shown in FIG. 1, the electrolytic cell 5 is not only provided at the same height as the
In addition, since the
図2は、従来の電解システムに使用する電解槽5と循環タンク1の配置図の他の1例を示す正面図であって、電解液の回収に併用する供給マニホールド3を電解槽5の底面より下方に設置されたものだが、電解槽5と循環タンク1が同じ高さに設けられているので、電解液を自然流下によって回収することはできず、電解液排出の為にポンプを作動させる必要があるが、電解槽5内の電解液の一部が電解槽5の底部に残留することを防ぐことができないとともに、図1の配置と同様の問題点を有していた。
FIG. 2 is a front view showing another example of the layout of the electrolytic cell 5 and the
図3は、本発明による電解システムの1例を示したものであり、電解槽5と循環タンク1及び供給マニホールド3と排出マニホールド7の配置図の1例を示したものである。図3に示す電解システムによれば、
(1)電解槽5は、電解システムの上段に設けられ、電解システムの下段に電解液を電解槽5に供給、循環する循環タンク1が設けられ、該循環タンク1が電解液の回収用のタンクとして併用されるとともに、
(2)電解液を循環タンク1から電解槽5に供給する供給マニホールド3が電解槽5の底面より下方に位置するよう設置され、該供給マニホールド3を電解液の回収用のマニホールドとして併用されるプロセス設計となっている。
従って、図3に示す本発明による電解システムによれば、電解を終了又は電解槽5の運転を停止したとき、電解槽5内の全ての電解液は、ポンプを使用することなく、自重により、容易に循環タンク1に回収することができる。
FIG. 3 shows an example of the electrolysis system according to the present invention, and shows an example of the layout of the electrolytic cell 5, the
(1) The electrolytic tank 5 is provided at the upper stage of the electrolytic system, and the lower tank of the electrolytic system is provided with a
(2) The
Therefore, according to the electrolysis system according to the present invention shown in FIG. 3, when the electrolysis is finished or the operation of the electrolyzer 5 is stopped, all the electrolytic solution in the electrolyzer 5 is caused by its own weight without using a pump. It can be easily collected in the
電解システムに使用する電解槽としては、アルカリ水電解槽、食塩電解槽、水電解槽等があり、アルカリ水電解槽においては、電解液として高濃度アルカリ水溶液が使用され、食塩電解槽においては、高濃度食塩水が使用され、水電解槽においては、純水が使用される。 As an electrolytic cell used for an electrolysis system, there are an alkaline water electrolytic cell, a salt electrolytic cell, a water electrolytic cell, etc., in an alkaline water electrolytic cell, a high-concentration alkaline aqueous solution is used as an electrolytic solution, High-concentration saline is used, and pure water is used in the water electrolysis tank.
また、電解槽内には、陽極及び陰極が収納されており、これらの陽極及び陰極は、その性能を向上させるため、活性コーティングが施されている。この活性コーティングは、陽極及び又は陰極の基材の金属(チタン、ニッケル、鉄等)とは、異なり一般に、白金、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、銀等の貴金属が採用されている。
電解槽から電解液が完全に排出されないようなプロセスになっていると、少量電解液が電解槽の下部に溜まり、その個所で電気化学的局部電池反応(ガルバニック電池反応)を起こすことになる。例えば、ニッケルと白金とでは、300mV〜400mVの電気化学的電位が異なり、その差が腐食の駆動力となる。
一方、腐食速度は、その電解液の状況(温度、pH、濃度など)で大きく影響を受ける。いずれにしても、電解液に浸るような箇所が発生すれば腐食現象が起こることになる。
従って、電解槽5内の電解液をすべて循環タンク1に排出するとき、電解槽5内の底部に、電解液が残留する場合、前記純水、高濃度アルカリ水溶液、高濃度食塩水又は酸化性物質の溶解した水よりなる電解液が電解槽内の陽極、陰極その他の部品、電解槽を構成する電解室の構成材料が腐食する恐れがある。
Further, an anode and a cathode are accommodated in the electrolytic cell, and these anode and cathode are provided with an active coating in order to improve their performance. This active coating generally employs a noble metal such as platinum, ruthenium, iridium, palladium, silver, etc., unlike the metal of the anode and / or cathode base material (titanium, nickel, iron, etc.).
If the process is such that the electrolytic solution is not completely discharged from the electrolytic cell, a small amount of the electrolytic solution accumulates at the lower part of the electrolytic cell and causes an electrochemical local cell reaction (galvanic cell reaction) at that location. For example, the electrochemical potential of 300 mV to 400 mV differs between nickel and platinum, and the difference becomes the driving force for corrosion.
On the other hand, the corrosion rate is greatly affected by the state of the electrolyte (temperature, pH, concentration, etc.). In any case, if a portion that is immersed in the electrolytic solution is generated, a corrosion phenomenon occurs.
Therefore, when all of the electrolytic solution in the electrolytic cell 5 is discharged to the
然るに、本発明による電解システムによれば、電解を終了又は電解槽5の運転を停止するときには、電解槽5内の電解液をすべて循環タンク1に回収され、電解槽5の底部には、電解液が残留しないので、電解槽5内に収納される陽極、陰極の基材、電解槽5の材質等の腐食を防止することができる。
更に、本発明によれば、電解システムをコンパクトな構造とし、平常時及び災害時の何れの場合においても、狭い空間に設置することができるとともに、容易に運搬、移動することができる運搬、移動可能な電解システムを得ることができる。
However, according to the electrolysis system according to the present invention, when the electrolysis is finished or the operation of the electrolyzer 5 is stopped, all the electrolytic solution in the electrolyzer 5 is collected in the
Furthermore, according to the present invention, the electrolysis system has a compact structure, and can be installed in a narrow space and can be easily transported and moved in both cases during normal times and disasters. A possible electrolysis system can be obtained.
本発明の電解システムに使用する電解槽としては、アルカリ水電解槽、SPE型水電解槽、食塩電解槽等を用いることができる。先ず、本発明の電解システムに使用する電解槽としてアルカリ水電解槽を用いた場合について説明する。 As an electrolytic cell used in the electrolysis system of the present invention, an alkaline water electrolytic cell, an SPE type water electrolytic cell, a salt electrolytic cell, or the like can be used. First, the case where an alkaline water electrolytic cell is used as the electrolytic cell used in the electrolytic system of the present invention will be described.
図4は、本発明の電解システムに使用する電解槽としてアルカリ水電解槽10を用いる場合の電解プロセスの1実施態様を示すフロー図を示したものである。
図4において、10は、アルカリ水電解槽であり、このアルカリ水電解槽10は、陽極を収容する陽極室11と、陰極を収容する陰極室12と、前記陽極室11と前記陰極室12とを区画する隔膜13より構成されている。1は、循環タンク、15は、供給ポンプ、16は、純水17を循環タンク1に供給するための供給タンクであり、供給タンク16内の純水は、供給ポンプ15により、循環タンク1に供給される。循環タンク1には、高濃度アルカリ水溶液よりなる電解液22が供給され、この電解液22は、循環ライン24により循環タンク1より電解槽10に、供給されるとともに、純水17も循環タンク1に供給され、所望のアルカリ濃度を維持しつつ連続電解が行われる。
循環タンク1内の電解液22及び純水17は、循環ポンプ18a、熱交換器19aを介して循環ライン24により、アルカリ水電解槽10の陽極室11に供給されるとともに、循環ポンプ18b、熱交換器18bを介して循環ライン24により、アルカリ水電解槽10の陰極室12に供給される。
電解液22は、陽極室11及び陰極室12内において電解され、電解液は、電解濃縮され、電解濃縮液が生成されるとともに、陽極室11においては、酸素ガスが生成され、気液分離装置20aにより、生成した酸素ガスと電解液とに気液分離され、分離された電解液は、循環ライン24により、循環タンク1に循環される。陽極側気液分離装置20aにて気液分離された酸素ガスは、陽極側水封装置21aを経て排気される。
同時に、陰極室12内においては、水素ガスが生成され、陰極側気液分離装置20bにより、生成した水素ガスと電解液とに気液分離され、分離された電解液は、循環ライン24により、循環タンク1に循環される。陰極側気液分離装置20bにて気液分離された水素ガスは、ガス排出ライン23により、陰極側水封装置21bを経て排気される。尚、前記両電解室内のアルカリ濃度をコントロールすると共に、電解条件を一定に維持しながら電解を継続するため供給タンク16より電解で消失する水に相当する量の純水17を循環タンク1に供給される。
電解で消失する水の相当分の純水を連続的に供給することで、初期調整したアルカリ濃度の電解液を維持することができる。
FIG. 4 is a flowchart showing one embodiment of an electrolysis process in the case of using an alkaline water
In FIG. 4, 10 is an alkaline water electrolytic cell. This alkaline water
The
The
At the same time, in the
By continuously supplying pure water corresponding to the amount of water that disappears by electrolysis, it is possible to maintain an initially adjusted alkaline concentration electrolytic solution.
(アルカリ水電解の条件)
本発明におけるアルカリ水電解においては、電解液として、所定のアルカリ濃度の高濃度アルカリ水電解液が使用されるが、電解液としては、苛性カリ又は苛性ソーダ等の苛性アルカリが好ましく、その濃度としては、1.5〜40質量%が好ましい。特に、電力消費量を抑えることを鑑みれば電気電導度が高い領域である15〜40質量%が好ましい。しかし、電解に係るコスト、腐食性、粘性、操作性を考慮すると、20〜30質量%とすることが更に好ましい。
(Conditions for alkaline water electrolysis)
In the alkaline water electrolysis in the present invention, a high concentration alkaline water electrolytic solution having a predetermined alkali concentration is used as the electrolytic solution, and the electrolytic solution is preferably a caustic alkali such as caustic potash or caustic soda. 1.5-40 mass% is preferable. In particular, in view of suppressing power consumption, 15 to 40% by mass, which is a region with high electrical conductivity, is preferable. However, when considering the cost, corrosivity, viscosity, and operability related to electrolysis, the content is more preferably 20 to 30% by mass.
(水封システム)
更に、本発明においては、前記各気液分離装置20a、20bによって、発生ガスを分離した前記電解液を、前記陽極室11と前記陰極室12との両電解室に循環供給することにより、前記両電解室内のアルカリ濃度をコントロールすると共に、電解で消失する水の相当量を純水17として、供給タンク16より、循環タンク1を経由して、前記陽極室11と前記陰極室12との両電解室に供給し、電解条件を一定に維持しながら電解を継続し、前記原料水中の重水を濃縮するものである。
濃度一定にコントロールする為には、循環タンク1に純水17を連続的に水消耗した相当量を供給することである。
一方、アルカリ濃度を放置し、漸次高濃度になるがままとし、アルカリ水電解濃度の限界40質量%まで維持し、電解液の減容化を確認することができる。また、斯かる状態に対し、原料水を供給開始し最終濃度40質量%をその後維持することも可能である。
いずれにしても、本発明で提案する循環システムでは、いずれの手法も運転可能であり、融通性のあるものとなっている。
更に、本発明においては、前記陰極側水封装置21bの水面の高さと前記陽極側水封装置21aの水面の高さを調整することにより、前記陰極室12の室内の圧力と前記陽極室11の室内の圧力を調節し、前記陽極室11内に発生する酸素ガスが前記陰極室12内に発生する水素ガスに混入する比率を制御している。
陽極ガス(酸素ガス)および陰極ガス(水素ガス)を陽極側気液分離装置20a、陰極側気液分離装置20bにて分離したのち、各々のガスを陽極側水封装置21a、陰極側水封装置21bにて水封したのち排気するとき、陰極側水封装置21bの水面の高さを陽極側水封装置21aの水面の高さより高くすると、陰極側のガス圧が陽極側のガス圧より高くなり、陽極室11内で発生する酸素ガスの陰極室12への移行を低減することができ、水素ガスの純度を向上することができる。一方、逆に、酸素ガスの純度を向上したい場合には、陽極側水封装置21aの水面の高さを陰極側水封装置21bの水面の高さより高くすると、陽極側のガス圧が陰極側のガス圧より高くなり、陰極室12で発生する水素ガスの陽極室11への移行を低減することができ、酸素ガスの純度を向上することができる。
(Water seal system)
Furthermore, in the present invention, the electrolytic solution from which the generated gas has been separated by the gas-
In order to control the concentration to be constant, it is necessary to supply the
On the other hand, the alkali concentration is allowed to stand, and the concentration gradually becomes higher, and is maintained up to the limit of 40% by mass of the alkaline water electrolysis concentration, and the volume reduction of the electrolytic solution can be confirmed. Moreover, it is also possible to start supplying raw water and maintain a final concentration of 40% by mass with respect to such a state.
In any case, in the circulation system proposed by the present invention, any of the methods can be operated and is flexible.
Furthermore, in the present invention, the pressure in the
After the anode gas (oxygen gas) and the cathode gas (hydrogen gas) are separated by the anode-side gas-
(アルカリ水電解槽)
アルカリ水電解槽10としては、隔膜13の両側に陽極を収納した陽極室11及び陰極を収納した陰極室12を設けた2室型電解ユニットを複数段スタック上に並べた電解槽が用いられるが、陽極及び陰極は、隔膜13に密着したゼロギャップ型電解槽、隔膜13から若干だけ離して設けたファイナイト型電解槽、又は、隔膜13とは離間して設けた離間型電解槽を用いることができる。運転電密にも拠るが運転中の膜の位置変動や振幅防止のため並びに膜隔膜13を損傷させないために、陽極室、陰極室の運転差圧を付けることが好ましく、50〜500mmH2Oの差圧を設けることができ、この差圧により、更に前記陽極室11内に発生する生成ガス(酸素ガス)が前記陰極室12内に発生する生成ガス(水素ガス)に混入する比率を制御することができる。
また、隔膜13として中性隔膜を使用する場合、使用する隔膜の孔径を小さくするか、表面を特殊加工した隔膜を使用することにより、陽極室内で発生する生成ガス(酸素ガス)の陰極室への移行を、又は陰極室内で発生する生成ガス(水素ガス)の陽極室への移行を低減することも可能となる。
(Alkaline water electrolyzer)
As the alkaline water
When a neutral diaphragm is used as the
(隔膜)
前記隔膜13としては、中性隔膜並びにフッ素型若しくは炭化水素型の食塩電解用陽イオン交換膜及び燃料電池用陽イオン交換膜を使用することができる。陽イオン交換膜を使用した場合、水素中酸素濃度が、0.07%のとき、酸素中水素濃度は、0.13%程度となる。
一方、前記隔膜13としては、特殊加工した中性隔膜を使用した場合、水素中酸素濃度が0.06〜0.09%のとき、酸素中水素濃度は、0.05〜0.08%となる。
(diaphragm)
As the
On the other hand, when a specially processed neutral diaphragm is used as the
(陽極及び陰極)
陽極及び陰極としては、アルカリ水電解に耐えうる材料で且つ陽極過電圧、陰極過電圧が小さいものを選択する必要がある。従来では、陽極は鉄又は鉄にNiメッキを施したものが用いられている。また、陰極では、Ni基材そのままかNi基材に活性陰極をコーティングしたものが用いられている。ここでも陽極、陰極共にニッケルエクスパンドメッシュ、多孔質ニッケルエクスパンドメッシュ、鉄よりなる基体の表面に貴金属又はその酸化物被覆を有する金属電極等を使用できる。
次に、本発明の電解システムに使用する電解槽としてSPE型水電解槽を用いる場合について説明する。
(Anode and cathode)
As the anode and cathode, it is necessary to select a material that can withstand alkaline water electrolysis and has a small anode overvoltage and cathode overvoltage. Conventionally, the anode is iron or iron plated with Ni. As the cathode, a Ni substrate as it is or a Ni substrate coated with an active cathode is used. Also here, a nickel expanded mesh, a porous nickel expanded mesh for both the anode and the cathode, a metal electrode having a noble metal or its oxide coating on the surface of a base made of iron, and the like can be used.
Next, the case where an SPE type water electrolyzer is used as an electrolyzer used in the electrolysis system of the present invention will be described.
SPE型水電解槽においては、図4に示したアルカリ水電解槽を用いた電解システムにおけるアルカリ水電解槽10の代わりに、SPE型水電解槽が用いられる。SPE型水電解槽は、SPEとして、陽イオン交換膜が用いられ、その両面には、陽極触媒層及び陰極触媒層が設けられて膜電極接合体が構成されるとともに、前記膜電極接合体の両側には、給電体を配設して単位セルが構成される。
本発明におけるSPE型水電解槽を用いた電解においては、循環タンク1には、純水が供給タンク16より供給され、循環タンク1内の純水が陽極触媒層側の陽極室11及び陰極触媒層側の陰極室12に、循環タンク1より供給され、アルカリ水電解槽を用いた電解システムと同様にして、電解が継続される。SPE型水電解槽を用いた電解においては、アルカリ水溶液の代わりに、純水が使用され、一切の電解質は用いられない。
電解液22は、陽極室11及び陰極室12内において電解され、陽極室11においては、酸素ガスが生成され、気液分離装置20aにより、生成した酸素ガスと電解液とに気液分離され、分離された電解液は、循環ライン24により、循環タンク1に循環される。陽極側気液分離装置20aにて気液分離された酸素ガスは、陽極側水封装置21aを経て排気される。
同時に、陰極室12内においては、水素ガスが生成され、陰極側気液分離装置20bにより、生成した水素ガスと電解液とに気液分離され、分離された電解液は、循環ライン24により、循環タンク1に循環される。陰極側気液分離装置20bにて気液分離された水素ガスは、ガス排出ライン23により、陰極側水封装置21bを経て排気される。
尚、陽極室、陰極室の運転差圧を付けることが好ましく、50〜500mmH2Oの差圧を設けることができ、この差圧により、更に前記陽極室11内に発生する生成ガス(酸素ガス)が前記陰極室12内に発生する生成ガス(水素ガス)に混入する比率を制御することができる。
In the SPE type water electrolysis tank, an SPE type water electrolysis tank is used instead of the alkaline
In the electrolysis using the SPE type water electrolyzer in the present invention, pure water is supplied to the
The
At the same time, in the
In addition, it is preferable to apply an operation differential pressure between the anode chamber and the cathode chamber, and a differential pressure of 50 to 500 mmH 2 O can be provided, and the generated gas (oxygen gas) further generated in the
次に、本発明の電解システムに使用する電解槽として食塩電解槽その他ハロゲン化物電解槽を用いる場合について説明する。 Next, the case where a salt electrolytic cell and other halide electrolytic cells are used as the electrolytic cell used in the electrolytic system of the present invention will be described.
本発明における食塩電解槽を用いる場合においては、図5に示したイオン交換膜型食塩電解槽が用いられる。このイオン交換膜型食塩電解槽25を用いた電解システムにおいては、前記循環タンク1が陽極液循環タンク1aと陰極液循環タンク1bとよりなり、前記供給タンク16が陽極液供給タンク16aと純水供給タンク16bとよりなり、前記供給マニホールド3が陽極液供給マニホールドと陰極液供給マニホールドよりなり、前記排出マニホールド7が陽極液排出マニホールドと陰極液排出マニホールドよりなっている。
食塩水よりなる電解液26は、前記陽極液供給タンク16aに供給し、前記陽極液供給タンク16aに供給した食塩水よりなる電解液26を前記陽極液循環タンク1a内に供給し、前記食塩水よりなる陽極液26を、前記陽極液供給マニホールドより供給チューブ4を介して前記電解ユニットの前記各陽極室11の下部に供給する。
一方、純水17を純水供給タンク16bに供給し、前記純水供給タンク16bに供給した純水17及び陰極液を前記陽陰極液循環タンク1b内に供給し、前記陰極液供給マニホールドより供給チューブ4を介し前記電解ユニットの前記各陰極室12の下部に供給される。
前記各陽極室11の上部より前記各陽極室11の内部の陽極液と生成ガスである塩素ガスとを前記陽極液排出マニホールドより排出チューブ6を介してオーバーフローさせて排出し、前記各陰極室12の上部より前記各陰極室12の内部の陰極液と生成ガスである水素ガスとを前記陰極液排出マニホールドより排出し、前記陽極側気液分離装置20aにより分離した前記陽極液を循環ライン24により前記陽極液循環タンク1aに循環し、前記陰極側気液分離装置20bにより分離した前記陰極液を循環ライン24により前記陰極液循環タンク1bに循環し、電解運転停止時又は終了時に前記電解槽内の全ての陽極液及び陰極液をそれぞれ自重により前記陽極液循環タンク1a及び陰極液循環タンク1b内に回収している。
尚、陽極室、陰極室の運転差圧を付けることが好ましく、50〜500mmH2Oの差圧を設けることができ、この差圧により、更に前記陽極室11内に発生する生成ガス(塩素ガス)が前記陰極室12内に発生する生成ガス(水素ガス)に混入する比率を制御することができる。
尚、食塩電解槽の食塩の代わりに、フッ素、臭素、要素等のハロゲン化物を用いたハロゲン化物電解槽を用いても同様な電解システムを行うことができる。
In the case of using the salt electrolytic cell in the present invention, the ion exchange membrane type salt electrolytic cell shown in FIG. 5 is used. In the electrolysis system using the ion exchange membrane type salt electrolyzer 25, the
The
On the other hand, the
From the upper part of each
In addition, it is preferable to apply an operating differential pressure between the anode chamber and the cathode chamber, and a differential pressure of 50 to 500 mmH 2 O can be provided, and the generated gas (chlorine gas) further generated in the
In addition, the same electrolysis system can be performed even if it uses the halide electrolytic cell using halides, such as a fluorine, a bromine, and an element, instead of the salt of a salt electrolytic cell.
本発明による電解システムにおいては、前記電解槽25、前記循環タンク1(a,b)、前記供給タンク16(a,b)、前記ポンプ15等の駆動機器、前記供給マニホールド4、前記排出マニホールド7、前記陽極側気液分離装置20a及び陰極側気液分離装置20b、前記ガス排出ライン23及び前記循環ライン24の全てが定められた空間内に収納されている。
In the electrolysis system according to the present invention, the electrolyzer 25, the circulation tanks 1 (a, b), the supply tanks 16 (a, b), driving devices such as the
前記定められた空間としては、コンテナ、パッケージユニット又はスキッドマウント、トラック積載ユニット、輸送コンテナ、又は定置式省スペースシステム等が使用される。 As the defined space, a container, a package unit or a skid mount, a truck loading unit, a transport container, a stationary space-saving system, or the like is used.
次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
<実施例1>
図3に示すように、縦1.5m×横1.0m×高さ1.7mの大きさの電解槽5(10エレメントからなる電解槽)を縦2m×横6m×高さ2mの大きさのコンテナ(図示せず)内に設け上段のコンテナとし、下段のコンテナに電解液を電解槽5に供給、循環するため、縦1.3m×横1.3m×高さ1.2mの大きさの循環タンク1を設け、該循環タンク1を電解液の回収用のタンクとして併用した。更に、電解液を循環タンク1から電解槽5に供給する供給マニホールド3を電解槽5の底面より20mm下方に位置するよう設置し、該供給マニホールド3を電解液の回収用のマニホールドとして併用した。
電解槽としては、図4に示すアルカリ水電解槽を使用した。
電解面積96dm2の電解槽で試験を実施した。陽極室(容量18L×10)、陰極室(容量18L×10)共にNi製で、陽極はエクスパンドメッシュ、(厚さ0.8×SW3.7×LW8.0)に活性陽極コーティングを施している。陰極は、ファインメッシュ、(厚さ0.15×SW2.0×LW1.0)を使用し、貴金属系の活性陰極コーティングを施してある。
隔膜として、親水処理を施したポリプロピレン系100μmフィルムを使用し、これを両極間に挟み、ゼロギャップの状態で組み立てている。
試験プロセスは、図4に示す通りであるが、電解温度は電解セル底部に設置されたヒーターでコントロールしている。電解液の循環方法は、アルカリ水電解槽10の下部に設置してある循環タンク1(電解液容量2.5L)から循環ポンプ18a、18bで電解液を陽極室11及び陰極室12に流量3.9L/分〜5.8L/分で電解液供給ノズルより供給している。電解槽10の上部のノズルから排出されるそれぞれの気液流体は、気液分離器20a、20bを介し、液体は循環タンク1に戻され、ガス体は系外に放出される。運転条件としては、40A/dm2、10質量%KOH、電解温度、75〜85℃。セル系内の圧力は、陽極室、陰極室それぞれ排出される酸素ガス並びに水素ガスを水封することで所定の条件を定めている。運転時に隔膜の振動を防止するために、陽極室、陰極室間の差圧は50〜100mmH2Oに保持した。
一方、製造される水素ガス純度又は酸素ガス純度のどちらを期待するかで、それぞれの水封システムの液高さをコントロールすることが出来るが、本実施例では、水素純度を高めることを目的とし陰極加圧の状態で差圧50mmH2Oとした。
水が分解した相当量の原料水を連続的に循環タンクに純水を供給した。
5日間毎日6時間の運転稼働をする形で、毎朝電解液を電解槽に循環タンクから供給し、運転を開始し、夜間は運転を止め電解液の排出し循環タンクに回収する形の間欠繰り返し運転を行った。
斯かる作動でも、初期に用意したアルカリ(ここでは苛性カリKOH)が消耗することはなく所望の濃度の運転はでき、電解で分解した水を系内に添加することで、連続運転が可能であった。使用するアルカリは、苛性ソーダNaOHを用いても全く同じことであり、苛性カリKOHに限定するものではない。
電解を終了又は電解槽5の運転を停止したとき、電解槽5内の電解液は、自重により自然流下し、ポンプなどを使用することなく、すべて循環タンク1に回収された。
しかも、電解槽5の底部には、電解液が残留しないので、電解槽5内に収納される陽極、陰極の基材、電解槽5の材質等の腐食は、起こらなかった。また、脈流現象がほとんど見られなかった。
更に、本電解システムは、コンパクトな構造となり、平常時及び災害時の何れの場合においても、狭い空間に設置することができるとともに、容易に運搬、移動することができた。
運転を実施した時の電解槽の性能は、以下の通りであった。
試験結果:1.82V,水素純度99.92% 40A/dm2
ガス純度、運転電圧ともに良好であった。
電解槽5として、アルカリ水電解槽に代え、食塩電解槽、水電解槽を使用した結果、上記と同様な結果が得られた。
<Example 1>
As shown in FIG. 3, an electrolytic cell 5 (electrolytic cell consisting of 10 elements) measuring 1.5 m in length, 1.0 m in width, and 1.7 m in height is 2 m in length, 6 m in width, and 2 m in height. In order to supply and circulate the electrolytic solution to the electrolytic cell 5 in the upper container provided in the container (not shown), the size is 1.3 m in length × 1.3 m in width × 1.2 m in height
As the electrolytic cell, an alkaline water electrolytic cell shown in FIG. 4 was used.
The test was conducted in an electrolytic cell having an electrolysis area of 96 dm 2 . Both the anode chamber (capacity 18L × 10) and the cathode chamber (capacity 18L × 10) are made of Ni, the anode is an expanded mesh, and the active anode coating is applied to (thickness 0.8 × SW3.7 × LW8.0). . The cathode is a fine mesh (thickness 0.15 × SW2.0 × LW1.0) and is coated with a noble metal-based active cathode coating.
As the diaphragm, a polypropylene-based 100 μm film subjected to hydrophilic treatment is used, which is sandwiched between both electrodes and assembled in a zero gap state.
The test process is as shown in FIG. 4, but the electrolysis temperature is controlled by a heater installed at the bottom of the electrolysis cell. The electrolytic solution is circulated from a circulation tank 1 (electrolyte capacity 2.5 L) installed in the lower part of the alkaline water
On the other hand, the liquid height of each water seal system can be controlled depending on whether the hydrogen gas purity or oxygen gas purity to be produced is expected, but in this embodiment, the purpose is to increase the hydrogen purity. The pressure difference was 50 mmH 2 O under the condition of cathode pressurization.
Purified water was continuously supplied to the circulation tank with a considerable amount of raw water decomposed by water.
Operates for 6 hours every day for 5 days, supplying electrolyte from the circulation tank to the electrolytic cell every morning, starts operation, stops operation at night, drains the electrolyte, and collects it in the circulation tank. Drove.
Even in such an operation, the initially prepared alkali (here, caustic potash KOH) is not consumed and operation at a desired concentration can be performed, and continuous operation is possible by adding water decomposed by electrolysis to the system. It was. The alkali to be used is exactly the same even when caustic soda NaOH is used, and is not limited to caustic potash KOH.
When the electrolysis was terminated or the operation of the electrolytic cell 5 was stopped, the electrolytic solution in the electrolytic cell 5 naturally flowed down due to its own weight, and was all collected in the
Moreover, since no electrolytic solution remains at the bottom of the electrolytic cell 5, corrosion of the anode, the cathode base material, the material of the electrolytic cell 5 and the like housed in the electrolytic cell 5 did not occur. Moreover, almost no pulsating phenomenon was observed.
Furthermore, this electrolysis system has a compact structure, and can be installed in a narrow space and can be easily transported and moved in both cases during normal times and during disasters.
The performance of the electrolytic cell when the operation was performed was as follows.
Test result: 1.82 V, hydrogen purity 99.92% 40 A / dm 2
Both gas purity and operating voltage were good.
As a result of using a salt electrolytic cell and a water electrolytic cell as the electrolytic cell 5 instead of the alkaline water electrolytic cell, the same results as above were obtained.
<比較例1>
図4に示す電解槽を使用し、図1に示すように、循環タンク1及び電解槽5を同じ高さに設置し、供給マニホールド3を電解槽5の中段に設け、排出マニホールド7を電解槽5の上部に設けて連続電解を行い、電解槽の運転を停止し、電解槽5内の電解液を回収した。
その結果、電解槽5が循環タンク1と同じ高さに設けられているだけでなく、電解液を回収するために使用する供給マニホールド3が電解槽5の中段に設置されているので、電解槽5内の電解液を回収する場合、自然流下によっては、回収できなかった。
そのため、電解液の排出を、ポンプを作動したり、エジェクターで吸引させる操作を行ったが、それでも、完全に電解槽から電解液を完全に排出できず、電解槽底部に、液溜りができ、その結果、陽極及び陰極の活性コーテイングが腐食して、使用できなくなった。
<Comparative Example 1>
The electrolytic tank shown in FIG. 4 is used, and as shown in FIG. 1, the
As a result, not only the electrolytic tank 5 is provided at the same height as the
Therefore, the discharge of the electrolyte was operated by operating the pump or sucking with the ejector, but still the electrolyte could not be completely discharged from the electrolytic cell, and the liquid could be accumulated at the bottom of the electrolytic cell, As a result, the active coating of the anode and cathode corroded and can no longer be used.
<比較例2>
図4に示す電解槽を使用し、図2に示すように、循環タンク1及び電解槽5を同じ高さに設置するとともに、電解液の回収に併用する供給マニホールド3を電解槽5の底面より下方に設置して電解を行った。
その結果、電解槽5と循環タンク1が同じ高さに設けられているので、電解液を自然流下によって回収することはできず、ポンプで排出しても電解槽5内の電解液の一部が電解槽5の底部に残留することを防ぐことができなかった。
<Comparative example 2>
The electrolytic tank shown in FIG. 4 is used, and as shown in FIG. 2, the
As a result, since the electrolytic cell 5 and the
以上は、アルカリ水電解槽を使用した場合の電解システムについて説明したが、SPE型水電解槽を使用した場合も食塩電解槽又はその他のハロゲン化アルカリ電解槽を使用した場合においても、上記アルカリ水電解槽を使用した場合と同様な結果が得られた。 The electrolysis system in the case of using the alkaline water electrolytic cell has been described above. However, the alkaline water can be used regardless of whether the SPE type water electrolytic cell is used or the salt electrolytic cell or other halogenated alkaline electrolytic cell is used. Similar results were obtained as when using an electrolytic cell.
本発明によれば、電解システムに使用する電解槽の運転停止時において、電解槽の底部に液溜まりができることを可能な限り無くし、自然排出により、電解槽内の電解液、電解生成物、水等をすべて排出できるプロセス設計をおこなうことができ、電極、電解槽の腐食を防止し、且つコンパクトな構造とし、平常時及び災害時の何れの場合においても、狭い空間に設置することができるとともに、容易に運搬、移動することができる運搬、移動可能な電解システムを得ることができ、その広範な利用が期待される。 According to the present invention, when the operation of the electrolytic cell used in the electrolysis system is stopped, it is possible to eliminate as much as possible a liquid pool at the bottom of the electrolytic cell, and by spontaneous discharge, the electrolytic solution, electrolytic product, water in the electrolytic cell Process design that can discharge all of the above, prevents corrosion of electrodes and electrolytic cells, has a compact structure, and can be installed in a narrow space in both normal and disaster situations Therefore, it is possible to obtain a transportable and movable electrolysis system that can be easily transported and moved, and its wide use is expected.
1:循環タンク
1a:陽極液循環タンク
1b:陰極液循環タンク
2:ポンプ
3:供給マニホールド
4:供給チューブ
5:電解槽
6:排出チューブ
7:排出マニホールド
10:アルカリ水電解槽
11:陽極室
12:陰極室
13:隔膜
15:供給ポンプ
16:供給タンク
16a:陽極液供給タンク
16b:純水供給タンク
17:純水
18a:循環ポンプ
18b:循環ポンプ
19a:熱交換器
19b:熱交換器
20a:陽極側気液分離装置
20b:陰極側気液分離装置
21a:陽極側水封装置
21b:陰極側水封装置
22:電解液
23:ガス排出ライン
24:循環ライン
25:食塩電解槽
26:食塩よりなる電解液
1:
Claims (10)
前記電解システムの上段に収納された前記電解槽と、
前記電解液及び又は純水を前記陽極室及び前記陰極室に循環するため、前記電解システムの下段に収納された循環タンクと、
前記電解液及び又は水を循環、駆動する駆動機器と、
前記循環タンク内に電解液及び又は水を供給する供給タンクと、
前記電解槽の下部又は前記電解槽の下方に接続された供給マニホールドと、
前記電解槽の前記陽極室及び前記陰極室の底部に設けた供給ノズルと、
該供給ノズルと前記供給マニホールド間に接続された供給チューブと、
前記電解槽の上部に接続された排出マニホールドと、
前記電解槽の前記陽極室及び前記陰極室の上部に設けた排出ノズルと、
該排出ノズルと前記排出マニホールド間に接続された排出チューブと、
前記排出マニホールドに接続した陽極側気液分離装置及び陰極側気液分離装置と、
前記陽極側気液分離装置及び陰極側気液分離装置により前記電解液及び又は水と生成ガスとに気液分離し、気液分離した前記生成ガスを排出するガス排出ラインと、
前記陽極側気液分離装置及び陰極側気液分離装置により分離した前記電解液及び又は水を前記循環タンクに循環する循環ラインとよりなり、
前記陰極より水素ガスを発生させるとともに、気液分離した前記電解液及び又は水を前記循環ラインにより循環タンクに循環しながら電解を継続するとともに、電解運転停止時又は終了時に前記電解槽内の全ての電解液及び又は水を、前記供給ノズルより前記供給チューブ、前記供給マニホールドを介して前記循環タンク内に自重により回収することを特徴とする電解システム。 An electrolytic solution and / or pure water comprising an aqueous solution by an electrolytic cell in which a plurality of electrolytic units each including an anode chamber containing an anode, a cathode chamber containing a cathode, and a diaphragm partitioning the anode chamber and the cathode chamber are stacked. In an electrolysis system that generates hydrogen gas from the cathode by electrolyzing
The electrolytic cell housed in the upper stage of the electrolysis system;
In order to circulate the electrolyte and / or pure water to the anode chamber and the cathode chamber, a circulation tank housed in the lower stage of the electrolysis system;
A driving device for circulating and driving the electrolyte and / or water;
A supply tank for supplying electrolyte and / or water into the circulation tank;
A supply manifold connected to the lower part of the electrolytic cell or below the electrolytic cell;
A supply nozzle provided at the bottom of the anode chamber and the cathode chamber of the electrolytic cell;
A supply tube connected between the supply nozzle and the supply manifold;
A discharge manifold connected to the top of the electrolytic cell;
A discharge nozzle provided above the anode chamber and the cathode chamber of the electrolytic cell;
A discharge tube connected between the discharge nozzle and the discharge manifold;
An anode-side gas-liquid separator and a cathode-side gas-liquid separator connected to the discharge manifold;
A gas discharge line for gas-liquid separation into the electrolyte and / or water and product gas by the anode-side gas-liquid separator and cathode-side gas-liquid separator, and for discharging the gas-liquid separated product gas;
A circulation line for circulating the electrolyte and / or water separated by the anode-side gas-liquid separator and the cathode-side gas-liquid separator to the circulation tank;
While generating hydrogen gas from the cathode and continuing the electrolysis while circulating the electrolytic solution and / or water separated into gas and liquid to the circulation tank by the circulation line, all the inside of the electrolytic cell at the time of stopping or terminating the electrolysis operation The electrolytic system is characterized in that the electrolytic solution and / or water are recovered by their own weight from the supply nozzle into the circulation tank through the supply tube and the supply manifold.
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---|---|
JP (1) | JP6450636B2 (en) |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6276486B1 (en) * | 2017-06-09 | 2018-02-07 | デノラ・ペルメレック株式会社 | Sacrificial electrode mounting structure and electrolyzer equipped with the same |
WO2018174281A1 (en) * | 2017-03-23 | 2018-09-27 | 旭化成株式会社 | Water electrolysis system, water electrolysis method and method for producing hydrogen |
JP2019019386A (en) * | 2017-07-19 | 2019-02-07 | 本田技研工業株式会社 | Water electrolysis system and method for stopping operation of the same |
JP2019073751A (en) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 株式会社豊田中央研究所 | Hydrogen production apparatus |
CN110205646A (en) * | 2019-06-25 | 2019-09-06 | 江苏安凯特科技股份有限公司 | A kind of electrolytic cell small scale pilot experimental provision |
JP2019167579A (en) * | 2018-03-23 | 2019-10-03 | Jxtgエネルギー株式会社 | Electrochemical device, and method of controlling electrochemical device |
JP2019183252A (en) * | 2018-04-17 | 2019-10-24 | 旭化成株式会社 | Diaphragm, electrolytic bath, and hydrogen manufacturing method |
JP2020183556A (en) * | 2019-05-07 | 2020-11-12 | 株式会社神鋼環境ソリューション | Hydrogen/oxygen generator and production method of hydrogen gas |
CN113089022A (en) * | 2021-04-29 | 2021-07-09 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | Alkali liquor circulating system of alkaline hydrogen production electrolytic cell and working method thereof |
JP2021525315A (en) * | 2018-05-30 | 2021-09-24 | ティッセンクルップ・ウーデ・クロリンエンジニアズ ゲー エム ベー ハー | Methods and equipment for supplying at least one product stream by electrolysis and use |
CN113677829A (en) * | 2019-02-01 | 2021-11-19 | 阿酷海德里克斯公司 | Electrochemical system with confined electrolyte |
CN114507872A (en) * | 2022-02-24 | 2022-05-17 | 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) | Filter-pressing type water electrolysis hydrogen production device and method |
WO2022167880A1 (en) * | 2021-02-04 | 2022-08-11 | CTS H2 S.r.l. | Particularly compact and efficient assembly with separator and electrodes to be used in the electrolysis of water for the production of hydrogen at high pressure |
EP4071275A1 (en) * | 2021-04-09 | 2022-10-12 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Electrolysis arrangement for alkaline electrolysis and method therefor |
EP4071276A1 (en) * | 2021-04-09 | 2022-10-12 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Electrolysis arrangement for alkaline electrolysis |
JP7158529B1 (en) | 2021-05-06 | 2022-10-21 | 本田技研工業株式会社 | Water electrolysis system and method for starting water electrolysis device |
WO2024046397A1 (en) * | 2022-09-02 | 2024-03-07 | 四川大学 | Desalination-free in-situ direct electrolytic hydrogen production device for non-pure-water solution, and use method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010282768A (en) * | 2009-06-03 | 2010-12-16 | Takasago Thermal Eng Co Ltd | Reversible cell operating method |
JP2012158775A (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-23 | Asahi Kasei Chemicals Corp | Electrolytic cell |
JP2015029921A (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-16 | ペルメレック電極株式会社 | Method for electrolytic concentration of heavy water |
-
2015
- 2015-04-20 JP JP2015086303A patent/JP6450636B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010282768A (en) * | 2009-06-03 | 2010-12-16 | Takasago Thermal Eng Co Ltd | Reversible cell operating method |
JP2012158775A (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-23 | Asahi Kasei Chemicals Corp | Electrolytic cell |
JP2015029921A (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-16 | ペルメレック電極株式会社 | Method for electrolytic concentration of heavy water |
Cited By (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018174281A1 (en) * | 2017-03-23 | 2018-09-27 | 旭化成株式会社 | Water electrolysis system, water electrolysis method and method for producing hydrogen |
JPWO2018174281A1 (en) * | 2017-03-23 | 2019-11-07 | 旭化成株式会社 | Water electrolysis system, water electrolysis method, and hydrogen production method |
AU2017395125B1 (en) * | 2017-06-09 | 2018-11-22 | De Nora Permelec Ltd | Sacrificial electrode attachment structure and electrolytic apparatus including the same |
WO2018225239A1 (en) * | 2017-06-09 | 2018-12-13 | デノラ・ペルメレック株式会社 | Sacrificial electrode-mounting structure and electrolysis apparatus provided therewith |
JP6276486B1 (en) * | 2017-06-09 | 2018-02-07 | デノラ・ペルメレック株式会社 | Sacrificial electrode mounting structure and electrolyzer equipped with the same |
US10760166B2 (en) | 2017-06-09 | 2020-09-01 | De Nora Permelec Ltd | Sacrificial electrode attachment structure and electrolytic apparatus including the same |
JP2019019386A (en) * | 2017-07-19 | 2019-02-07 | 本田技研工業株式会社 | Water electrolysis system and method for stopping operation of the same |
JP2019073751A (en) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 株式会社豊田中央研究所 | Hydrogen production apparatus |
JP7036316B2 (en) | 2018-03-23 | 2022-03-15 | Eneos株式会社 | Electrochemical devices and methods for controlling electrochemical devices |
JP2019167579A (en) * | 2018-03-23 | 2019-10-03 | Jxtgエネルギー株式会社 | Electrochemical device, and method of controlling electrochemical device |
JP2019183252A (en) * | 2018-04-17 | 2019-10-24 | 旭化成株式会社 | Diaphragm, electrolytic bath, and hydrogen manufacturing method |
JP7136580B2 (en) | 2018-04-17 | 2022-09-13 | 旭化成株式会社 | Diaphragm, method for manufacturing diaphragm, electrolytic cell, and method for producing hydrogen |
US11473203B2 (en) | 2018-05-30 | 2022-10-18 | Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers Gmbh | Method and device for providing at least one product stream by electrolysis and use |
JP2021525315A (en) * | 2018-05-30 | 2021-09-24 | ティッセンクルップ・ウーデ・クロリンエンジニアズ ゲー エム ベー ハー | Methods and equipment for supplying at least one product stream by electrolysis and use |
JP7167189B2 (en) | 2018-05-30 | 2022-11-08 | ティッセンクルップ・ウーデ・クロリンエンジニアズ ゲー エム ベー ハー | Method and apparatus for providing at least one product stream by electrolysis and use |
CN113677829A (en) * | 2019-02-01 | 2021-11-19 | 阿酷海德里克斯公司 | Electrochemical system with confined electrolyte |
US12080928B2 (en) | 2019-02-01 | 2024-09-03 | Edac Labs, Inc. | Electrochemical system with confined electrolyte |
JP7336254B2 (en) | 2019-05-07 | 2023-08-31 | 株式会社神鋼環境ソリューション | Hydrogen/oxygen generator and method for producing hydrogen gas |
JP2020183556A (en) * | 2019-05-07 | 2020-11-12 | 株式会社神鋼環境ソリューション | Hydrogen/oxygen generator and production method of hydrogen gas |
CN110205646A (en) * | 2019-06-25 | 2019-09-06 | 江苏安凯特科技股份有限公司 | A kind of electrolytic cell small scale pilot experimental provision |
CN110205646B (en) * | 2019-06-25 | 2024-02-02 | 江苏安凯特科技股份有限公司 | Small-size pilot scale experimental apparatus of electrolysis trough |
WO2022167880A1 (en) * | 2021-02-04 | 2022-08-11 | CTS H2 S.r.l. | Particularly compact and efficient assembly with separator and electrodes to be used in the electrolysis of water for the production of hydrogen at high pressure |
EP4071276A1 (en) * | 2021-04-09 | 2022-10-12 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Electrolysis arrangement for alkaline electrolysis |
EP4071275A1 (en) * | 2021-04-09 | 2022-10-12 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Electrolysis arrangement for alkaline electrolysis and method therefor |
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