[发明专利]用于运行电解设备的方法以及电解设备

说明书

本发明涉及一种用于运行电解设备(1)的方法，该电解设备包括用于产生氢气和氧气作为产物气体的电解器(2)，其中，产物气体流被排出电解器(2)。二次气体与产物气体流中的至少一者相混合，其目的是通过增加总体积流量来降低待处理的产物气体流中的杂质气体浓度。

技术领域

本发明涉及一种用于运行电解设备的方法，该电解设备包括用于产生氢气和氧气作为产物气体的电解器，其中，产物气体流被排出电解器。本发明还涉及一种电解设备，该电解设备包括用于产生氢气和氧气作为产物气体的电解器、用于将产物气体排出电解器的至少一个产物气体管线，其中，在所述至少一个产物气体管线上布置有气体分离装置。

背景技术

现今可以通过例如PEM电解来产生氢气。PEM电解池的组成部分是可透过质子的聚合物膜(质子交换膜)，该聚合物膜在两侧与多孔的铂电极(阳极和阴极)接触。该铂电极被施加外部电压，并且电解器的阳极侧被供水。阳极侧的水在铂的催化作用下分解。这会产生氧气、自由电子和带正电的氢离子H+。氢离子H+穿过传导质子的膜扩散到阴极侧，氢离子在阴极侧与来自外部电路的电子结合形成氢分子H2。

上述电解池被组合成堆。在处于直流电压下的电池堆中引入水，并且在水通过电解池后会出来两股产物流，该产物流由水和作为氧气以及氢气的气泡组成。系统固有的是，在一种产物气体的产物流中分别存在少量的另一种产物气体。实际中，在氧气流中有少量氢气，在氢气流中有少量氧气。各杂质气体的量取决于电解池的设计，并且还受电流密度、催化剂组成、老化以及对于PEM电解设备还有膜材料的影响而变化。在某些情况下可能需要降低杂质气体的浓度，特别是在紧接电解池或电解堆处，更确切地说在紧接电解池或电解堆之后，例如在连接在电解器下游的气体分离装置中。

为了解决上述问题，特别地将两股产物气体流引入各自的催化活化的复合器，在该复合器中催化剂将使氢气与氧气再结合，使得相应的的产物流再结合为水。为此，必须首先将气体流加热到至少80℃，以便复合器的转化率足够高。

处理杂质气体问题的另一种可行方案是使用特殊的处理措施在电解池内部产生复合活性的表面，然而，这在经济上可能是不利的。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提出一种用于减少氢气电解设备的产物气体流中的杂质气体的新方法。

根据本发明，该目的通过一种用于运行电解设备的方法来实现，该电解设备包括用于产生氢气和氧气作为产物气体的电解器，其中，产物气体流被排出电解器，并且其中，二次气体与其中至少一种产物气体流混合。

电解设备在此可以是为PEM电解或碱性电解而设计的高压电解设备或低压电解设备。

产物气体在此指在电解设备中制造的氧气或氢气。产物气体流应理解为氧侧的气流或氢侧的气流，其除了相应的产物气体之外还尤其可以包含其他成分，例如水或相应的产物杂质气体。

本发明所基于的想法是，引入包含二次气体的额外气体流，该二次气体由外部提供或由电解设备自身生产产生，目的是通过提升总体积流量来降低待处理的产物气体流中的杂质气体浓度。二次气体在此可以在电解设备中的多个部位引入，例如在气体分离装置中和/或在电解堆的出口区域中和/或在电解池的入口区域中。当制造产物气体时，分别取决于引入部位的位置，将二次气体要么立即与产物气体混合，要么稍后才与产物气体混合。取决于电解池结构，根据本发明的方法对于电解设备无故障且安全的运行是必不可少的，并且根据本发明的方法代表一种技术措施，该技术措施能够用于电解池，而不需要对老化及效率做出相关变化。

根据优选的实施方式，二次气体含有与和其混合的产物气体流中相同的产物气体和/或二次气体含有惰性气体。惰性气体特别地用于氧气生产侧。通过在氧气侧的产物气体流中混入惰性气体和/或额外的氧气，降低了反向扩散的氢气的相对浓度。在氢气生产侧，二次气体特别地由氢气组成。