EP0018912B2 - Dispositif de refroidissement et purification des gaz de sortie d'une installation d'électrolyse de l'eau - Google Patents
Dispositif de refroidissement et purification des gaz de sortie d'une installation d'électrolyse de l'eau Download PDFInfo
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- EP0018912B2 EP0018912B2 EP80400592A EP80400592A EP0018912B2 EP 0018912 B2 EP0018912 B2 EP 0018912B2 EP 80400592 A EP80400592 A EP 80400592A EP 80400592 A EP80400592 A EP 80400592A EP 0018912 B2 EP0018912 B2 EP 0018912B2
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
Definitions
- the present invention relates to the cooling and purification of the gases leaving an electrolysis installation, such as an installation intended for the industrial production of hydrogen and oxygen by electrolysis of water under high pressure and high temperature.
- the gases extracted such as hydrogen and oxygen in the case of the electrolysis of water, leave gas-liquid separators, or "degassers", at temperature high, often above 100 ° C, and charged with water vapor and impurities in the form of aerosols constituted for example by traces of potash.
- degassers gas-liquid separators, or "degassers”
- These gases must therefore, at the outlet of the degasser, be cooled, so as to condense the water vapor that they contain, and purified.
- German application DE-B-1 006 401 describes an installation for the electrolysis of pressurized water provided, above each degasser, with a tower for washing the extracted gases.
- a gas washing tower is an empty tower equipped with sprayers.
- the reference 7 designates a degasser for electrolysis installation, of the gravity type and in the example considers as described in the French patent application n ° 79-03550 of the plaintiff.
- the degasser 7 is provided with an inlet 76 for mixing a liquid electrolyte, anolyte or catholyte as the case may be, and gas, oxygen or hydrogen respectively, of at least one upper pipe 5 for outlet from gas alone, an outlet 77 of degassed liquid electrolyte, and complementary separation cells 72, three in number in the example considered.
- the hot, gas-charged electrolyte enters the degasser 7 via line 76, through cells 72, via passages 711 of the inlet plate 71 and passages 731 of the outlet plate 73, then spring degassed through line 77 to the electrolyte return circuit.
- the bubbles of coalesced gas on the internal faces of the cells 72 escape through the lateral orifices 741, and come to accumulate at the upper part of the degasser 7 from which they leave via the outlet pipe 5.
- the pipe 5 opens into an enclosure 1 placed above the separator 7, and containing a volume 3 of pure or demineralized water.
- the volume of water 3 is moreover traversed by a cooling circuit constituted by a coil 2 in which circulates cold water, at a temperature of around 20 ° C. to fix ideas, which helps to give the volume of water 3 a temperature of around 30 ° C in the example considered, sufficient to cause the condensation of the water vapor contained in the gas bubbles escaping through the upper outlet 52 of the pipe 5.
- the gas bubbles passing from the outlet 51 of the degasser 7 to the enclosure 1 therefore pass through the volume 3 of pure and refrigerated water. At the time of this crossing, they are washed of their impurities and cooled so as to condense the water vapor which they contain, the condensate obtained being added to the pure water already constituting volume 3. They then leave perfectly purified by an outlet pipe 4 located at the top of the enclosure 1.
- the level of pure water in enclosure 1 is kept more or less constant thanks to a pressure regulator, not shown, located on the circuit 4 of the outlet gases, and acting on a valve, not shown, controlling an inlet 11 demineralized water in the enclosure 1. Furthermore, the return of the condensation water to the electrolysis circuit is effected by at least one pipe 6 connecting the interior of the enclosure 1 to the interior of the degasser 7, from the upper inlet 61 to the lower outlet 62 of the said pipe, which moreover ensures a good pressure balance between the enclosures 1 and 7.
- the invention finds its main use in the industrial production of hydrogen and oxygen by electrolysis of water under pressure.
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Description
- La présente invention se rapporte au refroidissement et à la purification des gaz de sortie d'une installation d'électrolyse, telle qu'une installation destinée à la production industrielle d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse de l'eau sous forte pression et haute température.
- D'une installation d'élctrolyse industrielle sous pression, les gaz extraits, tels que l'hydrogène et l'oxygène dans le cas de l'éctrolyse de l'eau, sortent des séparateurs gaz-liquide, ou »degazeurs«, à température élevée, souvent supérieure à 100°C, et chargés de vapeur d'eau et d'impuretés sous forme d'aérosols constituées par exemple par des traces de potasse. Ces gaz doivent donc, en sortie des dégazeurs, être refroidis, de manière à condenser la vapeur d'eau qu'ils contiennent, et purifiés.
- La demande allemande DE-B-1 006 401 décrit une installation d'électrolyse de l'eau sous pression munie, au dessus de chàque dégazeur, d'une tour de lavage des gaz extraits. De manière connue en soi, une tour de lavage de gaz est une tour vide équipée de pulvérisateurs.
- Le dispositif de refroidissement et purification des gaz de sortie d'une installation d'électrolyse de l'eau selon l'invention permet d'obtenir de meilleures performance à l'aide de moyens plus simples, moins encombrants. Il est caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque sortie de gaz, une enceinte contenant un volume de liquide parcouru par un circuit de refroidissement, placée au dessus du séparateur gaz-liquide correspondant et munie:
- - d'au moins une entrée extérieure d'eau déminéralisée permettant d'y entretenir ledit volume de liquide,
- - d'au moins une entrée de gaz en provenance dudit séparateur et débouchant dans ledit volume de liquide,
- - d'au moins un circuit de retour dudit liquide vers ledit séparateur gaz-liquide correspondant,
- - et d'au moins une sortie de gaz purifié située à sa partie supérieure.
- L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple, conforme à l'invention, d'une installation de refroidissement et purification associée à un électrolyseur d'eau sous pression, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- - la figure 1 est une vue latérale d'une installation de sortie de gaz d'électrolyse conforme à l'invention,
- - la figure 2 est une vue selon la ligne brisée ABCD de la figure 1.
- En se reportant à l'ensemble des figures 1 et 2, la référence 7 désigne un dégazeur pour installation d'électrolyse, de type gravitaire et dans l'exemple considère tel que décrit dans la demande de brevet francais n° 79-03550 de la demanderesse. De manière connue en soi, le dégazeur 7 est muni d'une entrée 76 de mélange d'électrolyte liquide, anolyte ou catholyte selon le cas, et de gaz, oxygène ou hydrogène respectivement, d'au moins une conduite supérieure 5 de sortie de gaz seul, d'une sortie 77 d'électrolyte liquide dégazéifié, et de cellules complémentaires de séparation 72, au nombre de trois dans l'exemple considéré.
- Comme expliqué plus en détails dans la demande de brevet français n° 79-03550 précitée, l'électrolyte chaud et chargé de gaz pénètre dans le dégazeur 7 par la conduite 76, travers les cellules 72, par l'intermédiaire des passages 711 de la plaque d'entrée 71 et des passages 731 de la plaque de sortie 73, puis ressort dégazéfié par la conduite 77 vers le circuit de retour d'électrolyte. Les bulles de gaz coalescé sur les faces internes des cellules 72 s'échappent par les orifices latéraux 741, et viennent s'accumuler à la partie supérieure du dégazeur 7 dont ils sortent par la conduite de sortie 5.
- Conformément à l'invention, la conduite 5 débouche dans une enceinte 1 placée au-dessus du séparateur 7, et contenant un volume 3 d'eau pure ou déminéralisée. Le volume d'eau 3 est par ailleurs parcouru par un circuit de refroidissement constitué par un serpentin 2 dans lequel circule de l'eau froide, à une température d'environ 20° C pour fixer les idées, ce qui perment de conférer au volume d'eau 3 une température d'environ 30°C dans l'exemple considéré, suffisante pour entrainer la condensation de la vapeur d'eau contenue dans les bulles de gaz s'échappant par la sortie supérieure 52 de la conduite 5.
- Les bulles de gaz passant de l'orifice 51 de sortie du dégazeur 7 vers l'enceinte 1 traversent donc le volume 3 d'eau pure et réfrigérée. Elles sont, au cors de cette traversée, lavées de leurs impuretées et refroidies de manière à condenser la vapeur d'eau qu'elles contiennent, le condensat obtenu venant s'ajouter à l'eau pure déjà constitutive du volume 3. Elles sortent ensuite parfaitement purifiées par une conduite de sortie 4 située à la partie supérieure de l'enceinte 1.
- Le niveau d'eau pure dans l'enceinte 1 est maintenu à peu près constant grace à un régulateur de pression, non figuré, situé sur le circuit 4 des gaz de sortie, et agissant sur une vanne, non représentée, commandant une entrée 11 d'eau déminéralisée dans l'enceinte 1. Par ailleurs, le retour de l'eau de condensation vers le circuit d'électrolyse s'effectue par au moins un tuyau 6 reliant l'intérieur de l'enceinte 1 à l'intérieur du dégazeur 7, de l'entrée supérieure 61 vers la sortie inférieure 62 dudit tuyau, ce qui permet par ailleurs d'assurer un bon équilibre des pressions entre les enceintes 1 et 7. On notera que l'on pourra rajouter en cours de fonctionnement de l'électrolyseur de l'eau déminéralisée par l'orifice 11 dans l'enceinte 1, au lieu de la rajouter comme il est habituel directement dans le dégazeur 7; on limitera ainsi les gradients de concentration.
- Dans l'exemple considéré par ailleurs, il est possible d'introduire, au démarrage, de l'électrolyte dans l'enceinte 1 au lieu d'y introduire de l'eau pure. Cette modification ne sera par ailleurs que passagère car, au fur et à mesure de la condensation de la vapeur d'eau et de l'évacuation du liquide par le tuyau 6, le volume 3 ne contiendra plus, au bout d'un certain temps de fonctionnement et aux traces de potasse près, pratiquement que de l'eau pure. On notera enfin que le circuit réfrigérant réalisé dans l'enceinte 1 grace au serpentin 2 et au volume de liquide 3 est un circuit liquide-liquide, ce qui permet de conférer à l'enceinte 1 elle même des dimensions bien plus réduites que celles nécessitées précédemment uniquement pour le circuit réfrigérant qui était un circuit liquide-gaz.
- L'invention trouve son utilisation principale dans la production industrielle d'hydrogène et d'oxygène par électrolye de l'eau sous pression.
Claims (2)
1. Dispositif de refroidissement et purification des gaz de sortie d'une installation d'électrolyse de l'eau, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque sortie de gaz, une enceinte (1) contenant un volume de liquide (3) parcouru par un circuit de refroidissement (2), placée au-dessus du séparateur gaz-liquide correspondant et munie:
- d'au moins une entrée extérieure (11) d'eau déminéralisée permettant d'y entretenir ledit volume de liquide,
- d'au moins une entrée (5) de gaz en provenance dudit séparateur (7) et débouchant dans ledit volume de liquide (3),
- d'au moins un circuit (6) de retour dudit liquide (3) vers ledit séparateur gaz-liquide (7) correspondant,
- d'au moins une sortie (4) de gaz purifié situé à sa partie supérieure.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites entrées extérieures (11) constituent les seules entrées d'apport en fonctionnement d'eau déminéralisée dans l'installation d'électrolyse.
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