ES3035117T3 - Method and installation for producing one or more electrolysis products - Google Patents

Abstract

Se propone un método para producir uno o más productos de electrólisis, en el que se utilizan una o más celdas de electrólisis (10) con una membrana de intercambio de protones, en el que se extrae un gas de extracción de cátodo rico en hidrógeno del lado del cátodo de una o más celdas de electrólisis (10), en el que se extrae un gas de extracción de ánodo (3) del lado del ánodo de una o más celdas de electrólisis (10), en el que el gas de extracción de ánodo (3) de una o más celdas de electrólisis (10) se extrae como parte de una corriente de dos fases (1), en la que la corriente de dos fases (1) comprende el gas de extracción de ánodo (3) y una fase acuosa (2), y en la que la corriente de dos fases (1) o una parte de la misma se separa en un dispositivo separador (20) en el gas de extracción de ánodo (3) y la fase acuosa (2). El conjunto separador (20) utilizado comprende una primera sección (21) con un primer espacio de gas (21a) y un primer espacio de líquido (21b), y una segunda sección (22) con un segundo espacio de gas (22a) y un segundo espacio de líquido (22b). El segundo espacio de gas (22a) interrumpe el contacto líquido entre el primer espacio de líquido (21b) y el segundo espacio de líquido (22b), y el primer espacio de líquido (21b) interrumpe el contacto gaseoso entre el primer espacio de gas (21a) y el segundo espacio de gas (22a). La invención también describe un sistema correspondiente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento e instalación para la producción de uno o varios productos de electrólisis

La presente invención se refiere a un procedimiento y a una instalación para producir uno o varios productos de electrolisis, en particular, hidrógeno y/u oxígeno, utilizando una o varias celdas de electrolisis, en particular, una o varias celdas de electrolisis con una membrana de intercambio de protones.

Antecedentes de la invención

Se conoce la producción de hidrógeno con el uso de celdas de electrolisis con membranas de intercambio de protones (del inglés Proton Exchange Membrane, PEM). En las celdas de electrolisis correspondientes, la membrana de intercambio de protones, que sirve para conducir protones, separar los gases de producto y aislar eléctricamente entre sí los lados anódico y catódico, está formada por un electrolito polimérico sólido. Mediante el uso de celdas de electrolisis con membranas de intercambio de protones, puede superarse una parte de los problemas asociados al funcionamiento con carga parcial y a las bajas densidades de corriente posibles que se dan en la electrolisis alcalina convencional.

Debido a la presión comparativamente alta del hidrógeno que se forma al usar celdas de electrolisis con una membrana de intercambio de protones, se puede abastecer directamente a los consumidores. Las altas densidades de corriente que pueden utilizarse conllevan unos costes de funcionamiento comparativamente bajos, especialmente en los casos en los que se utilizan fuentes de energía eléctrica dinámicas, como la eólica y la solar, cuyos picos de potencia no pueden aprovecharse de otro modo. El electrolito polimérico permite utilizar membranas más finas de aproximadamente 100 a 200 pm, por ejemplo, a altas presiones. Esto lleva a pérdidas óhmicas, causadas principalmente por la conducción de protones a través de la membrana y la formación de hidrógeno solicitado con presión.

Debido a su estructura sólida, la membrana de electrolito polimérico tiene una baja tasa de transferencia de gas, lo que puede provocar una pureza muy alta del gas producto. Esto puede ser especialmente ventajoso para la seguridad del almacenamiento y para el uso directo, por ejemplo, en una pila de combustible.

Las pérdidas de tensión en una celda de electrolisis correspondiente pueden producirse, en particular, debido a la resistencia eléctrica interna, la conductividad de protones, el transporte de masa a través de la celda y el aprovechamiento del catalizador.

La reacción anódica en una celda de electrolisis con membrana de intercambio de protones se denomina comúnmente reacción de evolución del oxígeno (en inglés Oxygen Evolution Reaction, OER). En el ánodo, el reactivo líquido agua se alimenta al catalizador y se oxida para dar oxígeno, protones y electrones:

2 H<2>O (I) ^ O<2>(g) 4 H+ (ac) 4 e-La reacción catódica se denomina comúnmente reacción de evolución del hidrógeno (en inglés Hydrogen Evolution Reaction, HER). En este caso, los electrones alimentados se combinan con los protones conducidos a través de la membrana, de manera que se genera hidrógeno gaseoso:

4 H+ (ac) 4 e- ^ 2 H<2>(g)

Además del hidrógeno del lado catódico, también puede utilizarse el oxígeno formado en las celdas de electrolisis correspondientes del lado anódico. La presente invención puede referirse a la recuperación de hidrógeno en el lado catódico y de oxígeno en el lado anódico de una electrolisis correspondiente.

La presente invención plantea el objetivo de mejorar la producción de hidrógeno y/u oxígeno, en particular, utilizando celdas de electrolisis con membrana de intercambio de protones y, en particular, de hacerla más segura y fiable. Los documentos típicos del estado de la técnica incluyen WO01/06.038, JPH08.144.078 y JP2019.178.357.

Descripción de la invención

En este contexto, la presente invención propone un procedimiento y una instalación para producir uno o más productos de electrolisis, en particular, hidrógeno y/u oxígeno, y en particular utilizando una celda de electrolisis con una membrana de intercambio de protones, con las características de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes, así como la siguiente descripción tienen por objeto diversas configuraciones.

Aunque la presente invención se describe a continuación predominantemente con referencia a una electrolisis, en la que se utiliza una membrana de intercambio de protones, las configuraciones de la presente invención también pueden utilizarse en principio utilizando otras técnicas de electrolisis, en particular, si los problemas que se abordan en la presente invención se producen en ella de la misma manera o de una manera comparable. La referencia a una electrolisis con membrana de intercambio de protones se realiza únicamente para simplificar y sin la intención de limitar la presente invención.

Si se hace referencia a “ una” celda de electrolisis, en particular, con “ una” membrana de intercambio de protones (en cada caso en singular), se entiende que las configuraciones de la presente invención se llevan a cabo normalmente con varias de tales celdas, en donde las celdas correspondientes pueden formar parte, en particular, de una pila de celdas de tipo conocido, en la que tales celdas están presentes en una pluralidad. En tal pila, en una electrolisis que utiliza membranas de intercambio de protones, se proporciona una pluralidad de disposiciones de en cada caso ánodo, membrana de intercambio de protones y cátodo, que están separados entre sí en cada caso por equipos de separación y medios para alimentar agua o extraer gas. Estos últimos pueden conectarse a conductos de alimentación o de recogida, que alimentan toda la pila. En otros tipos de electrolisis, puede proporcionarse una estructura de pila comparable y también pueden utilizarse aquí las correspondientes líneas de alimentación y recogida.

Por lo tanto, cuando se hace referencia a un “ lado anódico” o a un “ lado catódico” de una celda de electrolisis de cualquier tipo, estos términos también pueden referirse a los lados catódicos o a los lados anódicos de las celdas de las pilas de celdas totales correspondientes. En lo sucesivo, el gas extraído de este/estos lados catódicos (en total) también se denominará “gas de extracción catódica” . Lo mismo se aplica al lado anódico, es decir, un “gas de extracción anódica” .

El gas de extracción catódica es rico en hidrógeno y el gas de extracción anódica es rico en oxígeno, en donde sin embargo el gas de extracción anódica normalmente presenta más hidrógeno que el gas de extracción catódica oxígeno, ya que el hidrógeno suele pasar más fácilmente al lado anódico que el oxígeno al lado catódico. Mediante el uso de membranas de intercambio de protones, como se ha mencionado, se pueden conseguir elevadas purezas del producto, de forma que el gas de extracción catódica contenga muy poco oxígeno. Sin embargo, en otras técnicas de electrolisis también pueden formarse gases de extracción catódica o anódica ricos en hidrógeno o sin oxígeno, que en cada caso contienen una proporción menor del otro gas. El término “ rico” puede representar a este respecto, en particular, un contenido superior al 90 %, 95 %, 99 % o 99,5 % en volumen, cantidad o molar.

El gas de extracción anódica se extrae junto con el agua del lado anódico, especialmente en la electrolisis con membranas de intercambio de protones, es decir, inicialmente se realiza un flujo bifásico desde el lado anódico. Tras la separación en las fases gaseosa y líquida, la primera puede utilizarse, por ejemplo, para la obtención de oxígeno o liberarse a la atmósfera.

Un problema principal con respecto al flujo bifásico, que presenta oxígeno y agua, resulta de su posible contenido en hidrógeno. Impulsado, por ejemplo, por el gradiente de presión a través de la membrana de intercambio de protones, el hidrógeno puede atravesarla por permeación, pero más aún si se producen defectos o grietas. Por ejemplo, en situaciones de baja carga, en espera o en caso de defectos, este contenido en hidrógeno puede alcanzar, en su caso, el límite inferior de explosividad (LIE) de aproximadamente un 4 % de hidrógeno en oxígeno. En principio, también puede producirse una transición correspondiente de hidrógeno en otras tecnologías de electrolisis.

El límite (inferior) de explosión de un gas indica el contenido en una mezcla gaseosa, por encima del cual es posible la ignición o la explosión con al mismo tiempo un contenido suficiente en oxígeno. Este último es siempre el caso del gas de extracción anódica rico en oxígeno o del flujo bifásico mencionado.

Una explosión es una combustión incontrolada de una mezcla de gases inflamables con un frente de llama laminar. Una explosión se diferencia de una detonación esencialmente en la velocidad de propagación.

En el caso de una explosión, esta se encuentra por debajo de la velocidad del sonido, en el caso de una detonación, suele ser muy superior a la velocidad del sonido. Las explosiones y detonaciones de mezclas de gases en contenedores y tuberías provocan un aumento masivo de la presión, que puede hacer estallar los contenedores y causar los daños consiguientes. Normalmente, en caso de explosión, la presión puede multiplicarse por diez. Los efectos de una detonación son mucho más graves. En este caso, el factor de aumento de presión puede ascender a 50 o más. Una explosión puede convertirse en detonación tras un determinado tiempo de arranque y una concentración mínima de combustible y oxígeno.

No se puede descartar por completo una fuente de ignición en la zona interior y posterior de una celda de electrolisis, por ejemplo, con membrana de intercambio de protones o pila una correspondiente. Esto significa que, a la hora de diseñar la instalación correspondiente, debe asumirse una posible ignición de la mezcla de gases potencialmente explosiva.

La reacción del gas oxihidrógeno es muy rápida, lo que da lugar a velocidades de propagación de la llama que superan la velocidad del sonido. Por tanto, una explosión puede convertirse en detonación incluso en salas pequeñas y tuberías. En un escenario de detonación, han de tenerse en cuenta en el diseño relaciones de presión de explosión muy elevadas.

Aunque una explosión o detonación “solo” se produzca en un separador para separar el flujo bifásico, pueden producirse daños en otras zonas, en particular, en los aparatos situados aguas abajo, como bombas o intercambiadores de calor o una celda de electrolisis o la propia pila, ya que la presión de la explosión se transmite a estos a través del fluido incompresible (agua).

La presente invención permite soluciones seguras para tales casos y a este respecto supera las desventajas del estado de la técnica. Convencionalmente, un diseño a prueba de explosiones o detonaciones correspondiente, en el mejor de los casos, es muy caro y, en el peor, técnicamente irrealizable. La protección de los aparatos situados aguas abajo mediante válvulas de descarga de presión o discos de ruptura también puede resultar problemática convencionalmente, ya que la onda de presión de la explosión o detonación se propaga muy rápidamente, es decir, a aproximadamente 3.000 m/s.

En el procedimiento propuesto en cuestión para la producción de uno o varios productos de electrolisis, en particular, hidrógeno y/u oxígeno, se utilizan una o varias celdas de electrolisis, en particular, con una membrana de intercambio de protones, en donde un gas de extracción catódica rico en hidrógeno se extrae por el lado catódico de la una o las varias celdas de electrolisis, en donde un gas de extracción anódica se extrae por el lado anódico de la una o las varias celdas de electrolisis, en donde el gas de extracción anódica se extrae de la una o las varias celdas de electrolisis como parte de un flujo bifásico, en donde el flujo bifásico presenta el gas de extracción anódica y una fase acuosa, y en donde el flujo bifásico o una parte del mismo se separa en el gas de extracción anódica y la fase acuosa en una disposición de separación. El gas de extracción anódica es rico en oxígeno y presenta un cierto contenido en hidrógeno debido a los efectos explicados, o no puede evitarse completamente un cierto contenido en hidrógeno.

En este sentido, está previsto que como disposición de separación se use una disposición de separación con una primera sección, que presenta un primer espacio de gas y un primer espacio de líquido, y con una segunda sección, que presenta un segundo espacio de gas y un segundo espacio de líquido, en donde la disposición de separación está diseñada de tal manera que con el llenado del primer espacio de líquido y del segundo espacio de líquido, se forma un cierre de líquido que interrumpe un contacto de gas entre el primer espacio de gas y el segundo espacio de gas. El cierre de líquido puede realizarse, por ejemplo, mediante un vertedero y un deflector que descienda al primer espacio de líquido, mediante un tubo de rebose o mediante un tubo ascendente, como se explica a continuación en cada caso por medio de correspondientes ejemplos de realización.

En configuraciones de la invención, también pueden proporcionarse varias primeras secciones correspondientes, que en cada caso presentan un primer espacio de gas y un primer espacio de líquido, y dos o más primeras secciones pueden estar asociadas a una segunda sección común con un segundo espacio de gas y un segundo espacio de líquido. En este caso, los espacios de gas de la pluralidad de primeras secciones están separados del segundo espacio de gas común en cada caso mediante un cierre de líquido. La pluralidad de primeras secciones también puede formarse en dos lados de una segunda sección común y tener una estructura esencialmente invertida en espejo, como se ilustra en las Figuras 4 y 6 en ejemplos de realización. En lo sucesivo, el término “una” primera sección se utiliza en singular únicamente a efectos de simplificación.

En caso de explosión o detonación, el líquido puede pasar a este respecto del primer espacio de líquido de la primera sección a la segunda sección. La segunda sección puede servir a este respecto como amortiguador, debido al segundo espacio de gas presente en ella, de modo que la onda de presión no se transmita directamente a través de la fase líquida. De este modo, pueden evitarse daños en los aparatos situados aguas abajo.

En principio, pueden utilizarse diferentes configuraciones de disposiciones de separación y cierres de líquido. En configuraciones de la invención, una disposición de separación está diseñada, en particular, de manera que la fase acuosa se acumula en la primera sección en un vertedero o una segunda pared de separación hasta una altura de acumulación y se descarga en la segunda sección a través de la segunda pared de separación. El primero y el segundo espacio de gas se separan uno de otro mediante una primera pared de separación que desciende por debajo del nivel de líquido en la primera sección, y la primera pared de separación y la segunda pared de separación forman el cierre de líquido. Por tanto, en particular, una disposición de separación de este tipo puede presentar una primera pared de separación y una segunda pared de separación, en donde el cierre de líquido se forma mediante la primera pared de separación y la segunda pared de separación. De este modo, puede formarse únicamente mediante una pared exterior resistente a la presión y dos paredes de separación una disposición de separación que es particularmente sencilla, estable y barata de fabricar.

Por tanto, en una correspondiente configuración de la presente invención, la disposición de separación puede presentar un espacio interior encerrado por una pared, en donde la primera pared de separación divide solo una parte superior del espacio interior de manera hermética, en donde la segunda pared de separación divide solo una parte más baja del espacio interior de manera hermética, y en donde las zonas divididas de manera hermética mediante la primera pared de separación y la segunda pared de separación se solapan una con otra. A este respecto, el solapamiento puede conseguirse únicamente mediante una configuración de las paredes de separación, que terminen a diferentes alturas.

La segunda pared de separación puede dividir a este respecto la parte inferior del espacio interior hasta una altura de acumulación de manera hermética y la primera pared de separación puede dividir la parte superior del espacio interior hasta una altura de inmersión de manera hermética, en donde la altura de inmersión está dispuesta geodésicamente por debajo de la altura de acumulación.

Durante el funcionamiento, la fase acuosa en la primera sección puede acumularse hasta la altura de acumulación por medio de la segunda pared de separación, de modo que la primera pared de separación se sumerge en un nivel de líquido de la fase acuosa que se forma a la altura de acumulación. Ventajosamente, la fase acuosa permanece a este respecto acumulada, en la medida en que se garantice un flujo de entrada correspondiente y, de este modo, el cierre de líquido permanece siempre cerrado.

En las configuraciones de la invención, la segunda sección puede llenarse, al menos parcialmente, mediante un flujo de desbordamiento de la fase acuosa a través de la segunda pared de separación desde la primera sección. También puede proporcionarse una alimentación de agua adicional, por ejemplo, para igualar las cantidades reducidas y evitar la cavitación de la bomba aguas abajo.

En la segunda sección, se forma particularmente un nivel líquido de la fase acuosa, que se encuentra por debajo del nivel líquido de la fase acuosa en la primera sección, en particular, para evitar el reflujo y garantizar un volumen de amortiguación suficiente. Esto puede garantizarse fijando una cantidad de extracción.

En otras configuraciones, la disposición de separación puede presentar un tubo de rebose, que forma el cierre de líquido, por ejemplo, sumergiéndolo en el líquido acumulado en el segundo espacio de líquido.

En una configuración específica de la presente invención, una primera sección puede estar formada, en particular, por un recipiente cilíndrico con una o dos tapas terminales a modo de cúpula o de segmento esférico, que está alineado horizontalmente con su eje del cilindro. La primera sección puede presentar un primer diámetro en perpendicular al eje del cilindro. A continuación de la primera sección, la segunda sección también puede tener, en particular, una forma cilíndrica, en donde un eje del cilindro de la segunda sección también puede estar alineado, en particular, horizontalmente. La segunda sección puede presentar un segundo diámetro en perpendicular al eje del cilindro, que es particularmente mayor que el primer diámetro. Desde una zona que se encuentra por debajo de un plano definido por el eje del cilindro de la primera sección, puede estar guiado un tubo ascendente fuera de la primera sección, en particular, fuera de una tapa terminal, que está curvado hacia arriba en el desarrollo posterior y desemboca en la segunda sección. En particular, la disposición funciona a este respecto de tal manera que el líquido se introduce en la primera sección en una cantidad y que el líquido se extrae de la segunda sección en una cantidad, que en cada caso está dimensionada de tal manera que se forma un nivel de líquido que se encuentra por debajo de la desembocadura del tubo ascendente en la segunda sección.

La configuración que se acaba de explicar puede comprender, en particular, dos primeras secciones esencialmente idénticas e invertidas y una segunda sección central situada entre ellas, de modo que los tubos ascendentes de las primeras secciones desemboquen en la segunda sección central. Las explicaciones también se aplicanmutatis mutandisa más de dos primeras secciones, que pueden estar dispuestas en una configuración triangular, en forma de cruz o en forma de estrella o en una fila alrededor de una segunda sección, por ejemplo.

El flujo bifásico o su parte introducida en la disposición de separación se introduce en este sentido en la primera sección, el gas de extracción anódica se extrae del primer espacio de gas y la fase acuosa se extrae de la segunda sección. El espacio de gas de la segunda sección puede conectarse a la atmósfera circundante a través de un conducto, en donde un conducto correspondiente puede liberar gas al exterior, en particular, en caso de explosión o detonación.

Como se ha mencionado, la presente invención también es adecuada para evitar las consecuencias de una explosión o detonación, si el gas de extracción catódica presenta un contenido en hidrógeno superior al 4 % al menos temporalmente y oxígeno en el remanente.

También es objeto de la invención una instalación para producir uno o varios productos de electrolisis, en particular hidrógeno, o hidrógeno y oxígeno, que presenta una o varias celdas de electrolisis, en particular, con una membrana de intercambio de protones, en donde la instalación presenta medios que están configurados para extraer un gas de extracción catódica rico en hidrógeno de la una o las varias celdas de electrolisis del lado catódico y para extraer un gas de extracción anódica de la una o las varias celdas de electrolisis del lado anódico, en donde el gas de extracción anódica forma parte de un flujo bifásico, que presenta el gas de extracción anódica y una fase acuosa, y en donde la instalación presenta una disposición de separación, que está configurada para separar el flujo bifásico o una parte del mismo en el gas de extracción anódica y la fase acuosa.

A este respecto, la disposición de separación está diseñada con una primera sección, que presenta un primer espacio de gas y un primer espacio de líquido, y con una segunda sección, que presenta un segundo espacio de gas y un segundo espacio de líquido, en donde la disposición de separación está diseñada de tal manera que con el llenado del primer espacio de líquido y del segundo espacio de líquido, se forma un cierre de líquido que interrumpe un contacto de gas entre el primer espacio de gas y el segundo espacio de gas.

Con respecto a otras características y ventajas de una instalación correspondiente y sus configuraciones, se hace referencia expresa a las explicaciones anteriores relativas al procedimiento propuesto según la invención y sus configuraciones, ya que se aplican a este de la misma manera.

Lo mismo se aplica también a una instalación que, según una configuración de la invención, está configurada para realizar un procedimiento según cualquier configuración de la presente invención.

Breve descripción de la figura

A continuación, las realizaciones de la invención se describen meramente a modo de ejemplo con referencia al dibujo adjunto, en donde

la figura 1 ilustra los antecedentes de la presente invención,

la figura 2 ilustra una instalación según una configuración de la invención y

las figuras 3 a 6 ilustran posibles detalles de la instalación según la figura 2.

Realizaciones de la invención

Las realizaciones descritas a continuación se describen únicamente con el fin de ayudar al lector a comprender las características reivindicadas y previamente explicadas. Son ejemplos meramente representativos y no pretenden ser concluyentes y/o limitativos con respecto a las características de la invención. Debe entenderse que las ventajas, realizaciones, ejemplos, funciones, características, estructuras y/u otros aspectos descritos anteriormente y a continuación no deben considerarse como limitaciones del alcance de la invención, tal como se define en las reivindicaciones o como limitaciones de equivalentes a las reivindicaciones, y que pueden utilizarse otras realizaciones y pueden efectuarse modificaciones sin apartarse del alcance de la invención reivindicada.

Varias realizaciones de la invención pueden comprender, presentar, consistir o consistir esencialmente en otras combinaciones útiles de los elementos, componentes, características, partes, etapas, medios, etc. descritos, incluso si tales combinaciones no se describen específicamente en el presente documento. Además, la divulgación puede comprender otras invenciones que no se reivindican actualmente, pero que pueden reivindicarse en el futuro, en particular, si están comprendidas por el alance de las reivindicaciones independientes.

Las explicaciones relativas a dispositivos, aparatos, disposiciones, sistemas, etc. según las realizaciones de la presente invención también pueden aplicarse a procedimientos, procesos, métodos, etc. según las realizaciones de la presente invención y viceversa. Los elementos, etapas de procedimiento, etc. que sean idénticos, tengan el mismo efecto, se correspondan entre sí en su función, sean estructuralmente idénticos o comparables, etc. pueden indicarse mediante signos de referencia idénticos.

A continuación, la presente invención y sus configuraciones se explican con referencia a la electrolisis con una membrana de intercambio de protones. Sin embargo, como se ha mencionado en varias ocasiones, la invención no se limita a ello.

La figura 1 ilustra los antecedentes de la presente invención mediante un diagrama de flujo muy simplificado.

En la figura 1 se ilustra a este respecto el circuito de agua u oxígeno en el lado anódico de una celda de electrolisis con una membrana de intercambio de protones. La celda de electrolisis o una pila correspondiente de una pluralidad de celdas de electrolisis se indica a este respecto con 10. No se ilustran los detalles del gas de extracción catódica y extraído del lado catódico, que es esencialmente hidrógeno puro.

Como ya se ha explicado anteriormente, en el lado anódico de la celda de electrolisis o la pila 10 se produce inicialmente un flujo 1 bifásico con una proporción de agua y una proporción de gas. Además de oxígeno, también hay hidrógeno en la proporción de gas, debido a la permeación a través de la membrana de intercambio de protones, y de manera reforzada, en el caso de defectos en la membrana de intercambio de protones.

El flujo bifásico se introduce en un separador 200, en cuya zona inferior se separa la porción de agua del flujo 1 bifásico, para que pueda extraerse como flujo 2 de agua (con ciertas porciones residuales de gases disueltos). El flujo 2 de agua puede conducirse por medio de una bomba 30 y atemperarse por medio de un intercambiador 40 de calor. La proporción de gas puede realizarse en forma de un flujo 3 de gas y, dependiendo de la configuración del procedimiento, puede utilizarse para formar un producto de oxígeno o desecharse soplándolo a la atmósfera.

Como se ilustra con una flecha dentada, una explosión o detonación puede producirse en un espacio de gas en el separador 200, pero también en los conductos correspondientes, si hay un contenido en hidrógeno correspondiente en el flujo 3 de gas. Como ya se ha mencionado, aunque una explosión o detonación se produzca “ solo” en el separador 200, pueden producirse daños en otras zonas, en particular, en aparatos situados aguas abajo, como la bomba 30, el intercambiador 40 de calor o la celda de electrolisis o la pila 10, ya que la presión de la explosión se transmite a estos a través del fluido incompresible (agua).

En la Figura 2 se ilustra una instalación según una configuración de la presente invención y se designa en su conjunto con 100. Los elementos ya explicados con respecto a la figura 1 y designados en consecuencia en esta, es decir, la celda de electrolisis o la pila 10, la bomba 30 y el intercambiador 40 de calor no se explican de nuevo.

Como se ilustra en la figura 2, la instalación 100 presenta una disposición 20 de separación, que está formada por una primera sección 21 y una segunda sección 22, que presentan en cada caso un espacio de gas y un espacio de líquido. Entre las secciones 21 y 22 se forma un cierre 23 de líquido. En términos alternativos, la disposición 20 de separación está diseñada de tal manera que, con el llenado durante el funcionamiento de la instalación 100, se forma un cierre 23 de líquido, que interrumpe un contacto de gas entre los espacios de gas en la primera y segunda sección 21 y 22. En las siguientes figuras 3 a 6 se ilustran detalles de una posible configuración. De este modo, la zona aguas abajo de la primera sección 21 puede mantenerse libre de mezclas de gases explosivas o detonables.

Por consiguiente, en la instalación de la figura 2, únicamente la zona del flujo 1 bifásico y la primera sección 21 con los elementos directamente conectados a ella han de estar diseñados a prueba de explosiones o detonaciones y, en particular, en caso de explosión o detonación en la primera sección 21, la onda de presión no puede pasar a los elementos situados aguas abajo, como la bomba 30 y el intercambiador 40 de calor, o solo en una medida reducida. Esto se consigue creando un volumen de amortiguación gaseoso en la segunda sección 22 e interrumpiendo la conexión directa entre los dos espacios de líquido.

En la figura 3 se ilustra una disposición 20 de separación, que puede utilizarse, por ejemplo, en una instalación 100 según la figura 2, cuya integración resulta de los flujos 1, 2 y 3 designados idénticamente como en la figura 2. En la figura 3 se designa otro flujo de gas con 4.

La disposición 20 de separación presenta una pared 26, en la que se forman dos cámaras, que forman la primera sección 21 y la segunda sección 22. El cierre 23 de líquido está formado por dos paredes de separación, en donde una primera pared 24 de separación separa un espacio 21a de gas de la primera sección 21 de un espacio 22a de gas de la segunda sección 22. Por el contrario, la segunda pared 25 de separación, separa un espacio 21b de líquido de la primera sección 21 de un espacio 22b de líquido de la segunda sección 22.

Los niveles de líquido en la primera sección 21 y la segunda sección 22 se ilustran en cada caso con líneas discontinuas y se designan adicionalmente con triángulos. Si ahora se produce una explosión o detonación en la primera sección 21, el líquido se derrama desde el espacio 21 b de líquido de la primera sección 21 al espacio 22b de líquido de la segunda sección 22, sin embargo la onda de presión de explosión no puede pasar al aparato situado aguas abajo. El gas de la cámara 22a de gas de la segunda sección 22 puede escapar en forma del flujo 4 de gas.

En caso necesario, puede introducirse agua adicional en la segunda sección 22 o en su espacio 22b de líquido a través de un conducto 27 o de una válvula dispuesta en la misma, que no se designa por separado, por ejemplo, para sustituir el agua dividida en el proceso de electrolisis.

En otras palabras, la pared 26 encierra un espacio 26a interior. La primera pared 24 de separación subdivide únicamente una parte superior del espacio 26a interior de manera hermética y la segunda pared 25 de separación subdivide únicamente una parte inferior del espacio 26a interior de manera hermética, en donde las zonas subdivididas de manera hermética mediante la primera pared 24 de separación y la segunda pared 25 de separación se solapan una con otra en una vista horizontal.

Más concretamente, la segunda pared 25 de separación subdivide la parte inferior del espacio 26a interior hasta una altura 26c de acumulación y la primera pared 24 de separación subdivide la parte superior del espacio 26a interior hasta una altura 26b de inmersión. La altura 26b de inmersión está dispuesta geodésicamente por debajo de la altura 26c de acumulación, de modo que la fase 2 de agua puede acumularse en la primera sección 21 por medio de la segunda pared 25 de separación hasta la altura 26c de acumulación y la primera pared 24 de separación desciende a un nivel líquido de la fase 2 de agua que se forma en la altura 26c de acumulación.

La segunda sección 22 se llena, al menos parcialmente, mediante un flujo de desbordamiento de la fase 2 de agua procedente de la primera sección 21 a través de la segunda pared 25 de separación. También puede introducirse agua a través del conducto 27. En cualquier caso, en la segunda sección 22 se forma un nivel de líquido de la fase acuosa, que se encuentra por debajo del nivel de líquido de la fase acuosa en la primera sección 21.

El flujo 1 bifásico se introduce en la primera sección 21 y el gas 3 de extracción anódica se extrae del primer espacio 21a de gas. La fase 2 acuosa se descarga desde la segunda sección 22, en particular, a una bomba 30. A este respecto, el nivel de líquido en el segundo espacio 22b de líquido depende de la cantidad de extracción en forma de flujo 2.

En la figura 4 se ilustra otra disposición de separación que puede utilizarse, por ejemplo, en una instalación 100 según la figura 2, que en este caso sin embargo se designa con 20'. Esta presenta una estructura simétrica, en donde se proporciona otra primera sección, que en su conjunto se designa con 21' y sus componentes están dotados en cada caso de los correspondientes símbolos de referencia apostrofados. La integración resulta de los flujos 1, 2 y 3, que están designados idénticos como en la figura 2, o de los flujos 1' y 3' designados con los apóstrofes correspondientes. La disposición 20' de separación según la figura 4 es especialmente adecuada para conectar varias celdas de electrolisis o pila 10 a una bomba 30 común.

En la figura 5 se ilustra otra disposición de separación que puede utilizarse, por ejemplo, en una instalación 100 según la figura 2, que sin embargo no está designada por separado en la figura 5. Esta presenta un tubo 29 de rebose, en donde el líquido se acumula en el primer espacio 21b de líquido hasta la altura de acumulación también designada en este caso con 26c, y en donde el tubo 29 de rebose desciende en el espacio 22b de líquido en la segunda sección 22 y forma de esta manera el cierre 23 de líquido.

En la figura 6 se ilustra otra disposición de separación que puede utilizarse, por ejemplo, en una instalación 100 según la figura 2 y que sin embargo no se designa por separado en la figura 6.

En la configuración específica de la presente invención ilustrada en este caso, una primera sección 21 (puede estar presente una segunda sección 21' correspondiente, dispuesta con imagen especular, pero no se explica por separado) puede estar formada, en particular, por un recipiente cilíndrico con una o dos tapas terminales a modo de cúpula o de segmento esférico, que está alineado horizontalmente con su eje del cilindro, que se muestra como una línea de puntos en la figura 6. La primera sección 21 puede presentar un primer diámetro en perpendicular al eje del cilindro.

Puede proporcionarse una segunda sección 22 adyacente a la primera sección, en particular, también de forma cilíndrica, sin embargo también en cualquier configuración, en donde un eje del cilindro de la segunda sección también puede estar alineado, en particular, horizontalmente y este coincide, por ejemplo, con el eje del cilindro de la primera sección. La segunda sección 22 puede presentar un segundo diámetro en perpendicular al eje del cilindro, que es particularmente mayor que el primer diámetro.

Desde una zona que se encuentra por debajo de un plano definido por el eje del cilindro de la primera sección 21, puede estar guiado un tubo 31 ascendente fuera de la primera sección, en particular, fuera de una tapa terminal, que está curvado hacia arriba en el desarrollo posterior y desemboca en la segunda sección 22. En particular, la disposición funciona a este respecto de tal manera que el líquido se introduce en la primera sección en una cantidad y que el líquido se extrae de la segunda sección en una cantidad, que en cada caso está dimensionada de tal manera que se forma, en este caso ilustrado de manera discontinua, un nivel de líquido que se encuentra por debajo de la desembocadura del tubo ascendente en la segunda sección.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para producir uno o más productos de electrólisis, en donde se utilizan una o varias celdas (10) de electrolisis, en donde un gas de extracción catódica rico en hidrógeno se extrae de la una o las varias celdas (10) de electrolisis por el lado catódico, en donde un gas (3) de extracción anódica se extrae de la una o las varias celdas (10) de electrolisis por el lado anódico, en donde el gas (3) de extracción anódica se extrae de la una o las varias celdas (10) de electrolisis como parte de un flujo (1) bifásico, en donde el flujo (1) bifásico presenta el gas (3) de extracción anódica y una fase (2) acuosa y en donde el flujo (1) bifásico o una parte del mismo se separa en una disposición (20) de separación en el gas (3) de extracción anódica y la fase acuosa (2),caracterizado por quecomo disposición (20) de separación se usa una disposición (20) de separación con una primera sección (21), que presenta un primer espacio (21a) de gas y un primer espacio (21b) de líquido, y con una segunda sección (22), que presenta un segundo espacio (22a) de gas y un segundo espacio (22b) de líquido, en donde la disposición (20) de separación está diseñada de tal manera que con el llenado del primer espacio (21b) de líquido y del segundo espacio (22b) de líquido, se forma un cierre (23) de líquido, que interrumpe el contacto de gas entre el primer espacio (21a) de gas y el segundo espacio (22a) de gas y, en particular, adicionalmente mediante un nivel de líquido controlado de manera correspondiente en la segunda sección (22) se impide un contacto de líquido entre el primer espacio (21b) de líquido y el segundo espacio (22b) de líquido mediante el segundo espacio (22a) de gas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde se usan una o varias celdas (10) de electrolisis con una membrana de intercambio de protones.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en donde la disposición (20) de separación está diseñada de tal manera que la fase (2) acuosa se acumula en la primera sección (21) hasta una altura (26c) de acumulación y se descarga hacia la segunda sección (22) a través de un cierre (23) de líquido.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en donde la disposición (20) de separación presenta una primera pared (24) de separación y una segunda pared (25) de separación, en donde el cierre (23) de líquido se forma por la primera pared (24) de separación y la segunda pared (25) de separación.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, en donde la disposición (20) de separación presenta un tubo (29) de rebose que forma el cierre (23) de líquido.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, en donde la primera sección (21) está formada por un recipiente cilíndrico, que está alineado con su eje cilíndrico horizontalmente y presenta un primer diámetro perpendicular a su eje cilíndrico.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en donde el recipiente cilíndrico presenta una o dos tapas terminales a modo de cúpula o de segmento esférico.

8. Procedimiento según la reivindicación 6 o 7, en donde la segunda sección (22) está formada por otro recipiente cilíndrico, en particular, en donde un eje cilíndrico de la segunda sección (22) está orientado horizontalmente.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en donde la segunda sección (22) presenta un segundo diámetro perpendicular a su eje cilíndrico, que es mayor que el primer diámetro.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 9, en donde un tubo (31) ascendente está guiado fuera de la primera sección (21) desde una zona que se encuentra por debajo de un plano horizontal definido por el eje del cilindro de la primera sección (21), que está curvado hacia arriba en el desarrollo posterior y desemboca en la segunda sección (22).

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el flujo (1) bifásico o su parte introducida en la disposición (20) de separación se introduce en la primera sección (21).

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el gas (3) de extracción anódica se extrae del primer espacio (21a) de gas.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la fase (2) acuosa se extrae de la segunda sección (22).

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el gas (3) de extracción anódica presenta, al menos temporalmente, un contenido en hidrógeno superior al 4 % y oxígeno en el remanente.

15. Instalación (100) para producir uno o varios productos de electrolisis, que presenta una o varias celdas (10) de electrolisis, en donde la instalación (100) presenta medios que están configurados para extraer un gas de extracción catódica rico en hidrógeno de la una o las varias celdas (10) de electrólisis por el lado catódico y para extraer un gas (3) de extracción anódica de la una o las varias celdas (10) de electrolisis por el lado anódico, en donde el gas (3) de extracción anódica es parte de un flujo (1) bifásico, que presenta el gas (3) de extracción anódica y una fase (2) acuosa, y en donde la instalación (100) presenta una disposición (20) de separación que está configurada para separar el flujo (1) bifásico o una parte del mismo en el gas (3) de extracción anódica y la fase acuosa (2),caracterizada por quela disposición (20) de separación está diseñada con una primera sección (21), que presenta un primer espacio (21a) de gas y un primer espacio (21b) de líquido, y con una segunda sección (22), que presenta un segundo espacio (22a) de gas y un segundo espacio (22b) de líquido, en donde la disposición (20) de separación está diseñada de tal manera que con un llenado del primer espacio (21b) de líquido y el segundo espacio (22b) de líquido, se forma un cierre (23) de líquido, que interrumpe un contacto de gas entre el primer espacio (21a) de gas y el segundo espacio (22a) de gas y, en particular, adicionalmente mediante un nivel de líquido controlado de manera correspondiente, en la segunda sección (22) se impide un contacto de líquido entre el primer espacio (21b) de líquido y el segundo espacio (22b) de líquido mediante el segundo espacio (22a) de gas.