BE1031541B1 - Unité d'électrolyse à productivité et disponibilité accrues - Google Patents
Unité d'électrolyse à productivité et disponibilité accrues Download PDFInfo
- Publication number
- BE1031541B1 BE1031541B1 BE20235464A BE202305464A BE1031541B1 BE 1031541 B1 BE1031541 B1 BE 1031541B1 BE 20235464 A BE20235464 A BE 20235464A BE 202305464 A BE202305464 A BE 202305464A BE 1031541 B1 BE1031541 B1 BE 1031541B1
- Authority
- BE
- Belgium
- Prior art keywords
- electrolytic solution
- flow
- electrolyser
- conduit
- gas
- Prior art date
Links
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 42
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 8
- -1 hydroxide ions Chemical class 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000037452 priming Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C25B15/02—Process control or regulation
- C25B15/021—Process control or regulation of heating or cooling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C25B15/087—Recycling of electrolyte to electrochemical cell
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C25B15/083—Separating products
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
La présente invention a pour objet un électrolyseur (10) comprenant : - un stack (12) baignant dans une solution électrolytique - un cheminement de premier flux (Fa) de solution électrolytique, comprenant un premier séparateur gaz-liquide (16a) adapté pour isoler un premier produit d’électrolyse du premier flux (Fa), une première canalisation (14a) reliant la solution à une entrée du premier séparateur, et un premier conduit (18a) qui relie une sortie du premier séparateur à la solution électrolytique; - un cheminement de deuxième flux (Fb) de solution électrolytique, comprenant un deuxième séparateur gaz-liquide (16b) adapté pour isoler un deuxième produit d’électrolyse du deuxième flux (Fb), une deuxième canalisation (14b) reliant la solution électrolytique au deuxième séparateur, et un deuxième conduit (18a) qui relie une sortie du deuxième séparateur à la solution électrolytique ; - une unité de préchauffage (20) pour chauffer au moins l’un des premier et deuxième flux (Fa, Fb).
Description
2023/5464 ,Ç
BE2023/5464
Titre de l’invention : UNITÉ D’ÉLECTROLYSE À PRODUCTIVITÉ ET
DISPONIBILITÉ ACCRUES
La présente invention se rapporte à la technologie d’électrolyse, notamment pour la production de dinydrogène (Hz) et de dioxygène (O2). Elle concerne plus particulièrement une unité d’électrolyse alcalin à efficacité instantanée augmentée.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE
Une unité d’électrolyse, dite électrolyseur, comporte classiquement un stack formé d’une multitude de cellules électrolytiques empilées. Chaque cellule comprend deux électrodes, dont une cathode et une anode, baignant dans une solution électrolytique.
L’électrolyse consiste à imposer le passage d’un courant électrique entre ces deux électrodes pour provoquer une rupture de liaisons et la génération de nouveaux produits.
La solution électrolytique est une solution servant de siège à la réaction. Dans le cas d’une électrolyse dite alcaline pour la production de dinydrogène (Hz) et de dioxygène (O2), cette solution se présente sous la forme d’une solution aqueuse comprenant de l’eau pure, à savoir déminéralisée, et un additif alcalin hydrosoluble, dit électrolyte. L'électrolyte correspond généralement à de l’'hydroxyde de potassium (KOH) ou de l’'hydroxyde de sodium (NaOH).
L’eau déminéralisée étant peu conductrice d’électricité, l'emploi de cet électrolyte permet d'aboutir à une conductance admissible moyennant la formation d'ions qui passent d'une électrode à l'autre pour assurer le passage du courant.
Au passage de ce courant électrique, les molécules d'eau (H2O) se dissocient en ions hydroxyde (HO7) et hydrogène (H*). Les cations d'hydrogène (H*) acceptent des électrons à la cathode dans une réaction d'oxydoréduction en formant du dihydrogène (Hz), tandis qu’une oxydation des anions hydroxyde (HO7) se produit à l’anode pour former du dioxygène (O2).
En sortie, sont ainsi récupérés deux mélanges, dont un mélange formé de dioxygène (O2) et de solution électrolytique à l’anode, et un mélange formé de dinydrogène (Hz) et de solution électrolytique à la cathode. De manière connue, ces mélanges sont chacun acheminés vers un séparateur gaz-liquide pour isoler le dioxygène (O2) et le dinydrogène (Hz).
La solution électrolytique résiduelle des deux mélanges, désignée par « lye », est alors réinjectée dans la solution électrolytique dans laquelle baignent les deux électrodes, sous la forme d’un circuit fermé.
La température étant liée à l'agitation thermique des molécules et des ions en solution, il est compris qu’une montée en température de la solution électrolytique augmente la mobilité des ions et par voie de conséquence l'intensité du courant électrique la parcourant. La réaction d’électrolyse s’en retrouve favorisée.
Au démarrage de l’électrolyseur à température ambiante, la conductance de la solution électrolytique est faible, ce qui induit : - une puissance significativement réduite du stack par rapport à son régime nominal ; et - une perte par fuite en dinydrogène (Hz), dite HTO de l'anglais « amount of hydrogen in oxygen », qui se retrouve de manière inopinée dans le mélange à destination du séparateur gaz-liquide adapté pour isoler le dioxygène (O2), et corolairement ; - une perte par fuite en dioxygène (O2), dite OTH de l’anglais « amount of oxygen in hydrogene », retrouvée dans le mélange à destination du séparateur contrairement adapté pour isoler le dinydrogène (H2).
En pratique, la solution électrolytique chauffe spontanément par effet
Joule au passage du courant. Néanmoins, cet effet Joule est significativement limité au démarrage du fait que le courant traversant est limité, ce qui rend le temps de chauffe particulièrement long.
Il est visé selon l'invention de proposer une solution permettant de limiter le temps de chauffe afin de pallier les défaillances de production susmentionnées.
À cet effet, l'invention a pour objet un électrolyseur comprenant : - un stack traversé d'amont en aval par une solution électrolytique et comportant un empilement de cellules électrolytiques baignant dans cette solution électrolytique ; - une boucle de cheminement de premier flux de solution électrolytique, comprenant un premier séparateur gaz-liquide adapté pour isoler un premier produit d’électrolyse du premier flux, une première canalisation de prélèvement de solution électrolytique en aval du stack qui est reliée à une entrée du premier séparateur gaz-liquide, et un premier conduit qui relie une sortie du premier séparateur gaz-liquide directement ou indirectement à la solution électrolytique en amont du stack ; - une boucle de cheminement de deuxième flux de solution électrolytique, comprenant un deuxième séparateur gaz-liquide adapté pour isoler un deuxième produit d’électrolyse du deuxième flux, une deuxième canalisation de prélèvement de solution électrolytique en aval du stack qui est reliée à une entrée de deuxième séparateur gaz-liquide, et un deuxième conduit qui relie une sortie du deuxième séparateur gaz-liquide directement ou indirectement à la solution électrolytique en amont du stack ; - une unité de préchauffage pour chauffer au moins l’un des premier et deuxième flux.
L’invention concerne également un électrolyseur ainsi défini, dans lequel : - le premier conduit et le deuxième conduit sont reliés à une chambre de mélange, et - l'unité de préchauffage est agencée pour chauffer le mélange des premier et deuxième flux au niveau ou en sortie de chambre de mélange.
L’invention concerne également un électrolyseur ainsi défini, dans lequel :
- le premier conduit et le deuxième conduit sont isolés l’un de l’autre ; et - l'unité de préchauffage comporte un premier module de préchauffe agencé pour chauffer le premier flux et un deuxième module de préchauffe agencé pour chauffer le deuxième flux.
L’invention concerne également un électrolyseur ainsi défini, dans lequel : - le premier module de préchauffage est agencé pour chauffer le premier flux au niveau du premier conduit ; et - le deuxième module de préchauffage est agencé pour chauffer le deuxième flux au niveau du deuxième conduit.
L’invention concerne également un électrolyseur ainsi défini, dans lequel l’unité de préchauffage comprend au moins un échangeur de chaleur.
L’invention concerne également un électrolyseur ainsi défini, dans lequel unité de préchauffage comprend au moins une résistance chauffante.
L’invention concerne également un procédé de synthétisation de produit par électrolyse au moyen d’un électrolyseur ainsi défini, comprenant une étape de chauffe d’au moins un parmi le premier flux et le deuxième flux par l’unité de préchauffage quand la température de solution électrolytique est en deçà d’une température cible.
L’invention concerne également un procédé ainsi défini pour la synthétisation de dinydrogène (Hz) et de dioxygène (O2) par électrolyse d’une solution électrolytique comprenant de l’eau déminéralisée et de l’'hydroxyde de potassium (KOH) ou de l’'hydroxyde de sodium (NaOH), dans lequel la température oscille autour d’une température « cible ».
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: — [Fig.1] est un schéma de principe d’un premier mode de réalisation de l’électrolyseur selon l'invention.
— [Fig.2] est un schéma de principe d’un second mode de réalisation de l’électrolyseur selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 5 En référence aux figures 1 et 2, une unité d’électrolyse 10, ou électrolyseur, selon l'invention comprend un stack 12 traversé d’amont AM en aval AV par une solution électrolytique. Ce stack 12, formant le noyau de l’électrolyseur 10, comporte une multitude de cellules électrolytiques empilées comprenant chacune deux électrodes plongées dans la solution électrolytique. Les électrodes de chaque cellule du stack 12, dont une cathode et une anode, sont séparées l’une de l’autre par une membrane, ou séparateur.
Dans la suite, l’électrolyseur 10 selon l'invention va être décrit dans le cadre d’une application d’électrolyse dite alcaline pour la production de dihydrogène (Hz) et de dioxygène (O2). La solution électrolytique correspond à une solution alcaline aqueuse comprenant de l’eau déminéralisée (H20) ainsi que de l’'hydroxyde de potassium (KOH) en concentration prédéfinie.
L’électrolyseur 10 comporte une première et une deuxième canalisation 14a, 14b prévues pour recueillir en aval AV du stack 12 les produits de réaction d’électrolyse et les véhiculer respectivement vers un premier et un deuxième séparateur gaz-liquide 16a, 16b.
La première canalisation 14a acheminer vers le premier séparateur gaz-liquide 16a un premier flux Fa de solution électrolytique enrichie en dinydrogène (Hz) après réaction au niveau des cellules électrolytiques. Plus en détail, ce dinydrogène (Hz) est issu en cascade de la dissociation de l’eau (H2O) en cations d'hydrogène (H*) au passage d’un courant électrique, suivie d’une réaction d'oxydoréduction de ces ions avec la cathode. En sortie du premier séparateur gaz-liquide 16a, le dinydrogène (Hz) est isolé tandis que la solution électrolytique résiduelle, dite lye, du premier flux Fa est acheminée le long d’un conduit 18a par pompage pour réintégrer l'écoulement de solution électrolytique en amont AM du stack 12 .
La deuxième canalisation 14b achemine vers le deuxième séparateur gaz-liquide 16b un deuxième flux de solution électrolytique enrichie en dioxygène (O2) après réaction au niveau des cellules électrolytiques. Le dioxygène (O2) est le produit de la dissociation de l’eau en ions hydroxyde (HOT) et d'une oxydation de ces ions à l’anode. De la même manière que pour le premier séparateur gaz-liquide 16a, le deuxième séparateur gaz- liquide 16b permet d'isoler le dioxygène (O2) tandis que le lye du deuxième flux Fb est guidé par pompage le long d’un conduit 18b pour réintégrer l'écoulement de solution électrolytique en amont AM du stack 12.
Comme il est compris, après isolation des produits, les flux Fa et Fb reforment continument la solution électrolytique avant son passage au niveau des cellules électrolytiques du stack 12 où s'effectue la réaction, sous la forme de boucles de cheminement.
Le rendement chimique de cette réaction pour former le dinydrogène (Hz) et le dioxygène (O2), à savoir son efficacité, est fonction du passage du courant qui permet de dissocier les modules (H20) en ions hydroxyde (HOT) ethydrogène (H*). Ce passage du courant dépend directement de la température : la température étant liée à l'agitation thermique des molécules et des ions en solution, il s'ensuit que plus on est chaud, plus on augmente la mobilité des ions et donc favorise leur migration entre la cathode et l’anode.
L'intensité du courant électrique parcourant la solution électrolytique s’en retrouve donc augmentée à mesure que la température monte.
A cet égard, l’idée à la base de l'invention réside dans la mise en place de mesures visant à limiter un temps de chauffe de la solution électrolytique pour atteindre sa température « cible » lors de la mise en marche de l’électrolyseur 10.
A cet égard, l’électrolyseur 10 selon l'invention comporte unité de préchauffage 20 qui permet de limiter le temps d'amorce nécessaire à aboutir à la température « cible ».
La figure 1 illustre une première variante d’arrangement de l’électrolyseur 10 dans lequel le lye issu du premier flux Fa et le lye issu du deuxième flux Fb sont acheminés dans une chambre de mélange 19 par les conduits 18a et 18b. En pareil cas, la chambre de mélange 19 est judicieusement chauffée par l’unité de préchauffage 20 de manière à réinjecter le mélange des deux flux à une température plus élevée dans l'écoulement de solution électrolytique traversant le stack 12. Il s'ensuit une montée globale de température de la solution électrolytique.
A noter que l’unité de préchauffage 20 n’est pas limitée à cet agencement particulier. Elle peut être disposée le long d’une canalisation, notée 22, qui véhicule le mélange vers le stack 12 en sortie de cette chambre de mélange 19.
La figure 2 illustre une seconde variante d'arrangement de l’électrolyseur 10 dans lequel les conduits 18a et 18b acheminent chacun de manière isolée le lye pour reformer la solution électrolytique traversant le stack 12. Il est retenu suivant cette architecture que l’unité de préchauffage 20 comporte : - un premier module de préchauffage, noté 20a, qui est agencé pour chauffer le lye au niveau du conduit 18a en sortie de premier séparateur gaz-liquide 16a ; et - un deuxième module de préchauffage 20b qui est agencé pour chauffer le lye au niveau du conduit 18b en sortie de deuxième séparateur gaz-liquide 16b.
L’injection du lye préchauffé conduit ainsi à une réhausse globale de latempérature de la solution électrolytique. Il est donc permis d’atteindre de manière rapide et efficace la température « cible », à savoir optimale, de fonctionnement du stack 12. La température « cible » est fixée de manière non limitative à environ 70°C pour cette application de synthétisation de dinydrogène (Hz) et de dioxygène (O2) sur la base d’une solution électrolytique comprenant de l’eau déminéralisée et de l’'hydroxyde de potassium (KOH).
L'apport de chaleur selon invention permet donc à l’électrolyseur 10 d'atteindre le plus rapidement possible la température adéquate pour fonctionner à son régime nominal, à savoir fonctionner à son plein potentiel.
En pratique, il a été observé que l’unité de préchauffage 20 permet de chauffer la solution électrolytique jusqu’à sa température « cible » en 30 minutes à partir de la mise en fonctionnement à température ambiante de l’électrolyseur 10 considéré. Pour un même électrolyseur 10, mais dépourvu d'unité de préchauffage 20 conformément à l'invention, atteindre la température « cible » serait significativement plus long, de l’ordre de cinq à six heures. Cette particularité s'explique du fait qu’en l’absence de l’unité de préchauffage 20 selon l'invention, la solution monterait en température uniquement par effet Joule, au passage du courant. L'effet Joule étant tributaire de la conductance de la solution électrolytique, il est compris que cette montée en température uniquement sur cette base est particulièrement limitée et longue à la mise en marche de l’électrolyseur 10 tant la mobilité des ions est faible à température ambiante.
Dans les exemples des figures 1 et 2, l'unité de préchauffage 20 est avantageusement située en amont AM du stack 12, et plus particulièrement agencée pour chauffer les flux Fa et Fb entre les séparateurs gaz-liquide 16a, 16b et le point de réinjection dans la solution électrolytique parcourant le stack 12. Cet arrangement n’est pas limitatif dans le cadre de l'invention mais reste particulièrement préconisé.
En effet, d’une part, si Vunité de préchauffage 20 était disposée au niveau du stack 12, il pourrait survenir l'apparition d’un mélange gaz-liquide au niveau des cellules électrolytiques, ce qui pénaliserait le rendement de réaction.
D’autre part, un agencement entre le stack 12 et les séparateurs gaz- liquide 16a et 16b conduirait à chauffer le dihydrogène (Hz) et le dioxygène (O2) encore présents dans les flux Fa et Fb, ce qui est contreproductif étant donné que ces éléments sont : - extraits de la solution électrolytique, ce qui reviendrait à utiliser une partie des calories pour ne pas réchauffer la solution électrolytique ; et - communément refroidis après leur captation, ce qui nécessiterait donc par la suite de consommer plus d’énergie pour leur refroidissement.
L’unité de préchauffage 20 peut avantageusement se présenter sous la forme d’un ou de plusieurs échangeur(s) de chaleur, par exemple de type
ACOC comprenant avantageusement des ailettes baignant dans les flux Fa et Fb considérés. Ces ailettes peuvent dépasser de la paroi de délimitation des conduits 18a et 18b dans le cas de la figure 1 ou soit de la chambre de mélange 19 soit de la canalisation 22 dans l'exemple de la figure 2.
A noter que d'autres dispositifs peuvent être retenus en qualité d’unité de préchauffage 20 sans sortir du cadre de l'invention. A titre d'exemple, l'unité peut comprendre une ou plusieurs résistance(s) chauffante(s) ou autres types d’apport de chaleur (pompe à chaleur, échangeur à plaque, …).
L’invention a été expliquée comme se rapportant à l’intégration d’une unité de préchauffage 20 permettant de limiter la phase dite d’amorce de l’électrolyseur 10 durant laquelle il ne fonctionne pas à plein potentiel. Il est à noter néanmoins que l’unité de préchauffage 20 trouve son application tout le long du cycle de fonctionnement, en permettant un pilotage continu de la température : dès que la température de la solution électrolytique baisse de manière inopinée, il est permis de la réchauffer pour revenir à la température optimale de fonctionnement.
L’électrolyseur 10 selon l'invention permet également d'augmenter la qualité et la quantité de dinydrogène (Hz) et de dioxygène (O2) produits, entendu que le stack 12 travaille plus rapidement à haut régime. La qualité et la quantité de dinydrogène (Hz) et de dioxygène (O2) étant supérieures, l'énergie utilisée pour alimenter l’unité de préchauffage 20 est amortie.
L’électrolyseur 10 a été décrit pour une application d’électrolyse alcaline faisant intervenir une solution électrolytique composée d'hydroxyde de potassium (KOH). Il est à noter que l'invention n’est pas limitée à cette composition particulière. Elle trouve application pour tout type d'électrolyte alcalin, par exemple l’'hydroxyde de sodium (NaOH).
Claims (8)
1. Electrolyseur (10) comprenant : - un stack (12) traversé d’amont (AM) en aval (AV) par une solution électrolytique et comportant un empilement de cellules électrolytiques baignant dans cette solution électrolytique, - une boucle de cheminement de premier flux (Fa) de solution électrolytique comprenant un premier séparateur gaz-liquide (16a) adapté pour isoler un premier produit d’électrolyse du premier flux (Fa), une première canalisation (14a) de prélèvement de solution électrolytique en aval (AV) du stack (12) qui est reliée à une entrée du premier séparateur gaz-liquide (16a), et un premier conduit (18a) qui relie une sortie du premier séparateur gaz-liquide (16a) directement ou indirectement à la solution électrolytique en amont (AM) du stack (12); - une boucle de cheminement de deuxième flux (Fb) de solution électrolytique, comprenant un deuxième séparateur gaz-liquide (16b) adapté pour isoler un deuxième produit d’électrolyse du deuxième flux (Fb), une deuxième canalisation (14b) de prélèvement de solution électrolytique en aval (AV) du stack (12) qui est reliée à une entrée de deuxième séparateur gaz-liquide (16b), et un deuxième conduit (18b) qui relie une sortie du deuxième séparateur gaz-liquide (16b) directement ou indirectement à la solution électrolytique en amont (AM) du stack (12) ; l’électrolyseur (10) comprenant en outre une unité de préchauffage (20) pour chauffer au moins l’un des premier et deuxième flux (Fa,
Fb).
2. Electrolyseur (10) selon la revendication 1, dans lequel : - le premier conduit (18a) et le deuxième conduit (18b) sont reliés à une chambre de mélange (19) en sortie des séparateurs gaz-liquide (16a, 16b), et - l'unité de préchauffage (20) est agencée pour chauffer le mélange des premier et deuxième flux (Fa, Fb) au niveau ou en sortie de chambre de mélange (19).
3. Electrolyseur (10) selon la revendication 1, dans lequel : - le premier conduit (18a) et le deuxième conduit (18b) sont isolés l’un de l’autre ; et - l'unité de préchauffage (20) comporte un premier module de préchauffe (20a) agencé pour chauffer le premier flux (Fa) et un deuxième module de préchauffe (20b) agencé pour chauffer le deuxième flux (Fb).
4. Electrolyseur (10) selon la revendication 3, dans lequel : - le premier module de préchauffage (20a) est agencé pour chauffer le premier flux (Fa) au niveau du premier conduit (18a) ; et - le deuxième module de préchauffage (20b) est agencé pour chauffer le deuxième flux (Fb) au niveau du deuxième conduit (18b).
5. Electrolyseur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’unité de préchauffage (20) comprend au moins un échangeur de chaleur.
6. Electrolyseur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’unité de préchauffage (20) comprend au moins une résistance chauffante ou tout autre mécanisme de chauffe.
7. Procédé de synthétisation de produit par électrolyse au moyen d’un électrolyseur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape de chauffe d’au moins un parmi le premier flux (Fa) et le deuxième flux (Fb) par l'unité de préchauffage (20) quand la température de solution électrolytique est en deçà d’une température « cible ».
8. Procédé selon la revendication 7 pour la synthétisation de dinydrogène (Hz) et du dioxygène (O2) par électrolyse d’une solution électrolytique comprenant de l’eau déminéralisée (H2O) et de l’'hydroxyde de potassium (KOH) ou de l’'hydroxyde de sodium (NaOH).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE202305308 | 2023-04-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BE1031541A1 BE1031541A1 (fr) | 2024-11-19 |
| BE1031541B1 true BE1031541B1 (fr) | 2024-11-28 |
Family
ID=86732786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BE20235464A BE1031541B1 (fr) | 2023-04-21 | 2023-06-06 | Unité d'électrolyse à productivité et disponibilité accrues |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BE (1) | BE1031541B1 (fr) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113943941A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-18 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种耦合地热的节能型电解水制氢系统 |
| CN114606509A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-06-10 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种用于制氢电解槽阵列的热管理系统及方法 |
| CN217438313U (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-16 | 四川亚联高科技股份有限公司 | 一种热待机电解槽 |
| CN115595599A (zh) * | 2021-06-28 | 2023-01-13 | 气体产品与化学公司（Us） | 一种水电解装置及方法 |
-
2023
- 2023-06-06 BE BE20235464A patent/BE1031541B1/fr active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115595599A (zh) * | 2021-06-28 | 2023-01-13 | 气体产品与化学公司（Us） | 一种水电解装置及方法 |
| CN114606509A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-06-10 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种用于制氢电解槽阵列的热管理系统及方法 |
| CN113943941A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-18 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种耦合地热的节能型电解水制氢系统 |
| CN217438313U (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-16 | 四川亚联高科技股份有限公司 | 一种热待机电解槽 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| DATABASE WPI Week 2022024, Derwent World Patents Index; AN 2022-247871 * |
| DATABASE WPI Week 2022067, Derwent World Patents Index; AN 2022-82908V * |
| DATABASE WPI Week 2022082, Derwent World Patents Index; AN 2022-C20754, XP002811335 * |
| DATABASE WPI Week 2023012, Derwent World Patents Index; AN 2023-10473J * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1031541A1 (fr) | 2024-11-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2981369A1 (fr) | Procede et systeme de traitement de gaz carbones par hydrogenation electrochimique pour l'obtention d'un compose de type cxhyoz | |
| EP2984209B1 (fr) | Procedes d'obtention de gaz combustible a partir d'electrolyse de l'eau (eht) ou de co-electrolyse avec h2o/co2 au sein d'une meme enceinte, reacteur catalytique et systeme associes | |
| JP6584499B2 (ja) | 再循環する洗浄媒体を用いる電解法及び電解装置 | |
| CA3032375C (fr) | Systeme de regulation de temperature et de pression d'un electrolyseur a haute temperature (soec) fonctionnant de maniere reversible en pile a combustible (sofc) | |
| FR2852358A1 (fr) | Procede et un dispositif de cogeneration par turbine a gaz avec chambre de postcombustion | |
| FR2919617A1 (fr) | Electrolyseur haute temperature et haute pression a fonctionnement allothermique | |
| EP2802685A1 (fr) | Installation d'electrolyse de vapeur d'eau a haute temperature (evht) a production allothermique d'hydrogene | |
| BE1031541B1 (fr) | Unité d'électrolyse à productivité et disponibilité accrues | |
| WO2021014969A1 (fr) | Système de purification d'hydrogène | |
| WO2023046775A1 (fr) | Procédé de génération continue d'hydrogène par électrolyse de l'eau via une une approche découplée | |
| WO2019081844A1 (fr) | Ensemble d'un empilement à oxydes solides de type soec/sofc et d'un système de serrage intégrant un système d'échange thermique | |
| BE1031542B1 (fr) | Unité d'électrolyse à disponibilité et productivité augmentées | |
| CA3228391A1 (fr) | Systeme d'electrolyseur haute temperature optimise par un module de recuperation a circuit intermediaire | |
| WO2023281002A1 (fr) | Procédé de génération d'hydrogène par électrolyse de l'eau découplée | |
| WO2002062700A2 (fr) | Procede et dispositif pour la production d'hydrogene par oxydation partielle de carburants hydrocarbones | |
| EP4237599B1 (fr) | Système d'électrolyseur haute température optimisé par augmentation de la pression en sortie de l'électrolyseur | |
| EP1525635B1 (fr) | Systeme de tractiion electrique pour vehicule automobile et procede de mise en oeuvre d'une pile a combustible | |
| WO2024133496A1 (fr) | Installation de cogénération électronucléaire à réacteur à eau légère (rel) et système(s) d'électrolyse de l'eau à haute température pour production d'hydrogène à partir de la chaleur du réacteur rel | |
| FR3117684A1 (fr) | Procédé de fonctionnement en mode stand-by chaud d’une pile à combustible SOFC ou d’un réacteur SOEC. | |
| CN120138663A (zh) | 一种电解水制氢设备及其方法 | |
| CN119430076A (zh) | 一种车载式甲醇制氢系统的开机装置及开机方法 | |
| BE1031594A1 (fr) | Dispositif de production de dihydrogène comportant un séparateur combiné multiétage | |
| CN120967379A (zh) | 水电解装置内的氢和氧消耗系统及相关方法 | |
| WO2020059301A1 (fr) | Purificateur d'hydrogène et son procédé de fonctionnement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20241128 |