RU2641645C2 - Способ и установка для производства газа - Google Patents
Способ и установка для производства газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2641645C2 RU2641645C2 RU2014136747A RU2014136747A RU2641645C2 RU 2641645 C2 RU2641645 C2 RU 2641645C2 RU 2014136747 A RU2014136747 A RU 2014136747A RU 2014136747 A RU2014136747 A RU 2014136747A RU 2641645 C2 RU2641645 C2 RU 2641645C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- electrode
- outlet
- installation
- electrolytic solution
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims abstract description 34
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 56
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 56
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 36
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 24
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 24
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 239000006261 foam material Substances 0.000 claims 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 27
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 18
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
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
-
- 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
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
-
- 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
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
- C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
- C25B11/031—Porous electrodes
-
- 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
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
-
- 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
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
-
- 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
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
-
- 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
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу производства газообразного кислорода и газообразного водорода из жидкостного щелочного электролитического раствора в процессе электролиза, включающему в себя этапы: получения электролитической установки с имеющимися в ней первым и вторым разнесенными между собой параллельными дырчатыми электродами, погруженными во впускную камеру, которая окружает первый и второй электроды и в которой имеется по меньшей мере одно впускное отверстие и первое и второе выпускные отверстия; подачи электролитического раствора во впускное отверстие так, чтобы электроды были погружены в электролитический раствор; и подачи напряжения на установку по электродам, погруженным в электролитический раствор, для электролиза раствора между электродами таким образом, чтобы на первом электроде образовывался газообразный кислород, а на втором электроде образовывался газообразный водород, при этом электролитический раствор между электродами разделяется на первый и второй выходные потоки, так что первый выходной поток проходит через первый электрод, тем самым удаляя газообразный кислород из первого электрода, когда первый выходной поток проходит в первое выпускное отверстие, и так что второй выходной поток проходит через второй электрод, тем самым удаляя газообразный водород из второго электрода, когда второй выходной поток проходит во второе выпускное отверстие, и при этом первый и второй электроды расположены в относительно непосредственной близости друг от друга на расстоянии от 1 мм до 6 мм. Также изобретение относится к электролитической установке. Использование предлагаемого изобретения позволяет устранить недостатки электролизеров предшествующего уровня техники, использующих мембраны. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и установке для производства газа. Более конкретно, но не только, настоящее изобретение относится к электролитической ячейке и способу, в котором горючие газы, такие как водород и кислород, производят путем электролиза водного электролитического раствора и содержат после получения отдельно.
Уровень техники, предшествующий изобретению
Электролитическая ячейка использует электричество для разложения воды на водород и кислород в газообразной фазе.
Известные электролитические ячейки состоят либо из: жидкостного щелочного электролизера, в котором для разделения газообразного водорода и газообразного кислорода между электродами используется пористая мембрана, или полимерного электролитического электролизера, в котором для разделения газообразного водорода и газообразного кислорода, получаемых в процессе электролиза, используется протонообменная мембрана. Электролитическая ячейка дополнительно включает в себя анод, расположенный вдоль первой поверхности протонообменной мембраны, и катод, расположенный вдоль второй, оппозитной поверхности протонообменной мембраны.
Известные мембраны, используемые в жидкостных щелочных электролизерах, в целом, изготавливаются из пористого пластика, тогда как в полимерных электродных электролизерах известные протонообменные мембраны являются полупроницаемыми мембранами, в целом, изготовленными из иономеров, и выполнены таким образом, что они пропускают протоны, но непроницаемы для газов, таких как кислород и водород. Протонообменные мембраны могут изготавливаться либо из чисто полимерных мембран, либо из композитных мембран, полимерная матрица которых содержит другие материалы.
Первым недостатком мембран любого типа является ограничение пропускаемого через них потока.
Другим недостатком мембран является увеличение расстояния между электродами, приводящее к увеличению сопротивления. Другим недостатком известных жидкостных щелочных мембран является снижение эффективности при увеличении плотности тока. Эффективность известных протонообменных мембран снижается по мере увеличения напряжения, подаваемого в ячейку, из-за плохого газоотвода из мембраны. Кроме этого, электроды нельзя ярусно располагать слишком близко друг к другу, поскольку это препятствует газоотводу.
Другим недостатком известных жидкостных щелочных мембран является их неспособность эффективно функционировать при высокой температуре и высоком давлении.
Другим недостатком известных протонообменных мембран является высокая себестоимость мембран, поскольку для разделения электронов и протонов водорода в них приходится использовать благородные металлы (обычно платину). Катализатор из платины также чрезвычайно восприимчив к загрязнению окисью углерода, поэтому приходится использовать дополнительный нейтрализатор для удаления окиси углерода из горючего газа, если водород получают из спирта или углеводородного топлива. Это дополнительно увеличивает стоимость использования известных протонообменных мембран.
Другим недостатком известных протонообменных мембран является плохая проводимость при низкой относительной влажности и плохие механические свойства при температурах свыше примерно 100°С. Подобные мембраны имеют относительно низкую рабочую температуру, а температура около 100°С не позволяет осуществлять полезную когенерацию.
В документе из известного уровня техники РСТ/IB2011/053050 на имя HYDROX HOLDINGS LIMITED, озаглавленном «Способ и установка для производства газа» описано использование жидкостного щелочного электролизера, в котором для проведения электролиза вместо пористой или протонообменной мембраны применяют гидродинамический барьер. Данное изобретение обеспечивает огромные преимущества в плане производства, эксплуатационных затрат и габаритов.
В настоящем описании изобретения термин «горючая текучая среда» включает в себя горючий газ, содержащий преимущественно водород и/или кислород в газообразной фазе.
Цель изобретения
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ и установку для производства газа, которые позволяют устранить вышеуказанные недостатки и которые могут стать реальной альтернативой для существующих электролитических ячеек и способов производства газа.
Краткое изложение сущности изобретения
По первому аспекту изобретением предлагается способ производства горючей текучей среды из жидкостного щелочного электролитического раствора в процессе электролиза, включающий в себя этапы:
- получения электролитического раствора;
- получения электролитической установки с имеющимися в ней первым и вторым разнесенными между собой проницаемыми электродами, погруженными в камеру, в которой имеется по меньшей мере одно впускное и два выпускных отверстия;
- пропускания раствора в камеру через впускное отверстие; и
- подачи напряжения на установку по электродам для электролиза раствора между электродами таким образом, чтобы на первом электроде образовалась первая горючая текучая среда, а на втором электроде образовалась вторая горючая текучая среда и первая горючая текучая среда проходила от первого электрода на первое выпускное отверстие, а вторая горючая текучая среда проходила от второго электрода на второе выпускное отверстие, и в котором первый и второй электроды могут быть расположены в относительно непосредственной близости друг от друга на расстоянии от 1 мм до 6 мм.
Электролитический раствор может быть гидроксидом калия (КОН) или гидроксидом натрия (NaOH).
Горючая текучая среда может быть гидрогенизированной и оксигенированной текучей средой, в частности, горючая текучая среда может быть газообразным водородом и газообразным кислородом.
Каждый из проницаемых электродов может быть перфорированным или дырчатым.
Каждый из проницаемых электродов дополнительно может быть изготовлен из сетчатого или вспененного материала.
Каждый из проницаемых электродов может быть изготовлен из материала, выбираемого из группы, которая включает в себя: нержавеющую сталь, никель, палладий, кобальт или платину.
Первый и второй электроды могут быть, по существу, параллельными.
Первый и второй проницаемые электроды могут иметь правильное и определенное соотношение между открытой и закрытой площадью, также известное как PPI (количество пор на квадратный дюйм), которое может зависеть от размера выпускных отверстий и давления, под которым раствор подается в установку.
Первый и второй проницаемые электроды могут быть одним комплектом проницаемых электродов, а установка может включать в себя множество комплектов проницаемых электродов, все из которых имеют схожую конфигурацию.
Электролитическая установка может определять по меньшей мере одно впускное отверстие, сообщающееся по текучей среде со всеми впускными отверстиями, а способ может включать в себя этап пропускания раствора в камеры со всеми комплектами проницаемых электродов через впускной коллектор.
Выпускной проход для первой горючей текучей среды может сообщаться по текучей среде со всеми выпускными отверстиями для первой текучей среды всех комплектов проницаемых электродов, а выпускной проход для второй горючей текучей среды может сообщаться по текучей среде со всеми выпускными отверстиями для второй текучей среды всех комплектов проницаемых электродов, компоновка выполнена таким образом, что первая горючая текучая среда, образующаяся на первом электроде, выходит из установки через выпускное отверстие для первой горючей текучей среды, а вторая горючая текучая среда, образующаяся на втором электроде, выходит из установки через выпускное отверстие для второй горючей текучей среды.
По второму аспекту изобретения предлагается электролитическая установка, в которой горючую текучую среду производят из электролитического раствора, а именно гидроксида калия (КОН) или гидроксида натрия (NaOH), в процессе жидкостного щелочного электролиза, включающего:
- первый и второй разнесенные между собой проницаемые электроды, погруженные во впускную камеру;
- по меньшей мере одно впускное отверстие во впускной камере для пропускания электролитического раствора в указанную впускную камеру; и
- выпускные отверстия для первой и второй горючих текучих сред;
компоновка выполнена таким образом, что электролитический раствор проходит через впускное отверстие во впускную камеру, где происходит электролиз, и таким образом, что первая горючая текучая среда образуется на первом электроде, и таким образом, что вторая горючая текучая среда образуется на втором электроде, и кроме этого, таким образом, что первая горючая текучая среда проходит от первого электрода на выпускное отверстие для первой горючей текучей среды; а вторая горючая текучая среда проходит от второго электрода на выпускное отверстие для второй горючей текучей среды, и в которой первый и второй электроды могут быть расположены в относительно непосредственной близости друг от друга на расстоянии от 1 мм до 6 мм.
Электролит может быть гидроксидом калия (КОН) или гидроксидом натрия (NaOH) с концентрацией от 20% до 50%.
Горючая текучая среда может быть гидрогенизированной и оксигенированной текучей средой, в частности, горючая текучая среда может быть газообразным водородом и газообразным кислородом.
Каждый из проницаемых электродов может быть перфорированным или дырчатым.
Каждый из проницаемых электродов дополнительно может быть изготовлен из сетчатого или вспененного материала.
Каждый из проницаемых электродов может быть изготовлен из материала, выбираемого из группы, которая включает в себя: нержавеющую сталь, никель, палладий, кобальт или платину.
Первый и второй электроды могут быть, по существу, параллельными.
Первый и второй электроды, каждый, могут включать в себя по меньшей мере один соединительный выступ для соединения с источником питания, подающим напряжение в электролитическую установку для электролиза электролитического раствора.
Первый и второй электроды могут быть прикреплены к соединителям из нержавеющей стали, неподвижно соединенным с соединительным выступом для распределения тока по электродам.
Муфта из ПВХ удерживает каждый из электродов плотно прижатым к соединителю и электрически изолирует соединитель от электролита.
Первый и второй проницаемые электроды могут иметь правильное и определенное соотношение между открытой и закрытой площадью (или PPI), которое может зависеть от размера выпускных отверстий и давления, под которым раствор подается в установку.
Установка может включать в себя первый и второй внешние торцевые элементы, каждый из которых изготовлен из полиэтилена.
Установка может иметь цилиндрическую, квадратную или многоугольную форму.
Установка может включать в себя средства циркуляции, такие как насос, для циркуляции раствора через установку и нагнетания раствора во впускную камеру.
Установка может включать в себя накопительный контейнер для первой горючей текучей среды, соединенный с выпускным отверстием для первой горючей текучей среды, и накопительный контейнер для второй горючей текучей среды, соединенный с выпускным отверстием для второй горючей текучей среды.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет рассмотрено с использованием неограничивающих примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
На фиг. 1 показан вид в сечении электролитической установки по первому предпочтительному варианту осуществления изобретения;
На фиг. 2 показано изображение в разобранном виде, в перспективе, части электролитической установки по второму предпочтительному варианту осуществления изобретения; и
На фиг. 3 показан вид в сечении единственного электрода установки по фиг. 2.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Со ссылкой на чертежи электролитическая установка по одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, в целом, обозначена ссылочной позицией 10.
Электролитическая установка 10 выполнена с возможностью получения оксигенированной и гидрогенизированной текучей среды, образующейся во время электролиза электролитического раствора, подаваемого в установку 10.
Установка 10 содержит первый внешний торцевой элемент 12, изготовленный из полиэтилена, и второй внешний торцевой элемент 14, также изготовленный из полиэтилена.
Со ссылкой на фиг. 1 первый и второй внешние торцевые элементы 12 и 14, оба, имеют квадратную форму, расположены, в целом, параллельно друг другу и разнесены друг от друга. Допустимо, чтобы установка необязательно имела квадратную форму, а также многоугольную или круговую форму, как на фиг. 2.
Установка 10 дополнительно включает в себя два разнесенных между собой проницаемых электрода, первый проницаемый электрод 16 и второй проницаемый электрод 18. Каждый из проницаемых электродов 16 и 18 изготовлен из дырчатого или перфорированного материала. В частности, каждый из проницаемых электродов изготовлен из нержавеющей стали в виде сита номер 316 (проволочного сита голландского переплетения). Два проницаемых электрода 16 и 18 также расположены, в целом, параллельно друг другу и относительно недалеко разнесены друг от друга на расстояние от 1 мм до 6 мм. Впускная камера 20 окружает первый и второй проницаемые электроды 16 и 18.
Чем меньше проницаемые электроды 16 и 18 разнесены друг от друга, тем меньше сопротивление между ними, т.е. на установку 10 можно подавать меньшее напряжение, что делает установку 10 более эффективной.
Со ссылкой на фиг. 1, по первому варианту осуществления изобретения, две проницаемые мембраны разнесены между собой на 4 мм, диаметр сита составляет 20 мм, площадь сита составляет 314 мм2, а толщина сита - 0.8 мм. Подобное сочетание размеров позволяет добиться плотности тока в 73 мА/см2, используя в качестве электролита КОН с концентрацией 50% при температуре 60°С, с подаваемым постоянным напряжением 1.765 В. Заявитель допускает, что данный показатель можно существенно улучшить в случае использования электролита с более высокой температурой и сокращения зазоров между электродами до менее 4 мм. Нанесение на электроды гальванического покрытия из платины также значительно повысит каталитическую эффективность электродов.
Первый и второй электроды могут быть закреплены к соединителям 24 из нержавеющей стали, неподвижно соединенным с соединительным выступом для распределения тока по электродам. Муфта 22 из ПВХ удерживает электрод плотно прижатым к соединителю и электрически изолирует соединитель от электролита.
Во впускной камере 20 имеются два впускных отверстия 26, по которым электролитический раствор подается в указанную камеру 20. В установке 10 имеется выпускное отверстие 28 для кислорода, а также выпускное отверстие 30 для водорода.
Поток электролитического раствора, проходящий через проницаемые электроды 16 и 18, переносит с собой газообразный кислород и газообразный водород, образующиеся соответственно на положительном и отрицательном (первом и втором) проницаемых электродах. Таким образом происходит естественное разделение на газообразный водород и газообразный кислород. Близкое расположение электродов 16 и 18 также позволяет осуществлять гидролизацию при очень низком напряжении, обеспечивая высокую эффективность и высокую чистоту водорода и кислорода.
Первый и второй проницаемые электроды 16 и 18 образуют комплект проницаемых электродов. Установка 10 может включать в себя множество комплектов проницаемых электродов, расположенных и соединенных друг с другом задом наперед или параллельно.
Первый и второй электроды 16 и 18 включают в себя проводящие соединительные выступы или пластины (одна клемма является положительной, а другая - отрицательной) для соединения с источником питания (не показан), например аккумулятором. Источник питания таким образом подает в электролитическую установку 10 напряжение от 1 до 6 В для электролиза раствора. Настоящая установка 10 вырабатывает водород и кислород при подаче в установку либо чистого постоянного напряжения, либо импульсного постоянного напряжения.
Установка 10 дополнительно включает в себя средства циркуляции, такие как насос (не показан) для циркуляции раствора через установку 10. Электролитический раствор, поступающий в камеру 20 через впускные отверстия 26, опрессовывается при нагнетании в установку 10 насосом таким образом, что раствор нагнетается через проницаемые электроды 16 и 18. Компоновка выполнена таким образом, что электролитический раствор поступает в первую камеру 20 через впускные отверстия 26, проходя через проницаемые электроды 16 и 18. Электролитический процесс происходит между первым и вторым проницаемыми электродами 16 и 18 соответственно. Оксигенированная текучая среда выходит через выпускное отверстие 28 для кислорода, а гидрогенизированная текучая среда выходит через выпускное отверстие 30.
Установка 10 может дополнительно включать в себя накопительный контейнер для водорода (не показан), соединенный с выпускным отверстием 30 для водорода, и накопительный контейнер для кислорода (не показан), соединенный с выпускным отверстием 28 для кислорода. В каждом из накопительных контейнеров для водорода и кислорода имеется второе выпускное отверстие для электролитического раствора, расположенное ближе к функционально нижнему торцу контейнеров, а выпускные отверстия для газообразного кислорода и газообразного водорода расположены ближе к функционально верхнему торцу каждого из накопительных контейнеров для кислорода и водорода соответственно. Электролитический раствор выходит через выпускные отверстия 28 и 30 для кислорода и водорода вместе с соответствующими газами в накопительные контейнеры для кислорода и водорода. Компоновка выполнена таким образом, что газообразный водород и газообразный кислород внутри текучей среды, поступающие в соответствующие контейнеры, высвобождаются под действием силы тяжести и поверхностного натяжения и выходят из контейнеров через выпускные отверстия для газообразного водорода и газообразного кислорода, а электролитический раствор выходит из контейнеров через вторые выпускные отверстия для электролитического раствора. Вторые выпускные отверстия для электролитического раствора соединены с впускными отверстиями 26, поэтому раствор возвращается назад в установку 10 при помощи насоса. Таким образом, газы сохраняются для последующего использования.
Допустимо, чтобы создавался принудительный поток из первой камеры 20 к выпускным отверстиям 28 и 30 установки для кислорода и водорода. Опрессованный поток электролитического раствора, идущий из первой камеры 20 через проницаемые электроды на выпускные отверстия 28 и 30 для кислорода и водорода, ограничивает попадание газообразного кислорода и газообразного водорода после их образования на первом и втором проницаемых электродах 16 и 18 в первую камеру 20. Допустимо создание в установке ионного потока, следующего против и вместе с потоком электролита, который является уникальным признаком текущей компоновки.
Также допустимо, чтобы в электролитической установке, по существу, отсутствовала мембрана, как у установки из известного уровня техники, а пузырьки газа, формирующиеся на электродах, сразу же удалялись с потоком электролита. Это дает ряд преимуществ, например снижение себестоимости за счет отсутствия сухой и мокрой мембран, а также затрат на их обслуживание. Кроме этого, плотность тока обычно падает, поскольку пузырьки газа формируются на электродах, однако в текущей компоновке пузырьки газа сразу же удаляются для поддержания постоянной плотности тока. Очень важно, чтобы при плотности тока в 11,000 мА/см2 пузырьки газа продолжали оставаться разделенными.
Сам факт отсутствия мембраны также снимает ограничения по давлению и температуре, которые обычно существуют при использовании мембран. В настоящем изобретении используются проницаемые электроды, которые не создают затененных проводящих областей при движении газов по поверхности электрода. Это увеличивает эффективную проводящую область электрода, снижает требования по эффективному напряжению, тем самым повышая эффективность, что позволяет сократить эксплуатационные затраты.
Кроме этого, за счет уменьшения расстояния между электродами можно увеличить плотность тока и добиться повышения эффективности.
Следует понимать, что настоящее изобретение допускает внесение изменений в детали способа и установки для получения газообразного водорода и кислорода, не выходящие за объем прилагаемой формулы изобретения.
Claims (20)
1. Способ производства газообразного кислорода и газообразного водорода из жидкостного щелочного электролитического раствора в процессе электролиза, включающий в себя этапы: получения электролитической установки с имеющимися в ней первым и вторым разнесенными между собой параллельными дырчатыми электродами, погруженными во впускную камеру, которая окружает первый и второй электроды и в которой имеется по меньшей мере одно впускное отверстие и первое и второе выпускные отверстия; подачи электролитического раствора во впускное отверстие так, чтобы электроды были погружены в электролитический раствор; и подачи напряжения на установку по электродам, погруженным в электролитический раствор, для электролиза раствора между электродами таким образом, чтобы на первом электроде образовывался газообразный кислород, а на втором электроде образовывался газообразный водород, при этом электролитический раствор между электродами разделяется на первый и второй выходные потоки, так что первый выходной поток проходит через первый электрод, тем самым удаляя газообразный кислород из первого электрода, когда первый выходной поток проходит в первое выпускное отверстие, и так что второй выходной поток проходит через второй электрод, тем самым удаляя газообразный водород из второго электрода, когда второй выходной поток проходит во второе выпускное отверстие, при этом первый и второй электроды расположены в относительно непосредственной близости друг от друга на расстоянии от 1 мм до 6 мм.
2. Способ по п. 1, в котором электролитический раствор является гидроксидом калия (KOH) или гидроксидом натрия (NaOH).
3. Способ по п. 1 или 2, в котором каждый из проницаемых электродов дополнительно изготовлен из сетчатого или вспененного материала.
4. Способ по п. 1 или 2, в котором каждый из проницаемых электродов изготовлен из материала, выбранного из группы, которая включает: нержавеющую сталь, никель, палладий, кобальт и платину.
5. Способ по п. 1 или 2, в котором первый и второй проницаемые электроды имеют правильное и определенное соотношение между открытой и закрытой площадью, также известное как PPI (количество пор на квадратный дюйм), которое зависит от размера выпускных отверстий и давления, под которым раствор подается в установку.
6. Способ по п. 1 или 2, в котором первый и второй проницаемые электроды являются комплектом проницаемых электродов, а установка включает в себя множество комплектов проницаемых электродов, все из которых имеют схожую конфигурацию.
7. Способ по п. 6, в котором электролитическая установка определяет по меньшей мере одно впускное отверстие, сообщающееся по текучей среде со всеми впускными отверстиями, а способ включает в себя этап пропускания раствора в камеры со всеми комплектами проницаемых электродов через впускной коллектор.
8. Способ по п. 7, в котором выпускной проход для первой горючей текучей среды сообщается по текучей среде со всеми выпускными отверстиями для первой текучей среды всех комплектов проницаемых электродов, а выпускной проход для второй горючей текучей среды сообщается по текучей среде со всеми выпускными отверстиями для второй текучей среды всех комплектов проницаемых электродов, компоновка выполнена таким образом, что первая горючая текучая среда, образующаяся на первом электроде, выходит из установки через выпускное отверстие для первой горючей текучей среды, а вторая горючая текучая среда, образующаяся на втором электроде, выходит из установки через выпускное отверстие для второй горючей текучей среды.
9. Электролитическая установка, в которой газообразный кислород и газообразный водород производят из электролитического раствора, а именно гидроксида калия (KOH) или гидроксида натрия (NaOH), в процессе жидкостного щелочного электролиза, содержащая: первый и второй дырчатые электроды, разнесенные между собой и расположенные параллельно в относительной близости друг от друга на расстоянии от 1 мм до 6 мм и погруженные во впускную камеру, которая окружает первый и второй электроды; по меньшей мере одно впускное отверстие для пропускания электролитического раствора в указанную впускную камеру, где происходит электролиз после подачи напряжения на электроды, таким образом, что кислород образуется на первом электроде и водород образуется на втором электроде, при этом установка выполнена так, что электролитический раствор разделяется на первый и второй выходные потоки между электродами, так что первый выходной поток проходит через первый электрод, тем самым удаляя кислород из первого электрода, когда первый выходной поток проходит в выпускное отверстие для первой горючей текучей среды, и так что второй выходной поток проходит через второй электрод, тем самым удаляя водород из второго электрода, когда второй выходной поток проходит в выпускное отверстие для второй горючей текучей среды.
10. Установка по п. 9, в которой электролит является гидроксидом калия (KOH) или гидроксидом натрия (NaOH) с концентрацией от 20% до 50%.
11. Установка по п. 9, в которой каждый из дырчатых электродов дополнительно изготовлен из сетчатого или вспененного материала.
12. Установка по п. 9, в которой каждый из проницаемых электродов изготовлен из материала, выбранного из группы, которая включает: нержавеющую сталь, никель, палладий, кобальт и платину.
13. Установка по п. 9, в которой первый и второй электроды, каждый, включают по меньшей мере один соединительный выступ для соединения с источником питания, подающим напряжение на электролитическую установку для электролиза электролитического раствора.
14. Установка по п. 13, в которой первый и второй электроды прикреплены к соединителям из нержавеющей стали, неподвижно соединенным с соединительным выступом для распределения тока по электродам.
15. Установка по п. 14, в которой муфта из ПВХ удерживает каждый электрод плотно прижатым к соединителю и электрически изолирует соединитель от электролита.
16. Установка по п. 9, в которой первый и второй проницаемые электроды имеют правильное и определенное соотношение между открытой и закрытой площадью (или PPI), которое зависит от размера выпускных отверстий и давления, под которым раствор подается в установку.
17. Установка по п. 9, которая включает в себя первый и второй внешние торцевые элементы, каждый из которых изготовлен из полиэтилена.
18. Установка по п. 9, имеющая цилиндрическую, квадратную или многоугольную форму.
19. Установка по п. 9, включающая в себя средства циркуляции, такие как насос, для циркуляции раствора через установку и нагнетания раствора во впускную камеру.
20. Установка по любому из пп. 9-19, содержащая накопительный контейнер для первой горючей текучей среды, соединенный с выпускным отверстием для первой горючей текучей среды, и накопительный контейнер для второй горючей текучей среды, соединенный с выпускным отверстием для второй горючей текучей среды.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ZA2012/00696 | 2012-02-10 | ||
| ZA201200696 | 2012-02-10 | ||
| PCT/IB2013/051109 WO2013118104A1 (en) | 2012-02-10 | 2013-02-11 | Method and apparatus for producing gas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014136747A RU2014136747A (ru) | 2016-04-10 |
| RU2641645C2 true RU2641645C2 (ru) | 2018-01-19 |
Family
ID=48095947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014136747A RU2641645C2 (ru) | 2012-02-10 | 2013-02-11 | Способ и установка для производства газа |
Country Status (15)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9683298B2 (ru) |
| EP (1) | EP2812464B1 (ru) |
| JP (1) | JP6257046B2 (ru) |
| CN (1) | CN104246018B (ru) |
| AU (1) | AU2013217231B2 (ru) |
| BR (1) | BR112014019683B1 (ru) |
| CA (1) | CA2864219C (ru) |
| DK (1) | DK2812464T3 (ru) |
| ES (1) | ES2753254T3 (ru) |
| IN (1) | IN2014DN06668A (ru) |
| PL (1) | PL2812464T3 (ru) |
| PT (1) | PT2812464T (ru) |
| RU (1) | RU2641645C2 (ru) |
| WO (1) | WO2013118104A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA201405789B (ru) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE406157T1 (de) | 1999-08-13 | 2008-09-15 | Provectus Pharmatech Inc | Verbesserte topische medikamente sowie verfahren zur photodynamischer behandlung von krankheiten |
| CN107208283A (zh) * | 2014-11-28 | 2017-09-26 | 海德罗克斯控股有限公司 | 用于产生并分离气体的装置、方法及系统 |
| US10844494B2 (en) | 2015-09-18 | 2020-11-24 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Membraneless electrochemical flow-through reactor |
| CA3097987A1 (en) * | 2018-04-23 | 2019-10-31 | Hydrox Holdings Limited | Electrodes for divergent electrolytic flow-through apparatuses |
| GB2632109A (en) * | 2023-07-24 | 2025-01-29 | Wd Hydrotech Ltd | Electrolysers |
| WO2025154705A1 (ja) * | 2024-01-16 | 2025-07-24 | 日鉄ステンレス株式会社 | アルカリ水電解装置用ステンレス鋼材、アルカリ水電解装置用部材及びその製造方法、並びにアルカリ水電解装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4048383A (en) * | 1976-02-09 | 1977-09-13 | Battelle Memorial Institute | Combination cell |
| RU2092615C1 (ru) * | 1989-04-19 | 1997-10-10 | Де Нора С.п.А. | Электрод для электрохимических процессов, электрическая ячейка, способ получения хлора и щелочи и многокамерный электролизер |
| US20060060464A1 (en) * | 2002-05-08 | 2006-03-23 | Chang Chak M T | Plasma formed in a fluid |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2159246B2 (de) * | 1971-11-30 | 1977-12-08 | Götz, Friedrich, DipL-Phys, 5628 Heiligenhaus | Vorrichtung zur erzeugung eines gemisches von wasserstoff und sauerstoff |
| JPH0815598B2 (ja) | 1991-03-13 | 1996-02-21 | 光八 上村 | イオン水生成器 |
| US5105773A (en) * | 1991-10-21 | 1992-04-21 | Alternate Fuels, Inc. | Method and apparatus for enhancing combustion in an internal combustion engine through electrolysis |
| CN1122615A (zh) * | 1993-03-15 | 1996-05-15 | 赖丁有限公司 | 电解生产设备 |
| JPH0815598A (ja) | 1994-06-29 | 1996-01-19 | Canon Inc | リアーフォーカス式ズームレンズのピント調節方法 |
| CN1231348A (zh) * | 1998-04-07 | 1999-10-13 | 黄衍政 | 氢氧混合气电解方法及其电解装置 |
| JP3975467B2 (ja) * | 2001-05-02 | 2007-09-12 | 日本テクノ株式会社 | 水素−酸素ガス発生装置及びそれを用いた水素−酸素ガス発生方法 |
| NO321256B1 (no) | 2002-08-26 | 2006-04-10 | Oro As | Elektrodekonstruksjoner, samt anvendelse derav |
| JP2004188398A (ja) | 2002-12-06 | 2004-07-08 | Chemicoat & Co Ltd | 流水式強電解水生成装置 |
| WO2006105648A1 (en) * | 2005-04-05 | 2006-10-12 | Cropley Holdings Ltd. | Household appliances which utilize an electrolyzer and electrolyzer that may be used therein |
| CN101365826A (zh) * | 2006-01-10 | 2009-02-11 | 海德罗克斯控股有限公司 | 用于生产可燃流体的方法和设备 |
| JP4857255B2 (ja) * | 2007-12-17 | 2012-01-18 | 株式会社日立製作所 | 電気分解用電極とその製造方法、ならびに水素製造装置 |
| CA2637865A1 (en) * | 2008-07-15 | 2010-01-15 | 1755610 Ontario Inc. | Electrolyser module |
| BRPI0922858A2 (pt) * | 2008-12-09 | 2016-02-10 | Hydrox Holdings Ltd | método e aparelho para a produção e a separação de gases combustíveis |
| US20130206609A1 (en) * | 2010-07-09 | 2013-08-15 | Hydrox Holdings Limited | Method and apparatus for producing gas |
-
2013
- 2013-02-11 BR BR112014019683-4A patent/BR112014019683B1/pt active IP Right Grant
- 2013-02-11 RU RU2014136747A patent/RU2641645C2/ru active
- 2013-02-11 CN CN201380014493.8A patent/CN104246018B/zh active Active
- 2013-02-11 AU AU2013217231A patent/AU2013217231B2/en active Active
- 2013-02-11 DK DK13716386T patent/DK2812464T3/da active
- 2013-02-11 EP EP13716386.1A patent/EP2812464B1/en active Active
- 2013-02-11 CA CA2864219A patent/CA2864219C/en active Active
- 2013-02-11 PL PL13716386T patent/PL2812464T3/pl unknown
- 2013-02-11 JP JP2014556186A patent/JP6257046B2/ja active Active
- 2013-02-11 WO PCT/IB2013/051109 patent/WO2013118104A1/en not_active Ceased
- 2013-02-11 ES ES13716386T patent/ES2753254T3/es active Active
- 2013-02-11 PT PT137163861T patent/PT2812464T/pt unknown
- 2013-02-11 US US14/377,948 patent/US9683298B2/en active Active
-
2014
- 2014-08-06 ZA ZA2014/05789A patent/ZA201405789B/en unknown
- 2014-08-08 IN IN6668DEN2014 patent/IN2014DN06668A/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4048383A (en) * | 1976-02-09 | 1977-09-13 | Battelle Memorial Institute | Combination cell |
| RU2092615C1 (ru) * | 1989-04-19 | 1997-10-10 | Де Нора С.п.А. | Электрод для электрохимических процессов, электрическая ячейка, способ получения хлора и щелочи и многокамерный электролизер |
| US20060060464A1 (en) * | 2002-05-08 | 2006-03-23 | Chang Chak M T | Plasma formed in a fluid |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2812464B1 (en) | 2019-08-07 |
| CN104246018A (zh) | 2014-12-24 |
| BR112014019683B1 (pt) | 2021-09-21 |
| BR112014019683A2 (ru) | 2017-06-20 |
| CA2864219A1 (en) | 2013-08-15 |
| PT2812464T (pt) | 2019-11-18 |
| PL2812464T3 (pl) | 2020-05-18 |
| IN2014DN06668A (ru) | 2015-05-22 |
| DK2812464T3 (da) | 2019-11-18 |
| BR112014019683A8 (pt) | 2017-07-11 |
| CN104246018B (zh) | 2018-01-09 |
| AU2013217231A1 (en) | 2014-08-28 |
| ES2753254T3 (es) | 2020-04-07 |
| WO2013118104A1 (en) | 2013-08-15 |
| JP6257046B2 (ja) | 2018-01-10 |
| HK1200504A1 (en) | 2015-08-07 |
| US9683298B2 (en) | 2017-06-20 |
| CA2864219C (en) | 2019-12-17 |
| US20150034493A1 (en) | 2015-02-05 |
| RU2014136747A (ru) | 2016-04-10 |
| AU2013217231B2 (en) | 2017-09-07 |
| ZA201405789B (en) | 2015-12-23 |
| EP2812464A1 (en) | 2014-12-17 |
| JP2015507098A (ja) | 2015-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2641645C2 (ru) | Способ и установка для производства газа | |
| RU2632872C2 (ru) | Газопроницаемые электроды и электрохимические ячейки | |
| JP6250531B2 (ja) | 塩溶液の減極電気透析用セル | |
| US20130206609A1 (en) | Method and apparatus for producing gas | |
| CN109487292B (zh) | 一种使用膜电极产生氢气和氧气的方法和装置 | |
| JP7284344B2 (ja) | クロスフロー水電解 | |
| ES2982883T3 (es) | Proceso y sistema para mejorar y mantener el rendimiento de electrolizador de electrolizadores de dióxido de carbono | |
| JP2012511634A (ja) | 可燃性ガスを生成及び分離するための方法及び装置 | |
| EP3224391A1 (en) | Apparatus, method and system for production and separation of gases | |
| WO2020009572A1 (en) | Electrolysis system comprising an electrode array | |
| KR101892692B1 (ko) | 역전기투석 장치와 연료전지를 이용한 하이브리드 발전 시스템 | |
| JP2023037101A (ja) | 電解装置 | |
| HK1200504B (en) | Method and apparatus for producing gas | |
| HK1183330A (en) | Method and apparatus for producing gas | |
| CN110512227A (zh) | 电催化放电反应器、制氢系统及制氢方法 | |
| HK1189040A (en) | Cell for depolarised electrodialysis of salt solutions |