用于启动电解装置的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于启动电解装置(10)的方法，其包括设于电解器(1)下游的反应容器(3)，在该反应容器中氧气与氢气反应合成水，用以降低来自电解器(1)的氢气流中的氧气含量，其中，电解装置(10)以预定运行压力工作，其中，在启动电解器(1)时，引导来自电解器(1)的氢气流经过旁通管线(11)绕过反应容器(3)。
【专利说明】用于启动电解装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于启动电解装置的方法，以及一种如权利要求8前序部分所述的电解装置。
【背景技术】
[0002]根据现有技术使用电解装置制造氢气，该电解装置使用电解器将水电解为氢气和氧气。在电解装置中，氧气含量在所产生的氢气中特别低，公知设置一种具有催化剂填充装置的反应容器(脱氧)，在其中氧气与氢气反应合成水，然后将水从系统中输出。由于反应容器凭借填充的催化剂工作，使其成为可能的点火源。因此根据现有技术认为，在电解装置开始运行之前，用氮气或其它用于使反应容器和系统惰性化的气体清洗反应容器和整个系统，以避免形成具有爆炸危险的气体混合物。
[0003]但是在此的缺点是用于清洗的氮气供给很昂贵。
【发明内容】
[0004]因此本发明要解决的技术问题是，提出一种用于安全启动电解装置的方法以及一种相应的电解装置，凭借该方法可以放弃使用氮气或其它用于使反应容器和系统惰性化的气体来进行清洗。
[0005]根据本发明，该目的通过具有根据权利要求1特征的用于启动电解装置的方法以及具有根据权利要求8特征的电解装置实现。本发明优选的扩展方案在从属权利要求以及以下的说明中给出。根据本发明，该目的还可以替代地或与根据权利要求2所述的方法相结合地实现。相应的电解装置通过权利要求9的特征来限定。
[0006]根据本发明，提出一种用于启动电解装置的方法，其包括设置于电解器下游的反应容器，在该反应容器中氧气与氢气反应合成水，用以降低来自电解器的氢气流中的氧气含量，在此电解装置以预定的运行压力工作，在启动电解装置时，来自电解器的氢气流通过旁通管线被引导绕过反应容器。
[0007]本发明的基本思想在于，对反应容器不是如现有技术公知的那样通过惰性气体来清洗，而是在启动电解装置、特别是电解器时，绕过连接在后面的反应容器，直到进程运行稳定且不再存在可以在反应容器中点燃的爆炸混合物的危险。这具有在启动电解装置、特别是电解器时可以放弃昂贵的惰性气体清洗的优点。关于设备的耗费相比较而言很少。只设置一个具有相应阀的至反应器的旁通管线，这些阀可以最简单的方式被设计为节流阀设置在旁通管线中、在反应容器前，通常可以放弃输出侧的节流阀、特别是在反应容器上的节流阀。
[0008]替代地或与根据权利要求1所述的方法结合地，可以在启动前将在反应容器中的预定运行压力降低至环境压力以下，特别是低于0.5bar。反应容器中压力的降低用于缓冲在爆炸时可能产生的压力升高。由于在爆炸时压力升高大约10倍，也可以通过相应地降低压力来相应地降低可能的压力升高。这样，可以将设备在构造技术上设计为用于较低压力的。根据本发明当在反应容器中、或与其相连的系统构件中的压力事先相应降低时，也可以在可能的情况下以不使用旁通管线启动来替代通过绕过反应容器的旁通管线启动。特别优选地，将两种方法结合使用。
[0009]根据另一优选的实施例，在启动电解装置、特别是电解器时，打开设置于旁通管线中的第一阀，以引导来自电解器的氢气流绕过反应容器，并关闭设置于通入反应容器的输入管线中的第二阀。
[0010]优选在超过氢气流中氢气的爆炸上限时，关闭第一阀并打开第二阀，从而将氢气流输送至反应容器中。
[0011]根据本发明对于超过爆炸上限可以通过测量在通入反应容器的输入管线中的氧气含量来确定。替代地，根据本发明还可以在设备技术上花费更少地利用在电解器中产生的氢气气体对通入反应容器的管线进行时间控制的清洗。在此对清洗量的确定要使爆炸范围可以被有效地排除，特别是在以相当于至少是通入反应容器的管线的额定容积五倍的清洗量工作的情况下。
[0012]有利地，预定的运行压力大于5bar,特别是大于30bar并优选处于50bar至10bar的压力范围内。较高的运行压力的优点是不需要另外的泵来处理逸出的氢气，也就是说，可以将氢气例如贮藏在蓄压器或化学存储装置中。
[0013]特别优选地，当启动电解装置时，使来自电解器的氢气流绕过反应容器而流经系统组件，特别是设置于反应容器上游的用于制备气体的第一组件，和设置于反应容器下游的用于制备气体的第二组件。
[0014]根据本发明提出一种具有电解器和反应容器的电解装置，在该反应容器中氧气与氢气反应合成水，在此，在电解装置中设有用于引导来自电解器的氢气流绕过反应容器的旁通管线。
[0015]根据本发明，替代旁通管线或附加地，设有真空泵，用于将反应容器中的预定运行压力降低至环境压力以下，特别是降低至0.5bar以下。
[0016]相宜地，将电解装置中的反应容器设置于电解器的下游。
[0017]根据另一优选实施方式，在旁通管线中设置第一阀，特别是节流阀，并在通入反应容器的输入管线中设置第二阀，特别是节流阀。
[0018]替代地，也可以在通入反应容器的输入管线中设置方向阀，特别是3/2方向阀，其有选择地将输入管线与反应容器或与旁通管线相连接。
[0019]根据另一优选实施方案，电解器为压力电解器，特别是质子交换膜电解器，其中，电解器利用其工作的预定运行压力大于5bar，特别是大于30bar。特别优选地，该预定压力处于50至10bar的压力范围中。
[0020]优选反应容器包括催化剂填充装置。
[0021] 通过根据本发明的方法可以安全且无需使用惰性气体对反应容器进行昂贵清洗地启动电解装置。仅是与反应容器并联地设置旁通管线，其可以通过相应设置的阀打开和关闭，在超过爆炸上限之前，通过该旁通管线使由电解器产生的氢气气体绕过反应容器。在此期间使用氢气清洗其它系统组件，直至前述的超过爆炸上限后，还将氢气气体导入反应容器中。当将反应容器中的压力借助真空泵降低至环境压力以下，从而相应地降低通过可燃混合物和随后的燃烧形成的爆燃压力或爆炸压力，并由此保持在允许的运行压力以下时，还可以进一步将启动电解装置时的危险降到最低。如果反应容器中的压力被抽真空至小于0.5bar,则通过可能出现的爆炸(氢氧气反应)会产生低于5bar的最大压力，从而在此不会超过电解装置的运行压力。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]以下借助附图所示的实施例对本发明做进一步说明。图中示出了根据本发明实施方式的电解装置的局部示意图。
【具体实施方式】
[0023]附图标记I表示电解器，在此在该实施方式中其被设计为质子交换膜电解器(PEM)。在电解器I中水被电解为氢气和氧气。然而在该方法中，通过经由电解器I的膜渗透，在氢气中也存在少量氧气，从而在产生的氢气中还存在1ppm至10ppm的剩余氧气含量。
[0024]根据在此示出的实施方式中的电解装置10，所产生的氢气中的氧气含量低。因此除了用于进一步制备气体的不同的组件2、4、如例如用于制备气体的第一组件2，在该组件2中将水从氢气流中去除并从电解装置10中输出外，在电解器I和第一组件2的下游设有反应容器3，在该反应容器中将仍存在于氢气流中的不需要的氧气减少至lppm。
[0025]反应容器3还可以具有催化剂填充装置，氧气与氢气在反应容器3中反应合成水，该水随后同样从电解装置10中被排除。由于反应容器3利用催化剂填充装置工作，催化剂填充装置也成为可能的点火源。因此在启动电解装置10时首先借助真空泵7将反应容器3中的压力将至低于环境压力，在此为低于0.5bar。同时打开第一阀5，在此第一阀5为节流阀并设置于旁通管线11中，该旁通管线为了绕过反应容器3从第一输入管线8分支至反应容器3，并在反应容器3的下游处再次导入管线部分9，管线部分9从反应容器3的出口至用于制备气体的第二组件4。设置于通入反应容器3的输入管线8中并同样为节流阀的第二阀6同时被关闭，从而使来自电解器I和来自用于制备气体的第一组件2的氢气流不流经反应容器3，而是流经旁通管线11，以输送至位于反应容器3下游的用于制备气体的第二组件4中。
[0026]在超过爆炸上限后，关闭设置于旁通管线11中的第一阀5，并同时打开设置于通入反应容器3的输入管线8中的第二阀6，从而使氢气流流经反应容器3。为了安全超过爆炸上限，使用输入管线8额定容积五倍的清洗量的氢气气体进行时间控制的清洗。但是替代地，也可以通过测量氢气气流中的氧气含量来确定爆炸上限。
[0027]替代地，也可以使用3/2方向阀来代替节流阀5和6。这样的3/2方向阀将输入管线8与旁通管线11或反应容器3相连接。
[0028]如有必要，在前述的设置中可以在反应容器3的下游设置另外的节流阀。也可以在下游处设置另外的3/2方向阀，其将旁通管线和从反应容器3来的管线部分9与通入第二组件4的管线相连接。
[0029]附图标记列表
[0030]I电解器
[0031]2用于制备气体的第一组件
[0032]3反应容器(“脱氧”)
[0033]4用于制备气体的第二组件
[0034]5 第一阀
[0035]6 第二阀
[0036]7 泵
[0037]8输入管线
[0038]9管线部分
[0039]10电解装置
[0040]11旁通管线。
【权利要求】
1.一种用于启动电解装置(10)的方法，该电解装置(10)包括设置于电解器(I)下游的反应容器(3)，在该反应容器中氧气与氢气反应合成水，以降低来自所述电解器(I)的氢气流中的氧气含量，其中，所述电解装置(10)以预定的运行压力工作，其特征在于，在启动所述电解器(I)时，引导来自所述电解器(I)的氢气流经过旁通管线(11)绕过所述反应容器⑶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在启动之前将所述反应容器(3)中的预定运行压力降低至环境压力以下，特别是降低至0.5bar以下。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在启动所述电解装置(10)时，打开设置于所述旁通管线(11)中的第一阀(5)，以引导来自所述电解器⑴的氢气流绕过所述反应容器(3)，并关闭设置于通入所述反应容器(3)的输入管线(8)中的第二阀(6)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在超过氢气流中氢气的爆炸上限时，关闭所述第一阀(5)并打开所述第二阀(6)，从而将氢气流输送至所述反应容器(3)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述爆炸上限通过测量在通入所述反应容器(3)的所述输入管线(8)中的氧气含量来确定，或通过以清洗量的氢气气体对导入所述反应容器⑶的所述输入管线⑶进行时间控制的清洗来确定，其中，该清洗量优选至少为所述输入管线(8)额定容积的5倍。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述预定运行压力大于5bar,特别是大于30bar,优选处于50bar至10bar的压力范围内。
7.根据权利要求 1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在启动所述电解装置(10)时，使来自所述电解器(I)的氢气流在绕过反应容器(3)的情况下流经系统组件，特别是设置于所述反应容器(3)上游的用于制备气体的第一组件(2)，和设置于所述反应容器(3)下游的用于制备气体的第二组件(4)。
8.一种电解装置(10)，具有电解器(I)和反应容器(3)，在该反应容器中氧气与氢气反应合成水，其特征在于，在所述电解装置(10)中设有旁通管线(11)，用于引导来自所述电解器(I)的氢气流绕过所述反应容器(3)。
9.根据权利要求8所述的电解装置(10)，其特征在于，设有泵(7)，特别是真空泵，用于将所述反应容器(3)中的预定运行压力降低至环境压力以下，特别是降低至0.5bar以下。
10.根据权利要求8或9所述的电解装置(10)，其特征在于，将在该电解装置(10)中的所述反应容器(3)设置于所述电解器(I)的下游。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的电解装置(10)，其特征在于，在所述旁通管线(11)中设有第一阀(5)，特别是节流阀，以及在通入所述反应容器(3)的输入管线⑶中设有第二阀出)，特别是节流阀。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的电解装置(10)，其特征在于，在通入所述反应容器(3)的所述输入管线(8)中设有方向阀，特别是3/2方向阀。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的电解装置(10)，其特征在于，所述电解器(I)是压力电解器，特别是质子交换膜电解器，其中，所述电解器(I)借以工作的预定运行压力大于5bar,特别是大于30bar。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的电解装置(10)，其特征在于，所述预定运行压力处于50bar至10bar的压力范围内。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的电解装置(10)，其特征在于，所述反应容器(3)包括催化剂 填充装置。
【文档编号】C25B15/00GK104053823SQ201280067476
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年12月19日 优先权日:2012年1月18日
【发明者】尼尔斯·曼泰, 克劳斯·维费尔, 丹尼斯·威尔肯, 乌韦·屈特, 斯特凡·赫勒 申请人:H-Tec系统有限公司