La présente invention se rapporte au refroidissement et à la purification des gaz de sortie d'une installation d'électrolyse, telle qu'une installation destinée à la production industrielle d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse de l'eau sous forte pression et haute température.
D'une installation d'élctrolyse industrielle sous pression, les gaz extraits, tels que l'hydrogène et l'oxygène dans le cas de l'éctrolyse de l'eau, sortent des séparateurs gaz-liquide, ou »degazeurs«, à température élevée, souvent supérieure à 100°C, et chargés de vapeur d'eau et d'impuretés sous forme d'aérosols constituées par exemple par des traces de potasse. Ces gaz doivent donc, en sortie des dégazeurs, être refroidis, de manière à condenser la vapeur d'eau qu'ils contiennent, et purifiés.
La demande allemande DE-B-1 006 401 décrit une installation d'électrolyse de l'eau sous pression munie, au dessus de chàque dégazeur, d'une tour de lavage des gaz extraits. De manière connue en soi, une tour de lavage de gaz est une tour vide équipée de pulvérisateurs.
Le dispositif de refroidissement et purification des gaz de sortie d'une installation d'électrolyse de l'eau selon l'invention permet d'obtenir de meilleures performance à l'aide de moyens plus simples, moins encombrants. Il est caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque sortie de gaz, une enceinte contenant un volume de liquide parcouru par un circuit de refroidissement, placée au dessus du séparateur gaz-liquide correspondant et munie:
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple, conforme à l'invention, d'une installation de refroidissement et purification associée à un électrolyseur d'eau sous pression, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
En se reportant à l'ensemble des figures 1 et 2, la référence 7 désigne un dégazeur pour installation d'électrolyse, de type gravitaire et dans l'exemple considère tel que décrit dans la demande de brevet francais n° 79-03550 de la demanderesse. De manière connue en soi, le dégazeur 7 est muni d'une entrée 76 de mélange d'électrolyte liquide, anolyte ou catholyte selon le cas, et de gaz, oxygène ou hydrogène respectivement, d'au moins une conduite supérieure 5 de sortie de gaz seul, d'une sortie 77 d'électrolyte liquide dégazéifié, et de cellules complémentaires de séparation 72, au nombre de trois dans l'exemple considéré.
Comme expliqué plus en détails dans la demande de brevet français n° 79-03550 précitée, l'électrolyte chaud et chargé de gaz pénètre dans le dégazeur 7 par la conduite 76, travers les cellules 72, par l'intermédiaire des passages 711 de la plaque d'entrée 71 et des passages 731 de la plaque de sortie 73, puis ressort dégazéfié par la conduite 77 vers le circuit de retour d'électrolyte. Les bulles de gaz coalescé sur les faces internes des cellules 72 s'échappent par les orifices latéraux 741, et viennent s'accumuler à la partie supérieure du dégazeur 7 dont ils sortent par la conduite de sortie 5.
Conformément à l'invention, la conduite 5 débouche dans une enceinte 1 placée au-dessus du séparateur 7, et contenant un volume 3 d'eau pure ou déminéralisée. Le volume d'eau 3 est par ailleurs parcouru par un circuit de refroidissement constitué par un serpentin 2 dans lequel circule de l'eau froide, à une température d'environ 20° C pour fixer les idées, ce qui perment de conférer au volume d'eau 3 une température d'environ 30°C dans l'exemple considéré, suffisante pour entrainer la condensation de la vapeur d'eau contenue dans les bulles de gaz s'échappant par la sortie supérieure 52 de la conduite 5.
Les bulles de gaz passant de l'orifice 51 de sortie du dégazeur 7 vers l'enceinte 1 traversent donc le volume 3 d'eau pure et réfrigérée. Elles sont, au cors de cette traversée, lavées de leurs impuretées et refroidies de manière à condenser la vapeur d'eau qu'elles contiennent, le condensat obtenu venant s'ajouter à l'eau pure déjà constitutive du volume 3. Elles sortent ensuite parfaitement purifiées par une conduite de sortie 4 située à la partie supérieure de l'enceinte 1.
Le niveau d'eau pure dans l'enceinte 1 est maintenu à peu près constant grace à un régulateur de pression, non figuré, situé sur le circuit 4 des gaz de sortie, et agissant sur une vanne, non représentée, commandant une entrée 11 d'eau déminéralisée dans l'enceinte 1. Par ailleurs, le retour de l'eau de condensation vers le circuit d'électrolyse s'effectue par au moins un tuyau 6 reliant l'intérieur de l'enceinte 1 à l'intérieur du dégazeur 7, de l'entrée supérieure 61 vers la sortie inférieure 62 dudit tuyau, ce qui permet par ailleurs d'assurer un bon équilibre des pressions entre les enceintes 1 et 7. On notera que l'on pourra rajouter en cours de fonctionnement de l'électrolyseur de l'eau déminéralisée par l'orifice 11 dans l'enceinte 1, au lieu de la rajouter comme il est habituel directement dans le dégazeur 7; on limitera ainsi les gradients de concentration.
Dans l'exemple considéré par ailleurs, il est possible d'introduire, au démarrage, de l'électrolyte dans l'enceinte 1 au lieu d'y introduire de l'eau pure. Cette modification ne sera par ailleurs que passagère car, au fur et à mesure de la condensation de la vapeur d'eau et de l'évacuation du liquide par le tuyau 6, le volume 3 ne contiendra plus, au bout d'un certain temps de fonctionnement et aux traces de potasse près, pratiquement que de l'eau pure. On notera enfin que le circuit réfrigérant réalisé dans l'enceinte 1 grace au serpentin 2 et au volume de liquide 3 est un circuit liquide-liquide, ce qui permet de conférer à l'enceinte 1 elle même des dimensions bien plus réduites que celles nécessitées précédemment uniquement pour le circuit réfrigérant qui était un circuit liquide-gaz.
L'invention trouve son utilisation principale dans la production industrielle d'hydrogène et d'oxygène par électrolye de l'eau sous pression.