СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА И ВОДОРОДА Российский патент 1994 года по МПК C25B1/02 C25B1/12 

Изобретение относится к способам получения водорода и кислорода электролизом воды и может быть использовано в электронной и других отраслях промышленности, использующих указанные газы высокой чистоты.

Известен способ получения электролитического водорода и кислорода, включающий деионизацию питательной воды, электролитическое разложение щелочного раствора под давлением, каталитическую очистку образовавшихся кислорода и водорода, их последующую очистку, осушку в адсорберах.

Недостатком этого способа является недостаточно высокая степень очистки целевого продукта от примесей (соединений азота, углерода и др. ), попадающих в газы с питающей водой.

Указанный способ является наиболее близким к изобретению по поставленной цели и достигаемому результату.

Целью изобретения является повышение чистоты газов.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения электролитического водорода и кислорода, включающем деионизацию питательной воды, электролитическое разложение щелочного раствора под давлением, каталитическую очистку образовавшегося кислорода или водорода, их последующую осушку, один из полученных целевых продуктов делят на два потока, первый из которых под давлением 1-2,5 МПа в количестве 0,75-0,95 от общего продукта направляют потребителю, а второй в количестве 0,05-0,25 от общего продукта под давлением (1,05-1,25)˙10⁵ Па подают на продувку питающей электролиз воды, удаляя из нее растворенные примеси газов, причем перед продувкой питающей воды второй поток под давлением (1,3-1,6)˙10⁵ Па подают на регенерацию соответствующего осушителя.

На чертеже приведена схема установки для реализации предлагаемого способа. (В данном случае схема установки для получения электролитического кислорода и водорода в случае, когда основным продуктом является водород высокой чистоты).

Установка для получения электролитического кислорода и водорода включает в себя деионизатор 1, питательный бак 2, очищенной от ионов воды, электролизер 3, линию 4 подачи очищенной воды в питательный бак 2, линию 5 подачи очищенной воды в электролизер 3, линию 6 подачи кислорода, линию 7 подачи водорода, блок 8 каталитической очистки кислорода, блок 9 каталитической очистки водорода, состоящий из двух адсорберов, блок осушки кислорода, состоящий из двух адсорберов 10, блок осушки водорода, состоящий из двух адсорберов 11, линию 12 подачи кислорода потребителю, линию 13 подачи кислорода на регенерацию, линию 14 подачи кислорода на продувку воды, линию 15 выпуска кислорода в атмосферу, линию 16 подачи водорода потребителю.

Такая же схема, включающая те же элементы, используется и в случае, когда основным продуктом является кислород высокой чистоты с той лишь разницей, что часть кислорода после адсорбера 11 подается на регенерацию второго адсорбера 11, а второй поток кислорода - потребителю, водород подается по известной схеме.

П р и м е р 1. При осуществлении способа в электролизере в номинальном режиме подается 4,5 кг дистиллированной воды в 1 ч. Эту воду получают в электродистилляторе и подают на подпитку при давлении 1,6˙10⁵ Па в электролизер 3. При электролизе выделяется в 1 ч 5 нм³ водорода и 2,5 нм³ кислорода при давлении 1,6 МПа. Затем полученный целевой продукт - водород в количестве 5 нм³ очищают от кислорода и паров воды и разделяют на два потока причем 4,9 нм³ направляют потребителю, а второй поток в количестве 0,1 нм³ направляют под давлением 1,5˙10⁵ Па на регенерацию осушителя, а далее под давлением 1,1˙10⁵ Па подают на дегазацию питательной воды. При этом содержание СН и N и других примесей в целевом продукте не превышает 10^-6.

П р и м е р 2. В номинальном режиме подается 5,5 кг дистиллированной воды в 1 ч. Эту воду получают в электродистиляторе и подают на подпитку при давлении 1,9˙10⁶ Па в электролизер 3. При электролизе выделяется в 1 ч 6 нм³ водорода и 3,0 нм³ кислорода при давлении 1,9 МПа. Полученный целевой продукт в количестве 3 нм³ очищают и разделяют на два потока. Один из них в количестве 2,85 нм³, соответствующем 0,95˙3,0, направляют потребителю, а второй поток в количестве 0,15 нм³ под давлением 1,4˙10⁵ Па подают на регенерацию осушителя, и далее под давлением 1,2˙10⁵ Па подают на дегазацию питательной воды. Содержание примесей в целевом продукте не превышает 10^-6.

Выбор давления газа при осуществлении способа обосновывается:
- в электролизере, в установках очистки и осушки - известными преимуществами ведения процессов под давлением;
- в процессе регенерации адсорбента (1,3-1,6)˙10⁵ Па - преимуществами процесса десорбции влаги из адсорбента в случае применения осушающего газа с низкой влажностью;
- в процессе продувки питающей воды (1,05-1,25)˙10⁵ Па - соображениями максимального массобмена.

Предложенный способ позволяет без применения дорогостоящих аппаратных решений производить водород и кислород высокой чистоты, в частности для тонких производств, для которых чистота газов является важнейшим технологическим фактором. (56) Якименко Л. М. , Модылевская И. Д. , Ткачек З. А. Электролиз воды, М. : Химия, 1970, с. 193-194, рис. V-2.

Сущность изобретения: получение электролитического водорода и кислорода, включающее деионизацию питательной воды. Электролитическое разложение щелочного раствора под давлением, каталитическую очистку образовавшихся кислорода и водорода, их последующую очистку. Один из полученных целевых продуктов делят на два потока, первый из которых под давлением 1 - 2,5 МПа в количестве 0,75 - 0,95 от общего продукта направляют потребителю. Второй поток в количестве 0,05 0,25 от общего продукта под давлением (1.05-1.25)·10⁵ Па подают на продувку питающей электролит воды. Перед продувкой питающей воды второй поток под давлением (1.3÷1.6)·10⁵ Па подают на регенерацию соответствующего осушителя. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА И ВОДОРОДА, включающий деионизацию питательной воды, приготовление на ее основе раствора щелочи, электролитическое разложение щелочи под давлением с получением кислорода и водорода, их каталитическую очистку и последующую осушку, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты газов, один из полученных газов делят на два потока, первый из которых в количестве 0,75-0,95 общего продукта под давлением 1-2,5 МПа подают потребителю, а второй в количестве 0,05-0,25 общего продукта под давлением (1,05-1,25) · 10⁵ Па подают на продувку деионизированной питательной воды. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед продувкой поток газа под давлением (1,3-1,6) · 10⁵ Па подают на регенерацию осушителя.