本發(fā)明涉及氣體制造方法和氣體制造裝置，特別涉及適用于在加壓條件下進(jìn)行堿性水的電解的情況的氣體制造方法和氣體制造裝置。

背景技術(shù)：

1、作為氫氣和氧氣的制造方法，公知有一種堿性水電解法。堿性水電解法通過(guò)將溶解有堿金屬氫氧化物(例如naoh、koh等。)的堿性水溶液(堿性水)用作電解液，對(duì)水進(jìn)行電解，從而從陰極產(chǎn)生氫氣，從陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣。通常，堿性水電解用的電解單元具有被離子滲透性隔膜隔開的陽(yáng)極室和陰極室，電解在使電解液分別向陽(yáng)極室和陰極室循環(huán)的狀態(tài)下進(jìn)行。從各極室回收的電解液暫且被收集在循環(huán)箱中并貯存，貯存在循環(huán)箱中的電解液再向各極室供給。

2、在堿性水的電解過(guò)程中，

3、陽(yáng)極反應(yīng)用2oh－→(1/2)o2↑+h2o+2e－…(1)來(lái)表示，

4、陰極反應(yīng)用2h2o+2e－→h2↑+2oh－…(2)來(lái)表示。

5、因此，在堿性水的電解過(guò)程中，雖然整體而言水是被消耗的，但在陰極反應(yīng)中水被消耗而在陽(yáng)極反應(yīng)中會(huì)生成水，因此隨著電解反應(yīng)的進(jìn)行，在陽(yáng)極側(cè)循環(huán)箱與陰極側(cè)循環(huán)箱之間會(huì)產(chǎn)生液面差。此外，由于在陽(yáng)極反應(yīng)中會(huì)消耗oh－離子，在陰極反應(yīng)會(huì)生成oh－離子，因此，在陽(yáng)極室與陰極室之間，為了保持電荷中性，離子會(huì)透過(guò)隔膜移動(dòng)，其結(jié)果，并不是陰極反應(yīng)所生成的oh－離子全部都從陰極室移動(dòng)到陽(yáng)極室。即，通常，僅陰極反應(yīng)所生成的oh－離子的一部分透過(guò)隔膜從陰極室移動(dòng)到陽(yáng)極室，與剩余部分的oh－離子對(duì)應(yīng)的陰極室中的負(fù)電荷的過(guò)剩是通過(guò)使陽(yáng)離子(若堿性水的溶質(zhì)為naoh，則是na+離子，若堿性水的溶質(zhì)為koh，則是k+離子)透過(guò)隔膜從陽(yáng)極室移動(dòng)到陰極室來(lái)消除的。其結(jié)果，隨著電解反應(yīng)的進(jìn)行，在陽(yáng)極側(cè)循環(huán)箱與陰極側(cè)循環(huán)箱之間會(huì)產(chǎn)生電解液的濃度差。

6、作為解決上述問(wèn)題的方法，在專利文獻(xiàn)1中，提出如下方法：通過(guò)在陽(yáng)極側(cè)循環(huán)箱與陰極側(cè)循環(huán)箱之間設(shè)置電解液交換裝置，使一者的電解液的一部分移動(dòng)至另一者中，從而消除電解液的濃度差和陽(yáng)極側(cè)循環(huán)箱與陰極側(cè)循環(huán)箱之間的液面差。

7、現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

8、專利文獻(xiàn)

9、專利文獻(xiàn)1：wo2020/022190號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明要解決的問(wèn)題

2、然而，在陽(yáng)極側(cè)的電解液中溶解有氧氣，在使該電解液移動(dòng)至陰極側(cè)循環(huán)箱時(shí)在陰極側(cè)循環(huán)箱內(nèi)發(fā)生氧氣溶出的情況下，有可能在陰極側(cè)循環(huán)箱內(nèi)形成爆鳴氣。另外，反之亦然的是，在陰極側(cè)的電解液中溶解有氫氣，在使該電解液移動(dòng)至陽(yáng)極側(cè)循環(huán)箱時(shí)在陽(yáng)極側(cè)循環(huán)箱內(nèi)發(fā)生氫氣溶出的情況下，有可能在陽(yáng)極側(cè)循環(huán)箱內(nèi)形成爆鳴氣。

3、另外，擔(dān)心陰極側(cè)循環(huán)箱和陽(yáng)極側(cè)循環(huán)箱各自中的各生成氣體的純度變差。

4、特別是在加壓條件下進(jìn)行電解的高壓類型的堿性水電解裝置中，電解槽的極室內(nèi)部的壓力和從電解槽回收的氣體及電解液的壓力被維持為比常壓高，因此，電解液中的溶解氣體量比常壓時(shí)增大，因而上述溶解氣體的問(wèn)題變得顯著。

5、本發(fā)明的課題在于，提供氣體制造方法和氣體制造裝置，即使在陽(yáng)極側(cè)循環(huán)箱與陰極側(cè)循環(huán)箱之間進(jìn)行電解液交換的情況下，也能夠防止循環(huán)箱的氣相區(qū)域中的生成氣體的成分達(dá)到爆炸極限，并且能夠降低電解液中的溶解氣體對(duì)氣體純度造成的不良影響并穩(wěn)定地制造氫氣和氧氣這兩者。

6、用于解決問(wèn)題的方案

7、本發(fā)明如下。

8、[1]一種氣體制造方法，其通過(guò)使用電解槽來(lái)對(duì)作為堿性水溶液的電解液進(jìn)行電解而制造氧氣和氫氣，該電解槽包括陽(yáng)極室、陰極室和隔膜，該陽(yáng)極室收容陽(yáng)極，在該陽(yáng)極室產(chǎn)生氧氣，該陰極室收容陰極，在該陰極室產(chǎn)生氫氣，該隔膜具有離子滲透性且劃分出所述陽(yáng)極室和所述陰極室，其特征在于，

9、該氣體制造方法包含以下工序：

10、(a)通過(guò)向所述陽(yáng)極室供給第1電解液且向所述陰極室供給第2電解液，并使所述陽(yáng)極與所述陰極之間通電，從而從所述陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣且從所述陰極產(chǎn)生氫氣；

11、(b)從所述陽(yáng)極室回收含有氧氣的第1氣流和所述第1電解液；

12、(c)從所述陰極室回收含有氫氣的第2氣流和所述第2電解液；

13、(d)將從所述陽(yáng)極室回收的所述第1電解液貯存于第1循環(huán)箱；

14、(e)將從所述陰極室回收的所述第2電解液貯存于第2循環(huán)箱；

15、(f)使用第1循環(huán)泵將貯存于所述第1循環(huán)箱的所述第1電解液輸送至所述陽(yáng)極室；

16、(g)使用第2循環(huán)泵將貯存于所述第2循環(huán)箱的所述第2電解液輸送至所述陰極室；

17、(h)將所述第1電解液的一部分移送到所述第2電解液中和將所述第2電解液的一部分移送到所述第1電解液中這兩個(gè)工序中的至少任一者，

18、在所述工序(h)中，包含對(duì)所述移送的第1電解液的一部分和/或所述移送的第2電解液的一部分進(jìn)行脫壓的工序。

19、[2]根據(jù)[1]所述的氣體制造方法，其特征在于，對(duì)所述移送的第1電解液的一部分和/或所述移送的第2電解液的一部分進(jìn)行脫壓的工序是將該移送的第1電解液的一部分和/或所述移送的第2電解液的一部分貯存在中間箱內(nèi)并進(jìn)行脫壓的工序。

20、[3]根據(jù)[2]所述的氣體制造方法，其特征在于，通過(guò)將氮導(dǎo)入到所述中間箱內(nèi)，從而使溶解在所述移送的第1電解液的一部分和/或所述移送的第2電解液的一部分中的氣體向中間箱外放出。

21、[4]根據(jù)[2]所述的氣體制造方法，其特征在于，將在所述工序(b)中得到的含有氧氣的第1氣流的一部分導(dǎo)入到包含所述移送的第2電解液的一部分的所述中間箱內(nèi)，使溶解在所述移送的第2電解液的一部分中的氫氣向該中間箱外放出。

22、[5]根據(jù)[2]所述的氣體制造方法，其特征在于，將在所述工序(c)中得到的含有氫氣的第2氣流的一部分導(dǎo)入到包含所述移送的第1電解液的一部分的所述中間箱內(nèi)，使溶解在所述移送的第1電解液的一部分中的氧氣向該中間箱外放出。

23、[6]一種氣體制造裝置，該氣體制造裝置具備：電解槽，其包括陽(yáng)極室、陰極室和隔膜，該陽(yáng)極室收容陽(yáng)極，在該陽(yáng)極室產(chǎn)生氧氣，該陰極室收容陰極，在該陰極室產(chǎn)生氫氣，該隔膜具有離子滲透性且劃分出所述陽(yáng)極室和所述陰極室；

24、第1電解液循環(huán)系統(tǒng)；第2電解液循環(huán)系統(tǒng)；以及第1電解液交換裝置和/或第2電解液交換裝置，其特征在于，

25、所述第1電解液循環(huán)系統(tǒng)包含：

26、第1循環(huán)箱，其接受容納并貯存從所述陽(yáng)極室流出的第1電解液；以及

27、第1循環(huán)泵，其將貯存于所述第1循環(huán)箱的所述第1電解液向所述陽(yáng)極室供給，

28、所述第2電解液循環(huán)系統(tǒng)包含：

29、第2循環(huán)箱，其接受容納并貯存從所述陰極室流出的第2電解液；以及

30、第2循環(huán)泵，其將貯存于所述第2循環(huán)箱的所述第2電解液向所述陰極室供給，

31、所述第1電解液交換裝置具備第1中間箱，在將存在于所述第1電解液循環(huán)系統(tǒng)的所述第1電解液的一部分向所述第2電解液循環(huán)系統(tǒng)移送時(shí)，將所述第1電解液的一部分以脫壓條件貯存于該第1中間箱，

32、所述第2電解液交換裝置具備第2中間箱，在將存在于所述第2電解液循環(huán)系統(tǒng)的所述第2電解液的一部分向所述第1電解液循環(huán)系統(tǒng)移送時(shí)，將所述第2電解液的一部分以脫壓條件貯存于該第2中間箱。

33、[7]根據(jù)[6]所述的氣體制造裝置，其特征在于，該氣體制造裝置還具備向所述第1中間箱和/或第2中間箱導(dǎo)入氮?dú)獾难b置。

34、[8]根據(jù)[6]所述的氣體制造裝置，其特征在于，該氣體制造裝置還具備將在所述陽(yáng)極室中產(chǎn)生的氧氣的一部分導(dǎo)入所述第2中間箱的裝置。

35、[9]根據(jù)[6]所述的氣體制造裝置，其特征在于，該氣體制造裝置還具備將在所述陰極室中產(chǎn)生的氫氣的一部分導(dǎo)入所述第1中間箱的裝置。

36、發(fā)明的效果

37、根據(jù)本發(fā)明，即使在陽(yáng)極側(cè)循環(huán)箱與陰極側(cè)循環(huán)箱之間進(jìn)行電解液交換的情況下，也能夠通過(guò)對(duì)交換的電解液進(jìn)行脫壓而去除存在于電解液中的溶解氣體，來(lái)防止循環(huán)箱的氣相區(qū)域中的生成氣體的成分達(dá)到爆炸極限，并且能夠降低電解液中的溶解氣體對(duì)氣體純度造成的不良影響并穩(wěn)定地制造氫氣和氧氣這兩者。