气体制造方法和气体制造装置与流程

本发明涉及气体制造方法和气体制造装置，特别涉及适用于在加压条件下进行碱性水的电解的情况的气体制造方法和气体制造装置。

背景技术：

1、作为氢气和氧气的制造方法，公知有一种碱性水电解法。碱性水电解法通过将溶解有碱金属氢氧化物(例如naoh、koh等。)的碱性水溶液(碱性水)用作电解液，对水进行电解，从而从阴极产生氢气，从阳极产生氧气。通常，碱性水电解用的电解单元具有被离子渗透性隔膜隔开的阳极室和阴极室，电解在使电解液分别向阳极室和阴极室循环的状态下进行。从各极室回收的电解液暂且被收集在循环箱中并贮存，贮存在循环箱中的电解液再向各极室供给。

2、在碱性水的电解过程中，

3、阳极反应用2oh－→(1/2)o2↑+h2o+2e－…(1)来表示，

4、阴极反应用2h2o+2e－→h2↑+2oh－…(2)来表示。

5、因此，在碱性水的电解过程中，虽然整体而言水是被消耗的，但在阴极反应中水被消耗而在阳极反应中会生成水，因此随着电解反应的进行，在阳极侧循环箱与阴极侧循环箱之间会产生液面差。此外，由于在阳极反应中会消耗oh－离子，在阴极反应会生成oh－离子，因此，在阳极室与阴极室之间，为了保持电荷中性，离子会透过隔膜移动，其结果，并不是阴极反应所生成的oh－离子全部都从阴极室移动到阳极室。即，通常，仅阴极反应所生成的oh－离子的一部分透过隔膜从阴极室移动到阳极室，与剩余部分的oh－离子对应的阴极室中的负电荷的过剩是通过使阳离子(若碱性水的溶质为naoh，则是na+离子，若碱性水的溶质为koh，则是k+离子)透过隔膜从阳极室移动到阴极室来消除的。其结果，随着电解反应的进行，在阳极侧循环箱与阴极侧循环箱之间会产生电解液的浓度差。

6、作为解决上述问题的方法，在专利文献1中，提出如下方法：通过在阳极侧循环箱与阴极侧循环箱之间设置电解液交换装置，使一者的电解液的一部分移动至另一者中，从而消除电解液的浓度差和阳极侧循环箱与阴极侧循环箱之间的液面差。

7、现有技术文献

8、专利文献

9、专利文献1：wo2020/022190号公报

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、然而，在阳极侧的电解液中溶解有氧气，在使该电解液移动至阴极侧循环箱时在阴极侧循环箱内发生氧气溶出的情况下，有可能在阴极侧循环箱内形成爆鸣气。另外，反之亦然的是，在阴极侧的电解液中溶解有氢气，在使该电解液移动至阳极侧循环箱时在阳极侧循环箱内发生氢气溶出的情况下，有可能在阳极侧循环箱内形成爆鸣气。

3、另外，担心阴极侧循环箱和阳极侧循环箱各自中的各生成气体的纯度变差。

4、特别是在加压条件下进行电解的高压类型的碱性水电解装置中，电解槽的极室内部的压力和从电解槽回收的气体及电解液的压力被维持为比常压高，因此，电解液中的溶解气体量比常压时增大，因而上述溶解气体的问题变得显著。

5、本发明的课题在于，提供气体制造方法和气体制造装置，即使在阳极侧循环箱与阴极侧循环箱之间进行电解液交换的情况下，也能够防止循环箱的气相区域中的生成气体的成分达到爆炸极限，并且能够降低电解液中的溶解气体对气体纯度造成的不良影响并稳定地制造氢气和氧气这两者。

6、用于解决问题的方案

7、本发明如下。

8、[1]一种气体制造方法，其通过使用电解槽来对作为碱性水溶液的电解液进行电解而制造氧气和氢气，该电解槽包括阳极室、阴极室和隔膜，该阳极室收容阳极，在该阳极室产生氧气，该阴极室收容阴极，在该阴极室产生氢气，该隔膜具有离子渗透性且划分出所述阳极室和所述阴极室，其特征在于，

9、该气体制造方法包含以下工序：

10、(a)通过向所述阳极室供给第1电解液且向所述阴极室供给第2电解液，并使所述阳极与所述阴极之间通电，从而从所述阳极产生氧气且从所述阴极产生氢气；

11、(b)从所述阳极室回收含有氧气的第1气流和所述第1电解液；

12、(c)从所述阴极室回收含有氢气的第2气流和所述第2电解液；

13、(d)将从所述阳极室回收的所述第1电解液贮存于第1循环箱；

14、(e)将从所述阴极室回收的所述第2电解液贮存于第2循环箱；

15、(f)使用第1循环泵将贮存于所述第1循环箱的所述第1电解液输送至所述阳极室；

16、(g)使用第2循环泵将贮存于所述第2循环箱的所述第2电解液输送至所述阴极室；

17、(h)将所述第1电解液的一部分移送到所述第2电解液中和将所述第2电解液的一部分移送到所述第1电解液中这两个工序中的至少任一者，

18、在所述工序(h)中，包含对所述移送的第1电解液的一部分和/或所述移送的第2电解液的一部分进行脱压的工序。

19、[2]根据[1]所述的气体制造方法，其特征在于，对所述移送的第1电解液的一部分和/或所述移送的第2电解液的一部分进行脱压的工序是将该移送的第1电解液的一部分和/或所述移送的第2电解液的一部分贮存在中间箱内并进行脱压的工序。

20、[3]根据[2]所述的气体制造方法，其特征在于，通过将氮导入到所述中间箱内，从而使溶解在所述移送的第1电解液的一部分和/或所述移送的第2电解液的一部分中的气体向中间箱外放出。

21、[4]根据[2]所述的气体制造方法，其特征在于，将在所述工序(b)中得到的含有氧气的第1气流的一部分导入到包含所述移送的第2电解液的一部分的所述中间箱内，使溶解在所述移送的第2电解液的一部分中的氢气向该中间箱外放出。

22、[5]根据[2]所述的气体制造方法，其特征在于，将在所述工序(c)中得到的含有氢气的第2气流的一部分导入到包含所述移送的第1电解液的一部分的所述中间箱内，使溶解在所述移送的第1电解液的一部分中的氧气向该中间箱外放出。

23、[6]一种气体制造装置，该气体制造装置具备：电解槽，其包括阳极室、阴极室和隔膜，该阳极室收容阳极，在该阳极室产生氧气，该阴极室收容阴极，在该阴极室产生氢气，该隔膜具有离子渗透性且划分出所述阳极室和所述阴极室；

24、第1电解液循环系统；第2电解液循环系统；以及第1电解液交换装置和/或第2电解液交换装置，其特征在于，

25、所述第1电解液循环系统包含：

26、第1循环箱，其接受容纳并贮存从所述阳极室流出的第1电解液；以及

27、第1循环泵，其将贮存于所述第1循环箱的所述第1电解液向所述阳极室供给，

28、所述第2电解液循环系统包含：

29、第2循环箱，其接受容纳并贮存从所述阴极室流出的第2电解液；以及

30、第2循环泵，其将贮存于所述第2循环箱的所述第2电解液向所述阴极室供给，

31、所述第1电解液交换装置具备第1中间箱，在将存在于所述第1电解液循环系统的所述第1电解液的一部分向所述第2电解液循环系统移送时，将所述第1电解液的一部分以脱压条件贮存于该第1中间箱，

32、所述第2电解液交换装置具备第2中间箱，在将存在于所述第2电解液循环系统的所述第2电解液的一部分向所述第1电解液循环系统移送时，将所述第2电解液的一部分以脱压条件贮存于该第2中间箱。

33、[7]根据[6]所述的气体制造装置，其特征在于，该气体制造装置还具备向所述第1中间箱和/或第2中间箱导入氮气的装置。

34、[8]根据[6]所述的气体制造装置，其特征在于，该气体制造装置还具备将在所述阳极室中产生的氧气的一部分导入所述第2中间箱的装置。

35、[9]根据[6]所述的气体制造装置，其特征在于，该气体制造装置还具备将在所述阴极室中产生的氢气的一部分导入所述第1中间箱的装置。

36、发明的效果

37、根据本发明，即使在阳极侧循环箱与阴极侧循环箱之间进行电解液交换的情况下，也能够通过对交换的电解液进行脱压而去除存在于电解液中的溶解气体，来防止循环箱的气相区域中的生成气体的成分达到爆炸极限，并且能够降低电解液中的溶解气体对气体纯度造成的不良影响并稳定地制造氢气和氧气这两者。