Способ получения смеси кислорода и водорода

 

Изобретение относится к способу получения смеси кислорода и водорода электролизом воды, который включает электролиз в электролизере, снабженном теплообменником для циркуляции электролита раствора щелочи. Способ ведут при дополнительной циркуляции электролита через подпитывающую емкость-сепаратор и электролизер, причем подпитывающая емкость-сепаратор установлена выше электролизера с теплообменником. 1 ил.

Изобретение относится к генерированию горючих газов, используемых для сварки, резки и пайки в производственных и бытовых условиях, а также в лабораторной практике.

Известен способ получения смеси кислорода и водорода электролизом воды, включающий электролиз в электролизере, снабженном теплообменником для циркуляции электролита раствора щелочи.

Недостатком указанного способа получения кислородно-водородной смеси является низкая производительность и то, что рассеивание образующегося при работе электролизера тепла затруднено. Это приводит к повышению температуры электролита, и как следствие, к повышению концентрации щелочи в выходящей из электролизера горючей газовой смеси.

Целью изобретения является повышение производительности электролизера и уменьшение выноса щелочи газовой смесью.

Указанная цель достигается в способе получения смеси кислорода и водорода электролизом воды, который включает электролиз в электролизере, снабженном теплообменником для циркуляции электролита раствора щелочи, причем способ ведут при дополнительной циркуляции электролита через подпитывающую емкость-сепаратор и электролизер, причем подпитывающая емкость сепаратора установлена выше электролиза с теплообменником.

Охлаждение электролита производится путем его вывода из межэлектродных ячеек в ветви охлаждения путем частичной сепарации газожидкостной смеси. Этот процесс протекает с естественной циркуляцией электролита за счет разности его плотностей газожидкостной смеси в горячем межэлектродном пространстве и частично сепарированной газожидкостной смеси в "холодных" ветвях охлаждения, что в конечном итоге не обеспечивает надлежащего температурного режима работы электролизера. Введение в предлагаемое изобретение второго контура окончательной сепарации газожидкостной смеси, интенсифицирующего процесс циркуляции электролита в первом контуре, существенно снизило температуру электролита в межэлектродном пространстве, тем самым уменьшило вынос щелочи газовой смесью, позволило увеличить плотность тока на электродах и, в конечном итоге, производительность электролизера.

На чертеже изображена схема устройства электролизера, работающего по предлагаемому способу.

Электролизер 4, соединенный с охлаждающими ветвями 5, вместе образует первый контур циркуляции, выделенный пунктирной линией. Электролизер 4, соединенный посредством трактов 3 и 7 с подпитывающей емкостью-сепаратором 2, имеющей штуцер 1 для выхода горючей газовой смеси, образует второй контур циркуляции, выделенный штрих-пунктирной линией. Подача напряжения на электролизер 4 осуществляется блоком питания 6.

Суть предлагаемого изобретения состоит в следующем.

При заправке электролита в подпитывающую емкость-сепаратор 2 он через тракты 3 и 7 заполняет электролизер 4 и ветви охлаждения 5. Подача напряжения на электроды служит началом электролиза. Пузырьки газов, выделяющиеся в них, устремляются через верхнюю часть электролизера в подпитывающую емкость-сепаратор и далее на выход. Поднимающиеся газовые пузырьки, устремляясь в подпитывающую емкость-сепаратор, увлекают с собой нагретый электролит из межэлектродных пространств. При этом у входа в тракт 3 происходит частичная сепарация газожидкостной смеси, а жидкостная ее составляющая перемещается в ветви 5, охлаждается и засасывается в межэлектродное пространство на место поднимающейся газожидкостной смеси. Циркуляция жидкости в описываемом выше первом контуре интенсифицируется за счет разности плотностей нагретой газожидкостной смеси, поднимающейся из межэлектродных пространств и частично свободного от пузырьков газа электролита, находящегося в ветвях 5.

Газожидкостная смесь, попадающая в тракт 3 из межэлектродных пространств электролизера, частично увлекает электролит в подпитывающую емкость-сепаратор 2, где происходит полное разделение газожикостной смеси и электролита. Последний по тракту 7 возвращается в электролизер 4.

Расположение подпитывающей емкости-сепаратора 2 по уровню выше уровня первого контура циркуляции обеспечивает полное его заполнение. Электролизер 4, тракт 3, подпитывающая емкость-сепаратор 2 и тракт 7 составляют второй контур циркуляции электролита.

В способе-прототипе, реализованном в известном устройстве, при уменьшении расстояния между электродами и их толщины резко повышается температура электролита и, как результат, увеличивается содержание паров щелочи в газовой смеси. Повышение производительности электролизера в известном способе требует увеличения массо-габаритных характеристик.

В отличие от этого в предлагаемом способе уменьшение расстояния между электродами приводит к росту плотности тока, а интенсивный теплосъем, осуществляемый предлагаемым двухконтурным способом охлаждения, обеспечивает хорошую циркуляцию электролита и тем самым поддерживает его температуры в зоне электролизера на минимальном уровне. Использование подпитывающей емкости-сепаратора позволяет отсепарировать выносимые из электролизера нагретые объемы электролита от его паров. Одновременно с этим происходит дополнительное охлаждение электролита. Минимум его рабочей температуры, обеспечиваемый предлагаемым способом, резко снижает вынос щелочи газовой смесью, чем достигается поставленная цель.

Пример. Результаты экспериментального испытания электролизера, работающего по известному способу, показали, что в 10-элементном электролизере при толщине пластин-электродов 0,6·10^-3 м, зазоре между ними 4·10^-3 м и токе в 10 А температура электролита в центральной части ячеек электролизера достигала 72^oС, производительность составила 58 л/ч, а содержание щелочи в газовой смеси было 29% В предлагаемом способе на 10-элементной конструкции электролизера при толщине электродов 0,3·10^-3 м, зазоре между ними 1,0·10^-3 м, токе 20 А и одинаковой с устройством-прототипом, реализующем известный принцип, площади электродов температура электролита в межэлектродных промежутках не превышала 36^oC, производительность составила 116 л/ч а концентрация щелочи в газовой смеси была 6% Следует отметить, что электролит в электролизере, работающем по предлагаемому способу, представляет собой 10%-ный раствор щелочи, тогда как в устройстве, реализующем известный способ, используется 25%-ный раствор. Уменьшение концентрации электролита в предлагаемом способе осуществлено за счет уменьшения расстояния между электродами.

Формула изобретения

Способ получения смеси кислорода и водорода электролизом воды, включающий электролиз в электролизере, снабженном теплообменником для циркуляции электролита раствора щелочи, отличающийся тем, что способ ведут при дополнительной циркуляции электролита через подпитывающую емкость-сепаратор и электролизер, причем подпитывающая емкость-сепаратор установлена выше электролизера с теплообменником.

РИСУНКИ

Рисунок 1