BE1031594A1

BE1031594A1 - Dispositif de production de dihydrogène comportant un séparateur combiné multiétage

Info

Publication number: BE1031594A1
Application number: BE20235380A
Authority: BE
Inventors: Sébastien Borguet; Armand Gering
Original assignee: John Cockerill Hydrogen Belgium Sa
Priority date: 2023-05-10
Filing date: 2023-05-10
Publication date: 2024-12-05
Also published as: WO2024231404A1; BE1031594B1

Abstract

Dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène par électrolyse, comprenant: une pile d’électrolyseur (10) ayant une entrée d’électrolyte, une première sortie d’un mélange électrolyte et premier gaz produit d’électrolyse, et une deuxième sortie d’un mélange électrolyte et deuxième gaz produit d’électrolyse ; au moins un premier appareil de séparation (11) relié à la première sortie pour séparer le premier gaz et l’électrolyte; au moins un deuxième appareil de séparation (12) relié à la deuxième sortie pour séparer le deuxième gaz et l’électrolyte. Au moins l’un des appareils de séparation (11, 12) comprend un premier étage vertical de séparation et un deuxième étage de séparation gravitaire.

Description

Dispositif de production de dihydrogène comportant un séparateur combiné multiétagé

DOMAINE TECHNIQUE

[0001] L'invention concerne le domaine technique de la production de dihydrogène et de dioxygène, en particulier par électrolyse de l'eau.

ETAT DE LA TECHNIQUE

[0002] Pour contrer le changement climatique, un consen- sus général existe afin de tendre vers une société neutre en carbone à l’horizon 2050. La réduction des émissions de gaz à effet de serre touche non seulement le secteur de la pro- duction d’électricité, mais aussi les activités indus- trielles, le domaine des transports ou encore celui du chauf- fage résidentiel.

[0003] L’hydrogène vert, produit par électrolyse de l’eau à partir de sources d’énergie renouvelable, est promu comme un vecteur énergétique majeur dans la réduction des émissions de dioxyde de carbone anthropique de ces différents secteurs.

Par ailleurs, l’hydrogène électrolytique permet le stockage saisonnier des excédents d’énergie renouvelable. De plus, en tant que charges flexibles, les électrolyseurs peuvent jouer un rôle dans la stabilisation des réseaux électriques.

[0004] La production d'hydrogène par électrolyse de l’eau consiste à faire passer un courant continu entre une cathode et une anode disposées de part et d’autre d’un électrolyte.

Le courant électrique provoque une électrolyse comprenant une réaction de réduction à la cathode qui engendre du di- hydrogène (H2) et une réaction d’oxydation à l’anode qui engendre du dioxygène (02). L’électrolyte peut être liquide, comme une solution d’hydroxyde de potassium ou de d’hydroxyde de sodium (KOH ou NaOH; on parle couramment d’électrolyse alcaline), ou solide, comme une membrane échangeuse de pro- tons (ou PEM), une membrane échangeuse d’anions (ou AEM), ou encore une céramique (Solid Oxide Electrolysis Cell).

[0005] Dans le cas de l’électrolyse alcaline, et aussi en partie dans les autres types d’électrolyse, la production de dihydrogène et de dioxygène est réalisée au moyen d’un dis- positif comprenant généralement : une pile d’électrolyseur dans laquelle un électrolyte est parcouru par un courant continu circulant entre deux électrodes pour générer du di- hydrogène et du dioxygène ; un séparateur de dihydrogène relié à la pile d’électrolyseur par l'intermédiaire d'une canalisation de dihydrogène gaz-liquide pour séparer le di- hydrogène gazeux du liquide ; un séparateur de dioxygène relié à la pile d’électrolyseur par l'intermédiaire d'une canalisation de dioxygène gaz-liquide pour séparer le dioxy- gène gazeux du liquide ; et éventuellement une pompe de cir- culation (si une circulation spontanée ne peut s’opérer) respectivement en communication avec une canalisation de re- tour du séparateur de dihydrogène et une canalisation de retour du séparateur de dioxygène pour ramener le liquide à la pile d’électrolyseur. Le séparateur de dihydrogène a une sortie destinée à être reliée à une installation exploitant le dihydrogène produit et/ou à un réservoir de stockage de dihydrogène et le séparateur de dioxygène a une sortie mise en communication avec l'atmosphère ou destinée à être con- nectée à une installation exploitant le dioxygène fourni.

[0006] On comprend que l’intérêt, tant économique qu’éco- logique, de l’utilisation de dihydrogène et de dioxygène dans un processus énergétique dépend en grande partie des performances du dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène.

[0007] Idéalement, il est nécessaire que :

[0008] le dispositif soit bien évidemment sûr et en par- ticulier limite tout risque d’explosion résultant du mélange accidentel des gaz dihydrogène et dioxygène dans des propor- tions qui se trouvent dans le domaine d’inflammabilité ;

[0009] les coûts de fabrication et d’exploitation du dis- positif de production soient les plus faibles possibles ;

[0010] les conséquences négatives sur les ressources na- turelles pour la fabrication et l’exploitation du dispositif de production soient limitées ;

[0011] le dispositif ne produise que peu ou pas d’émis- sions polluantes lors de sa fabrication, de son transport,

de son installation, de sa mise en œuvre, de son démantèle- ment,… ;

[0012] le dispositif soit simple, efficace, fiable et re- lativement peu encombrant.

[0013] Dans un dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène tel que celui décrit plus haut, le processus de séparation de la phase gazeuse (gaz produits par l’électro- lyse) et de la phase liquide (l’électrolyte qui transporte les gaz produits par l’électrolyse) a une implication rela- tivement importante sur les performances du dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène. Généralement, l'équipement utilisé pour la séparation est un séparateur gravitaire, à axe horizontal ou vertical. La séparation se fait par différence de densité entre la phase gazeuse et la phase liquide. De manière à obtenir la meilleure efficacité de séparation, en particulier en ce qui concerne les petites bulles et le gaz dissous, il faut maximiser la surface libre et le temps de résidence du liquide dans l'équipement. Le séparateur joue également un rôle de réserve de liquide pour l'ensemble du système, pour compenser la présence de gaz dans le système et les variations de masse volumique de l'électrolyte. En particulier, dans le cas de la pile d'élec- trolyseur alcalin à diaphragme, le contrôle de la pression différentielle entre les compartiments anodique et catho- dique se base sur la mesure de la différence de niveau li- quide entre les deux séparateurs. Typiquement, le niveau liquide des séparateurs est au-dessus du point le plus haut du stack de manière à maintenir le remplissage de celui-ci en électrolyte.

[0014] On constate que le volume des séparateurs augmente à mesure que les capacités de production des piles d’élec- trolyseur croissent ou que la boucle de séparation est mu- tualisée entre plusieurs piles d’électrolyseur. Cet accrois- sement du volume des séparateurs pose des problèmes d’encom- brement mais également de fabrication en particulier lorsque les séparateurs doivent être intégralement pourvus d’un re- vêtement interne contre la corrosion.

OBJET DE L'INVENTION

[0015] Un but de l’invention est de fournir un dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène répondant à tout ou partie des contraintes énoncées ci-dessus, en par- ticulier en fournissant une séparation optimisée.

BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION

[0016] A cet effet, on prévoit, selon l’invention, un dispositif conforme à la revendication 1.

[0017] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers, non limitatifs de l’invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

[0018] Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :

[0019] [Fig. 1] la figure 1 est un organigramme illustrant un processus de commande pour la production de dihydrogène et de dioxygène par électrolyse selon la présente invention ;

[0020] [Fig. 2] la figure 2 est une vue schématique de l’organisation d’un séparateur conforme à un mode de réali- sation particulier de l’invention ;

[0021] [Fig. 3] la figure 3 est vue schématique en coupe d’un séparateur conforme à un premier mode de réalisation particulier de l’invention ;

[0022] [Fig. 4] la figure 4 est vue schématique en coupe d’un séparateur conforme à un second mode de réalisation particulier de l’invention ;

[0023] [Fig. 5] la figure 5 est une vue schématique d’un séparateur à effet cyclonique conforme à un mode de réali- sation particulier de l’invention ;

[0024] [Fig. 6] la figure 6 est représentation 3D d’un séparateur à bouteille conforme à un mode de réalisation particulier de l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE

[0025] En référence à la figure 1, un dispositif de pro- duction de dihydrogène et de dioxygène par électrolyse de l'eau comprend une pile d’électrolyseur 10, un séparateur de dioxygène 11, un séparateur de dihydrogène 12, et au moins une pompe de circulation 13 pour créer une circulation entre ceux-ci (éventuellement, le dispositif comprend deux boucles 5 d’électrolyte séparées pourvues chacune d’une pompe de cir- culation, à savoir une boucle de circulation de catholyte et une boucle de circulation d’anolyte).

[0026] La pile d’électrolyseur 10 comprend une ou plu- sieurs cellule(s) électrolytique(s) comprenant chacune un réservoir d’électrolyte contenant un électrolyte (ou solu- tion électrolytique) dans lequel trempent une anode et une cathode pour faire passer un courant continu dans l’électro- lyte et ainsi réaliser une électrolyse. L’électrolyte est par exemple constitué d’eau pure ou d’une solution aqueuse d’hydroxyde de potassium (KOH) ou d’hydroxyde de sodium (NaOH). Plus précisément, la pile d’électrolyseur (généra- lement désignée par le terme de « stack d’électrolyseur ») est usuellement constituée d’un bloc de cellules électroly- tiques, qui sont empilées en série d’un point de vue élec- trique et en parallèle d’un point de vue fluidique, et de joints d’étanchéité. Chaque cellule électrolytique a pour but de favoriser l'électrolyse de la solution électrolytique et en particulier la réaction de production de dihydrogène (H2) et de dioxygène (02) gazeux par la dissociation de l’eau après avoir injecté un courant électrique continu dans la solution électrolytique. Chaque cellule électrolytique, con- sidérée comme une pièce principalement métallique et conduc- trice (mais dont certaines parties peuvent être non-métal- ligues), est composée généralement de deux plaques bipo- laires, encadrant deux intercalaires (plus connus sous le terme anglais de « flow field material »), encadrant eux- mêmes deux électrodes généralement sous forme de plaques ou de grilles ou de tissus métalliques. Dans le cas d’une pile d’électrolyseur alcalin, lesdites électrodes sont générale- ment en nickel. Les deux électrodes (une cathode et une anode) sont séparées par une membrane (encore appelée dia- phragme ou séparateur poreux dans le cas de la pile d’élec- trolyseur alcalin), qui assure l’isolation électrique entre les deux électrodes, la séparation des gaz ainsi que la conduction ionique au sein de la cellule électrolytique.

L’intercalaire a deux fonctionnalités : i) fournir un chemin métallique de faible résistivité entre chaque plaque bipo- laire et l’électrode associée et ii) permettre une circula- tion appropriée de la solution électrolytique pour le re- froidissement de la pile d’électrolyseur et le transport des gaz générés. Le nom de plaque bipolaire vient du fait que comme les cellules électrolytiques sont toutes accolées les unes aux autres, une plaque bipolaire N aura un potentiel : - plus élevé par rapport à la plaque bipolaire N+1 en aval, de sorte que la plaque bipolaire N jouera le rôle d'anode au sein d’une cellule électrolytique définie par les plaques bipolaires N et N+1 ; - plus faible par rapport à la plaque bipolaire N-1 en amont, de sorte que la plaque bipolaire N jouera le rôle de cathode au sein d’une cellule électrolytique définie par les plaques bipolaires N-1 et N.

[0027] Parmi les autres pièces métalliques, la pile d’électrolyseur 10 comporte des plaques de distribution de part et d’autre de la pile de cellules électrolytiques pour alimenter et assurer la distribution électrique des cellules électrolytiques, ainsi que des plaques de fond pour délimi- ter l’ensemble des cellules électrolytiques et assurer le serrage desdites cellules électrolytiques entre elles et leur étanchéité. En effet, la pile d’électrolyseur se ter- mine par deux plaques de fond situées juste avant la première cellule électrolytique et juste après la dernière cellule électrolytique empilées, en d’autres termes une plaque de fond est localisée en amont du bloc de cellules électroly- tiques et l’autre plaque de fond est placée en aval de ce dernier en vue de délimiter physiquement les deux extrémités dudit bloc de cellules électrolytiques.

[0028] La solution électrolytique joue un triple rôle dans la pile d’électrolyseur :

[0029] assurer la conduction ionique au sein de la cellule électrolytique, la solution électrolytique présentant à cette fin une conductivité ionique élevée ;

[0030] évacuer les bulles des gaz formant les produits d’électrolyse ;

[0031] évacuer la chaleur générée par les surtensions au sein de chaque cellule électrolytique (on entend par surten- sion l'excès de tension par rapport à la tension thermoneutre qui est dissipée en chaleur et conduit à une élévation de la température de la cellule).

[0032] La pile d’électrolyseur 10 est alimentée en éner- gie électrique par une source continue dans la bonne gamme de tension et la bonne gamme d’intensité pour assurer l’élec- trolyse.

[0033] La pile d’électrolyseur 10 est reliée par une ca- nalisation de dioxygène gaz/liquide au séparateur de dioxy- gène 11 et par une canalisation de dihydrogène gaz/liquide au séparateur de dihydrogène 12.

[0034] Comme leurs noms l’indiquent, le séparateur de dioxygène 11 est agencé pour effectuer une séparation gaz- liquide sur le dioxygène généré par la pile d’électrolyseur 10 ; et le séparateur de dihydrogène 12 est agencé pour effectuer une séparation gaz-liquide sur le dihydrogène gé- néré par la pile d’électrolyseur 10. Les séparateurs 11, 12 ont une structure générale identique représentée sur la fi- gure 2.

[0035] Chaque séparateur 11, 12 comprend ainsi un premier étage 1000 et un deuxième étage 2000.

[0036] Le premier étage 1000 a :

[0037] une entrée 1001 destinée à être reliée à la cana- lisation gaz/liquide reliée à la sortie de la pile d’élec- trolyseur 10 ;

[0038] une première sortie gaz 1002 reliée à une sortie gaz 2001 du deuxième étage 2000 ;

[0039] une deuxième sortie liquide 1003 reliée au deu- xième étage 2000.

[0040] Le deuxième étage 2000 a :

[0041] une sortie 2001 reliée à la sortie gaz 1002 du premier étage 1000 ; ces deux sorties étant elles-mêmes con- nectées à une sortie gaz commune 2002 ;

[0042] une entrée liquide connectée directement à la sor- tie liquide 1003 du premier étage 1000 ;

[0043] une sortie liquide 2003 destinée à être reliée à une canalisation de retour vers la pile d’électrolyseur 10.

[0044] Plus spécifiquement, le premier étage 1000 com- prend un séparateur vertical qui est ici agencé pour assurer les fonctions suivantes :

[0045] séparation macroscopique essentiellement pour les relativement « grosses » bulles et les poches de gaz ;

[0046] réserve d’électrolyte.

[0047] La réserve d’électrolyte est connue en elle-même et fonctionne sur un principe relativement similaire à celui du vase d’expansion d’un système de chauffage central. La masse volumique de l’électrolyte change avec la température.

La réserve d’électrolyte permet de compenser ces variations.

Par ailleurs, la production de gaz dans le système amène également une variation du niveau d’électrolyte par rapport à la situation où le système est à l’arrêt.

[0048] Le séparateur vertical du premier étage 1000 est de préférence de type gravitaire ou de type cyclone, ou combine les deux, et est équipé :

[0049] d’instrumentation de mesure (capteur de niveau 1011, température 1012, pression 1013 par exemple) ;

[0050] d’organes de sécurité (soupape de surpression).

[0051] Le séparateur de type gravitaire du premier étage 1000 comprend en outre de préférence :

[0052] un séparateur de gouttes (« demister ») au niveau de la sortie gaz 1002 ;

[0053] un organe anti-vortex au niveau de la sortie li- quide 1003.

[0054] Le séparateur de type cyclone du premier étage 1000 comprend en outre de préférence :

[0055] un organe de déflexion 1021 au niveau de l'entrée 1001 ;

[0056] un séparateur de gouttes 1022 (« demister » ; par exemple un tampon en treillage ou filet métallique) au niveau de la sortie gaz 1002 ;

[0057] un organe anti-vortex 1023 au niveau de la sortie liquide 1003 (par exemple un tube qui est relié à la sortie 1003 et qui a une extrémité ouverte faisant saillie au fond du séparateur, et une plaque fixée en regard de l’extrémité ouverte et à distance de celle-ci pour laisser des ouvertures latérales pour l’entrée du liquide dans le tube).

[0058] Ces éléments caractéristiques du séparateur de type cyclone sont représentés schématiquement à la figure 5.

[0059] Le séparateur de type cyclone est agencé de manière connue en lui-même pour mettre en rotation rapide le mélange qui y est introduit, la séparation étant obtenue par l’effet conjugué de la gravité et de la force à caractère centrifuge.

[0060] Le deuxième étage 2000 comprend un séparateur gra- vitaire qui est ici agencé pour assurer les fonctions sui- vantes :

[0061] séparation microscopique essentiellement pour les relativement « petites » bulles et les gaz dissous ;

[0062] réserve complémentaire d’électrolyte ;

[0063] pré-refroidissement de l’électrolyte et d’une par- tie des gaz.

[0064] Le séparateur est de préférence du type à pluralité de bouteilles tel que celui illustré à la figure 6. Ce sé- parateur comprend ici une pluralité de couples de bouteilles (tout récipient pouvant contenir un fluide) formant des vases communicants et comprenant chacun une première bouteille 31 et une deuxième bouteille 32 qui sont reliées l’une à l’autre par un conduit supérieur 33 et un conduit inférieur (non visible sur la figure 6) qui sont destinés respectivement au passage de gaz et au passage d’eau. Un collecteur supérieur 36 relie les bouteilles 32 entre elles pour équilibrer la pression entre les différents couples de bouteilles et un collecteur inférieur 37 relie les bouteilles 31 entre elles pour équilibrer les niveaux de liquide dans les bouteilles 31. Le collecteur 37 est relié à la sortie 2003 via un conduit 5 et à un collecteur de stockage de liquide 41, 42,

43 relié un circuit d’alimentation en liquide 8. L’entrée liquide du séparateur est reliée à des conduites arrivant chacune en partie haute d’une des bouteilles 31 pour réaliser une première séparation gravitaire. Le conduit supérieur 33 amène le gaz de chaque bouteille 31 à la bouteille 32 du même couple pour une deuxième séparation gravitaire. Un tel séparateur offre une plus grande surface d’ échange par rap- port à un séparateur à bouteille unique de volume équivalent.

Le séparateur à bouteilles pourrait également être basé sur le principe des cadres de stockage pour les gaz industriels avec les modifications nécessaires. De tels cadres sont des produits de série, développés pour résister à différents niveaux de pression.

[0065] Dans un séparateur gravitaire, le gaz est séparé du liquide par l’effet de la différence de poids entre le gaz et le liquide. Les bouteilles ont ici des volumes iden- tiques.

[0066] Avantageusement, le premier étage 1000 et le deu- xième étage 2000 sont réalisés à partir de troncons de tuyau- terie standardisés (en diamètre et en épaisseur), par exemple selon le catalogue de la norme ASME B36.10 ou ASME B36.19.

[0067] Le pré-refroidissement des fluides contenus dans le deuxième étage 2000 est réalisé en entourant la pluralité de bouteilles d’une virole externe pourvue d’une entrée « coolant in » et d’une sortie « coolant out » d’un fluide de refroidissement (par exemple, de l’eau glycolée) circu- lant dans la virole externe autour des bouteilles comme il- lustré schématiquement à la figure 4. Le refroidissement partiel du gaz entraîne la condensation d’une partie de l’humidité qu’il contient. Ces condensats sont directement récupérés dans la phase liquide contenue dans le deuxième étage 2000, ce qui permet de réduire les effluents et la consommation d’eau déminéralisée d’appoint.

[0068] La pompe de circulation 13 est respectivement en communication avec une canalisation de retour côté dihydro- gène reliée au fond du séparateur de dihydrogène 12 et une canalisation de retour côté dioxygène reliée au fond du sé- parateur de dioxygène 11, et est utilisée pour amener le liquide issu du séparateur de dihydrogène 12 et le liquide issu du séparateur de dioxygène 11 à la pile d’électrolyseur 10 pour le recyclage. Le flux de circulation engendré par la pompe de circulation 13 provoque l’évacuation hors de la pile d’électrolyseur 10 du dihydrogène et du dioxygène gé- nérés dans la pile d’électrolyseur 10 et de la solution électrolytique vers le séparateur de dihydrogène 12 et le séparateur de dioxygène 11. Le séparateur de dioxygène 11, le séparateur de dihydrogène 12, la pompe de circulation 13, le filtre à électrolyte (lye filter) et l’échangeur de cha- leur pour électrolyte (lye cooler) forment un module de sé- paration assurant :

[0069] la séparation du mélange liquide-gazeux dioxygène issu de la pile d’électrolyseur 10 pour produire le dioxygène gazeux ;

[0070] la séparation du mélange liquide-gazeux dihydro- gène issu de la pile d’électrolyseur 10 pour produire le dihydrogène gazeux ;

[0071] la recirculation des liquides issus des sépara- teurs vers la pile d’électrolyseur 10 pour reconstituer l’électrolyte.

[0072] La sortie au sommet du séparateur de dioxygène 11 communique avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un dis- positif de commande côté dioxygène ayant une sortie de dioxy- gène 110. A cela s’ajoutent des refroidisseurs de gaz pour refroidir les gaz et surtout recapter et recycler une partie de leur humidité (les gaz sortant des séparateurs sont en effet saturés en vapeur d’eau). De plus, il est utile d’in- tégrer des laveurs qui constituent des points d’injection d’eau d’appoint. La sortie de dioxygène 110 est reliée à l'entrée d’une première vanne à trois voies 34. La première vanne à trois voies 34 a une première sortie mise en commu- nication avec l'atmosphère pour une évacuation directe, et une deuxième sortie non limitée. La première vanne à trois voies 34 peut être une vanne pneumatique à bille. Le dispo- sitif de commande côté dioxygène comprend une vanne de ré- gulation de dioxygène 16 et des vannes manuelles de dériva- tion (ou by-pass) 17 à bille qui sont connectées en parallèle aux deux extrémités de la vanne de régulation de dioxygène 16. Le séparateur de dioxygène 11 est muni d'un analyseur de dihydrogène dans le dioxygène 20, d'un capteur de pression de dioxygène 21, et d'un capteur de pression différentielle de dioxygène 22. Le capteur de pression différentielle de dioxygène 22 et le capteur de pression de dioxygène 21 sont reliés au séparateur de dioxygène 11 via une première vanne 26 et une deuxième vanne 29, respectivement. Dans ce mode de réalisation, la première vanne 26 et la deuxième vanne 29 sont toutes des vannes de régulation de débit.

[0073] La sortie au sommet du séparateur de dihydrogène 12 est reliée à un réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14 par l'intermédiaire d'un dispositif de commande côté dihydrogène ayant une sortie 120 raccordée audit réser- voir de stockage de dihydrogène gazeux 14. A cela s’ajoutent des refroidisseurs de gaz pour refroidir les gaz et surtout recapter et recycler une partie de leur humidité (les gaz en sortie des séparateurs sont en effet saturés en vapeur d’eau). De plus, il est utile d’intégrer des laveurs qui constituent des points d’injection d’eau d’appoint. La sor- tie de dihydrogène 120 de l'appareil de commande côté dihy- drogène est reliée à une entrée d'une deuxième vanne à trois voies 33. Une première sortie de la deuxième vanne à trois voies 33 communique avec l'atmosphère, et la seconde sortie de la première vanne à trois voies 33 est reliée au réservoir de stockage de dihydrogène 14. La deuxième vanne à trois voies 33 peut être une vanne pneumatique à bille. Le dispo- sitif de commande côté dihydrogène comprend une vanne de contre-pression 18 et des troisièmes vannes automatiques de dérivation (ou by-pass) 19 à bille qui sont connectées en parallèle aux deux extrémités de la vanne de contre-pression 18. La vanne de contre-pression 18 est sélectionnée en fonc- tion de la quantité de production de gaz souhaitée, de la pression et des exigences de fonctionnement du dispositif.

La vanne de contre-pression 18 est préréglée à une pression de consigne en fonction des exigences de fonctionnement du dispositif et de la pression du réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14. Le séparateur de dihydrogène 12 est muni d'un capteur de niveau de dihydrogène 23 et d'un capteur de pression différentielle de dihydrogène 24. Un capteur de pression de dihydrogène 25 est prévu sur la sortie de dihy- drogène 120 en amont de la deuxième vanne à trois voies 33.

Les deux extrémités du capteur de pression différentielle de dihydrogène 24 sont reliées au séparateur de dihydrogène 12 via une troisième vanne 27 et une quatrième vanne 28, res- pectivement. Le capteur de pression de dihydrogène 25 est relié à la sortie de dihydrogène 120 via une cinquième vanne 30. Dans ce mode de réalisation, la troisième vanne 27 et la quatrième vanne 28 sont toutes des vannes de régulation de débit.

[0074] L’ ensemble des capteurs et des vannes, le module de conversion de puissance, la pile d’électrolyseur et la pompe de circulation sont reliés à un module de commande comprenant un ou des processeur(s) et au moins une mémoire contenant un ou des programme(s) informatique(s) exécu- table(s) par le ou les processeur (s). Les programmes infor- matiques comprennent des instructions pour :

[0075] commander les différents composants du dispositif en fonction des consignes des opérateurs pilotant le dispo- sitif et de l’état du dispositif déterminé à partir des signaux provenant des capteurs ;

[0076] surveiller le fonctionnement du dispositif en vue d’assurer sa sécurité de fonctionnement ;

[0077] fournir des moyens d’interface permettant un rac- cordement du module de commande à une unité externe de com- mande et/ou maintenance.

[0078] Le module de commande comprend les armoires élec- triques de puissance (la pompe de circulation 13 notamment) et les armoires électriques de commande (courants faibles pour la commande des composants du dispositif).

[0079] Selon un procédé de production de dihydrogène uti- lisant le dispositif de production de dihydrogène ci-dessus, la plage d'ajustement du taux de production de gaz est de 20 à 135 %, l'erreur de fluctuation du niveau de liquide n'est pas supérieure à 5 cm, et l'erreur de fluctuation de pression n'est pas supérieure à 0,1 MPa.

[0080] La vanne de régulation du dioxygène 16 est comman- dée de manière fiable par les signaux de différence de niveau des liquides dihydrogène et dioxygène. Lorsque le niveau de liquide du séparateur de dioxygène 11 est détecté comme étant supérieur au niveau de liquide du séparateur de dihydrogène 12, la vanne de régulation de dioxygène 16 est commandée pour être fermée ; lorsqu'il est détecté que le niveau de liquide du séparateur de dioxygène 11 est inférieur au niveau de liquide du séparateur de dihydrogène 12, la vanne de régulation de dioxygène 16 est commandée pour être ouverte.

[0081] De manière particulière, la vanne de contre-pres- sion 18 est réglée à une pression de consigne comme indiquée ci-dessus et le dihydrogène envoyé au réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14 passe par ladite vanne de contre- pression 18. Lorsque la pression du réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14 est inférieure à la pression de con- signe, la vanne de contre-pression 18 autorise un fonction- nement du dispositif à la pression de consigne. En revanche, lorsque la pression du réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14 est supérieure à la pression de consigne, la vanne de contre-pression 18 est complètement ouverte et le dispo- sitif fonctionne en fonction de la pression du réservoir de stockage de dihydrogène gazeux 14. Et lorsque le dispositif est normalement arrêté et décompressé, la troisième vanne automatique de dérivation 19 est ouverte.

[0082] Les vannes automatiques de dérivation 31 et 32 sont utilisées comme deux soupapes de retenue de pression pour assurer la sécurité de l'ensemble du dispositif : lorsque la valeur de sécurité de la différence de niveaux de liquide dihydrogène-dioxygène est importante, l'opération d'ouver- ture et de fermeture peut être effectuée en contrôlant les soupapes de retenue de pression. Et la pression de dioxygène et la pression de dihydrogène du système sont respectivement réglées avec des valeurs respectives de verrouillage d'ur- gence pour assurer le fonctionnement normal de l'ensemble du système de pression.

[0083] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante en- trant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.

[0084] La pile d'électrolyseur 10 pourra être assemblée différemment de ce qui a été décrit.

[0085] La pile d’électrolyseur 10 pourra être utilisée à l’horizontale, à la verticale ou dans une toute autre posi- tion. La pile d’électrolyseur 10 pourra être assemblée à l’horizontale, à la verticale ou dans une toute autre posi- tion. De préférence, la pile d’électrolyseur 10 sera assem- blée verticalement et utilisée horizontalement.

[0086] Le séparateur gravitaire peut être à axe horizon- tal ou vertical et comprendre une ou plusieurs bouteille(s) (les bouteilles pouvant être reliées par couple ou groupes de plus de deux ou être reliées aux collecteurs de manière indépendante les unes des autres). Il peut être d’un autre type que celui mentionné.

[0087] Seul l’un des séparateurs peut comprendre deux étages.

[0088] Le premier étage peut comporter plus ou moins de capteurs, organes de sécurité et/ou composants internes.

[0089] Seul un des étages peut être agencé pour former un réservoir d’électrolyte, ou on peut prévoir un réservoir d’électrolyte séparé.

[0090] On pourra avoir un nombre différent de pompe de circulation par exemple 0 ou 2.

[0091] La pile d’électrolyseur peut comprendre deux élec- trodes, à savoir une cathode et une anode chacune à une des extrémités de la pile d’électrolyseur, ou trois électrodes, à savoir deux cathodes d’extrémité et une anode centrale.

[0092] Le dispositif peut comprendre un organe de puri- fication distinct par gaz.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de production de dihydrogène et de dioxygène par électrolyse, comprenant : — une pile d’électrolyseur (10) ayant une entrée d’élec- trolyte, une première sortie d’un mélange électrolyte et premier gaz produit d’électrolyse, et une deuxième sortie d’un mélange électrolyte et deuxième gaz produit d’électrolyse ; — au moins un premier appareil de séparation (11) relié à la première sortie pour séparer le premier gaz et l’électrolyte ; — au moins un deuxième appareil de séparation (12) relié à la deuxième sortie pour séparer le deuxième gaz et l’électrolyte ; caractérisé en ce qu’au moins l’un des appareils de sépara- tion (11, 12) comprend un premier étage vertical de sépara- tion (1000) et un deuxième étage de séparation gravitaire (2000).

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier étage vertical de séparation (1000) est de type gravitaire.

3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier étage vertical de séparation (1000) est de type cyclone.

4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le deuxième étage de séparation gravitaire (2000) comprend un séparateur à bouteille.

5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le séparateur à bouteille du deuxième étage de séparation gravitaire (2000) comprend plusieurs bouteilles.

6. Dispositif selon l’une quelconque des revendica- tions précédentes, dans lequel le premier étage de sépara- tion comprend une entrée (1001) reliée à une sortie de la pile d’électrolyseur (10), une première sortie (1002) pour le gaz, reliée à la sortie (2001) pour le gaz du deuxième étage, et une deuxième sortie (1003) pour le liquide, reliée au second étage de séparation (2000), le premier étage com- prenant au moins l’un des éléments suivants : — un organe de déflexion au niveau de l'entrée (1001) ; — un séparateur de gouttes au niveau de la première sortie (1002) ; - un organe anti-vortex au niveau de la deuxième sortie liquide (1003).

7. Dispositif selon l’une quelconque des revendica- tions précédentes, dans lequel le premier étage de sépara- tion est pourvu de l’un au moins des éléments suivants : — un instrument de mesure à savoir un capteur de niveau, un capteur de température, et/ou un capteur de pres- sion ; — un organe de sécurité tel qu’une soupape de surpression.

8. Dispositif selon l’une quelconque des revendica- tions précédentes, dans lequel l’un au moins des étages est agencé pour former un réservoir d’électrolyte.

9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les deux étages sont agencés pour former un réservoir d’élec- trolyte.

10. Dispositif selon l’une quelconque des revendica- tions précédentes, dans lequel le deuxième étage (2000) in- corpore un échangeur de chaleur ayant un côté chaud recevant les fluides provenant du premier étage (1000) et un côté froid recevant un fluide de refroidissement.