Procedimiento para evaluar el daño de una pluralidad de celdas en un electrolizador,

comprendiendo el procedimiento:

adquirir una tensión para cada una de las celdas;

comparar la tensión con por lo menos dos niveles de tensión umbral;

clasificar las celdas como unas de entre:

celdas dañadas gravemente, celdas no dañadas gravemente y celdas no dañadas, basándose en la comparación de la tensión con dichos por lo menos dos niveles de tensión umbral;

y desactivar las celdas clasificadas como celdas dañadas gravemente del electrolizador.

Optimización de la eficiencia y detección de daños de celdas de electrólisis.

Campo de la invención

La presente descripción se refiere a procedimientos y sistemas para monitorizar la eficiencia de un electrolizador, para diagnosticar y evaluar el daño así como para proporcionar los datos de mantenimiento para mejorar la eficiencia.

Antecedentes de la técnica

Los electrolizadores se utilizan para realizar reacciones de electrólisis, que o bien descomponen un compuesto químico en sus elementos o bien producen un nuevo compuesto, a través de la acción de una corriente eléctrica. Los electrolizadores presentan varios electrodos, ánodos y cátodos, cada uno separado por un separador tal como una membrana. Sin embargo, el separador es opcional, tal como se observa en la industria del clorato, en la que se produce clorato de sodio o hipoclorito de sodio a partir de cáustico y cloro electrogenerados.

Otros ejemplos de electrolizadores son pilas de combustible, en las que se electroliza agua para producir hidrógeno.

La industria cloroalcalina también utiliza electrolizadores. Los productos primarios de la reacción de electrólisis en un caso de este tipo son cloro, hidrógeno e hidróxido de sodio. Estos compuestos se encuentran habitualmente en una disolución que se denomina comúnmente "sosa cáustica" o simplemente "cáustico".

Existen tres procesos de electrólisis principales y se conocen como: el proceso de membrana, el proceso de diafragma y el proceso de mercurio. Las tendencias actuales junto con los problemas medioambientales crecientes están sustituyendo estas últimas familias de procesos por el proceso de electrólisis de membrana. Las plantas de producción cloroalcalinas utilizan comúnmente electrolizadores que combinan muchas celdas de membrana elementales. En una configuración bipolar, por ejemplo, el proceso de electrólisis tiene lugar en cada celda elemental tras aplicar una corriente. Por diversos motivos, tales como para controlar el consumo de energía de electrolizador y maximizar la tasa de producción, es deseable mantener e intentar mejorar la eficiencia de electrolizador.

Aunque es posible medir parámetros a nivel de la celda elemental, existe la necesidad de controlar cuidadosamente varios aspectos operativos de cada celda elemental para determinar su eficiencia respectiva y evaluar su daño respectivo. También existe la necesidad de determinar acciones de mantenimiento apropiadas en cada celda basándose en un comportamiento de eficiencia y configuración de electrolizador total.

Sumario

La presente descripción da a conocer un procedimiento y un sistema para evaluar la eficiencia de producción óptima de elemento único y detectar los daños de membrana en celdas elementales de electrólisis instaladas en un electrolizador bipolar en condiciones de funcionamiento real. Este procedimiento comprende la detección de celdas elementales con daño en su membrana de intercambio iónico y la identificación de celdas con menor eficiencia de corriente. Aunque se consigue un diagnóstico de este tipo, puede lograrse una mejor eficiencia de electrólisis global a través de la redisposición de las celdas en el electrolizador en nuevas posiciones que dependen de la eficiencia estimada de cada celda.

Según una forma de realización, está previsto en la presente memoria un procedimiento para evaluar el daño de una pluralidad de celdas en un electrolizador, comprendiendo el procedimiento: adquirir una tensión para cada una de las celdas; comparar la tensión con por lo menos dos niveles de tensión umbral; clasificar las celdas como unas de entre: celdas dañadas gravemente, celdas no dañadas gravemente y celdas no dañadas, basándose en la comparación de la tensión con dichos por lo menos dos niveles de tensión umbral; y desactivar las celdas clasificadas como celdas dañadas gravemente del electrolizador.

Según otra forma de realización, está previsto en la presente memoria un sistema para evaluar el daño de una pluralidad de celdas en un electrolizador, comprendiendo el sistema: un dispositivo de adquisición de tensión acoplado a cada una de las celdas en el electrolizador, para adquirir una tensión para cada una de las celdas; y un módulo de evaluación de daños acoplado al dispositivo de adquisición de tensión, estando el módulo de evaluación de daños adaptado para recibir la tensión adquirida para cada una de las celdas; comparar la tensión con por lo menos dos niveles de tensión umbral; clasificar las celdas como unas de entre: celdas dañadas gravemente, celdas no dañadas gravemente y celdas no dañadas, basándose en la comparación; y enviar una señal para desactivar las celdas clasificadas como celdas dañadas gravemente.

En la presente memoria, el término "celda" (denominado también "celda elemental") pretende referirse al menor grupo de ánodos y cátodos que están conectados al mismo alimentador de corriente y separados por una membrana. Debe apreciarse que los términos "celda" y "elemento" se utilizan de manera intercambiable en la presente memoria. Las maneras en que se conectan los ánodos, cátodos y membrana difieren según la tecnología seleccionada. Por ejemplo, los electrodos pueden conectarse en paralelo, en serie o una combinación de los mismos. Un "electrolizador bipolar" presenta una pluralidad de celdas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1a es una representación esquemática ejemplificativa de una celda de membrana según la técnica anterior;

la figura 1b es una representación esquemática ejemplificativa de un electrolizador que presenta múltiples celdas según la técnica anterior;

la figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema para evaluar el daño de una pluralidad de celdas en un electrolizador, según una forma de realización de la presente invención;

la figura 3a es un diagrama de flujo de un procedimiento para evaluar el daño de una pluralidad de celdas en un electrolizador, según una forma de realización;

la figura 3b es un diagrama de flujo de un procedimiento para estimar la eficiencia de celda y maximizar una eficiencia global de un electrolizador, según una forma de realización;

la figura 3c es un diagrama de flujo de un procedimiento para estimar la posición y el tamaño de una perforación en una celda no dañada gravemente para emprender una acción de mantenimiento, todavía según una forma de realización;

la figura 4 es una gráfica que representa un ejemplo de una relación de densidad de corriente frente al tiempo a través de una zona de puesta en marcha del electrolizador;

la figura 5 es una gráfica que ilustra las distribuciones de tensión de múltiples celdas, a una densidad de corriente de 0, 2 kA/m2, según una forma de realización;

la figura 6 es una gráfica que ilustra las distribuciones de tensión de las celdas como en la figura 5, a una densidad de corriente de 0, 5 kA/m2, según una forma de realización;

la figura 7 es una gráfica que ilustra las distribuciones de tensión de las celdas como en la figura 5, a una densidad de corriente de 1, 0 kA/m2, según una forma de realización;

la figura 8 es una gráfica que ilustra las distribuciones de tensión de las celdas como en la figura 5, a una densidad de corriente de 2, 0 kA/m2, según una forma de realización;

la figura 9 es una gráfica que representa comportamientos de tensión frente al tiempo de múltiples celdas, desde la puesta en marcha del electrolizador, representando cada línea un comportamiento de una celda, según una forma de realización; y la figura 10 es una gráfica que muestra los comportamientos de tensión frente a la densidad de corriente de múltiples celdas, representando cada línea un comportamiento de una celda, según una realización.

Descripción detallada

La figura 1a es una representación esquemática de una celda 11 de membrana típica utilizada en la industria cloroalcalina. Se compone de dos compartimentos, un compartimento de ánodo 12 y un compartimento de cátodo 13, separados por una membrana 14. El compartimento de ánodo 12 se llena con una disolución de salmuera saturada (NaCl) , mientras que una de sosa cáustica diluida pasa a través del compartimento de cátodo 13.

En las plantas de producción cloroalcalinas, se genera cloro en el ánodo 15 recubierto (habitualmente con titanio) . La combinación de iones hidróxido con iones sodio que se... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para evaluar el daño de una pluralidad de celdas en un electrolizador, comprendiendo el procedimiento: adquirir una tensión para cada una de las celdas;

comparar la tensión con por lo menos dos niveles de tensión umbral; clasificar las celdas como unas de entre: celdas dañadas gravemente, celdas no dañadas gravemente y celdas no dañadas, basándose en la comparación de la tensión con dichos por lo menos dos niveles de tensión umbral; y desactivar las celdas clasificadas como celdas dañadas gravemente del electrolizador.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la adquisición de una tensión comprende adquirir una tensión frente a la distribución de corriente para cada una de las celdas en un momento de entre la puesta en marcha y la parada del electrolizador.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:

adquirir una temperatura y una distribución de corriente de una de las celdas no dañadas y las celdas no dañadas gravemente; y estimar la eficiencia de cada una de las celdas, en el que la estimación de la eficiencia comprende preferentemente comparar la temperatura y la distribución de corriente de cada una de las celdas con parámetros de celda nominales.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, que comprende además maximizar la eficiencia global del electrolizador moviendo por lo menos una de las celdas a una nueva posición en el electrolizador.

5. Procedimiento según la reivindicación 2, que comprende además: medir un parámetro físico de cada una de las celdas clasificadas como celdas no dañadas gravemente; y estimar por lo menos uno de una posición y un tamaño de una perforación en una membrana de cada una de las

celdas no dañadas gravemente utilizando el parámetro físico medido, en el que la estimación de por lo menos uno de entre una posición y un tamaño de una perforación comprende preferentemente: aplicar una regresión a la tensión frente a la distribución de corriente adquirida para cada una de las celdas no dañadas gravemente; y correlacionar la regresión con el parámetro físico medido, y en el que el parámetro físico es uno de entre una presión diferencial y un nivel de líquido en la celda.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la estimación de por lo menos uno de entre una posición y un tamaño de una perforación comprende evaluar un flujo cáustico que penetra en un compartimento anódico de una de las celdas no dañadas gravemente atravesando la membrana.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la estimación de una posición de una perforación comprende comparar por lo menos uno de entre la presión diferencial y el nivel de líquido con un valor esperado para determinar si la posición es una de entre sección superior, inferior o media de la celda.

8. Sistema para evaluar el daño de una pluralidad de celdas en un electrolizador, comprendiendo el sistema:

un dispositivo de adquisición de tensión acoplado a cada una de las celdas en el electrolizador, para adquirir una tensión para cada una de las celdas; y un módulo de evaluación de daños acoplado al dispositivo de adquisición de tensión, estando el módulo de evaluación de daños adaptado para recibir la tensión adquirida para cada una de las celdas; comparar la tensión con por lo menos dos niveles de tensión umbral; clasificar las celdas como unas de entre: celdas dañadas gravemente, celdas no dañadas gravemente y celdas no dañadas, basándose en la comparación; y enviar una señal para desactivar las celdas clasificadas como celdas dañadas gravemente.

9. Sistema según la reivindicación 8, que comprende además un dispositivo de memoria acoplado al dispositivo de adquisición de tensión y al módulo de evaluación de daños para almacenar la tensión adquirida para cada una de las celdas y dichos por lo menos dos niveles de tensión umbral.

10. Sistema según la reivindicación 8, en el que el dispositivo de adquisición de tensión comprende un dispositivo de control de corriente para adquirir una tensión frente a la distribución de corriente para cada una de las celdas, variando el dispositivo de control de corriente una corriente en cada una de las celdas en un momento de entre la puesta en marcha y parada del electrolizador.

11. Sistema según la reivindicación 10, que comprende además:

un sensor de temperatura y un sensor de corriente para adquirir una temperatura y una distribución de corriente de cada una de las celdas clasificadas como unas de entre celdas no dañadas y celdas no dañadas gravemente; y un módulo de evaluación de la eficiencia de celda para estimar una eficiencia de cada una de las celdas.

12. Sistema según la reivindicación 11, que comprende además un módulo de mantenimiento de electrolizador adaptado para recibir la eficiencia de cada una de las celdas e indicar una acción que va a realizarse para ajustar una eficiencia global del electrolizador.

13. Sistema según la reivindicación 12, que comprende además un módulo de procesamiento para comparar la temperatura y la distribución de corriente adquiridas para cada una de las celdas con parámetros de celda nominales.

14. Sistema según la reivindicación 8, que comprende además un sensor para medir un parámetro físico de cada una de las celdas clasificadas como celdas no dañadas gravemente, y un módulo de procesamiento para estimar por lo menos uno de entre una posición y un tamaño de una perforación en una membrana de cada una de las celdas no dañadas gravemente utilizando el parámetro físico medido y la tensión adquirida para cada una de las celdas no dañadas gravemente.

15. Sistema según la reivindicación 14, que comprende además un módulo de mantenimiento de electrolizador adaptado para transmitir una señal representativa de una acción de mantenimiento que va a realizarse en cualquiera de las celdas no dañadas gravemente, basándose la acción de mantenimiento en dicho por lo menos uno de entre la posición y el tamaño de una perforación estimados para una de las celdas no dañadas gravemente,

en el que el sensor comprende preferentemente un sensor de flujo para medir un flujo cáustico en cada una de las celdas no dañadas gravemente, penetrando el flujo cáustico en un compartimento anódico atravesando la membrana.

16. Sistema según la reivindicación 15, en el que el módulo de procesamiento compara por lo menos uno de entre el parámetro físico medido por el sensor de presión diferencial y el sensor de líquido con un valor esperado para determinar si la posición de la perforación es una de entre sección superior, inferior y media de la celda.