Produksjon av hydrogen ved elektrolyse av vann — teknologi og utstyr

Elektrolyse av vann er en fysisk-kjemisk prosess der vann spaltes til oksygen og hydrogen under påvirkning av en elektrisk likestrøm. DC-spenning for cellen oppnås som regel ved likeretting av trefaset vekselstrøm. I en elektrolysecelle gjennomgår destillert vann elektrolyse, mens den kjemiske reaksjonen foregår etter følgende velkjente skjema: 2H2O + energi -> 2H2 + O2.

Som et resultat av delingen av vannmolekyler i deler, oppnås hydrogen i volum dobbelt så mye som oksygen. Gassene i anlegget dehydreres og avkjøles før bruk. Utløpsrørene til enheten er alltid beskyttet med tilbakeslagsventiler for å forhindre brann.

Selve strukturen er laget av stålrør og tykke stålplater, noe som gir hele strukturen høy stivhet og mekanisk styrke. Gasstanker skal trykktestes.

Den elektroniske enheten til enheten kontrollerer alle stadier av produksjonsprosessen og lar operatøren overvåke parametrene til panelet og trykkmålerne, noe som garanterer sikkerheten. Effektiviteten til elektrolyse er slik at ca. 500 kubikkmeter av begge gassene oppnås fra 500 ml vann til en pris på ca. 4 kW/t elektrisk energi.

Sammenlignet med andre metoder for hydrogenproduksjon har vannelektrolyse en rekke fordeler. Først brukes de tilgjengelige råvarene - demineralisert vann og elektrisitet. For det andre er det ingen forurensende utslipp under produksjon. For det tredje er prosessen helautomatisert. Til slutt er produksjonen et ganske rent (99,99 %) produkt.

Derfor brukes elektrolyseanlegg og hydrogenet som produseres fra dem i dag i mange industrier: i kjemisk syntese, i varmebehandling av metaller, i produksjon av vegetabilske oljer, i glassindustrien, i elektronikk, i kjølesystemer i elektrisitet, etc.

Elektrolyseanlegget er ordnet som følger. Utenfor er kontrollpanelet for hydrogengeneratoren. I tillegg er det installert en likeretter, en transformator, et distribusjonssystem, et demineralisert vannsystem og en blokk for etterfylling.

I en elektrolysecelle produseres hydrogen på katodeplatesiden og oksygen på anodesiden. Det er her gasser forlater cellen. De separeres og mates til en separator, avkjøles deretter med demineralisert vann, og separeres deretter ved gravitasjon fra væskefasen. Hydrogenet sendes til en skrubber hvor væskedråper fjernes fra gassen og avkjøles i en spiral.

Til slutt filtreres hydrogenet (filter på toppen av separatoren), hvor vanndråpene fjernes fullstendig, og kommer inn i tørkekammeret. Oksygen ledes vanligvis til atmosfæren. Det demineraliserte vannet pumpes inn i vaskemaskinen.

Her brukes lut for å øke den elektriske ledningsevnen til vannet. Hvis driften av elektrolysatoren fortsetter som vanlig, fylles væsken på en gang i året i en liten mengde. Fast kaliumhydroksid plasseres i en væsketank to tredjedeler full av demineralisert vann, og pumpes deretter inn i løsningen.

Vannkjølesystemet til elektrolysatoren tjener to formål: det kjøler væsken til 80-90 °C og kjøler de resulterende gassene til 40 °C.

Gassanalysesystemet tar hydrogenprøver. Ludtråpene i separatoren separeres, gassen føres til analysatoren, trykket reduseres og oksygeninnholdet i hydrogenet kontrolleres. Før hydrogenet ledes til tanken, måles duggpunktet i hygrometeret. Et signal vil bli sendt til operatøren eller til datamaskinen for å avgjøre om det produserte hydrogenet er egnet for levering til lagertanken, om gassen oppfyller akseptvilkårene.

Arbeidstrykket til enheten reguleres av et automatisk kontrollsystem. Sensoren mottar informasjon om trykket i elektrolysatoren, hvoretter dataene sendes til en datamaskin, hvor de sammenlignes med de innstilte parameterne. Resultatet konverteres deretter til et signal i størrelsesorden 10 mA og driftstrykket holdes på et forhåndsbestemt nivå.

Driftstemperaturen til enheten reguleres av en pneumatisk membranventil.Datamaskinen vil tilsvarende sammenligne temperaturen med settpunktet og differansen vil bli konvertert til et passende signal for PLC.

Sikkerheten til elektrolysatoren er sikret av blokkerings- og alarmsystemet. Ved hydrogenlekkasje skjer deteksjon automatisk av detektorer. I dette tilfellet slår programmet umiddelbart av generasjonen og starter viften for å ventilere rommet. Operatøren bør ha en bærbar lekkasjedetektor. Alle disse tiltakene gjør det mulig å oppnå en høy grad av sikkerhet ved drift av elektrolysatorer.