Hidrogén előállítása víz elektrolízisével – technológia és berendezések

A víz elektrolízise egy fizikai-kémiai folyamat, amelyben a víz egyenáram hatására oxigénre és hidrogénre bomlik. A cella egyenfeszültségét általában a háromfázisú váltakozó áram egyenirányításával kapják. Egy elektrolitikus cellában a desztillált víz elektrolízisen megy keresztül, miközben a kémiai reakció a következő jól ismert séma szerint megy végbe: 2H2O + energia -> 2H2 + O2.

A vízmolekulák részekre osztása következtében a hidrogén térfogata kétszer annyi, mint az oxigén. Az üzemben lévő gázokat felhasználás előtt dehidratálják és lehűtik. A készülék kimeneti csövei mindig visszacsapó szelepekkel vannak védve a tűz elkerülése érdekében.

Maga a szerkezet acélcsövekből és vastag acéllemezekből készül, ami az egész szerkezetnek nagy merevséget és mechanikai szilárdságot ad. A gáztartályokat nyomáspróbával kell végezni.

A készülék elektronikus egysége a gyártási folyamat minden szakaszát vezérli, és lehetővé teszi a kezelő számára a panel és a nyomásmérők paramétereinek figyelését, ami garantálja a biztonságot. Az elektrolízis hatékonysága olyan, hogy mindkét gázból körülbelül 500 köbmétert nyernek 500 ml vízből, körülbelül 4 kW / h elektromos energia költséggel.

A hidrogéntermelés más módszereivel összehasonlítva a vízelektrolízis számos előnnyel rendelkezik. Először is a rendelkezésre álló nyersanyagokat használják fel – demineralizált vizet és elektromos áramot. Másodszor, a gyártás során nincs szennyező kibocsátás. Harmadszor, a folyamat teljesen automatizált. Végül, a kimenet egy meglehetősen tiszta (99,99%) termék.

Ezért az elektrolizáló üzemeket és a belőlük előállított hidrogént ma már számos iparágban felhasználják: kémiai szintézisben, fémek hőkezelésében, növényi olajok előállításában, üvegiparban, elektronikában, hűtőrendszerekben elektromos áramban stb.

Az elektrolizáló üzem a következőképpen van elrendezve. Kívül található a hidrogéngenerátor vezérlőpultja. Ezen kívül egyenirányító, transzformátor, elosztórendszer, sótalanvíz rendszer és annak feltöltésére szolgáló blokk került kiépítésre.

Egy elektrolitikus cellában a hidrogén a katódlemez oldalán, az oxigén pedig az anód oldalán termelődik. Itt hagyják el a gázok a sejtet. Elválasztják és egy szeparátorba táplálják, majd ioncserélt vízzel lehűtik, majd gravitációval elválasztják a folyékony fázistól. A hidrogént egy gázmosóba küldik, ahol a folyadékcseppeket eltávolítják a gázból, és egy tekercsben lehűtik.

Végül a hidrogént kiszűrik (szűrő a szeparátor tetején), ahol a vízcseppek teljesen eltűnnek, és belép a szárítókamrába. Az oxigén általában a légkörbe kerül. A demineralizált vizet a mosóba szivattyúzzák.

Itt a lúgot a víz elektromos vezetőképességének növelésére használják. Ha az elektrolizáló a szokásos módon működik, akkor a folyadékot évente egyszer, kis mennyiségben utántöltjük. A szilárd kálium-hidroxidot egy folyékony tartályba helyezik, amely kétharmadig ioncserélt vízzel van megtöltve, majd oldatba pumpálják.

Az elektrolizáló vízhűtő rendszere két célt szolgál: a folyadékot 80-90 °C-ra, a keletkező gázokat pedig 40 °C-ra hűti le.

A gázelemző rendszer hidrogénmintákat vesz. A szeparátorban lévő lúgcseppeket leválasztják, a gázt az analizátorba táplálják, a nyomást csökkentik, és a hidrogén oxigéntartalmát ellenőrzik. Mielőtt a hidrogént a tartályba irányítaná, megmérik a harmatpontot a higrométerben. Jelet küld a kezelőnek vagy a számítógépnek, hogy eldöntse, hogy a megtermelt hidrogén alkalmas-e a tárolóba szállításra, a gáz megfelel-e az átvételi feltételeknek.

Az egység üzemi nyomását automatikus vezérlőrendszer szabályozza. Az érzékelő információt kap az elektrolizátorban lévő nyomásról, majd az adatokat számítógépre küldi, ahol összehasonlítja a beállított paraméterekkel. Az eredményt ezután 10 mA nagyságrendű jellé alakítják át, és az üzemi nyomást egy előre meghatározott szinten tartják.

Az egység üzemi hőmérsékletét pneumatikus membránszelep szabályozza.A számítógép ehhez hasonlóan összehasonlítja a hőmérsékletet az alapjellel, és a különbséget megfelelő jellé alakítja át PLC.

Az elektrolizáló biztonságáról a blokkoló és riasztórendszer gondoskodik. Hidrogénszivárgás esetén az észlelést detektorok automatikusan végzik. Ebben az esetben a program azonnal kikapcsolja a generálást, és elindítja a ventilátort, hogy szellőztesse a helyiséget. A kezelőnek hordozható szivárgásérzékelőt kell tartania. Mindezek az intézkedések lehetővé teszik az elektrolizátorok működésének magas fokú biztonságát.