Producția de hidrogen prin electroliza apei — tehnologie și echipamente

Electroliza apei este un proces fizico-chimic în care apa se descompune în oxigen și hidrogen sub influența unui curent electric continuu. Tensiunea DC pentru celulă se obține, de regulă, prin rectificarea curentului alternativ trifazat. Într-o celulă electrolitică, apa distilată suferă electroliză, în timp ce reacția chimică se desfășoară după următoarea schemă binecunoscută: 2H2O + energie -> 2H2 + O2.

Ca urmare a diviziunii moleculelor de apă în părți, hidrogenul se obține în volum de două ori mai mult decât oxigenul. Gazele din instalație sunt deshidratate și răcite înainte de utilizare. Țevile de evacuare ale dispozitivului sunt întotdeauna protejate cu supape de reținere pentru a preveni incendiile.

Structura în sine este realizată din țevi de oțel și foi de oțel groase, ceea ce conferă întregii structuri rigiditate și rezistență mecanică ridicate. Rezervoarele de gaz trebuie testate la presiune.

Unitatea electronică a dispozitivului controlează toate etapele procesului de producție și permite operatorului să monitorizeze parametrii panoului și ai manometrelor, ceea ce garantează siguranța. Eficiența electrolizei este de așa natură încât din 500 ml apă se obțin aproximativ 500 de metri cubi din ambele gaze la un cost de aproximativ 4 kW/h de energie electrică.

Comparativ cu alte metode de producere a hidrogenului, electroliza apei are o serie de avantaje. În primul rând, sunt utilizate materiile prime disponibile - apă demineralizată și electricitate. În al doilea rând, nu există emisii poluante în timpul producției. În al treilea rând, procesul este complet automatizat. În cele din urmă, rezultatul este un produs destul de pur (99,99%).

Prin urmare, instalațiile de electroliză și hidrogenul produs din acestea sunt folosite astăzi în multe industrii: în sinteza chimică, în tratarea termică a metalelor, în producția de uleiuri vegetale, în industria sticlei, în electronică, în sistemele de răcire în electricitate etc.

Instalația de electroliză este dispusă după cum urmează. În exterior se află panoul de control al generatorului de hidrogen. În plus, au fost instalate un redresor, un transformator, un sistem de distribuție, un sistem de apă demineralizată și un bloc pentru completarea acestuia.

Într-o celulă electrolitică, hidrogenul este produs pe partea plăcii catodice, iar oxigenul este produs pe partea anodului. Aici gazele părăsesc celula. Se separă și se alimentează într-un separator, apoi se răcesc cu apă demineralizată, apoi se separă gravitațional de faza lichidă. Hidrogenul este trimis la un scruber unde picăturile de lichid sunt îndepărtate din gaz și răcite într-o bobină.

În cele din urmă, hidrogenul este filtrat (filtru în partea de sus a separatorului), unde picăturile de apă sunt complet eliminate, și intră în camera de uscare. Oxigenul este de obicei direcționat către atmosferă. Apa demineralizată este pompată în mașina de spălat.

Aici, leșia este folosită pentru a crește conductivitatea electrică a apei. Dacă funcționarea electrolizatorului continuă ca de obicei, atunci lichidul este completat o dată pe an într-o cantitate mică. Hidroxidul de potasiu solid este plasat într-un rezervor de lichid plin de două treimi cu apă demineralizată, apoi pompat în soluție.

Sistemul de răcire cu apă al electrolizorului are două scopuri: răcește lichidul la 80-90 °C și răcește gazele rezultate la 40 °C.

Sistemul de analiză a gazelor preia probe de hidrogen. Picăturile de leșie din separator sunt separate, gazul este alimentat la analizor, presiunea este redusă și se verifică conținutul de oxigen al hidrogenului. Înainte ca hidrogenul să fie direcționat către rezervor, punctul de rouă este măsurat în higrometru. Un semnal va fi trimis operatorului sau computerului pentru a decide dacă hidrogenul produs este potrivit pentru livrarea în rezervorul de stocare, dacă gazul îndeplinește condițiile de acceptare.

Presiunea de lucru a unității este reglată de un sistem de control automat. Senzorul primește informații despre presiunea din electrolizor, după care datele sunt trimise la un computer, unde sunt comparate cu parametrii setați. Rezultatul este apoi convertit într-un semnal de ordinul a 10 mA și presiunea de funcționare este menținută la un nivel predeterminat.

Temperatura de funcționare a unității este reglată de o supapă pneumatică cu diafragmă.Calculatorul va compara în mod similar temperatura cu punctul de referință și diferența va fi convertită într-un semnal adecvat pentru PLC.

Siguranta electrolizatorului este asigurata de sistemul de blocare si alarmare. În caz de scurgere de hidrogen, detecția se face automat de către detectoare. În acest caz, programul oprește imediat generația și pornește ventilatorul pentru a ventila camera. Operatorul trebuie să păstreze un detector portabil de scurgeri. Toate aceste măsuri fac posibilă atingerea unui grad ridicat de siguranță în funcționarea electrolizoarelor.