Produkcja wodoru metodą elektrolizy wody — technologia i urządzenia

Elektroliza wody to proces fizyko-chemiczny, w którym woda pod wpływem stałego prądu elektrycznego rozkłada się na tlen i wodór. Napięcie stałe dla ogniwa uzyskuje się z reguły przez prostowanie trójfazowego prądu przemiennego. W ogniwie elektrolitycznym woda destylowana poddawana jest elektrolizie, natomiast reakcja chemiczna przebiega według znanego schematu: 2H2O + energia -> 2H2 + O2.

W wyniku podziału cząsteczek wody na części uzyskuje się wodór objętościowo dwa razy więcej niż tlenu. Gazy w instalacji są odwadniane i schładzane przed użyciem. Rury wylotowe urządzenia są zawsze zabezpieczone zaworami zwrotnymi w celu zapobieżenia pożarom.

Sama konstrukcja wykonana jest ze stalowych rur i grubych blach stalowych, co nadaje całej konstrukcji dużą sztywność i wytrzymałość mechaniczną. Zbiorniki gazu muszą być poddane próbie ciśnieniowej.

Jednostka elektroniczna urządzenia kontroluje wszystkie etapy procesu produkcyjnego oraz umożliwia operatorowi monitorowanie parametrów panelu i manometrów, co gwarantuje bezpieczeństwo. Wydajność elektrolizy jest taka, że ​​z 500 ml wody uzyskuje się około 500 metrów sześciennych obu gazów kosztem około 4 kW/h energii elektrycznej.

W porównaniu z innymi metodami produkcji wodoru elektroliza wody ma szereg zalet. W pierwszej kolejności wykorzystywane są dostępne surowce — zdemineralizowana woda i energia elektryczna. Po drugie, podczas produkcji nie ma emisji zanieczyszczeń. Po trzecie, proces jest w pełni zautomatyzowany. Ostatecznie wyjście jest dość czystym (99,99%) produktem.

Dlatego instalacje do elektrolizy i wytwarzany z nich wodór są dziś wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu: w syntezie chemicznej, w obróbce cieplnej metali, w produkcji olejów roślinnych, w przemyśle szklarskim, w elektronice, w układach chłodzenia w elektryce itp.

Instalacja elektrolizy jest ułożona w następujący sposób. Na zewnątrz znajduje się panel kontrolny generatora wodoru. Ponadto zamontowano prostownik, transformator, instalację rozdzielczą, instalację wody demineralizowanej oraz blok jej uzupełniania.

W ogniwie elektrolitycznym wodór jest wytwarzany po stronie płyty katodowej, a tlen po stronie anody. W tym miejscu gazy opuszczają komórkę. Są one oddzielane i podawane do separatora, następnie schładzane wodą zdemineralizowaną, a następnie oddzielane grawitacyjnie od fazy ciekłej. Wodór jest przesyłany do skrubera, w którym kropelki cieczy są usuwane z gazu i schładzane w wężownicy.

Na koniec wodór jest filtrowany (filtr na górze separatora), gdzie kropelki wody są całkowicie eliminowane i trafia do komory suszenia. Tlen jest zwykle kierowany do atmosfery. Woda demineralizowana jest pompowana do myjki.

Tutaj stosuje się ług w celu zwiększenia przewodności elektrycznej wody. Jeśli elektrolizer działa normalnie, płyn jest uzupełniany raz w roku w niewielkiej ilości. Stały wodorotlenek potasu umieszcza się w zbiorniku cieczy w dwóch trzecich wypełnionym wodą demineralizowaną, a następnie pompuje do roztworu.

Wodny układ chłodzenia elektrolizera służy dwóm celom: chłodzi ciecz do 80-90°C i schładza powstałe gazy do 40°C.

System analizy gazu pobiera próbki wodoru. Rozdziela się krople ługu w separatorze, gaz podaje się do analizatora, obniża ciśnienie i sprawdza zawartość tlenu w wodorze. Zanim wodór zostanie skierowany do zbiornika, w higrometrze mierzony jest punkt rosy. Do operatora lub komputera zostanie wysłany sygnał, który zdecyduje, czy wyprodukowany wodór nadaje się do dostarczenia do zbiornika magazynowego, czy gaz spełnia warunki odbioru.

Ciśnienie robocze urządzenia jest regulowane przez układ automatycznego sterowania. Czujnik otrzymuje informację o ciśnieniu w elektrolizerze, po czym dane przesyłane są do komputera, gdzie są porównywane z zadanymi parametrami. Wynik jest następnie przetwarzany na sygnał rzędu 10 mA, a ciśnienie robocze jest utrzymywane na zadanym poziomie.

Temperaturę pracy urządzenia reguluje pneumatyczny zawór membranowy.Komputer analogicznie porówna temperaturę z nastawą i różnica zostanie przeliczona na odpowiedni sygnał dla PLC.

Bezpieczeństwo pracy elektrolizera zapewnia układ blokujący i alarmowy. W przypadku wycieku wodoru wykrywanie odbywa się automatycznie za pomocą detektorów. W takim przypadku program natychmiast wyłącza generację i uruchamia wentylator w celu przewietrzenia pomieszczenia. Operator powinien mieć przy sobie przenośny wykrywacz nieszczelności. Wszystkie te środki pozwalają osiągnąć wysoki stopień bezpieczeństwa pracy elektrolizerów.