Produktion av väte genom elektrolys av vatten — teknik och utrustning
Elektrolys av vatten är en fysikalisk-kemisk process där vatten sönderdelas till syre och väte under inverkan av en elektrisk likström. Likspänning för cellen erhålls som regel genom likriktning av trefas växelström. I en elektrolytisk cell genomgår destillerat vatten elektrolys, medan den kemiska reaktionen fortskrider enligt följande välkända schema: 2H2O + energi -> 2H2 + O2.
Som ett resultat av uppdelningen av vattenmolekyler i delar erhålls väte i volym dubbelt så mycket som syre. Gaserna i anläggningen dehydreras och kyls före användning. Apparatens utloppsrör är alltid skyddade med backventiler för att förhindra bränder.
Själva strukturen är gjord av stålrör och tjocka stålplåtar, vilket ger hela strukturen hög styvhet och mekanisk hållfasthet. Bensintankar måste trycktestas.
Enhetens elektroniska enhet styr alla steg i produktionsprocessen och tillåter operatören att övervaka parametrarna för panelen och tryckmätarna, vilket garanterar säkerheten. Effektiviteten av elektrolys är sådan att cirka 500 kubikmeter av båda gaserna erhålls från 500 ml vatten till en kostnad av cirka 4 kW/h elektrisk energi.
Jämfört med andra metoder för väteproduktion har vattenelektrolys ett antal fördelar. Först används de tillgängliga råvarorna — avmineraliserat vatten och el. För det andra finns det inga förorenande utsläpp under produktionen. För det tredje är processen helt automatiserad. Slutligen är produktionen en ganska ren (99,99%) produkt.
Därför används elektrolysanläggningar och det väte som produceras av dem idag i många industrier: vid kemisk syntes, vid värmebehandling av metaller, vid framställning av vegetabiliska oljor, i glasindustrin, inom elektronik, i kylsystem inom el, etc.
Elektrolysanläggningen är anordnad enligt följande. Utanför finns vätgasgeneratorns kontrollpanel. Dessutom har en likriktare, en transformator, ett distributionssystem, ett avmineraliserat vattensystem och ett block för dess påfyllning installerats.
I en elektrolyscell produceras väte på katodplattans sida och syre på anodsidan. Det är här gaserna lämnar cellen. De separeras och matas till en separator, kyls sedan med avmineraliserat vatten och separeras sedan genom gravitation från vätskefasen. Vätgasen skickas till en skrubber där vätskedroppar avlägsnas från gasen och kyls i en spole.
Slutligen filtreras vätet (filtret i toppen av separatorn), där vattendropparna helt elimineras, och kommer in i torkkammaren. Syre leds vanligtvis till atmosfären. Det avmineraliserade vattnet pumpas in i tvättmaskinen.
Här används lut för att öka vattnets elektriska ledningsförmåga. Om driften av elektrolysatorn fortsätter som vanligt, fylls vätskan på en gång om året i en liten mängd. Fast kaliumhydroxid placeras i en vätsketank som är två tredjedelar full med avmineraliserat vatten och pumpas sedan i lösning.
Vattenkylningssystemet i elektrolysatorn har två syften: det kyler vätskan till 80-90 °C och kyler de resulterande gaserna till 40 °C.
Gasanalyssystemet tar väteprover. Lutdropparna i separatorn separeras, gasen matas till analysatorn, trycket reduceras och syrehalten i vätet kontrolleras. Innan vätgasen leds till tanken mäts daggpunkten i hygrometern. En signal kommer att skickas till operatören eller till datorn för att avgöra om det producerade vätet är lämpligt för leverans till lagringstanken, om gasen uppfyller acceptansvillkoren.
Enhetens arbetstryck regleras av ett automatiskt styrsystem. Sensorn får information om trycket i elektrolysatorn, varefter data skickas till en dator, där den jämförs med de inställda parametrarna. Resultatet omvandlas sedan till en signal i storleksordningen 10 mA och driftstrycket hålls på en förutbestämd nivå.
Enhetens driftstemperatur regleras av en pneumatisk membranventil.Datorn kommer på liknande sätt att jämföra temperaturen med börvärdet och skillnaden kommer att omvandlas till en lämplig signal för PLC.
Elektrolysatorns säkerhet säkerställs av blockerings- och larmsystemet. Vid vätgasläckage sker detektering automatiskt av detektorer. I det här fallet stänger programmet omedelbart av genereringen och startar fläkten för att ventilera rummet. Operatören bör ha en bärbar läckagedetektor. Alla dessa åtgärder gör det möjligt att uppnå en hög grad av säkerhet vid drift av elektrolysatorer.