Productie van waterstof door elektrolyse van water — technologie en apparatuur

Elektrolyse van water is een fysisch-chemisch proces waarbij water onder invloed van een elektrische gelijkstroom wordt ontleed in zuurstof en waterstof. Gelijkspanning voor de cel wordt in de regel verkregen door gelijkrichting van driefasige wisselstroom. In een elektrolytische cel ondergaat gedestilleerd water elektrolyse, terwijl de chemische reactie verloopt volgens het volgende bekende schema: 2H2O + energie -> 2H2 + O2.

Als gevolg van de verdeling van watermoleculen in delen, wordt waterstof twee keer zoveel volume verkregen als zuurstof. De gassen in de installatie worden voor gebruik ontwaterd en gekoeld. De uitlaatleidingen van het apparaat zijn altijd beveiligd met terugslagkleppen om brand te voorkomen.

De structuur zelf is gemaakt van stalen buizen en dikke staalplaten, wat de hele structuur een hoge stijfheid en mechanische sterkte geeft. Gastanks moeten onder druk worden getest.

De elektronische unit van het apparaat bestuurt alle fasen van het productieproces en stelt de operator in staat om de parameters van het paneel en de manometers te controleren, wat de veiligheid garandeert. De efficiëntie van elektrolyse is zodanig dat ongeveer 500 kubieke meter van beide gassen wordt verkregen uit 500 ml water tegen een kostprijs van ongeveer 4 kW / h elektrische energie.

In vergelijking met andere methoden voor de productie van waterstof heeft waterelektrolyse een aantal voordelen. Eerst worden de beschikbare grondstoffen gebruikt: gedemineraliseerd water en elektriciteit. Ten tweede zijn er geen vervuilende emissies tijdens de productie. Ten derde is het proces volledig geautomatiseerd. Ten slotte is de output een vrij zuiver (99,99%) product.

Daarom worden elektrolyse-installaties en de daaruit geproduceerde waterstof tegenwoordig in veel industrieën gebruikt: in de chemische synthese, bij de warmtebehandeling van metalen, bij de productie van plantaardige oliën, in de glasindustrie, in de elektronica, in koelsystemen in elektriciteit, enz.

De elektrolyse-installatie is als volgt ingericht. Buiten is het bedieningspaneel van de waterstofgenerator. Daarnaast zijn een gelijkrichter, een transformator, een distributiesysteem, een demi-watersysteem en een blok voor de suppletie geïnstalleerd.

In een elektrolysecel wordt aan de kathodeplaatzijde waterstof geproduceerd en aan de anodezijde zuurstof. Dit is waar gassen de cel verlaten. Ze worden gescheiden en naar een scheider gevoerd, vervolgens gekoeld met gedemineraliseerd water en vervolgens door zwaartekracht gescheiden van de vloeibare fase. De waterstof wordt naar een scrubber gestuurd waar vloeistofdruppels uit het gas worden verwijderd en in een spiraal worden gekoeld.

Ten slotte wordt de waterstof gefilterd (filter bovenaan de afscheider), waarbij de waterdruppels volledig worden geëlimineerd, en komt in de droogkamer. Zuurstof wordt meestal naar de atmosfeer geleid. Het gedemineraliseerd water wordt in de wasmachine gepompt.

Hier wordt loog gebruikt om de elektrische geleidbaarheid van het water te verhogen. Als de werking van de electrolyzer gewoon doorgaat, wordt de vloeistof één keer per jaar in een kleine hoeveelheid bijgevuld. Vast kaliumhydroxide wordt in een vloeistoftank geplaatst die voor tweederde gevuld is met gedemineraliseerd water en vervolgens in oplossing gepompt.

Het waterkoelsysteem van de electrolyzer dient twee doelen: het koelt de vloeistof af tot 80-90 °C en koelt de ontstane gassen af ​​tot 40 °C.

Het gasanalysesysteem neemt waterstofmonsters. De loogdruppels in de afscheider worden gescheiden, het gas wordt naar de analysator geleid, de druk wordt verlaagd en het zuurstofgehalte van de waterstof wordt gecontroleerd. Voordat de waterstof naar de tank wordt geleid, wordt het dauwpunt gemeten in de hygrometer. Er wordt een signaal naar de operator of naar de computer gestuurd om te beslissen of de geproduceerde waterstof geschikt is voor levering aan de opslagtank, of het gas voldoet aan de acceptatievoorwaarden.

De werkdruk van de unit wordt geregeld door een automatisch regelsysteem. De sensor ontvangt informatie over de druk in de elektrolyseur, waarna de gegevens naar een computer worden gestuurd, waar ze worden vergeleken met de ingestelde parameters. Het resultaat wordt vervolgens omgezet in een signaal in de orde van 10 mA en de werkdruk wordt op een vooraf bepaald niveau gehouden.

De bedrijfstemperatuur van de unit wordt geregeld door een pneumatisch membraanventiel.De computer zal op dezelfde manier de temperatuur vergelijken met het instelpunt en het verschil zal worden omgezet in een geschikt signaal voor PLC.

De veiligheid van de electrolyzer wordt gewaarborgd door het blokkeer- en alarmsysteem. In het geval van waterstoflekkage wordt de detectie automatisch uitgevoerd door detectoren. In dit geval schakelt het programma de opwekking onmiddellijk uit en start de ventilator om de kamer te ventileren. De operator moet een draagbare lekdetector bij zich hebben. Al deze maatregelen maken het mogelijk om een ​​hoge mate van veiligheid te bereiken bij de werking van electrolyzers.