Vandenilio gamyba vandens elektrolizės būdu – technologija ir įranga
Vandens elektrolizė yra fizikinis ir cheminis procesas, kurio metu vanduo, veikiamas nuolatinės elektros srovės, suskaidomas į deguonį ir vandenilį. Nuolatinė įtampa elementui paprastai gaunama ištaisius trifazę kintamąją srovę. Elektrolizės elemente distiliuotas vanduo elektrolizuojamas, o cheminė reakcija vyksta pagal šią gerai žinomą schemą: 2H2O + energija -> 2H2 + O2.
Dėl vandens molekulių padalijimo į dalis vandenilis gaunamas dvigubai daugiau nei deguonis. Gamykloje esančios dujos prieš naudojimą dehidratuojamos ir atšaldomos. Prietaiso išleidimo vamzdžiai visada apsaugoti atbuliniais vožtuvais, kad būtų išvengta gaisro.
Pati konstrukcija pagaminta iš plieninių vamzdžių ir storų plieno lakštų, kas suteikia visai konstrukcijai didelį standumą ir mechaninį stiprumą. Dujų bakai turi būti išbandyti slėgiu.
Elektroninis įrenginio blokas valdo visus gamybos proceso etapus ir leidžia operatoriui stebėti skydelio bei manometrų parametrus, o tai garantuoja saugumą. Elektrolizės efektyvumas yra toks, kad iš 500 ml vandens gaunama apie 500 kubinių metrų abiejų dujų, kurių elektros energijos sąnaudos yra apie 4 kW / h.
Lyginant su kitais vandenilio gamybos būdais, vandens elektrolizė turi nemažai privalumų. Pirmiausia naudojamos turimos žaliavos – demineralizuotas vanduo ir elektra. Antra, gamybos metu nėra išmetamų teršalų. Trečia, procesas yra visiškai automatizuotas. Galiausiai, produkcija yra gana grynas (99,99%) produktas.
Todėl elektrolizės įrenginiai ir iš jų gaminamas vandenilis šiandien naudojami daugelyje pramonės šakų: cheminėje sintezėje, terminiame metalų apdirbime, augalinio aliejaus gamyboje, stiklo pramonėje, elektronikoje, aušinimo sistemose elektroje ir kt.
Elektrolizės įrenginys yra išdėstytas taip. Išorėje yra vandenilio generatoriaus valdymo pultas. Be to, sumontuotas lygintuvas, transformatorius, skirstomoji sistema, demineralizuoto vandens sistema ir jos papildymo blokas.
Elektrolizės elemente vandenilis gaminamas katodo plokštės pusėje, o deguonis – anodo pusėje. Čia dujos palieka ląstelę. Jie atskiriami ir paduodami į separatorių, po to atšaldomi demineralizuotu vandeniu ir gravitacijos būdu atskiriami nuo skystosios fazės. Vandenilis siunčiamas į skruberį, kuriame iš dujų pašalinami skysčio lašeliai ir atšaldomas ritėje.
Galiausiai vandenilis filtruojamas (filtras separatoriaus viršuje), kur vandens lašeliai visiškai pašalinami ir patenka į džiovinimo kamerą. Deguonis paprastai nukreipiamas į atmosferą. Demineralizuotas vanduo pumpuojamas į skalbyklę.
Čia šarmas naudojamas vandens elektriniam laidumui padidinti. Jei elektrolizatorius veikia kaip įprasta, skystis kartą per metus papildomas nedideliu kiekiu. Kietasis kalio hidroksidas dedamas į skysčio rezervuarą, užpildytą dviem trečdaliais demineralizuoto vandens, tada pumpuojamas į tirpalą.
Elektrolizatoriaus vandens aušinimo sistema atlieka du tikslus: atšaldo skystį iki 80-90 °C, o susidariusias dujas – iki 40 °C.
Dujų analizės sistema paima vandenilio mėginius. Separatoriuje esantys šarmo lašai atskiriami, dujos tiekiamos į analizatorių, sumažinamas slėgis, patikrinamas vandenilio deguonies kiekis. Prieš nukreipiant vandenilį į baką, rasos taškas matuojamas higrometru. Operatoriui arba kompiuteriui bus siunčiamas signalas, kad būtų nuspręsta, ar pagamintas vandenilis tinkamas tiekti į rezervuarą, ar dujos atitinka priėmimo sąlygas.
Įrenginio darbinis slėgis reguliuojamas automatine valdymo sistema. Jutiklis gauna informaciją apie slėgį elektrolizatoriuje, po to duomenys siunčiami į kompiuterį, kur jie lyginami su nustatytais parametrais. Tada rezultatas konvertuojamas į maždaug 10 mA signalą, o darbinis slėgis palaikomas iš anksto nustatytame lygyje.
Įrenginio darbinė temperatūra reguliuojama pneumatiniu diafragminiu vožtuvu.Kompiuteris panašiai palygins temperatūrą su nustatyta verte ir skirtumas bus konvertuojamas į atitinkamą signalą PLC.
Elektrolizatoriaus saugumą užtikrina blokavimo ir signalizacijos sistema. Vandenilio nuotėkio atveju aptikimą automatiškai atlieka detektoriai. Tokiu atveju programa iš karto išjungia generavimą ir paleidžia ventiliatorių, kad vėdintų kambarį. Operatorius turi turėti nešiojamąjį nuotėkio detektorių. Visos šios priemonės leidžia pasiekti aukštą elektrolizatorių veikimo saugos lygį.