Sản xuất hydro bằng điện phân nước - công nghệ và thiết bị

Điện phân nước là một quá trình hóa lý trong đó nước bị phân hủy thành oxy và hydro dưới tác động của dòng điện một chiều. Theo quy luật, điện áp một chiều cho tế bào thu được bằng cách chỉnh lưu dòng điện xoay chiều ba pha. Trong một tế bào điện phân, nước cất trải qua quá trình điện phân, trong khi phản ứng hóa học diễn ra theo sơ đồ nổi tiếng sau: 2H2O + năng lượng -> 2H2 + O2.

Kết quả của sự phân chia các phân tử nước thành các phần, hydro thu được theo thể tích gấp đôi so với oxy. Khí trong nhà máy được khử nước và làm mát trước khi sử dụng. Các đường ống ra của thiết bị luôn được bảo vệ bằng van một chiều để ngăn ngừa hỏa hoạn.

Bản thân cấu trúc được làm bằng ống thép và các tấm thép dày, mang lại cho toàn bộ cấu trúc độ cứng và độ bền cơ học cao. Bình gas phải được thử áp suất.

Bộ phận điện tử của thiết bị kiểm soát tất cả các giai đoạn của quy trình sản xuất và cho phép người vận hành giám sát các thông số của bảng điều khiển và đồng hồ đo áp suất, đảm bảo an toàn. Hiệu quả của quá trình điện phân là khoảng 500 mét khối của cả hai loại khí thu được từ 500 ml nước với chi phí khoảng 4 kW / h năng lượng điện.

So với các phương pháp sản xuất hydro khác, điện phân nước có một số ưu điểm. Đầu tiên, các nguyên liệu thô sẵn có được sử dụng - nước khử khoáng và điện. Thứ hai, không có khí thải gây ô nhiễm trong quá trình sản xuất. Thứ ba, quá trình này hoàn toàn tự động. Cuối cùng, đầu ra là một sản phẩm khá tinh khiết (99,99%).

Do đó, các nhà máy điện phân và hydro được tạo ra từ chúng ngày nay được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp: trong tổng hợp hóa học, xử lý nhiệt kim loại, sản xuất dầu thực vật, trong công nghiệp thủy tinh, điện tử, hệ thống làm mát trong điện, v.v.

Nhà máy điện phân được bố trí như sau. Bên ngoài là bảng điều khiển máy tạo hydro. Ngoài ra, một bộ chỉnh lưu, máy biến áp, hệ thống phân phối, hệ thống nước khử khoáng và khối bổ sung đã được lắp đặt.

Trong một tế bào điện phân, hydro được tạo ra ở phía cực âm và oxy được tạo ra ở phía cực dương. Đây là nơi khí rời khỏi tế bào. Chúng được tách ra và đưa đến thiết bị phân tách, sau đó được làm lạnh bằng nước khử khoáng, sau đó được tách ra khỏi pha lỏng bằng trọng lực. Hydro được gửi đến một máy lọc, nơi các giọt chất lỏng được loại bỏ khỏi khí và được làm mát trong một cuộn dây.

Cuối cùng, hydro được lọc (bộ lọc ở trên cùng của thiết bị phân tách), nơi các giọt nước được loại bỏ hoàn toàn và đi vào buồng sấy khô. Oxy thường được hướng vào khí quyển. Nước khử khoáng được bơm vào máy giặt.

Ở đây, dung dịch kiềm được sử dụng để tăng tính dẫn điện của nước. Nếu hoạt động của máy điện phân tiếp tục như bình thường, thì chất lỏng sẽ được đổ đầy mỗi năm một lần với một lượng nhỏ. Kali hydroxit rắn được đặt trong bể lỏng chứa đầy 2/3 nước khử khoáng, sau đó được bơm vào dung dịch.

Hệ thống làm mát bằng nước của máy điện phân phục vụ hai mục đích: nó làm mát chất lỏng đến 80-90 °C và làm mát khí thu được đến 40 °C.

Hệ thống phân tích khí lấy mẫu hydro. Các giọt dung dịch kiềm trong thiết bị phân tách được tách ra, khí được đưa vào thiết bị phân tích, giảm áp suất và kiểm tra hàm lượng oxy của hydro. Trước khi hydro được dẫn vào bể, điểm sương được đo trong ẩm kế. Một tín hiệu sẽ được gửi đến người vận hành hoặc đến máy tính để quyết định xem hydro được tạo ra có phù hợp để đưa vào bình chứa hay không, liệu khí có đáp ứng các điều kiện chấp nhận hay không.

Áp suất làm việc của thiết bị được điều chỉnh bởi hệ thống điều khiển tự động. Cảm biến nhận thông tin về áp suất trong máy điện phân, sau đó dữ liệu được gửi đến máy tính để so sánh với các thông số đã đặt. Kết quả sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu theo thứ tự 10 mA và áp suất vận hành được duy trì ở mức xác định trước.

Nhiệt độ hoạt động của thiết bị được điều chỉnh bằng van màng khí nén.Tương tự, máy tính sẽ so sánh nhiệt độ với điểm đặt và sự khác biệt sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu thích hợp cho plc.

Sự an toàn của máy điện phân được đảm bảo bởi hệ thống chặn và báo động. Trong trường hợp rò rỉ hydro, việc phát hiện được thực hiện tự động bằng máy dò. Trong trường hợp này, chương trình ngay lập tức tắt thế hệ và khởi động quạt để thông gió cho căn phòng. Người vận hành nên giữ một thiết bị phát hiện rò rỉ di động. Tất cả các biện pháp này giúp đạt được mức độ an toàn cao trong hoạt động của máy điện phân.