Vesiniku tootmine vee elektrolüüsil — tehnoloogia ja seadmed
Vee elektrolüüs on füüsikalis-keemiline protsess, mille käigus vesi laguneb alalisvoolu mõjul hapnikuks ja vesinikuks. Elementi alalispinge saadakse reeglina kolmefaasilise vahelduvvoolu alaldamise teel. Elektrolüütilises rakus läbib destilleeritud vesi elektrolüüsi, samal ajal kui keemiline reaktsioon toimub vastavalt järgmisele tuntud skeemile: 2H2O + energia -> 2H2 + O2.
Veemolekulide osadeks jagamise tulemusena saadakse vesinikku mahu järgi kaks korda rohkem kui hapnikku. Tehases olevad gaasid dehüdreeritakse ja jahutatakse enne kasutamist. Seadme väljalasketorud on tulekahjude vältimiseks alati kaitstud tagasilöögiklappidega.
Konstruktsioon ise on valmistatud terastorudest ja paksudest teraslehtedest, mis annab kogu konstruktsioonile suure jäikuse ja mehaanilise tugevuse. Gaasipaake tuleb katsetada survega.
Seadme elektrooniline seade juhib kõiki tootmisprotsessi etappe ja võimaldab operaatoril jälgida paneeli ja manomeetrite parameetreid, mis tagab ohutuse. Elektrolüüsi efektiivsus on selline, et 500 ml veest saadakse umbes 500 kuupmeetrit mõlemat gaasi elektrienergia maksumusega umbes 4 kW / h.
Võrreldes teiste vesiniku tootmise meetoditega on vee elektrolüüsil mitmeid eeliseid. Esiteks kasutatakse olemasolevat toorainet — demineraliseeritud vett ja elektrit. Teiseks ei teki tootmise käigus saasteheiteid. Kolmandaks on protsess täielikult automatiseeritud. Lõpuks on väljund üsna puhas (99,99%) toode.
Seetõttu kasutatakse elektrolüüsitehaseid ja nendest toodetavat vesinikku tänapäeval paljudes tööstusharudes: keemilises sünteesis, metallide kuumtöötlemisel, taimeõlide tootmisel, klaasitööstuses, elektroonikas, jahutussüsteemides elektris jne.
Elektrolüüsijaam on paigutatud järgmiselt. Väljas on vesinikugeneraatori juhtpaneel. Lisaks on paigaldatud alaldi, trafo, jaotussüsteem, demineraliseeritud veesüsteem ja plokk selle täiendamiseks.
Elektrolüütilises elemendis toodetakse vesinikku katoodiplaadi poolel ja hapnikku anoodi poolel. See on koht, kus gaasid rakust lahkuvad. Need eraldatakse ja juhitakse separaatorisse, seejärel jahutatakse demineraliseeritud veega ja eraldatakse gravitatsiooni abil vedelast faasist. Vesinik suunatakse gaasipesurisse, kus vedelikupiisad eemaldatakse gaasist ja jahutatakse spiraalis.
Lõpuks filtreeritakse vesinik (filter separaatori ülaosas), kus veepiisad elimineeritakse täielikult ja siseneb kuivatuskambrisse. Tavaliselt suunatakse hapnik atmosfääri. Demineraliseeritud vesi pumbatakse pesurisse.
Siin kasutatakse leelist vee elektrijuhtivuse suurendamiseks. Kui elektrolüsaatori töö jätkub tavapäraselt, siis lisatakse vedelikku kord aastas väikeses koguses. Tahke kaaliumhüdroksiid asetatakse vedelikupaaki, mis on kahe kolmandiku ulatuses täis demineraliseeritud vett, ja pumbatakse seejärel lahusesse.
Elektrolüsaatori vesijahutussüsteem täidab kahte eesmärki: see jahutab vedeliku temperatuurini 80-90 °C ja jahutab tekkivad gaasid temperatuurini 40 °C.
Gaasianalüüsi süsteem võtab vesinikuproove. Leelise tilgad separaatoris eraldatakse, gaas juhitakse analüsaatorisse, rõhku alandatakse ja vesiniku hapnikusisaldust kontrollitakse. Enne vesiniku paaki suunamist mõõdetakse hügromeetris kastepunkti. Operaatorile või arvutisse saadetakse signaal, et otsustada, kas toodetud vesinik sobib mahutisse toimetamiseks, kas gaas vastab vastuvõtutingimustele.
Seadme töörõhku reguleerib automaatjuhtimissüsteem. Andur saab info elektrolüsaatoris oleva rõhu kohta, misjärel saadetakse andmed arvutisse, kus neid võrreldakse seatud parameetritega. Seejärel teisendatakse tulemus 10 mA suurusjärgus signaaliks ja töörõhk hoitakse etteantud tasemel.
Seadme töötemperatuuri reguleerib pneumaatiline membraanklapp.Arvuti võrdleb samamoodi temperatuuri seadeväärtusega ja erinevus teisendatakse sobivaks signaaliks PLC.
Elektrolüsaatori ohutuse tagab blokeerimis- ja häiresüsteem. Vesiniku lekke korral tuvastavad detektorid automaatselt. Sellisel juhul lülitab programm kohe genereerimise välja ja käivitab ventilaatori ruumi ventileerimiseks. Operaator peaks hoidma kaasaskantavat lekkedetektorit. Kõik need meetmed võimaldavad saavutada elektrolüsaatorite töös kõrge ohutuse.