Ūdeņraža iegūšana ar ūdens elektrolīzi — tehnoloģija un aprīkojums
Ūdens elektrolīze ir fizikāli ķīmisks process, kurā ūdens tiešas elektriskās strāvas ietekmē sadalās skābeklī un ūdeņradī. Līdzstrāvas spriegumu elementam parasti iegūst, iztaisnojot trīsfāzu maiņstrāvu. Elektrolītiskajā šūnā destilētam ūdenim tiek veikta elektrolīze, savukārt ķīmiskā reakcija notiek pēc šādas labi zināmas shēmas: 2H2O + enerģija -> 2H2 + O2.
Ūdens molekulu sadalīšanas daļās rezultātā ūdeņradis pēc tilpuma tiek iegūts divreiz vairāk nekā skābeklis. Iekārtā esošās gāzes pirms lietošanas tiek dehidrētas un atdzesētas. Ierīces izplūdes caurules vienmēr ir aizsargātas ar pretvārstiem, lai novērstu ugunsgrēkus.
Pati konstrukcija ir izgatavota no tērauda caurulēm un biezām tērauda loksnēm, kas piešķir visai konstrukcijai augstu stingrību un mehānisko izturību. Gāzes tvertnēm ir jāveic spiediena pārbaude.
Ierīces elektroniskais bloks kontrolē visus ražošanas procesa posmus un ļauj operatoram uzraudzīt paneļa un manometru parametrus, kas garantē drošību. Elektrolīzes efektivitāte ir tāda, ka aptuveni 500 kubikmetru abu gāzu iegūst no 500 ml ūdens, izmaksājot aptuveni 4 kW / h elektroenerģijas.
Salīdzinot ar citām ūdeņraža ražošanas metodēm, ūdens elektrolīzei ir vairākas priekšrocības. Pirmkārt, tiek izmantotas pieejamās izejvielas — demineralizēts ūdens un elektrība. Otrkārt, ražošanas laikā nav piesārņojošu emisiju. Treškārt, process ir pilnībā automatizēts. Visbeidzot, izlaide ir diezgan tīrs (99,99%) produkts.
Tāpēc elektrolīzes iekārtas un no tiem ražotais ūdeņradis mūsdienās tiek izmantots daudzās nozarēs: ķīmiskajā sintēzē, metālu termiskajā apstrādē, augu eļļu ražošanā, stikla rūpniecībā, elektronikā, dzesēšanas sistēmās elektroenerģijā u.c.
Elektrolīzes iekārta ir sakārtota šādi. Ārpus atrodas ūdeņraža ģeneratora vadības panelis. Papildus ir uzstādīts taisngriezis, transformators, sadales sistēma, demineralizētā ūdens sistēma un bloks tās papildināšanai.
Elektrolītiskajā šūnā katoda plāksnes pusē tiek ražots ūdeņradis, bet anoda pusē - skābeklis. Šeit gāzes atstāj šūnu. Tos atdala un ievada separatorā, pēc tam atdzesē ar demineralizētu ūdeni, pēc tam gravitācijas ietekmē atdala no šķidrās fāzes. Ūdeņradis tiek nosūtīts uz skruberi, kur no gāzes tiek noņemti šķidruma pilieni un atdzesēti spolē.
Visbeidzot, ūdeņradis tiek filtrēts (filtrs separatora augšpusē), kur ūdens pilieni tiek pilnībā izvadīti un nonāk žāvēšanas kamerā. Skābeklis parasti tiek novirzīts atmosfērā. Demineralizētais ūdens tiek iesūknēts mazgātājā.
Šeit sārmu izmanto, lai palielinātu ūdens elektrisko vadītspēju. Ja elektrolīzera darbība turpinās kā parasti, tad šķidrums tiek uzpildīts reizi gadā nelielā daudzumā. Cieto kālija hidroksīdu ievieto šķidruma tvertnē, kas ir par divām trešdaļām pilna ar demineralizētu ūdeni, un pēc tam iesūknē šķīdumā.
Elektrolīzera ūdens dzesēšanas sistēmai ir divi mērķi: tā atdzesē šķidrumu līdz 80-90 °C un atdzesē radušās gāzes līdz 40 °C.
Gāzes analīzes sistēma ņem ūdeņraža paraugus. Sārma pilieni separatorā tiek atdalīti, gāze tiek ievadīta analizatorā, tiek samazināts spiediens un tiek pārbaudīts skābekļa saturs ūdeņražā. Pirms ūdeņraža novadīšanas uz tvertni, higrometrā tiek mērīts rasas punkts. Operatoram vai datoram tiks nosūtīts signāls, lai izlemtu, vai saražotais ūdeņradis ir piemērots piegādei uzglabāšanas tvertnē, vai gāze atbilst pieņemšanas nosacījumiem.
Iekārtas darba spiedienu regulē automātiskā vadības sistēma. Sensors saņem informāciju par spiedienu elektrolizatorā, pēc tam dati tiek nosūtīti uz datoru, kur tie tiek salīdzināti ar iestatītajiem parametriem. Pēc tam rezultāts tiek pārveidots par signālu aptuveni 10 mA, un darba spiediens tiek uzturēts iepriekš noteiktā līmenī.
Iekārtas darba temperatūru regulē pneimatiskais diafragmas vārsts.Dators līdzīgi salīdzinās temperatūru ar iestatīto vērtību, un starpība tiks pārvērsta atbilstošā signālā PLC.
Elektrolīzera drošību nodrošina bloķēšanas un signalizācijas sistēma. Ūdeņraža noplūdes gadījumā noteikšanu veic automātiski detektori. Šajā gadījumā programma nekavējoties izslēdz paaudzi un iedarbina ventilatoru, lai ventilētu telpu. Operatoram ir jābūt pārnēsājamam noplūdes detektoram. Visi šie pasākumi ļauj sasniegt augstu drošības pakāpi elektrolizatoru darbībā.