Proizvodnja vodika elektrolizom vode — tehnologija i oprema

Elektroliza vode je fizikalno-kemijski proces u kojem se voda pod utjecajem istosmjerne električne struje razgrađuje na kisik i vodik. Istosmjerni napon za ćeliju dobiva se, u pravilu, ispravljanjem trofazne izmjenične struje. U elektrolitičkoj ćeliji destilirana voda prolazi kroz elektrolizu, dok se kemijska reakcija odvija prema sljedećoj dobro poznatoj shemi: 2H2O + energija -> 2H2 + O2.

Kao rezultat podjele molekula vode na dijelove, vodik se dobiva po volumenu dvostruko više od kisika. Plinovi u postrojenju su dehidrirani i ohlađeni prije upotrebe. Odvodne cijevi uređaja uvijek su zaštićene nepovratnim ventilima radi sprječavanja požara.

Sama konstrukcija izrađena je od čeličnih cijevi i debelih čeličnih limova, što cijeloj konstrukciji daje veliku krutost i mehaničku čvrstoću. Spremnici plina moraju biti testirani pod pritiskom.

Elektronička jedinica uređaja kontrolira sve faze proizvodnog procesa i omogućuje operateru praćenje parametara ploče i manometara, što jamči sigurnost. Učinkovitost elektrolize je takva da se iz 500 ml vode dobije oko 500 kubnih metara oba plina uz trošak od oko 4 kW/h električne energije.

U usporedbi s drugim metodama proizvodnje vodika, elektroliza vode ima niz prednosti. Prvo se koriste raspoložive sirovine — demineralizirana voda i električna energija. Drugo, nema zagađujućih emisija tijekom proizvodnje. Treće, proces je potpuno automatiziran. Konačno, izlaz je prilično čist (99,99%) proizvod.

Stoga se postrojenja za elektrolizu i iz njih proizvedeni vodik danas koriste u mnogim industrijama: u kemijskoj sintezi, u toplinskoj obradi metala, u proizvodnji biljnih ulja, u industriji stakla, u elektronici, u rashladnim sustavima u elektroenergetskom sektoru itd.

Postrojenje za elektrolizu je uređeno na sljedeći način. Izvana je upravljačka ploča generatora vodika. Dodatno su ugrađeni ispravljač, transformator, razvodni sustav, sustav demineralizirane vode i blok za njezinu nadopunu.

U elektrolitičkoj ćeliji vodik se proizvodi na strani katodne ploče, a kisik na strani anode. Ovo je mjesto gdje plinovi napuštaju stanicu. Oni se odvajaju i dovode u separator, zatim hlade demineraliziranom vodom, a zatim gravitacijom odvajaju od tekuće faze. Vodik se šalje u pročišćivač gdje se kapljice tekućine uklanjaju iz plina i hlade u zavojnici.

Na kraju, vodik se filtrira (filter na vrhu separatora), gdje se kapljice vode potpuno eliminiraju, te ulazi u komoru za sušenje. Kisik se obično usmjerava u atmosferu. Demineralizirana voda se pumpa u perilicu.

Ovdje se lužina koristi za povećanje električne vodljivosti vode. Ako elektrolizator radi kao i obično, tekućina se dolijeva jednom godišnje u maloj količini. Čvrsti kalijev hidroksid stavlja se u tekući spremnik koji je dvije trećine pun demineralizirane vode, zatim se pumpa u otopinu.

Sustav vodenog hlađenja elektrolizera ima dvije svrhe: hladi tekućinu na 80-90 °C i hladi nastale plinove na 40 °C.

Sustav za analizu plina uzima uzorke vodika. Kapljice lužine u separatoru se odvajaju, plin se dovodi u analizator, tlak se smanjuje i provjerava se sadržaj kisika u vodiku. Prije nego se vodik usmjeri u spremnik, u higrometru se mjeri točka rosišta. Operateru ili računalu bit će poslan signal da odluči je li proizvedeni vodik prikladan za isporuku u spremnik, ispunjava li plin uvjete prihvatljivosti.

Radni tlak jedinice reguliran je automatskim sustavom upravljanja. Senzor prima informaciju o tlaku u elektrolizeru, nakon čega se podaci šalju u računalo, gdje se uspoređuju sa zadanim parametrima. Rezultat se zatim pretvara u signal reda veličine 10 mA, a radni tlak se održava na unaprijed određenoj razini.

Radna temperatura jedinice regulirana je pneumatskim membranskim ventilom.Računalo će na sličan način usporediti temperaturu sa zadanom točkom i razlika će se pretvoriti u odgovarajući signal za PLC.

Sigurnost elektrolizera osigurava sustav blokade i alarma. U slučaju istjecanja vodika, detekcija se vrši automatski detektorima. U tom slučaju program odmah isključuje generaciju i pokreće ventilator za prozračivanje prostorije. Operater bi trebao imati prijenosni detektor curenja. Sve ove mjere omogućuju postizanje visokog stupnja sigurnosti u radu elektrolizera.