إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للمياه - التكنولوجيا والمعدات

التحليل الكهربائي للماء هو عملية فيزيائية كيميائية يتحلل فيها الماء إلى أكسجين وهيدروجين تحت تأثير تيار كهربائي مباشر. يتم الحصول على جهد التيار المستمر للخلية ، كقاعدة عامة ، عن طريق تصحيح التيار المتردد ثلاثي الطور. في خلية التحليل الكهربائي ، يخضع الماء المقطر للتحليل الكهربائي ، بينما يستمر التفاعل الكيميائي وفقًا للمخطط المعروف التالي: 2H2O + الطاقة -> 2H2 + O2.

نتيجة لتقسيم جزيئات الماء إلى أجزاء ، يتم الحصول على الهيدروجين بالحجم ضعف كمية الأكسجين. يتم تجفيف الغازات في المصنع وتبريدها قبل الاستخدام. دائمًا ما تكون أنابيب مخرج الجهاز محمية بصمامات عدم رجوع لمنع الحرائق.

الهيكل نفسه مصنوع من أنابيب فولاذية وألواح فولاذية سميكة ، مما يمنح الهيكل بأكمله صلابة عالية وقوة ميكانيكية. يجب اختبار الضغط على خزانات الغاز.

تتحكم الوحدة الإلكترونية للجهاز في جميع مراحل عملية الإنتاج وتسمح للمشغل بمراقبة معلمات اللوحة ومقاييس الضغط ، مما يضمن السلامة. كفاءة التحليل الكهربائي هي أنه يتم الحصول على حوالي 500 متر مكعب من كلا الغازين من 500 مل من الماء بتكلفة حوالي 4 كيلو واط / ساعة من الطاقة الكهربائية.

مقارنة بالطرق الأخرى لإنتاج الهيدروجين ، فإن التحليل الكهربائي للماء له عدد من المزايا. أولاً ، يتم استخدام المواد الخام المتاحة - المياه المنزوعة المعادن والكهرباء. ثانيًا ، لا توجد انبعاثات ملوثة أثناء الإنتاج. ثالثًا ، العملية مؤتمتة بالكامل. أخيرًا ، الناتج هو منتج نقي إلى حد ما (99.99٪).

لذلك ، تُستخدم محطات التحليل الكهربائي والهيدروجين المنتج منها اليوم في العديد من الصناعات: في التخليق الكيميائي ، في المعالجة الحرارية للمعادن ، في إنتاج الزيوت النباتية ، في صناعة الزجاج ، في الإلكترونيات ، في أنظمة التبريد في الكهرباء ، إلخ.

يتم ترتيب محطة التحليل الكهربائي على النحو التالي. يوجد في الخارج لوحة تحكم مولد الهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك ، تم تركيب مقوم ومحول ونظام توزيع ونظام مياه منزوعة المعادن وكتلة لتجديدها.

في خلية التحليل الكهربائي ، يتم إنتاج الهيدروجين على جانب لوحة الكاثود ويتم إنتاج الأكسجين على جانب الأنود. هذا هو المكان الذي تغادر فيه الغازات الخلية. يتم فصلها وتغذيتها إلى فاصل ، ثم تبريدها بماء منزوع المعادن ، ثم فصلها بالجاذبية من المرحلة السائلة. يتم إرسال الهيدروجين إلى جهاز تنقية الغاز حيث يتم إزالة قطرات السائل من الغاز وتبريده في ملف.

أخيرًا ، يتم ترشيح الهيدروجين (مرشح أعلى الفاصل) ، حيث يتم التخلص من قطرات الماء تمامًا ، وتدخل إلى غرفة التجفيف. عادة ما يتم توجيه الأكسجين إلى الغلاف الجوي. يتم ضخ المياه المنزوعة المعادن في الغسالة.

هنا ، يتم استخدام الغسول لزيادة التوصيل الكهربائي للماء. إذا استمر تشغيل المحلل الكهربائي كالمعتاد ، فسيتم إضافة السائل مرة واحدة في السنة بكمية صغيرة. يوضع هيدروكسيد البوتاسيوم الصلب في خزان سائل مليء ثلثي الماء منزوع المعادن ، ثم يضخ في المحلول.

يخدم نظام تبريد الماء في المحلل الكهربائي غرضين: فهو يبرد السائل إلى 80-90 درجة مئوية ويبرد الغازات الناتجة إلى 40 درجة مئوية.

يأخذ نظام تحليل الغاز عينات الهيدروجين. يتم فصل قطرات الغسول في الفاصل ، ويتم تغذية الغاز إلى المحلل ، ويتم تقليل الضغط ، ويتم فحص محتوى الأكسجين في الهيدروجين. قبل توجيه الهيدروجين إلى الخزان ، يتم قياس نقطة الندى في مقياس الرطوبة. سيتم إرسال إشارة إلى المشغل أو إلى الكمبيوتر لتحديد ما إذا كان الهيدروجين المنتج مناسبًا للتسليم إلى خزان التخزين ، وما إذا كان الغاز يفي بشروط القبول.

يتم تنظيم ضغط العمل للوحدة من خلال نظام تحكم أوتوماتيكي. يتلقى المستشعر معلومات حول الضغط في المحلل الكهربائي ، وبعد ذلك يتم إرسال البيانات إلى جهاز كمبيوتر ، حيث تتم مقارنتها بالمعلمات المحددة. ثم يتم تحويل النتيجة إلى إشارة بترتيب 10 مللي أمبير ويتم الحفاظ على ضغط التشغيل عند مستوى محدد مسبقًا.

يتم تنظيم درجة حرارة تشغيل الوحدة بواسطة صمام غشاء هوائي.سيقارن الكمبيوتر بالمثل درجة الحرارة مع نقطة الضبط وسيتم تحويل الفرق إلى إشارة مناسبة لـ PLC.

يتم ضمان سلامة المحلل الكهربائي من خلال نظام المنع والإنذار. في حالة تسرب الهيدروجين ، يتم الكشف تلقائيًا بواسطة أجهزة الكشف. في هذه الحالة ، يقوم البرنامج فورًا بإيقاف تشغيل التوليد ويبدأ تشغيل المروحة لتهوية الغرفة. يجب أن يحتفظ المشغل بكاشف تسرب محمول. كل هذه التدابير تجعل من الممكن تحقيق درجة عالية من الأمان في تشغيل المحلل الكهربائي.