Fremstilling af brint ved elektrolyse af vand — teknologi og udstyr
Elektrolyse af vand er en fysisk-kemisk proces, hvor vand nedbrydes til ilt og brint under påvirkning af en elektrisk jævnstrøm. DC-spænding for cellen opnås som regel ved ensretning af trefaset vekselstrøm. I en elektrolysecelle gennemgår destilleret vand elektrolyse, mens den kemiske reaktion forløber efter følgende velkendte skema: 2H2O + energi -> 2H2 + O2.
Som et resultat af opdelingen af vandmolekyler i dele opnås hydrogen i volumen dobbelt så meget som oxygen. Gasserne i anlægget dehydreres og afkøles før brug. Apparatets udløbsrør er altid beskyttet med kontraventiler for at forhindre brand.
Selve strukturen er lavet af stålrør og tykke stålplader, hvilket giver hele strukturen høj stivhed og mekanisk styrke. Gastanke skal trykprøves.
Enhedens elektroniske enhed styrer alle stadier af produktionsprocessen og giver operatøren mulighed for at overvåge parametrene for panelet og trykmålere, hvilket garanterer sikkerheden. Effektiviteten af elektrolyse er sådan, at omkring 500 kubikmeter af begge gasser opnås fra 500 ml vand til en pris på omkring 4 kW / h elektrisk energi.
Sammenlignet med andre metoder til brintproduktion har vandelektrolyse en række fordele. For det første bruges de tilgængelige råmaterialer - demineraliseret vand og elektricitet. For det andet er der ingen forurenende emissioner under produktionen. For det tredje er processen fuldt automatiseret. Endelig er outputtet et ret rent (99,99%) produkt.
Derfor bruges elektrolyseanlæg og den deraf producerede brint i dag i mange industrier: i kemisk syntese, i varmebehandling af metaller, i produktion af vegetabilske olier, i glasindustrien, i elektronik, i kølesystemer i elektricitet mv.
Elektrolyseanlægget er indrettet som følger. Udenfor er brintgeneratorens kontrolpanel. Derudover er der installeret en ensretter, en transformer, et distributionssystem, et demineraliseret vandsystem og en blok til dets genopfyldning.
I en elektrolysecelle produceres brint på katodepladesiden og oxygen på anodesiden. Det er her gasser forlader cellen. De adskilles og føres til en separator, afkøles derefter med demineraliseret vand og adskilles derefter ved tyngdekraften fra væskefasen. Brinten sendes til en skrubber, hvor væskedråber fjernes fra gassen og afkøles i en spole.
Til sidst filtreres brinten (filter i toppen af separatoren), hvor vanddråberne fjernes fuldstændigt, og kommer ind i tørrekammeret. Ilt ledes normalt til atmosfæren. Det demineraliserede vand pumpes ind i vaskemaskinen.
Her bruges lud til at øge vandets elektriske ledningsevne. Hvis driften af elektrolysatoren fortsætter som normalt, så fyldes væsken op en gang om året i en lille mængde. Fast kaliumhydroxid anbringes i en væsketank to tredjedele fuld af demineraliseret vand og pumpes derefter i opløsning.
Elektrolysatorens vandkølesystem tjener to formål: det køler væsken til 80-90 °C og afkøler de resulterende gasser til 40 °C.
Gasanalysesystemet tager brintprøver. Luddråberne i separatoren separeres, gassen føres til analysatoren, trykket reduceres, og iltindholdet i brinten kontrolleres. Inden brinten ledes til tanken, måles dugpunktet i hygrometeret. Der sendes et signal til operatøren eller til computeren for at afgøre, om den producerede brint er egnet til levering til lagertanken, om gassen opfylder acceptbetingelserne.
Enhedens arbejdstryk reguleres af et automatisk styresystem. Sensoren modtager information om trykket i elektrolysatoren, hvorefter dataene sendes til en computer, hvor de sammenlignes med de indstillede parametre. Resultatet konverteres derefter til et signal i størrelsesordenen 10 mA, og driftstrykket holdes på et forudbestemt niveau.
Enhedens driftstemperatur reguleres af en pneumatisk membranventil.Computeren vil tilsvarende sammenligne temperaturen med setpunktet og forskellen konverteres til et passende signal for PLC.
Elektrolysatorens sikkerhed er sikret af blokerings- og alarmsystemet. I tilfælde af brintlækage sker detektion automatisk af detektorer. I dette tilfælde slukker programmet straks for generationen og starter ventilatoren for at ventilere rummet. Operatøren bør have en bærbar lækagedetektor. Alle disse foranstaltninger gør det muligt at opnå en høj grad af sikkerhed i driften af elektrolysatorer.