Vedyn tuotanto veden elektrolyysillä — tekniikka ja laitteet
Veden elektrolyysi on fysikaalis-kemiallinen prosessi, jossa vesi hajoaa hapeksi ja vedyksi tasavirran vaikutuksesta. Kennon tasajännite saadaan pääsääntöisesti tasasuuntaamalla kolmivaiheinen vaihtovirta. Elektrolyyttikennossa tislattu vesi käy läpi elektrolyysin, kun taas kemiallinen reaktio etenee seuraavan hyvin tunnetun kaavion mukaan: 2H2O + energia -> 2H2 + O2.
Vesimolekyylien jakautumisen seurauksena vetyä saadaan tilavuudeltaan kaksi kertaa niin paljon kuin happea. Laitoksen kaasut kuivataan ja jäähdytetään ennen käyttöä. Laitteen poistoputket on aina suojattu takaiskuventtiileillä tulipalojen estämiseksi.
Itse rakenne on valmistettu teräsputkista ja paksuista teräslevyistä, mikä antaa koko rakenteelle korkean jäykkyyden ja mekaanisen lujuuden. Kaasusäiliöt on painetestattava.
Laitteen elektroninen yksikkö ohjaa kaikkia tuotantoprosessin vaiheita ja antaa käyttäjälle mahdollisuuden seurata paneelin ja painemittarien parametreja, mikä takaa turvallisuuden. Elektrolyysin hyötysuhde on sellainen, että noin 500 kuutiometriä molempia kaasuja saadaan 500 ml:sta vettä noin 4 kW/h sähköenergian hinnalla.
Verrattuna muihin vedyn tuotantomenetelmiin, vesielektrolyysillä on useita etuja. Ensin käytetään saatavilla olevia raaka-aineita — demineralisoitua vettä ja sähköä. Toiseksi tuotannon aikana ei synny saastuttavia päästöjä. Kolmanneksi prosessi on täysin automatisoitu. Lopuksi tulos on melko puhdas (99,99 %) tuote.
Siksi elektrolyysilaitoksia ja niistä valmistettua vetyä käytetään nykyään monilla teollisuudenaloilla: kemiallisessa synteesissä, metallien lämpökäsittelyssä, kasviöljyjen valmistuksessa, lasiteollisuudessa, elektroniikassa, sähkön jäähdytysjärjestelmissä jne.
Elektrolyysilaitos on järjestetty seuraavasti. Ulkopuolella on vetygeneraattorin ohjauspaneeli. Lisäksi on asennettu tasasuuntaaja, muuntaja, jakelujärjestelmä, demineralisoitu vesijärjestelmä ja lohko sen täyttöä varten.
Elektrolyyttikennossa vetyä tuotetaan katodilevyn puolella ja happea anodin puolella. Täällä kaasut poistuvat solusta. Ne erotetaan ja syötetään erottimeen, sitten jäähdytetään demineralisoidulla vedellä ja erotetaan sitten painovoiman avulla nestefaasista. Vety johdetaan pesuriin, jossa nestepisarat poistetaan kaasusta ja jäähdytetään kierukassa.
Lopuksi vety suodatetaan (suodatin erottimen yläosassa), jossa vesipisarat poistetaan kokonaan ja menee kuivauskammioon. Yleensä happea ohjataan ilmakehään. Demineralisoitu vesi pumpataan pesukoneeseen.
Tässä lipeää käytetään lisäämään veden sähkönjohtavuutta. Jos elektrolyysilaitteen toiminta jatkuu normaalisti, nestettä lisätään kerran vuodessa pieni määrä. Kiinteä kaliumhydroksidi asetetaan nestesäiliöön, joka on kaksi kolmasosaa täynnä demineralisoitua vettä, ja pumpataan sitten liuokseen.
Elektrolysaattorin vesijäähdytysjärjestelmällä on kaksi tarkoitusta: se jäähdyttää nesteen 80-90 °C:seen ja jäähdyttää syntyneet kaasut 40 °C:seen.
Kaasuanalyysijärjestelmä ottaa vetynäytteitä. Erottimessa olevat lipeäpisarat erotetaan, kaasu syötetään analysaattoriin, paine alennetaan ja vedyn happipitoisuus tarkistetaan. Ennen kuin vety ohjataan säiliöön, kastepiste mitataan kosteusmittarista. Ohjaajalle tai tietokoneelle lähetetään signaali, jossa päätetään, sopiiko tuotettu vety varastosäiliöön toimitettaviksi, täyttääkö kaasu hyväksymisehdot.
Yksikön työpainetta säätelee automaattinen ohjausjärjestelmä. Anturi vastaanottaa tietoa elektrolysaattorin paineesta, minkä jälkeen tiedot lähetetään tietokoneelle, jossa sitä verrataan asetettuihin parametreihin. Tulos muunnetaan sitten suuruusluokkaa 10 mA olevaksi signaaliksi ja käyttöpaine pidetään ennalta määrätyllä tasolla.
Yksikön käyttölämpötilaa säätelee pneumaattinen kalvoventtiili.Tietokone vertaa samalla lämpötilaa asetusarvoon ja ero muunnetaan sopivaksi signaaliksi PLC.
Elektrolysaattorin turvallisuus varmistetaan lukitus- ja hälytysjärjestelmällä. Vetyvuodon sattuessa ilmaisimet tekevät tunnistuksen automaattisesti. Tässä tapauksessa ohjelma sammuttaa välittömästi tuotannon ja käynnistää tuulettimen huoneen tuulettamiseksi. Käyttäjän tulee pitää kannettava vuodonilmaisin. Kaikki nämä toimenpiteet mahdollistavat korkean turvallisuustason saavuttamisen elektrolyysilaitteiden käytössä.