Produção de hidrogênio por eletrólise da água — tecnologia e equipamentos

A eletrólise da água é um processo físico-químico no qual a água é decomposta em oxigênio e hidrogênio sob a influência de uma corrente elétrica direta. A tensão contínua para a célula é obtida, via de regra, pela retificação da corrente alternada trifásica. Em uma célula eletrolítica, a água destilada sofre eletrólise, enquanto a reação química ocorre de acordo com o seguinte esquema bem conhecido: 2H2O + energia -> 2H2 + O2.

Como resultado da divisão das moléculas de água em partes, o hidrogênio é obtido em volume duas vezes mais que o oxigênio. Os gases na planta são desidratados e resfriados antes do uso. As tubagens de saída do aparelho estão sempre protegidas com válvulas anti-retorno para evitar incêndios.

A própria estrutura é feita de tubos de aço e chapas grossas de aço, o que confere a toda a estrutura alta rigidez e resistência mecânica. Os tanques de gás devem ser testados quanto à pressão.

A unidade eletrônica do aparelho controla todas as etapas do processo produtivo e permite ao operador monitorar os parâmetros do painel e manômetros, o que garante a segurança. A eficiência da eletrólise é tal que cerca de 500 metros cúbicos de ambos os gases são obtidos a partir de 500 ml de água a um custo de cerca de 4 kW/h de energia elétrica.

Em comparação com outros métodos de produção de hidrogênio, a eletrólise da água tem várias vantagens. Em primeiro lugar, são utilizadas as matérias-primas disponíveis — água desmineralizada e eletricidade. Em segundo lugar, não há emissões poluentes durante a produção. Em terceiro lugar, o processo é totalmente automatizado. Finalmente, a saída é um produto bastante puro (99,99%).

Portanto, as plantas de eletrólise e o hidrogênio produzido a partir delas são usados ​​hoje em muitas indústrias: na síntese química, no tratamento térmico de metais, na produção de óleos vegetais, na indústria do vidro, na eletrônica, em sistemas de refrigeração em eletricidade, etc.

A planta de eletrólise é organizada da seguinte forma. Do lado de fora está o painel de controle do gerador de hidrogênio. Além disso, foram instalados um retificador, um transformador, um sistema de distribuição, um sistema de água desmineralizada e um bloco para seu reabastecimento.

Em uma célula eletrolítica, o hidrogênio é produzido no lado da placa do cátodo e o oxigênio é produzido no lado do ânodo. É aqui que os gases saem da célula. Eles são separados e alimentados a um separador, depois resfriados com água desmineralizada e separados por gravidade da fase líquida. O hidrogênio é enviado para um purificador onde gotículas de líquido são removidas do gás e resfriadas em uma serpentina.

Por fim, o hidrogênio é filtrado (filtro na parte superior do separador), onde as gotas de água são totalmente eliminadas, e entra na câmara de secagem. O oxigênio é geralmente direcionado para a atmosfera. A água desmineralizada é bombeada para a lavadora.

Aqui, a lixívia é usada para aumentar a condutividade elétrica da água. Se a operação do eletrolisador continuar normalmente, o líquido é reabastecido uma vez por ano em uma pequena quantidade. Hidróxido de potássio sólido é colocado em um tanque líquido com dois terços cheio de água desmineralizada e, em seguida, bombeado para a solução.

O sistema de resfriamento a água do eletrolisador serve a dois propósitos: resfria o líquido a 80-90 °C e resfria os gases resultantes a 40 °C.

O sistema de análise de gás coleta amostras de hidrogênio. As gotas de lixívia no separador são separadas, o gás é alimentado ao analisador, a pressão é reduzida e o teor de oxigênio do hidrogênio é verificado. Antes que o hidrogênio seja direcionado para o tanque, o ponto de orvalho é medido no higrômetro. Um sinal será enviado ao operador ou ao computador para decidir se o hidrogênio produzido é adequado para entrega ao tanque de armazenamento, se o gás atende às condições de aceitação.

A pressão de trabalho da unidade é regulada por um sistema de controle automático. O sensor recebe informações sobre a pressão no eletrolisador, após o que os dados são enviados para um computador, onde são comparados com os parâmetros definidos. O resultado é então convertido em um sinal da ordem de 10 mA e a pressão de operação é mantida em um nível predeterminado.

A temperatura de operação da unidade é regulada por uma válvula de diafragma pneumática.O computador comparará de forma semelhante a temperatura com o ponto de ajuste e a diferença será convertida em um sinal apropriado para CLP.

A segurança do eletrolisador é garantida pelo sistema de bloqueio e alarme. Em caso de vazamento de hidrogênio, a detecção é feita automaticamente por detectores. Neste caso, o programa desliga imediatamente a geração e liga o ventilador para ventilar o ambiente. O operador deve manter um detector de vazamento portátil. Todas essas medidas permitem alcançar um alto grau de segurança na operação dos eletrolisadores.