Produzione di idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua - tecnologia e attrezzature
L'elettrolisi dell'acqua è un processo fisico-chimico in cui l'acqua viene decomposta in ossigeno e idrogeno sotto l'influenza di una corrente elettrica continua. La tensione CC per la cella si ottiene, di norma, rettificando la corrente alternata trifase. In una cella elettrolitica, l'acqua distillata subisce l'elettrolisi, mentre la reazione chimica procede secondo il seguente schema ben noto: 2H2O + energia -> 2H2 + O2.
Come risultato della divisione delle molecole d'acqua in parti, l'idrogeno si ottiene in volume il doppio dell'ossigeno. I gas nell'impianto vengono disidratati e raffreddati prima dell'uso. I tubi di uscita dell'apparecchio sono sempre protetti con valvole di non ritorno per prevenire incendi.
La struttura stessa è realizzata con tubi di acciaio e spesse lamiere di acciaio, che conferiscono all'intera struttura elevata rigidità e resistenza meccanica. I serbatoi di gas devono essere testati a pressione.
L'unità elettronica del dispositivo controlla tutte le fasi del processo produttivo e consente all'operatore di monitorare i parametri del pannello e dei manometri, il che garantisce la sicurezza. L'efficienza dell'elettrolisi è tale che da 500 ml di acqua si ottengono circa 500 metri cubi di entrambi i gas con un costo di circa 4 kW/h di energia elettrica.
Rispetto ad altri metodi di produzione di idrogeno, l'elettrolisi dell'acqua presenta numerosi vantaggi. In primo luogo, vengono utilizzate le materie prime disponibili: acqua demineralizzata ed elettricità. In secondo luogo, non ci sono emissioni inquinanti durante la produzione. In terzo luogo, il processo è completamente automatizzato. Infine, l'output è un prodotto abbastanza puro (99,99%).
Pertanto, gli impianti di elettrolisi e l'idrogeno da essi prodotto sono utilizzati oggi in molte industrie: nella sintesi chimica, nel trattamento termico dei metalli, nella produzione di oli vegetali, nell'industria del vetro, nell'elettronica, nei sistemi di raffreddamento nell'elettricità, ecc.
L'impianto di elettrolisi è disposto come segue. All'esterno c'è il pannello di controllo del generatore di idrogeno. Inoltre sono stati installati un raddrizzatore, un trasformatore, un impianto di distribuzione, un impianto di acqua demineralizzata e un blocco per il suo reintegro.
In una cella elettrolitica, l'idrogeno viene prodotto sul lato della piastra catodica e l'ossigeno sul lato dell'anodo. Questo è dove i gas lasciano la cella. Vengono separati e alimentati ad un separatore, quindi raffreddati con acqua demineralizzata, quindi separati per gravità dalla fase liquida. L'idrogeno viene inviato a uno scrubber dove le goccioline liquide vengono rimosse dal gas e raffreddate in una serpentina.
Infine, l'idrogeno viene filtrato (filtro nella parte superiore del separatore), dove le gocce d'acqua vengono completamente eliminate, ed entra nella camera di essiccazione. L'ossigeno è solitamente diretto verso l'atmosfera. L'acqua demineralizzata viene pompata nella lavatrice.
Qui, la liscivia viene utilizzata per aumentare la conduttività elettrica dell'acqua. Se il funzionamento dell'elettrolizzatore continua come al solito, il liquido viene rabboccato una volta all'anno in una piccola quantità. L'idrossido di potassio solido viene posto in un serbatoio liquido pieno per due terzi di acqua demineralizzata, quindi pompato in soluzione.
Il sistema di raffreddamento ad acqua dell'elettrolizzatore ha due scopi: raffredda il liquido a 80-90 °C e raffredda i gas risultanti a 40 °C.
Il sistema di analisi del gas preleva campioni di idrogeno. Le gocce di liscivia nel separatore vengono separate, il gas viene inviato all'analizzatore, la pressione viene ridotta e viene controllato il contenuto di ossigeno dell'idrogeno. Prima che l'idrogeno venga inviato al serbatoio, il punto di rugiada viene misurato nell'igrometro. Verrà inviato un segnale all'operatore o al computer per decidere se l'idrogeno prodotto è idoneo alla consegna al serbatoio di stoccaggio, se il gas soddisfa le condizioni di accettazione.
La pressione di esercizio dell'unità è regolata da un sistema di controllo automatico. Il sensore riceve informazioni sulla pressione nell'elettrolizzatore, dopodiché i dati vengono inviati a un computer, dove vengono confrontati con i parametri impostati. Il risultato viene quindi convertito in un segnale dell'ordine di 10 mA e la pressione operativa viene mantenuta ad un livello predeterminato.
La temperatura di esercizio dell'unità è regolata da una valvola pneumatica a membrana.Analogamente, il computer confronterà la temperatura con il setpoint e la differenza verrà convertita in un segnale appropriato per PLC.
La sicurezza dell'elettrolizzatore è garantita dal sistema di blocco e allarme. In caso di perdite di idrogeno, il rilevamento viene eseguito automaticamente dai rilevatori. In questo caso il programma spegne immediatamente la generazione e avvia il ventilatore per ventilare l'ambiente. L'operatore deve tenere un rilevatore di perdite portatile. Tutte queste misure consentono di raggiungere un elevato grado di sicurezza nel funzionamento degli elettrolizzatori.