Електролізна установка типу СЭУ-20

 

Електролізна установка призначена для виробництва водню та кисню. В склад електролізної установки входять: електролізери, апаратура для охолодження електроліту, промивання, охолодження, регулювання тиску, осушення газів, бак і насос для електроліту, ресивери для зберігання запасу вироблених газів, перетворювальні агрегати для живлення електролізерів випрямленим струмом, прилади контролю. Електролізна установка працює безперервно або періодично в залежності від потреб водню. Продуктивність електролізної установки може мінятись в широких межах.

Електролізер призначений для електрохімічного розкладання води на водень та кисень. Електролізер – горизонтальний збірний апарат фільтропресованого типу, що працює під тиском 1 МПа. Він складається із двох монополярних електродів, розміщених на ізольованих від землі кінцевих плитах і 50-ти біполярних електродів, стиснутих між кінцевими плитами і відділених один від одного ущільнювальними та ізолюючими прокладками, рамками діафрагми. Біполярні електроди, при проходженні через електролізер постійного струму, виділяють на одній стороні (катоді) водень, а на другій (аноді) – кисень. Гази, що виділяються на електродах, розділені азбестовою діафрагмою, яка приклеєна до рам діафрагми. Електролізер має три колектори: верхні призначений для відводу газів і електроліту, нижній - для повернення в комірки охолоджувального електроліту. Ущільнюючі прокладки електролізерів обмотуються ізоляційною плівкою із фторопласту-4.

Розподільчі колонки призначенні для відділення газів від електроліту і охолодження електроліту. Пробивачі газів призначені для промивання водню та кисню від лужного туману і для охолодження газів. Пробивачі – це вертикальні зварні апарати, обладнані змійовиками. Регулятори призначені для підтримання рівності тисків водню та кисню в апаратах електролізної установки незалежно від того, при якому тиску використовується кожний газ. Регулятори тиску обладнані поплавками і регулювальними клапанами. Поплавки можуть переміщуватись по вертикалі, закриваючи і відкриваючи клапани для випуску газів. Вирівнювальні баки призначені для зберігання запасів води, яка живить електролізери. Баки являють собою горизонтальні посудини, обладнані показниками рівня. Бак для лугу – ємкість для приготування електроліту із виносним фільтром. Гідрозатвори – пристрої, призначені для випускання кисню в атмосферу і запобігання попадання повітря в систему електролізної установки. Ресивери – посудини, призначені для зберігання запасів газів (водню та кисню).

Водень та кисень утворюються в електролізері при розкладанні води постійним струмом. Чиста вода має дуже низьку електропровідність, тому для електролізу ще додатково застосовується розчин КОН. Луг в розчині знаходиться у вигляді заряджених частинок – іонів. Вода незначно дисоціює на іони. Іон калію не розряджається на катоді, являючись тільки переносником електричного струму. З електролізерів гази поступають з електролітом в розділюючі колонки, які призначені для відділення газу від лугу, для охолодження електроліту, для забезпечення безперервної циркуляції.

Циркуляція лугу в системі електролізера необхідна для підтримки нормального теплового режиму та для вирівнювання концентрації лугу в окремих ділянках електролізера. Циркуляція електроліту викликається різницею питомих ваг газонаповненого електроліту в комірках і газовідвідних трубах та вільного від газових включень електроліту в розділюючи колонках. Електроліт охолоджується і повертається в електролізери. Водень із розподільчих колонок поступає в пробивачі, де очищується від лужного туману і охолоджується.

Пробивачі газу сполучені по рідині та розділені по газі. Рідинна система промивачів під час роботи установки пов’язана з рідинною системою електролізера для поповнення витраченої в процесі електролізу води. Живлення промивачів водою здійснюється автоматично із живльного бака. При зниженні рівня води у пробивачі водню до живильного штуцера, водень проходить в живильний бак, витісняючи еквівалентну кількість води в пробивачі водню. Таким чином, при наявності в живильних баках рівень у пробивачі водню, під час роботи в усталеному режимі, залишається незмінним.

Після промивання гази поступають в регулятори тиску, які призначені для підтримання рівня водню та кисню у пробивачах, незалежно від різниці тисків газів в осушувачі та на виході із установки. При підвищенні тиску одного із газів рівень води в регуляторі тиску цього газу знижується, а в регуляторі тиску іншого газу – підвищується. В результаті цього піднімається поплавок і закривається клапан для виходу газу, тиск якого нижчий.

Якщо з будь-яких причин збільшується кількість води в регуляторах тиску, закриваються обидва клапани і починає підвищуватись загальний тиск в середині установки.

В загальному схема регулювання тисків та рівнів працює таким чином: оскільки тиск водню в ресиверах завжди вищий, ніж тиск кисню, поплавковий клапан в регуляторі тиску водню відкритий, а в регуляторі тиску кисню – закритий.

З регуляторів тиску водень направляється в очищувач, який служить для підвищення чистоти водню. В середині очищувача знаходиться паладієвий каталізатор, який під дією високої температури 120 – 150 ⁰С сприяє перетворенню кисню, що знаходиться в воді, у воду.

При роботі електролізної установки очищувач повинен знаходитись в роботі і постійно повинен підігріватись парою. З очищувача водень попадає у водяний холодильник №1 та проходить сепаратор, де відділяється частина води, що міститься в газі у вигляді пари та крапель.

Після сепаратора водень поступає на паровий підігрівач і блок осушення. Осушення водню відбувається в одному із двох позмінно працюючих адсорберів-осушувачів, заповнених силікагелем КСМ, під час руху газу через шар сорбенту зверху-вниз. В режимі, коли один із адсорберів знаходиться в роботі, а другий після регенерації остигає, водень проходить через вимкнений паровий підігрівник та направляється в ресивери.