Статьи
10 апреля 2018
Промышленный масштаб. Сверхпроизводительные генераторы водорода Teledyne

 

Водород широко применяется в самых различных отраслях промышленности: в электронной (очистка материалов от примесей, производство оптического волокна), энергетической (охлаждение генераторов паровых турбин, в качестве топлива), фармацевтической (очистка сырья), пищевой (гидрогенизация жиров и масел, производство заменителей сахара), стекольной (создание восстановительной атмосферы, резка металла), металлургической (восстановление металлов, технологии порошковой металлургии, процессы отжига стали), химической и нефтехимической (производство перекиси водорода, этиленгликоля, пластмасс, олефинов, капролактама, масел, аммиака, метанола и т.п.).

Практически не встречающийся в природе, водород должен извлекаться из других соединений с помощью различных химических методов. Наиболее доступный способ получения водорода в сравнительно небольших масштабах — электролиз воды в щелочном растворе.

Отмечая рост интереса российских предприятий к собственной генерации водорода для оптимизации затрат и снижения производственных рисков, несколько лет назад наша компания тщательно изучила представленное на мировом рынке оборудование для производства водорода с целью выбрать лучшее для использования в наших проектах. Так, в списке технологических партнеров «Первого инженера» появилась компания Teledyne Energy Systems Inс., разработавшая несколько успешных поколений электролизного оборудования.

Помимо безусловно высокого качества оборудования, одним из критериев нашего выбора явилось то, что компания не останавливается на достигнутом и не только совершенствует уже зарекомендовавшие себя во всем мире модели оборудования, но и разрабатывает новые, расширяя возможности для своих клиентов.

Сегодня мы расскажем об очередной разработке Teledyne — новой линейке генераторов водорода TITAN тм EL-N сверхвысокой производительности (от 100 до 500 Нм3/час). Их новизна заключается не только в увеличенной мощности отдельной единицы оборудования, но также и в уникальной технологии, которая легла в основу модельного ряда.

Сам принцип работы новых генераторов остался неизменным – получение газообразного водорода методом электролиза воды в щелочном растворе (30%-ный гидроксид калия). Изменению подвергся основной компонент установки — сердце генератора — электролизный модуль.

Как и в классических моделях, процесс, протекающий в электролизном модуле новых генераторов, — это электрохимическое разложение воды на ее основные элементы: водород и кислород. Электролизный модуль разделен на множество секций с положительным и отрицательным зарядом, где электрический ток проходит между металлическими электродами через проводящий жидкий электролит (гидроксид калия — КОН). Катод и анод в модуле разделены смоченной мембраной (при ее изготовлении не используются асбестосодержащие вещества), которая позволяет электрическому току течь (посредством электролита), но предотвращает смешивание выделяющихся газов. При подаче напряжения постоянного тока, ток протекает через жидкость, контактирующую с электродами, при этом происходит выделение газов (водород выделяется на катоде, кислород — на аноде). Чистая вода расходуется внутри элемента. Электролит добавляется для минимизации электрического сопротивления и для содействия химической реакции, протекающей в объёме электролизёра, но не расходуется в процессе. Количество газа, выделяющегося на каждом электроде, находится в прямой зависимости от количества постоянного тока, протекающего через секцию электролизного модуля.

Общий вид нового электролизного модуля

Рисунок 1. Общий вид нового электролизного модуля

В новых генераторах водорода TITAN тм EL-N сам модуль имеет принципиально иную конструкцию. В ней объединены следующие элементы:

— собственно блок электролиза (в нижней части электролизного модуля);

— фазоразделительные емкости водорода и кислорода, в которых осуществляется отделение жидкого электролита генерируемых газов (в верхней части модуля);

— теплообменники для охлаждения электролита (располагаются в фазоразделительных емкостях водорода и кислорода);

— система перетока жидкого электролита из емкостей фазоразделения в электролизный блок, что позволяет щелочи двигаться в системе за счет естественной циркуляции.

Новый электролизный модуль в сборе

Рисунок 2. Новый электролизный модуль в сборе

Новый электролизный модуль в разрезе

Рисунок 3. Новый электролизный модуль в разрезе

Отдельная пластина нового электролизного модуля

Рисунок 4. Отдельная пластина нового электролизного модуля

Подобная технология позволяет уйти от применения перекачивающих насосов, осуществляющих принудительную циркуляцию щелочи в жидкостном контуре генератора водорода. В то же время новые высокопроизводительные модели генераторов водорода TITAN тм EL-N не имеют выносных фазоразделительных сосудов, а отделение жидкой фазы от газа происходит непосредственно в объеме электролизного модуля. Уникальное строение ячеек электролизера позволяет разместить внутри него, в том числе, и поверхности теплообмена, посредством которых отводится излишнее тепло от модуля.

Инновационный дизайн электролизера совмещен со стандартной системой контроля производства водорода и его доочистки до стандартной чистоты 99,9998%. Все генераторы водорода TITAN тм EL-N работают в полностью автоматизированном режиме после запуска оператором. Срок эксплуатации генераторов достигает 25 и более лет.

Электролизеры TITAN тм EL-N могут быть поставлены как в блочно-модульном (контейнерном) так и стационарном (цеховом) исполнении.

Электролизер EL-N в контейнерном исполнении

Рисунок 5. Электролизер TITAN тм EL-N в контейнерном исполнении

Применение новых технологий и десятков патентов в конструкции новой линейки генераторов водорода сверхвысокой производительности TITAN тм EL-N позволяет нашим заказчикам снизить капитальные и эксплуатационные затраты, выводя процесс производства газообразного водорода на новый уровень.

 

Валентин Рубцов
Технический менеджер компании «Первый инженер»

Вернуться