Раздел 6. Производство водорода

Раздел 6 Производство водорода

Технология производства водорода электролизом воды имеет ряд преимуществ перед другими методами его получения: позволяет получать продукт с высокой чистотой; дешевое сырье - вода; отсутствие вредных отходов; простота и непрерывность технологического процесса, возможность автоматизации; продолжительный срок эксплуатации электролизеров.

Водород выпускают марки А и марки Б. Водород марки А используется в электронной, фармацевтической, химической промышленностях, в порошковой металлургии: для осаждения тугоплавких соединений из окислов металлов; при спекании изделий из порошковых материалов, содержащих хром и нержавеющие стали. Водород марки Б используется в электронной, химической, цветной металлургии, фармацевтической промышленности, промышленности средств связи и в энергетике.

6.1 Описание технологического процесса производства водорода из воды

Технология производства водорода электролизом воды основана на процессе разложения воды при воздействии постоянного электрического тока и включает стадии: приготовления питательной воды; приготовления электролита; получения водорода электролизом; очистки и осушки водорода. На рисунке 6.1 представлена блоксхема производства водорода методом электролиза воды.

Рисунок 6.1 - Схема производства водорода электролизом воды

Паровой конденсат поступает на узел приготовления питательной воды. Питательная (дистиллированная) вода получается за счет переиспарения и конденсации парового конденсата или конденсации водяного пара и представляет собой дистиллированную воду. В качестве питательной воды помимо конденсата пара может быть использована глубоко очищенная и обессоленная речная вода. Питательная вода подается в электролизеры на узел получения водорода.

В качестве электролита в электролизерах используется 25-28 %-ный раствор щелочи, который готовится на узле приготовления электролита путем смешения дистиллированной или питательной воды с гидроокисью калия.

Процесс получения водорода в электролизерах основан на разложении воды под действием постоянного электрического тока на водород и кислород. При прохождении постоянного электрического тока с напряжением 380 В и силой тока до 8000 А через электролизер на электродах происходит разряд ионов водорода и гидроксила с последующим выделением: на катоде - газообразного водорода, на аноде - газообразного кислорода.

Кислород из электролизеров направляется в атмосферу, а водород подается для промежуточного хранения в газгольдер. Из газгольдера водород поступает на компримирование и далее на узел очистки и осушки. Очистка водорода от кислорода осуществляется в реакторе на стационарном алюмопалладиевом катализаторе, а осушка от влаги - в осушителях на цеолитах. Очищенный и осушенный электролитический водород направляется по трубопроводу потребителям.

Описание технологического процесса приведено в таблице 6.1, перечень основного оборудования - в таблице 6.2.

Таблица 6.1 - Описание технологического процесса производства водорода из воды

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Основные, побочные и промежуточные продукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
Паровой конденсат (водяной пар)	Переиспарение парового конденсата	Питательная вода	Вода котловая	Аппарат переиспарения
Калия гидроокись	Растворение гидроокиси калия в воде	Электролит		Реактор с мешалкой
Питательная вода; Электролит	Электролиз воды	Водород сырец	Кислород в атмосферу	Электролизер
Водород сырец	Очистка и осушка водорода	Водород очищенный	Вода после регенерации осушителей	Аппараты гидрирования и осушки

Таблица 6.2 - Перечень основного оборудования производства водорода из воды

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Аппарат переиспарения	Переиспарение парового конденсата с получением воды для электролиза	Выпарной аппарат трубчатый, вертикальный
Электролизер	Электролиз воды	Напряжение - 360 В Сила тока - 7500-8000 А Производительность по водороду - 500 нм 3/ч, по кислороду - 250 нм 3/ч
Контактный аппарат (реактор)	Очистка водорода от кислорода	Вертикальный цилиндрический аппарат, внутренний диаметр - 1200 мм Высота цил. части - 1524 мм

6.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве водорода электролизом воды

Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов при производстве водорода электролизом воды

Наименование ресурсов	Единицы измерения	Расход
		минимальный	максимальный
Конденсат паровой	кг/тыс. нм 3	-	866,94
Вода речная	кг/тыс. нм 3	-	2700
Калия гидроокись	кг/тыс.нм 3	0,421	1,05
Калия бихромат	кг/тыс. нм 3	-	0,016
Цеолит NaА	кг/тыс. нм 3	-	0,341
Катализатор АП	кг/тыс. нм 3	-	0,011
Электроэнергия	/тыс. нм 3	3263	5450
Теплоэнергия (водяной пар)	Гкал/тыс. нм 3	-	0,406
Вода оборотная	м 3/тыс. нм 3	-	360

При производстве водорода выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух нет.

Сбросы при производстве водорода приведены в таблице 6.4. В случае использования речной воды в качестве сырья для производства водорода сточная вода (концентрат) со стадий мембранной очистки и деионизации содержит в своем составе хлорит-анионы. В случае использования парового конденсата в качестве сырья хлорид-анион (хлориды) не образуются.

Таблица 6.4 - Текущие уровни сбросов в водную среду при производстве водорода электролизом воды

Наименование	Направление сбросов (в водный объект, в системы канализации)	Значение
		Минимальное	Максимальное	Среднее
Химическое потребление кислорода (ХПК), кг/тыс. нм 3	-	1,34	5,2	3,27
рН		6,5	8,5	-
Хлорид-анион (хлориды) *, кг/тыс. нм 3		0	1787,7	-
* В случае использования речной воды в качестве сырья для производства водорода

В процессе производства водорода электролизом воды образуются отходы отработанного компрессорного и индустриального масел, отработанный палладиевый катализатор, отработанный цеолит и силикагель (таблица 6.5).

Таблица 6.5 - Текущие уровни отходов при производстве водорода электролизом воды

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства, кг/тыс. м 3
				Минимальное значение	Максимальное значение	Среднее значение
Катализатор алюмопалладиевый отработанный	3		Утилизация или передача на завод для извлечения драг. металлов	0,00008	0,011	-
Цеолит отработанный	5		Утилизация	0,0018	1,43	-
Силикагель отработанный	5		Захоронение на полигоне пром. отходов	-	8,55	-
Масло отработанное	3		Вторичная переработка	0,0011	0,0014	0,0012
Масло компрессорное отработанное	3		Утилизация	0,0011	0,0014	0,0012
Масло индустриальное отработанное	3		Утилизация	0,0010	0,0010	0,0010