Раздел 11. Производство водорода электролизом воды

Раздел 11. Производство водорода электролизом воды

11.1 Общая информация

Технология производства водорода электролизом воды имеет ряд преимуществ перед другими методами получения водорода: позволяет получать продукт с высокой чистотой [87]; дешевое сырье - вода; отсутствие вредных отходов; простота и непрерывность технологического процесса, возможность автоматизации; продолжительный срок эксплуатации электролизеров.

Таблица 11.1 - Технические характеристики водорода по [87]

Наименование показателя	Норма для марки
	А	Б
1. Объемная доля водорода в пересчете на сухой газ, %, не менее	99,99	99,95
2. Суммарная объемная доля кислорода и азота, %, не более	0,01	0,05
3. Массовая концентрация водяных паров при 20 °С и 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), г/м3, не более:
а) в трубопроводах	0,5	0,5
б) в баллонах под давлением	0,2	0,2

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 промышленностях, промышленности средств связи и в энергетике.

11.2 Описание технологического процесса производства водорода из воды

Технология производства водород 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 11.1 представлена блок-схема производства водорода методом электролиза воды.

Рисунок 11.1 - 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. Питательная вода подается в электролизеры на узел получения водорода.

В качестве электролита в электролизерах используется 25-28 % раствор щелочи, который готовится на узле приготовления электролита путем смешения дистиллированной 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 11.2, перечень основного оборудования - в таблице 11.3.

Таблица 11.2 - Описание технологического процесса производства водорода из воды

Входной поток	Подпроцесс	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Паровой конденсат (водяной пар)	Переиспарение парового конденсата	Питательная вода	Аппарат переиспарения	Вода котловая
Калия гидроокись	Растворение гидроокиси калия в воде	Электролит	Реактор с мешалкой	нет
Питательная вода; Электролит	Электролиз воды	Водород сырец	Электролизер	Кислород в атмосферу
Водород сырец	Очистка и осушка водорода	Водород очищенный	Аппараты гидрирования и осушки	Вода после регенерации осушителей, Шум 92 дБА

Таблица 11.3 - 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 нм3/ч, по кислороду 250 нм3/ч
Контактный аппарат (реактор)	Очистка водорода от кислорода	вертикальный цилиндрический аппарат, внутренний диаметр - 1200 мм Высота цил. части - 1524 мм

11.3 Нормы расхода сырья и энергоресурсов

Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов приведены в таблице 10.4.

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо слов "таблице 10.4" следует читать "таблице 11.4"

Таблица 11.4 - Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов при производстве водорода электролизом воды

Наименование ресурсов	Единицы измерения	Расход Максимальный
Конденсат паровой	кг/тыс.м3	866,94
Калия гидроокись	кг/тыс.м3	0,421
Калия бихромат	кг/тыс.м3	0,016
Цеолит NaA	кг/тыс.м3	0,341
Катализатор АП	кг/тыс.м3	0,011
Электроэнергия	/тыс.м3	5450
Теплоэнергия (водяной пар)	Гкал/тыс.м3	0,406
Топливо (газ природный)	тыс. м3/тыс.м3	1
Вода оборотная	м3/тыс.м3	360

11.4 Текущие уровни эмиссий при производстве водорода электролизом воды

При производстве водорода загрязняющих выбросов в атмосферу нет. Выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

11.4.1 Сбросы при производстве водорода электролизом воды

Сбросы при производстве водорода приведены в таблице 11.5.

Таблица 11.5 - Текущие уровни сбросов в водную среду при производстве водорода электролизом воды

Загрязняющее вещество	Значение, не более (кг/тыс. м3)
Химическое потребление кислорода (ХПК)	0,43

11.4.2 Отходы производства водорода электролизом воды

В процессе производства водорода электролизом воды образуются отходы минеральных масел, отработанный палладиевый катализатор, отработанный циолит.

Таблица 11.6 - Текущие уровни отходов при производстве водорода электролизом воды

N	Загрязняющее вещество	Удельное значение, кг/тыс. м3, не более	Класс опасности	Метод обезвреживания
1	Катализатор алюмопалладиевый отработанный	0,011	3	Передается на завод для извлечения драг. металлов
2	Цеолит отработанный	1,77	5	Захоронение на полигоне пром. отходов
3	Масло отработанное	2,79	3	Сжигание в печи