Production d'hydrogène par électrolyse de l'eau — technologie et équipement

L'électrolyse de l'eau est un processus physico-chimique dans lequel l'eau est décomposée en oxygène et en hydrogène sous l'influence d'un courant électrique continu. La tension continue de la cellule est obtenue, en règle générale, par redressement du courant alternatif triphasé. Dans une cellule d'électrolyse, l'eau distillée subit une électrolyse, tandis que la réaction chimique se déroule selon le schéma bien connu suivant : 2H2O + énergie -> 2H2 + O2.

En raison de la division des molécules d'eau en parties, l'hydrogène est obtenu en volume deux fois plus que l'oxygène. Les gaz de l'usine sont déshydratés et refroidis avant utilisation. Les tuyaux de sortie de l'appareil sont toujours protégés par des clapets anti-retour pour prévenir les incendies.

La structure elle-même est constituée de tubes en acier et de tôles d'acier épaisses, ce qui confère à l'ensemble de la structure une rigidité et une résistance mécanique élevées. Les réservoirs de gaz doivent être testés sous pression.

L'unité électronique de l'appareil contrôle toutes les étapes du processus de production et permet à l'opérateur de surveiller les paramètres du panneau et des manomètres, ce qui garantit la sécurité. L'efficacité de l'électrolyse est telle qu'environ 500 mètres cubes des deux gaz sont obtenus à partir de 500 ml d'eau pour un coût d'environ 4 kW/h d'énergie électrique.

Par rapport aux autres méthodes de production d'hydrogène, l'électrolyse de l'eau présente un certain nombre d'avantages. Premièrement, les matières premières disponibles sont utilisées - eau déminéralisée et électricité. Deuxièmement, il n'y a pas d'émissions polluantes lors de la production. Troisièmement, le processus est entièrement automatisé. Enfin, la sortie est un produit assez pur (99,99%).

Ainsi, les installations d'électrolyse et l'hydrogène qu'elles produisent sont aujourd'hui utilisés dans de nombreuses industries : en synthèse chimique, en traitement thermique des métaux, dans la production d'huiles végétales, dans l'industrie du verre, en électronique, dans les systèmes de refroidissement en électricité, etc.

L'installation d'électrolyse est disposée comme suit. À l'extérieur se trouve le panneau de commande du générateur d'hydrogène. De plus, un redresseur, un transformateur, un système de distribution, un système d'eau déminéralisée et un bloc pour son réapprovisionnement ont été installés.

Dans une cellule électrolytique, de l'hydrogène est produit du côté de la plaque cathodique et de l'oxygène est produit du côté de l'anode. C'est là que les gaz quittent la cellule. Ils sont séparés et introduits dans un séparateur, puis refroidis avec de l'eau déminéralisée, puis séparés par gravité de la phase liquide. L'hydrogène est envoyé vers un épurateur où les gouttelettes de liquide sont retirées du gaz et refroidies dans un serpentin.

Enfin, l'hydrogène est filtré (filtre en haut du séparateur), où les gouttelettes d'eau sont complètement éliminées, et entre dans la chambre de séchage. L'oxygène est généralement dirigé vers l'atmosphère. L'eau déminéralisée est pompée dans la laveuse.

Ici, la lessive est utilisée pour augmenter la conductivité électrique de l'eau. Si le fonctionnement de l'électrolyseur se poursuit comme d'habitude, le liquide est rempli une fois par an en petite quantité. L'hydroxyde de potassium solide est placé dans un réservoir de liquide rempli aux deux tiers d'eau déminéralisée, puis pompé en solution.

Le système de refroidissement par eau de l'électrolyseur sert à deux fins : il refroidit le liquide à 80-90 °C et refroidit les gaz résultants à 40 °C.

Le système d'analyse de gaz prélève des échantillons d'hydrogène. Les gouttes de lessive dans le séparateur sont séparées, le gaz est envoyé à l'analyseur, la pression est réduite et la teneur en oxygène de l'hydrogène est contrôlée. Avant que l'hydrogène ne soit dirigé vers le réservoir, le point de rosée est mesuré dans l'hygromètre. Un signal sera envoyé à l'opérateur ou au calculateur pour décider si l'hydrogène produit est apte à être livré au réservoir de stockage, si le gaz répond aux conditions d'acceptation.

La pression de travail de l'unité est régulée par un système de contrôle automatique. Le capteur reçoit des informations sur la pression dans l'électrolyseur, après quoi les données sont envoyées à un ordinateur, où elles sont comparées aux paramètres définis. Le résultat est ensuite converti en un signal de l'ordre de 10 mA et la pression de fonctionnement est maintenue à un niveau prédéterminé.

La température de fonctionnement de l'unité est régulée par une vanne à membrane pneumatique.L'ordinateur comparera de même la température avec le point de consigne et la différence sera convertie en un signal approprié pour API.

La sécurité de l'électrolyseur est assurée par le système de blocage et d'alarme. En cas de fuite d'hydrogène, la détection se fait automatiquement par des détecteurs. Dans ce cas, le programme éteint immédiatement la génération et démarre le ventilateur pour ventiler la pièce. L'opérateur doit garder un détecteur de fuite portable. Toutes ces mesures permettent d'atteindre un haut degré de sécurité dans le fonctionnement des électrolyseurs.