تولید هیدروژن به روش الکترولیز

تولید هیدروژن به روش الکترولیز

تولید هیدروژن به روش الکترولیز آب در مقیاس صنعتی با استفاده از انرژی الکتریکی و الکترولیت قلیایی یکی از روشهای تولید هیدروژن در مقیاس صنعتی است.

گاز هیدروژن کاربردهای متنوعی در واحدهای صنعتی دارد. پالایشگاه ها، واحدهای شیمیایی، صنایع فلزی و صنایع غذایی از گاز هیدروژن در فرایندهای شیمیایی استفاده می کنند. ولی استفاده از هیدروژن به واحدهای صنعتی محدود نمی شود. امروزه هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی پاک برای تولید برق در پیلهای سوختی و تأمین نیروی محرکه خودروهای شخصی یا خودروهای حمل و نقل عمومی مورد استفاده قرار می گیرد.

فرایند متداول تولید گاز هیدروژن در ظرفیتهای بالا رفورمینگ گاز طبیعی است. در ظرفیتهای کمتر از ۵۰۰ مترمکعب در ساعت و یا مکانهایی که امکان دسترسی به گاز طبیعی وجود ندارد، روش الکترولیز آب، فرایند اصلی تولید هیدروژن است. در حال حاضر بزرگترین مصرف کننده گاز هیدروژن در جهان پالایشگاه های نفت هستند. نزدیک به ۷۵ درصد مصرف گاز هیدروژن در جهان در پالایشگاه های نفت صرف کاهش مقدار گوگرد سوختهای دیزل براساس استاندارهای سختگیرانه به روی گوگرد و افزایش کیفیت سوخت حاصل از نفت خام سنگین می شود. پیش بینی ها نشان می دهد که با توجه به افزایش مصرف نفت خام سنگین، نیاز به هیدروژن نیز در سالهای آینده متناسباً افزایش یابد.

تولید هیدروژن به روش الکترولیز

تولید هیدروژن از آب به عنوان یکی از عناصر تشکیل دهنده این مایع قابل دسترس یکی از گزینه های اصلی تولید گاز هیدروژن از دیرباز بوده است. الکترولیز نیز یکی از فرایندهای آزموده شده و موفق در این زمینه در مقیاس آزمایشگاهی بوده است. ولی از زمان تولید هیدروژن در مقیاس صنعتی به وسیله فرایند الکترولیز مدت زیادی نمی گذرد. زیرا فناوری تولید هیدروژن از طریق الکترولیز در قالب پکیج های صنعتی از پیچیدگیهای فراوان برخوردار است. کنترل فرایند، انتخاب آلیاژهای مناسب و شناسایی شرایط بهینه عملیاتی تنها بخشی از دشواریهای ساخت این واحد ها می باشد.

الکترولیز آب با کیفیت مشخص شده با هدف تجزیه آب به عناصر سازنده آن یعنی اکسیژن و هیدروژن انجام می گیرد. در فرایند الکترولیز از یک جریان الکتریکی مستقیم و دو الکترود استفاده می شود. منبع جریان الکتریکی با جریان مستقیم به دو الکترود موجود در آب متصل می شود که طی این فرایند، آب تجزیه شده و گاز هیدروژن در کاتد و گاز اکسیژن در آند تولید می گردند. گاز هیدروژن تولیدی، دو برابر میزان اکسیژن بوده و هر دو گاز متناسب با کل شارژ الکتریکی هستند که وارد آب می گردند. الکترولیز آب خالص، انرژی بسیار زیادی لازم دارد و بدون این انرژی زیاد، عمل الکترولیز بسیار آهسته صورت می گیرد. این عمل با افزودن یک الکترولیت (مانند نمک،اسید یا باز) سریعتر انجام می پذیرد و دارای مزایایی همچون بهتر شدن کیفیت آب به دلیل تولید اکسیژن پس از تصفیه آب است. الکترولیت نیز معمولا با مقدار مشخص توسط پکیج تزریق مواد شیمیایی به آب افزوده می شود تا غلظت محلول با دقت بالایی کنترل شود.

آب مورد نیاز پکیج های تولید هیدروژن به روش الکترولیز باید فاقد املاح محلول و هدایت الکتریکی بسیار پایین باشد. به همین دلیل آب ورودی قبل از ورودی به پکیج در دستگاه تصفیه آب صنعتی خالص سازی می شود. در دستگاههاي الكتروليز دو قطبي، جايي كه آب فوق خالص(DM) به دو گاز H2 و O2 تبديل ميشود ( هيدروژن در سمت كاتد و اكسيژن در سمت آند تجمع مييابد) گازهاي اكسيژن و هيدروژن انتقال يافته پس از خنك شدن توسط مبدلهاي حرارتي از الكتروليت جدا مي شوند.

هيدروژن حاصل از اين مرحله حاوي مقداري رطوبت و ناخالصي اكسيژن (۱/۰-۲/۰ درصد ) مي باشد، بنابراين جهت دستيابي به خصوص بالاتر و كاهش غلظت اکسیژن ميتوان هيدروژن را از ميان كاتاليست پلاتينيم عبور داده و اكسيژن آنرا تا ۱ ppm كاهش داد. هچنين جهت حذف رطوبت گاز هيدروژن، مي توان با عبور گاز از غربالهاي مولكولي نقطه شبنم گاز را به حداقل مقدار ممكن رساند.

شرکت مهندسی فران، پکیج های تولید هیدروژن به روش الکترولیز را با توجه به مزایای ذیل از با همکاری شرکتهای پیشگام صاحب فناوری پیشنهاد می نماید:

مصرف انرژي پايين

در طراحی واحدهاي يوتيليتي، مصرف انرژي همیشه به عنوان یکی از ملاحظات اصلي مطرح مي باشد. از اين رو شركت فران پكيجهاي توليد هيدروژن را با طرحي مناسب جهت به حداقل رساندن ميزان مصرف انرژي با بالاترين كارائي ارائه مي نمايد. همچنين از آنجايي كه گاز توليدي توسط اين واحدها ۱۵ بار ميباشد در اغلب فرآيندها نيازي به كمپرسور براي افزايش فشار نیست.

عملكرد سيستم با قابلیت اطمينان بالا

عملكرد ايمن و مطمئن سيستم در همان فازهاي اوليه طراحي مد نظر قرار گرفته و در صورت بروز هر گونه اختلال در عملكرد يا كيفيت گاز توليدي، سيستم به صورت اتوماتيك خاموش خواهد شد.

رعايت استانداردهاي زيست محيطي

این سيستم ها هيچ گونه آلودگي زيست محيطي از قبل دود و يا گازهاي گل خانهاي ايجاد نكرده و به دليل بسته بودن سلولهاي حاوي الکتروليت امكان، هيچ گونه نشتی و هدر رفتن گاز و يا الكتروليت وجود نخواهد داشت.

پكيجهاي پيش ساخته و واحدهاي تأمين شده توسط شركت فران، قابليت توليد هيدروژن با فشار بالا بدون نياز به كمپرسور را دارا مي باشند. همچنين امكان تأمين اين پکیج ها براساس شرايط و نيازمندهاي فرآيندي در صنايع مختلف تأسیسات نفتی(با امكان نصب در ساحل و يا فرا ساحل)، نيروگاه هاي حرارتي، فرآيندهاي نفتي و شيميايي، صنايع شيرسازي، و ساير عمليات حرارتي وجود دارد.

مشخصات فنی پکیج:

ظرفيت هيدروژن توليدي ۵- ۵۰۰  NM3/hr
در صد خلوص ۹۸ % – ۹۹/۹۹ %
نقطه شبنم  (۶۰-)c°
فشار ۱۵ تا ۳۰ بار بدون نياز به كمپرسور