Совместными усилиями к общему успеху...

с 1997 года
Дистрибьютор производителей

Генеральный партнер компании
rus eng deu fra
ita esp lat lit
kaz ukr uzb turk
English (int.) Deutsch English (USA) English Español Français Italiano Português 日本語 简体中文

Получение водорода. Изготовление, сборка, тестирование и испытание установок для получения водорода
производится на заводах в Швейцарии, Германии, Франции, Турции, США, Японии и Кореи

Получение водорода. Установки получения (производства) водорода.
Пример нашего технического решения для генератора водорода

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию различные установки для получения водорода.

Общее описание и способы получения водорода

В свободном виде водород встречается на нашей планете лишь в очень ограниченных объёмах. Он может выделяться иногда при вулканических извержениях совместно с другими газами или из буровых скважин, где добывают нефть. Но весьма распространен водород в составе различных соединений.

Выбор имеющихся возможностей извлечения водорода зависит полностью от вида, в каком прибывает сырье, предназначенное для его получения. Учитывая распространение водорода в виде различных соединений, его выделение должно осуществляться в ходе реакций разложения с применением соответствующих химических методов:

а) реакция разложения метана при создании высокой температуры;
б) разложение воды также при поддержании высоких температур;
в) разложение сероводорода в высокотемпературных условиях;
г) при взаимодействии металла с кислотой (соляная кислота и цинк);
д) из гидрида натрия;
е) извлечение из природного газа и пр.

Получение или выделение водорода в промышленности можно охарактеризовать с помощью ниже приведенных реакций, в виде которых может быть представлено производство водорода:

1. Процесс электролиза, которому подвергаются водные растворы солей:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2

2. Пропускание паров воды при 1000 °C над раскаленным коксом:

H2O + C ⇔ CO↑ + H2

3. Способ получения из природного газа.

а) конверсия с паром воды:

CH4 + H2O ⇔ CO + 3H2 (при 1000 °C)

б) окисление кислородом в присутствии катализатора:

2CH4 + O2 ⇔ 2CO + 4H2

4. Риформинг и крекинг углеводородов при переработках нефти, при которых и происходит разложение этих углеводородов. В процессе крекинга нефти получается много водорода как побочного продукта. При возможном отделении этого водорода от других продуктов крекинга никакими другими методами можно не пользоваться вообще. Но, к сожалению, на нефтеперерабатывающих заводах в настоящее время сжигается водород напрасно, вместе с прочими отходами крекинга. Эти отходы, кстати, могут быть использованы с пользой.

Получение водорода в условиях промышленности связано с процессом выделения его из природного газа, вернее, из его основного компонента метана. Его смешивают с кислородом и паром воды. Выделение водорода происходит при высоких температурах. При нагревании смеси указанных газов до 800-900 °C происходит реакция в присутствии катализатора, которая схематически может быть представлена в виде уравнения:

2CH4 + O2 + 2H2O → 2CO2 + 6H2

Затем полученную газовую смесь разделяют. Выделенный при этом водород очищается и используется или на месте получения, или транспортируется в нужное место под повышенным давлением в стальных баллонах.

Не менее важным способом получения водорода в промышленности является его выделение из газов переработки нефти или из коксового газа. Благодаря глубокому охлаждению, свойственному данному методу, все газы сжижаются, кроме водорода.

При необходимости в промышленности можно осуществлять концентрирование водорода с помощью различных процессов:

  • криогенного;
  • короткоциклового;
  • мембранного.

Материальные затраты более рентабельны и эффективность процесса более высокая при концентрировании водорода мембранным способом.

При получении водорода в лабораториях выбирают те исходные продукты, водород из которых выделяется легче. Большей частью водород в лабораториях получают электролизом водных растворов KOH или NaOH. Концентрацию этих растворов подбирают в соответствии с максимальным показателем их электропроводности (34% для KOH и 25% для NaOH). На изготовление электродов идёт обычно листовой никель, ибо он не подвергается коррозии при погружении в раствор щелочи. Получение водорода или его выделение в лабораторных условиях можно охарактеризовать с помощью ниже следующих реакций:

1) При действии кислот на металлы (кислота разбавленная). Обычно используют цинк в гранулах и 20-30%-ый раствор серной кислоты, с добавлением 2–3 зёрнышек медного купороса для ускорения реакции, которую проводят, как правило, в аппарате Киппа. Чистота водорода обусловлена чистотой исходных продуктов. В водороде могут присутствовать следы примесей сероводорода, азота, арменоводорода, для удаления которых водород подвергают дополнительной очистке. Можно применять вместо цинка железо, например, в виде стружки, или другие металлы. Заменять серную кислоту на соляную нежелательно, ибо водород будет притягивать хлороводород. Для реализации этой реакции обычно используют цинк и серную кислоту. Ниже следует уравнение для реакции с применением серной кислоты:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

2) При взаимодействии кальция и воды:

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

3) При гидролизе гидридов, при котором гидриды металлов легко разлагаются водой, образуя соответствующую щёлочь и водород, например, при гидролизе гидрида натрия:

NaH + H2O → NaOH + H2

4) При действии на алюминий или цинк щелочных растворов. Получаемый данным способом водород обладает высокой степенью чистоты. Листовой или амальгамированный алюминий или алюминиевую проволоку нарезают мелкими кусочками и опускают в аппарат Киппа, заполненный 10-15%-м раствором щелочи.

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2

Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2

5) В ходе электролиза водных щелочных растворов или растворов кислот на катоде также происходит выделение водорода, например:

2H3O+ + 2e- → 2H2O + H2

Катионы металлов с низким показателем электродного потенциала не восстанавливаются на катоде, они остаются в растворе. А на катоде же идёт электрохимический процесс восстановления водорода из молекул воды.

6) При электролитическом способе разложения воды:

2H2O = 2H2 + O2

Вода в своём чистом виде почти совсем не токопроводная, поэтому к ней добавляют электролиты, например, КОН. В ходе электролиза на катоде наблюдаем за выделением водорода, а на аноде, соответственно - кислорода. В данном методе кислород - продукт побочный, и выделяется он в том же количестве. Кислород легко удаляется при пропускании газа через определённые катализаторы, водород же, получаемый электролизом воды, представляет собой довольно дорогой продукт.

7) При взаимодействии пара воды и фиолетового фосфора:

2Р + 8Н2О = 2Н3РО4 + 5Н2

Пары фосфора от восстановления в электрической печи фосфата кальция пропускают над катализатором с паром воды при 400-600 °С. Контакт образовавшейся в начале процесса Н3РО4 с фосфором при образовании РН3 и Н3РО3 в результате взаимодействия прерывают закалкой в ходе быстрого охлаждения. Данным методом, как и при сжижении (фракционном) коксового газа, получают идущий на синтез аммиака водород.

8) Водород получают разложением метана, однако это требует присутствия высокой температуры. Кроме водорода, побочным продуктом будет сажа, находящая также широкое применение в промышленном секторе:

CH4 = C + 2H2

В промышленности имеются и другие способы, реализуемые в процессах получения водорода: электролиз водных растворов солей, взаимодействием воды с металлами, окисление кислородом метана (при присутствии катализаторов) и некоторые другие. Исходными сырьевыми продуктами могут быть для производства водорода мусор и даже биологические отходы.

Наряду с электролизом, который требует значительных энергетических затрат, в промышленности существует и второе направление для получения водорода – плазмохимия. Метод плазмохимии гораздо производительнее, здесь в основе лежит химическая активность плазмы (ионизованного газа). Чрезмерно высокие температурные характеристики процесса и большие скорости прохождения химических реакций в фазе газового состояния обеспечивают гигантскую производительность плазмотрона. Прямое разложение водяного пара на водород и кислород плазмохимическим способом пока малоэффективно. Но водород можно получать данным методом в два этапа. Такой водород пригоден для применения в областях промышленности и энергетике, ибо он дешевле электролизного почти в 15 раз.

Установки получения водорода - компактные, надежные системы, непрерывно и успешно используются протяжении 15 лет. Эти системы были разработаны для легкой установки и для безопасной, надежной, полностью автоматической работы. Выработка газа происходит при давлении, пригодном для эксплуатации, и газ может быть сжат до фактически любого давления при выходе из генератора.

Сверхчистый газ

установка получения водорода

Выработка водорода под давлением, по требованию, сверхчистого без какой-либо дополнительной очистки.

Выработка сверхчистого кислорода под давлением, без углеводорода и других атмосферных загрязнителей.

Легкость установки на классифицированных участках.

Контроль технологического процесса и система обработки газов содержатся в одной установке, что требует меньше площади помещения по сравнению с другими подобными системами.

Система может устанавливаться и использоваться на участках Класс 1, Раздел 2, Группа В, классифицированных по ANSI/NFPA 70, Статья 500

Отдельный блок питания со встроенным выпрямителем для изолированной установки в обычном электротехническом помещении.

Установка для получения водорода поставляется полностью собранной, предварительно проходит предварительное тестирование.

Высокое качество / Доказанная надежность

установка получения водорода

Установка разрабатывается, производится, собирается и тестируется в соответствии с процедурами, сертифицированными по ISO 9001:2000.

Все установки разработаны в соответствии с кодами и стандартами NFPA (Национальная ассоциация пожарной безопасности) для электроустановок, что обеспечивает безопасность и надежность систем.

Безопасное, автоматическое функционирование

Полностью автоматическая работа, включающая непрерывный мониторинг всех критических параметров для безопасного функционирования без надзора оператора.

Установка поддерживает только небольшое количество газов в самой установке во время работы, что дает оптимальную безопасность на рабочем месте.

Снабжена источником бесперебойного электропитания для безопасного сброса давления в системе в случае нарушения электроснабжения и выключения.

Примеры предлагаемых установок для получения водорода

Локальная установка генерации водорода высокой чистоты

Состоит из:

  • 1 генератора водорода 80 м³/ч
  • 1 генератора водорода 40 м³/ч
  • 1 очиститель (один очиститель для обоих генераторов)
  • Соединительные трубы, кабели, анализаторы и дополнительные устройства
  • 1 установка деминерализации

Технические характеристики:

Макс. поток водорода
Макс. поток кислорода
Макс давление
Напряжение
Выход водорода после очистки:
Чистота
Точка росы
Выход кислорода (не очищенный):
Чистота
120 м³/ч
60 м³/ч
5 бар
380 В перем.тока 3 фазы 50 Гц

99,999%
менее -60°C

99,2%

Преимущества:

  • Закрытое исполнение (в корпусе)
  • Трансформатор с гальванической изоляцией (между подающей линией и генератором)
  • Высокая производительность
  • Управление процессом при помощи ПК (программируемый контроллер)
  • Возможность дистанционного управления ПК / процессом

Установка получения водорода путем водного электролиза (электролизер)

установка получения водорода

Комплексная компактная система получения водорода путем водного электролиза.

Производительностью продукта водорода 500 Нм³/ч. Эта установка компактная, с высокими показателями эффективности и эксплуатационной стабильностью. Все оборудование/компоненты объединены в один контейнер.

Описание основных компонентов и их назначение в системе получения водорода путем водного электролиза.

Установка состоит из двух блоков основных компонентов, в блоке установки для получения водорода расположены: панель управления генератора водорода, выпрямитель, трансформатор, распределительная коробка и распределительное устройство, система деминерализованной воды и блок пополнения воды.

Электролизер:

В электролизере деминерализованная вода расщепляется на водород и кислород внутри электролитической ячейки посредством постоянного тока. Водород собирается на катодной стороне, затем поднимается через отверстия в катодной стороне электродной пластины, а затем выходит из пластины. Кислород собирается на анодной стороне и выходит из пластины ячейки.

Водород и кислород поступают раздельно в сепаратор, где эти газы охлаждаются водой и отделяются от смеси под действием гравитационных сил. После этого, водород поступает в промыватель для удаления содержащихся в газе капель щелока посредством деминерализованной воды. Одновременно газ охлаждается змеевиком, встроенным в промыватель. В конце процесса, водород проходит через фильтр, расположенный на верху сепаратора, для удаления капель воды, и попадает в сушильную камеру.

Получаемый в процессе кислород поступает обратно в атмосферу.

Пополнение деминерализованной воды

Деминерализованная вода поступает в промыватель с помощью насоса подачи воды.

Подготовка щелока

Функция щелока – улучшение электропроводности во время водного электролиза. При нормальных эксплуатационных условиях расход щелока находится около нуля. Пополнение щелока происходит только раз в год по необходимости, в небольших количествах.

Для подготовки щелока едкое кали в твердом виде помещается в резервуар для щелока, наполненный на две трети деминерализованной водой, а затем насос для щелока перемешивает и растворяет едкое кали в деминерализованной воде.

Система охлаждающей воды

Охлаждающая вода служит для следующих целей:

1) Охлаждает щелок посредством охладителя щелока внутри сепаратора и таким образом, удерживает рабочую температуру электролизера в диапазоне 80-90 °C.
2) Охлаждает водород и кислород посредством охладителя и температура газов на выходе из охладителя не более 40 °C.

Система анализа газа

Проба водорода поступает в систему анализа водорода через пробоотборную трубу, в котором мелкие капли щелока отделяются в сепараторе газ-жидкость, затем газ поступает к анализатору, где после снижения давления газа проверяется содержания кислорода в водороде.Перед тем, как водород поступает в соответствующий резервуар для хранения, он отбирается в отдельный влагомер для измерения точки росы; соответствующий сигнал посылается в ПК для отображения и мониторинга. Программа управления решает, будет ли отсылаться водород в резервуар для хранения (в зависимости от определенных - заданных условий).

Система автоматического контроля

Шкаф управления

Шкаф управления – основная часть всей системы автоматического контроля, отвечающая за обеспечение безопасного и стабильного функционирования всего оборудования.

Регулировка и настройка рабочего давления установки получения водорода:

Регулировка рабочего давления установки для получения водорода обеспечивает функционирование генератора при необходимом рабочем давлении. Датчик давления измеряет давление в системе, данные о котором передаются к ПК для сравнения с заданным рабочим давлением. Результат, полученный на ПК, конвертируется в стандартный сигнал 4~20 мА постоянного тока, а затем преобразуется. Рабочее давление сохраняется на заданном значении.

Регулировка и корректировка рабочей температуры установки получения водорода:

Рабочая температура электролизера может регулироваться при помощи пневматического мембранного клапана. В ПК фактическая рабочая температура будет сравнена с заданной величиной рабочей температуры, разница будет подсчитана арифметическим блоком регулятора в ПЛК. Результат будет выведен в стандартный сигнал 4~20 мA.

Сигнализация и система блокировки

Для эксплуатации в безопасном, устойчивом и надежном состоянии и мониторинга рабочего процесса установлены сигнализация и система блокировки.

Система обнаружения утечки водорода

Утечка водорода в системе генерации водорода всегда должна обнаруживаться автоматически. Для отслеживания утечек водорода предусмотрено 2 детектора. В случае утечки водорода детектор немедленно направит сигнал программе управления, в результате чего установка генерации водорода будет отключена, и одновременно включится электрический вентилятор, который выветрит водород из помещения наружу. Кроме того, для оператора предусмотрен один переносной детектор утечки водорода. Эти меры надежно предохраняют помещение, в котором происходит генерация водорода от накопления водорода и обеспечивают безопасность и надежность.


Диссоциаторы для получения водорода

Диссоциатор (генератор водорода) средней-высокой мощности, отлично подходящий для термообработки; кислородной резки; пайки-сварки кусков большого размера; работ со стеклом и хрусталем; печей спекания и термообработки; охлаждающих генераторов переменного тока средней мощности; подачи автоматических многостанционных систем пайки-сварки. Высокая экономическая эффективность; трех-фазная работа; генерация газа при низком давлении; газ производится предварительно высушенным при помощи холодильной установки. Охлаждение при помощи встроенного теплообменника жидкость/вода; вспомогательного предварительного подогрева для холодных условий окружающей среды. Сигнал оповещения для подачи воды во внешний резервуар; электронный контроль с буквенно-цифровым дисплеем и простыми диагностическими сообщениями (многоязычные).

Пример (технические характеристики):

Производство водорода 40.000 л/ч
Производство кислорода 20.000 л/ч
Макс. давление 3 ÷ 8 бар
Потребление электроэнергии 228 кВт/ч
Потребление воды 38 л/ч
Охлаждающая вода Прим. ~ 10 м³/ч макс. 30°C
Питающее напряжение 400 В перем.тока
3 фазы
Частота 50/60 Гц
Размеры:
Д х Ш х В
Производящая установка
Блок управления
Трансформатор


300x170x300 см
80х70х230 см
110x95x125 см
Общий вес:
Производящая установка
Блок управления
Трансформатор

3.200 кг
200 кг
900 кг
 
Чистота газа водород более 99.5 %
Точка росы до: 0°C

Пример технического решения для генератора водорода

Ниже представлены характеристики штатной установки скомплектованной для одного из наших заказчиков.

Технические характеристики

Производительность по водороду (3 блока по 80 нм3/ч) 240 нм3
Производительность по кислороду (3 блока по 40 нм3/ч) 120 нм3
Максимальное давление 4 бар (изб.)
Чистота продукта (водород) 99,5%
Максимальное содержание кислорода в продукте 0,5%
Точка росы ниже минус 60°C
Максимальное потребление деминерализованной воды 76 л/ч
Потребление охлаждающей воды около 10 м3
Давление охлаждающей воды 1,5-5 бар
Перепад давления охлаждающей воды на входе/выходе (ΔР) ≥1,5 бар
Максимальная температура охлаждающей воды 30°C
Мутность охлаждающей воды <0,5‰
Расход азота на продувку 2-3 м3
Давление азота на входе 4,5-8 бар
Температура окружающего воздуха от плюс 5 до плюс 35°C
Степень защиты IP 20
Максимальный уровень шума на расстоянии 1,6 м <70 дБА

Характеристики электропитания:

Установка производства водорода 380 В (переменный ток) / 3 ф / 50 Гц
Дополнительное оборудование 230 В (переменный ток) / 1 ф / 50 Гц
Максимальный ток 660 А
Максимальное потребление электроэнергии 456 кВт*ч

Технические характеристики осушителя:

Максимальное давление осушаемого газа 10 бар
Максимальная производительность 300 м3
Электропитание 230 В / 50 Гц
Среднее потребление электроэнергии 2,5 кВт
Точка росы на выходе ниже минус 60°C
Точка росы на входе (рекомендуемая) 3°C
Чистота газа на входе (водород) > 99 %
Давление регенерационного азота 4,5-9 бар
Расход регенерационного азота 34 м3
Чистота регенерационного азота > 99,5 %
Температура регенерации 250°C


Дисплей панели управления

Объём комплектации:

  • Установка производства водорода (3 шт.);
  • Осушитель (1 шт.);
  • Система для деминерализации воды (1 шт.)

Персонал компании Интех ГмбХ (Intech GmbH) всегда готов предоставить дополнительную техническую информацию по установкам для получения водорода.

Информация о нашем генеральном партнере ENCE GmbH (Швейцария):
Центральный сайт и поставляемое оборудование
Представительства в России:
Москва Нижний Тагил Липецк Череповец
ООО Интех ГмбХООО "Интех ГмбХ"