水電解制氫設備

水電解制氫設備

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　　電解水制氫工作原理

　　電解水制氫的原理

　　一、在工業(yè)上通常采用如下幾種方法制取氫氣：一是將水蒸氣通過灼熱的焦炭(稱為碳還原法)，得到純度為75%左右的氫氣;二是將水蒸氣通過灼熱的鐵，得到純度在97%以下的氫氣;三是由水煤氣中提取氫氣，得到的氫氣純度也較低;第四種方法就是電解水法，制得的氫氣純度可高達99%以上，這勝業(yè)上制備氫氣的一種重要方法。在電解氫氧化鈉(鉀)溶液時，陽極上放出氧氣，陰極上放出氫氣。電解氯化鈉水溶液制造氫氧化鈉時，也可得到氫氣。

　　對用于冷卻發(fā)電機的氫氣的純度要求較高，因此，都是采用電解水的方法制得。

　　二、電解水制氫原理

　　所謂電解就是借助直流電的作用，將溶解在水中的電解質(zhì)分解成新物質(zhì)的過程。

　　1、電解水原理

　　在一些電解質(zhì)水溶液中通入直流電時，分解出的物質(zhì)與原來的電解質(zhì)*沒有關系，被分解的是作為溶劑的水，原來的電解質(zhì)仍然留在水中。例如、氫氧化鈉、氫氧化鉀等均屬于這類電解質(zhì)。

　　在電解水時，由于純水的電離度很小，導電能力低，屬于典型的弱電解質(zhì)，所以需要加入前述電解質(zhì)，以增加溶液的導電能力，使水能夠順利地電解成為氫氣和氧氣。

　　氫氧化鉀等電解質(zhì)不會被電解，現(xiàn)以氫氧化鉀為例說明：

　　(1)氫氧化鉀是強電解質(zhì)，溶于水后即發(fā)生如下電離過程：

　　于是，水溶液中就產(chǎn)生了大量的K+和OH-。

　　(2)金屬離子在水溶液中的活潑性不同，可按活潑性大小順序排列如下：

　　K>Na>Mg>Al>Mn>Zn>Fe>Ni>Sn>Pb>H>Cu>Hg>Ag>Au

　　在上面的排列中，前面的金屬比后面的活潑。

　　(3)在金屬活潑性順序中，越活潑的金屬越容易失去電子，否則反之。從電化學理論上看，容易得到電子的金屬離子的電極電位高，而排在活潑性大小順序前的金屬離子，由于其電極電位低而難以得到電子變成原子。H+的電極電位

　　=-1.71V，而K+的電極電位

　　=-2.66V，所以，在水溶液中同時存在H+和K+時，H+將在陰極上首先得到電子而變成氫氣，而K+則仍將留在溶液中。

　　(4)水是一種弱電解質(zhì)，難以電離。而當水中溶有KOH時，在電離的K+周圍則圍繞著極性的水分子而成為水合鉀離子，而且因K+的作用使水分子有了極性方向。在直流電作用下，K+帶著有極性方向的水分子一同遷向陰極，這時H+就會首先得到電子而成為氫氣。　　2、水的電解方程

　　在直流電作用于氫氧化鉀水溶液時，在陰極和陽極上分別發(fā)生下列放電反應，見圖8-3。

　　圖8-3 堿性水溶液的電解

　　(1)陰極反應。電解液中的H+(水電離后產(chǎn)生的)受陰極的吸引而移向陰極，接受電子而析出氫氣，其放電反應為：

　　(2)陽極反應。電解液中的OH-受陽極的吸引而移向陽極，最后放出電子而成為水和氧氣，其放電反應為：

　　陰陽極合起來的總反應式為：

　　電解

　　所以，在以KOH為電解質(zhì)的電解過程中，實際上是水被電解，產(chǎn)生氫氣和氧氣，而KOH只起運載電荷的作用。

　　三、電解電壓

　　在電解水時，加在電解池上的直流電壓必須大于水的理論分解電壓，以便能克服電解池中的各種電阻電壓降和電極極化電動勢。電極極化電動勢是陰極氫析出時的超電位與陽極氧極出時的超電位之和。因此，水電解電壓U可表示為：

　　式中U0——水的理論分解電壓，V;

　　I——電解電流，A;

　　R——電解池的總電阻，Ω;

　　——氫超電位，V;

　　——氧超電位，V。

　　從能量消耗的角度看，應該盡可能地降低電解電壓。下面討論影響電解電壓的幾個因素：

　　(1)水的理論分解電壓UO。熱力學的研究得出：原電池所做的較大電功等于反應處由能變的減少，即：

　　式中

　　——標準狀態(tài)下電池反應的吉布斯自由能變，J/mol;

　　n——反應中的電子轉移數(shù);

　　F——法拉第常數(shù)，96500C/mol;

　　E0——標準狀態(tài)下反應的標準電動勢，V。

　　在生成水的化學反應中，自由能變?yōu)?474.4kJ/mol，即

　　2H2(g)+O2(g)=2H2O (1)

　　這是一個氧化還原反應，在兩個電極上的半反應分別為：

　　O2+4H++4e=2H2O

　　2H2=4H++4e

　　電子轉移數(shù)n=4，由

　　=-NFE0得

　　-474.4×103=--4×96500E0

　　可見，在0.1MPa和25℃時，U0=1.23V;它是水電解時必須提供的最小電壓，它隨溫度的升高而降低，隨壓力的升高而增大，壓力每升高10倍，電壓約增大43mV.

　　四、制氫設備的制氫量衡算和電能消耗

　　1、法拉第定律

　　電解水溶液制氫時，在物質(zhì)量上嚴格遵守法拉第定律：各種不同的電解質(zhì)溶液，每通過96485.309C的電量，在任一電極上發(fā)生得失1 mol電子的電極反應,同時與得失1 mol電子相對應的任一電極反應的物質(zhì)量亦為1mol。

　　F=96485.309C/mol稱為法拉第常數(shù)，它表示每摩爾電子的電量。在一般計算中，可以近似取F=96500C/mol。根據(jù)拉第定律，可以得到下式：

　　M=kIt=kQ

　　式中 k——表示1h內(nèi)通過1A電流時析出的物質(zhì)量，g/(A·h);

　　I——電流，A;

　　t——通電時間，h;

　　m——電極上析出的物質(zhì)的質(zhì)量，g;

　　Q——通過電解池的電荷量，A·h。

　　由于庫侖單位很小，所以工業(yè)上常用的電荷量單位是安培·小時，它與法拉第常數(shù)F的關系是：

　　1F=96500/3600=26.8 A·h

　　2、制氫量衡算

　　從法拉第定律可知，26.8A·h電荷量能產(chǎn)生0.5mol的氫氣，在標準狀態(tài)下，0.5mol氫氣占有的體積是11.2L，則1A·h電荷量在一個電解小室的產(chǎn)氣量

　　應為

　　(A·h)

　　如果考慮電流效率，那么每臺電解槽每小時的實際產(chǎn)氫量

　　應為：

　　m3

　　式中 m——電解槽的電解小室數(shù)，m=

　　I——電流，A;

　　t——通電時間，h;

　　——電流效率，%。

　　同樣地，可以計算出氧氣的產(chǎn)氣量

　　，它正好是氫氣產(chǎn)氣量

　　的1/2。

　　3、電能的消耗

　　電能消耗W與電壓U和電荷量Q成正比，即

　　W=QU

　　根據(jù)法拉第定律，在標準狀況下，每產(chǎn)生1m3的氫氣的理論電荷量Q0為：

　　因此，理論電能消耗W0為：

　　式中：U0為水的理論分解電壓，U0=1.23V。

　　在電解槽的實際運行中，其工作電壓為理論分解電壓的1.5~2倍，而且電流效率也達不到，所以造成的實際電能消耗要遠大于理論值。目前通過電解水裝置制得1m3氫氣的實際電能消耗為4.5~5.5kW·h。

　　4、電解用水消耗

　　電解用水的理論用量可用水的電化學反應方程計算：

　　通電

　　2H2O

　　2H2↑+O2↑

　　KOH

　　2×18 g 2×22.4L

　　x g 1000L

　　式中：x為標準狀況下，生產(chǎn)1m3氫氣時的理論耗水量，g;22.4L為1mol氫氣在標準狀況下的體積。

　　x/18=1000/22.4

　　x=804g

　　在實際工作過程中，由于氫氣和氧氣都要攜帶走一定的水分，所以實際耗水量稍高于理論耗水量。目前生產(chǎn)1m3氫氣的實際耗水量約為845~880g。

　　仲鑫達生產(chǎn)2-1000m3/h 水電解制氫設備/裝置

　　產(chǎn)品簡介

　　設備組成:主體設備，輔助設備及電控設備。

　　主體設備組成：電解槽，附屬設備一體化框架。

　　輔助設備組成：水箱，堿箱及補水泵及氣體減壓分配框架等。

　　電控設備組成：整流柜，配電柜等。

　　設備特點：設備設計*可以根據(jù)用戶量身定做，電解槽、氣液處理裝置、氫氣干燥框架組裝為一個框架!

　　ZXD集裝箱式水電解制氫設備

　　產(chǎn)品特點

　　ZXD集裝箱式水電解制氫設備/系統(tǒng)，集成電解槽、氣液處理器、三塔純化設備、控制柜、整流柜、變壓器于40尺集裝箱(12192mmX2438mmX3200mm)

　　該設備具有土建量小，便于安裝和移動等優(yōu)點，用戶只需要接入水、電、即可隨時隨地制氫，高純氫制氫量可高達100Nm3/h每套

　　產(chǎn)品氫氣純度達到99.999%，露點達到-70℃

　　水電解（制氫設備）氫氣發(fā)生器  
電解水（制氫）氣體發(fā)生器  
（電解水）高純氫氣發(fā)生器
發(fā)電機冷卻（制氫設備）工業(yè)氫發(fā)生器
（制氫設備）氫氣發(fā)生器裝置 
電解氫氣發(fā)生器（制氫機）
制氫氣裝置-工業(yè)制氫機-制氫純度高
（制氫機）電解水制氫公司
水電解工藝制氫機（制氫設備）
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