ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электролизеры для работы под давлением из "Производство водорода кислорода хлора и щелочей" Процесс электролиза воды под давлением имеет большие технические и экономические преимущества помимо снижения напряжения на ячейке, достигается экономия энергии на компримирование газов. Не требуется компримирование газов, что упрощает схему их производства, получающиеся под давлением газы содержат значительно меньше паров воды, однако при этом усложняется конструкция и увеличивается стоимость электролизера и вспомогательной аппаратуры. [c.122] В настоящее время в промышленности применяют электролизеры, работающие под давлением в 10-10 —40-10 Па, и продолжаются исследования в области создания пригодных для промышленного использования конструкций для работы под более высоким давлением. [c.122] Первый электролизер для разложения воды под давлением был предложен русским ученым Лачиновым в 1888 г. [7]. С тех пор проведено много работ по конструированию и испытанию опытных конструкций электролизеров для работы под давлением [147—150]. Первые промышленные конструкции электролизеров для работы под давлением были созданы в нашей стране в 30-х годах и за рубежом в 50-х годах. [c.122] Грубое регулирование давления осуществляется с помощью игольчатых поплавковых клапанов, а тонкое — гидравлической системой с барботерами для водорода и кислорода. Биполярные электроды имеют выносные перфорированные анодный и катодный листы. Анодная сторона биполярного электрода, а также рамы и кольца каналов покрываются гальваническим слоем никеля. Для уплотнения ячеек электролизера и звеньев каналов применяются паронитовые прокладки. [c.123] Электролизеры типа ЭФ рассчитаны на нагрузку 610 А и выпускаются двух типов. Электролизер ЭФ-24 имеет 100 ячеек и при указанной нагрузке производительность его составляет 24 м Нг и 12 м Ог в час. Электролизер ЭФ-12 имеет 50 ячеек и вдвое меньшую производительность. Оба они работают при сравнительно небольшой плотности тока—1250 А/м и могут быть интенсифицированы с доведением нагрузки до 1 кА. Габариты электролизера ЭФ-24 длина — 5,1 м, ширина—1,2 м, высота—1,59 м, масса без электролита 7,9 т электролизера ЭФ-12 3 1,2 и 1,59 м, 4,85 т соответственно. [c.123] Общий вид электролизера типа ЭФ приведен на рис. 2-39, а электролизер в процессе монтажа на рис. 2-40. Вся вспомогательная аппаратура для охлаждения и фильтрации циркулирующего электролита, охлаждения и промывки водорода и кислорода, а также для регулирования давления и уровня жидкости в электролизере расположена вне электролизера в виде отдельных аппаратов. Технологическая-схема установки электролизера типа ЭФ и вспомогательной аппаратуры показана на рис. 2-41. Установка состоит из электролизера, разделительных колонок для отделения циркулирующего электролита от водорода и соответственно кислорода, а также для охлаждения электролита, фильтра, промывателей и регуляторов давления газов, баков для питательной воды и электролита и ресиверов для сбора газов. [c.123] Общий вид установки, оборудованной электролизерами ЭФ, приведен на рис. 2-42. Электролизеры ЭФ могут работать как при повышенном давлении до 10-10 —15-10 Па, так и при атмосферном. [c.124] Газонаполнение электролита повышается с увеличением нагрузки на электролизере и уменьшается с ростом давления. При уменьшении газонаполнения снижается движущая сила циркуляции электролита. Поэтому при малых нагрузках и высоких давлениях падает интенсивность циркуляции электролита и возникают затруднения в поддержании одинаковой температуры во всех ячейках электролизера по его длине. Это особенно проявляется при большом числе ячеек в электролизере. [c.124] Электролизер ЭФ в процессе сборки. [c.124] Несколько пониженная температура самых крайних ячеек объясняется большими потерями тепла в атмосферу. При росте давления неравномерность в распределении температуры по ячейкам может увеличиться. [c.126] Для повышения интенсивности циркуляции можно использовать насос на циркуляционном контуре. Усиление естественной циркуляции достигается также установкой вертикальной трубы на пути газожидкостной эмульсии от газового канала к разделительной колонке, как это показано на рис. 2-44. С удлинением этого участка возрастает движущая сила циркуляции и ее интенсивность. При длине вертикального участка трубы 1,0 м для электролизера ЭФ-24 и 0,8 м для электролизера ЭФ-12, работающих под давлением 2-10 Па и при нагрузке 600 А, различие температуры электролита в ячейках по длине электролизера не превышало 2 °С и при нагрузке 1000 А— 5°С [59]. [c.126] В электролизерах типа ЭФ по каналам для отвода газожидкостной смеси из ячеек в разделительные колонки и подачи охлажденного циркулирующего электролита в ячейки протекают токи утечки. Основная утечка тока наблюдается из трех-четырех крайних ячеек в каналы за счет включения диафрагменных рам и звеньев каналов в биполярную работу [56]. Величина утечек тока по каналу зависит от сечения каналов, степени их заполнения электролитом и основных условий эксплуатации электролизера напряжения на электролизере, рабочего давления, температуры электролита, нагрузки, величины газонаполнения электролита в каналах. Утечки тока приводят к загрязнению водорода и кислорода и увеличивают удельный расход электроэнергии на производство. [c.126] В электролизерах ЭФ в качестве электролита применяется 30%-ный раствор КОН, возможно также использование 20—25%-ного раствора NaOH, однако в последнем случае несколько возрастает напряжение на ячейке. Для предотвращения снижения чистоты кислорода к электролиту добавляют 2—3 г/л хромовых солей. [c.127] В табл. 2-12 приведены основные показатели работы электролизеров типа ЭФ с 30%-ным раствором КОН в качестве электролита при температуре 75 °С. [c.127] Электролизеры типа СЭУ [27, 59, 151, 153] выпускаются различных моделей, которые отличаются друг от друга по нагрузке, числу ячеек и габаритам. Электролизеры СЭУ фильтр-прессного типа с биполярными электродами, с выносными анодным и катодным листами и одинарной диафрагмой из асбестовой ткани рассчитаны для работы под давлением до 10-10 Па. Конструкция их предусматривает совместную естественную внещнюю циркуляцию анолита и католита. В отличие от электролизеров типа ЭФ они имеют внутренние каналы для отвода газов и подвода охлажденного циркулирующего электролита в ячейки корпуса электролизера и одну общую стяжку всего электролизера. [c.127] Диафрагменные рамы и основные листы биполярных электродов снабжены соответствующими выступами с отверстиями, образующими при сборке корпуса электролизера газовые и питательные каналы. Стяжные плиты служат одновременно и концевыми монополярными электродами. Анодная сторона биполярных электродов и диафрагменные рамы гальванически покрыты слоем никеля. Схемы регулирования давления водорода и кислорода в ячейках электролизера и поддержания постоянного уровня электролита аналогичны применяемым в электролизерах ЭФ. Вся вспомогательная аппаратура устанавливается вне электролизера. [c.128] В электролизерах СЭУ, вследствие применения внутренних газосборных каналов, движущая сила циркуляции электролита невелика. При работе под давлением, близким к максимальному, скорость циркуляции снижается. [c.128] Для обеспечения интенсивной циркуляции и поддержания одинаковой температуры во всех ячейках по длине электролизера устанавливают вертикальные участки на трубопроводе от газосборных каналов электролизера к разделительной колонке (как это показано ранее для электролизеров ЭФ). При увеличении длины этого участка до 0,8 м достигается скорость циркуляции, достаточная для отвода избыточного тепла от ячеек электролизера по всей его длине. При этом нагрузка на электролизере СЭУ-4М может быть увеличена в 1,5 раза, а на СЭУ-8М почти в 2 раза по сравнению с номинальной [59]. Производительность выпускаемых электролизеров СЭУ от 4 до 40 м /ч. [c.128] В табл. 2-13 приведены основные показатели электролизеров СЭУ различных типоразмеров. [c.128] Устройство ячеек электролизера СЭУ-8М показано на рис. 2-45, схема электролизера СЭУ-4М — на рис. 2-46, общий вид на рис. 2-47. На рисунках видно, что водород и кислород отводятся из середины электролизера в разделительные колонки, которые приподняты над уровнем электролизеров для образования вертикальных участков на трубопроводах для газожидкостной смеси. [c.128] Вернуться к основной статье