1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Результаты недавних отечественных н зарубежных исследой указывают иа перспектнвность использования в качестве анод- катализаторов также соединений типа перовскитов 5ИМез о д 'М О,ге — металлы группы лантаноидов (Рг, Ьа, !Чб и др.). Разнитие поверхности катализатора является эффентивным мето- увеличения электрохимической активности электродов. С этой ю катализаторы делают пористыми с высокой удельной поверхно, Экспериментальные исследования показывают, что для катодиой ции выделения водорода на никелевом катализаторе увеличение щения истинной поверхности катода к видимой до 140 приводит зрастанию активности катода примерно в 30 раз, причем процесс слепня водорода осуществляется как на внешней поверхности порио слоя, так и в его глубине.
Для анодной реакции выделения кисдз развитие поверхности ката;шзатора приводит к существенно ему возрастанию активности анода. Следует отметить, что создание электродов с высокоразвитой поверхностью катализаторов р с ° п и условии сохранения их механической прочности и каталитнческой активности в течение длительного срока эксплуатации является весьма сложной задачей, в особенности для окисных катализаторов. Одним из путей увелвчения электрохимической активности элек.
тродов является их гидрофоб«зация. Гидрофобизация электродов приводит к уменьшению отрывных диаметров газовых пузырьков, уменьшению степени заполнения поверхности газовой фазой и к увеличению поверхности контакта электролит — катализзтор, т. е. к увеличению активности электродон. Гидрофобизация в большей степени влияет па эффективность анодного процесса выделения кислорода, чем на про. цессы на катоде, в связи с меньшими диаметрами пузырьков водорода, Наряду с исследованиями и разработками, направленными на уменьшение анодного и катодного перенапряжений, в настоящее время большое внимание уделяется совершенствованию пористых разделительных диафрагм (мембран) с целью уменьшения в иих омических потерь.
Материал пористой диафрагмы зависит от типа ячейки. В ячейках, показанных на рис. 3.4га, диафрагма отделена от электродов слоем электролита и может быть изготовлена из пористого металла, в ячейках на рис. 3.4,б диафрагма должна быть изолятором, Металлокерамнческие диафрагмы обладают хорошей коррозионной стойкостью прн повышенных температурах и относительно низким сом $3 противлением.
Например, в современных никелевых пористых дифраг. мах с пористостью около 504Ь', размерами пор от 2 до 30 мкм и тол- щиной от 0,4 до 0,7 мм потери напряжения в 30 сй КОН п и Т=353 К и 1=2 А см-т составляют от О,1 до 0,25 В Такие мембраны стабильно работают до температур около 600 К [27). Пористые диафрагмы, не обладающие электронной проводимостью, могут быть использованы в ячейках обоих типов. При этом уменьшает- ся опасность коротких замыканий и увеличивается надежность работы электролизера.
Наиболее распространенным материалом для таких диа- фрагм сегодня является асбестовая ткань илн асбонартон, который, Т) 350 К. В однако, недостаточно стабилен и подвержен коррозии при температ ра ур х ботка ко ози ) 350 К. В связи с этим одной из важнейших задач являет ется разрарро онно-стойких при повышенных температурах и прочных пористых материалов, не обладающих электронной пронодимостью, для диафрагм щелочных электролизеров. В качестве таких исходных ма.
терналов в последнее время активно исследуются сульфоннрованный иалы н тетрафторзтилен, титанат бария, гексатитанат калия (К Т' О ), р . а основе полусурьмяной кислоты и некоторые др гие. Эти ма. терна.ты в неноторых случаях имеют волоконную струнтуру, диафрагмы из них изготовляются путем прессования со связующим, что обеспечи- вает достаточную механнческуго прочность при высоной пористостн. Весьма перспективным материалом для диафрагм может оказаться по- ристый окисленный нинель.
Ниже и е приведены типичные характеристики современ- ных щелочных электролизеров (по литературным данным): Плотность тока, кА м — '......... 1,5 — 2,5 Напряжение на ячейке, В, Зат ат при 1=2 кА м — '........, . 1,8 — 22 атраты энергии на производство водорода, кВт ч м-' 4,3 — 5,4 Рабочая температура, К...,..... 340 — 360 Рабочее давление, МПа....., ., 0,1 Т ип электролита .
. . . . . . . . . . 25 — 30 св КОН П Выход по току, св.......... 99 — 99,5 роизводительность единичного агрегата по водороду мз ч-' . . . . . , . . . . . . 700 †8 Наиболее перспективным путем совершенствования ще- лочных электролизеров является увеличение их рабочей лочн температуры и давления. Увеличение температур ных электролизерах обычно сопровождается повыше- ' нием давления для предотвращения выкипания щелочи. На ис. 3.5 п р ..5 приведены полярнзационные характеристики пе ат 35— никелевых анодов н катодов в 50с1с КОН в интер о в интервале тем- ператур 3 — 538 К по данным (261. Как видно на рисунке, ток обмена процессов выделения водорода и особенно кис- лорода с ростом температуры существенно возрастает и перенапряжение уменьшается. 3.10 и Увеличение давления в соответствии с ура уравнением ( . ) приводит к росту Е„ однако падение напряжения на ячейке при этом уменьшается, в особенности для ячеек типа показанных на рис.
3,4,а. Это связано с тем, что при возрастании р, во-первых, уменьшаются размеры газовых 84 пузырьков и объемное газосодержание электролита, т, е. уменьшаются омические потери в нем, во-вторых, уменьшаются степень заполнения поверхности электродов газовой фазой и отрывные диаметры газовых пузырьков и, в-тр - ретьих, увеличивается объемное заполнение пористого эл ектроча жидким электролитом, т.
е. повышается эфф П и тивность использования поверхности электродов, р электролизе под давлением появляется возможность существенно увеличить температуру ячейки без выкипания щелочи и увеличения газонаполнения электролита. Е,В 0 ,мд см 1,0 Рис, 3.5. Поляризапиониые характеристики никелевых электродов: температуры: Г ЗИ; 3 — 4яа; 3 — 463; 4 666 К Проведение электролиза под давлением, крометого, позволяет отказаться от установки газгольдеров и компрессоров после электролизера и обеспечивает зкономию на сжатие в компрессоре получаемых водорода и кислорода. Поскольку при разложении 1 л воды при атмосферном давлении образуется около 1200 л Нз и 600 л Оз, вообще говоря, при проведении процесса в замкнутом объеме можно увеличить давление до 150 МПа и более, т, е, возможность увеличения давления практически не ограничена.
Наиболее существенный эффект, однако, достигается при переходе от атмосферного давления к давлениям до 1 — 5 МПа. При этом температура ячейки может быть увеличена до 393— 433 К.' Дальнейший рост давления не приводит к существен- 85 Плотность тона, кА и — ' Напряжение иа ячейке, В Затраты энергии иэ производство Рабочая температура, К Рабочее давление, МПз Тив электролита Производительность едииичиого ду, м'ч-' . 1 — 2 .
1,75 — 1,9 водорода, кВт ч м-' 4,2 — 4,7 . 330 — 400 . 3 — 4 . 25 — 30% КОН агрегата во водоро. !00 †7 В последние годы широко проводятся научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки, направленные на создание мощных эффективных щелочных электролизеров для крупномасштабного производства водорода из воды при атмосферном и повышенных давлениях. Этн работы развиваются в нескольких направлениях.
Совершенствуются существующие типы и конструкции мощных электролизеров фильтр-прессного биполярного и ягцичного униполярного типов, широко используемые в настоящее время — электролизеры завода Уралхиммаш, фирм «Броун — Бовери», «Динора», «Лурги», «Норск — 1'идро», 36 ному возрастанию зкономии электроэнергии и в ряде случаев оказывается, что если, например, потребителю необхо. дим водород давлением р>20 МПа, то экономически более целесообразно получить его электролизом под давлением около 5 МПа с последующим сжатием в компрессоре до р>20 МПа. С ростом давления увеличивается растворимость водорода и кислорода в электролите и уменьшается выход по току. Например, для электролизеров типа ЭФ при изменении давления от 0,1 до 10 МПа выход по току уменьшается со 100 до 95,5%. Однако в связи с отмеченными выше обстоятельствами эффективность процесса в целом возрастает 128!.
Электролиз воды под давлением был предложен еще в Х!Х в. и впервые нашел техническое применение в нашей стране в 30-х годах нашего столетия, когда были построены установки с электролизерами типа ЭФ для работы под давлением 1,0 — 1,5 МПа. В 50-х годах ХХ в. фирма «Лурги» (ФРГ) выпустила электролизеры Зданского — Лонца производительностью до 740 мз.ч — ' Нз для работы под давлением до 3 — 4 МПа. В настоящее время в промышленности работают злектролизеры со сравнительно невысоким давлением — до 1 — 4 МПа и широко проводятся работы по созданию электролизеров разлячных типов на повышенные давления. Ниже приведены основные характеристики современных мощных щелочных электролизеров для работы под давлением (по литературным данным): о>ейшн» и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
