1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 18
Текст из файла (страница 18)
В результате усоф р-прессных бым~~- ой пе с ективе б д мам~ — -зН Н б и энергозатратами 4,2 — 4,5 кВт.ч ме площади для таких эле -' 1291 ект оливе а и производительности предприятия. па разработаны в Канаде ф рмой « лент — КОН, ффективность электролиза соэлектрол т ты в номинальном режиме при ставляет 81 %, а энергозатраты в но плотности тона 240 мА см р авны 4,4 кВт.ч м объединения отдельных р аг егатов может ыть необходи установка нужной производ в ительности, при этом !4 27 мв на мые производственные площ д а и составят от до ' Н ч-' в зависимости от мощности произв 100 м э ток фи мы является снижение ш " 500 А чение номинальной плотности тока до увеличение ном 358 К снижение капитальных зарабочей температуры до 5 , сни мы и создание на 25о!о. Реализация этой программы и со трат на водо ода с такими электкрупномасштабных производств в р ролизерами запланированы на конец 80-х — начало -х годов 129, 30, 311, В езультате исследований и разра о б ий созданы новые эффективные беслет в ряде лабораторий со д гие виды платиновые кат тализаторы на основе никеля и дру ы и иа агмы для электкатализаторов, опытные электроды и диафр олиза воды в растворах 25 — 30/о К ро .
353 — 393 К и давлениях 0,1 — 2 МПа, созданы температурах ы относительно небольэкспериментальные электролизеры от о е е ы нх всесторонние испытания шой мощности и проведены На ис, 3.6 п иведены «коридоры» вольт-амперных ха- 132 — 381. спективных электролизеров рактеристик современных и перспекти различных типов, полученные в результ е льтате обобщения многочисленных литературных данных. Д ых. Для современных аппаратов они основаны на их паспортн д ых анных и опыте эксплуатации, для перспективных получен р у ны по ез льтатам экспериментов на опытных образцах аппарат па атон и в некото- 57 рых случаях на экспе иментал рисунк, а, в перспективных п омыш риментальиых ячейках.
Как ясн и о з ролизера фф ро. ышленных щелочных электх эффективность п оцесса достигать 80 — 85 ош) р ц сса электролиза может — ш) при плотностях тока 500 — 1000 МА а с энергозатраты составят 4,1 — 4,8 кВт ч м-' Н . В рассмотр оизводительность с енных выше аппа ата ушествующих аппаратов. туры ячейки све х 370 К р т х увеличение темперадля предотвращения рх связано с вел е у ичением давления бочая темпер выкипания щелочи. Вместе с тем раповышена н без с атура щелочного эл электролизера может быть при этом необходимо н ез существенного повышения давления, однако щелочи.
В части , 10 . о увеличивать к н о центрацию раствора ном давлении электролиз во э ектролиз воды может осуществляться при Э '2,5 , ,ц),()((()( 25 !, Ц~!~ ()( )(',»8т ц/и'оа 50 50 .Я Оз Ее (900'С) УОО 200 500 т)00 500 500 700 000 7,МА/сме Рис. З.б. Вольт-ампирные характе ис к ных промышленных электролизерон: ри тики существ н ующ х и перспектив- 1 — промышлсиныа щсловныв элвктрализвры и нх усовсршвиствованиыв монне»- «»эам моиопол»»ыа фи мы «Звж~ лбам~ Ко по М% КОН, (2О.С, ОЛ 2,0'Мина)Р'б' то жап(",О'н'"твш'"' Цп'"УР »Р'"и"м (25 л л 3 л а т-, р взэ в расзлввэх (ыаон, ыаондлбн, ',. — а); 8-элвктролизсры с твс о ( 'С, О,! Мна); р — высокотсмпс а иыэ Рл иолимвриым ээактролн. 88 смпсраттриыэ элсктролизвры (ИЮ 'С, О,! Миа! Ят) 25 2,2 2,У г У!Я 7,0 У7 У,5 У,5 У,)У У5 У2 У!у 1 ОЮ .0 .(,(,ц),(, ц)! ц ,)((((((((((((()!'((((ц(ц ((((((ц(ц(((((((((цц (/((,НЮ((),'!Н(()((,(, Ф((! ( ()((()(цц(,!'Н(((((цц< ( ( (() ((! (((ц'!,',' (! (цц( ((((ц((((((),(()((! ! (((ц (! ц ( )ц(цп „ц)-,,((,((ц)((„!'„(ц,' ц (,ц,((„,(,ц)',! ц((1((ц(((((,ц!'! ! (()(ц(((((У ' (! ц (('((!'~ 2наОН Рис.
3.7. Схема процесса электролиза в расплане температурах до 400 К, а при давлении 0,8 МПа — при температурах до 420 К. Впоследнее время созданы эффективные катализаторы на основе никеля Ренея и стабильные диафрагмы на основе окиси никеля, которые позволяют реализовать такой процесс электролиза воды в ячейках типа показанных на рис. 3.4,б 1391. Вольт-аыперные характеристики таких ячеек получены в работах [39, 401, иа основании которых на рис. 3.6 построен «корндор» ожидаемых вольт-амперных характеристик перспективных аппаратов такого типа.
В этом случае напряжение на ячейке существенно снижается, эффективность электролиза достигает 85 — 98% при плотностях тока 500 — 1000 МА см — ', а энергозатраты составляют 3,6 — 4,3кВт ч м — ' Нт. Высокопроизводительные щелочные электролизеры такого типа по своим характеристикам будут сопоставимы с электролизе- рами с твердым полимерным электролитом. Электролиз воды при более высоких температурах (около 573 — 673 К) может быть осуществлен в среде расплавов гидроокисей — ХаОН, 1лОН, 1(1аОН/1(ОН или других веществ (39 — 43] при температуре, превышающей их температуру плавления.
Концентрация водяного пара в расплаве не превосходит нескольких проце тов. При электролизе воды в расплавах гидроокисей процесс осуществляется в щелочной среде. При электролизе в расплаве ХаОН концентрация Н2О составляет менее 4%, а в расплаве смеси ЫаОН/1лОН вЂ” 0,5%. При возрастании давления содержание Н,О в расплавах может быть повышено.
Схема процесса представлена на рис. 3.7. Используются пористые никелевые электроды. При проведении электролиза в расплавах Ут/аОН без пористой разделительной диафрагмы выход по току не пре- 68 восходит 90е! ' /э, а при наличии пористой диафрагмы дости- гает практически 100%. Выход по току повышается акж Р вменении состава расплава, например при электро- лизе воды в расплаве !чаОН/1.!ОН с молярным содержа- выхо п нием 1.1ОН, равным 50вгь; без разделител й ф д о току достигает 100%. Однако при этом п ная концепт а ия Н рац я НэО при атмосферном давлении состав- ляет 0,5%.
Эффективность электролиза воды в ячейках с рагмы почти 1ч!аОН при наличии диафрагмы и с !ч!аОН/1л1ОН с а г без пиаф- ляю ей и одинакова. Важнейшей проблем й, щ возможность создания мощных влек . о, опреде- такого типа, является а щ ых электролизеров яется разработка корвозионно-устойчивых те палов . я эффективных диафрагм и электродов !'40чз. В качестве ма- Р . ов для пористых разделительных диафрагм мог т быть использовзны окислы А1зОз, Н1Оь 7гО., Т!гО.
отношении коррозионной устойчивости приемлемы диафрагмы на основе 6А1 О, такими дпаф агмами эфф ,, однако ячейки с ператграх выше 673 К в свя и дпа рагмами эффективно работают лишь при тем. связи с уменьшением проводимо сти э з при более низких температурах. На основании с овании данных, полученных в [39 †4, на рис. 3 6 приведен «коридор» вольт-ампе ных ха р ых электролизеров для электролиза в Расплавах гидроокисей ппи температурах 620 †6 К. В электролизерах такого типа, по-ви и о-видимому, ожно будет На рис.
3.6 приведены для сравт-амперные характеристики р п репе тивных сокотечператур ь с твердым полимерным зле ным 144 45] И существующ ие и новые пе спективн усовершенствованные р тинные щелочные электро- 1 могут ыть использованы ля производс тва водорода из во ь ы для крупномасштабного полной фф " эффективностью ппеоб азов р оды с относительно высокой Разовапи" первич"ой энер юй — с при КПД электростанции 35 — 40з'. з. Электролизеры с твердым полимерным электролитом (ТПЭ) Р еальная возможность создания так появилась после разработки беспо исть д ния таких электролнзеров б ф щих удовлетворительной м е пер торированного угле ода, о р , обладаюческой стойкостью и выс к й механической п ро гностыо, химиью и высокой электропроводностью в смо- пенном водой состоянии при температурах от 300 до 420 К.
Переносчиком заряда в таких мембранах является гидратированный протон, т. е. полимерная мембрана представляет собой твердый кислый электролит. При электролизе воды на электродах, контактирующих с мембранным электролитом, реализуются следующие процессы: на аноде (2+х)Е1,0 О, ~+4Н' хН,О; на катоде 4Н' хН,О+и — 2Н, !+хН,О. Как видно из этих уравнений, при протекании в ячейке тока с анода на катод переносится некоторое количество воды. Удельное сопротивление пропитанного водой твердого электролита при 300 К составляет около 15 Ом см, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
