水電解制氫設(shè)備

水電解制氫設(shè)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(dá)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(shí)，陽(yáng)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(shí)，也可得到氫氣。

　　對(duì)用于冷卻發(fā)電機(jī)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(shí)，分解出的物質(zhì)與原來的電解質(zhì)*沒有關(guān)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(shí)，由于純水的電離度很小，導(dǎo)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(dǎo)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(huì)被電解，現(xiàn)以氫氧化鉀為例說明：

　　(1)氫氧化鉀是強(qiáng)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(xué)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(shí)存在H+和K+時(shí)，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(dāng)水中溶有KOH時(shí)，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(shí)H+就會(huì)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(shí)，在陰極和陽(yáng)極上分別發(fā)生下列放電反應(yīng)，見圖8-3。

　　圖8-3 堿性水溶液的電解

　　(1)陰極反應(yīng)。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(yīng)為：

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

　　陰陽(yáng)極合起來的總反應(yīng)式為：

　　電解

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

　　三、電解電壓

　　在電解水時(shí)，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(dòng)勢(shì)。電極極化電動(dòng)勢(shì)是陰極氫析出時(shí)的超電位與陽(yáng)極氧極出時(shí)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;

　　——?dú)涑娢唬琕;

　　——氧超電位，V。

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

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

　　式中

　　——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下電池反應(yīng)的吉布斯自由能變，J/mol;

　　n——反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移數(shù);

　　F——法拉第常數(shù)，96500C/mol;

　　E0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)，V。

　　在生成水的化學(xué)反應(yīng)中，自由能變?yōu)?474.4kJ/mol，即

　　2H2(g)+O2(g)=2H2O (1)

　　這是一個(gè)氧化還原反應(yīng)，在兩個(gè)電極上的半反應(yīng)分別為：

　　O2+4H++4e=2H2O

　　2H2=4H++4e

　　電子轉(zhuǎn)移數(shù)n=4，由

　　=-NFE0得

　　-474.4×103=--4×96500E0

　　可見，在0.1MPa和25℃時(shí)，U0=1.23V;它是水電解時(shí)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(shè)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(shí)，在物質(zhì)量上嚴(yán)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(yīng),同時(shí)與得失1 mol電子相對(duì)應(yīng)的任一電極反應(yīng)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(jì)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(shí)析出的物質(zhì)量，g/(A·h);

　　I——電流，A;

　　t——通電時(shí)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(kù)侖單位很小，所以工業(yè)上常用的電荷量單位是安培·小時(shí)，它與法拉第常數(shù)F的關(guān)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)電解小室的產(chǎn)氣量

　　應(yīng)為

　　(A·h)

　　如果考慮電流效率，那么每臺(tái)電解槽每小時(shí)的實(shí)際產(chǎn)氫量

　　應(yīng)為：

　　m3

　　式中 m——電解槽的電解小室數(shù)，m=

　　I——電流，A;

　　t——通電時(shí)間，h;

　　——電流效率，%。

　　同樣地，可以計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)際運(yùn)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(dá)不到，所以造成的實(shí)際電能消耗要遠(yuǎn)大于理論值。目前通過電解水裝置制得1m3氫氣的實(shí)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(xué)反應(yīng)方程計(jì)算：

　　通電

　　2H2O

　　2H2↑+O2↑

　　KOH

　　2×18 g 2×22.4L

　　x g 1000L

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

　　x/18=1000/22.4

　　x=804g

　　在實(shí)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(shí)際耗水量稍高于理論耗水量。目前生產(chǎn)1m3氫氣的實(shí)際耗水量約為845~880g。

　　仲鑫達(dá)生產(chǎn)2-1000m3/h 水電解制氫設(shè)備/裝置

　　產(chǎn)品簡(jiǎn)介

　　設(shè)備組成:主體設(shè)備，輔助設(shè)備及電控設(shè)備。

　　主體設(shè)備組成：電解槽，附屬設(shè)備一體化框架。

　　輔助設(shè)備組成：水箱，堿箱及補(bǔ)水泵及氣體減壓分配框架等。

　　電控設(shè)備組成：整流柜，配電柜等。

　　設(shè)備特點(diǎn)：設(shè)備設(shè)計(jì)*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(gè)框架!

　　ZXD集裝箱式水電解制氫設(shè)備

　　產(chǎn)品特點(diǎn)

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

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

　　產(chǎn)品氫氣純度達(dá)到99.999%，露點(diǎn)達(dá)到-70℃

　　水電解（制氫設(shè)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(jī)冷卻（制氫設(shè)備）工業(yè)氫發(fā)生器
（制氫設(shè)備）氫氣發(fā)生器裝置 
電解氫氣發(fā)生器（制氫機(jī)）
制氫氣裝置-工業(yè)制氫機(jī)-制氫純度高
（制氫機(jī)）電解水制氫公司
水電解工藝制氫機(jī)（制氫設(shè)備）
水電解催化制氫機(jī)（制氫系統(tǒng)）
風(fēng)電（電解水制氫系統(tǒng)）
光電制氫（太陽(yáng)能制氫設(shè)備）
工業(yè)制氫（水電解氫氣制備）
電解水SPE隔膜制備 （電解水制備）
再生能源電解廠-堿性電解槽
電解制氧技術(shù)-水電解法制取氧氣
定制電解設(shè)備-定制電解槽
氫氣設(shè)備-電解氫氣制氫設(shè)備
聚合物電解槽
陰離子交換電解槽
燃料電池-制氫設(shè)備-制氫氣系統(tǒng)
光伏并網(wǎng)-制氫設(shè)備-制氫裝置
熱控系統(tǒng)-電解制氫設(shè)備-電解水制氫裝置
儲(chǔ)氫-電解水制氫設(shè)備-電解水制氫裝置
能源管理-水電解制氫設(shè)備-水電解制氫裝置
綠色氫系統(tǒng)-水電解制氫技術(shù)-電解槽裝置
加氫站制氫設(shè)備-移動(dòng)式制氫設(shè)備-撬裝式制氫氣裝置
電解槽-電解槽是將電能轉(zhuǎn)化為氫氣的裝置
加氫站-供氫系統(tǒng)-水電解-氫制取系統(tǒng)設(shè)備
脫碳-電解槽制造商-電解槽工廠
電解工藝-氫氣系統(tǒng)裝置和組件制造商
氫氣加氫站-制氫機(jī)-制氫設(shè)備
能源制氫機(jī)-氫氣機(jī)廠家-制氫裝置
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