Электролиз воды

Август 3, 2022

Главная
Химия
Электролиз воды

Содержание

2. При электролизе воды кроме водорода, выделяющегося на катоде, в качестве ценного побочного продукта на аноде выделяется
3. Для производства водорода электролиз проводят в водных растворах щелочей —NаОН или КОН, менее агрессивных по отношению
4. В стандартных условиях (25°С, 0,1 МПа) теоретическое напряжение разложения воды составляет 1,23в. Фактическое напряжение, прилагаемое к
5. Зависимость удельного сопротивления щелочного электролита р от температуры: 1— раствор КОН (мол. доля 35%); 2 —
6. При температурах выше 100°С удельное сопротивление электролита и, следовательно, напряжение на электролизере возрастает из-за увеличения газонаполнения
7. Для электролиза воды применяют биполярные электролизеры фильтрпрессного типа с циркуляцией электролита. Электролизер составлен из 50— 170
8. ппппппп
9. В качестве пористой диафрагмы используют асбестовую ткань, армированную никелевой проволокой. Соединенные последовательно ячейки представляют собой биполярную
10. Стоимость электроэнергии составляет 90% себестоимости электролитического водорода, причем степень использования электроэнергии не превышает 30%. Это ограничивает
12. На рис. приведена схема электрохимической стадии комбинированной системы. Диоксид серы подают во внутреннюю полость пористого анода,
14. Производство по данной схеме позволяет снизить энергопотребление в 2 раза. При крупномасштабном производстве электролитического водорода в
16. Скачать презентацию

Слайд 2

При электролизе воды кроме водорода, выделяющегося на катоде, в качестве ценного

побочного продукта на аноде выделяется кислород, применяемый в металлургии, химической промышленности и в других отраслях народного хозяйства. Электролитическое разложение воды проводят в присутствии фонового электролита -кислот, щелочей или солей, так как электрическая проводимость воды весьма мала и составляет 4-10*6 Ом-м*' для дистиллированной воды и 1-10*1 водопроводной.

Слайд 3

Для производства водорода электролиз проводят в водных растворах щелочей —NаОН или

КОН, менее агрессивных по отношению к конструкционным материалам электродов и электролизных ванн, чем кислоты (хотя электрическая проводимость кислот выше). Материалом для катодов служит сталь; иногда для снижения перенапряжения водорода на стальной катод наносят покрытие из никеля, содержащего серу. Анод изготовляется также из стали с никелевым покрытием для защиты от коррозии. В щелочной среде протекают следующие электродные процессы:

Слайд 4

В стандартных условиях (25°С, 0,1 МПа) теоретическое напряжение разложения воды составляет

1,23в. Фактическое напряжение, прилагаемое к электролизеру при электролизе воды, много выше вследствие поляризации электродов и составляет 2,3—2,5 В. Теоретический расход электроэнергии на получение 1 м3 водорода 2,55 квтч. Фактический расходный коэффициент по электроэнергии составляет при электролизе воды 5—6 кВт-ч/мЗ Н2, что отвечает степени использования электроэнергии 50-60%. Для снижения перенапряжения водорода и кислорода на электродах, а также для уменьшения удельного сопротивления электролита электролиз щелочных растворов проводят при повышенных температурах. Зависимость удельного сопротивления щелочного электролита от температуры показана на рис.

Слайд 5

Зависимость удельного сопротивления щелочного электролита р от температуры: 1— раствор КОН (мол.

доля 35%); 2 — раствор NаОН (мол. доля 25%)

Слайд 6

При температурах выше 100°С удельное сопротивление электролита и, следовательно, напряжение на электролизере

возрастает из-за увеличения газонаполнения электролита. При высоких температурах электролиз проводят под давлением, снижающим поляризацию электродов. Применение давления 1—3 МПа позволяет проводить электролиз воды при температуре около 120°С. (Изменение электрического состояния электрода (его потенциала, плотности заряда двойного электрического слоя) под влиянием проходящего через границу раздела электрод – электролит электрического тока называется поляризацией электрода. При поляризации потенциал электрода отличается от равновесного значения)

Слайд 7

Для электролиза воды применяют биполярные электролизеры фильтрпрессного типа с циркуляцией электролита.

Электролизер составлен из 50— 170 отдельных биполярных ячеек. Для наиболее мощных электролизеров число ячеек составляет 160— 170. Схема биполярного электролизера представлена на рис. Ячейка состоит из двух стальных биполярных электродов и стальной никелированной рамы, к которой крепится пористая диафрагма, разделяющая внутреннюю полость ячейки на анодное и катодное пространства для раздельного выделения катодного (водород) и анодного (кислород) продуктов. К сплошным биполярным электродам крепятся выносные перфорированные электроды (на рис. не показаны) с целью развития электродной поверхности, на которой идут электрохимические реакции.

Слайд 8

ппппппп

Слайд 9

В качестве пористой диафрагмы используют асбестовую ткань, армированную никелевой проволокой.

Соединенные последовательно ячейки представляют собой биполярную конструкцию, в которой все промежуточные электроды работают, с одной стороны, как анод, а с другой — как катод, а крайние электроды работают монополярно; к крайним монополярным электродам подведен постоян-ный электрический ток. Электролит циркулирует между электролизером и сепараторами, в которых газообразные продукты электролиза отделяются от жидкости. Водород и кислород, выделенные в сепараторах, присоединяют к основным газовым потокам, выходящим из электролизера в сборные каналы, а электролит возвращают в электроли-зер. Фильтрпрессные электролизеры отличаются компак-тностью и минимальным межэлектродным расстоянием
при высокой их производительности.

Слайд 10

Стоимость электроэнергии составляет 90% себестоимости электролитического водорода, причем степень использования электроэнергии

не превышает 30%. Это ограничивает масштабы производства электролитического водорода. Для питания водородных электролизеров иногда используют избыточную электроэнергию АЭС, в периоды недогрузки, а также солнечную энергию (Япония). Одним из путей снижения расхода электроэнергии и интенсификации производства водорода служит высокотемпературный электролиз водяного пара с применением твердых электролитов. Электрохимическое разложение водяного пара с использованием оксидных электролитов (оксиды циркония, модифицированные оксидами кальция, иттрия, ванадия или др.) производят при 800— 1000°С и напряжении на электролизере около 1,3 В. Электрическая проводимость в таком электролите достигается за счет ионов кислорода, образующихся при разложении молекул воды:

Слайд 11

Слайд 12

На рис. приведена схема электрохимической стадии комбинированной системы. Диоксид серы подают

во внутреннюю полость пористого анода, через поры которого SО 2 диффундирует на поверхность и окисляется на ней. Образовавшиеся ионы водорода мигрируют, проходят через пористую диафрагму в като-дное пространство и восстанавливаются на катоде, образуя газо-образный водород. Серная кислота циркулирует в системе. В эле-ктролизере катод выполнен из нержавеющей стали, устойчивой по отношению к серной кислоте. Анодом служит полый внутри, пористый графитовый блок.

Слайд 13

Слайд 14

Производство по данной схеме позволяет снизить энергопотребление в 2 раза. При

крупномасштабном производстве электролитического водорода в каскаде соединенных последовательно электролизеров в качестве побочного продукта получают тяжелую воду путем постепенного концентрирования тяжелой воды в электролизерах и ее извлечения методом изотопного обмена. Воду, обогащенную тяжелой водой-(D20 ), выводят из последней ступени каскада электролизеров.