Дослідження впливу режимних параметрів на ефективність роботи електролізера високого тиску

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2019.04.053
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Випуск Том 22, № 4, 2019 (грудень)
Сторінки 53-60

 

Автори

А. А. Шевченко, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: shevchenko84@ukr.net, ORCID: 0000-0002-6009-2387

М. М. Зіпунніков, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0002-0579-2962

А. Л. Котенко, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0003-2715-634X

І. О. Воробйова, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0002-1712-8831

В. М. Семикін, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0001-5042-810X

 

Анотація

Високий тиск газів, що генеруються (водню і кисню), дає можливість підвищити ефективність роботи електрохімічного генератора. Описано енергетичні складові процесу розкладання рідкого електроліту під тиском. Наведені залежності зниження витрат енергії на комірці під час електролізу води під тиском за різних температур. Встановлено, що з підвищенням тиску посилюються процеси деполяризації електродів розчиненими газами, проте їх кількісне значення і вплив на вихід за струмом залежить від конструкції електролізерів, прийнятої схеми циркуляції електроліту та умов проникнення розчиненого водню в анодний простір і кисню – в катодний. Зростання тиску електрохімічного процесу отримання водню і кисню супроводжується збільшенням їх розчинності в електроліті, що може супроводжуватися процесами деполяризації анода і катода розчиненими газами. Перехід роботи електролізного обладнання від атмосферного тиску до тисків близько 0,1–4,0 МПа найбільш ефективний. Зниження напруги протікання електрохімічних реакцій обумовлено процесами деполяризації електродів, розчиненими газами, а також зниженням газонаповнения внаслідок зменшення розміру газових бульбашок. З ростом тиску збільшується значення електродного потенціалу, що має призвести до збільшення напруги на комірці, але спостерігається протилежне. Це можна пояснити зниженням напруги втрат в процесі електролізу. Проведено порівняльний аналіз існуючих технологій електролізного одержання водню та кисню. Для коректного порівняння енергоефективності безмембранної технології отримання водню та кисню високого тиску та існуючих промислових електролізних технологій слід підсумувати енерговитрати на електролізне виробництво водню промисловим способом і наступне його компримування.

 

Ключові слова: електролізер, водень, кисень, високий тиск.

 

Література

  1. Пфлейдерер Г. Электролиз воды. Л.: Химтеорет, 1935. 202 с.
  2. Zdanskу A. Weltkonferenz Jugoslavien- Bundesrepublik Deutschland, XL Teiltagung, Abt, B. 5, Bericht 3, Belgrad, 1957.
  3. Соловей В. В., Зипунников Н. Н., Шевченко А. А. Исследование эффективности электродных материалов в электролизных системах с раздельным циклом генерации газов. Пробл. машиностроения. 2015. Т. 18. № 1. С. 72–76.
  4. Пристрій для генерації водню високого тиску: пат. 103681 Україна: МПК С25В 1/12, С25В 1/03. № а201115332; заявл. 26.12.2011; опубл. 11.11.2013, Бюл. № 21. 4 с.
  5. Solovey V. V., Kozak L. P., Shevchenko A. A., Zipunnikov M. M., Campbell R., Seamon F. Hydrogen technology of energy storage making use of wind power potential. J. Mech. Eng. 2017. Vol. 20. No. 1. P. 62–68. https://doi.org/10.15407/pmach2017.01.062.
  6. Solovey V. V., Kotenko A. L., Vorobiova I. O., Shevchenko A. A., Zipunnikov M. M. Basic operation principles and control algorithm for a high-pressure membrane-less electrolyser. J. Mech. Eng. 2018. Vol. 21. No. 4. P. 57–63. https://doi.org/10.15407/pmach2018.04.057.
  7. Solovey V. V., Khiem N. T., Zipunnikov M. M., Shevchenko A. A. Improvement of the membrane-less electrolysis technology for hydrogen and oxygen generation. French-Ukrainian J. Chemistry. 2018. Vol. 6. No. 2. P. 73–79. https://doi.org/10.17721/fujcV6I2P73-79.
  8. Solovey V. V., Zipunnikov M. M., Shevchenko A. A., Vorobjova I. O., Kotenko A. L. Energy effective membrane-less technology for high pressure hydrogen electro-chemical generation. French-Ukrainian J. Chemistry. 2018. Vol. 6. No. 1. P. 151–156. https://doi.org/10.17721/fujcV6I1P151-156.
  9. Сухотин А. М. Справочник по электрохимии. Л.: Химия, 1981. 488 с.
  10. Федотьев Н. П. Прикладная электрохимия. Л.: Химия, 1967. 624 с.
  11. Якименко Л. М., Модылевская И. Д., Ткачик З. А. Электролиз воды. М.: Химия, 1970. 264 с.
  12. Sharma S., Ghoshal S. K. Hydrogen the future transportation fuel: From production to applications. Renew. Sustain. Energy Rev. 2015. Vol. 43. P. 1151–1158. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.11.093.
  13. Томилов А. П. Прикладная электрохимия: учебник. М.: Химия, 1984. 520 с.
  14. Якименко Л. М. Электрохимические процессы в химической промышленности: Производство водорода, кислорода, хлора и щелочей. М.: Химия, 1981. 280 с.
  15. Henning G. Langas. Large scale hydrogen production. Renewable Energy and Hydrogen Export. Trondheim, Norway. March 24 th. 2015. 20 p.
  16. Электролизеры / ОАО «Уралхиммаш» [Электронный ресурс]. URL: http://ekb.ru/catalog/elektrolizery/ (дата обращения 20.08.2019).
  17. Mate Barisic. Alkalische Elektrolyse in der Industriellen Anwendung. Wind to Gas – Speicherlösung Elektrolyse, VDI, IHK Gießen. Friedberg. 26 November 2012. 18 p.
  18. TELEDYNE TITAN™ EC-500. [Электронный ресурс]. URL: http://www.teledynees.com/products/Hydrogen%20Oxygen%20Generation%20Systems/Product%20Files/TESI_Brochure_TITAN_EC_Series_English_2013.pdf (дата обращения 20.08.2019).
  19. HySTATTM – A Energy Station. [Электронный ресурс]. URL: http://www.drivehq.com/file/df.aspx/isGallerytrue/shareID452352/fileID27809605?1=1 (дата обращения 20.08.2019).
  20. Wasserstoffprojekt Flughafen München. Gesellschaft für Hochleistungselektrolyse – GHW. [Электронный ресурс]. URL: https://www.linde-gas.de/de/images/argemuc_projektbeschreibung_tcm565-71308.pdf (дата обращения 20.08.2019).
  21. Smart Hydrogen Station (SHS). [Электронный ресурс]. URL: https://global.honda/innovation/FuelCell/smart-hydrogen-station-engineer-talk.html (дата обращения 20.08.2019).
  22. HOGEN ® H Series Technical Specifications. [Электронный ресурс]. URL: https://diamondlite.com/wp-content/uploads/2017/05/H-Serie-Englisch-1.pdf (дата обращения 20.08.2019).
  23. Соловей В. В., Шевченко А. А., Воробьева И. А. Повышение эффективности процесса генерации водорода в электролизерах с газопоглощающим электродом. Вестн. Харьков. нац. автомоб.-дор. ун-та. 2008 Вып. 43. С. 69–73.
  24. Струмоввід для електрохімічного генератора високого тиску: пат. 119090 Україна: МПК51, H01B 17/26; H01B 7/00. № a 2017 07264; заявл. 10.07.2017; опубл. 25.04.2019, Бюл. № 8. 6 с.
  25. Шевченко А. А. Использование ЭЛАЭЛов в автономных энергоустановках, характеризующихся неравномерностью энергопоступления. Авиац.-косм. техника и технология. 1999. №. 13. С. 111–116.
  26. Русанов А. В., Соловей В. В., Зіпунніков М. М., Шевченко А. А. Термогазодинаміка фізико-енергетичних процесів в альтернативних технологіях: в 3-х т. Т. 1. Термогазодинаміка фізико-енергетичних процесів в водневих технологіях / під заг. ред. А. В. Русанова. К.: Наук. думка, 2018. 337 с.

 

Надійшла до редакції 17 вересня 2019 р.

Прийнята до друку