Исследование влияния режимных параметров на эффективность работы электролизера высокого давления

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2019.04.053
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 22, № 4, 2019 (декабрь)
Страницы 53-60

 

Авторы

А. А. Шевченко, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: shevchenko84@ukr.net, ORCID: 0000-0002-6009-2387

Н. Н. Зипунников, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), ORCID: 0000-0002-0579-2962

А. Л. Котенко, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), ORCID: 0000-0003-2715-634X

И. А. Воробьева, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), ORCID: 0000-0002-1712-8831

В. М. Семикин, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), ORCID: 0000-0001-5042-810X

 

Аннотация

Высокое давление генерируемых газов (водорода и кислорода) дает возможность повысить эффективность работы электрохимического генератора. Описаны энергетические составляющие процесса разложения жидкого электролита под давлением. Представлены зависимости снижения затрат энергии на ячейке при электролизе воды под давлением при разных температурах. Установлено, что с повышением давления усиливаются процессы деполяризации электродов растворенными газами, однако их количественное значение и влияние на выход по току зависит от конструкции электролизеров, принятой схемы циркуляции электролита и условий проникания растворенного водорода в анодное пространство и кислорода – в катодное. Рост давления электрохимического процесса получения водорода и кислорода сопровождается увеличением их растворимости в электролите, что может сопровождаться процессами деполяризации анода и катода растворенными газами. Переход работы электролизного оборудования от атмосферного давления к давлениям порядка 0,1 – 4,0 МПа наиболее эффективен. Снижение напряжения протекания электрохимических реакций обусловлено процессами деполяризации электродов, растворенными газами, а также снижением газонаполнения вследствие уменьшения размера газовых пузырьков. С ростом давления увеличивается значение электродного потенциала, что должно привести к увеличению напряжения на ячейке, но наблюдается обратное. Это можно объяснить снижением напряжения потерь в процессе электролиза. Проведен сравнительный анализ существующих технологий электролизного получения водорода и кислорода. Для корректного сравнения энергоэффективности безмембранной технологии получения водорода и кислорода высокого давления и существующих промышленных электролизных технологий следует суммировать энергозатраты на электролизное производство водорода промышленным  способом и последующее его компримированние.

 

Ключевые слова: электролизер, водород, кислород, высокое давление.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  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.

 

Поступила в редакцию 17 сентября 2019 г.

Принята в печать