Produkcja wodoru jest kluczową technologią dla transformacji energetycznej i procesów przemysłowych, szczególnie w przemyśle chemicznym, energetycznym i motoryzacyjnym. Woda o wysokiej czystości jest niezbędnym warunkiem wstępnym dla wielu procesów produkcji wodoru, takich jak elektroliza, która jest jedną z najbardziej wydajnych i zrównoważonych metod. Jakość używanej wody ma decydujący wpływ na wydajność, żywotność i bezpieczeństwo operacyjne systemów. Woda ultraczysta i w pełni zdemineralizowana (woda demineralizowana) spełniają wysokie wymagania tych procesów.
Spis treści
Znaczenie jakości wody w produkcji wodoru
Podczas produkcji wodoru, w szczególności w procesie elektrolizy, woda jest rozkładana na wodór (H₂) i tlen (O₂). Czystość używanej wody ma kluczowe znaczenie, ponieważ zanieczyszczenia mogą powodować korozję, zanieczyszczenie lub uszkodzenie membrany w ogniwach elektrolizy.
Wymagania dotyczące jakości wody
Ultraczysta woda do elektrolizy:
- Leitfähigkeit: Extrem niedrige Werte (< 0,1 µS/cm), um elektrische Kurzschlüsse und Ablagerungen in den Elektroden oder Membranen zu verhindern.
- Związki organiczne: Praktycznie brak zanieczyszczeń organicznych, ponieważ mogą one zakłócać wydajność elektrolizy.
- Bez cząstek: Zawieszone cząstki i koloidy muszą być całkowicie usunięte, aby zapobiec mechanicznemu uszkodzeniu systemów.
- Stężenie jonów: Brak rozpuszczonych jonów, takich jak sód, chlorek lub siarczan, ponieważ mogą one prowadzić do korozji.
Woda demineralizowana do procesów technicznych:
Woda demineralizowana jest mniej czysta niż woda ultraczysta, ale spełnia wymagania mniej krytycznych procesów produkcji wodoru lub systemów wspomagających, takich jak generatory pary.- Przewodność: poniżej 20 µS/cm.
- Bez twardości: Nie zawiera jonów wapnia ani magnezu, co zapobiega powstawaniu osadów.
Uzdatnianie wody do produkcji wodoru: Spostrzeżenia i technologie
Uzdatnianie wody do produkcji wodoru wymaga wysoce rozwiniętych technologii, aby spełnić wymagania dotyczące jakości wody ultraczystej i demineralizowanej. Wybór procesu zależy w dużej mierze od pochodzenia uzdatnianej wody. Podczas gdy woda studzienna jest często zanieczyszczona wysokim poziomem składników twardości, żelaza lub manganu, woda miejska ma zazwyczaj znormalizowaną jakość podstawową, ale często zawiera chlor i związki organiczne, które należy usunąć. Oba źródła wody wymagają dostosowanych procesów uzdatniania, aby zapewnić wydajność produkcji wodoru.
1. obróbka wstępna
Oczyszczanie wstępne ma kluczowe znaczenie dla ochrony kolejnych etapów oczyszczania przed zanieczyszczeniem i zapewnienia stałej jakości wody. Jest ona dostosowana do konkretnego zanieczyszczenia wody surowej.
Pochodzenie wody i specyficzne wymagania
- Woda ze studni:
- Często podwyższone stężenie żelaza, manganu i składników twardości.
- Możliwe zmętnienie spowodowane cząstkami koloidalnymi lub zanieczyszczeniem mikrobiologicznym.
- Wymaga dodatkowych etapów, takich jak odraczanie, odmanganianie lub wytrącanie i flokulacja.
- Woda miejska:
- Chlor i produkty uboczne dezynfekcji muszą zostać usunięte, ponieważ mogą uszkodzić membrany i żywice jonowymienne.
- Związki organiczne i substancje zapachowe stanowią wyzwanie.
- Filtry z węglem aktywnym odgrywają kluczową rolę.
Typowe procesy obróbki wstępnej
- Filtr wielowarstwowy:
Usuwa zawiesiny, cząstki stałe i grube zanieczyszczenia. Warstwy piasku kwarcowego, antracytu i żwiru skutecznie zatrzymują cząstki o różnych rozmiarach. - Filtry z węglem aktywnym:
Adsorbują chlor, związki organiczne i zapachy. Węgiel aktywny chroni membrany przed uszkodzeniami chemicznymi. - Wytrącanie i flokulacja:
Cząstki koloidalne, fosforany lub rozpuszczone metale są przekształcane w cząstki stałe w wyniku reakcji chemicznych, które są następnie usuwane przez sedymentację lub filtrację.
Zdjęcie: Nasz podwójny system filtracji z piaskiem i węglem aktywnym
2. proces membranowy
Procesy membranowe są podstawą uzdatniania wody do produkcji wodoru, zwłaszcza gdy wymagana jest woda ultraczysta.
Odwrócona osmoza (RO):
- Funkcja:
W systemach odwróconej osmozy surowa woda jest tłoczona pod wysokim ciśnieniem przez półprzepuszczalne membrany, które prawie całkowicie zatrzymują rozpuszczone sole, substancje organiczne i mikrozanieczyszczenia. - Wydajność:
Usuwa do 99% rozpuszczonych soli i zanieczyszczeń. Szczególnie nadaje się do usuwania metali ciężkich, azotanów i pozostałości organicznych. - Zastosowanie:
Pierwszy główny etap demineralizacji, szczególnie w przypadku wody o wysokiej przewodności lub zawartości soli.
Elektrodejonizacja (EDI):
- Funkcja:
Połączenie wymiany jonowej i elektrochemii, które w sposób ciągły wytwarza ultraczystą wodę. Żywice są regenerowane przez pola elektryczne bez potrzeby stosowania chemicznych środków regenerujących. - Leistungsfähigkeit:
Erreicht Leitfähigkeitswerte von < 0,1 µS/cm. - Zastosowanie:
Idealne uzupełnienie odwróconej osmozy w celu usunięcia ostatnich śladów jonów i spełnienia najwyższych wymagań dotyczących czystości.
Zdjęcie: Nasz system odwróconej osmozy ALMA OSMO do produkcji wody demineralizowanej
3. wymieniacz jonowy
Wymieniacze jonowe są niezbędne do selektywnego usuwania określonych jonów z wody. Mogą być stosowane elastycznie i są ekonomiczne, zwłaszcza w przypadku zmiennej jakości wody surowej.
- Wymieniacze anionowe:
Usuwają jony chlorkowe, azotanowe i siarczanowe, które mogą powodować korozję lub zanieczyszczenie. - Wymieniacz kationowy:
Usuwa substancje tworzące twardość, takie jak wapń i magnez, które prowadzą do powstawania osadów. - Żywice ze złożem mieszanym:
Łączą wymienniki anionowe i kationowe i zapewniają wyjątkowo czystą wodę. Często stosowane w połączeniu z EDI.
Zalety wymieniaczy jonowych:
- Wysoka selektywność dla określonych jonów.
- Żywice regeneracyjne zmniejszają zużycie chemikaliów.
- Nadaje się do produkcji wody demineralizowanej i jako etap polerowania wody ultraczystej.
Zdjęcie: Nasz system wymiennika jonów ALMA ION z filtrem wielowarstwowym ALMA FIL.
Kluczowe procesy technologiczne w praktyce
Konkretna kombinacja technologii zależy od jakości wody surowej i wymagań końcowych. Typowe przykłady to
Połączenie odwróconej osmozy i EDI:
- Zastosowanie: Produkcja ultraczystej wody dla elektrolizerów z membraną wymiany protonów (PEMEL).
- Zaleta: praca praktycznie bez użycia środków chemicznych i stała jakość.
Wymiennik jonowy do wody demineralizowanej:
- Zastosowanie: Produkcja wody dejonizowanej do elektrolizerów alkalicznych.
- Zaleta: wysoka elastyczność i łatwa integracja z istniejącymi systemami.
Zdjęcie: Nasz system wody ultraczystej ze zmiękczaniem, odwróconą osmozą i EDI, dla małych przepływów wody
Obszary zastosowania do produkcji wodoru
Przemysłowa produkcja wodoru wymaga wody o wysokiej czystości do szerokiego zakresu zastosowań:
przemysł energetyczny:
- Oparta na elektrolizie produkcja wodoru dla ogniw paliwowych i zastosowań typu power-to-gas.
Przemysł chemiczny:
- Produkcja wodoru jako materiału wyjściowego do produkcji amoniaku i metanolu.
Przemysł motoryzacyjny:
- Wodór dla pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi (FCEV).
Metalurgia:
- Zastosowanie wodoru jako czynnika redukującego w produkcji stali.
przemysł farmaceutyczny i elektroniczny:
- Ultraczysta woda dla wrażliwych procesów produkcyjnych o najwyższych wymaganiach.
Wnioski
Produkcja wodoru jest ściśle związana z dostępnością wody o wysokiej czystości. Produkcja ultraczystej i zdemineralizowanej wody wymaga ukierunkowanego wykorzystania nowoczesnych technologii uzdatniania wody, takich jak odwrócona osmoza, EDI i wymienniki jonowe. Zapewnienie jakości wody ma kluczowe znaczenie nie tylko dla wydajności i żywotności systemów, ale także dla zrównoważonego wykorzystania zasobów. Innowacyjne koncepcje instalacji i systemy modułowe umożliwiają spełnienie wymagań przemysłu wodorowego w sposób niezawodny i ekonomiczny.
Aby uzyskać więcej informacji na temat naszych produktów, prosimy skontaktować się z nami w dowolnym momencie!
