Elektrolyse system

Arten von Elektrolysesystemen

Das Elektrolysesystem ist eine Maschine, die das Elektrolyseverfahren durchführt, eine chemische Reaktion, bei der Verbindungen durch Elektrizität zerlegt werden. Es gibt verschiedene Arten von Elektrolysesystemen, die jeweils ihre Besonderheiten haben.

• Elektrolyse von Wasser

  Das Wasserelektrolysesystem erzeugt Wasserstoff und Sauerstoff, indem es Wassermoleküle unter Verwendung eines elektrischen Stroms spaltet. Elektrolyseure dienen als industrielle Beispiele für diesen Prozess. Sie enthalten Elektroden, die in der Regel aus Platin oder Iridiumoxid bestehen und Elektrizität leiten, ohne ihre Eigenschaften zu verändern. Der Elektrolyseur enthält zwei getrennte Kammern, in denen jeweils das entsprechende Gas gelöst wird, und ein Gleichstrom wird durch die beiden Elektroden in die Kammern geleitet. Die Elektrolyse des Wassers findet statt, die Wasserstoffionen oder Protonen wandern zur Kathode, während die Sauerstoffionen oder Anionen zur Anode wandern, was zur Bildung von Wasserstoffgas an der Kathode und Sauerstoffgas an der Anode führt.

• Elektrolysezelle

  Die Basiseinheit der Elektrolyse ist das Elektrolysezellensystem, das zur Erleichterung chemischer Reaktionen hergestellt wird. Eine Elektrolysezelle besteht aus zwei Elektroden; eine positive Elektrode, auch bekannt als Anode, und eine negative Elektrode, auch bekannt als Kathode, die in einem Elektrolyten installiert ist. Das Design von Elektrolysezellen unterscheidet sich je nach ihrem Verwendungszweck. So kann die Anode bei der Metallraffination beispielsweise aus dem unreinen Metall bestehen, während die Kathode aus einer dünnen Schicht aus reinem Metall besteht.

• Elektrolysezellen zur Metallextraktion

  Einige Metalle sind so reaktiv oder ihre Erze so billig, dass die Elektrolyse die einzig praktikable Extraktionsmethode darstellt. Das Elektrolysezellensystem zur Metallextraktion funktioniert ähnlich wie die Metallextraktion zur Reinigung, aber sein Erz ist geschmolzen. Um Metalle aus geschmolzenen Erzen zu extrahieren, werden Temperaturen über 900 Grad Celsius benötigt, um sie zu schmelzen und leitfähig zu machen. Nach der Elektrolyse werden die Metalle zur Lagerung oder Weiterverarbeitung in Formen gegossen.

Spezifikation und Wartung des Elektrolysesystems

Qualitativ hochwertige Elektrolysezellen sollten eine hohe Stromdichte aufweisen, in der Regel zwischen 4.000 und 5.000 Ampere pro Quadratmeter. Die Temperaturen in der Zelle schwanken zwischen 840 und 1.000 Grad Celsius, was ausreicht, um Aluminiumoxid zu schmelzen. Die Lebensdauer der Zelle beträgt zwischen 3 und 4 Jahren.

Die Hauptteile eines Elektrolysesystems sind:

• Gleichstromversorgung: Sie liefert der Zelle Rohstrom. Die Höhe des Stroms richtet sich nach dem Zellendesign und der Zufuhrrate des Aluminiumoxids.
• Anode: Hergestellt aus Erdölkoks, erfüllt sie die Aufgabe, Kohlenstoff zu verbrennen. Sie hat oft eine zylindrische Form und befindet sich an der Oberseite einer Elektrolysezelle. Wenn elektrischer Strom durch die Anode fließt, findet eine chemische Reaktion statt, die Wärme im Inneren der Zelle freisetzt. Die Wärme hilft, Aluminiumoxid in geschmolzenes Aluminium zu verwandeln, das sich am Boden der Zelle befindet. Anoden verbrauchen sich bei diesem Verbrennungsprozess allmählich. Unternehmen müssen sie nach einiger Zeit ersetzen, um sicherzustellen, dass das Elektrolysesystem weiterhin einwandfrei funktioniert.
• Aufbereitetes Wasser: Um es in einem Wasserelektrolysesystem zur Wasserstoffproduktion zu verwenden, muss die Leitfähigkeit des Wassers größer als 10 μS/cm sein. Daher sollte industriell entmineralisiertes Wasser mit einer Leitfähigkeit von weniger als 2 μS/cm der Elektrolyt sein.
• Kathode: Sie ist der negative Pol in einem Stromkreis. An der Kathode wird Kohlendioxid freigesetzt, während sich das gebildete geschmolzene Aluminium absetzt und an der Kathode haftet. Sie wird in der Regel aus gebrannten Kohlenstoffblöcken hergestellt. Kathoden stehen in der Regel auf dem Boden der Elektrolysezelle. Ihre Hauptaufgabe ist es, das während des Elektrolyseprozesses gebildete geschmolzene Aluminium zu sammeln. Wie Anoden können auch Kathoden nach einiger Zeit verschleißen und müssen gewartet oder ersetzt werden.

Benutzer müssen einige Wartungstipps befolgen, um die Elektrolyseanlage reibungslos und in gutem Zustand zu halten:

• Anoden müssen je nach den spezifischen Bedürfnissen des Elektrolysesystems ständig ausgetauscht werden. Regelmäßige Anodeninspektionen helfen, Probleme frühzeitig zu erkennen, um einen Austausch zu gewährleisten, bevor sie kritisch werden.
• Stromversorgungseinheit: Überprüfen Sie die Anschlusspunkte. Achten Sie auf Abnutzung, Korrosion oder lose Verbindungen und sichern Sie diese. Führen Sie thermografische Inspektionen durch, um nach Hotspots zu suchen. Sie deuten in der Regel auf Probleme wie Überlastung, unzureichende Kühlung oder fehlerhafte Verbindungen hin. Verwenden Sie Wärmebildgeräte, um Hotspots zu identifizieren. Beheben Sie diese, um Ausfälle zu vermeiden.
• Elektrolysezelle: Der wichtigste Teil eines Elektrolysesystems ist die Aufrechterhaltung des Elektrolytenpegels innerhalb eines empfohlenen Bereichs. Der Betrieb mit niedrigen oder hohen Elektrolytenpegeln kann die Zelle beschädigen. Überwachen Sie die Temperaturen regelmäßig. Hohe oder niedrige Temperaturen können zu einem schnellen Verschleiß der Zelle führen. Einige Zellen verfügen über Temperaturüberwachungssysteme. Wenn vorhanden, sollten Benutzer die Messwerte regelmäßig aufzeichnen und Maßnahmen ergreifen, um Temperaturschwankungen innerhalb des empfohlenen Bereichs zu verhindern. Untersuchen Sie die Zelle auf Lecks oder Risse und reparieren Sie diese sofort, um Elektrolytverlust und Schäden zu vermeiden.
• Das Wasserelektrolysesystem sollte gemäß dem Wasserqualitäts- und Maschinengebrauchszeitplan gereinigt werden. Entwickeln Sie ein Wasserqualitätsüberwachungsprogramm, um Parameter zu überprüfen, die die Leistung des Wasserelektrolysesystems beeinflussen. Verwenden Sie industriell entmineralisiertes Wasser, um Verunreinigungen zu vermeiden, die die Maschine beschädigen könnten.

Anwendungen eines Elektrolysesystems

Industrien, die reine Gas- und Flüssigverbindungen benötigen, verwenden das Elektrolysesystem zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff. Sie nutzen es, um chemische Reaktionen durchzuführen. Einige Branchen, die auf das Elektrolyseverfahren zur Herstellung von Verbindungen angewiesen sind, sind die chemische Industrie, die Erdölraffination, die Glasindustrie, die Metallindustrie und die Pharmaindustrie.

Die Wasserelektrolyse ist bei Unternehmen und Herstellern als die wichtigste Methode zur Wasserstoffproduktion beliebt. Der produzierte Wasserstoff kann in Brennstoffzellen oder in raffiniertem Öl verwendet werden, um Speiseöle und Kohlenwasserstoffe zu produzieren. In Kombination mit der CO2-Abscheidung kann die Wasserelektrolyse kohlenstoffarmen Wasserstoff produzieren. Sie ist unerlässlich für die Dekarbonisierung von Industrien und der Energiewirtschaft.

Das Chlor-Alkali-Verfahren, ein Elektrolyseprozess, ist in der chemischen Industrie weit verbreitet. Es produziert wichtige Chemikalien wie Chlor, Natriumhydroxid und Salzsäure aus Salzwasser. Die Chemikalien haben vielfältige Anwendungen in Branchen wie Wasseraufbereitung, Zellstoff und Papier, Erdölraffination, Textilindustrie und chemische Verarbeitung.

Das Elektrolysesystem kann auch Metalle wie Aluminium, Lithium, Kupfer, Blei, Zink und Magnesium produzieren. Die Metallproduktion durch Elektrolyse hilft bei der Trennung von Erzen. Die produzierten Metalle werden in der Automobilindustrie, Elektronik, Bauindustrie und Fertigungsindustrie eingesetzt.

Elektrolysesysteme werden auch in der Galvanik verwendet. Die Galvanik trägt eine metallische Schicht auf eine Oberfläche auf, um diese zu dekorieren, funktional zu machen oder zu schützen. Das Galvanikverfahren verwendet Elektrolysezellen, um Metalle wie Gold, Silber, Kupfer, Zink, Nickel und Chrom auf verschiedene Oberflächen abzuscheiden.

Eine weitere häufige Verwendung von Elektrolysesystemen ist die Wasseraufbereitung. Die Elektrolyse kann verwendet werden, um Schadstoffe und Verunreinigungen aus Abwasser zu entfernen, indem sie mineralisiert werden, um sie weniger schädlich zu machen. Elektrolysesysteme werden bei diesem Verfahren an kommunalen Wasseraufbereitungsanlagen und in Industriebetrieben eingesetzt, um sicherzustellen, dass das Wasser für Menschen zum Trinken und für Unternehmen zur Nutzung sicher ist.

So wählen Sie ein geeignetes Elektrolysesystem

Bei der Auswahl eines Elektrolysesystems müssen Unternehmenskäufer eine Reihe von Faktoren berücksichtigen. Daten aus der Marktforschung zeigen, dass es zunächst wichtig ist, den Verwendungszweck des Systems zu verstehen. Unternehmenskäufer müssen sich bewusst sein, dass verschiedene Elektrolysesysteme für unterschiedliche Anwendungen ausgelegt sind. Sie sollten klar wissen, ob sie das System für die Wasserspaltung, Desinfektion, Metallverarbeitung oder eine andere spezifische Anwendung beziehen. Außerdem sollten sie das gewählte System mit dem vorgesehenen Verwendungszweck abgleichen, um zu vermeiden, dass sie ein inkompatibles System kaufen.

Unternehmenskäufer sollten den Einsatzstoffbedarf des Elektrolysesystems verstehen, das sie kaufen möchten. Verschiedene Elektrolysesysteme haben unterschiedliche Einsatzstoffanforderungen. So benötigen Systeme, die Wasserstoff durch Wasserelektrolyse erzeugen, beispielsweise reines Wasser als Einsatzstoff. Im Gegensatz dazu benötigen Systeme zur Wasserstoffproduktion durch Dampfreformierung von Methan Methan. Unternehmenskäufer sollten daher sicherstellen, dass der Einsatzstoffbedarf des Elektrolysesystems in ihrem Betriebsbereich leicht verfügbar ist.

Unternehmenskäufer sollten auch die Kapazität des Elektrolysesystems berücksichtigen, das sie kaufen möchten. Sie sollten ihren Produktionsbedarf beurteilen und die erforderliche Kapazität des Elektrolysesystems ermitteln. Sie sollten Faktoren wie das Gasvolumen oder die Produktmenge, die sie erzeugen müssen, berücksichtigen. Dies kann auch die Häufigkeit und das erwartete Wachstum des Betriebs umfassen. Sobald sie dies klar definiert haben, können sie ein Elektrolysesystem mit der richtigen Kapazität wählen, das ihren Produktionsanforderungen entspricht.

Eine weitere wichtige Überlegung für Unternehmenskäufer ist die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Elektrolysesystems, das sie kaufen. Sie sollten sicherstellen, dass das System, das sie wählen, über eine bewährte und zuverlässige Elektrolysetechnologie verfügt. Es verfügt außerdem über langlebige Komponenten, um häufige Wartungsbedürfnisse zu vermeiden. Unternehmenskäufer müssen auch sicherstellen, dass das Elektrolysesystem leicht skalierbar ist, um zukünftiges Wachstum im Betrieb zu ermöglichen.

Schließlich sollten Unternehmenskäufer sicherstellen, dass das gewählte Elektrolysesystem den einschlägigen Industriestandards und -vorschriften entspricht. Die Nichteinhaltung dieser Standards und Vorschriften kann zu rechtlichen Sanktionen oder sogar zur Stilllegung des Systems führen.

Häufig gestellte Fragen zum Elektrolysesystem

F1: Was ist der Elektrolyseprozess?

A1: Elektrolyse ist ein chemischer Prozess, der Elektrizität verwendet, um Verbindungen oder Elemente zu spalten. Sie findet in einer Elektrolysezelle statt, wenn ein elektrischer Strom an einen geschmolzenen oder gelösten Elektrolyten angelegt wird, was zu chemischen Reaktionen führt, Stoffe trennt und neue Verbindungen erzeugt.

F2: Was sind die Komponenten eines Elektrolysesystems?

A2: Ein Elektrolysesystem besteht in der Regel aus folgenden Komponenten: einer Stromversorgung, einem Elektrolyten, Elektroden und einer Zelle oder einem Reaktor. Die oben genannten Komponenten können je nach Art der Elektrolyse, wie z. B. Wasserelektrolyse oder Schmelzsalzelektrolyse, unterschiedlich sein.

F3: Was sind die Anwendungen des Elektrolysesystems?

A3: Das Elektrolysesystem ist in vielen Bereichen weit verbreitet. So kann beispielsweise die Wasserelektrolyse Wasserstoffenergie erzeugen, während die Schmelzsalzelektrolyse Metalle wie Aluminium und Magnesium gewinnen kann. Darüber hinaus wird das Elektrolysesystem auch zur Reinigung von Metallen, zur Galvanisierung von Objekten und zur Herstellung von Chemikalien wie Chlor und Alkali verwendet.