JAK DZIAŁA GENERATOR WODORU?

Generator wodoru wykorzystuje membranę wymiany protonów (PEM) do wytwarzania gazowego wodoru o wysokiej czystości z wody. Komórka PEM została pierwotnie opracowana przez NASA i jest szeroko stosowana w zastosowaniach przemysłowych i laboratoryjnych.

Produkcja wodoru

Wodór jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we Wszechświecie, chociaż w stanie gazowym nie występuje naturalnie na Ziemi i musi być wytwarzany. W przemyśle, H- 2 (g) jest produkowany w dużej skali w procesie zwanym reformingu parowego w celu oddzielenia węgla i wodoru z paliw węglowodorowych. Wodór jest wykorzystywany w laboratorium do różnych zastosowań laboratoryjnych, takich jak chromatografia gazowa (GC) jako paliwo lub gaz nośny oraz ICP-MS jakokolizja gaz, w przemyśle chemicznym do syntezy amoniaku, cykloheksanu i metanolu oraz w przemyśle spożywczym do uwodornienia olejów z wytworzeniem tłuszczów.

Znaczące badania i rozwój mazapewnił bezpieczniejsze, bardziej ekologiczne, bardziej wydajne i opłacalne środki do generowania na żądanie gazu wodorowego do zastosowań laboratoryjnych, produkcyjnych i przemysłowych. Bezpieczeństwo uległo tak dużej poprawie, że obecnie w niektórych pojazdach transportowych stosowany jest gazowy wodór jako czyste „wolne od zanieczyszczeń” paliwo, a gaz powstaje zwoda produktem ubocznym jego spalania jest woda.

Ten artykuł zawiera odpowiedzi na kilka pytań BHP i najczęściej zadawanych pytań z ogólnoświatowych laboratoriów zajmujących się zdrowiem, środowiskiem, przemysłem, testowaniem, medycyną i badaniami na temat bezpiecznego użytkowania generatorów wodoru w miejscu pracy.

Jak działa generator wodoru?

Elektroliza wody jest najlepszą metodą produkcji wodoru o wysokiej czystości na żądanie. Najważniejszym elementem generatora jest ogniwo elektrolizera, w którym zachodzi reakcja elektrolizy. Ogniwo składa się z dwóch elektrod (anody i katody), które są oddzielone membraną jonowymienną. Aby uzyskać najwyższą czystość wodoru aż do 99,9995% czystości, przy elektrodach zastosowano katalizator platynowy.

Po przyłożeniu ciągłego napięcia do elektrod w ogniwie elektrolizera zachodzą następujące reakcje:

Membrana wymiany protonów

Ilustracja elektrolizy w ogniwie PEM

Na anodzie (dodatnio naładowanej elektrodzie) cząsteczki wody tracą dwa elektrony, tworząc cząsteczkę tlenu i cztery jony wodoru.

Anoda 2H 2 O – 4e = O 2 + 4 H +

Tlen powstający w tej połowie reakcji jest bezpiecznie odprowadzany atmosferaz tyłu generatora. Cztery wytworzone jony wodoru przechodzą następnie przez membranę jonowymienną (przyciąganą przez ujemnie naładowaną katodę) i zbierają cztery elektrony, redukując je do dwóch cząsteczek wodoru.

Katoda 4H + + 4e = 2H 2

Wytworzony wodór jest oddzielany od tlenu przez membranę jonowymienną, która jest nieprzepuszczalna dla tlenu cząsteczkowego.

Dlaczego warto korzystać z generatora wodoru?

Generatory wodoru są bezpieczną, wygodną i zazwyczaj bardziej opłacalną alternatywą dla zastosowania wysokie ciśnieniebutle z H 2 . Generator wodoru zapewni wodór o stałej czystości, eliminując ryzyko zmiany jakości gazu, co może mieć wpływ na wyniki analityczne.

Generator wytwarza również gaz na żądanie przez całą dobę, co oznacza, że ​​nie musisz się martwić, że zabraknie gazu w nieodpowiednim momencie. Generator wodoru zwolni więcej czasu, ponieważ nie będziesz musiał poświęcać czasu na zamawianie i wymianę cylindrów zamiennych.

Generator jest przyjazną dla środowiska alternatywą dla cylindry,ponieważ po zainstalowaniu generator nie będzie musiał wychodzić z laboratorium, dostarczając gazu do zastosowań laboratoryjnych wraz z całą konserwacją przeprowadzaną w laboratorium. Generator zmniejsza również ślad węglowy laboratorium, ponieważ ciężarówki nie muszą dostarczać cylindrów zamiennych i usuwać puste butle.

Gaz nośny wodoru

Wiele laboratoriów przechodzi obecnie na wodór jako gaz nośny jako alternatywę dla helu , którego cena rośnie z roku na rok. Zastosowanie gazowego nośnika wodoru może skrócić średni czas analizy, zwiększając przepustowość próbki, ponieważ lepkość wodoru wynosi około połowy lepkości helu. Wiele laboratoriów może spodziewać się o połowę krótszego czasu analizy, jeśli przejdzie na wodór gaz nośny.

Zastosowanie materiałów eksploatacyjnych, takich jak kolumny, można również zmniejszyć, stosując gazowy wodór, ze względu na niższą temperaturę elucji produktów, co oznacza, że ​​można zastosować niższe temperatury w piecu, aw GC-MS częstotliwość czyszczenia źródła jonów można znacznie zmniejszyć, gdy stosując gazowy nośnik wodoru, ponieważ wodór stale czyści komponenty źródła jonów, co oznacza mniej przestojów.

Wiele aplikacji może wykorzystywać wodór jako alternatywę dla gazowego nośnika helu, na przykład Analiza FAME w żywności, Szczegółowa analiza węglowodorów (DHA) i SIMDIST w ropie i gazie oraz metody takie jak EPA 8270 w analizie środowiska. Szczegółowe informacje na temat kluczowych kroków do zmiany gazu nośnego są przedstawione Tutaj .


Jak mogę zmienić cylindry na generator z ograniczonym czasem przestoju?

Przełączenie jest zazwyczaj bezproblemowe. Jeśli zmieniasz butle z wodorem na generator, istniejące rury można odłączyć od butli i podłączyć do generatora za pomocąSwageLokarmatura. W przypadku zmiany z helu na wodór należy zawsze używać nowych rurek.

Czy generator wodoru jest bezpieczny?

Generator wodoru Peak przechowuje mniej niż 300 cm3 gazu, w porównaniu z butlami, które przechowują do 9000 L pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem (~ 2000-3000 psi). Seria szczytowych generatorów wodoru wytwarza gaz na żądanie, co oznacza, że ​​tylko ilość potrzebna chromatografowi gazowemu (GC) jest wytwarzana przy regulowanym przepływie (maks. 0,5 l) i ciśnieniu (maks. 120 psi).

Jak bezpieczny jest generator?

Generator gazu Peak Precision H 2 jest wyposażony w ciągłe wewnętrzne i zewnętrzne kontrole szczelności oprócz funkcji automatycznego wyłączania.

  • Pełna kontrola diagnostyczna przy uruchomieniu.
  • Ciągła kontrola szczelności na podstawie ciśnienia podczas pracy.
  • Automatyczne wyłączanie przez izolację komórki generacji H2
  • Alarmy dźwiękowe i wizualne
  • Wymuszona wentylacja w całym generatorze
  •  Gaz o niskiej zawartości wodoru w całym układzie (maks. <0,3 l)

W przypadku wycieku wewnętrznego generator zaprzestanie produkcji gazu i powiadomi personel laboratorium za pomocą ekranu dotykowego HMI, który wyświetli ostrzeżenie, a także alarm dźwiękowy. Jeśli nastąpi wyciek na zewnątrz generatora lub jego wydajność zostanie przekroczona przez 20 minut, generator wyłączy się, aby zapobiecnarastaniewodoru w środowisku laboratoryjnym lub dostarczony przyrząd. System wyłączy się również, jeśli ciśnienie wewnętrzne przekroczy 120 psi.

Generatory wodoru pozwalają wyeliminować zagrożenia bezpieczeństwa związane z obsługą wysokie ciśnieniecylindry. Ciesz się bezproblemową analizą GC bez konieczności wymiany zbiorników i przestojów.

Nasi funkcjonariusze ds. Bezpieczeństwa są zaniepokojeni gromadzeniem się gazu H 2 i wybuchem w laboratorium, o ile jest to możliweH.2) generator gazu?

Wodór jest łatwopalny w powietrzu od 4,1% do 78%. Na przykład laboratorium o wymiarach 5 mx 4 mx 2,5 m ma objętość 50 000 l. Aby osiągnąć niższy poziom wybuchowości (LEL) 4,1% gazowego wodoru, potrzebowalibyśmy 2050 l gazowego wodoru uwolnionego do tej przestrzeni laboratoryjnej w 1 chwili.

Przeciętna „G” wielkości H 2 cylindra gazu zawiera 9000 litrów gazu. W przypadku wycieku cylindra wystarczyłoby jedynie uwolnić 25% jego całkowitej objętości, aby osiągnąć LEL w tym laboratorium.

Piku Precision Hydrogen śladowych 500CC  generatora wytwarza 0,5 litra na minutę. Aby dotrzeć do LEL za pomocą tego generatora gazu, musiałby znajdować się w całkowicie szczelnej przestrzeni, nie być podłączony do GC / aplikacji lub mieć poważny wyciek i miećkompletnyawaria wszystkich funkcji bezpieczeństwa. Nawet w tym bardzo mało prawdopodobnym scenariuszu generator musiałby działać przez 67 godzin (~ 3 dni), aby osiągnąć LEL.

Czy przeprowadzono testy w celu oceny bezpieczeństwa generatorów wodoru?

Generatory szczytowe wodoru noszą znak CE i CSA i zostały poddane zewnętrznym testom zgodnie z normami IEC dotyczącymi zastosowań laboratoryjnych i wymogami bezpieczeństwa w zakresie ryzyka resztkowego zagrożenia wybuchem. Ocenę przeprowadzono w najgorszym scenariuszu przy użyciu testów rozcieńczania i niedziałającego wentylatora. Testy wykazały, że ryzyko zagrożenia wybuchem nieistnieć, ponieważ nie osiągnięto LEL 4,1% wodoru najgorszy przypadek warunki wewnętrzne lub zewnętrzne do generatora.

Gdzie powinienem zainstalować mój generator?

Generator może bezpiecznie przebywać w laboratorium na stole, podłodze lub pod automatycznym próbnikiem GC. Konstrukcja wieżowa z serii Peak Precision umożliwia umieszczenie generatorów blisko GC lub innych aplikacji. Generator powinien być ustawiony do pracy na płaskiej, poziomej powierzchni.

Mołdawia Alkohol Precyzyjny wodór

Generator gazu Peak Precision w laboratorium

Rozmiar generatora gazu Peak Precision

Generator gazu serii Precision do skalowania

Czy mogę umieścić generator w szafce?

Wokół generatora należy utrzymywać odpowiedni przepływ powietrza, aby system wentylacyjny działał sprawnie. Jeśli generator jest przechowywany w zamkniętej przestrzeni, otoczeniem należy sterować za pomocą klimatyzatora lub wentylatora wyciągowego. Należy wprowadzić przepis umożliwiający zmianę ilości powietrza w pomieszczeniu 5 razy na godzinę.

Podczas pracy tył generatora będzie ciepły w dotyku – zalecany jest minimalny odstęp 15 cm od innych ciał.

Otwory wentylacyjne nie powinny być zasłonięte ani podłączone do żadnej aplikacji. Bezpieczne, wymuszone usuwanie gazów odlotowych zostało zaprojektowane w generatorze, aby zapobiec wewnętrznemu wzrostowi gazu lub ciśnienia.

Czy mogę umieścić generator poza laboratorium?

Jest to możliwe, o ile spełnione są zalecane warunki otoczenia wymagane do normalnej pracy. Skrócenie długości przewodów rurowych obniży koszty, jeśli nie są jeszcze zainstalowane, a ryzyko ewentualnych wycieków w rurociągach pozostanie niewykrytych, poprawiając bezpieczeństwo instalacji. Jeśli to możliwe, generator powinien być umieszczony blisko lub blisko (<10 m) od GC / aplikacji. 

Czy moje GC muszą być wentylowane?

Jeśli laboratorium używa wyciągu spalin lub łączy rurki między wydechem generatora a wyciągiem, jest to możliwe, ale każdy wodór wydalony z GC szybko rozproszy się w powietrzu, nie stanowiąc zagrożenia dla personelu laboratorium ani środowiska . Jeśli rurki są przymocowane do otworów wylotowych generatora, konieczne jest częste monitorowanie, ponieważ wszelkie zagięcia mogą powodować nagromadzenie się gazu i powodować dodatkowe problemy zdrowotne i bezpieczeństwa. Dolna granica wybuchowości (LEL) wodoru wynosi 4,1% i nie jest osiągana przez generator gazu szczytowego Peak.Thewiększość środowiska laboratoryjnego nie będzie całkowicie uszczelniona, a klimatyzacja będzie na miejscu, umożliwiając ruch powietrza. Jeśli masz jakiekolwiek wątpliwości, Peak oferuje bezpłatne oceny terenu, ankiety instalacyjne i pokazy.

Czy będę potrzebować czujników wodoru w rodzić Piekarnik GC?

W laboratorium ilość wodoru wygenerowany / wyczerpanydo laboratorium nie wystarczy, aby zgromadzić i osiągnąć LEL wodoru. Ryzyko znacznego nagromadzenia gazu w piecu GC jest również bardzo niskie, zarówno z funkcją zewnętrznego zabezpieczenia przed wyciekami z generatora wodoru, jak i z funkcją wyłączania bezpieczeństwa na wlocie GC.

Jeśli twoje laboratorium, rząd lub polityka biznesowa wymagają regulacji, czujników lub monitorowania – Peak może zaoferować zarówno czujniki monitorowania zewnętrznego pomieszczenia, jak i GC dla pełnego spokoju ducha.

Brzmi technicznie: jak trudne są generatory gazu wodorowego?

Konserwacja jest bardzo prosta, opłacalna i nie wymaga inżyniera do regularnej konserwacji. Wystarczy co tydzień napełniać zbiornik wody dejonizowanej. Konserwacja profilaktyczna (PM) jest wymagana co dwa lata – wymaga wymiany wkładu dejonizującego.

Szczyt też ofertaszkolenie użytkowników, samouczki Skype, PowerPoints, szczegółowe instrukcje obsługi, wsparcie techniczne telefoniczne 24/7 i wsparcie terenowe. Kliknij tutaj, aby się skontaktować.

Ile GC może dostarczyć pojedynczy generator wodoru?

Jako typowa zasada 100 ccdostarczy dwa detektory FID. Oczywiście wymagany generator będzie zależeć od natężenia przepływu, rodzaju gazu nośnego, kolumny, innych detektorów i unikalnych metod.

Twój kalkulator zapotrzebowania na gaz można znaleźć tutaj .

Lub skontaktuj się z nami w celu uzyskania rozwiązania konsultacyjnego.

ROI – czy naprawdę będzie więcej opłacalny?

Obliczając gaz, opłaty za dostawę, opłatę za wynajem butli, czas przestoju personelu, administrację, środki BHP i szkolenia, zwrot z inwestycji wynosi zwykle od 9 do 15 miesięcy.

Jakie są zalety generatorów wodoru nad cylindrami?

  • Niższe ciśnienie = bezpieczniejsze (1-100 psi przy wylot)
  • Kontrolowany przepływ utrzymuje bezpieczny poziom wodoru (do 500 cc w wylot)
  • Wbudowane czujniki wycieku i funkcja automatycznego wyłączania.
  • Produkcja na żądanie = minimalna ilość miejsca.
  • Po zainstalowaniu – nie trzeba się ruszać
  • Wszystkie prace konserwacyjne przeprowadzane w laboratorium
  • Praca 24/7 – nie trzeba monitorować dostaw
  • Zmniejsz koszty i administruj – bez powtarzalnych zamówień na gaz
  • Niższy ślad węglowy – bardziej ekologiczna opcja dla Twojego laboratorium

Czy trudno jest zainstalować generator wodoru?

Ani trochę. Wystarczy usunąć opakowanie, podłączyć zewnętrzną butelkę z wodą dejonizowaną chronioną przed promieniowaniem UV (przypodobniewysokości lub poniżej generatora), podłącz do źródła zasilania (10 Amp) i pozwól osiągnąć temperaturę pokojową. Podłącz do GC za pomocą 1/8 ”wstępnie oczyszczonej (oczyszczonej gazem) rurki miedzianej lub ze stali nierdzewnej z czynnikiem chłodniczym.

Jakiego rurociągu potrzebuję?

Zasilanie gazowym wodorem powinno być zapewnione przez rurki ze stali nierdzewnej lub miedzi analitycznej z wykorzystaniem złączek zaciskowych Swagelok. Ważne jest, aby zmienić rurkę, która była wcześniej używana do dostarczania helu do GC, ponieważ z czasem wewnątrz kanalików mogą gromadzić się osady, które wodór będzie przenosił do aplikacji, powodując wyższy sygnał tła przez dłuższy okres czasu .

Do wszelkich połączeń zalecane są złączki zaciskowe Swagelok miedźlub rurki ze stali nierdzewnej. Nigdy nie należy stosować wiązania chemicznego (takiego jak Loctite), spawania ani klejów, ponieważ może to wprowadzić lotne związki organiczne (LZO) do źródła gazu, co może mieć wpływ na wyniki.

W przypadku linii o długości> 3 m może być konieczne użycie orurowania 1/4 „zmniejszonego do 1/8” do zasilania każdego GC. Zwiększa to znacznie głośność i może utrudnić instalację.

W przypadku linii> 10 m między generatorem a GC – należy skonsultować się z Peak lub specjalistami od montażu.

Jakiej wody mogę użyć do mojego generatora wodoru?

Peak zaleca wodę dejonizowaną (DI) o rezystywności> 1 megahm / <1 µS przewodności lub wyższej. Jeśli woda MilliQTM jest dostępna w twoim zakładzie, jest to preferowane. Szczytrobić nie zaleca się podłączania generatora do stałego źródła wody dejonizowanej.