Unitatea de producție a hidrogenului prin electroliză include un set complet de echipamente de producție a hidrogenului prin electroliză a apei. Echipamentul principal este:
1. Electrolizor
2. Dispozitiv de separare gaz-lichid
3. Sistem de uscare și purificare
4. Partea electrică include: transformator, dulap redresor, dulap de control al programului PLC, dulap de instrumente, dulap de distribuție a energiei, computer gazdă etc.
5. Sistemul auxiliar include în principal: rezervor de alcali, rezervor de apă pentru materie primă, pompă de alimentare cu apă, sticlă de azot/bară colectoare etc.
6. Sistemul auxiliar general al echipamentului include: mașină de apă pură, turn de apă de răcire, răcitor de lichide, compresor de aer etc.
În unitatea de producție a hidrogenului electrolitic, apa este descompusă în electrolizor sub acțiunea curentului continuu, într-o parte de hidrogen și 1/2 parte de oxigen. Hidrogenul și oxigenul generate sunt trimise împreună cu electrolitul la separatorul gaz-lichid pentru separare. Hidrogenul și oxigenul sunt răcite de răcitoarele de hidrogen și oxigen, iar filtrul de picături captează și elimină apa, apoi este trimis afară sub controlul sistemului de control; electrolitul trece prin filtrul alcalin pentru hidrogen, oxigen, hidrogen, oxigen etc. sub acțiunea pompei de circulație, răcitorul de lichid și apoi se întoarce la electrolizor pentru a continua electroliza.
Presiunea sistemului este ajustată prin intermediul sistemului de control al presiunii și al sistemului de control al presiunii diferențiale pentru a îndeplini cerințele proceselor și depozitării ulterioare.
Hidrogenul produs prin electroliza apei are avantajele unei purități ridicate și a unui număr redus de impurități. De obicei, impuritățile din hidrogenul produs prin electroliza apei sunt doar oxigen și apă, și nicio altă componentă (ceea ce poate evita otrăvirea unor catalizatori), ceea ce oferă confort pentru producerea de hidrogen de înaltă puritate. După purificare, gazul produs poate atinge indicatorii de gaz industrial de grad electronic.
Hidrogenul produs de dispozitivul de producere a hidrogenului trece printr-un rezervor tampon pentru a stabiliza presiunea de lucru a sistemului și a elimina în continuare apa liberă din hidrogen.
După ce hidrogenul intră în dispozitivul de purificare a hidrogenului, hidrogenul produs prin electroliza apei este purificat în continuare, iar oxigenul, apa și alte impurități din hidrogen sunt îndepărtate folosind principiile reacției catalitice și ale adsorbției sitei moleculare.
Echipamentul poate configura un sistem de reglare automată pentru producerea de hidrogen în funcție de situația reală. Modificările încărcăturii de gaz vor cauza fluctuații ale presiunii din rezervorul de stocare a hidrogenului. Traducătorul de presiune instalat pe rezervorul de stocare va emite un semnal de 4-20 mA și îl va trimite către PLC. După compararea valorii setate inițial și efectuarea transformării inverse și a calculului PID, un semnal de 20~4 mA este emis și trimis către dulapul redresorului pentru a regla dimensiunea curentului de electroliză, atingând astfel scopul ajustării automate a producției de hidrogen în funcție de modificările încărcăturii de hidrogen.
Echipamentele de producere a hidrogenului prin electroliza alcalină a apei includ în principal următoarele sisteme:
(1) Sistem de alimentare cu apă pentru materii prime
Singurul lucru care reacționează în procesul de producere a hidrogenului prin electroliza apei este apa (H2O), care trebuie completată continuu cu apă brută prin intermediul unei pompe de realimentare cu apă. Poziția de realimentare cu apă se află pe separatorul de hidrogen sau oxigen. În plus, o cantitate mică de hidrogen și oxigen trebuie eliminată la ieșirea din sistem. Consumul de apă al echipamentelor mici este de 1L/Nm³H2, iar cel al echipamentelor mari poate fi redus la 0,9L/Nm³H2. Sistemul completează continuu apa brută. Prin realimentarea cu apă, se poate menține stabilitatea nivelului lichidului alcalin și a concentrației de alcali, iar soluția de reacție poate fi completată în timp. (a se vedea figura 1 și 2.)
2) Sistem redresor transformator
Acest sistem constă în principal din două dispozitive: un transformator și un tablou redresor. Funcția sa principală este de a converti curentul alternativ de 10/35 KV furnizat de utilizatorul din față în curent continuu necesar electrolizorului și de a furniza curent continuu electrolizorului. O parte din curentul furnizat este utilizat pentru descompunerea directă a apei. Moleculele sunt hidrogen și oxigen, iar cealaltă parte generează căldură, care este eliminată de răcitorul de căldură prin apa de răcire.
Majoritatea transformatoarelor sunt de tip ulei. Dacă sunt plasate în interior sau într-un recipient, se pot utiliza transformatoare de tip uscat. Transformatoarele utilizate în echipamentele de producere a hidrogenului din apă electrolitică sunt transformatoare speciale și trebuie adaptate în funcție de datele fiecărui electrolizor, deci sunt echipamente personalizate.
(3) sistem de dulapuri de distribuție a energiei electrice
Dulapul de distribuție a energiei este utilizat în principal pentru a alimenta echipamente de 400V sau 380V diverselor componente cu motoare din sistemele de separare și purificare a hidrogenului și oxigenului din spatele echipamentelor de producere a hidrogenului din apă electrolitică. Echipamentul include circulația alcalină în cadrul separării hidrogenului și oxigenului. Pompe, pompe de realimentare cu apă în sistemele auxiliare; fire de încălzire în sistemele de uscare și purificare și sisteme auxiliare necesare întregului sistem, cum ar fi mașini de apă pură, chillere, compresoare de aer, turnuri de răcire și compresoare de hidrogen back-end, mașini de hidrogenare și alte echipamente. Alimentarea cu energie include, de asemenea, alimentarea cu energie pentru iluminat, monitorizare și alte sisteme ale întregii stații.
(4) sistem de control
Sistemul de control implementează control automat PLC. PLC-ul utilizează în general Siemens 1200 sau 1500. Este echipat cu un ecran tactil cu interfață de interacțiune om-calculator, iar funcționarea și afișarea parametrilor fiecărui sistem al echipamentului, precum și afișarea logicii de control se realizează pe ecranul tactil.
5) Sistem de circulație alcalină
Acest sistem include în principal următoarele echipamente principale:
Separator de hidrogen și oxigen - pompă de circulație alcalină - supapă - filtru alcalin - electrolizor
Procesul principal este: lichidul alcalin amestecat cu hidrogen și oxigen în separatorul de hidrogen și oxigen este separat de separatorul gaz-lichid și apoi curge înapoi la pompa de circulație a lichidului alcalin. Aici sunt conectate separatorul de hidrogen și separatorul de oxigen, iar pompa de circulație a lichidului alcalin va refluxa. Lichidul alcalin circulă către supapa și filtrul de lichid alcalin din capătul posterior. După ce filtrul filtrează impuritățile mari, lichidul alcalin circulă în interiorul electrolizorului.
(6) Sistemul cu hidrogen
Hidrogenul este generat din partea electrodului catodic și ajunge la separator împreună cu sistemul de circulație a lichidului alcalin. În separator, deoarece hidrogenul în sine este relativ ușor, acesta se va separa în mod natural de lichidul alcalin și va ajunge în partea superioară a separatorului, apoi va trece prin conductă pentru o separare și răcire ulterioară. După răcirea cu apă, dispozitivul de colectare a picăturilor captează picăturile și atinge o puritate de aproximativ 99%, ajungând la sistemul de uscare și purificare din spate.
Evacuare: Evacuarea hidrogenului este utilizată în principal pentru evacuarea în timpul pornirii și opririi, funcționării anormale sau a defecțiunii purității și evacuării defecțiunilor.
(7) Sistem de oxigen
Calea pentru oxigen este similară cu cea pentru hidrogen, dar într-un separator diferit.
Evacuare: În prezent, majoritatea proiectelor de oxigen sunt tratate prin evacuare.
Utilizare: Valoarea de utilizare a oxigenului este semnificativă doar în proiecte speciale, cum ar fi unele scenarii de aplicații care pot utiliza atât hidrogen, cât și oxigen de înaltă puritate, cum ar fi producătorii de fibre optice. Există, de asemenea, unele proiecte mari care au rezervat spațiu pentru utilizarea oxigenului. Scenariile de aplicații secundare sunt producerea de oxigen lichid după uscare și purificare sau utilizarea oxigenului medical printr-un sistem de dispersie. Cu toate acestea, rafinarea acestor scenarii de utilizare nu a fost încă determinată. Confirmare ulterioară.
(8) sistem de apă de răcire
Procesul de electroliză a apei este o reacție endotermă. Procesul de producere a hidrogenului trebuie alimentat cu energie electrică. Cu toate acestea, energia electrică consumată de procesul de electroliză a apei depășește absorbția teoretică de căldură a reacției de electroliză a apei. Adică, o parte din electricitatea utilizată de electrolizor este convertită în căldură. Această parte a căldurii este utilizată în principal pentru încălzirea sistemului de circulație a alcalinilor la început, astfel încât temperatura soluției alcaline să crească la intervalul de temperatură de 90±5°C necesar echipamentului. Dacă electrolizorul continuă să funcționeze după atingerea temperaturii nominale, căldura generată trebuie utilizată. Apa de răcire este scoasă pentru a menține temperatura normală a zonei de reacție de electroliză. Temperatura ridicată din zona de reacție de electroliză poate reduce consumul de energie, dar dacă temperatura este prea mare, membrana camerei de electroliză va fi distrusă, ceea ce va fi, de asemenea, în detrimentul funcționării pe termen lung a echipamentului.
Acest dispozitiv necesită menținerea temperaturii de funcționare la cel mult 95°C. În plus, hidrogenul și oxigenul generate trebuie, de asemenea, răcite și dezumidificate, iar redresorul controlat cu siliciu, răcit cu apă, este, de asemenea, echipat cu conductele de răcire necesare.
Corpul pompei echipamentelor mari necesită, de asemenea, participarea apei de răcire.
(9) Sistem de umplere cu azot și de purjare cu azot
Înainte de depanare și operarea dispozitivului, sistemul trebuie umplut cu azot pentru testarea etanșeității. Înainte de pornirea normală, faza gazoasă a sistemului trebuie, de asemenea, purjată cu azot pentru a se asigura că gazul din spațiul fazei gazoase, de ambele părți ale hidrogenului și oxigenului, este departe de zona inflamabilă și explozivă.
După oprirea echipamentului, sistemul de control va menține automat presiunea și va reține o anumită cantitate de hidrogen și oxigen în interiorul sistemului. Dacă presiunea persistă la pornirea echipamentului, nu este nevoie să se efectueze o purjare. Cu toate acestea, dacă toată presiunea este îndepărtată, va trebui purjată din nou. Acțiune de purjare cu azot.
(10) Sistem de uscare (purificare) cu hidrogen (opțional)
Hidrogenul produs prin electroliza apei este dezumidificat de un uscător paralel și, în final, filtrat prin filtru cu tub de nichel sinterizat pentru a obține hidrogen uscat. (În funcție de cerințele utilizatorului privind hidrogenul produs, sistemul poate adăuga un dispozitiv de purificare, iar purificarea utilizează dezoxidarea catalitică bimetalică paladiu-platină).
Hidrogenul produs de dispozitivul de producere a hidrogenului prin electroliza apei este trimis către dispozitivul de purificare a hidrogenului prin rezervorul tampon.
Hidrogenul trece mai întâi prin turnul de dezoxigenare. Sub acțiunea catalizatorului, oxigenul din hidrogen reacționează cu hidrogenul pentru a genera apă.
Formula de reacție: 2H2+O2 2H2O.
Apoi, hidrogenul trece prin condensatorul de hidrogen (care răcește gazul pentru a condensa vaporii de apă din gaz și a genera apă, iar apa condensată este evacuată automat din sistem prin colectorul de lichid) și intră în turnul de adsorbție.
Data publicării: 14 mai 2024
