Electroliticulhidrogenunitatea de producție include un set complet de electroliză a apeihidrogenechipamente de producție, principalele echipamente incluzând:
1. Celulă electrolitică
2. Dispozitiv de separare a gazului și lichidului
3. Sistem de uscare și purificare
4. Partea electrică include: transformator, dulap redresor, dulap de comandă PLC, dulap de instrumente, dulap de distribuție, computer superior etc.
5. Sistemul auxiliar include în principal: rezervor de soluție alcalină, rezervor de apă pentru materie primă, pompă de apă de umplere, butelie/bară colectoare de azot etc. / 6. Sistemul auxiliar general al echipamentului include: mașină de apă pură, turn de răcire, răcitor de lichid, compresor de aer etc.
răcitoare de hidrogen și oxigen, iar apa este colectată de un filtru de picurare înainte de a fi trimisă afară sub controlul sistemului de control; Electrolitul trece prinhidrogenși filtre alcaline de oxigen, respectiv răcitoare alcaline de hidrogen și oxigen sub acțiunea pompei de circulație, apoi se întoarce la celula electrolitică pentru o electroliză ulterioară.
Presiunea sistemului este reglată de sistemul de control al presiunii și de sistemul de control al presiunii diferențiale pentru a îndeplini cerințele proceselor din aval și ale depozitării.
Hidrogenul produs prin electroliza apei are avantajele unei purități ridicate și a unui conținut scăzut de impurități. De obicei, impuritățile din hidrogenul gazos produs prin electroliza apei sunt doar oxigen și apă, fără alte componente (ceea ce poate evita otrăvirea anumitor catalizatori). Acest lucru oferă confort pentru producerea de hidrogen gazos de înaltă puritate, iar gazul purificat poate îndeplini standardele gazelor industriale de calitate electronică.
Hidrogenul produs de unitatea de producție de hidrogen trece printr-un rezervor tampon pentru a stabiliza presiunea de lucru a sistemului și a elimina în continuare apa liberă din hidrogen.
După intrarea în dispozitivul de purificare a hidrogenului, hidrogenul produs prin electroliza apei este purificat în continuare, utilizând principiile reacției catalitice și adsorbției pe sită moleculară pentru a îndepărta oxigenul, apa și alte impurități din hidrogen.
Echipamentul poate configura un sistem automat de reglare a producției de hidrogen în funcție de situația reală. Modificările încărcăturii de gaz vor cauza fluctuații ale presiunii din rezervorul de stocare a hidrogenului. Traductorul de presiune instalat pe rezervorul de stocare va emite un semnal de 4-20 mA către PLC pentru comparare cu valoarea setată inițial și, după transformarea inversă și calculul PID, va emite un semnal de 20-4 mA 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.
Singura reacție în procesul de producere a hidrogenului prin electroliza apei este apa (H2O), care trebuie alimentată continuu cu apă brută prin intermediul unei pompe de realimentare cu apă. Poziția de realimentare se află pe separatorul de hidrogen sau oxigen. În plus, hidrogenul și oxigenul trebuie să elimine o cantitate mică de apă la ieșirea din sistem. Echipamentele cu consum redus de apă pot consuma 1L/Nm³ H2, în timp ce echipamentele mai mari îl pot reduce la 0,9L/Nm³ H2. Sistemul realimentează continuu apa brută, ceea ce poate menține stabilitatea nivelului și concentrației lichidului alcalin. De asemenea, poate realimenta apa reacționată în timp util pentru a menține concentrația soluției alcaline.
- 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 proprietarul din față în curent continuu necesar celulei electrolitice și de a furniza curent continuu celulei electrolitice. O parte din energia furnizată este utilizată pentru a descompune direct moleculele de apă în hidrogen și oxigen, iar cealaltă parte generează căldură, care este realizată de răcitorul alcalin prin intermediul apei de răcire.
Majoritatea transformatoarelor sunt de tip ulei. Dacă sunt plasate în interior sau într-un container, se pot utiliza transformatoare de tip uscat. Transformatoarele utilizate pentru echipamentele de producere a hidrogenului din apă electrolitică sunt transformatoare speciale care trebuie adaptate în funcție de datele fiecărei celule electrolitice, deci sunt echipamente personalizate.
În prezent, cel mai frecvent utilizat tablou redresor este cel de tip tiristor, care este susținut de producătorii de echipamente datorită duratei lungi de utilizare, stabilității ridicate și prețului scăzut. Cu toate acestea, din cauza necesității de a adapta echipamentele la scară largă la energia regenerabilă din fabrică, eficiența de conversie a tablourilor redresoare cu tiristor este relativ scăzută. În prezent, diverși producători de tablouri redresoare se străduiesc să adopte noi tablouri redresoare IGBT. IGBT este deja foarte comun în alte industrii, cum ar fi energia eoliană, și se crede că tablourile redresoare IGBT vor cunoaște o dezvoltare semnificativă în viitor.
- Sistem de dulapuri de distribuție
Dulapul de distribuție este utilizat în principal pentru a alimenta diverse componente cu motoare din sistemul de separare și purificare a hidrogenului și oxigenului din spatele echipamentului de producere a hidrogenului electrolitic al apei, inclusiv echipamente de 400V sau denumite în mod obișnuit echipamente de 380V. Echipamentul include pompa de circulație alcalină în cadrul sistemului de separare a hidrogenului și oxigenului și pompa de apă de umplere în sistemul auxiliar; Sursa de alimentare pentru firele de încălzire din sistemul de uscare și purificare, precum și sistemele auxiliare necesare pentru întregul sistem, cum ar fi mașinile de apă pură, chillerele, compresoarele de aer, turnurile de răcire și compresoarele de hidrogen din spate, mașinile de hidrogenare etc., include și sursa de alimentare pentru iluminat, monitorizare și alte sisteme ale întregii stații.
- Controsistem l
Sistemul de control implementează control automat PLC. PLC-ul adoptă, în general, Siemens 1200 sau 1500 și este echipat cu un ecran tactil cu interfață de interacțiune om-mașină. Funcționarea și afișarea parametrilor fiecărui sistem al echipamentului, precum și afișarea logicii de control se realizează pe ecranul tactil.
5. Sistem de circulație a soluției alcaline
Acest sistem include în principal următoarele echipamente principale:
Separator de hidrogen și oxigen – Pompă de circulație pentru soluție alcalină – Supapă – Filtru pentru soluție alcalină – Celulă electrolitică
Procesul principal este următorul: soluția alcalină amestecată cu hidrogen și oxigen în separatorul de hidrogen-oxigen este separată de separatorul gaz-lichid și refluxată către pompa de circulație a soluției alcaline. Separatorul de hidrogen și separatorul de oxigen sunt conectate aici, iar pompa de circulație a soluției alcaline circulă soluția alcalină refluxată către supapa și filtrul de soluție alcalină din capătul din spate. După ce filtrul filtrează impuritățile mari, soluția alcalină este circulată în interiorul celulei electrolitice.
6. Sistemul cu hidrogen
Hidrogenul gazos este generat din partea electrodului catodic și ajunge la separator împreună cu sistemul de circulație a soluției alcaline. În interiorul separatorului, hidrogenul gazos este relativ ușor și separat în mod natural de soluția alcalină, ajungând în partea superioară a separatorului. Apoi, trece prin conducte pentru o separare ulterioară, este răcit cu apă de răcire și este colectat de un filtru de picături pentru a atinge o puritate de aproximativ 99% înainte de a ajunge la sistemul de uscare și purificare din spate.
Evacuare: Evacuarea hidrogenului gazos este utilizată în principal în perioadele de pornire și oprire, în operațiuni anormale sau când puritatea nu îndeplinește standardele, precum și pentru depanare.
7. Sistem de oxigen
Calea oxigenului este similară cu cea a hidrogenului, cu excepția faptului că se realizează în separatoare diferiți.
Golire: În prezent, majoritatea proiectelor utilizează metoda de golire a oxigenului.
Utilizare: Valoarea de utilizare a oxigenului este semnificativă doar în proiecte speciale, cum ar fi aplicațiile care pot utiliza atât hidrogen, cât și oxigen de înaltă puritate, cum ar fi producătorii de fibră optică. Există, de asemenea, unele proiecte mari care au rezervat spațiu pentru utilizarea oxigenului. Scenariile de aplicații backend sunt pentru producerea de oxigen lichid după uscare și purificare sau pentru oxigen medical prin sisteme de dispersie. Cu toate acestea, precizia acestor scenarii de utilizare necesită încă confirmare suplimentară.
8. Sistem de răcire cu apă
Procesul de electroliză a apei este o reacție endotermă, iar procesul de producere a hidrogenului trebuie alimentat cu energie electrică. Cu toate acestea, energia electrică consumată în procesul de electroliză a apei depășește absorbția teoretică de căldură a reacției de electroliză a apei. Cu alte cuvinte, o parte din electricitatea utilizată în celula de electroliză este transformată în căldură, care este utilizată în principal pentru încălzirea sistemului de circulație a soluției alcaline la început, ridicând temperatura soluției alcaline la intervalul de temperatură necesar pentru echipament de 90 ± 5 ℃. Dacă celula de electroliză continuă să funcționeze după atingerea temperaturii nominale, căldura generată trebuie să fie transportată prin răcirea apei 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, diafragma camerei de electroliză va fi deteriorată, ceea ce va fi, de asemenea, în detrimentul funcționării pe termen lung a echipamentului.
Temperatura optimă de funcționare pentru acest dispozitiv trebuie menținută la cel mult 95 ℃. În plus, hidrogenul și oxigenul generate trebuie răcite și dezumidificate, iar dispozitivul redresor cu tiristor răcit cu apă este echipat și cu conductele de răcire necesare.
Corpul pompei echipamentelor mari necesită, de asemenea, participarea apei de răcire.
- Sistem de umplere cu azot și sistem de purjare cu azot
Înainte de depanarea și operarea dispozitivului, trebuie efectuat un test de etanșeitate la azot al sistemului. Înainte de pornirea normală, este necesară și purjarea fazei gazoase a sistemului 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 este încă prezentă în timpul pornirii, nu este nevoie să se efectueze o acțiune de purjare. Cu toate acestea, dacă presiunea este complet eliberată, este necesară efectuarea din nou a unei acțiuni de purjare cu azot.
- Sistem de uscare (purificare) cu hidrogen (opțional)
Hidrogenul gazos preparat prin electroliza apei este dezumidificat de un uscător paralel și, în final, purificat de un filtru cu tub de nichel sinterizat pentru a obține hidrogen gazos uscat. În funcție de cerințele utilizatorului privind hidrogenul produs, sistemul poate adăuga un dispozitiv de purificare, care utilizează deoxigenarea catalitică bimetalică cu paladiu și platină pentru purificare.
Hidrogenul produs de unitatea de producere a hidrogenului prin electroliza apei este trimis către unitatea de purificare a hidrogenului printr-un rezervor tampon.
Hidrogenul gazos trece mai întâi printr-un turn de dezoxigenare, iar sub acțiunea unui catalizator, oxigenul din hidrogenul gazos reacționează cu hidrogenul gazos pentru a produce apă.
Formula de reacție: 2H2+O2 2H2O.
Apoi, hidrogenul gazos trece printr-un condensator de hidrogen (care răcește gazul pentru a condensa vaporii de apă în apă, care este evacuată automat în afara sistemului printr-un colector) și intră în turnul de adsorbție.
Data publicării: 03 dec. 2024
