La unitat de producció d'hidrogen per electròlisi inclou un conjunt complet d'equips de producció d'hidrogen per electròlisi d'aigua. L'equip principal és:
1. Electrolitzador
2. Dispositiu de separació gas-líquid
3. Sistema d'assecat i purificació
4. La part elèctrica inclou: transformador, armari rectificador, armari de control de programes PLC, armari d'instruments, armari de distribució d'energia, ordinador amfitrió, etc.
5. El sistema auxiliar inclou principalment: dipòsit d'àlcali, dipòsit d'aigua de matèria primera, bomba de subministrament d'aigua, ampolla de nitrogen/barra col·lectora, etc.
6. El sistema auxiliar general de l'equip inclou: màquina d'aigua pura, torre d'aigua de refrigeració, refrigerador, compressor d'aire, etc.
A la unitat de producció d'hidrogen electrolític, l'aigua es descompon en una part d'hidrogen i 1/2 part d'oxigen a l'electrolitzador sota l'acció del corrent continu. L'hidrogen i l'oxigen generats s'envien al separador de gas-líquid juntament amb l'electròlit per a la seva separació. L'hidrogen i l'oxigen es refreden mitjançant els refrigeradors d'hidrogen i oxigen, i el receptor de gotes atrapa i elimina l'aigua, i després s'envia sota el control del sistema de control; l'electròlit passa a través del refrigerador de líquid d'hidrogen, oxigen i oxigen, etc. sota l'acció de la bomba de circulació i després torna a l'electrolitzador per continuar l'electròlisi.
La pressió del sistema s'ajusta mitjançant el sistema de control de pressió i el sistema de control de pressió diferencial per complir els requisits dels processos i emmagatzematge posteriors.
L'hidrogen produït per electròlisi de l'aigua té els avantatges d'una alta puresa i poques impureses. Normalment, les impureses de l'hidrogen produït per electròlisi de l'aigua són només oxigen i aigua, i cap altre component (cosa que pot evitar la intoxicació d'alguns catalitzadors), cosa que proporciona comoditat per produir hidrogen d'alta puresa. Després de la purificació, el gas produït pot assolir els indicadors de gas industrial de grau electrònic.
L'hidrogen produït pel dispositiu de producció d'hidrogen passa a través d'un dipòsit intermedi per estabilitzar la pressió de treball del sistema i eliminar encara més l'aigua lliure de l'hidrogen.
Després que l'hidrogen entri al dispositiu de purificació d'hidrogen, l'hidrogen produït per l'electròlisi de l'aigua es purifica encara més i l'oxigen, l'aigua i altres impureses de l'hidrogen s'eliminen mitjançant els principis de la reacció catalítica i l'adsorció del tamís molecular.
L'equip pot configurar un sistema d'ajust automàtic per a la producció d'hidrogen segons la situació real. Els canvis en la càrrega de gas causaran fluctuacions en la pressió del dipòsit d'emmagatzematge d'hidrogen. El transmissor de pressió instal·lat al dipòsit d'emmagatzematge emetrà un senyal de 4-20 mA i l'enviarà al PLC. Després de comparar el valor configurat original i realitzar la transformació inversa i el càlcul PID, s'emet un senyal de 20~4 mA i s'envia al gabinet rectificador per ajustar la mida del corrent d'electròlisi, aconseguint així l'objectiu d'ajustar automàticament la producció d'hidrogen segons els canvis en la càrrega d'hidrogen.
Els equips de producció d'hidrogen per electròlisi alcalina d'aigua inclouen principalment els sistemes següents:
(1) Sistema d'aigua de matèries primeres
L'única cosa que reacciona en el procés de producció d'hidrogen per electròlisi de l'aigua és l'aigua (H2O), que s'ha de reposar contínuament amb aigua bruta a través d'una bomba de reposicionament d'aigua. La posició de reposicionament d'aigua es troba al separador d'hidrogen o oxigen. A més, s'ha d'eliminar una petita quantitat d'hidrogen i oxigen en sortir del sistema. d'humitat. El consum d'aigua dels equips petits és d'1 L/Nm³H2, i el dels equips grans es pot reduir a 0,9 L/Nm³H2. El sistema reposa contínuament aigua bruta. Mitjançant la reposicionament d'aigua, es pot mantenir l'estabilitat del nivell de líquid alcalí i la concentració d'alcalí, i la solució de reacció es pot reposar a temps. d'aigua per mantenir la concentració del lleixiu.
2) Sistema rectificador de transformador
Aquest sistema consta principalment de dos dispositius: un transformador i un armari rectificador. La seva funció principal és convertir l'alimentació de CA de 10/35 KV proporcionada pel propietari del front-end en l'alimentació de CC requerida per l'electrolitzador i subministrar energia de CC a l'electrolitzador. Una part de l'energia subministrada s'utilitza per descompondre directament l'aigua. Les molècules són hidrogen i oxigen, i l'altra part genera calor, que s'extreu pel refrigerador de lleixiu a través de l'aigua de refrigeració.
La majoria dels transformadors són de tipus oli. Si es col·loquen a l'interior o dins d'un contenidor, es poden utilitzar transformadors de tipus sec. Els transformadors utilitzats en els equips de producció d'hidrogen d'aigua electrolítica són transformadors especials i s'han d'adaptar a les dades de cada electrolitzador, de manera que són equips personalitzats.
(3) sistema d'armari de distribució d'energia
El gabinet de distribució d'energia s'utilitza principalment per subministrar equips de 400 V o comunament coneguts com a 380 V a diversos components amb motors en els sistemes de separació i purificació d'hidrogen i oxigen darrere de l'equip de producció d'hidrogen d'aigua electrolítica. L'equip inclou la circulació àlcali en el marc de separació d'hidrogen i oxigen. Bombes, bombes de reposició d'aigua en sistemes auxiliars; cables de calefacció en sistemes d'assecat i purificació, i sistemes auxiliars requerits per tot el sistema, com ara màquines d'aigua pura, refredadors, compressors d'aire, torres de refrigeració i compressors d'hidrogen del back-end, màquines d'hidrogenació i altres equips. La font d'alimentació també inclou la font d'alimentació per a la il·luminació, la monitorització i altres sistemes de tota l'estació.
(4) sistema de control
El sistema de control implementa un control automàtic PLC. El PLC generalment utilitza Siemens 1200 o 1500. Està equipat amb una pantalla tàctil d'interacció home-ordinador, i el funcionament i la visualització dels paràmetres de cada sistema de l'equip i la visualització de la lògica de control es realitzen a la pantalla tàctil.
5) Sistema de circulació alcalina
Aquest sistema inclou principalment els següents equips principals:
Separador d'hidrogen i oxigen - bomba de circulació alcalina - vàlvula - filtre alcalina - electrolitzador
El procés principal és: el líquid alcalí barrejat amb hidrogen i oxigen al separador d'hidrogen i oxigen se separa mitjançant el separador de gas-líquid i després torna a la bomba de circulació de líquid alcalí. Aquí es connecten el separador d'hidrogen i el separador d'oxigen, i la bomba de circulació de líquid alcalí fa reflux. El líquid alcalí circula fins a la vàlvula i al filtre de líquid alcalí a la part posterior. Després que el filtre filtri les impureses grans, el líquid alcalí circula cap a l'interior de l'electrolitzador.
(6) Sistema d'hidrogen
L'hidrogen es genera des del costat de l'elèctrode del càtode i arriba al separador juntament amb el sistema de circulació de líquid alcalí. En el separador, com que l'hidrogen en si és relativament lleuger, se separarà naturalment del líquid alcalí i arribarà a la part superior del separador, i després passarà per la canonada per a una major separació i refredament. Després del refredament amb aigua, el receptor de gotes atrapa les gotes i arriba a una puresa d'aproximadament el 99%, que arriba al sistema d'assecat i purificació posterior.
Evacuació: L'evacuació d'hidrogen s'utilitza principalment per a l'evacuació durant l'arrencada i l'apagada, el funcionament anormal o la fallada de puresa i l'evacuació de fallades.
(7) Sistema d'oxigen
El camí de l'oxigen és similar al de l'hidrogen, però en un separador diferent.
Evacuació: Actualment, la majoria dels projectes d'oxigen es tracten mitjançant evacuació.
Utilització: El valor d'utilització de l'oxigen només té sentit en projectes especials, com ara alguns escenaris d'aplicació que poden utilitzar tant hidrogen com oxigen d'alta puresa, com ara els fabricants de fibra òptica. També hi ha alguns projectes grans que han reservat espai per a la utilització d'oxigen. Els escenaris d'aplicació posteriors són la producció d'oxigen líquid després de l'assecat i la purificació, o l'ús d'oxigen medicinal mitjançant un sistema de dispersió. Tanmateix, el refinament d'aquests escenaris d'utilització encara no s'ha determinat. Confirmació addicional.
(8) sistema d'aigua de refrigeració
El procés d'electròlisi de l'aigua és una reacció endotèrmica. El procés de producció d'hidrogen s'ha de subministrar amb energia elèctrica. Tanmateix, l'energia elèctrica consumida pel procés d'electròlisi de l'aigua supera l'absorció teòrica de calor de la reacció d'electròlisi de l'aigua. És a dir, part de l'electricitat utilitzada per l'electrolitzador es converteix en calor. Aquesta part de la calor s'utilitza principalment per escalfar el sistema de circulació àlcali al principi, de manera que la temperatura de la solució àlcali augmenti fins al rang de temperatura de 90 ± 5 °C requerit per l'equip. Si l'electrolitzador continua funcionant després d'assolir la temperatura nominal, cal utilitzar la calor generada. Es treu aigua de refrigeració per mantenir la temperatura normal de la zona de reacció d'electròlisi. L'alta temperatura a la zona de reacció d'electròlisi pot reduir el consum d'energia, però si la temperatura és massa alta, la membrana de la cambra d'electròlisi es destruirà, cosa que també serà perjudicial per al funcionament a llarg termini de l'equip.
Aquest dispositiu requereix que la temperatura de funcionament es mantingui a no més de 95 °C. A més, l'hidrogen i l'oxigen generats també s'han de refredar i deshumidificar, i el dispositiu rectificador controlat per silici refrigerat per aigua també està equipat amb les canonades de refrigeració necessàries.
El cos de la bomba dels equips grans també requereix la participació d'aigua de refrigeració.
(9) Sistema d'ompliment i purga de nitrogen
Abans de depurar i fer funcionar el dispositiu, cal omplir el sistema amb nitrogen per fer proves d'estanquitat. Abans de l'arrencada normal, també cal purgar la fase gasosa del sistema amb nitrogen per garantir que el gas a l'espai de la fase gasosa a banda i banda de l'hidrogen i l'oxigen estigui allunyat del rang inflamable i explosiu.
Després d'apagar l'equip, el sistema de control mantindrà automàticament la pressió i retindrà una certa quantitat d'hidrogen i oxigen dins del sistema. Si encara es troba pressió quan s'engega l'equip, no cal purgar-lo. Tanmateix, si s'elimina tota la pressió, caldrà purgar-lo de nou. Acció de purga de nitrogen.
(10) Sistema d'assecat (purificació) d'hidrogen (opcional)
L'hidrogen produït a partir de l'electròlisi de l'aigua es deshumidifica mitjançant un assecador paral·lel i, finalment, es desempolsa mitjançant un filtre de tub de níquel sinteritzat per obtenir hidrogen sec. (Segons els requisits de l'usuari pel que fa a l'hidrogen del producte, el sistema pot afegir un dispositiu de purificació, i la purificació utilitza desoxidació catalítica bimetàl·lica de pal·ladi-platí).
L'hidrogen produït pel dispositiu de producció d'hidrogen per electròlisi d'aigua s'envia al dispositiu de purificació d'hidrogen a través del dipòsit intermedi.
L'hidrogen passa primer per la torre de desoxigenació. Sota l'acció del catalitzador, l'oxigen de l'hidrogen reacciona amb l'hidrogen per generar aigua.
Fórmula de reacció: 2H2+O2 · 2H2O.
A continuació, l'hidrogen passa pel condensador d'hidrogen (que refreda el gas per condensar el vapor d'aigua del gas per generar aigua, i l'aigua condensada es descarrega automàticament del sistema a través del col·lector de líquids) i entra a la torre d'adsorció.
Data de publicació: 14 de maig de 2024
