L'electrolítichidrogenla unitat de producció inclou un conjunt complet d'electròlisi d'aiguahidrogenequips de producció, amb els principals equips que inclouen:
1. Cel·la electrolítica
2. Dispositiu de separació de gasos i líquids
3. Sistema d'assecat i purificació
4. La part elèctrica inclou: transformador, armari rectificador, armari de control PLC, armari d'instruments, armari de distribució, ordinador superior, etc.
5. El sistema auxiliar inclou principalment: dipòsit de solució alcalina, dipòsit d'aigua de matèria primera, bomba d'aigua de reposició, cilindre/barra col·lectora de nitrogen, etc. 6. El sistema auxiliar general de l'equip inclou: màquina d'aigua pura, torre de refredament, refredador, compressor d'aire, etc.
refrigeradors d'hidrogen i oxigen, i l'aigua es recull mitjançant un sifó de degoteig abans de ser enviada sota el control del sistema de control; L'electròlit passa a travéshidrogeni filtres alcalins d'oxigen, refrigeradors alcalins d'hidrogen i oxigen respectivament sota l'acció de la bomba de circulació, i després torna a la cel·la electrolítica per a una major electròlisi.
La pressió del sistema està regulada pel sistema de control de pressió i el sistema de control de pressió diferencial per satisfer els requisits dels processos posteriors i l'emmagatzematge.
L'hidrogen produït per electròlisi de l'aigua té els avantatges d'una alta puresa i poques impureses. Normalment, les impureses del gas hidrogen produït per electròlisi de l'aigua són només oxigen i aigua, sense altres components (cosa que pot evitar la intoxicació de certs catalitzadors). Això proporciona comoditat per produir gas hidrogen d'alta puresa, i el gas purificat pot complir els estàndards dels gasos industrials de grau electrònic.
L'hidrogen produït per la unitat 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 d'entrar al dispositiu de purificació d'hidrogen, l'hidrogen produït per electròlisi de l'aigua es purifica encara més, utilitzant els principis de la reacció catalítica i l'adsorció amb tamís molecular per eliminar oxigen, aigua i altres impureses de l'hidrogen.
L'equip pot configurar un sistema d'ajust automàtic de 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 al PLC per comparar-lo amb el valor configurat original i, després de la transformació inversa i el càlcul PID, emetrà un senyal de 20-4 mA 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.
L'única reacció en el procés de producció d'hidrogen per electròlisi de l'aigua és l'aigua (H2O), que necessita ser subministrada contínuament amb aigua bruta a través d'una bomba de reposició d'aigua. La posició de reposició es troba al separador d'hidrogen o oxigen. A més, l'hidrogen i l'oxigen necessiten eliminar una petita quantitat d'aigua en sortir del sistema. Els equips amb baix consum d'aigua poden consumir 1 L/Nm³ H2, mentre que els equips més grans poden reduir-lo a 0,9 L/Nm³ H2. El sistema reposa contínuament aigua bruta, cosa que pot mantenir l'estabilitat del nivell i la concentració del líquid alcalí. També pot reposar l'aigua reaccionada de manera oportuna per mantenir la concentració de la solució alcalina.
- 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 la cel·la electrolítica i subministrar energia de CC a la cel·la electrolítica. Una part de l'energia subministrada s'utilitza per descompondre directament les molècules d'aigua en hidrogen i oxigen, i l'altra part genera calor, que es duu a terme pel refrigerador alcalí 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 per als equips de producció d'hidrogen d'aigua electrolítica són transformadors especials que s'han d'adaptar a les dades de cada cel·la electrolítica, de manera que són equips personalitzats.
Actualment, el gabinet rectificador més utilitzat és el tipus tiristor, que és recolzat pels fabricants d'equips a causa del seu llarg temps d'ús, alta estabilitat i baix preu. Tanmateix, a causa de la necessitat d'adaptar equips a gran escala a energies renovables frontals, l'eficiència de conversió dels gabinets rectificadors de tiristors és relativament baixa. Actualment, diversos fabricants de gabinets rectificadors s'esforcen per adoptar nous gabinets rectificadors IGBT. L'IGBT ja és molt comú en altres indústries com l'energia eòlica, i es creu que els gabinets rectificadors IGBT tindran un desenvolupament significatiu en el futur.
- Sistema d'armari de distribució
El gabinet de distribució s'utilitza principalment per subministrar energia a diversos components amb motors en el sistema de separació i purificació d'hidrogen i oxigen darrere de l'equip de producció d'hidrogen d'aigua electrolítica, incloent-hi equips de 400 V o comunament coneguts com a equips de 380 V. L'equip inclou la bomba de circulació àlcali en el marc de separació d'hidrogen i oxigen i la bomba d'aigua de reposició en el sistema auxiliar; La font d'alimentació per als cables de calefacció en el sistema d'assecat i purificació, així com els sistemes auxiliars necessaris per a tot el sistema, com ara màquines d'aigua pura, refredadors, compressors d'aire, torres de refrigeració i compressors d'hidrogen posteriors, màquines d'hidrogenació, etc., també inclou la font d'alimentació per a la il·luminació, la monitorització i altres sistemes de tota l'estació.
- Controsistema l
El sistema de control implementa un control automàtic PLC. El PLC generalment adopta Siemens 1200 o 1500 i està equipat amb una pantalla tàctil d'interfície d'interacció home-màquina. El funcionament i la visualització dels paràmetres de cada sistema de l'equip, així com la visualització de la lògica de control, es realitzen a la pantalla tàctil.
5. Sistema de circulació de solucions alcalines
Aquest sistema inclou principalment els següents equips principals:
Separador d'oxigen i hidrogen – Bomba de circulació de solució alcalina – Vàlvula – Filtre de solució alcalina – Cel·la electrolítica
El procés principal és el següent: la solució alcalina barrejada amb hidrogen i oxigen al separador d'hidrogen i oxigen es separa mitjançant el separador de gas-líquid i es fa refluir a la bomba de circulació de la solució alcalina. El separador d'hidrogen i el separador d'oxigen estan connectats aquí, i la bomba de circulació de la solució alcalina fa circular la solució alcalina refluïda a la vàlvula i al filtre de solució alcalina a la part posterior. Després que el filtre filtri les impureses grans, la solució alcalina es fa circular a l'interior de la cel·la electrolítica.
6. Sistema d'hidrogen
El gas hidrogen es genera des del costat de l'elèctrode del càtode i arriba al separador juntament amb el sistema de circulació de la solució alcalina. Dins del separador, el gas hidrogen és relativament lleuger i se separa naturalment de la solució alcalina, arribant a la part superior del separador. Després, passa a través de canonades per a una major separació, es refreda amb aigua de refrigeració i es recull mitjançant un degoteig per aconseguir una puresa d'aproximadament el 99% abans d'arribar al sistema d'assecat i purificació posterior.
Evacuació: L'evacuació de gas hidrogen s'utilitza principalment durant els períodes d'arrencada i aturada, operacions anormals o quan la puresa no compleix els estàndards, així com per a la resolució de problemes.
7. Sistema d'oxigen
La via de l'oxigen és similar a la de l'hidrogen, excepte que es duu a terme en separadors diferents.
Buidatge: Actualment, la majoria de projectes utilitzen el mètode de buidatge d'oxigen.
Utilització: El valor d'utilització de l'oxigen només té sentit en projectes especials, com ara aplicacions 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 posterior són per a la producció d'oxigen líquid després de l'assecat i la purificació, o per a oxigen medicinal mitjançant sistemes de dispersió. Tanmateix, la precisió d'aquests escenaris d'utilització encara necessita més confirmació.
8. Sistema d'aigua de refrigeració
El procés d'electròlisi de l'aigua és una reacció endotèrmica i el procés de producció d'hidrogen s'ha de subministrar amb energia elèctrica. Tanmateix, l'energia elèctrica consumida en el procés d'electròlisi de l'aigua supera l'absorció teòrica de calor de la reacció d'electròlisi de l'aigua. En altres paraules, una part de l'electricitat utilitzada a la cel·la d'electròlisi es converteix en calor, que s'utilitza principalment per escalfar el sistema de circulació de la solució alcalina al principi, elevant la temperatura de la solució alcalina fins al rang de temperatura requerit de 90 ± 5 ℃ per a l'equip. Si la cel·la d'electròlisi continua funcionant després d'assolir la temperatura nominal, la calor generada s'ha de refredar amb aigua 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, el diafragma de la cambra d'electròlisi es farà malbé, cosa que també serà perjudicial per al funcionament a llarg termini de l'equip.
La temperatura òptima de funcionament per a aquest dispositiu no ha de ser superior a 95 ℃. A més, l'hidrogen i l'oxigen generats també s'han de refredar i deshumidificar, i el dispositiu rectificador de tiristors 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.
- Sistema d'ompliment i purga de nitrogen
Abans de depurar i fer funcionar el dispositiu, s'ha de dur a terme una prova d'estanquitat del nitrogen al sistema. 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 lluny 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 la pressió encara és present durant l'arrencada, no cal realitzar una purga. Tanmateix, si la pressió s'alleuja completament, cal tornar a realitzar una purga de nitrogen.
- Sistema d'assecat (purificació) d'hidrogen (opcional)
El gas hidrogen preparat a partir de l'electròlisi de l'aigua es deshumidifica mitjançant un assecador paral·lel i finalment es purifica mitjançant un filtre de tub de níquel sinteritzat per obtenir gas hidrogen sec. Segons els requisits de l'usuari per al producte d'hidrogen, el sistema pot afegir un dispositiu de purificació, que utilitza la desoxigenació catalítica bimetàl·lica de pal·ladi i platí per a la purificació.
L'hidrogen produït per la unitat de producció d'hidrogen per electròlisi de l'aigua s'envia a la unitat de purificació d'hidrogen a través d'un dipòsit intermedi.
El gas hidrogen passa primer per una torre de desoxigenació i, sota l'acció d'un catalitzador, l'oxigen del gas hidrogen reacciona amb el gas hidrogen per produir aigua.
Fórmula de reacció: 2H2+O2 · 2H2O.
A continuació, el gas hidrogen passa a través d'un condensador d'hidrogen (que refreda el gas per condensar el vapor d'aigua en aigua, que es descarrega automàticament fora del sistema a través d'un col·lector) i entra a la torre d'adsorció.
Data de publicació: 03 de desembre de 2024
