Το ηλεκτρολυτικόυδρογόνοΗ μονάδα παραγωγής περιλαμβάνει ένα πλήρες σετ ηλεκτρόλυσης νερούυδρογόνοεξοπλισμός παραγωγής, με τον κύριο εξοπλισμό να περιλαμβάνει:
1. Ηλεκτρολυτικό στοιχείο
2. Συσκευή διαχωρισμού υγρών αερίου
3. Σύστημα ξήρανσης και καθαρισμού
4. Το ηλεκτρικό μέρος περιλαμβάνει: μετασχηματιστή, ντουλάπι ανορθωτή, ντουλάπι ελέγχου PLC, ντουλάπι οργάνων, ντουλάπι διανομής, άνω υπολογιστή κ.λπ.
5. Το βοηθητικό σύστημα περιλαμβάνει κυρίως: δεξαμενή αλκαλικού διαλύματος, δεξαμενή νερού πρώτης ύλης, αντλία νερού συμπλήρωσης, κύλινδρο/ζυγό αζώτου κ.λπ./ 6. Το συνολικό βοηθητικό σύστημα του εξοπλισμού περιλαμβάνει: μηχανή καθαρού νερού, ψυκτικό πύργο, ψύκτη, αεροσυμπιεστής κλπ
ψύκτες υδρογόνου και οξυγόνου και το νερό συλλέγεται από μια παγίδα σταγόνων πριν αποσταλεί υπό τον έλεγχο του συστήματος ελέγχου. Ο ηλεκτρολύτης διέρχεταιυδρογόνοκαι φίλτρα αλκαλίων οξυγόνου, ψύκτες αλκαλίων υδρογόνου και οξυγόνου αντίστοιχα υπό τη δράση της αντλίας κυκλοφορίας και στη συνέχεια επιστρέφει στο ηλεκτρολυτικό στοιχείο για περαιτέρω ηλεκτρόλυση.
Η πίεση του συστήματος ρυθμίζεται από το σύστημα ελέγχου πίεσης και το σύστημα ελέγχου διαφορικής πίεσης για να καλύψει τις απαιτήσεις των κατάντη διεργασιών και αποθήκευσης.
Το υδρογόνο που παράγεται από την ηλεκτρόλυση νερού έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής καθαρότητας και των χαμηλών ακαθαρσιών. Συνήθως, οι ακαθαρσίες στο αέριο υδρογόνο που παράγεται από την ηλεκτρόλυση του νερού είναι μόνο οξυγόνο και νερό, χωρίς άλλα συστατικά (τα οποία μπορούν να αποφύγουν τη δηλητηρίαση ορισμένων καταλυτών). Αυτό παρέχει ευκολία για την παραγωγή αερίου υδρογόνου υψηλής καθαρότητας και το καθαρισμένο αέριο μπορεί να πληροί τα πρότυπα βιομηχανικών αερίων ηλεκτρονικής ποιότητας.
Το υδρογόνο που παράγεται από τη μονάδα παραγωγής υδρογόνου περνά μέσα από μια ρυθμιστική δεξαμενή για να σταθεροποιήσει την πίεση λειτουργίας του συστήματος και να απομακρύνει περαιτέρω το ελεύθερο νερό από το υδρογόνο.
Αφού εισέλθει στη συσκευή καθαρισμού υδρογόνου, το υδρογόνο που παράγεται από την ηλεκτρόλυση νερού καθαρίζεται περαιτέρω, χρησιμοποιώντας τις αρχές της καταλυτικής αντίδρασης και της προσρόφησης μοριακού κόσκινου για την απομάκρυνση του οξυγόνου, του νερού και άλλων ακαθαρσιών από το υδρογόνο.
Ο εξοπλισμός μπορεί να δημιουργήσει ένα αυτόματο σύστημα ρύθμισης παραγωγής υδρογόνου σύμφωνα με την πραγματική κατάσταση. Αλλαγές στο φορτίο αερίου θα προκαλέσουν διακυμάνσεις στην πίεση της δεξαμενής αποθήκευσης υδρογόνου. Ο πομπός πίεσης που είναι εγκατεστημένος στη δεξαμενή αποθήκευσης θα εξάγει ένα σήμα 4-20 mA στο PLC για σύγκριση με την αρχική τιμή ρύθμισης και μετά τον αντίστροφο μετασχηματισμό και τον υπολογισμό PID, θα εξάγει ένα σήμα 20-4 mA στον πίνακα ανορθωτή για να προσαρμόσει το μέγεθος του ρεύμα ηλεκτρόλυσης, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της αυτόματης ρύθμισης της παραγωγής υδρογόνου σύμφωνα με τις αλλαγές στο φορτίο υδρογόνου.
Η μόνη αντίδραση στη διαδικασία παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρόλυση νερού είναι το νερό (H2O), το οποίο πρέπει να τροφοδοτείται συνεχώς με ακατέργαστο νερό μέσω μιας αντλίας αναπλήρωσης νερού. Η θέση αναπλήρωσης βρίσκεται στον διαχωριστή υδρογόνου ή οξυγόνου. Επιπλέον, το υδρογόνο και το οξυγόνο πρέπει να αφαιρέσουν μια μικρή ποσότητα νερού όταν φεύγουν από το σύστημα. Ο εξοπλισμός με χαμηλή κατανάλωση νερού μπορεί να καταναλώσει 1L/Nm ³ H2, ενώ μεγαλύτερος εξοπλισμός μπορεί να τη μειώσει σε 0,9L/Nm ³ H2. Το σύστημα αναπληρώνει συνεχώς ακατέργαστο νερό, το οποίο μπορεί να διατηρήσει τη σταθερότητα του επιπέδου και της συγκέντρωσης του αλκαλικού υγρού. Μπορεί επίσης να αναπληρώσει το νερό που αντέδρασε έγκαιρα για να διατηρήσει τη συγκέντρωση του αλκαλικού διαλύματος.
- Σύστημα ανορθωτή μετασχηματιστή
Αυτό το σύστημα αποτελείται κυρίως από δύο συσκευές, έναν μετασχηματιστή και έναν ανορθωτή. Η κύρια λειτουργία του είναι να μετατρέπει την ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος 10/35 KV που παρέχεται από τον ιδιοκτήτη του μπροστινού τμήματος στην ισχύ συνεχούς ρεύματος που απαιτείται από το ηλεκτρολυτικό στοιχείο και να παρέχει ισχύ συνεχούς ρεύματος στο ηλεκτρολυτικό στοιχείο. Μέρος της παρεχόμενης ισχύος χρησιμοποιείται για την απευθείας αποσύνθεση των μορίων του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο και το άλλο μέρος παράγει θερμότητα, η οποία εκτελείται από τον ψύκτη αλκαλίων μέσω του νερού ψύξης.
Οι περισσότεροι μετασχηματιστές είναι τύπου λαδιού. Εάν τοποθετηθούν σε εσωτερικούς χώρους ή μέσα σε δοχείο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μετασχηματιστές ξηρού τύπου. Οι μετασχηματιστές που χρησιμοποιούνται για τον εξοπλισμό παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρολυτικό νερό είναι ειδικοί μετασχηματιστές που πρέπει να αντιστοιχιστούν σύμφωνα με τα δεδομένα κάθε ηλεκτρολυτικής κυψέλης, επομένως είναι προσαρμοσμένος εξοπλισμός.
Επί του παρόντος, ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος πίνακας ανορθωτή είναι ο τύπος θυρίστορ, ο οποίος υποστηρίζεται από κατασκευαστές εξοπλισμού λόγω του μεγάλου χρόνου χρήσης, της υψηλής σταθερότητας και της χαμηλής τιμής. Ωστόσο, λόγω της ανάγκης προσαρμογής εξοπλισμού μεγάλης κλίμακας σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας στο μπροστινό μέρος, η απόδοση μετατροπής των ντουλαπιών ανορθωτή θυρίστορ είναι σχετικά χαμηλή. Επί του παρόντος, διάφοροι κατασκευαστές ντουλαπιών ανορθωτών προσπαθούν να υιοθετήσουν νέα ερμάρια ανορθωτών IGBT. Το IGBT είναι ήδη πολύ κοινό σε άλλες βιομηχανίες όπως η αιολική ενέργεια, και πιστεύεται ότι τα ερμάρια ανορθωτών IGBT θα έχουν σημαντική ανάπτυξη στο μέλλον.
- Σύστημα ντουλαπιού διανομής
Ο θάλαμος διανομής χρησιμοποιείται κυρίως για την παροχή ρεύματος σε διάφορα εξαρτήματα με κινητήρες στο σύστημα διαχωρισμού και καθαρισμού οξυγόνου υδρογόνου πίσω από τον εξοπλισμό παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρολυτικό νερό, συμπεριλαμβανομένων των 400V ή κοινώς αναφερόμενου ως εξοπλισμού 380V. Ο εξοπλισμός περιλαμβάνει την αντλία κυκλοφορίας αλκαλίων στο πλαίσιο διαχωρισμού οξυγόνου υδρογόνου και την αντλία νερού συμπλήρωσης στο βοηθητικό σύστημα. Η παροχή ρεύματος για τα καλώδια θέρμανσης στο σύστημα ξήρανσης και καθαρισμού, καθώς και τα βοηθητικά συστήματα που απαιτούνται για ολόκληρο το σύστημα, όπως μηχανήματα καθαρού νερού, ψύκτες, αεροσυμπιεστές, πύργους ψύξης και συμπιεστές υδρογόνου, μηχανές υδρογόνωσης κ.λπ. ., περιλαμβάνει επίσης την παροχή ρεύματος για τον φωτισμό, την παρακολούθηση και άλλα συστήματα ολόκληρου του σταθμού.
- Cεισαγωγήl σύστημα
Το σύστημα ελέγχου εφαρμόζει αυτόματο έλεγχο PLC. Το PLC γενικά υιοθετεί το Siemens 1200 ή 1500 και είναι εξοπλισμένο με οθόνη αφής διεπαφής αλληλεπίδρασης ανθρώπου-μηχανής. Η ένδειξη λειτουργίας και παραμέτρων κάθε συστήματος του εξοπλισμού καθώς και η απεικόνιση της λογικής ελέγχου πραγματοποιούνται στην οθόνη αφής.
5. Σύστημα κυκλοφορίας αλκαλικού διαλύματος
Αυτό το σύστημα περιλαμβάνει κυρίως τον ακόλουθο κύριο εξοπλισμό:
Διαχωριστής οξυγόνου υδρογόνου – Αντλία κυκλοφορίας αλκαλικού διαλύματος – Βαλβίδα – Φίλτρο αλκαλικού διαλύματος – Ηλεκτρολυτική κυψέλη
Η κύρια διαδικασία είναι η εξής: το αλκαλικό διάλυμα αναμεμειγμένο με υδρογόνο και οξυγόνο στον διαχωριστή οξυγόνου υδρογόνου διαχωρίζεται από τον διαχωριστή αερίου-υγρού και αναρροή στην αντλία κυκλοφορίας αλκαλικού διαλύματος. Ο διαχωριστής υδρογόνου και ο διαχωριστής οξυγόνου συνδέονται εδώ και η αντλία κυκλοφορίας αλκαλικού διαλύματος κυκλοφορεί το αναρροή αλκαλικό διάλυμα στη βαλβίδα και το φίλτρο αλκαλικού διαλύματος στο πίσω άκρο. Αφού το φίλτρο φιλτράρει μεγάλες ακαθαρσίες, το αλκαλικό διάλυμα κυκλοφορεί στο εσωτερικό του ηλεκτρολυτικού στοιχείου.
6.Σύστημα υδρογόνου
Το αέριο υδρογόνο παράγεται από την πλευρά του ηλεκτροδίου της καθόδου και φθάνει στον διαχωριστή μαζί με το σύστημα κυκλοφορίας του αλκαλικού διαλύματος. Μέσα στον διαχωριστή, το αέριο υδρογόνο είναι σχετικά ελαφρύ και φυσικά διαχωρίζεται από το αλκαλικό διάλυμα, φτάνοντας στο πάνω μέρος του διαχωριστή. Στη συνέχεια, περνά μέσα από σωληνώσεις για περαιτέρω διαχωρισμό, ψύχεται με νερό ψύξης και συλλέγεται από μια συσκευή συλλογής σταγόνων για να επιτευχθεί καθαρότητα περίπου 99% πριν φτάσει στο σύστημα ξήρανσης και καθαρισμού πίσω άκρου.
Εκκένωση: Η εκκένωση αερίου υδρογόνου χρησιμοποιείται κυρίως κατά τις περιόδους εκκίνησης και διακοπής λειτουργίας, μη κανονικές λειτουργίες ή όταν η καθαρότητα δεν πληροί τα πρότυπα, καθώς και για την αντιμετώπιση προβλημάτων.
7. Σύστημα οξυγόνου
Η οδός του οξυγόνου είναι παρόμοια με αυτή του υδρογόνου, με τη διαφορά ότι πραγματοποιείται σε διαφορετικούς διαχωριστές.
Άδειασμα: Επί του παρόντος, τα περισσότερα έργα χρησιμοποιούν τη μέθοδο εκκένωσης οξυγόνου.
Χρήση: Η αξία χρήσης του οξυγόνου έχει νόημα μόνο σε ειδικά έργα, όπως εφαρμογές που μπορούν να χρησιμοποιούν υδρογόνο και οξυγόνο υψηλής καθαρότητας, όπως κατασκευαστές οπτικών ινών. Υπάρχουν επίσης κάποια μεγάλα έργα που έχουν κρατήσει χώρο για την αξιοποίηση του οξυγόνου. Τα σενάρια εφαρμογής backend είναι για την παραγωγή υγρού οξυγόνου μετά από ξήρανση και καθαρισμό ή για ιατρικό οξυγόνο μέσω συστημάτων διασποράς. Ωστόσο, η ακρίβεια αυτών των σεναρίων χρήσης χρήζει περαιτέρω επιβεβαίωσης.
8. Σύστημα νερού ψύξης
Η διαδικασία ηλεκτρόλυσης του νερού είναι μια ενδόθερμη αντίδραση και η διαδικασία παραγωγής υδρογόνου πρέπει να τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται στη διαδικασία ηλεκτρόλυσης νερού υπερβαίνει τη θεωρητική απορρόφηση θερμότητας της αντίδρασης ηλεκτρόλυσης νερού. Με άλλα λόγια, ένα μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιείται στο στοιχείο ηλεκτρόλυσης μετατρέπεται σε θερμότητα, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για τη θέρμανση του συστήματος κυκλοφορίας αλκαλικού διαλύματος στην αρχή, αυξάνοντας τη θερμοκρασία του αλκαλικού διαλύματος στο απαιτούμενο εύρος θερμοκρασίας 90 ± 5 ℃ για τον εξοπλισμό. Εάν το στοιχείο ηλεκτρόλυσης συνεχίσει να λειτουργεί μετά την επίτευξη της ονομαστικής θερμοκρασίας, η παραγόμενη θερμότητα πρέπει να πραγματοποιηθεί με ψύξη νερού για να διατηρηθεί η κανονική θερμοκρασία της ζώνης αντίδρασης ηλεκτρόλυσης. Η υψηλή θερμοκρασία στη ζώνη αντίδρασης ηλεκτρόλυσης μπορεί να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας, αλλά εάν η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή, το διάφραγμα του θαλάμου ηλεκτρόλυσης θα καταστραφεί, κάτι που θα είναι επίσης επιζήμιο για τη μακροχρόνια λειτουργία του εξοπλισμού.
Η βέλτιστη θερμοκρασία λειτουργίας για αυτήν τη συσκευή απαιτείται να διατηρείται σε όχι περισσότερο από 95 ℃. Επιπλέον, το παραγόμενο υδρογόνο και οξυγόνο πρέπει επίσης να ψυχθούν και να αφυγρανθούν, και η υδρόψυκτη συσκευή ανορθωτή θυρίστορ είναι επίσης εξοπλισμένη με τους απαραίτητους αγωγούς ψύξης.
Το σώμα της αντλίας μεγάλου εξοπλισμού απαιτεί επίσης τη συμμετοχή νερού ψύξης.
- Σύστημα πλήρωσης και καθαρισμού αζώτου
Πριν από τον εντοπισμό σφαλμάτων και τη λειτουργία της συσκευής, θα πρέπει να πραγματοποιηθεί δοκιμή στεγανότητας στο άζωτο στο σύστημα. Πριν από την κανονική εκκίνηση, απαιτείται επίσης ο καθαρισμός της αέριας φάσης του συστήματος με άζωτο για να διασφαλιστεί ότι το αέριο στον χώρο της αέριας φάσης και στις δύο πλευρές του υδρογόνου και του οξυγόνου είναι πολύ μακριά από την εύφλεκτη και εκρηκτική περιοχή.
Μετά την απενεργοποίηση του εξοπλισμού, το σύστημα ελέγχου θα διατηρήσει αυτόματα την πίεση και θα διατηρήσει μια ορισμένη ποσότητα υδρογόνου και οξυγόνου μέσα στο σύστημα. Εάν η πίεση εξακολουθεί να υπάρχει κατά την εκκίνηση, δεν χρειάζεται να πραγματοποιήσετε ενέργεια καθαρισμού. Ωστόσο, εάν η πίεση εκτονωθεί πλήρως, πρέπει να πραγματοποιηθεί ξανά μια ενέργεια καθαρισμού με άζωτο.
- Σύστημα ξήρανσης (καθαρισμού) υδρογόνου (προαιρετικό)
Το αέριο υδρογόνο που παρασκευάζεται από την ηλεκτρόλυση νερού αφυγράνεται με παράλληλο στεγνωτήριο και τελικά καθαρίζεται με φίλτρο σωλήνων από πυροσυσσωματωμένο νικέλιο για να ληφθεί ξηρό αέριο υδρογόνο. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις του χρήστη για το υδρογόνο του προϊόντος, το σύστημα μπορεί να προσθέσει μια συσκευή καθαρισμού, η οποία χρησιμοποιεί διμεταλλική καταλυτική αποοξυγόνωση παλλάδιο πλατίνα για καθαρισμό.
Το υδρογόνο που παράγεται από τη μονάδα παραγωγής υδρογόνου ηλεκτρόλυσης νερού αποστέλλεται στη μονάδα καθαρισμού υδρογόνου μέσω μιας ρυθμιστικής δεξαμενής.
Το αέριο υδρογόνο διέρχεται πρώτα από έναν πύργο αποοξυγόνωσης και υπό τη δράση ενός καταλύτη, το οξυγόνο στο αέριο υδρογόνο αντιδρά με το αέριο υδρογόνο για να παράγει νερό.
Τύπος αντίδρασης: 2H2+O2 2H2O.
Στη συνέχεια, το αέριο υδρογόνο διέρχεται από έναν συμπυκνωτή υδρογόνου (ο οποίος ψύχει το αέριο για να συμπυκνώσει τους υδρατμούς σε νερό, ο οποίος εκκενώνεται αυτόματα έξω από το σύστημα μέσω ενός συλλέκτη) και εισέρχεται στον πύργο προσρόφησης.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-03-2024
