Το ηλεκτρολυτικόυδρογόνοΗ μονάδα παραγωγής περιλαμβάνει ένα πλήρες σετ ηλεκτρόλυσης νερούυδρογόνοεξοπλισμός παραγωγής, με τον κύριο εξοπλισμό να περιλαμβάνει:
1. Ηλεκτρολυτικό στοιχείο
2. Συσκευή διαχωρισμού αερίου-υγρού
3. Σύστημα ξήρανσης και καθαρισμού
4. Το ηλεκτρικό μέρος περιλαμβάνει: μετασχηματιστή, γραφείο ανορθωτών, γραφείο ελέγχου PLC, γραφείο οργάνων, γραφείο διανομής, ανώτερος υπολογιστής, κ.λπ.
5. Το βοηθητικό σύστημα περιλαμβάνει κυρίως: δεξαμενή αλκαλικού διαλύματος, δεξαμενή νερού πρώτης ύλης, αντλία νερού αναπλήρωσης, κύλινδρο/ζυγό αζώτου, κ.λπ. 6. Το συνολικό βοηθητικό σύστημα του εξοπλισμού περιλαμβάνει: μηχανή καθαρού νερού, πύργο ψύκτη, ψυγείο, συμπιεστή αέρα, κ.λπ.
ψύκτες υδρογόνου και οξυγόνου, και το νερό συλλέγεται από μια παγίδα σταγόνων πριν αποσταλεί υπό τον έλεγχο του συστήματος ελέγχου. Ο ηλεκτρολύτης διέρχεται απόυδρογόνοκαι φίλτρα αλκαλίων οξυγόνου, ψύκτες αλκαλίων υδρογόνου και οξυγόνου αντίστοιχα υπό την επίδραση της αντλίας κυκλοφορίας, και στη συνέχεια επιστρέφει στο ηλεκτρολυτικό κελί 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 της 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 νερού είναι μόνο οξυγόνο και νερό, χωρίς άλλα συστατικά (κάτι που μπορεί να αποτρέψει τη δηλητηρίαση ορισμένων καταλυτών). Αυτό παρέχει ευκολία στην παραγωγή αερίου υδρογόνου υψηλής καθαρότητας και το καθαρισμένο αέριο μπορεί να πληροί τα πρότυπα των βιομηχανικών αερίων ηλεκτρονικής ποιότητας.
Το υδρογόνο που παράγεται από τη μονάδα παραγωγής υδρογόνου διέρχεται από μια δεξαμενή απομόνωσης 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 με μοριακό κόσκινο για την απομάκρυνση οξυγόνου, νερού και άλλων ακαθαρσιών από το υδρογόνο.
Ο εξοπλισμός μπορεί να ρυθμίσει ένα αυτόματο σύστημα ρύθμισης της παραγωγής υδρογόνου ανάλογα με την πραγματική κατάσταση. Οι 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 4-20mA στο PLC για σύγκριση με την αρχική καθορισμένη τιμή και, μετά από αντίστροφο μετασχηματισμό και υπολογισμό PID, θα εξάγει ένα σήμα 20-4mA στο περίβλημα ανορθωτή για να ρυθμίσει το μέγεθος του ρεύματος ηλεκτρόλυσης, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της αυτόματης ρύθμισης της παραγωγής υδρογόνου ανάλογα 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 αντλίας αναπλήρωσης νερού. Η θέση αναπλήρωσης βρίσκεται στον διαχωριστή υδρογόνου ή οξυγόνου. Επιπλέον, το υδρογόνο και το οξυγόνο πρέπει να αφαιρούν μια μικρή ποσότητα νερού κατά την έξοδο από το σύστημα. Ο εξοπλισμός με χαμηλή κατανάλωση νερού μπορεί να καταναλώσει 1L/Nm³ H2, ενώ ο μεγαλύτερος εξοπλισμός μπορεί να τη μειώσει σε 0,9L/Nm³ H2. Το σύστημα αναπληρώνει συνεχώς ακατέργαστο νερό, γεγονός που μπορεί να διατηρήσει τη σταθερότητα της στάθμης 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 ένα ερμάριο ανορθωτή. Η κύρια λειτουργία του είναι να μετατρέπει την ισχύ AC 10/35KV που παρέχεται από τον ιδιοκτήτη του μπροστινού μέρους σε ισχύ DC που απαιτείται από το ηλεκτρολυτικό κελί και να παρέχει ισχύ DC στο ηλεκτρολυτικό κελί. Ένα μέρος της παρεχόμενης ισχύος χρησιμοποιείται για την άμεση διάσπαση των μορίων του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο, ενώ το άλλο μέρος παράγει θερμότητα, η οποία μεταφέρεται από το αλκαλικό ψυκτικό μέσω του νερού ψύξης.
Οι περισσότεροι μετασχηματιστές είναι τύπου λαδιού. Εάν τοποθετηθούν σε εσωτερικό χώρο ή μέσα σε δοχείο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μετασχηματιστές ξηρού τύπου. Οι μετασχηματιστές που χρησιμοποιούνται για τον ηλεκτρολυτικό εξοπλισμό παραγωγής υδρογόνου νερού είναι ειδικοί μετασχηματιστές που πρέπει να προσαρμόζονται σύμφωνα με τα δεδομένα κάθε ηλεκτρολυτικού στοιχείου, επομένως είναι προσαρμοσμένος εξοπλισμός.
Επί του παρόντος, ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος ανορθωτής τύπου θυρίστορ είναι ο τύπος θυρίστορ, ο οποίος υποστηρίζεται από τους κατασκευαστές εξοπλισμού λόγω του μεγάλου χρόνου χρήσης, της υψηλής σταθερότητας και της χαμηλής τιμής του. Ωστόσο, λόγω της ανάγκης προσαρμογής του εξοπλισμού μεγάλης κλίμακας σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η απόδοση μετατροπής των ανορθωτών θυρίστορ είναι σχετικά χαμηλή. Επί του παρόντος, διάφοροι κατασκευαστές ανορθωτών προσπαθούν να υιοθετήσουν νέα ανορθωτικά γραφεία IGBT. Το IGBT είναι ήδη πολύ συνηθισμένο σε άλλες βιομηχανίες όπως η αιολική ενέργεια και πιστεύεται ότι τα ανορθωτικά γραφεία IGBT θα έχουν σημαντική ανάπτυξη στο μέλλον.
- Σύστημα διανομής καμπίνας
Ο πίνακας διανομής χρησιμοποιείται κυρίως για την παροχή ρεύματος σε διάφορα εξαρτήματα με κινητήρες στο σύστημα διαχωρισμού και καθαρισμού υδρογόνου-οξυγόνου πίσω από τον ηλεκτρολυτικό εξοπλισμό παραγωγής υδρογόνου νερού, συμπεριλαμβανομένου του εξοπλισμού 400V ή κοινώς αναφερόμενου ως εξοπλισμού 380V. Ο εξοπλισμός περιλαμβάνει την αντλία κυκλοφορίας αλκαλίων στο πλαίσιο διαχωρισμού υδρογόνου-οξυγόνου και την αντλία νερού αναπλήρωσης στο βοηθητικό σύστημα. Η τροφοδοσία για τα καλώδια θέρμανσης στο σύστημα ξήρανσης και καθαρισμού, καθώς και τα βοηθητικά συστήματα που απαιτούνται για ολόκληρο το σύστημα, όπως μηχανές καθαρού νερού, ψύκτες, αεροσυμπιεστές, πύργοι ψύξης και συμπιεστές υδρογόνου back-end, μηχανές υδρογόνωσης κ.λπ., περιλαμβάνει επίσης την τροφοδοσία για τον φωτισμό, την παρακολούθηση και άλλα συστήματα ολόκληρου του σταθμού.
- Cόντροσύστημα l
Το σύστημα ελέγχου εφαρμόζει αυτόματο έλεγχο PLC. Το PLC γενικά υιοθετεί Siemens 1200 ή 1500 και είναι εξοπλισμένο με οθόνη αφής διεπαφής αλληλεπίδρασης ανθρώπου-μηχανής. Η λειτουργία και η απεικόνιση των 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 υδρογόνου-οξυγόνου – Αντλία κυκλοφορίας αλκαλικού διαλύματος – Βαλβίδα – Φίλτρο αλκαλικού διαλύματος – Ηλεκτρολυτικό στοιχείο
Η κύρια διαδικασία έχει ως εξής: το αλκαλικό διάλυμα που αναμειγνύεται με υδρογόνο και οξυγόνο στον διαχωριστή υδρογόνου-οξυγόνου διαχωρίζεται από τον διαχωριστή αερίου-υγρού και αναρροφάται στην αντλία κυκλοφορίας αλκαλικού διαλύματος. Ο διαχωριστής υδρογόνου και ο διαχωριστής οξυγόνου συνδέονται εδώ και η αντλία κυκλοφορίας αλκαλικού διαλύματος κυκλοφορεί το αναρροφημένο αλκαλικό διάλυμα στη βαλβίδα και το φίλτρο αλκαλικού διαλύματος στο πίσω μέρος. Αφού το φίλτρο φιλτράρει τις μεγάλες ακαθαρσίες, το αλκαλικό διάλυμα κυκλοφορεί στο εσωτερικό του ηλεκτρολυτικού κελιού.
6. Σύστημα υδρογόνου
Το αέριο υδρογόνο παράγεται από την πλευρά του ηλεκτροδίου καθόδου και φτάνει στον διαχωριστή μαζί με το σύστημα κυκλοφορίας αλκαλικού διαλύματος. Μέσα στον διαχωριστή, το αέριο υδρογόνο είναι σχετικά ελαφρύ και φυσικά διαχωρισμένο από το αλκαλικό διάλυμα, φτάνοντας στο άνω μέρος του διαχωριστή. Στη συνέχεια, διέρχεται από αγωγούς για περαιτέρω διαχωρισμό, ψύχεται με νερό ψύξης και συλλέγεται από έναν συλλέκτη σταγόνων για να επιτευχθεί καθαρότητα περίπου 99% πριν φτάσει στο σύστημα ξήρανσης και καθαρισμού.
Εκκένωση: Η εκκένωση αερίου υδρογόνου χρησιμοποιείται κυρίως κατά τις περιόδους εκκίνησης και διακοπής λειτουργίας, σε μη φυσιολογικές 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, εκτός από το ότι πραγματοποιείται σε διαφορετικούς διαχωριστές.
Άδειασμα: Επί του παρόντος, τα περισσότερα έργα χρησιμοποιούν τη μέθοδο εκκένωσης οξυγόνου.
Αξιοποίηση: Η αξία αξιοποίησης του οξυγόνου έχει νόημα μόνο σε ειδικά έργα, όπως εφαρμογές που μπορούν να χρησιμοποιήσουν τόσο υδρογόνο όσο και οξυγόνο υψηλής καθαρότητας, όπως οι κατασκευαστές οπτικών ινών. Υπάρχουν επίσης ορισμένα μεγάλα έργα που έχουν δεσμεύσει χώρο για την αξιοποίηση του οξυγόνου. Τα σενάρια εφαρμογών backend αφορούν την παραγωγή υγρού οξυγόνου μετά από ξήρανση και καθαρισμό ή για ιατρικό οξυγόνο μέσω συστημάτων διασποράς. Ωστόσο, η ακρίβεια αυτών των σεναρίων αξιοποίησης χρειάζεται περαιτέρω επιβεβαίωση.
8. Σύστημα ψύξης νερού
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 κελί 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 κελί ηλεκτρόλυσης συνεχίσει να λειτουργεί μετά την επίτευξη της ονομαστικής θερμοκρασίας, η παραγόμενη θερμότητα πρέπει να μεταφερθεί με νερό ψύξης 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 υποστεί ζημιά, κάτι που θα είναι επίσης επιζήμιο για τη μακροπρόθεσμη λειτουργία του εξοπλισμού.
Η βέλτιστη θερμοκρασία λειτουργίας για αυτήν τη συσκευή πρέπει να διατηρείται σε όχι περισσότερο από 95 ℃. Επιπλέον, το παραγόμενο υδρογόνο και οξυγόνο πρέπει επίσης να ψύχονται 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 με άζωτο
Πριν από την αποσφαλμάτωση και τη λειτουργία της συσκευής, θα πρέπει να διεξαχθεί δοκιμή στεγανότητας αζώτου στο σύστημα. Πριν από την κανονική εκκίνηση, απαιτείται επίσης να καθαριστεί η αέρια φάση του συστήματος με άζωτο για να διασφαλιστεί ότι το αέριο στον χώρο αέριας φάσης και στις δύο πλευρές του υδρογόνου και του οξυγόνου βρίσκεται μακριά από το εύρος εύφλεκτων και εκρηκτικών.
Μετά την απενεργοποίηση του εξοπλισμού, το σύστημα ελέγχου θα διατηρεί αυτόματα την πίεση και θα διατηρεί μια ορισμένη ποσότητα υδρογόνου και οξυγόνου μέσα στο σύστημα. Εάν η πίεση εξακολουθεί να υπάρχει κατά την εκκίνηση, δεν χρειάζεται να εκτελεστεί καθαρισμός. Ωστόσο, εάν η πίεση εκτονωθεί πλήρως, πρέπει να εκτελεστεί ξανά καθαρισμός με άζωτο.
- Σύστημα ξήρανσης (καθαρισμού) με υδρογόνο (προαιρετικό)
Το αέριο υδρογόνο που παρασκευάζεται από την ηλεκτρόλυση νερού αφυγραίνεται με παράλληλο ξηραντήρα και τελικά καθαρίζεται με φίλτρο από σωλήνα νικελίου 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 αποξυγόνωση παλλαδίου-πλατίνας για καθαρισμό.
Το υδρογόνο που παράγεται από τη μονάδα παραγωγής υδρογόνου ηλεκτρόλυσης νερού αποστέλλεται στη μονάδα καθαρισμού υδρογόνου μέσω μιας δεξαμενής αδρανοποίησης.
Το αέριο υδρογόνο διέρχεται πρώτα από έναν πύργο αποξυγόνωσης και, υπό την επίδραση 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, το οποίο εκκενώνεται αυτόματα εκτός του συστήματος μέσω ενός συλλέκτη) και εισέρχεται στον πύργο προσρόφησης.
Ώρα δημοσίευσης: 03-12-2024
