Производственият агрегат за електролиза на водород включва пълен комплект оборудване за производство на водород чрез водна електролиза. Основното оборудване е:
1. Електролизатор
2. Устройство за разделяне на газ и течност
3. Система за сушене и пречистване
4. Електрическата част включва: трансформатор, токоизправител, PLC програмен контролен шкаф, инструментален шкаф, разпределителен шкаф, хост компютър и др.
5. Спомагателната система включва главно: резервоар за алкали, резервоар за суровина, помпа за водоснабдяване, азотна бутилка/шинна шина и др.
6. Цялостната спомагателна система на оборудването включва: машина за чиста вода, охладителна водна кула, чилър, въздушен компресор и др.
В електролитния инсталация за производство на водород, водата се разлага на една част водород и 1/2 част кислород в електролизатора под действието на постоянен ток. Генерираните водород и кислород се изпращат заедно с електролита към сепаратора за газ-течност за разделяне. Водородът и кислородът се охлаждат от охладителите за водород и кислород, а капкоуловител улавя и отстранява водата, след което се отвеждат под контрола на системата за управление; електролитът преминава през течен филтър за водород, кислород-алкали и др. под действието на циркулационната помпа, след което се връща в електролизатора, за да продължи електролизата.
Налягането в системата се регулира чрез системата за контрол на налягането и системата за контрол на диференциалното налягане, за да се отговори на изискванията на последващите процеси и съхранение.
Водородът, произведен чрез водна електролиза, има предимствата на висока чистота и малко примеси. Обикновено примесите във водорода, произведен чрез водна електролиза, са само кислород и вода, и никакви други компоненти (което може да избегне отравяне на някои катализатори), което осигурява удобство за производство на водород с висока чистота. След пречистване, полученият газ може да достигне показателите на електронен индустриален газ.
Водородът, произведен от устройството за производство на водород, преминава през буферен резервоар, за да се стабилизира работното налягане на системата и допълнително да се отстрани свободната вода във водорода.
След като водородът постъпи в устройството за пречистване на водород, полученият чрез електролиза на вода водород се пречиства допълнително, а кислородът, водата и другите примеси във водорода се отстраняват, използвайки принципите на каталитичната реакция и адсорбцията с молекулно сито.
Оборудването може да настрои автоматична система за регулиране на производството на водород според реалната ситуация. Промените в газовото натоварване ще доведат до колебания в налягането в резервоара за съхранение на водород. Предавателят за налягане, монтиран на резервоара, ще изведе сигнал 4-20mA и ще го изпрати към PLC. След сравняване на първоначалната зададена стойност и извършване на обратна трансформация и PID изчисление, се извежда сигнал 20~4mA и се изпраща към токоизправителния шкаф, за да се регулира големината на електролизния ток, като по този начин се постига целта за автоматично регулиране на производството на водород според промените в водородното натоварване.
Оборудването за производство на водород чрез електролиза на алкална вода включва главно следните системи:
(1) Система за вода за суровини
Единственото нещо, което реагира в процеса на производство на водород чрез електролиза на вода, е водата (H2O), която трябва непрекъснато да се попълва със сурова вода чрез помпа за попълване на вода. Мястото за попълване на вода е на сепаратора за водород или кислород. Освен това, малко количество водород и кислород трябва да се отстранят при напускане на системата. Консумацията на вода на малко оборудване е 1 л/Nm³H2, а тази на голямо оборудване може да бъде намалена до 0,9 л/Nm³H2. Системата непрекъснато попълва сурова вода. Чрез попълване на вода може да се поддържа стабилността на нивото на алкалната течност и концентрацията на алкали, а реакционният разтвор може да се попълва навреме.
2) Трансформаторна токоизправителна система
Тази система се състои основно от две устройства: трансформатор и токоизправител. Основната ѝ функция е да преобразува променливотоковото захранване 10/35KV, осигурено от входния модул, в постояннотоково захранване, необходимо за електролизера, и да подава постояннотоково захранване към електролизера. Част от доставената енергия се използва за директно разлагане на водата. Молекулите са водород и кислород, а другата част генерира топлина, която се отвежда от охладителя на лугата чрез охлаждаща вода.
Повечето трансформатори са маслени. Ако са поставени на закрито или в контейнер, могат да се използват сухи трансформатори. Трансформаторите, използвани в оборудването за електролитно производство на водород, са специални трансформатори и трябва да бъдат съобразени с данните на всеки електролизатор, така че те са персонализирано оборудване.
(3) система за разпределение на захранването
Разпределителният шкаф се използва главно за захранване на оборудване с напрежение 400V или по-известно като 380V към различни компоненти с двигатели в системите за разделяне и пречистване на водород и кислород, разположени зад електролитното оборудване за производство на водород. Оборудването включва циркулацията на алкали в системата за разделяне на водород и кислород. Помпи, помпи за допълване на водата в спомагателните системи; нагревателни проводници в системите за сушене и пречистване и спомагателни системи, необходими за цялата система, като машини за пречистена вода, охладители, въздушни компресори, охладителни кули и задни водородни компресори, машини за хидрогениране и друго оборудване. Захранването включва също захранване за осветление, мониторинг и други системи на цялата станция.
(4) система за управление
Системата за управление реализира автоматично управление с PLC. PLC обикновено използва Siemens 1200 или 1500. Той е оборудван със сензорен екран за взаимодействие човек-компютър, а работата и параметрите на всяка система на оборудването, както и логиката на управление, се показват на сензорния екран.
5) Система за циркулация на алкали
Тази система включва главно следното основно оборудване:
Сепаратор за водород и кислород - помпа за циркулация на алкали - клапан - филтър за алкали - електролизатор
Основният процес е: алкалната течност, смесена с водород и кислород в сепаратора за водород и кислород, се отделя от сепаратора за газ и течност и след това се връща обратно към циркулационната помпа за алкална течност. Тук сепараторът за водород и сепараторът за кислород са свързани и циркулационната помпа за алкална течност се връща обратно. Алкалната течност циркулира към клапана и филтъра за алкална течност в задния край. След като филтърът филтрира едрите примеси, алкалната течност циркулира във вътрешността на електролизера.
(6) Водородна система
Водородът се генерира от страната на катодния електрод и достига до сепаратора заедно със системата за циркулация на алкална течност. В сепаратора, тъй като самият водород е сравнително лек, той естествено ще се отдели от алкалната течност и ще достигне горната част на сепаратора, след което ще премине през тръбопровода за допълнително разделяне и охлаждане. След охлаждане с вода, капкоуловителът улавя капките и достига чистота от около 99%, която достига до системата за сушене и пречистване в задната част.
Евакуация: Евакуацията на водород се използва главно за евакуация по време на стартиране и спиране, при анормална работа или прекъсване на чистотата, както и за евакуация при повреди.
(7) Кислородна система
Пътят за кислорода е подобен на този за водорода, но в различен сепаратор.
Евакуация: В момента повечето проекти за кислород се третират чрез евакуация.
Употреба: Стойността на употреба на кислород е от значение само в специални проекти, като например някои сценарии на приложение, които могат да използват както водород, така и кислород с висока чистота, като например производството на оптични влакна. Съществуват и някои големи проекти, които са запазили място за употреба на кислород. Сценариите на приложение в края на проекта са производството на течен кислород след сушене и пречистване или използването на медицински кислород чрез дисперсионна система. Въпреки това, усъвършенстването на тези сценарии на употреба все още не е определено. Очакват се допълнителни потвърждения.
(8) система за охлаждаща вода
Процесът на електролиза на вода е ендотермична реакция. Процесът на производство на водород трябва да се захранва с електрическа енергия. Електрическата енергия, консумирана от процеса на електролиза на вода, обаче надвишава теоретичното поглъщане на топлина от реакцията на електролиза на вода. Това означава, че част от електричеството, използвано от електролизатора, се преобразува в топлина. Тази част от топлината се използва главно за нагряване на системата за циркулация на алкали в началото, така че температурата на алкалния разтвор да се повиши до температурния диапазон от 90±5°C, необходим за оборудването. Ако електролизерът продължи да работи след достигане на номиналната температура, генерираната топлина трябва да се използва. Охлаждащата вода се отвежда, за да се поддържа нормалната температура в зоната на електролизна реакция. Високата температура в зоната на електролизна реакция може да намали консумацията на енергия, но ако температурата е твърде висока, мембраната на електролизната камера ще се разруши, което също ще бъде вредно за дългосрочната работа на оборудването.
Това устройство изисква работна температура да се поддържа не повече от 95°C. Освен това, генерираните водород и кислород също трябва да се охлаждат и обезвлажняват, а водноохлаждаемото силициево-контролирано токоизправително устройство е оборудвано и с необходимите охлаждащи тръбопроводи.
Корпусът на помпата на голямо оборудване също изисква участието на охлаждаща вода.
(9) Система за пълнене с азот и продухване с азот
Преди отстраняване на грешки и работа с устройството, системата трябва да се напълни с азот за тестване на херметичността. Преди нормално стартиране, газовата фаза на системата също трябва да се продуха с азот, за да се гарантира, че газът в газовото пространство от двете страни на водорода и кислорода е далеч от зоната на запалимост и експлозия.
След като оборудването бъде изключено, системата за управление автоматично ще поддържа налягане и ще задържа определено количество водород и кислород в системата. Ако налягането все още е налице, когато оборудването е включено, няма нужда от продухване. Ако обаче цялото налягане бъде отстранено, ще е необходимо да се извърши ново продухване. Действие за продухване с азот.
(10) Система за сушене (пречистване) на водород (по избор)
Водородът, получен от електролиза на вода, се обезвлажнява чрез паралелна сушилня и накрая се обезпрашава чрез синтерован никелов тръбен филтър, за да се получи сух водород. (Според изискванията на потребителя за получения водород, системата може да добави устройство за пречистване, като пречистването използва паладий-платинено биметално каталитично дезоксидиране).
Водородът, произведен от устройството за производство на водород чрез електролиза на вода, се изпраща към устройството за пречистване на водород през буферния резервоар.
Водородът първо преминава през кулата за деоксигениране. Под действието на катализатора кислородът във водорода реагира с водорода, за да се образува вода.
Реакционна формула: 2H2+O2 2H2O.
След това водородът преминава през водородния кондензатор (който охлажда газа, за да кондензира водните пари в газа, за да генерира вода, а кондензираната вода автоматично се изхвърля от системата през колектора за течности) и навлиза в адсорбционната кула.
Време на публикуване: 14 май 2024 г.
