Електролитниятводородпроизводствената единица включва пълен комплект водна електролизаводородпроизводствено оборудване, като основното оборудване включва:
1. Електролитна клетка
2. Устройство за разделяне на газ и течност
3. Система за сушене и пречистване
4. Електрическата част включва: трансформатор, токоизправителен шкаф, PLC контролен шкаф, инструментален шкаф, разпределителен шкаф, горен компютър и др.
5. Спомагателната система включва основно: резервоар за алкален разтвор, резервоар за вода за суровини, помпа за допълваща вода, азотен цилиндър/шина и т.н./ 6. Цялостната спомагателна система на оборудването включва: машина за чиста вода, охладителна кула, чилър, въздушен компресор и др
охладители за водород и кислород, като водата се събира от капкоуловител, преди да бъде изпратена под контрола на системата за управление; Електролитът преминававодороди кислородни алкални филтри, водородни и кислородни алкални охладители съответно под действието на циркулационната помпа и след това се връща в електролитната клетка за по-нататъшна електролиза.
Налягането в системата се регулира от системата за контрол на налягането и системата за контрол на диференциалното налягане, за да отговори на изискванията на процесите надолу по веригата и съхранението.
Водородът, произведен чрез водна електролиза, има предимствата на висока чистота и ниски примеси. Обикновено примесите във водородния газ, получен чрез водна електролиза, са само кислород и вода, без други компоненти (което може да избегне отравяне на определени катализатори). Това осигурява удобство за производство на водороден газ с висока чистота, а пречистеният газ може да отговаря на стандартите за промишлени газове с електронен клас.
Водородът, произведен от съоръжението за производство на водород, преминава през буферен резервоар, за да стабилизира работното налягане на системата и допълнително да отстрани свободната вода от водорода.
След като влезе в устройството за пречистване на водород, водородът, произведен чрез водна електролиза, се пречиства допълнително, като се използват принципите на каталитична реакция и адсорбция на молекулярно сито за отстраняване на кислород, вода и други примеси от водорода.
Оборудването може да настрои система за автоматично регулиране на производството на водород според действителната ситуация. Промените в газовото натоварване ще доведат до колебания в налягането на резервоара за съхранение на водород. Трансмитерът за налягане, инсталиран на резервоара за съхранение, ще изведе 4-20 mA сигнал към PLC за сравнение с първоначалната зададена стойност и след обратна трансформация и PID изчисление, изведе 20-4 mA сигнал към токоизправителния шкаф, за да регулира размера на ток на електролиза, като по този начин се постига целта за автоматично регулиране на производството на водород според промените в натоварването с водород.
Единствената реакция в процеса на производство на водород чрез водна електролиза е водата (H2O), която трябва непрекъснато да се доставя със сурова вода чрез помпа за попълване на вода. Позицията за попълване се намира на водородния или кислородния сепаратор. В допълнение, водородът и кислородът трябва да отнемат малко количество вода, когато напускат системата. Оборудване с ниска консумация на вода може да консумира 1L/Nm ³ H2, докато по-голямото оборудване може да го намали до 0,9L/Nm ³ H2. Системата непрекъснато попълва сурова вода, което може да поддържа стабилността на нивото и концентрацията на алкалната течност. Той може също така да попълни реагиращата вода своевременно, за да поддържа концентрацията на алкалния разтвор.
- Трансформаторна токоизправителна система
Тази система се състои основно от две устройства, трансформатор и токоизправителен шкаф. Основната му функция е да преобразува 10/35KV променлив ток, осигурен от собственика на предния край, в постоянен ток, необходим на електролитната клетка, и да доставя постоянен ток на електролитната клетка. Част от подадената мощност се използва за директно разграждане на водните молекули на водород и кислород, а другата част генерира топлина, която се извършва от алкалния охладител чрез охлаждаща вода.
Повечето трансформатори са маслени. Ако се поставят на закрито или в контейнер, могат да се използват сухи трансформатори. Трансформаторите, използвани за оборудване за производство на електролитен воден водород, са специални трансформатори, които трябва да бъдат съгласувани според данните на всяка електролитна клетка, така че те са персонализирано оборудване.
В момента най-често използваният токоизправителен шкаф е тиристорният тип, който се поддържа от производителите на оборудване поради дългото време на използване, висока стабилност и ниска цена. Въпреки това, поради необходимостта от адаптиране на широкомащабно оборудване към възобновяема енергия от предния край, ефективността на преобразуване на шкафовете с тиристорни токоизправители е относително ниска. В момента различни производители на токоизправителни шкафове се стремят да приемат нови IGBT токоизправителни шкафове. IGBT вече е много разпространен в други индустрии, като например вятърната енергия, и се смята, че IGBT токоизправителните шкафове ще имат значително развитие в бъдеще.
- Разпределителна шкафова система
Разпределителният шкаф се използва главно за захранване на различни компоненти с двигатели в системата за отделяне и пречистване на водород и кислород зад оборудването за производство на водород с електролитна вода, включително 400V или обикновено наричано оборудване 380V. Оборудването включва алкална циркулационна помпа в рамката за разделяне на водород и кислород и помпата за допълваща вода в спомагателната система; Захранването за нагревателните проводници в системата за сушене и пречистване, както и спомагателните системи, необходими за цялата система, като машини за чиста вода, чилъри, въздушни компресори, охладителни кули и резервни водородни компресори, машини за хидрогениране и др. ., включва и захранването на осветлението, мониторинга и други системи на цялата станция.
- Control система
Системата за управление реализира PLC автоматично управление. PLC обикновено използва Siemens 1200 или 1500 и е оборудван със сензорен екран за взаимодействие човек-машина. Работата и показването на параметрите на всяка система от оборудването, както и показването на контролната логика се реализират на сензорен екран.
5. Система за циркулация на алкален разтвор
Тази система включва основно следното основно оборудване:
Водородно-кислороден сепаратор – Циркулационна помпа с алкален разтвор – Клапан – Филтър за алкален разтвор – Електролитна клетка
Основният процес е следният: алкалният разтвор, смесен с водород и кислород във водородно-кислородния сепаратор, се отделя от сепаратора газ-течност и се връща под обратен хладник към циркулационната помпа на алкалния разтвор. Водородният сепаратор и кислородният сепаратор са свързани тук и циркулационната помпа за алкален разтвор циркулира обратния хладник алкален разтвор към клапана и филтъра за алкален разтвор в задния край. След като филтърът филтрира големи примеси, алкалният разтвор циркулира във вътрешността на електролитната клетка.
6.Водородна система
Водородният газ се генерира от страната на катодния електрод и достига до сепаратора заедно със системата за циркулация на алкалния разтвор. Вътре в сепаратора водородният газ е относително лек и естествено отделен от алкалния разтвор, достигайки горната част на сепаратора. След това преминава през тръбопроводи за по-нататъшно разделяне, охлажда се с охлаждаща вода и се събира от капкоуловител, за да се постигне чистота от около 99%, преди да достигне задната система за сушене и пречистване.
Евакуация: Евакуацията на водороден газ се използва главно по време на периоди на стартиране и изключване, необичайни операции или когато чистотата не отговаря на стандартите, както и за отстраняване на неизправности.
7. Кислородна система
Пътят на кислорода е подобен на този на водорода, с изключение на това, че се осъществява в различни сепаратори.
Изпразване: В момента повечето проекти използват метода на изпразване на кислород.
Използване: Стойността на използване на кислорода е значима само в специални проекти, като например приложения, които могат да използват както водород, така и кислород с висока чистота, като производители на оптични влакна. Има и някои големи проекти, които са запазили място за използване на кислород. Сценариите на задното приложение са за производство на течен кислород след изсушаване и пречистване или за медицински кислород чрез дисперсионни системи. Въпреки това, точността на тези сценарии за използване все още се нуждае от допълнително потвърждение.
8. Система за охлаждаща вода
Процесът на електролиза на водата е ендотермична реакция и процесът на производство на водород трябва да бъде захранван с електрическа енергия. Въпреки това, електрическата енергия, консумирана в процеса на водна електролиза, надвишава теоретичната топлинна абсорбция на реакцията на водна електролиза. С други думи, част от електричеството, използвано в електролизната клетка, се преобразува в топлина, която се използва главно за загряване на системата за циркулация на алкалния разтвор в началото, повишавайки температурата на алкалния разтвор до необходимия температурен диапазон от 90 ± 5 ℃ за оборудването. Ако електролизната клетка продължи да работи след достигане на номиналната температура, генерираната топлина трябва да се отведе чрез охлаждаща вода, за да се поддържа нормалната температура на зоната на реакция на електролиза. Високата температура в зоната на реакция на електролиза може да намали консумацията на енергия, но ако температурата е твърде висока, диафрагмата на електролизната камера ще се повреди, което също ще бъде пагубно за дългосрочната работа на оборудването.
Оптималната работна температура за това устройство трябва да се поддържа на не повече от 95 ℃. В допълнение, генерираният водород и кислород също трябва да бъдат охладени и изсушени, а тиристорното токоизправително устройство с водно охлаждане също е оборудвано с необходимите тръбопроводи за охлаждане.
Тялото на помпата на голямо оборудване също изисква участието на охлаждаща вода.
- Система за пълнене и продухване с азот
Преди отстраняване на грешки и работа с устройството трябва да се проведе тест за херметичност на системата с азот. Преди нормално стартиране е необходимо също да се прочисти газовата фаза на системата с азот, за да се гарантира, че газът в пространството на газовата фаза от двете страни на водорода и кислорода е далеч от запалимия и експлозивен диапазон.
След като оборудването се изключи, системата за управление автоматично ще поддържа налягане и ще задържа определено количество водород и кислород вътре в системата. Ако налягането все още е налице по време на стартиране, няма нужда да извършвате прочистване. Въпреки това, ако налягането е напълно облекчено, трябва да се извърши отново действие за прочистване с азот.
- Система за изсушаване (пречистване) на водород (по избор)
Водородният газ, получен от водна електролиза, се изсушава от паралелна сушилня и накрая се пречиства чрез синтерован никелов тръбен филтър, за да се получи сух водороден газ. Според изискванията на потребителя за продукта водород, системата може да добави устройство за пречистване, което използва паладиево-платиново биметално каталитично деоксигениране за пречистване.
Водородът, произведен от съоръжението за производство на водород чрез водна електролиза, се изпраща към съоръжението за пречистване на водород през буферен резервоар.
Водородният газ първо преминава през деоксигенираща кула и под действието на катализатор кислородът във водородния газ реагира с водородния газ, за да се получи вода.
Формула на реакцията: 2H2+O2 2H2O.
След това водородният газ преминава през водороден кондензатор (който охлажда газа, за да кондензира водната пара във вода, която автоматично се изхвърля извън системата през колектор) и навлиза в адсорбционната кула.
Време на публикуване: 3 декември 2024 г
