Instalacja do produkcji wodoru metodą elektrolizy obejmuje kompletny zestaw urządzeń do produkcji wodoru metodą elektrolizy wody. Główne urządzenia to:
1. Elektrolizer
2. Urządzenie do separacji gazu i cieczy
3. System suszenia i oczyszczania
4. Część elektryczna obejmuje: transformator, szafę prostownika, szafę sterowania programem PLC, szafę przyrządów, szafę rozdzielczą zasilania, komputer hosta itp.
5. Układ pomocniczy obejmuje głównie: zbiornik alkaliczny, zbiornik wody surowej, pompę doprowadzającą wodę, butlę z azotem/szynę zbiorczą itp.
6. Całkowity układ pomocniczy urządzenia obejmuje: maszynę do czystej wody, wieżę chłodniczą, agregat chłodniczy, sprężarkę powietrza itp.
W jednostce elektrolitycznej produkcji wodoru, woda jest rozkładana na jedną część wodoru i połowę tlenu w elektrolizerze pod wpływem prądu stałego. Wytworzony wodór i tlen są przesyłane do separatora gaz-ciecz wraz z elektrolitem w celu oddzielenia. Wodór i tlen są chłodzone przez chłodnice wodoru i tlenu, a odkraplacz wychwytuje i usuwa wodę, a następnie są przesyłane pod kontrolą systemu sterowania. Elektrolit przepływa przez filtr wodoru, tlenu alkalicznego, filtr wodoru, tlenu alkalicznego itp. pod wpływem działania pompy obiegowej i chłodnicy cieczy, a następnie powraca do elektrolizera, gdzie kontynuuje elektrolizę.
Ciśnienie w układzie jest regulowane za pomocą układu sterowania ciśnieniem i układu sterowania różnicą ciśnień, aby spełnić wymagania kolejnych procesów i magazynowania.
Wodór wytwarzany metodą elektrolizy wody charakteryzuje się wysoką czystością i niewielką zawartością zanieczyszczeń. Zazwyczaj zanieczyszczenia w wodorze wytwarzanym metodą elektrolizy wody to jedynie tlen i woda, bez żadnych innych składników (co pozwala uniknąć zatrucia niektórych katalizatorów), co zapewnia wygodę produkcji wodoru o wysokiej czystości. Po oczyszczeniu, wytworzony gaz może osiągnąć wskaźniki gazu przemysłowego o jakości elektronicznej.
Wodór wytwarzany przez urządzenie do produkcji wodoru przepływa przez zbiornik buforowy w celu ustabilizowania ciśnienia roboczego układu i dalszego usunięcia wolnej wody z wodoru.
Po dotarciu wodoru do urządzenia oczyszczającego wodór, powstający w procesie elektrolizy wody, jest on dodatkowo oczyszczany, a tlen, woda i inne zanieczyszczenia w wodorze są usuwane z wykorzystaniem zasad reakcji katalitycznej i adsorpcji na sicie molekularnym.
Urządzenie może skonfigurować automatyczny system regulacji produkcji wodoru w zależności od aktualnej sytuacji. Zmiany obciążenia gazem powodują wahania ciśnienia w zbiorniku z wodorem. Przetwornik ciśnienia zainstalowany w zbiorniku generuje sygnał 4-20 mA i przesyła go do sterownika PLC. Po porównaniu pierwotnej wartości zadanej i wykonaniu transformacji odwrotnej oraz obliczeń PID, sygnał 20-4 mA jest wysyłany do szafy prostownika w celu regulacji prądu elektrolizy, co pozwala na osiągnięcie celu automatycznej regulacji produkcji wodoru w zależności od zmian obciążenia.
Urządzenia do produkcji wodoru metodą elektrolizy wody alkalicznej obejmują głównie następujące systemy:
(1)System wody surowcowej
Jedynym czynnikiem reagującym w procesie elektrolizy wody, w procesie produkcji wodoru, jest woda (H2O), którą należy stale uzupełniać wodą surową za pomocą pompy uzupełniającej. Stanowisko uzupełniania wody znajduje się w separatorze wodoru lub tlenu. Dodatkowo, niewielka ilość wodoru i tlenu musi zostać pobrana przy opuszczaniu systemu. Zużycie wody przez mały sprzęt wynosi 1 l/Nm³H³, a w przypadku dużego sprzętu można je zmniejszyć do 0,9 l/Nm³H³. System stale uzupełnia wodę surową. Dzięki uzupełnianiu wody można utrzymać stabilny poziom i stężenie alkaliów w cieczy alkalicznej, a roztwór reakcyjny można uzupełniać na bieżąco. W celu utrzymania stężenia ługu, należy użyć 1 l wody.
2) Układ transformatorowo-prostownikowy
System ten składa się głównie z dwóch urządzeń: transformatora i szafy prostowniczej. Jego główną funkcją jest konwersja prądu przemiennego 10/35 kV dostarczanego przez użytkownika końcowego na prąd stały wymagany przez elektrolizer oraz dostarczanie prądu stałego do elektrolizera. Część dostarczonej energii jest wykorzystywana do bezpośredniego rozkładu wody. Cząsteczkami są wodór i tlen, a pozostała część generuje ciepło, które jest odprowadzane przez chłodnicę ługu poprzez wodę chłodzącą.
Większość transformatorów jest olejowa. W przypadku montażu wewnątrz lub w kontenerze, można zastosować transformatory suche. Transformatory stosowane w urządzeniach do produkcji wodoru z wody elektrolitycznej to transformatory specjalistyczne, które muszą być dopasowane do parametrów każdego elektrolizera, dlatego są to urządzenia niestandardowe.
(3) system szaf rozdzielczych zasilania
Szafa rozdzielcza służy głównie do zasilania urządzeń o napięciu 400 V (powszechnie znanym jako 380 V) różnych komponentów z silnikami w systemach separacji i oczyszczania wodoru i tlenu, znajdujących się za urządzeniami do produkcji wodoru z elektrolityczną wodą. Wyposażenie obejmuje obieg alkaliczny w systemie separacji wodoru i tlenu. Pompy, pompy do uzupełniania wody w układach pomocniczych; przewody grzewcze w układach suszenia i oczyszczania oraz układy pomocnicze niezbędne dla całego systemu, takie jak maszyny do uzdatniania wody, agregaty chłodnicze, sprężarki powietrza, chłodnie kominowe, sprężarki wodoru, urządzenia do uwodorniania i inne urządzenia. Zasilanie obejmuje również zasilanie oświetlenia, monitoringu i innych systemów całej stacji.
(4) układ sterowania
System sterowania wykorzystuje automatyczne sterowanie PLC. Sterownik PLC zazwyczaj wykorzystuje Siemens 1200 lub 1500. Jest on wyposażony w interfejs interakcji człowiek-komputer z ekranem dotykowym, a obsługa i wyświetlanie parametrów każdego systemu urządzenia oraz logiki sterowania są realizowane na ekranie dotykowym.
5)System cyrkulacji alkalicznej
W skład tego systemu wchodzą przede wszystkim następujące główne urządzenia:
Separator wodoru i tlenu - pompa obiegowa alkaliów - zawór - filtr alkaliów - elektrolizer
Główny proces przebiega następująco: ciecz alkaliczna zmieszana z wodorem i tlenem w separatorze wodoru i tlenu jest oddzielana przez separator gaz-ciecz, a następnie przepływa z powrotem do pompy cyrkulacyjnej cieczy alkalicznej. Tutaj separator wodoru i separator tlenu są połączone, a pompa cyrkulacyjna cieczy alkalicznej zaczyna się cofać. Ciecz alkaliczna krąży do zaworu i filtra cieczy alkalicznej z tyłu urządzenia. Po odfiltrowaniu przez filtr dużych zanieczyszczeń, ciecz alkaliczna krąży do wnętrza elektrolizera.
(6)Układ wodorowy
Wodór jest generowany po stronie katody i dociera do separatora wraz z systemem cyrkulacji cieczy alkalicznej. W separatorze, ze względu na swoją stosunkowo lekką budowę, naturalnie oddziela się od cieczy alkalicznej i dociera do górnej części separatora, a następnie przepływa rurociągiem w celu dalszej separacji i chłodzenia. Po schłodzeniu wodą, odkraplacz wychwytuje krople i osiąga czystość około 99%, która trafia do końcowego systemu suszenia i oczyszczania.
Ewakuacja: Ewakuacja wodoru jest stosowana głównie do ewakuacji podczas rozruchu i wyłączania, w przypadku nieprawidłowego działania lub spadku czystości, a także w przypadku awarii.
(7) Układ tlenowy
Ścieżka tlenu jest podobna do ścieżki wodoru, lecz przebiega w innym separatorze.
Ewakuacja: Obecnie większość projektów tlenowych jest realizowana poprzez ewakuację.
Wykorzystanie: Wartość wykorzystania tlenu ma znaczenie jedynie w projektach specjalnych, takich jak niektóre scenariusze zastosowań, w których możliwe jest wykorzystanie zarówno wodoru, jak i tlenu o wysokiej czystości, np. przez producentów światłowodów. Istnieją również duże projekty, w których zarezerwowano przestrzeń na wykorzystanie tlenu. Scenariusze zastosowań back-end obejmują produkcję ciekłego tlenu po suszeniu i oczyszczeniu lub wykorzystanie tlenu medycznego w systemie dyspersyjnym. Jednakże, udoskonalenie tych scenariuszy wykorzystania nie zostało jeszcze określone. Dalsze potwierdzenie.
(8)układ chłodzenia wodnego
Proces elektrolizy wody jest reakcją endotermiczną. Proces produkcji wodoru musi być zasilany energią elektryczną. Jednak energia elektryczna zużywana w procesie elektrolizy wody przekracza teoretyczną absorpcję ciepła reakcji elektrolizy wody. Oznacza to, że część energii elektrycznej zużywanej przez elektrolizer jest przekształcana w ciepło. Ta część Ciepło jest głównie wykorzystywane do podgrzewania układu cyrkulacji alkalicznej na początku, tak aby temperatura roztworu alkalicznego wzrosła do zakresu temperatur 90 ± 5 ° C wymaganego przez urządzenie. Jeśli elektrolizer kontynuuje pracę po osiągnięciu temperatury znamionowej, wytworzone ciepło musi zostać wykorzystane Woda chłodząca jest odprowadzana w celu utrzymania normalnej temperatury strefy reakcji elektrolizy. Wysoka temperatura w strefie reakcji elektrolizy może zmniejszyć zużycie energii, ale jeśli temperatura jest zbyt wysoka, membrana komory elektrolizy ulegnie zniszczeniu, co również będzie szkodliwe dla długotrwałej pracy urządzenia.
Urządzenie wymaga utrzymania temperatury roboczej nieprzekraczającej 95°C. Ponadto wytwarzany wodór i tlen muszą być schładzane i osuszane, a chłodzony wodą, sterowany krzemem prostownik jest również wyposażony w niezbędne rurociągi chłodzące.
Korpus pompy dużego sprzętu wymaga również udziału wody chłodzącej.
(9) Układ napełniania azotem i przedmuchiwania azotem
Przed debugowaniem i uruchomieniem urządzenia, system należy napełnić azotem w celu przeprowadzenia testu szczelności. Przed normalnym uruchomieniem, faza gazowa systemu musi zostać również przedmuchana azotem, aby upewnić się, że gaz w przestrzeni fazy gazowej po obu stronach wodoru i tlenu znajduje się poza zakresem palności i wybuchowości.
Po wyłączeniu urządzenia, system sterowania automatycznie utrzymuje ciśnienie i zatrzymuje określoną ilość wodoru i tlenu w systemie. Jeśli ciśnienie nadal utrzymuje się po włączeniu urządzenia, nie ma potrzeby przeprowadzania przedmuchu. Jeśli jednak całe ciśnienie zostanie zredukowane, konieczne będzie ponowne przedmuchanie. Działanie przedmuchu azotem.
(10) System suszenia (oczyszczania) wodoru (opcjonalnie)
Wodór wytwarzany w procesie elektrolizy wody jest osuszany przez równoległą suszarkę, a następnie rozpylany za pomocą filtra rurowego ze spiekanego niklu w celu uzyskania suchego wodoru. (W zależności od wymagań użytkownika dotyczących wodoru produktowego, system może zostać wyposażony w urządzenie oczyszczające, a proces oczyszczania wykorzystuje katalityczne odtlenianie bimetaliczne palladu i platyny).
Wodór wytwarzany w urządzeniu do elektrolizy wody jest przesyłany do urządzenia oczyszczającego wodór poprzez zbiornik buforowy.
Wodór najpierw przechodzi przez wieżę deoksygenacyjną. Pod wpływem katalizatora tlen zawarty w wodorze reaguje z wodorem, tworząc wodę.
Wzór reakcji: 2H2+O2 2H2O.
Następnie wodór przepływa przez skraplacz wodoru (który chłodzi gaz, aby skroplić parę wodną w gazie i wytworzyć wodę; skroplona woda jest automatycznie odprowadzana z układu przez kolektor cieczy) i wchodzi do wieży adsorpcyjnej.
Czas publikacji: 14 maja 2024 r.
