Elektrolitycznywodórjednostka produkcyjna obejmuje kompletny zestaw elektrolizy wodywodórurządzenia produkcyjne, do których głównego wyposażenia zalicza się:
1. Ogniwo elektrolityczne
2. Urządzenie do rozdzielania gazu i cieczy
3. System suszenia i oczyszczania
4. Część elektryczna obejmuje: transformator, szafę prostownika, szafę sterowania PLC, szafę przyrządów, szafę rozdzielczą, komputer górny itp.
5. Układ pomocniczy obejmuje głównie: zbiornik z roztworem alkalicznym, zbiornik z wodą surową, pompę wody uzupełniającej, cylinder z azotem/szynę zbiorczą itp. 6. Ogólny układ pomocniczy urządzenia obejmuje: maszynę do czystej wody, wieżę chłodniczą, chłodziarkę, sprężarkę powietrza itp.
chłodnice wodorowe i tlenowe, a woda jest zbierana przez separator skroplin przed jej wypuszczeniem pod kontrolą systemu sterowania; Elektrolit przepływa przezwodóri filtrów tlenowo-alkalicznych, chłodnic wodorowych i tlenowo-alkalicznych odpowiednio pod działaniem pompy cyrkulacyjnej, a następnie powraca do ogniwa elektrolitycznego w celu dalszej elektrolizy.
Ciśnienie w układzie jest regulowane przez układ sterowania ciśnieniem i układ sterowania różnicą ciśnień w celu spełnienia wymagań dalszych procesów i magazynowania.
Wodór wytwarzany przez elektrolizę wody ma zalety wysokiej czystości i niskiej zawartości zanieczyszczeń. Zazwyczaj zanieczyszczenia w gazie wodorowym wytwarzanym przez elektrolizę wody to tylko tlen i woda, bez żadnych innych składników (co może zapobiec zatruciu niektórych katalizatorów). Zapewnia to wygodę produkcji gazu wodorowego o wysokiej czystości, a oczyszczony gaz może spełniać normy gazów przemysłowych klasy elektronicznej.
Wodór wytwarzany przez jednostkę produkującą wodór przepływa przez zbiornik buforowy, który stabilizuje ciśnienie robocze układu i usuwa z wodoru wolną wodę.
Po wprowadzeniu do urządzenia oczyszczającego wodór, wodór wytworzony w procesie elektrolizy wody jest dodatkowo oczyszczany przy wykorzystaniu zasad reakcji katalitycznej i adsorpcji na sicie molekularnym w celu usunięcia tlenu, wody i innych zanieczyszczeń z wodoru.
Sprzęt może skonfigurować automatyczny system regulacji produkcji wodoru zgodnie z rzeczywistą sytuacją. Zmiany obciążenia gazem spowodują wahania ciśnienia w zbiorniku magazynowym wodoru. Nadajnik ciśnienia zainstalowany w zbiorniku magazynowym wyśle sygnał 4-20 mA do PLC w celu porównania z oryginalną wartością zadaną, a po odwrotnej transformacji i obliczeniu PID wyśle sygnał 20-4 mA do szafy prostownika w celu dostosowania wielkości prądu elektrolizy, osiągając w ten sposób cel automatycznej regulacji produkcji wodoru zgodnie ze zmianami obciążenia wodoru.
Jedyną reakcją w procesie produkcji wodoru przez elektrolizę wody jest woda (H2O), która musi być stale dostarczana z surową wodą za pomocą pompy uzupełniającej wodę. Pozycja uzupełniania znajduje się na separatorze wodoru lub tlenu. Ponadto wodór i tlen muszą zabrać niewielką ilość wody podczas opuszczania systemu. Sprzęt o niskim zużyciu wody może zużywać 1L/Nm ³ H2, podczas gdy większy sprzęt może zmniejszyć to do 0,9L/Nm ³ H2. System stale uzupełnia surową wodę, co może utrzymać stabilność poziomu i stężenia cieczy alkalicznej. Może również uzupełniać wodę poddaną reakcji w odpowiednim czasie, aby utrzymać stężenie roztworu alkalicznego.
- Układ prostownika transformatorowego
Ten system składa się głównie z dwóch urządzeń, transformatora i szafy prostownika. Jego główną funkcją jest konwersja prądu przemiennego 10/35 kV dostarczanego przez właściciela front-end na prąd stały wymagany przez ogniwo elektrolityczne i dostarczanie prądu stałego do ogniwa elektrolitycznego. Część dostarczonej mocy jest wykorzystywana do bezpośredniego rozkładu cząsteczek wody na wodór i tlen, a druga część generuje ciepło, które jest odprowadzane przez chłodnicę alkaliczną poprzez wodę chłodzącą.
Większość transformatorów jest typu olejowego. Jeśli są umieszczone w pomieszczeniu lub w kontenerze, można użyć transformatorów suchych. Transformatory używane w urządzeniach do produkcji wodoru z wody elektrolitycznej to specjalne transformatory, które muszą być dopasowane do danych każdej celi elektrolitycznej, więc są to urządzenia dostosowane do indywidualnych potrzeb.
Obecnie najczęściej stosowanym typem prostownika jest typ tyrystorowy, który jest wspierany przez producentów sprzętu ze względu na długi czas użytkowania, wysoką stabilność i niską cenę. Jednak ze względu na konieczność dostosowania sprzętu na dużą skalę do odnawialnej energii front-end, wydajność konwersji tyrystorowych szaf prostownikowych jest stosunkowo niska. Obecnie różni producenci szaf prostownikowych starają się przyjąć nowe szafy prostownikowe IGBT. IGBT jest już bardzo powszechny w innych branżach, takich jak energetyka wiatrowa, i uważa się, że szafy prostownikowe IGBT będą miały znaczący rozwój w przyszłości.
- System szaf rozdzielczych
Szafa rozdzielcza jest głównie używana do zasilania różnych komponentów z silnikami w systemie separacji i oczyszczania wodoru z tlenu za urządzeniem do produkcji wodoru z elektrolityczną wodą, w tym 400 V lub powszechnie określane jako 380 V. Urządzenie obejmuje pompę cyrkulacyjną alkaliów w systemie separacji wodoru z tlenem i pompę wody uzupełniającej w układzie pomocniczym; Zasilanie przewodów grzewczych w systemie suszenia i oczyszczania, a także układów pomocniczych wymaganych dla całego systemu, takich jak maszyny do czystej wody, agregaty chłodnicze, sprężarki powietrza, chłodnie kominowe i sprężarki wodoru z tyłu, maszyny do uwodornienia itp., obejmuje również zasilanie oświetlenia, monitorowania i innych systemów całej stacji.
- Controsystem l
System sterowania implementuje automatyczne sterowanie PLC. PLC zazwyczaj przyjmuje Siemens 1200 lub 1500 i jest wyposażony w interfejs interakcji człowiek-maszyna z ekranem dotykowym. Działanie i wyświetlanie parametrów każdego systemu sprzętu, a także wyświetlanie logiki sterowania są realizowane na ekranie dotykowym.
5. System cyrkulacji roztworów alkalicznych
W skład tego systemu wchodzą następujące główne urządzenia:
Separator wodoru i tlenu – Pompa cyrkulacyjna roztworu alkalicznego – Zawór – Filtr roztworu alkalicznego – Ogniwo elektrolityczne
Główny proces przebiega następująco: roztwór alkaliczny zmieszany z wodorem i tlenem w separatorze wodoru i tlenu jest oddzielany przez separator gaz-ciecz i odprowadzany do pompy cyrkulacyjnej roztworu alkalicznego. Separator wodoru i separator tlenu są tutaj połączone, a pompa cyrkulacyjna roztworu alkalicznego cyrkuluje odprowadzany roztwór alkaliczny do zaworu i filtra roztworu alkalicznego na tylnym końcu. Po odfiltrowaniu przez filtr dużych zanieczyszczeń roztwór alkaliczny cyrkuluje do wnętrza ogniwa elektrolitycznego.
6.Układ wodorowy
Gaz wodorowy jest generowany od strony elektrody katodowej i dociera do separatora wraz z systemem cyrkulacji roztworu alkalicznego. Wewnątrz separatora gaz wodorowy jest stosunkowo lekki i naturalnie oddziela się od roztworu alkalicznego, docierając do górnej części separatora. Następnie przechodzi przez rurociągi w celu dalszej separacji, chłodzony wodą chłodzącą i zbierany przez wyłapywacz kropel, aby osiągnąć czystość około 99% przed dotarciem do tylnego systemu suszenia i oczyszczania.
Ewakuacja: Ewakuację wodoru stosuje się głównie w okresach rozruchu i wyłączenia, podczas nieprawidłowej pracy lub gdy czystość wodoru nie spełnia norm, a także w celu rozwiązywania problemów.
7. Układ tlenowy
Droga tlenu jest podobna do drogi wodoru, z tą różnicą, że zachodzi w innych separatorach.
Opróżnianie: Obecnie większość projektów wykorzystuje metodę opróżniania tlenu.
Wykorzystanie: Wartość wykorzystania tlenu ma znaczenie tylko w specjalnych projektach, takich jak aplikacje, które mogą wykorzystywać zarówno wodór, jak i tlen o wysokiej czystości, takie jak producenci światłowodów. Istnieją również duże projekty, które zarezerwowały przestrzeń na wykorzystanie tlenu. Scenariusze aplikacji zaplecza dotyczą produkcji ciekłego tlenu po wysuszeniu i oczyszczeniu lub tlenu medycznego poprzez systemy dyspersyjne. Jednak precyzja tych scenariuszy wykorzystania nadal wymaga dalszego potwierdzenia.
8. Układ chłodzenia wodnego
Proces elektrolizy wody jest reakcją endotermiczną, a proces produkcji wodoru musi być zasilany energią elektryczną. Jednak energia elektryczna zużywana w procesie elektrolizy wody przekracza teoretyczną absorpcję ciepła reakcji elektrolizy wody. Innymi słowy, część energii elektrycznej używanej w ogniwie elektrolizy jest przekształcana w ciepło, które jest wykorzystywane głównie do ogrzewania układu cyrkulacji roztworu alkalicznego na początku, podnosząc temperaturę roztworu alkalicznego do wymaganego zakresu temperatur 90 ± 5 ℃ dla sprzętu. Jeśli ogniwo elektrolizy nadal działa po osiągnięciu znamionowej temperatury, wytworzone ciepło musi być odprowadzane przez chłodzenie wody 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 zostanie uszkodzona, co również będzie szkodliwe dla długoterminowej pracy sprzętu.
Optymalna temperatura pracy tego urządzenia musi być utrzymywana na poziomie nie wyższym niż 95 ℃. Ponadto wytworzony wodór i tlen muszą być również chłodzone i osuszane, a chłodzone wodą urządzenie prostownika tyrystorowego jest również wyposażone w niezbędne rurociągi chłodzące.
Korpus pompy dużego sprzętu wymaga również udziału wody chłodzącej.
- Układ napełniania azotem i przedmuchiwania azotem
Przed debugowaniem i uruchomieniem urządzenia należy przeprowadzić test szczelności azotem w systemie. Przed normalnym uruchomieniem wymagane jest również oczyszczenie fazy gazowej systemu azotem, aby upewnić się, że gaz w przestrzeni fazy gazowej po obu stronach wodoru i tlenu znajduje się z dala od zakresu palności i wybuchowości.
Po wyłączeniu urządzenia system sterowania automatycznie utrzyma ciśnienie i zatrzyma pewną ilość wodoru i tlenu wewnątrz systemu. Jeśli ciśnienie jest nadal obecne podczas rozruchu, nie ma potrzeby wykonywania czynności oczyszczania. Jednak jeśli ciśnienie zostanie całkowicie uwolnione, należy ponownie wykonać czynność oczyszczania azotem.
- System suszenia (oczyszczania) wodoru (opcjonalnie)
Gaz wodorowy przygotowany z elektrolizy wody jest osuszany przez równoległą suszarkę, a następnie oczyszczany przez filtr rurowy z niklu spiekanego w celu uzyskania suchego gazu wodorowego. Zgodnie z wymaganiami użytkownika dotyczącymi wodoru produktowego, system może dodać urządzenie oczyszczające, które wykorzystuje dwumetaliczną katalityczną deoksygenację palladu i platyny do oczyszczania.
Wodór wytworzony w jednostce produkującej wodór metodą elektrolizy wody jest przesyłany do jednostki oczyszczania wodoru poprzez zbiornik buforowy.
Najpierw gaz wodorowy przechodzi przez wieżę deoksygenacyjną, a pod wpływem katalizatora tlen zawarty w gazie wodorowym reaguje z gazem wodorowym, tworząc wodę.
Wzór reakcji: 2H2+O2 2H2O.
Następnie gaz wodorowy przepływa przez skraplacz wodoru (który chłodzi gaz, zamieniając parę wodną w wodę, która jest automatycznie odprowadzana na zewnątrz układu przez kolektor) i wchodzi do wieży adsorpcyjnej.
Czas publikacji: 03-12-2024
