ElektrolitycznywodórJednostka produkcyjna zawiera kompletny zestaw do elektrolizy wodywodórurządzenia produkcyjne, z głównym wyposażeniem obejmującym:
1. Ogniwo elektrolityczne
2. Urządzenie do separacji gazów i cieczy
3. System suszenia i oczyszczania
4. Część elektryczna obejmuje: transformator, szafkę prostowniczą, szafę sterowniczą PLC, szafkę przyrządową, szafkę rozdzielczą, górny komputer itp.
5. System pomocniczy obejmuje głównie: zbiornik roztworu alkalicznego, zbiornik wody surowcowej, pompę wody uzupełniającej, butlę z azotem/szynę zbiorczą itp. 6. Ogólny system pomocniczy sprzętu obejmuje: maszynę czystej wody, wieżę chłodniczą, agregat chłodniczy, sprężarka powietrza itp
chłodnice wodoru i tlenu, a woda zbierana jest przez osadnik przed wypuszczeniem pod kontrolę układu sterującego; Elektrolit przechodziwodóri tlenowe filtry alkaliczne, odpowiednio chłodnice wodoru i tlenu alkalicznego pod działaniem pompy obiegowej, a następnie wraca do ogniwa elektrolitycznego w celu dalszej elektrolizy.
Ciśnienie w systemie jest regulowane przez system kontroli ciśnienia i system kontroli różnicy ciśnień, aby spełnić wymagania dalszych procesów i przechowywania.
Wodór wytwarzany w procesie elektrolizy wody ma zalety wysokiej czystości i niskiej zawartości zanieczyszczeń. Zwykle zanieczyszczenia w wodorze wytwarzanym w wyniku elektrolizy wody to tylko tlen i woda, bez żadnych innych składników (co pozwala uniknąć zatrucia niektórych katalizatorów). Zapewnia to wygodę wytwarzania wodoru o wysokiej czystości, a oczyszczony gaz może spełniać standardy gazów przemysłowych klasy elektronicznej.
Wodór wytwarzany przez instalację do produkcji wodoru przechodzi przez zbiornik buforowy w celu ustabilizowania ciśnienia roboczego układu i dalszego usunięcia wolnej wody z wodoru.
Po wejściu do urządzenia do oczyszczania wodoru, wodór powstały w wyniku elektrolizy wody jest dalej oczyszczany, stosując zasady reakcji katalitycznej i adsorpcji na sicie molekularnym, w celu usunięcia z wodoru tlenu, wody i innych zanieczyszczeń.
Urządzenie może skonfigurować automatyczny system regulacji produkcji wodoru w zależności od aktualnej sytuacji. Zmiany w obciążeniu gazem powodują wahania ciśnienia w zbiorniku wodoru. Przetwornik ciśnienia zainstalowany na zbiorniku magazynującym wyśle sygnał 4-20 mA do sterownika PLC w celu porównania z pierwotnie ustawioną wartością, a po transformacji odwrotnej i obliczeniu PID wyśle sygnał 20-4 mA do szafy prostownika w celu dostosowania wielkości prąd elektrolizy, osiągając w ten sposób cel automatycznego dostosowania produkcji wodoru do zmian w ładunku wodoru.
Jedyną reakcją w procesie wytwarzania wodoru metodą elektrolizy wody jest woda (H2O), do której należy w sposób ciągły dostarczać wodę surową poprzez pompę uzupełniającą wodę. Stanowisko uzupełniania znajduje się na separatorze wodoru lub tlenu. Ponadto wodór i tlen muszą zabrać niewielką ilość wody opuszczając układ. Urządzenia o niskim zużyciu wody mogą zużywać 1 l/Nm 3 H2, podczas gdy większe urządzenia mogą zmniejszyć to do 0,9 l/Nm 3 H2. System w sposób ciągły uzupełnia surową wodę, co może utrzymać stabilność poziomu i stężenia cieczy alkalicznej. Może również w odpowiednim czasie uzupełnić przereagowaną wodę, aby utrzymać stężenie roztworu alkalicznego.
- Układ prostownika transformatorowego
System ten składa się głównie z dwóch urządzeń, transformatora i szafy prostownika. Jego główną funkcją jest konwersja prądu przemiennego 10/35 KV dostarczonego przez właściciela frontonu na moc prądu stałego wymaganą przez ogniwo elektrolityczne i dostarczanie prądu stałego do ogniwa elektrolitycznego. Część dostarczonej mocy wykorzystywana jest do bezpośredniego rozkładu cząsteczek wody na wodór i tlen, a druga część generuje ciepło, które jest realizowane przez chłodnicę alkaliczną poprzez wodę chłodzącą.
Większość transformatorów jest typu olejowego. W przypadku umieszczenia w pomieszczeniu lub w pojemniku można zastosować transformatory suche. Transformatory stosowane w urządzeniach do produkcji wodoru w wodzie elektrolitycznej to specjalne transformatory, które należy dopasować zgodnie z danymi każdego ogniwa elektrolitycznego, aby były urządzeniami dostosowanymi do indywidualnych potrzeb.
Obecnie najczęściej stosowaną szafką prostowniczą jest typ tyrystorowy, który jest wybierany przez producentów sprzętu ze względu na długi czas użytkowania, dużą stabilność i niską cenę. Jednak ze względu na konieczność dostosowania wielkogabarytowych urządzeń do front-endowej energii odnawialnej, sprawność konwersji szaf prostownikowych tyrystorowych jest stosunkowo niska. Obecnie różni producenci szaf prostownikowych starają się wdrożyć nowe szafy prostowników IGBT. IGBT jest już bardzo powszechny w innych gałęziach przemysłu, takich jak energetyka wiatrowa, i uważa się, że w przyszłości szafy prostownicze IGBT ulegną znacznemu rozwojowi.
- System szaf rozdzielczych
Szafa rozdzielcza służy głównie do zasilania różnych komponentów z silnikami w systemie separacji i oczyszczania wodoru i tlenu za urządzeniami do produkcji wodoru z wodą elektrolityczną, w tym sprzętem 400 V lub powszechnie określanym jako sprzęt 380 V. Wyposażenie obejmuje alkaliczną pompę obiegową w układzie separacji wodoru i tlenu oraz pompę wody uzupełniającej w układzie pomocniczym; Zasilanie przewodów grzejnych w systemie suszenia i oczyszczania, a także systemy pomocnicze wymagane dla całego systemu, takie jak maszyny czystej wody, agregaty chłodnicze, sprężarki powietrza, wieże chłodnicze i końcowe sprężarki wodoru, maszyny do uwodornienia itp. ., obejmuje także zasilanie oświetlenia, monitoringu i innych systemów całej stacji.
- Cwstępsystem
System sterowania realizuje automatyczne sterowanie PLC. Sterownik PLC zazwyczaj wykorzystuje sterownik Siemens 1200 lub 1500 i jest wyposażony w ekran dotykowy interfejsu interakcji człowiek-maszyna. Obsługa i wyświetlanie parametrów każdego systemu urządzenia, a także wyświetlanie logiki sterowania odbywa się na ekranie dotykowym.
5. System cyrkulacji roztworu alkalicznego
System ten obejmuje głównie następujące wyposażenie główne:
Separator wodoru i tlenu – Pompa obiegowa roztworu alkalicznego – Zawór – Filtr roztworu alkalicznego – Ogniwo elektrolityczne
Główny proces przebiega następująco: roztwór zasadowy zmieszany z wodorem i tlenem w separatorze wodoru i tlenu jest oddzielany w separatorze gaz-ciecz i zawracany do pompy obiegowej roztworu alkalicznego. Tutaj podłącza się separator wodoru i separator tlenu, a pompa obiegowa roztworu alkalicznego tłoczy orosiony roztwór alkaliczny do zaworu i filtra roztworu alkalicznego na końcu. Po odfiltrowaniu przez filtr dużych zanieczyszczeń, roztwór alkaliczny przedostaje się do wnętrza ogniwa elektrolitycznego.
6. Układ wodorowy
Wodór gazowy wytwarzany jest od strony elektrody katodowej i dociera do separatora wraz z układem cyrkulacji roztworu alkalicznego. Wewnątrz separatora wodór jest stosunkowo lekki i naturalnie oddziela się od roztworu alkalicznego, docierając do górnej części separatora. Następnie przechodzi rurociągami w celu dalszej separacji, jest chłodzony wodą chłodzącą i zbierany w łapaczu kropli, aby osiągnąć czystość około 99%, zanim dotrze do końcowego systemu suszenia i oczyszczania.
Opróżnianie: Odprowadzanie gazowego wodoru stosuje się głównie podczas rozruchu i wyłączania, podczas nietypowych operacji lub gdy czystość nie spełnia norm, a także do rozwiązywania problemów.
7. Układ tlenowy
Droga tlenu jest podobna do wodoru, z tą różnicą, że przebiega w różnych separatorach.
Opróżnianie: Obecnie w większości projektów wykorzystuje się metodę opróżniania tlenowego.
Wykorzystanie: Wartość wykorzystania tlenu ma znaczenie tylko w specjalnych projektach, takich jak zastosowania, w których można wykorzystywać zarówno wodór, jak i tlen o wysokiej czystości, np. u producentów światłowodów. Istnieją również duże projekty, w których zarezerwowano przestrzeń na wykorzystanie tlenu. Scenariusze zastosowań zaplecza obejmują produkcję ciekłego tlenu po suszeniu i oczyszczaniu lub tlenu medycznego za pomocą systemów dyspersyjnych. Jednakże precyzja tych scenariuszy wykorzystania nadal wymaga dalszego potwierdzenia.
8. Układ wody chłodzącej
Proces elektrolizy wody jest reakcją endotermiczną, a proces produkcji wodoru musi być zasilany energią elektryczną. Jednakże energia elektryczna zużywana w procesie elektrolizy wody przekracza teoretyczną absorpcję ciepła w reakcji elektrolizy wody. Innymi słowy, część energii elektrycznej wykorzystywanej w ogniwie elektrolizy zamieniana jest na ciepło, które wykorzystywane jest głównie do wstępnego ogrzania układu cyrkulującego roztwór alkaliczny, podnosząc temperaturę roztworu alkalicznego do wymaganego zakresu temperatur 90 ± 5 ℃ na sprzęt. Jeśli ogniwo elektrolizujące nadal działa po osiągnięciu temperatury znamionowej, wytworzone ciepło musi zostać odprowadzone przez wodę chłodzącą, aby utrzymać normalną temperaturę strefy reakcji elektrolizy. Wysoka temperatura w strefie reakcji elektrolizy może zmniejszyć zużycie energii, jednak jeśli temperatura będzie zbyt wysoka, membrana komory elektrolizy ulegnie uszkodzeniu, co również będzie miało niekorzystny wpływ na długoterminową pracę urządzenia.
Wymagana jest optymalna temperatura pracy tego urządzenia, która nie powinna przekraczać 95 ℃. Ponadto wytworzony wodór i tlen również wymagają chłodzenia i osuszania, a chłodzony wodą prostownik tyrystorowy jest również wyposażony w niezbędne rurociągi chłodzące.
Korpus pompy dużego sprzętu wymaga również udziału wody chłodzącej.
- System napełniania azotem i usuwania azotu
Przed debugowaniem i uruchomieniem urządzenia należy przeprowadzić próbę szczelności azotu w systemie. Przed normalnym uruchomieniem wymagane jest również przepłukanie fazy gazowej układu azotem, aby zapewnić, że gaz w przestrzeni fazy gazowej po obu stronach wodoru i tlenu znajduje się daleko od obszaru łatwopalnego i wybuchowego.
Po wyłączeniu urządzenia układ sterowania automatycznie utrzyma ciśnienie i zatrzyma pewną ilość wodoru i tlenu w układzie. Jeżeli podczas rozruchu ciśnienie nadal występuje, nie ma potrzeby wykonywania czynności odpowietrzających. Jeśli jednak ciśnienie zostanie całkowicie uwolnione, należy ponownie przeprowadzić przedmuchanie azotem.
- System suszenia (oczyszczania) wodoru (opcjonalnie)
Wodór gazowy otrzymany w wyniku elektrolizy wody jest osuszany w suszarce równoległej, a na koniec oczyszczany za pomocą filtra rurowego ze spiekanego niklu w celu uzyskania suchego gazowego wodoru. Zgodnie z wymaganiami użytkownika dotyczącymi wodoru produktowego, do systemu można dodać urządzenie oczyszczające, które do oczyszczania wykorzystuje bimetaliczną katalityczną deoksygenację palladu i platyny.
Wodór wytwarzany w instalacji do produkcji wodoru metodą elektrolizy wody przesyłany jest do jednostki oczyszczania wodoru poprzez zbiornik buforowy.
Gazowy wodór najpierw przechodzi przez wieżę odtleniającą i pod działaniem katalizatora tlen zawarty w gazowym wodorze reaguje z gazowym wodorem, tworząc wodę.
Wzór reakcji: 2H2+O2 2H2O.
Następnie wodór przechodzi przez skraplacz wodoru (który schładza gaz w celu skroplenia pary wodnej w wodę, która jest automatycznie odprowadzana na zewnątrz układu przez kolektor) i wchodzi do wieży adsorpcyjnej.
Czas publikacji: 03 grudnia 2024 r
