Elektrolitycznywodórjednostka produkcyjna obejmuje kompletny zestaw elektrolizy wodywodórsprzęt produkcyjny, do którego głównych urządzeń zalicza się:
1. Ogniwo elektrolityczne
2. Urządzenie do separacji 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, butlę z azotem/szynę zbiorczą itp. 6. Ogólny układ pomocniczy urządzenia obejmuje: maszynę do czystej wody, wieżę chłodniczą, agregat chłodniczy, sprężarkę powietrza itp.
chłodnice wodoru i tlenu, a woda jest zbierana przez separator skroplin przed jej wypuszczeniem pod kontrolą systemu sterowania; Elektrolit przepływa przezwodóri filtrów tlenowo-alkalicznych, chłodnic wodoru i tlenu-alkalicznego odpowiednio pod działaniem pompy obiegowej, a następnie powraca do ogniwa elektrolitycznego w celu dalszej elektrolizy.
Ciśnienie w układzie jest regulowane przez układ sterowania ciśnieniem i układ sterowania różnicą ciśnień, aby spełnić wymagania dalszych procesów i magazynowania.
Wodór wytwarzany metodą elektrolizy wody charakteryzuje się wysoką czystością i niską zawartością zanieczyszczeń. Zazwyczaj zanieczyszczenia w gazie wodorowym wytwarzanym w procesie elektrolizy wody to jedynie tlen i woda, bez żadnych innych składników (co pozwala uniknąć zatrucia niektórych katalizatorów). Zapewnia to wygodę produkcji wodoru 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 wolną wodę z wodoru.
Po wprowadzeniu do urządzenia oczyszczającego wodór, wodór wytworzony w procesie elektrolizy wody jest dodatkowo oczyszczany z wykorzystaniem zasad reakcji katalitycznej i adsorpcji na sicie molekularnym w celu usunięcia tlenu, wody i innych zanieczyszczeń z wodoru.
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 wysyła sygnał 4-20 mA do sterownika PLC w celu porównania z pierwotną wartością zadaną, a po przeprowadzeniu transformacji odwrotnej i obliczeniu PID, wysyła sygnał 20-4 mA do szafy prostownika w celu regulacji prądu elektrolizy, realizując w ten sposób cel automatycznej regulacji produkcji wodoru zgodnie ze zmianami obciążenia wodorem.
Jedyną reakcją w procesie produkcji wodoru poprzez elektrolizę wody jest woda (H2O), która musi być stale uzupełniana wodą surową za pomocą pompy uzupełniającej. Stanowisko uzupełniania znajduje się na separatorze wodoru lub tlenu. Ponadto, wodór i tlen muszą usunąć niewielką ilość wody opuszczając system. Urządzenia o niskim zużyciu wody mogą zużywać 1 l/Nm³ H³, podczas gdy większe urządzenia mogą zmniejszyć to zużycie do 0,9 l/Nm³ H³. System stale uzupełnia wodę surową, co pozwala utrzymać stabilny poziom i stężenie cieczy alkalicznej. Może również uzupełniać wodę po reakcji w odpowiednim czasie, aby utrzymać stężenie roztworu alkalicznego.
- Układ prostownika transformatorowego
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 ogniwo elektrolityczne oraz dostarczanie prądu stałego do ogniwa. Część dostarczonej energii jest wykorzystywana do bezpośredniego rozkładu cząsteczek wody na wodór i tlen, a pozostała część generuje ciepło, które jest odprowadzane przez chłodnicę alkaliczną poprzez wodę chłodzącą.
Większość transformatorów jest olejowa. W przypadku montażu wewnątrz lub w kontenerze, można zastosować transformatory suche. Transformatory używane w urządzeniach do produkcji wodoru metodą elektrolizy wody to transformatory specjalne, które muszą być dopasowane do parametrów każdego ogniwa elektrolitycznego, dlatego są to urządzenia niestandardowe.
Obecnie najczęściej stosowanym typem prostownika jest tyrystor, który jest wspierany przez producentów urządzeń ze względu na długi czas pracy, wysoką stabilność i niską cenę. Jednak ze względu na konieczność dostosowania urządzeń dużej skali do odnawialnych źródeł energii, sprawność konwersji tyrystorowych prostowników jest stosunkowo niska. Obecnie różni producenci prostowników dążą do wdrożenia nowych prostowników IGBT. IGBT jest już bardzo powszechny w innych branżach, takich jak energetyka wiatrowa, i uważa się, że prostowniki IGBT będą się w przyszłości dynamicznie rozwijać.
- System szaf rozdzielczych
Szafa rozdzielcza służy głównie do zasilania różnych komponentów z silnikami w systemie separacji i oczyszczania wodoru z tlenu, znajdujących się za urządzeniami do produkcji wodoru w wodzie elektrolitycznej, w tym urządzeń 400 V, powszechnie znanych jako 380 V. Urządzenia obejmują pompę cyrkulacyjną alkaliów w systemie separacji wodoru z tlenem oraz pompę wody uzupełniającej w układzie pomocniczym. Zasilanie przewodów grzejnych w systemie suszenia i oczyszczania, a także układów pomocniczych niezbędnych dla całego systemu, takich jak maszyny do czystej wody, agregaty chłodnicze, sprężarki powietrza, chłodnie kominowe oraz sprężarki wodoru, urządzenia do uwodorniania itp., obejmuje również zasilanie oświetlenia, monitoringu i innych systemów całej stacji.
- Controsystem l
System sterowania wykorzystuje automatyczne sterowanie PLC. Sterownik PLC zazwyczaj wykorzystuje Siemens 1200 lub 1500 i jest wyposażony w interfejs interakcji człowiek-maszyna z ekranem dotykowym. Obsługa i wyświetlanie parametrów każdego systemu urządzenia, a także logika sterowania, są realizowane na ekranie dotykowym.
5. Układ cyrkulacji roztworu alkalicznego
W skład tego systemu wchodzą przede wszystkim 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 rozdzielany przez separator gaz-ciecz i odprowadzany do pompy cyrkulacyjnej roztworu alkalicznego. Separator wodoru i separator tlenu są tutaj połączone, a pompa cyrkulacyjna roztworu alkalicznego tłoczy odprowadzany roztwór alkaliczny do zaworu i filtra roztworu alkalicznego na tylnym końcu. Po odfiltrowaniu przez filtr dużych zanieczyszczeń, roztwór alkaliczny jest odprowadzany do wnętrza ogniwa elektrolitycznego.
6.Układ wodorowy
Wodór jest generowany po stronie katody i dociera do separatora wraz z systemem cyrkulacji roztworu alkalicznego. Wewnątrz separatora wodór jest stosunkowo lekki i naturalnie oddziela się od roztworu alkalicznego, docierając do górnej części separatora. Następnie przepływa rurociągami w celu dalszej separacji, jest chłodzony wodą chłodzącą i zbierany przez odkraplacz, aby osiągnąć czystość około 99% przed dotarciem do końcowego systemu suszenia i oczyszczania.
Ewakuacja: Ewakuację wodoru stosuje się głównie w okresach rozruchu i wyłączenia, podczas nieprawidłowego działania lub gdy czystość 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 jedynie w projektach specjalnych, takich jak aplikacje wykorzystujące zarówno wodór, jak i tlen o wysokiej czystości, np. w przemyśle światłowodowym. Istnieją również duże projekty, w których zarezerwowano przestrzeń na wykorzystanie tlenu. Scenariusze zastosowań back-end obejmują produkcję ciekłego tlenu po suszeniu i oczyszczeniu lub tlen medyczny 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 wymaga dostarczenia energii elektrycznej. Jednakże, energia elektryczna zużywana w procesie elektrolizy wody przekracza teoretyczną absorpcję ciepła w tej reakcji. Innymi słowy, część energii elektrycznej zużywanej w elektrolizerze jest przekształcana w ciepło, które jest wykorzystywane głównie do podgrzewania obiegu roztworu alkalicznego na początku, podnosząc temperaturę roztworu alkalicznego do wymaganego zakresu 90 ± 5°C dla urządzenia. Jeśli elektroliza kontynuuje pracę po osiągnięciu temperatury znamionowej, wytworzone ciepło musi być odprowadzane przez chłodzenie wody, aby utrzymać normalną temperaturę strefy reakcji elektrolizy. Wysoka temperatura w strefie reakcji elektrolizy może zmniejszyć zużycie energii, ale jeśli temperatura będzie zbyt wysoka, membrana komory elektrolizy ulegnie uszkodzeniu, co również negatywnie wpłynie na długoterminową eksploatację urządzenia.
Optymalna temperatura pracy tego urządzenia nie powinna przekraczać 95°C. Ponadto, wytwarzany wodór i tlen muszą być schładzane i osuszane, a chłodzony wodą tyrystorowy prostownik jest również wyposażony w niezbędne przewody 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 układu azotem. Przed normalnym uruchomieniem należy również przedmuchać fazę gazową układu 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 utrzymuje ciśnienie i zatrzymuje określoną ilość wodoru i tlenu w układzie. Jeśli ciśnienie nadal występuje podczas rozruchu, nie ma potrzeby przeprowadzania operacji przedmuchu. Jeśli jednak ciśnienie zostanie całkowicie zredukowane, konieczne będzie ponowne przedmuchanie azotem.
- System suszenia (oczyszczania) wodoru (opcjonalnie)
Wodór gazowy uzyskany w procesie elektrolizy wody jest osuszany w suszarce równoległej, a następnie oczyszczany za pomocą filtra rurowego ze spiekanego niklu w celu uzyskania suchego wodoru gazowego. W zależności od wymagań użytkownika dotyczących wodoru produktowego, system może zostać wyposażony w urządzenie oczyszczające, które wykorzystuje do oczyszczania bimetaliczną metodę katalitycznego odtleniania palladu i platyny.
Wodór wytwarzany w jednostce produkującej wodór poprzez elektrolizę 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, powodując skroplenie pary wodnej w wodę, która jest automatycznie odprowadzana na zewnątrz układu przez kolektor) i wchodzi do wieży adsorpcyjnej.
Czas publikacji: 03-12-2024
