Jednotka na výrobu elektrolytického vodíka obsahuje kompletnú sadu zariadení na výrobu vodíka elektrolýzou vody. Hlavné vybavenie je:
1. Elektrolyzér
2. Zariadenie na separáciu plynu a kvapaliny
3. Systém sušenia a čistenia
4. Elektrická časť zahŕňa: transformátor, usmerňovaciu skrinku, riadiacu skrinku programu PLC, prístrojovú skrinku, rozvodnú skrinku, hostiteľský počítač atď.
5. Pomocný systém zahŕňa najmä: alkalickú nádrž, nádrž na vodu na suroviny, čerpadlo na prívod vody, dusíkovú fľašu/prípojnicu atď.
6. Celkový pomocný systém zariadenia zahŕňa: stroj na čistú vodu, chladiacu vežu, chladič, vzduchový kompresor atď.
V elektrolytickej jednotke na výrobu vodíka sa voda v elektrolyzéri pôsobením jednosmerného prúdu rozkladá na jednu časť vodíka a pol časti kyslíka. Vytvorený vodík a kyslík sa spolu s elektrolytom posielajú do separátora plyn-kvapalina na oddelenie. Vodík a kyslík sa ochladzujú v chladičoch vodíka a kyslíka a lapač kvapiek zachytáva a odstraňuje vodu a potom sa pod kontrolou riadiaceho systému odvádza von; elektrolyt prechádza cez filter vodíka, kyslíka a alkálií atď. pôsobením obehového čerpadla cez kvapalinový chladič a potom sa vracia do elektrolyzéra, kde pokračuje elektrolýza.
Tlak v systéme sa nastavuje pomocou systému regulácie tlaku a systému regulácie diferenčného tlaku tak, aby spĺňal požiadavky následných procesov a skladovania.
Vodík vyrobený elektrolýzou vody má výhody vysokej čistoty a malého množstva nečistôt. Nečistoty vo vodíku vyrobenom elektrolýzou vody sú zvyčajne iba kyslík a voda a žiadne iné zložky (čo umožňuje vyhnúť sa otrave niektorých katalyzátorov), čo umožňuje výrobu vysoko čistého vodíka. Po vyčistení môže vyrobený plyn dosiahnuť ukazovatele technického plynu elektronickej kvality.
Vodík vyrobený zariadením na výrobu vodíka prechádza cez vyrovnávaciu nádrž, aby sa stabilizoval pracovný tlak systému a ďalej sa odstránila voľná voda z vodíka.
Po vstupe vodíka do zariadenia na čistenie vodíka sa vodík vyrobený elektrolýzou vody ďalej čistí a kyslík, voda a ďalšie nečistoty z vodíka sa odstraňujú pomocou princípov katalytickej reakcie a adsorpcie molekulárnym sitom.
Zariadenie dokáže nastaviť automatický systém regulácie výroby vodíka podľa aktuálnej situácie. Zmeny v zaťažení plynom spôsobia kolísanie tlaku v zásobníku vodíka. Tlakový snímač nainštalovaný na zásobníku vydá signál 4 – 20 mA a odošle ho do PLC. Po porovnaní pôvodnej nastavenej hodnoty a vykonaní inverznej transformácie a výpočtu PID sa vydá signál 20 – 4 mA a odošle sa do usmerňovacej skrinky na úpravu veľkosti elektrolytického prúdu, čím sa dosiahne cieľ automatického nastavenia výroby vodíka podľa zmien v zaťažení vodíkom.
Zariadenie na výrobu vodíka elektrolýzou alkalickej vody zahŕňa najmä nasledujúce systémy:
(1) Systém surovej vody
Jediná vec, ktorá reaguje v procese výroby vodíka elektrolýzou vody, je voda (H2O), ktorú je potrebné neustále dopĺňať surovou vodou pomocou čerpadla na dopĺňanie vody. Miesto dopĺňania vody je na odlučovači vodíka alebo kyslíka. Okrem toho sa pri výstupe zo systému musí odobrať malé množstvo vodíka a kyslíka. vlhkosti. Spotreba vody u malých zariadení je 1 l/Nm³H2 a u veľkých zariadení sa dá znížiť na 0,9 l/Nm³H2. Systém neustále dopĺňa surovú vodu. Dopĺňaním vody sa udržiava stabilita hladiny a koncentrácie alkálie v alkáliách a reakčný roztok sa môže včas dopĺňať. vody, aby sa udržala koncentrácia lúhu.
2) Systém usmerňovača transformátora
Tento systém pozostáva hlavne z dvoch zariadení: transformátora a usmerňovacej skrinky. Jeho hlavnou funkciou je premieňať striedavý prúd 10/35 kV dodávaný predinštalovaným zariadením na jednosmerný prúd potrebný pre elektrolyzér a dodávať jednosmerný prúd do elektrolyzéra. Časť dodávaného prúdu sa používa na priamy rozklad vody. Molekuly sú vodík a kyslík a druhá časť generuje teplo, ktoré sa odvádza chladičom lúhu prostredníctvom chladiacej vody.
Väčšina transformátorov je olejového typu. Ak sú umiestnené v interiéri alebo v kontajneri, možno použiť suché transformátory. Transformátory používané v zariadeniach na elektrolytickú výrobu vodíka sú špeciálne transformátory a je potrebné ich prispôsobiť údajom každého elektrolyzéra, takže ide o prispôsobené zariadenia.
(3) systém rozvodnej skrine
Rozvodná skrinka sa používa hlavne na napájanie zariadení s napätím 400 V alebo bežne známym ako 380 V do rôznych komponentov s motormi v systémoch na separáciu a čistenie vodíka a kyslíka za zariadením na elektrolytickú výrobu vodíka. Zariadenie zahŕňa cirkuláciu alkálií v systéme na separáciu vodíka a kyslíka. Čerpadlá, čerpadlá na dopĺňanie vody v pomocných systémoch; vykurovacie drôty v sušiacich a čistiacich systémoch a pomocné systémy potrebné pre celý systém, ako sú stroje na čistú vodu, chladiče, vzduchové kompresory, chladiace veže a koncové vodíkové kompresory, hydrogenačné stroje a ďalšie zariadenia. Napájanie zahŕňa aj napájanie osvetlenia, monitorovania a iných systémov celej stanice.
(4) riadiaci systém
Riadiaci systém implementuje automatické riadenie PLC. PLC zvyčajne používa Siemens 1200 alebo 1500. Je vybavený dotykovou obrazovkou s rozhraním pre interakciu človek-počítač a na dotykovej obrazovke sa zobrazuje prevádzka a parametre každého systému zariadenia a zobrazuje sa riadiaca logika.
5) Systém cirkulácie alkálií
Tento systém zahŕňa najmä nasledujúce hlavné zariadenia:
Odlučovač vodíka a kyslíka - obehové čerpadlo alkálií - ventil - filter alkálií - elektrolyzér
Hlavný proces je: alkalická kvapalina zmiešaná s vodíkom a kyslíkom v separátore vodíka a kyslíka je oddelená separátorom plyn-kvapalina a potom prúdi späť do cirkulačného čerpadla alkalickej kvapaliny. Tu sú prepojené separátor vodíka a separátor kyslíka a cirkulačné čerpadlo alkalickej kvapaliny refluxuje. Alkalická kvapalina cirkuluje k ventilu a filtru alkalickej kvapaliny na zadnej strane. Po odfiltrovaní veľkých nečistôt filtrom cirkuluje alkalická kvapalina do vnútra elektrolyzéra.
(6)Vodíkový systém
Vodík sa generuje na strane katódovej elektródy a dostáva sa do separátora spolu s cirkulačnými systémami alkalickej kvapaliny. V separátore sa vodík sám o sebe prirodzene oddelí od alkalickej kvapaliny, pretože je relatívne ľahký, a preto sa prirodzene oddelí od alkalickej kvapaliny a dosiahne hornú časť separátora, odkiaľ potom prechádza potrubím na ďalšie oddelenie a chladenie. Po ochladení vodou zachytáva kvapky zachytávač kvapiek a dosahuje čistotu približne 99 %, ktoré sa dostávajú do systému sušenia a čistenia na konci.
Evakuácia: Evakuácia vodíka sa používa hlavne na evakuáciu počas spúšťania a vypínania, abnormálnej prevádzky alebo poruchy čistoty a evakuácie pri poruche.
(7) Kyslíkový systém
Cesta kyslíka je podobná ako cesta vodíka, ale v inom separátore.
Evakuácia: V súčasnosti sa väčšina kyslíkových projektov rieši evakuáciou.
Využitie: Hodnota využitia kyslíka má význam iba v špeciálnych projektoch, ako sú niektoré aplikačné scenáre, ktoré môžu používať vodík aj vysoko čistý kyslík, napríklad výrobcovia optických vlákien. Existujú aj niektoré veľké projekty, ktoré si vyhradili priestor na využitie kyslíka. Scenáre koncových aplikácií sú výroba kvapalného kyslíka po vysušení a čistení alebo použitie medicínskeho kyslíka prostredníctvom disperzného systému. Spresnenie týchto scenárov využitia však ešte nie je stanovené. Ďalšie potvrdenie.
(8) systém chladiacej vody
Proces elektrolýzy vody je endotermická reakcia. Proces výroby vodíka musí byť zásobovaný elektrickou energiou. Elektrická energia spotrebovaná procesom elektrolýzy vody však prevyšuje teoretickú absorpciu tepla pri reakcii elektrolýzy vody. To znamená, že časť elektriny spotrebovanej elektrolyzérom sa premieňa na teplo. Táto časť tepla sa používa hlavne na ohrev systému cirkulácie alkálií na začiatku, aby sa teplota alkalického roztoku zvýšila na teplotný rozsah 90 ± 5 °C požadovaný zariadením. Ak elektrolyzér pokračuje v prevádzke po dosiahnutí menovitej teploty, je potrebné použiť vytvorené teplo. Na udržanie normálnej teploty v reakčnej zóne elektrolýzy sa privádza chladiaca voda. Vysoká teplota v reakčnej zóne elektrolýzy môže znížiť spotrebu energie, ale ak je teplota príliš vysoká, membrána elektrolytickej komory sa zničí, čo bude mať tiež negatívny vplyv na dlhodobú prevádzku zariadenia.
Toto zariadenie vyžaduje prevádzkovú teplotu udržiavanú na maximálne 95 °C. Okrem toho sa musí generovaný vodík a kyslík tiež chladiť a odvlhčovať a vodou chladené kremíkové usmerňovacie zariadenie je tiež vybavené potrebnými chladiacimi potrubiami.
Teleso čerpadla veľkých zariadení tiež vyžaduje účasť chladiacej vody.
(9) Systém plnenia dusíkom a preplachovania dusíkom
Pred ladením a prevádzkou zariadenia musí byť systém naplnený dusíkom na skúšku vzduchotesnosti. Pred bežným spustením je potrebné prepláchnuť plynnú fázu systému dusíkom, aby sa zabezpečilo, že plyn v priestore plynnej fázy na oboch stranách vodíka a kyslíka je mimo oblasti horľavosti a výbušnosti.
Po vypnutí zariadenia riadiaci systém automaticky udržiava tlak a zadržiava určité množstvo vodíka a kyslíka v systéme. Ak je tlak stále prítomný aj po zapnutí zariadenia, nie je potrebné vykonávať preplachovanie. Ak sa však všetok tlak odstráni, bude potrebné ho znova prepláchnuť. Činnosť preplachovania dusíkom.
(10) Systém sušenia (čistenia) vodíka (voliteľné)
Vodík vyrobený elektrolýzou vody sa odvlhčuje paralelnou sušičkou a nakoniec sa odprašuje pomocou spekaného niklového trubicového filtra, čím sa získa suchý vodík. (Podľa požiadaviek používateľa na produkovaný vodík môže systém pridať čistiace zariadenie a čistenie využíva paládio-platinovú bimetalickú katalytickú deoxidáciu).
Vodík vyrobený zariadením na výrobu vodíka elektrolýzou vody sa cez vyrovnávaciu nádrž privádza do zariadenia na čistenie vodíka.
Vodík najprv prechádza deoxygenačnou vežou. Pod vplyvom katalyzátora kyslík vo vodíku reaguje s vodíkom za vzniku vody.
Reakčný vzorec: 2H2+O2 2H2O.
Vodík potom prechádza cez vodíkový kondenzátor (ktorý ochladzuje plyn, aby kondenzoval vodnú paru v plyne za vzniku vody a kondenzovaná voda sa automaticky vypúšťa zo systému cez zberač kvapaliny) a vstupuje do adsorpčnej veže.
Čas uverejnenia: 14. mája 2024
