Elektrolytickývodíkvýrobná jednotka obsahuje kompletnú sadu elektrolýzy vodyvodíkvýrobné zariadenia, pričom hlavné vybavenie zahŕňa:
1. Elektrolytický článok
2. Zariadenie na separáciu kvapalín plynu
3. Systém sušenia a čistenia
4. Elektrická časť obsahuje: transformátor, skriňu usmerňovača, riadiacu skriňu PLC, prístrojovú skriňu, rozvodnú skriňu, horný počítač atď.
5. Pomocný systém zahŕňa hlavne: nádrž na alkalický roztok, nádrž na vodu na suroviny, čerpadlo na doplňovanie vody, dusíkový valec/prípojnica atď/ 6. Celkový pomocný systém zariadenia zahŕňa: stroj na čistú vodu, chladiacu vežu, chladič, vzduchový kompresor atď
chladiče vodíka a kyslíka a voda sa zhromažďuje pomocou odkvapkávacieho lapača predtým, ako je odoslaná pod kontrolou riadiaceho systému; Elektrolyt prechádzavodíka kyslíkových alkalických filtrov, vodíkových a kyslíkových alkalických chladičov v danom poradí pod pôsobením obehového čerpadla, a potom sa vracia do elektrolytického článku na ďalšiu elektrolýzu.
Tlak v systéme je regulovaný systémom riadenia tlaku a systémom riadenia rozdielu tlaku, aby sa splnili požiadavky procesov a skladovania v smere toku.
Vodík vyrobený elektrolýzou vody má výhody vysokej čistoty a nízkych nečistôt. Nečistoty v plynnom vodíku produkovanom elektrolýzou vody sú zvyčajne iba kyslík a voda bez ďalších zložiek (čo môže zabrániť otrave určitých katalyzátorov). To poskytuje pohodlie pri výrobe vysoko čistého vodíkového plynu a vyčistený plyn môže spĺňať štandardy priemyselných plynov elektronickej kvality.
Vodík produkovaný jednotkou na výrobu vodíka prechádza cez vyrovnávaciu nádrž, aby stabilizoval pracovný tlak systému a ďalej odstránil voľnú vodu z vodíka.
Po vstupe do zariadenia na čistenie vodíka sa vodík vyrobený elektrolýzou vody ďalej čistí, pričom sa využívajú princípy katalytickej reakcie a adsorpcie na molekulových sitách na odstránenie kyslíka, vody a iných nečistôt z vodíka.
Zariadenie môže nastaviť automatický systém úpravy výroby vodíka podľa aktuálnej situácie. Zmeny v zaťažení plynom spôsobia kolísanie tlaku v zásobníku vodíka. Tlakový vysielač inštalovaný na zásobníku odošle signál 4-20 mA do PLC na porovnanie s pôvodnou nastavenou hodnotou a po inverznej transformácii a výpočte PID odošle signál 20-4 mA do skrine usmerňovača na nastavenie veľkosti elektrolýzny prúd, čím sa dosiahne účel automatického prispôsobovania produkcie vodíka podľa zmien vodíkovej záťaže.
Jedinou reakciou v procese výroby vodíka elektrolýzou vody je voda (H2O), ktorú je potrebné priebežne zásobovať surovou vodou cez doplňovacie čerpadlo. Miesto doplňovania sa nachádza na separátore vodíka alebo kyslíka. Vodík a kyslík musia navyše odoberať malé množstvo vody, keď opúšťajú systém. Zariadenia s nízkou spotrebou vody môžu spotrebovať 1 l/Nm ³ H2, zatiaľ čo väčšie zariadenia ju môžu znížiť na 0,9 l/Nm ³ H2. Systém priebežne dopĺňa surovú vodu, čím dokáže udržať stabilitu hladiny a koncentrácie alkalickej kvapaliny. Môže tiež včas doplniť zreagovanú vodu, aby sa udržala koncentrácia alkalického roztoku.
- Transformátorový usmerňovací systém
Tento systém pozostáva hlavne z dvoch zariadení, transformátora a usmerňovacej skrine. Jeho hlavnou funkciou je konvertovať striedavý prúd 10/35 KV poskytovaný majiteľom prednej časti na jednosmerný prúd požadovaný elektrolytickým článkom a dodávať jednosmerný prúd do elektrolytického článku. Časť dodanej energie sa využíva na priamy rozklad molekúl vody na vodík a kyslík a druhá časť vytvára teplo, ktoré odvádza alkalický chladič cez chladiacu vodu.
Väčšina transformátorov je olejového typu. Ak sú umiestnené vo vnútri alebo v kontajneri, môžu sa použiť transformátory suchého typu. Transformátory používané pre zariadenia na výrobu vodíka v elektrolytickej vode sú špeciálne transformátory, ktoré je potrebné zladiť podľa údajov každého elektrolytického článku, takže ide o prispôsobené zariadenia.
V súčasnosti je najpoužívanejšou usmerňovacou skriňou tyristorový typ, ktorý výrobcovia zariadení podporujú kvôli dlhej dobe používania, vysokej stabilite a nízkej cene. Avšak kvôli potrebe prispôsobiť veľké zariadenia predným obnoviteľným zdrojom energie je účinnosť premeny tyristorových usmerňovačov relatívne nízka. V súčasnosti sa rôzni výrobcovia usmerňovacích skríň snažia prijať nové usmerňovacie skrine IGBT. IGBT je už veľmi bežné v iných odvetviach, ako je napríklad veterná energia, a predpokladá sa, že IGBT skrine usmerňovačov budú mať v budúcnosti významný vývoj.
- Systém rozvodných skríň
Rozvodná skriňa sa používa hlavne na napájanie rôznych komponentov s motormi v systéme separácie a čistenia vodíka a kyslíka za zariadením na výrobu vodíka z elektrolytickej vody, vrátane 400 V alebo bežne označovaných ako 380 V zariadenie. Zariadenie zahŕňa alkalické obehové čerpadlo v ráme na separáciu vodíka a kyslíka a čerpadlo prídavnej vody v pomocnom systéme; Napájanie vykurovacích drôtov v systéme sušenia a čistenia, ako aj pomocné systémy potrebné pre celý systém, ako sú stroje na čistú vodu, chladiče, vzduchové kompresory, chladiace veže a koncové vodíkové kompresory, hydrogenačné stroje atď. ., zahŕňa aj napájanie osvetlenia, monitorovania a iných systémov celej stanice.
- Control systém
Riadiaci systém implementuje automatické riadenie PLC. PLC vo všeobecnosti používa Siemens 1200 alebo 1500 a je vybavené dotykovou obrazovkou s interakčným rozhraním človek-stroj. Obsluha a zobrazenie parametrov každého systému zariadenia, ako aj zobrazenie riadiacej logiky sú realizované na dotykovej obrazovke.
5. Systém cirkulácie alkalického roztoku
Tento systém zahŕňa hlavne tieto hlavné zariadenia:
Odlučovač vodíka a kyslíka – Obehové čerpadlo alkalického roztoku – Ventil – Filter alkalického roztoku – Elektrolytický článok
Hlavný proces je nasledovný: alkalický roztok zmiešaný s vodíkom a kyslíkom v separátore vodíka a kyslíka je oddelený separátorom plyn-kvapalina a refluxovaný do cirkulačného čerpadla alkalického roztoku. Tu je pripojený odlučovač vodíka a odlučovač kyslíka a obehové čerpadlo alkalického roztoku cirkuluje refluxovaný alkalický roztok do ventilu a filtra alkalického roztoku na zadnej strane. Potom, čo filter odfiltruje veľké nečistoty, alkalický roztok cirkuluje do vnútra elektrolytického článku.
6. Vodíkový systém
Plynný vodík sa generuje zo strany katódovej elektródy a dostáva sa do separátora spolu so systémom cirkulácie alkalického roztoku. Vo vnútri separátora je plynný vodík relatívne ľahký a prirodzene oddelený od alkalického roztoku, pričom dosahuje hornú časť separátora. Potom prechádza potrubím na ďalšiu separáciu, ochladzuje sa chladiacou vodou a zachytáva sa zachytávačom kvapiek, aby sa dosiahla čistota asi 99 % pred dosiahnutím koncového systému sušenia a čistenia.
Evakuácia: Odsávanie vodíka sa používa hlavne počas spúšťania a odstavovania, abnormálnych operácií alebo keď čistota nespĺňa normy, ako aj pri riešení problémov.
7. Kyslíkový systém
Dráha kyslíka je podobná dráhe vodíka s tým rozdielom, že prebieha v rôznych separátoroch.
Vyprázdňovanie: V súčasnosti väčšina projektov využíva metódu vyprázdňovania kyslíka.
Využitie: Hodnota využitia kyslíka má zmysel len v špeciálnych projektoch, ako sú aplikácie, ktoré môžu využívať vodík aj vysoko čistý kyslík, ako sú výrobcovia optických vlákien. Existuje aj niekoľko veľkých projektov, ktoré majú vyhradený priestor na využitie kyslíka. Koncové aplikačné scenáre sú na výrobu kvapalného kyslíka po vysušení a čistení alebo na medicínsky kyslík prostredníctvom disperzných systémov. Presnosť týchto scenárov využitia však ešte potrebuje ďalšie potvrdenie.
8. Systém chladiacej vody
Proces elektrolýzy vody je endotermická reakcia a proces výroby vodíka musí byť zásobovaný elektrickou energiou. Elektrická energia spotrebovaná v procese elektrolýzy vody však presahuje teoretickú tepelnú absorpciu reakcie elektrolýzy vody. Inými slovami, časť elektriny použitej v elektrolýznom článku sa premení na teplo, ktoré sa na začiatku používa hlavne na ohrev cirkulačného systému alkalického roztoku, čím sa teplota alkalického roztoku zvýši na požadovaný teplotný rozsah 90 ± 5 ℃ pre zariadenie. Ak elektrolýza pokračuje v prevádzke po dosiahnutí menovitej teploty, generované teplo je potrebné odvádzať chladiacou vodou, aby sa udržala normálna teplota reakčnej zóny elektrolýzy. Vysoká teplota v reakčnej zóne elektrolýzy môže znížiť spotrebu energie, ale ak je teplota príliš vysoká, membrána elektrolýznej komory sa poškodí, čo bude tiež škodlivé pre dlhodobú prevádzku zariadenia.
Optimálna prevádzková teplota tohto zariadenia sa musí udržiavať na maximálne 95 ℃. Vzniknutý vodík a kyslík je navyše potrebné chladiť a odvlhčovať a vodou chladené tyristorové usmerňovacie zariadenie je vybavené aj potrebnými chladiacimi potrubiami.
Teleso čerpadla veľkých zariadení tiež vyžaduje účasť chladiacej vody.
- Plnenie dusíkom a systém čistenia dusíkom
Pred ladením a prevádzkou zariadenia by sa mala na systéme vykonať skúška tesnosti dusíka. Pred normálnym spustením je tiež potrebné prečistiť plynnú fázu systému dusíkom, aby sa zabezpečilo, že plyn v priestore plynnej fázy na oboch stranách vodíka a kyslíka je ďaleko od rozsahu horľavosti a výbušnosti.
Po vypnutí zariadenia bude riadiaci systém automaticky udržiavať tlak a zadržiavať určité množstvo vodíka a kyslíka vo vnútri systému. Ak je tlak počas spúšťania stále prítomný, nie je potrebné vykonávať čistenie. Ak sa však tlak úplne uvoľní, je potrebné znova vykonať čistenie dusíkom.
- Systém sušenia (čistenia) vodíka (voliteľné)
Plynný vodík pripravený elektrolýzou vody sa odvlhčuje paralelnou sušičkou a nakoniec sa čistí filtrom zo spekaných niklových rúrok, aby sa získal suchý plynný vodík. Podľa požiadaviek užívateľa na produktový vodík môže byť systém doplnený o čistiace zariadenie, ktoré na čistenie využíva paládium platinum bimetalickú katalytickú deoxygenáciu.
Vodík vyrobený vo vodnej elektrolýznej jednotke na výrobu vodíka sa posiela do jednotky na čistenie vodíka cez vyrovnávaciu nádrž.
Plynný vodík najprv prechádza deoxygenačnou vežou a pôsobením katalyzátora kyslík v plynnom vodíku reaguje s plynným vodíkom za vzniku vody.
Reakčný vzorec: 2H2+02 2H2O.
Potom plynný vodík prechádza cez kondenzátor vodíka (ktorý ochladzuje plyn na kondenzáciu vodnej pary na vodu, ktorá je automaticky vypúšťaná mimo systému cez kolektor) a vstupuje do adsorpčnej veže.
Čas odoslania: 3. decembra 2024
