ElektrolytickývodíkVýrobná jednotka obsahuje kompletnú sadu elektrolýzy vodyvodíkvýrobné zariadenia, pričom hlavné zariadenia zahŕňajú:
1. Elektrolytický článok
2. Zariadenie na separáciu plynov a kvapalín
3. Systém sušenia a čistenia
4. Elektrická časť zahŕňa: transformátor, usmerňovaciu skrinku, rozvádzaciu skrinku PLC, prístrojovú skrinku, rozvádzaciu skrinku, horný počítač atď.
5. Pomocný systém zahŕňa najmä: nádrž na alkalický roztok, nádrž na surovú vodu, čerpadlo dopĺňacej vody, dusíkovú fľašu/prípojnicu 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 v odkvapkávači predtým, ako sa pod kontrolou riadiaceho systému odošle von; elektrolyt prechádza cezvodíka kyslíkovo-alkalické filtre, vodíkové a kyslíkovo-alkalické chladiče pôsobením obehového čerpadla a potom sa vracajú do elektrolytického článku na ďalšiu elektrolýzu.
Tlak v systéme je regulovaný systémom regulácie tlaku a systémom regulácie diferenčného tlaku, aby sa splnili požiadavky následných procesov a skladovania.
Vodík vyrobený elektrolýzou vody má výhody vysokej čistoty a nízkeho obsahu nečistôt. Nečistoty vo vodíkovom plyne vyrobenom elektrolýzou vody sú zvyčajne iba kyslík a voda, bez ďalších zložiek (čo umožňuje vyhnúť sa otrave niektorých katalyzátorov). To umožňuje pohodlnú výrobu vysoko čistého vodíkového plynného plynu a vyčistený plyn môže spĺňať normy pre technické plyny pre elektroniku.
Vodík vyrobený jednotkou na výrobu vodíka prechádza cez vyrovnávaciu nádrž, ktorá stabilizuje pracovný tlak systému a ďalej odstraňuje voľnú vodu z vodíka.
Po vstupe do zariadenia na čistenie vodíka sa vodík vyrobený elektrolýzou vody ďalej čistí pomocou princípov katalytickej reakcie a adsorpcie molekulárnym sitom na odstránenie kyslíka, vody a iných nečistôt z vodíka.
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 vyšle signál 4 – 20 mA do PLC na porovnanie s pôvodnou nastavenou hodnotou a po inverznej transformácii a výpočte PID vyšle signál 20 – 4 mA do usmerňovacej skrinky na úpravu veľkosti elektrolytického prúdu, čím sa dosiahne cieľ automatického regulácie výroby vodíka podľa zmien v zaťažení vodíkom.
Jedinou reakciou v procese výroby vodíka elektrolýzou vody je voda (H2O), ktorá musí byť nepretržite zásobovaná surovou vodou pomocou dopĺňacieho čerpadla vody. Dopĺňacia pozícia sa nachádza na odlučovači vodíka alebo kyslíka. Okrem toho je potrebné, aby vodík a kyslík pri výstupe zo systému odobrali malé množstvo vody. Zariadenie s nízkou spotrebou vody môže spotrebovať 1 l/Nm³ H2, zatiaľ čo väčšie zariadenie ju môže znížiť na 0,9 l/Nm³ H2. Systém nepretržite dopĺňa surovú vodu, čím dokáže udržiavať stabilitu hladiny a koncentrácie alkalickej kvapaliny. Dokáže tiež včas dopĺňať zreagovanú vodu, aby sa udržala koncentrácia alkalického roztoku.
- 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 predným vlastníkom na jednosmerný prúd potrebný pre elektrolytický článok a dodávať jednosmerný prúd do elektrolytického článku. Časť dodávaného prúdu sa používa na priamy rozklad molekúl vody na vodík a kyslík a druhá časť generuje teplo, ktoré sa odvádza alkalickým chladičom prostredníctvom chladiacej vody.
Väčšina transformátorov je olejového typu. Ak sú umiestnené v interiéri alebo v kontajneri, možno použiť suché transformátory. Transformátory používané na elektrolytickú výrobu vodíka sú špeciálne transformátory, ktoré je potrebné prispôsobiť údajom každého elektrolytického článku, takže ide o prispôsobené zariadenia.
V súčasnosti je najbežnejšie používanou usmerňovacou skriňou tyristorový typ, ktorý výrobcovia zariadení podporujú kvôli jeho dlhej životnosti, vysokej stabilite a nízkej cene. Avšak vzhľadom na potrebu prispôsobiť rozsiahle zariadenia pre vstupnú obnoviteľnú energiu je účinnosť premeny tyristorových usmerňovacích skríň relatívne nízka. V súčasnosti sa rôzni výrobcovia usmerňovacích skríň snažia prijať nové usmerňovacie skrine IGBT. IGBT je už veľmi bežný v iných odvetviach, ako je veterná energia, a predpokladá sa, že usmerňovacie skrine IGBT sa v budúcnosti výrazne rozvinú.
- Systém rozvodných skríň
Rozvodná skrinka sa používa hlavne na napájanie rôznych komponentov s motormi v systéme separácie a čistenia vodíka a kyslíka za zariadením na elektrolytickú výrobu vodíka z vody, vrátane zariadení na 400 V alebo bežne označovaných ako 380 V. Zariadenie zahŕňa čerpadlo alkalickej cirkulácie v systéme separácie vodíka a kyslíka a čerpadlo prídavnej vody v pomocnom systéme; napájanie vykurovacích drôtov v sušiacom a čistiacom systéme, ako aj pomocných systémov potrebných 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.
- Controsystém l
Riadiaci systém implementuje automatické riadenie PLC. PLC vo všeobecnosti používa Siemens 1200 alebo 1500 a je vybavené dotykovou obrazovkou s rozhraním interakcie človek-stroj. Zobrazenie prevádzky a parametrov každého systému zariadenia, ako aj zobrazenie riadiacej logiky, sa realizuje na dotykovej obrazovke.
5. Systém cirkulácie alkalického roztoku
Tento systém zahŕňa najmä nasledujúce hlavné zariadenia:
Odlučovač vodíka a kyslíka – Obehové čerpadlo alkalického roztoku – Ventil – Filter alkalického roztoku – Elektrolytická článková článková elektrolýza
Hlavný proces je nasledovný: alkalický roztok zmiešaný s vodíkom a kyslíkom v separátore vodíka a kyslíka sa oddelí separátorom plyn-kvapalina a spätne sa privedie do obehového čerpadla alkalického roztoku. Odlučovač vodíka a separátor kyslíka sú tu prepojené a obehové čerpadlo alkalického roztoku cirkuluje spätne zahriaty alkalický roztok k ventilu a filtru alkalického roztoku na zadnej strane. Po odfiltrovaní veľkých nečistôt filtrom sa alkalický roztok privedie do vnútra elektrolytického článku.
6. Vodíkový systém
Plynný vodík sa generuje na strane katódovej elektródy a dostáva sa do separátora spolu s cirkulačnými systémami alkalického roztoku. Vo vnútri separátora je plynný vodík relatívne ľahký a prirodzene sa oddeľuje od alkalického roztoku, pričom sa dostáva do hornej časti separátora. Potom prechádza potrubím na ďalšiu separáciu, chladí sa chladiacou vodou a zachytáva sa v zachytávači kvapiek, čím sa dosiahne čistota približne 99 %, kým sa nedostane do systému sušenia a čistenia na konci.
Evakuácia: Evakuácia plynného vodíka sa používa hlavne počas spúšťania a odstavovania, pri abnormálnej prevádzke alebo keď čistota nespĺňa normy, ako aj pri riešení problémov.
7. Kyslíkový systém
Dráha kyslíka je podobná dráhe vodíka, až na to, že prebieha v iných separátoroch.
Vyprázdňovanie: V súčasnosti väčšina projektov používa metódu vyprázdňovania kyslíka.
Využitie: Hodnota využitia kyslíka má význam iba v špeciálnych projektoch, ako sú aplikácie, 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 aplikácií v zázemí sú určené na výrobu kvapalného kyslíka po vysušení a čistení alebo na výrobu medicínskeho kyslíka pomocou disperzných systémov. Presnosť týchto scenárov využitia si však stále vyžaduje 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 prevyšuje teoretickú absorpciu tepla pri reakcii elektrolýzy vody. Inými slovami, časť elektriny použitej v elektrolytickom článku sa premieňa na teplo, ktoré sa používa hlavne na ohrev cirkulačného systému alkalického roztoku na začiatku, čím sa teplota alkalického roztoku zvýši na požadovaný teplotný rozsah 90 ± 5 ℃ pre zariadenie. Ak elektrolytický článok pokračuje v prevádzke po dosiahnutí menovitej teploty, vytvorené teplo sa musí odvádzať chladiacou vodou, aby sa udržala normálna teplota v reakčnej zóne elektrolýzy. Vysoká teplota v reakčnej zóne elektrolýzy môže znížiť spotrebu energie, ale ak je teplota príliš vysoká, poškodí sa membrána elektrolytickej komory, čo bude tiež škodlivé pre dlhodobú prevádzku zariadenia.
Optimálna prevádzková teplota pre toto zariadenie sa musí udržiavať na maximálne 95 ℃. Okrem toho je potrebné chladiť a odvlhčovať aj generovaný vodík a kyslík a vodou chladený tyristorový usmerňovač je tiež vybavený potrebnými chladiacimi potrubiami.
Teleso čerpadla veľkých zariadení tiež vyžaduje účasť chladiacej vody.
- Systém plnenia dusíkom a preplachovania dusíkom
Pred ladením a prevádzkou zariadenia by sa mal na systéme vykonať test tesnosti dusíkom. Pred bežným spustením je tiež potrebné prepláchnuť plynnú fázu systému dusíkom, aby sa zabezpečilo, že plyn v priestore plynnej fázy na oboch stranách vodíka a kyslíka je ďaleko od horľavého a výbušného rozsahu.
Po vypnutí zariadenia riadiaci systém automaticky udržiava tlak a zadržiava určité množstvo vodíka a kyslíka v systéme. Ak je tlak počas spustenia stále prítomný, nie je potrebné vykonávať preplachovanie. Ak je však tlak úplne uvoľnený, je potrebné znova vykonať preplachovanie dusíkom.
- Systém sušenia (čistenia) vodíka (voliteľné)
Vodíkový plyn pripravený elektrolýzou vody sa odvlhčuje paralelnou sušičkou a nakoniec sa čistí pomocou spekaného niklového trubicového filtra, čím sa získa suchý vodíkový plyn. Podľa požiadaviek používateľa na produkovaný vodík môže systém pridať čistiace zariadenie, ktoré na čistenie využíva katalytickú deoxygenáciu paládia a platiny bimetalickým uhlíkom.
Vodík vyrobený jednotkou na výrobu vodíka elektrolýzou vody sa cez vyrovnávaciu nádrž privádza do jednotky na čistenie vodíka.
Vodíkový plyn najprv prechádza deoxygenačnou vežou a pôsobením katalyzátora reaguje kyslík v plynnom vodíku s plynným vodíkom za vzniku vody.
Reakčný vzorec: 2H2+O2 2H2O.
Potom plynný vodík prechádza cez vodíkový kondenzátor (ktorý ochladzuje plyn, aby kondenzoval vodnú paru na vodu, ktorá sa automaticky odvádza mimo systému cez kolektor) a vstupuje do adsorpčnej veže.
Čas uverejnenia: 3. decembra 2024
