Enota za proizvodnjo elektrolize vodika vključuje celoten sklop opreme za proizvodnjo vodika z elektrolizo vode. Glavna oprema je:
1. Elektrolizator
2. Naprava za ločevanje plina in tekočine
3. Sistem za sušenje in čiščenje
4. Električni del vključuje: transformator, omarico usmernika, krmilno omarico programa PLC, omarico instrumentov, omarico za razdelitev električne energije, gostiteljski računalnik itd.
5. Pomožni sistem vključuje predvsem: rezervoar za alkalije, rezervoar za vodo za surovine, črpalko za oskrbo z vodo, jeklenko z dušikom/vodilo itd.
6. Celoten pomožni sistem opreme vključuje: stroj za čisto vodo, hladilni vodni stolp, hladilnik, zračni kompresor itd.
V elektrolitski enoti za proizvodnjo vodika se voda v elektrolizerju pod vplivom enosmernega toka razgradi na en del vodika in 1/2 dela kisika. Nastali vodik in kisik se skupaj z elektrolitom pošljeta v separator plina in tekočine za ločevanje. Vodik in kisik se ohladita v hladilnikih vodika in kisika, lovilec kapljic pa ujame in odstrani vodo, nato pa se pod nadzorom krmilnega sistema pošlje ven; elektrolit pod delovanjem obtočne črpalke prehaja skozi filter za vodik, kisik in alkalije itd., hladilnik tekočine in se nato vrne v elektrolizer, kjer se nadaljuje elektroliza.
Tlak v sistemu se prilagaja s sistemom za regulacijo tlaka in sistemom za regulacijo diferencialnega tlaka, da se izpolnijo zahteve nadaljnjih procesov in skladiščenja.
Vodik, proizveden z elektrolizo vode, ima prednosti visoke čistosti in majhne količine nečistoč. Običajno so nečistoče v vodiku, proizvedenem z elektrolizo vode, le kisik in voda, brez drugih komponent (kar lahko prepreči zastrupitev nekaterih katalizatorjev), kar omogoča enostavno proizvodnjo visoko čistega vodika. Po čiščenju lahko proizvedeni plin doseže kazalnike industrijskega plina za elektrolizo.
Vodik, ki ga proizvaja naprava za proizvodnjo vodika, prehaja skozi vmesni rezervoar, da se stabilizira delovni tlak sistema in dodatno odstrani prosta voda v vodiku.
Ko vodik vstopi v napravo za čiščenje vodika, se vodik, ki nastane z elektrolizo vode, dodatno prečisti, kisik, voda in druge nečistoče v vodiku pa se odstranijo z uporabo načel katalitične reakcije in adsorpcije z molekularnim sitom.
Oprema lahko nastavi sistem samodejnega prilagajanja proizvodnje vodika glede na dejanske razmere. Spremembe obremenitve plina bodo povzročile nihanja tlaka v rezervoarju za shranjevanje vodika. Tlačni oddajnik, nameščen na rezervoarju, bo oddajal signal 4–20 mA in ga poslal v PLC. Po primerjavi prvotne nastavljene vrednosti ter izvedbi inverzne transformacije in PID izračuna se oddaja signal 20–4 mA, ki se pošlje v usmerniško omarico za prilagoditev velikosti elektroliznega toka, s čimer se doseže namen samodejnega prilagajanja proizvodnje vodika glede na spremembe obremenitve z vodikom.
Oprema za proizvodnjo vodika z elektrolizo alkalne vode vključuje predvsem naslednje sisteme:
(1) Sistem za oskrbo s surovinami
Edina stvar, ki reagira v procesu proizvodnje vodika z elektrolizo vode, je voda (H2O), ki jo je treba nenehno dopolnjevati s surovo vodo prek črpalke za dopolnjevanje vode. Položaj za dopolnjevanje vode je na separatorju vodika ali kisika. Poleg tega je treba ob izstopu iz sistema odvzeti majhno količino vodika in kisika. vlage. Poraba vode pri majhni opremi je 1 l/Nm³H2, pri veliki opremi pa se lahko zmanjša na 0,9 l/Nm³H2. Sistem nenehno dopolnjuje surovo vodo. Z dopolnjevanjem vode se lahko ohranja stabilnost nivoja in koncentracije alkalije v reakcijski raztopini, reakcijsko raztopino pa je mogoče pravočasno dopolnjevati. vode, da se ohrani koncentracija luga.
2) Sistem transformatorskih usmernikov
Ta sistem je sestavljen predvsem iz dveh naprav: transformatorja in usmerniške omare. Njegova glavna funkcija je pretvorba 10/35 kV izmenične energije, ki jo zagotavlja lastnik prednjega dela, v enosmerno energijo, ki jo potrebuje elektrolizator, in dovajanje enosmerne energije v elektrolizator. Del dobavljene energije se uporablja za neposredno razgradnjo vode. Molekule so vodik in kisik, drugi del pa proizvaja toploto, ki jo hladilnik luga odvaja s hladilno vodo.
Večina transformatorjev je oljnega tipa. Če so nameščeni v zaprtih prostorih ali posodi, se lahko uporabijo suhi transformatorji. Transformatorji, ki se uporabljajo v opremi za proizvodnjo elektrolitskega vodika, so posebni transformatorji in jih je treba uskladiti s podatki vsakega elektrolizatorja, zato so prilagojena oprema.
(3) sistem omar za razdelitev električne energije
Razdelilna omarica se uporablja predvsem za napajanje opreme z napetostjo 400 V ali splošno znano kot 380 V za različne komponente z motorji v sistemih za ločevanje in čiščenje vodika in kisika za opremo za elektrolitsko proizvodnjo vodika. Oprema vključuje kroženje alkalij v okviru za ločevanje vodika in kisika. Črpalke, črpalke za dopolnjevanje vode v pomožnih sistemih; grelne žice v sušilnih in čistilnih sistemih ter pomožni sistemi, ki jih potrebuje celoten sistem, kot so stroji za čisto vodo, hladilniki, zračni kompresorji, hladilni stolpi in zadnji kompresorji vodika, stroji za hidrogeniranje in druga oprema. Napajanje vključuje tudi napajanje za razsvetljavo, nadzor in druge sisteme celotne postaje.
(4) krmilni sistem
Krmilni sistem izvaja avtomatsko krmiljenje s PLC-jem. PLC običajno uporablja Siemens 1200 ali 1500. Opremljen je z zaslonom na dotik za interakcijo med človekom in računalnikom, na katerem se lahko upravlja in prikazujejo parametri vsakega sistema opreme ter prikazuje krmilna logika.
5) Sistem za kroženje alkalij
Ta sistem vključuje predvsem naslednjo glavno opremo:
Ločevalnik vodika in kisika - črpalka za cirkulacijo alkalij - ventil - filter za alkalij - elektrolizator
Glavni postopek je naslednji: alkalna tekočina, pomešana z vodikom in kisikom v separatorju vodika in kisika, se loči v separatorju plina in tekočine ter nato steče nazaj v črpalko za cirkulacijo alkalne tekočine. Tukaj sta povezana separator vodika in separator kisika, črpalka za cirkulacijo alkalne tekočine pa se refluksira. Alkalna tekočina kroži do ventila in filtra za alkalno tekočino na zadnjem koncu. Ko filter filtrira večje nečistoče, alkalna tekočina kroži v notranjost elektrolizatorja.
(6) Vodikov sistem
Vodik nastaja na strani katodne elektrode in doseže separator skupaj s sistemom za kroženje alkalne tekočine. V separatorju se vodik, ker je sam po sebi relativno lahek, naravno loči od alkalne tekočine in doseže zgornji del separatorja, nato pa potuje skozi cevovod za nadaljnje ločevanje in hlajenje. Po vodnem hlajenju lovilec kapljic ujame kapljice in doseže čistost približno 99 %, ki doseže zadnji del sistema za sušenje in čiščenje.
Evakuacija: Evakuacija vodika se uporablja predvsem za evakuacijo med zagonom in zaustavitvijo, pri nenormalnem delovanju ali okvari čistosti ter pri evakuaciji v primeru napake.
(7) Kisikov sistem
Pot za kisik je podobna kot za vodik, vendar v drugačnem separatorju.
Evakuacija: Trenutno se večina projektov s kisikom obravnava z evakuacijo.
Uporaba: Izkoristna vrednost kisika je smiselna le pri posebnih projektih, kot so nekateri scenariji uporabe, ki lahko uporabljajo tako vodik kot visoko čist kisik, na primer pri proizvodnji optičnih vlaken. Obstajajo tudi nekateri veliki projekti, ki imajo rezerviran prostor za uporabo kisika. Scenariji uporabe v ozadju so proizvodnja tekočega kisika po sušenju in čiščenju ali uporaba medicinskega kisika prek disperzijskega sistema. Vendar pa je treba te scenarije uporabe še natančno določiti. Potrebna je nadaljnja potrditev.
(8) sistem hladilne vode
Proces elektrolize vode je endotermna reakcija. Za proizvodnjo vodika je potrebna električna energija. Vendar pa poraba električne energije med procesom elektrolize vode presega teoretično absorpcijo toplote med reakcijo elektrolize vode. To pomeni, da se del električne energije, ki jo porabi elektrolizator, pretvori v toploto. Ta del toplote se na začetku uporablja predvsem za ogrevanje sistema za kroženje alkalije, tako da se temperatura alkalne raztopine dvigne na temperaturno območje 90 ± 5 °C, ki ga zahteva oprema. Če elektrolizator po dosegu nazivne temperature še naprej deluje, je treba ustvarjeno toploto uporabiti za vzdrževanje normalne temperature v območju reakcije elektrolize. Visoka temperatura v območju reakcije elektrolize lahko zmanjša porabo energije, če pa je temperatura previsoka, se membrana elektrolizne komore uniči, kar škoduje tudi dolgoročnemu delovanju opreme.
Ta naprava zahteva vzdrževanje delovne temperature na največ 95 °C. Poleg tega je treba ustvarjeni vodik in kisik ohladiti in razvlažiti, vodno hlajena silicijeva usmerniška naprava pa je opremljena tudi s potrebnimi hladilnimi cevmi.
Črpalka velike opreme zahteva tudi sodelovanje hladilne vode.
(9) Sistem za polnjenje in čiščenje z dušikom
Pred odpravljanjem napak in delovanjem naprave je treba sistem napolniti z dušikom za preizkus zrakotesnosti. Pred normalnim zagonom je treba plinsko fazo sistema prav tako prepihati z dušikom, da se zagotovi, da plin v plinskem prostoru na obeh straneh vodika in kisika ni v območju vnetljivosti in eksplozivnosti.
Po izklopu opreme bo krmilni sistem samodejno vzdrževal tlak in zadržal določeno količino vodika in kisika v sistemu. Če je tlak še vedno prisoten, ko je oprema vklopljena, ni treba izvesti čiščenja. Če pa je ves tlak odstranjen, ga bo treba ponovno čiščenja izvesti. Čiščenje z dušikom.
(10) Sistem za sušenje (čiščenje) vodika (neobvezno)
Vodik, pridobljen z elektrolizo vode, se razvlaži v vzporednem sušilniku in na koncu odpraši v sintranem nikljevem cevnem filtru, da se dobi suh vodik. (Glede na zahteve uporabnika za proizvedeni vodik se lahko sistemu doda čistilna naprava, čiščenje pa uporablja paladij-platinsko bimetalno katalitično deoksidacijo).
Vodik, ki ga proizvaja naprava za proizvodnjo vodika z elektrolizo vode, se skozi vmesni rezervoar pošlje v napravo za čiščenje vodika.
Vodik najprej gre skozi stolp za deoksigenacijo. Pod delovanjem katalizatorja kisik v vodiku reagira z vodikom in tvori vodo.
Reakcijska formula: 2H2+O2 2H2O.
Nato vodik prehaja skozi vodikov kondenzator (ki ohladi plin, da kondenzira vodno paro v plinu in ustvari vodo, kondenzirana voda pa se samodejno izpusti iz sistema skozi zbiralnik tekočine) in vstopi v adsorpcijski stolp.
Čas objave: 14. maj 2024
