ElektrolitskivodikProizvodna enota vključuje celoten sklop elektrolize vodevodikproizvodna oprema, pri čemer glavna oprema vključuje:
1. Elektrolitska celica
2. Naprava za ločevanje plina in tekočine
3. Sistem za sušenje in čiščenje
4. Električni del vključuje: transformator, usmerniško omarico, krmilno omarico PLC, instrumentno omarico, razdelilnik, zgornji računalnik itd.
5. Pomožni sistem vključuje predvsem: rezervoar za alkalno raztopino, rezervoar za vodo za surovine, črpalko za dolivanje vode, dušikovo jeklenko/vodilo itd./ 6. Celoten pomožni sistem opreme vključuje: stroj za čisto vodo, hladilni stolp, hladilnik, zračni kompresor itd.
hladilniki vodika in kisika, voda pa se zbira v lovilcu kapljic, preden se pod nadzorom krmilnega sistema pošlje ven; elektrolit prehaja skozivodikin kisikovo-alkalijske filtre, vodikove in kisikovo-alkalijske hladilnike pod delovanjem obtočne črpalke, nato pa se vrne v elektrolitsko celico za nadaljnjo elektrolizo.
Tlak v sistemu uravnavata sistem za regulacijo tlaka in sistem za regulacijo diferencialnega tlaka, da se izpolnijo zahteve nadaljnjih procesov in skladiščenja.
Vodik, proizveden z elektrolizo vode, ima prednosti visoke čistosti in nizke vsebnosti nečistoč. Običajno so nečistoče v vodikovem plinu, proizvedenem z elektrolizo vode, le kisik in voda, brez drugih komponent (kar preprečuje zastrupitev nekaterih katalizatorjev). To omogoča enostavno proizvodnjo vodikovega plina visoke čistosti, prečiščen plin pa lahko izpolnjuje standarde industrijskih plinov za elektroniko.
Vodik, ki ga proizvaja enota za proizvodnjo vodika, prehaja skozi vmesni rezervoar, ki stabilizira delovni tlak sistema in dodatno odstrani prosto vodo iz vodika.
Po vstopu v napravo za čiščenje vodika se vodik, proizveden z elektrolizo vode, dodatno prečisti z uporabo načel katalitične reakcije in adsorpcije z molekularnim sitom za odstranitev kisika, vode in drugih nečistoč iz vodika.
Oprema lahko nastavi sistem za samodejno prilagajanje proizvodnje vodika glede na dejansko stanje. Spremembe obremenitve plina bodo povzročile nihanja tlaka v rezervoarju za shranjevanje vodika. Tlačni oddajnik, nameščen na rezervoarju, bo oddajal signal 4–20 mA v PLC za primerjavo s prvotno nastavljeno vrednostjo, po inverzni transformaciji in izračunu PID pa bo oddajal signal 20–4 mA v usmerniško omarico za prilagoditev velikosti elektroliznega toka, s čimer se doseže namen samodejnega prilagajanja proizvodnje vodika glede na spremembe obremenitve vodika.
Edina reakcija v procesu proizvodnje vodika z elektrolizo vode je voda (H2O), ki jo je treba nenehno dovajati skupaj s surovo vodo prek črpalke za dopolnjevanje vode. Mesto za dopolnjevanje se nahaja na separatorju vodika ali kisika. Poleg tega morata vodik in kisik ob izstopu iz sistema odvzeti majhno količino vode. Oprema z nizko porabo vode lahko porabi 1 l/Nm³ H2, medtem ko lahko večja oprema to porabo zmanjša na 0,9 l/Nm³ H2. Sistem nenehno dopolnjuje surovo vodo, kar lahko ohranja stabilnost nivoja in koncentracije alkalne tekočine. Prav tako lahko pravočasno dopolni reagirano vodo, da ohrani koncentracijo alkalne raztopine.
- Transformatorski usmerniški sistem
Ta sistem je sestavljen predvsem iz dveh naprav, transformatorja in usmerniške omare. Njegova glavna funkcija je pretvorba izmenične napetosti 10/35 kV, ki jo zagotavlja lastnik vhodnega sistema, v enosmerno napetost, ki jo potrebuje elektrolitska celica, in dovajanje enosmerne napetosti v elektrolitsko celico. Del dobavljene energije se uporablja za neposredno razgradnjo molekul vode v vodik in kisik, drugi del pa ustvarja toploto, ki jo alkalni hladilnik oddaja 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 za opremo za proizvodnjo elektrolitskega vodika, so posebni transformatorji, ki jih je treba uskladiti s podatki vsake elektrolitske celice, zato so prilagojena oprema.
Trenutno je najpogosteje uporabljena usmerniška omara tiristorskega tipa, ki jo proizvajalci opreme podpirajo zaradi dolge življenjske dobe, visoke stabilnosti in nizke cene. Vendar pa je zaradi potrebe po prilagoditvi velike opreme na obnovljive vire energije na začetku uporabe učinkovitost pretvorbe tiristorskih usmerniških omar relativno nizka. Trenutno si različni proizvajalci usmerniških omar prizadevajo za uvedbo novih usmerniških omar IGBT. IGBT je že zelo pogost v drugih panogah, kot je vetrna energija, in verjame se, da se bodo usmerniške omarice IGBT v prihodnosti znatno razvile.
- Sistem razdelilne omare
Razdelilna omarica se uporablja predvsem za napajanje različnih komponent z motorji v sistemu za ločevanje in čiščenje vodika in kisika za opremo za proizvodnjo elektrolitskega vodika, vključno z opremo 400 V ali običajno imenovano 380 V. Oprema vključuje črpalko za cirkulacijo alkalije v ogrodju za ločevanje vodika in kisika in črpalko za dopolnjevanje vode v pomožnem sistemu; napajanje grelnih žic v sistemu za sušenje in čiščenje ter pomožnih sistemov, potrebnih za celoten sistem, kot so stroji za čisto vodo, hladilniki, zračni kompresorji, hladilni stolpi in zadnji kompresorji za vodik, stroji za hidrogeniranje itd., vključuje tudi napajanje za razsvetljavo, nadzor in druge sisteme celotne postaje.
- Cuvodsistem l
Krmilni sistem uporablja avtomatsko krmiljenje s PLC-jem. PLC običajno uporablja Siemens 1200 ali 1500 in je opremljen z zaslonom na dotik za interakcijo med človekom in strojem. Delovanje in prikaz parametrov vsakega sistema opreme ter prikaz krmilne logike se izvajajo na zaslonu na dotik.
5. Sistem za kroženje alkalne raztopine
Ta sistem vključuje predvsem naslednjo glavno opremo:
Ločevalnik vodikovega kisika – Črpalka za cirkulacijo alkalne raztopine – Ventil – Filter za alkalno raztopino – Elektrolitska celica
Glavni postopek je naslednji: alkalna raztopina, pomešana z vodikom in kisikom v separatorju vodika in kisika, se loči v separatorju plina in tekočine ter se refluksira v črpalko za obtok alkalne raztopine. Separator vodika in separator kisika sta tukaj priključena, črpalka za obtok alkalne raztopine pa refluksirano alkalno raztopino kroži do ventila in filtra alkalne raztopine na zadnji strani. Ko filter filtrira večje nečistoče, alkalna raztopina kroži v notranjost elektrolitske celice.
6. Vodikov sistem
Vodikov plin nastaja na strani katodne elektrode in skupaj s sistemom za kroženje alkalne raztopine doseže separator. V separatorju je vodikov plin relativno lahek in se naravno loči od alkalne raztopine ter doseže zgornji del separatorja. Nato gre skozi cevovode za nadaljnjo ločitev, se ohladi s hladilno vodo in zbere v lovilcu kapljic, da doseže čistoto približno 99 %, preden doseže sistem za sušenje in čiščenje na koncu.
Evakuacija: Evakuacija vodikovega plina se uporablja predvsem med zagonom in zaustavitvijo, pri nenormalnem delovanju ali kadar čistost ne ustreza standardom, pa tudi za odpravljanje težav.
7. Kisikov sistem
Pot kisika je podobna poti vodika, le da poteka v drugačnih separatorjih.
Praznjenje: Trenutno večina projektov uporablja metodo praznjenja kisika.
Uporaba: Izkoristna vrednost kisika je smiselna le pri posebnih projektih, kot so aplikacije, ki lahko uporabljajo tako vodik kot visoko čist kisik, na primer proizvajalci optičnih vlaken. Obstajajo tudi nekateri veliki projekti, ki imajo rezerviran prostor za uporabo kisika. Scenariji aplikacij v ozadju so za proizvodnjo tekočega kisika po sušenju in čiščenju ali za medicinski kisik s pomočjo disperzijskih sistemov. Vendar pa natančnost teh scenarijev uporabe še vedno potrebuje dodatno potrditev.
8. Sistem hladilne vode
Proces elektrolize vode je endotermna reakcija, zato je za proces proizvodnje vodika potrebna električna energija. Vendar pa poraba električne energije v procesu elektrolize vode presega teoretično absorpcijo toplote med reakcijo elektrolize vode. Z drugimi besedami, del električne energije, porabljene v elektrolizni celici, se pretvori v toploto, ki se na začetku uporablja predvsem za ogrevanje sistema za kroženje alkalne raztopine, s čimer se temperatura alkalne raztopine dvigne na zahtevano temperaturno območje 90 ± 5 °C za opremo. Če elektrolizna celica po doseganju nazivne temperature še naprej deluje, je treba ustvarjeno toploto odvajati s hlajenjem vode, da se ohrani normalna temperatura v reakcijskem območju elektrolize. Visoka temperatura v reakcijskem območju elektrolize lahko zmanjša porabo energije, če pa je temperatura previsoka, se bo membrana elektrolizne komore poškodovala, kar bo negativno vplivalo tudi na dolgoročno delovanje opreme.
Optimalna delovna temperatura za to napravo mora biti največ 95 ℃. Poleg tega je treba nastali vodik in kisik ohladiti in razvlažiti, vodno hlajena tiristorska usmerniška naprava pa je opremljena tudi s potrebnimi hladilnimi cevmi.
Črpalka velike opreme zahteva tudi sodelovanje hladilne vode.
- Sistem za polnjenje in čiščenje z dušikom
Pred odpravljanjem napak in delovanjem naprave je treba na sistemu izvesti preizkus tesnosti dušika. Pred normalnim zagonom je treba plinsko fazo sistema prečistiti tudi z dušikom, da se zagotovi, da je plin v plinskem prostoru na obeh straneh vodika in kisika daleč od vnetljivega in eksplozivnega območja.
Po zaustavitvi opreme bo krmilni sistem samodejno vzdrževal tlak in zadržal določeno količino vodika in kisika v sistemu. Če je tlak med zagonom še vedno prisoten, ni treba izvesti čiščenja. Če pa je tlak popolnoma sproščen, je treba ponovno izvesti čiščenje z dušikom.
- Sistem za sušenje (čiščenje) vodika (neobvezno)
Vodikov plin, pripravljen z elektrolizo vode, se razvlaži z vzporednim sušilnikom in na koncu prečisti s sintranim nikljevim cevnim filtrom, da se dobi suh vodikov plin. Glede na zahteve uporabnika za proizvedeni vodik se lahko sistemu doda čistilna naprava, ki za čiščenje uporablja katalitično deoksigenacijo s paladijem in platino kot bimetalnim kloridom.
Vodik, ki ga proizvaja enota za proizvodnjo vodika z elektrolizo vode, se preko vmesnega rezervoarja pošlje v enoto za čiščenje vodika.
Vodikov plin najprej gre skozi stolp za deoksigenacijo, kjer pod delovanjem katalizatorja kisik v vodikovem plinu reagira z vodikovim plinom in tvori vodo.
Reakcijska formula: 2H2+O2 2H2O.
Nato vodikov plin prehaja skozi vodikov kondenzator (ki ohladi plin, da kondenzira vodno paro v vodo, ki se samodejno izpusti iz sistema skozi zbiralnik) in vstopi v adsorpcijski stolp.
Čas objave: 3. dec. 2024
