Электролитическийводородпроизводственная установка включает в себя полный комплекс электролиза водыводородпроизводственное оборудование, в состав основного оборудования входят:
1. Электролитическая ячейка
2. Устройство разделения газа и жидкости
3. Система сушки и очистки
4. Электрическая часть включает в себя: трансформатор, шкаф выпрямителя, шкаф управления ПЛК, шкаф приборов, распределительный шкаф, верхний компьютер и т. д.
5. Вспомогательная система в основном включает в себя: бак щелочного раствора, бак для исходной воды, насос подпиточной воды, баллон с азотом/шину и т. д. 6. Общая вспомогательная система оборудования включает в себя: машину чистой воды, охладительную башню, охладитель, воздушный компрессор и т. д.
охладители водорода и кислорода, а вода собирается каплеуловителем перед отправкой под контролем системы управления; электролит проходит черезводороди кислородно-щелочные фильтры, водородные и кислородно-щелочные охладители соответственно под действием циркуляционного насоса, а затем возвращается в электролизер для дальнейшего электролиза.
Давление в системе регулируется системой контроля давления и системой контроля перепада давления для удовлетворения требований последующих технологических процессов и хранения.
Водород, полученный электролизом воды, имеет преимущества высокой чистоты и низкого содержания примесей. Обычно примесями в водородном газе, полученном электролизом воды, являются только кислород и вода, без других компонентов (что позволяет избежать отравления некоторых катализаторов). Это обеспечивает удобство получения высокочистого водородного газа, а очищенный газ может соответствовать стандартам промышленных газов электронного класса.
Водород, вырабатываемый установкой по производству водорода, проходит через буферный резервуар для стабилизации рабочего давления системы и дальнейшего удаления свободной воды из водорода.
После попадания в устройство очистки водорода водород, полученный путем электролиза воды, проходит дополнительную очистку с использованием принципов каталитической реакции и адсорбции молекулярным ситом для удаления из водорода кислорода, воды и других примесей.
Оборудование может настроить автоматическую систему регулировки производства водорода в соответствии с фактической ситуацией. Изменения газовой нагрузки вызовут колебания давления в резервуаре для хранения водорода. Датчик давления, установленный на резервуаре для хранения, выдаст сигнал 4-20 мА на ПЛК для сравнения с исходным заданным значением, а после обратного преобразования и расчета ПИД выдаст сигнал 20-4 мА на шкаф выпрямителя для регулировки величины тока электролиза, тем самым достигнув цели автоматической регулировки производства водорода в соответствии с изменениями водородной нагрузки.
Единственной реакцией в процессе производства водорода электролизом воды является вода (H2O), которую необходимо непрерывно подавать с сырой водой через насос пополнения воды. Позиция пополнения расположена на сепараторе водорода или кислорода. Кроме того, водород и кислород должны забирать небольшое количество воды при выходе из системы. Оборудование с низким потреблением воды может потреблять 1 л/Нм³ H2, в то время как более крупное оборудование может снизить его до 0,9 л/Нм³ H2. Система непрерывно пополняет сырую воду, что может поддерживать стабильность уровня и концентрации щелочной жидкости. Она также может своевременно пополнять прореагировавшую воду для поддержания концентрации щелочного раствора.
- Трансформаторно-выпрямительная система
Эта система в основном состоит из двух устройств: трансформатора и выпрямительного шкафа. Его основная функция заключается в преобразовании мощности переменного тока 10/35 кВ, предоставляемой владельцем фронтенда, в мощность постоянного тока, необходимую для электролитической ячейки, и в подаче мощности постоянного тока в электролитическую ячейку. Часть подаваемой мощности используется для прямого разложения молекул воды на водород и кислород, а другая часть генерирует тепло, которое переносится щелочным охладителем через охлаждающую воду.
Большинство трансформаторов масляного типа. При размещении в помещении или внутри контейнера можно использовать сухие трансформаторы. Трансформаторы, используемые для оборудования по производству водорода электролитической водой, являются специальными трансформаторами, которые необходимо подбирать в соответствии с данными каждой электролитической ячейки, поэтому они являются индивидуальным оборудованием.
В настоящее время наиболее часто используемым выпрямительным шкафом является тиристорный тип, который поддерживается производителями оборудования из-за его длительного срока службы, высокой стабильности и низкой цены. Однако из-за необходимости адаптации крупногабаритного оборудования к возобновляемой энергии на входе эффективность преобразования тиристорных выпрямительных шкафов относительно низкая. В настоящее время различные производители выпрямительных шкафов стремятся внедрить новые выпрямительные шкафы IGBT. IGBT уже очень распространены в других отраслях, таких как ветроэнергетика, и считается, что выпрямительные шкафы IGBT получат значительное развитие в будущем.
- Система распределительных шкафов
Распределительный шкаф в основном используется для подачи питания на различные компоненты с двигателями в системе разделения и очистки водорода и кислорода за оборудованием для производства водорода электролитической водой, включая оборудование 400 В или обычно называемое 380 В. Оборудование включает в себя щелочной циркуляционный насос в каркасе разделения водорода и кислорода и насос подпиточной воды во вспомогательной системе; Электропитание нагревательных проводов в системе сушки и очистки, а также вспомогательных систем, необходимых для всей системы, таких как машины чистой воды, охладители, воздушные компрессоры, градирни и внутренние водородные компрессоры, машины для гидрирования и т. д., также включает в себя электропитание для освещения, мониторинга и других систем всей станции.
- Cонтрол система
Система управления реализует автоматическое управление PLC. PLC обычно принимает Siemens 1200 или 1500 и оснащен сенсорным экраном интерфейса человеко-машинного взаимодействия. Отображение работы и параметров каждой системы оборудования, а также отображение логики управления реализованы на сенсорном экране.
5. Система циркуляции щелочного раствора
Данная система в основном включает в себя следующее основное оборудование:
Водородно-кислородный сепаратор – Циркуляционный насос щелочного раствора – Клапан – Фильтр щелочного раствора – Электролитическая ячейка
Основной процесс заключается в следующем: щелочной раствор, смешанный с водородом и кислородом в водородно-кислородном сепараторе, разделяется газожидкостным сепаратором и обратным потоком в циркуляционный насос щелочного раствора. Здесь соединены водородный сепаратор и кислородный сепаратор, а циркуляционный насос щелочного раствора циркулирует обратный щелочной раствор к клапану и фильтру щелочного раствора на заднем конце. После того, как фильтр отфильтровывает крупные примеси, щелочной раствор циркулирует во внутреннюю часть электролитической ячейки.
6.Водородная система
Водородный газ образуется со стороны катодного электрода и достигает сепаратора вместе с системой циркуляции щелочного раствора. Внутри сепаратора водородный газ относительно легкий и естественным образом отделяется от щелочного раствора, достигая верхней части сепаратора. Затем он проходит по трубопроводам для дальнейшего разделения, охлаждается охлаждающей водой и собирается каплеуловителем для достижения чистоты около 99% перед тем, как попасть в конечную систему сушки и очистки.
Откачка: Откачка газообразного водорода в основном используется во время пуска и останова, при нештатных ситуациях или когда чистота не соответствует стандартам, а также для устранения неисправностей.
7. Кислородная система
Путь кислорода аналогичен пути водорода, за исключением того, что он осуществляется в других сепараторах.
Опорожнение: В настоящее время в большинстве проектов используется метод опорожнения кислорода.
Использование: Значение использования кислорода имеет смысл только в специальных проектах, таких как приложения, которые могут использовать как водород, так и кислород высокой чистоты, например, производители оптоволокна. Существуют также некоторые крупные проекты, которые зарезервировали место для использования кислорода. Сценарии бэкэнд-приложений предназначены для производства жидкого кислорода после сушки и очистки или для медицинского кислорода через системы дисперсии. Однако точность этих сценариев использования все еще требует дальнейшего подтверждения.
8. Система охлаждающей воды
Процесс электролиза воды является эндотермической реакцией, и процесс производства водорода должен быть обеспечен электрической энергией. Однако электрическая энергия, потребляемая в процессе электролиза воды, превышает теоретическое поглощение тепла реакцией электролиза воды. Другими словами, часть электроэнергии, используемой в электролизной ячейке, преобразуется в тепло, которое в основном используется для нагрева системы циркуляции щелочного раствора в начале, повышая температуру щелочного раствора до требуемого диапазона температур 90 ± 5 ℃ для оборудования. Если электролитическая ячейка продолжает работать после достижения номинальной температуры, вырабатываемое тепло необходимо отводить охлаждающей водой для поддержания нормальной температуры зоны реакции электролиза. Высокая температура в зоне реакции электролиза может снизить потребление энергии, но если температура слишком высока, диафрагма электролизной камеры будет повреждена, что также будет пагубно сказываться на долгосрочной работе оборудования.
Оптимальная рабочая температура для этого устройства должна поддерживаться на уровне не более 95 ℃. Кроме того, вырабатываемые водород и кислород также необходимо охлаждать и осушать, а водоохлаждаемое тиристорное выпрямительное устройство также оснащено необходимыми охлаждающими трубопроводами.
Корпус насоса крупного оборудования также требует участия охлаждающей воды.
- Система наполнения азотом и продувки азотом
Перед отладкой и эксплуатацией устройства необходимо провести испытание системы на герметичность азотом. Перед нормальным запуском также необходимо продуть газовую фазу системы азотом, чтобы гарантировать, что газ в газофазном пространстве по обе стороны от водорода и кислорода находится далеко от диапазона воспламеняемости и взрывоопасности.
После выключения оборудования система управления автоматически поддерживает давление и удерживает определенное количество водорода и кислорода внутри системы. Если давление все еще присутствует во время запуска, нет необходимости выполнять действие продувки. Однако, если давление полностью сброшено, действие продувки азотом необходимо выполнить снова.
- Система осушки (очистки) водорода (опционально)
Водородный газ, полученный электролизом воды, осушается параллельным осушителем и, наконец, очищается с помощью спеченного никелевого трубчатого фильтра для получения сухого водородного газа. В соответствии с требованиями пользователя к водороду продукта, система может добавлять устройство очистки, которое использует биметаллическую каталитическую дезоксигенацию палладия-платины для очистки.
Водород, полученный на установке по производству водорода методом электролиза воды, через буферную емкость направляется на установку очистки водорода.
Водородный газ сначала проходит через башню дезоксигенации, и под действием катализатора кислород в водородном газе реагирует с водородным газом, образуя воду.
Формула реакции: 2H2+O2 2H2O.
Затем водородный газ проходит через конденсатор водорода (который охлаждает газ, конденсируя водяной пар в воду, которая автоматически выводится за пределы системы через коллектор) и поступает в адсорбционную башню.
Время публикации: 03.12.2024
