Den elektrolytiskehydrogenproduksjonsenheten inkluderer et komplett sett med vannelektrolysehydrogenproduksjonsutstyr, med hovedutstyret inkludert:
1. Elektrolytisk celle
2. Gassvæskeseparasjonsenhet
3. Tørke- og rensesystem
4. Den elektriske delen inkluderer: transformator, likeretterskap, PLS-kontrollskap, instrumentskap, fordelingsskap, øvre datamaskin, osv.
5. Hjelpesystemet omfatter hovedsakelig: alkalisk løsningstank, råmaterialevanntank, etterfyllingsvannspumpe, nitrogensylinder/samleskinne, osv./ 6. Det overordnede hjelpesystemet til utstyret omfatter: rentvannsmaskin, kjøletårn, kjøler, luftkompressor, osv.
hydrogen- og oksygenkjølere, og vannet samles opp av en dryppfelle før det sendes ut under kontroll av kontrollsystemet; Elektrolytten passerer gjennomhydrogenog oksygenalkalifiltre, henholdsvis hydrogen- og oksygenalkalikjølere under påvirkning av sirkulasjonspumpen, og returnerer deretter til elektrolysecellen for videre elektrolyse.
Systemtrykket reguleres av trykkreguleringssystemet og differansetrykkreguleringssystemet for å oppfylle kravene til nedstrømsprosesser og lagring.
Hydrogenet som produseres ved vannelektrolyse har fordelene med høy renhet og lave urenheter. Vanligvis er urenhetene i hydrogengassen som produseres ved vannelektrolyse kun oksygen og vann, uten andre komponenter (som kan unngå forgiftning av visse katalysatorer). Dette gjør det enkelt å produsere hydrogengass med høy renhet, og den rensede gassen kan oppfylle standardene for industrigasser av elektronikkkvalitet.
Hydrogenet som produseres av hydrogenproduksjonsenheten passerer gjennom en buffertank for å stabilisere systemets arbeidstrykk og ytterligere fjerne fritt vann fra hydrogenet.
Etter at hydrogenet som produseres ved vannelektrolyse har kommet inn i hydrogenrenseanordning, renses det ytterligere ved å bruke prinsippene for katalytisk reaksjon og molekylsiktadsorpsjon for å fjerne oksygen, vann og andre urenheter fra hydrogenet.
Utstyret kan sette opp et automatisk justeringssystem for hydrogenproduksjon i henhold til den faktiske situasjonen. Endringer i gassbelastningen vil forårsake svingninger i trykket i hydrogenlagringstanken. Trykktransmitteren som er installert på lagringstanken, vil sende ut et 4-20mA signal til PLS-en for sammenligning med den opprinnelige innstilte verdien, og etter invers transformasjon og PID-beregning, sende ut et 20-4mA signal til likeretterskapet for å justere størrelsen på elektrolysestrømmen, og dermed oppnå formålet med automatisk justering av hydrogenproduksjonen i henhold til endringer i hydrogenbelastningen.
Den eneste reaksjonen i hydrogenproduksjonen ved vannelektrolyse er vann (H2O), som kontinuerlig må tilføres råvann gjennom en vannpåfyllingspumpe. Påfyllingsposisjonen er plassert på hydrogen- eller oksygenseparatoren. I tillegg må hydrogen og oksygen ta bort en liten mengde vann når de forlater systemet. Utstyr med lavt vannforbruk kan forbruke 1 l/Nm³ H2, mens større utstyr kan redusere det til 0,9 l/Nm³ H2. Systemet etterfyller kontinuerlig råvann, noe som kan opprettholde stabiliteten til det alkaliske væskenivået og -konsentrasjonen. Det kan også etterfylle det reagerte vannet i tide for å opprettholde konsentrasjonen av den alkaliske løsningen.
- Transformator likerettersystem
Dette systemet består hovedsakelig av to enheter, en transformator og et likeretterskap. Hovedfunksjonen er å konvertere 10/35 kV vekselstrøm levert av frontend-eieren til likestrøm som kreves av elektrolysecellen, og forsyne elektrolysecellen med likestrøm. En del av den tilførte effekten brukes til å direkte dekomponere vannmolekyler til hydrogen og oksygen, og den andre delen genererer varme, som utføres av alkalikjøleren gjennom kjølevann.
De fleste transformatorene er av oljetypen. Tørrtransformatorer kan brukes hvis de plasseres innendørs eller i en beholder. Transformatorene som brukes til elektrolytisk vann- og hydrogenproduksjonsutstyr er spesielle transformatorer som må tilpasses dataene til hver elektrolytisk celle, så de er tilpasset utstyr.
For tiden er det mest brukte likeretterskapet tyristortypen, som støttes av utstyrsprodusenter på grunn av sin lange brukstid, høye stabilitet og lave pris. På grunn av behovet for å tilpasse storskala utstyr til fornybar energi i frontlinjen, er imidlertid konverteringseffektiviteten til tyristorlikeretterskap relativt lav. For tiden streber ulike produsenter av likeretterskap etter å ta i bruk nye IGBT-likeretterskap. IGBT er allerede veldig vanlig i andre bransjer som vindkraft, og det antas at IGBT-likeretterskap vil ha en betydelig utvikling i fremtiden.
- Fordelingsskapsystem
Fordelingsskapet brukes hovedsakelig til å forsyne ulike komponenter med motorer i hydrogen-oksygenseparasjons- og rensesystemet bak det elektrolytiske vannhydrogenproduksjonsutstyret, inkludert 400V eller ofte referert til som 380V-utstyr. Utstyret inkluderer alkalisirkulasjonspumpen i hydrogen-oksygenseparasjonsrammeverket og etterfyllingsvannpumpen i hjelpesystemet. Strømforsyningen til varmeledningene i tørke- og rensesystemet, samt hjelpesystemer som kreves for hele systemet, for eksempel rentvannsmaskiner, kjølere, luftkompressorer, kjøletårn og bakre hydrogenkompressorer, hydrogeneringsmaskiner, etc., inkluderer også strømforsyning til belysning, overvåking og andre systemer i hele stasjonen.
- Cavslutningl-systemet
Kontrollsystemet implementerer PLS-automatikk. PLS-en bruker vanligvis Siemens 1200 eller 1500, og er utstyrt med et berøringsskjermgrensesnitt for menneske-maskin-interaksjon. Betjening og parametervisning for hvert system i utstyret, samt visning av kontrolllogikk, realiseres på berøringsskjermen.
5. Sirkulasjonssystem for alkaliske løsninger
Dette systemet inkluderer hovedsakelig følgende hovedutstyr:
Hydrogenoksygenseparator – Sirkulasjonspumpe for alkaliløsning – Ventil – Alkaliløsningsfilter – Elektrolysecelle
Hovedprosessen er som følger: den alkaliske løsningen blandet med hydrogen og oksygen i hydrogen-oksygenseparatoren separeres av gass-væske-separatoren og tilbakeløpes til sirkulasjonspumpen for alkalisk løsning. Hydrogenseparatoren og oksygenseparatoren er koblet til her, og sirkulasjonspumpen for alkalisk løsning sirkulerer den tilbakeløpskokte alkaliske løsningen til ventilen og alkalisk løsningsfilteret i bakenden. Etter at filteret har filtrert ut store urenheter, sirkuleres den alkaliske løsningen til innsiden av elektrolysecellen.
6. Hydrogensystem
Hydrogengass genereres fra katodeelektrodesiden og når separatoren sammen med sirkulasjonssystemet for den alkaliske løsningen. Inne i separatoren er hydrogengassen relativt lett og naturlig separert fra den alkaliske løsningen, og når den øvre delen av separatoren. Deretter passerer den gjennom rørledninger for videre separasjon, avkjølt av kjølevann og samlet opp av en dryppfanger for å oppnå en renhet på omtrent 99 % før den når tørke- og rensesystemet bak.
Evakuering: Evakuering av hydrogengass brukes hovedsakelig under oppstart og nedstengning, unormal drift eller når renheten ikke oppfyller standarder, samt til feilsøking.
7. Oksygensystem
Oksygenets transportvei ligner på hydrogenets, bortsett fra at den utføres i forskjellige separatorer.
Tømming: For tiden bruker de fleste prosjekter metoden med å tømme oksygen.
Utnyttelse: Utnyttelsesverdien av oksygen er bare meningsfull i spesielle prosjekter, for eksempel applikasjoner som kan bruke både hydrogen og oksygen med høy renhet, som for eksempel fiberoptiske produsenter. Det finnes også noen store prosjekter som har reservert plass for utnyttelse av oksygen. Backend-applikasjonsscenarioene er for produksjon av flytende oksygen etter tørking og rensing, eller for medisinsk oksygen gjennom dispersjonssystemer. Presisjonen til disse utnyttelsesscenarioene trenger imidlertid ytterligere bekreftelse.
8. Kjølevannssystem
Elektrolyseprosessen for vann er en endoterm reaksjon, og hydrogenproduksjonsprosessen må tilføres elektrisk energi. Imidlertid overstiger den elektriske energien som forbrukes i vannelektrolyseprosessen den teoretiske varmeabsorpsjonen til vannelektrolysereaksjonen. Med andre ord omdannes en del av elektrisiteten som brukes i elektrolysecellen til varme, som hovedsakelig brukes til å varme opp sirkulasjonssystemet for alkalisk løsning i begynnelsen, og heve temperaturen på den alkaliske løsningen til det nødvendige temperaturområdet på 90 ± 5 ℃ for utstyret. Hvis elektrolysecellen fortsetter å fungere etter å ha nådd nominell temperatur, må den genererte varmen føres bort ved å kjøle vannet for å opprettholde normal temperatur i elektrolysereaksjonssonen. Den høye temperaturen i elektrolysereaksjonssonen kan redusere energiforbruket, men hvis temperaturen er for høy, vil membranen i elektrolysekammeret bli skadet, noe som også vil være skadelig for utstyrets langsiktige drift.
Den optimale driftstemperaturen for denne enheten må opprettholdes på ikke mer enn 95 ℃. I tillegg må det genererte hydrogenet og oksygenet også kjøles ned og avfuktes, og den vannkjølte tyristor-likeretterenheten er også utstyrt med nødvendige kjøleledninger.
Pumpehuset til stort utstyr krever også deltakelse av kjølevann.
- Nitrogenfylling og nitrogenrensingssystem
Før feilsøking og bruk av enheten bør det utføres en nitrogentetthetstest på systemet. Før normal oppstart er det også nødvendig å rense systemets gassfase med nitrogen for å sikre at gassen i gassfaserommet på begge sider av hydrogen og oksygen er langt unna det brannfarlige og eksplosive området.
Etter at utstyret er slått av, vil kontrollsystemet automatisk opprettholde trykket og beholde en viss mengde hydrogen og oksygen inne i systemet. Hvis trykket fortsatt er tilstede under oppstart, er det ikke nødvendig å utføre en spyling. Men hvis trykket er helt avlastet, må en nitrogenspyling utføres på nytt.
- Hydrogentørkingssystem (rensingssystem) (valgfritt)
Hydrogengassen som fremstilles fra vannelektrolyse avfuktes av en parallell tørker og renses til slutt med et sintret nikkelrørfilter for å oppnå tørr hydrogengass. I henhold til brukerens krav til produkthydrogen kan systemet legge til en renseanordning som bruker palladium-platina bimetallisk katalytisk deoksygenering for rensing.
Hydrogenet som produseres av vannelektrolyseenheten for hydrogen sendes til hydrogenrenseenheten gjennom en buffertank.
Hydrogengassen passerer først gjennom et deoksygeneringstårn, og under påvirkning av en katalysator reagerer oksygenet i hydrogengassen med hydrogengassen for å produsere vann.
Reaksjonsformel: 2H2+O2 · 2H2O.
Deretter passerer hydrogengassen gjennom en hydrogenkondensator (som kjøler ned gassen for å kondensere vanndamp til vann, som automatisk ledes ut av systemet gjennom en kollektor) og går inn i adsorpsjonstårnet.
Publisert: 03. des. 2024
