Установка для виробництва водню електролізом включає повний комплект обладнання для виробництва водню методом електролізу води. Основне обладнання:
1. Електролізер
2. Пристрій для розділення газу та рідини
3. Система сушіння та очищення
4. Електрична частина включає: трансформатор, шафу випрямляча, шафу керування програмою ПЛК, шафу приладів, шафу розподілу живлення, головний комп'ютер тощо.
5. Допоміжна система в основному включає: резервуар для лугу, резервуар для води для сировини, насос для подачі води, азотний балон/шину тощо.
6. Загальна допоміжна система обладнання включає: машину для чистої води, градирню, чилер, повітряний компресор тощо.
В електролітичній установці виробництва водню вода розкладається на одну частину водню та 1/2 частини кисню в електролізері під дією постійного струму. Утворені водень і кисень разом з електролітом надходять до газо-рідинного сепаратора для розділення. Водень і кисень охолоджуються водневими та кисневими охолоджувачами, а краплеуловлювач вловлює та видаляє воду, а потім під керуванням системи керування виводиться назовні; електроліт проходить через рідинний охолоджувач водню, кисню та лугів під дією циркуляційного насоса, а потім повертається до електролізера для продовження електролізу.
Тиск у системі регулюється за допомогою системи регулювання тиску та системи регулювання перепаду тиску для задоволення вимог подальших процесів та зберігання.
Водень, отриманий методом електролізу води, має переваги високої чистоти та невеликої кількості домішок. Зазвичай, домішками у водні, отриманому методом електролізу води, є лише кисень та вода, і жодних інших компонентів (що дозволяє уникнути отруєння деяких каталізаторів), що забезпечує зручність виробництва високочистого водню. Після очищення отриманий газ може досягати показників промислового газу електронного класу.
Водень, що виробляється пристроєм для виробництва водню, проходить через буферний резервуар для стабілізації робочого тиску системи та подальшого видалення вільної води з водню.
Після того, як водень потрапляє в пристрій для очищення водню, водень, отриманий шляхом електролізу води, додатково очищається, а кисень, вода та інші домішки у водні видаляються за допомогою принципів каталітичної реакції та адсорбції молекулярним ситом.
Обладнання може налаштувати автоматичну систему регулювання виробництва водню відповідно до фактичної ситуації. Зміни навантаження газу спричинятимуть коливання тиску в резервуарі для зберігання водню. Датчик тиску, встановлений на резервуарі, видаватиме сигнал 4-20 мА та надсилатиме його до ПЛК. Після порівняння початкового встановленого значення та виконання зворотного перетворення та розрахунку ПІД-регулятора видаватиметься сигнал 20~4 мА, який надсилатиметься до випрямляча для регулювання величини струму електролізу, тим самим досягаючи мети автоматичного регулювання виробництва водню відповідно до змін навантаження водню.
Обладнання для виробництва водню методом електролізу лужної води включає в себе переважно такі системи:
(1) Система водопостачання сировини
Єдине, що вступає в реакцію в процесі виробництва водню методом електролізу води, це вода (H2O), яку необхідно постійно поповнювати сирою водою за допомогою насоса для поповнення води. Місце поповнення води знаходиться на сепараторі водню або кисню. Крім того, невелика кількість водню та кисню повинна бути видалена при виході з системи. Споживання води малим обладнанням становить 1 л/нм³H2, а великим обладнанням може бути зменшено до 0,9 л/нм³H2. Система постійно поповнює сиру воду. Завдяки поповненню води можна підтримувати стабільність рівня лугу та його концентрації, а також своєчасно поповнювати реакційний розчин.
2) Трансформаторна випрямна система
Ця система складається переважно з двох пристроїв: трансформатора та випрямляючої шафи. Її основна функція полягає в перетворенні змінного струму 10/35 кВ, що постачається власником інтерфейсу, в постійний струм, необхідний для електролізера, та подачі постійного струму до електролізера. Частина поданої енергії використовується для безпосереднього розкладання води. Молекули - це водень та кисень, а інша частина генерує тепло, яке відводиться охолоджувачем лугу через охолоджувальну воду.
Більшість трансформаторів є масляними. Якщо їх розміщувати в приміщенні або всередині контейнера, можна використовувати сухі трансформатори. Трансформатори, що використовуються в обладнанні для виробництва водню з електролізу, є спеціальними трансформаторами та потребують підбору відповідно до даних кожного електролізеру, тому вони є індивідуальним обладнанням.
(3) система розподільчих шаф живлення
Шафа розподілу живлення в основному використовується для живлення обладнання 400 В або, як правило, 380 В до різних компонентів з двигунами в системах розділення та очищення водню та кисню, що стоять за обладнанням для виробництва водню з електролітичної води. Обладнання включає циркуляцію лугу в системі розділення водню та кисню. Насоси, насоси для поповнення води в допоміжних системах; нагрівальні дроти в системах сушіння та очищення, а також допоміжні системи, необхідні для всієї системи, такі як машини для очищення води, чилери, повітряні компресори, градирні та водневі компресори, машини для гідрування та інше обладнання. Електроживлення також включає живлення для освітлення, моніторингу та інших систем усієї станції.
(4) система керування
Система керування реалізує автоматичне керування на базі ПЛК. ПЛК зазвичай використовує Siemens 1200 або 1500. Він оснащений сенсорним екраном інтерфейсу взаємодії людини з комп'ютером, а керування роботою та відображення параметрів кожної системи обладнання, а також відображення логіки керування реалізуються на сенсорному екрані.
5) Система циркуляції лугів
Ця система в основному включає наступне основне обладнання:
Сепаратор водню та кисню - циркуляційний насос для лугів - клапан - фільтр для лугів - електролізер
Основний процес полягає в наступному: лужна рідина, змішана з воднем та киснем у сепараторі водню та кисню, розділяється газо-рідинним сепаратором, а потім повертається до циркуляційного насоса лужної рідини. Тут з'єднані сепаратор водню та сепаратор кисню, і циркуляційний насос лужної рідини рефлюксує. Лужна рідина циркулює до клапана та фільтра лужної рідини на задньому кінці. Після того, як фільтр відфільтрує великі домішки, лужна рідина циркулює всередину електролізера.
(6) Воднева система
Водень генерується з боку катодного електрода та потрапляє до сепаратора разом із системою циркуляції лужної рідини. У сепараторі, оскільки сам водень є відносно легким, він природним чином відділяється від лужної рідини та досягає верхньої частини сепаратора, а потім проходить через трубопровід для подальшого відділення та охолодження. Після охолодження водою крапельний уловлювач вловлює краплі та досягає чистоти близько 99%, які потрапляють до системи сушіння та очищення на кінцевому етапі.
Евакуація: Евакуація водню в основному використовується для евакуації під час запуску та зупинки, аномальної роботи або порушення чистоти, а також для евакуації у разі несправності.
(7) Киснева система
Шлях для кисню подібний до шляху для водню, але в іншому сепараторі.
Евакуація: Наразі більшість кисневих проектів обробляються шляхом евакуації.
Використання: Значення використання кисню має значення лише в спеціальних проектах, таких як деякі сценарії застосування, які можуть використовувати як водень, так і високочистий кисень, наприклад, виробництво оптичних волокон. Існують також деякі великі проекти, які зарезервували місце для використання кисню. Сценарії вторинного застосування - це виробництво рідкого кисню після сушіння та очищення або використання медичного кисню за допомогою дисперсійної системи. Однак уточнення цих сценаріїв використання ще належить визначити. Подальше підтвердження.
(8) система охолодження
Процес електролізу води є ендотермічною реакцією. Процес виробництва водню повинен забезпечуватися електроенергією. Однак, електроенергія, що споживається процесом електролізу води, перевищує теоретичне поглинання тепла реакцією електролізу води. Тобто, частина електроенергії, що використовується електролізером, перетворюється на тепло. Ця частина тепла в основному використовується для нагрівання системи циркуляції лугу на початку, щоб температура розчину лугу піднялася до діапазону температур 90±5°C, необхідного для обладнання. Якщо електролізер продовжує працювати після досягнення номінальної температури, необхідно використовувати вироблене тепло. Охолоджувальна вода виводиться для підтримки нормальної температури зони реакції електролізу. Висока температура в зоні реакції електролізу може зменшити споживання енергії, але якщо температура занадто висока, мембрана камери електролізу буде зруйнована, що також негативно вплине на довгострокову роботу обладнання.
Цей пристрій вимагає підтримки робочої температури не вище 95°C. Крім того, вироблений водень і кисень також необхідно охолоджувати та осушувати, а кремнієвий випрямляч з водяним охолодженням також оснащений необхідними охолоджувальними трубопроводами.
Корпус насоса великогабаритного обладнання також потребує участі охолоджувальної води.
(9) Система заповнення азотом та продувки азотом
Перед налагодженням та експлуатацією пристрою систему необхідно заповнити азотом для перевірки герметичності. Перед нормальним запуском газову фазу системи також необхідно продути азотом, щоб переконатися, що газ у газовому просторі по обидва боки від водню та кисню знаходиться поза зоною легкозаймистості та вибухонебезпечності.
Після вимкнення обладнання система керування автоматично підтримуватиме тиск і зберігатиме певну кількість водню та кисню всередині системи. Якщо тиск все ще присутній після ввімкнення обладнання, немає потреби проводити продувку. Однак, якщо весь тиск буде видалено, його потрібно буде продути знову. Дія продувки азотом.
(10) Система сушіння (очищення) водню (необов'язково)
Водень, отриманий в результаті електролізу води, осушується паралельною сушаркою, а потім очищається від пилу за допомогою спеченого нікелевого трубчастого фільтра для отримання сухого водню. (Відповідно до вимог користувача до отриманого водню, система може бути оснащена очисним пристроєм, а для очищення використовується каталітичне розкислення біметалевим паладій-платиновим сплавом).
Водень, що виробляється пристроєм для виробництва водню методом електролізу води, надходить до пристрою для очищення водню через буферний резервуар.
Водень спочатку проходить через дезоксигенаційну вежу. Під дією каталізатора кисень у водні реагує з воднем, утворюючи воду.
Формула реакції: 2H2+O2 2H2O.
Потім водень проходить через водневий конденсатор (який охолоджує газ для конденсації водяної пари в газі з утворенням води, а конденсована вода автоматично виводиться з системи через рідинний колектор) і потрапляє в адсорбційну вежу.
Час публікації: 14 травня 2024 р.
