L'unità di produzione di idrogeno per elettrolisi comprende un set completo di apparecchiature per la produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua. Le apparecchiature principali sono:
1. Elettrolizzatore
2. Dispositivo di separazione gas-liquido
3. Sistema di essiccazione e purificazione
4. La parte elettrica comprende: trasformatore, armadio raddrizzatore, armadio di controllo del programma PLC, armadio strumenti, armadio di distribuzione dell'alimentazione, computer host, ecc.
5. Il sistema ausiliario comprende principalmente: serbatoio di alcali, serbatoio di acqua per materie prime, pompa di alimentazione idrica, bombola di azoto/barra collettrice, ecc.
6. Il sistema ausiliario complessivo dell'attrezzatura comprende: macchina per acqua pura, torre di raffreddamento dell'acqua, refrigeratore, compressore d'aria, ecc.
Nell'unità di produzione elettrolitica di idrogeno, l'acqua viene scomposta in una parte di idrogeno e mezza parte di ossigeno nell'elettrolizzatore sotto l'azione della corrente continua. L'idrogeno e l'ossigeno generati vengono inviati al separatore gas-liquido insieme all'elettrolita per la separazione. L'idrogeno e l'ossigeno vengono raffreddati dai refrigeratori di idrogeno e ossigeno, mentre il raccoglitore di gocce cattura e rimuove l'acqua, per poi essere espulsi sotto il controllo del sistema di controllo; l'elettrolita passa attraverso il filtro per idrogeno e ossigeno alcalino sotto l'azione della pompa di circolazione, quindi torna all'elettrolizzatore per continuare l'elettrolisi.
La pressione del sistema viene regolata tramite il sistema di controllo della pressione e il sistema di controllo della pressione differenziale per soddisfare i requisiti dei processi e dello stoccaggio successivi.
L'idrogeno prodotto dall'elettrolisi dell'acqua presenta i vantaggi di un'elevata purezza e di poche impurità. Solitamente, le impurità presenti nell'idrogeno prodotto dall'elettrolisi dell'acqua sono solo ossigeno e acqua, senza altri componenti (il che può evitare l'avvelenamento di alcuni catalizzatori), il che rende agevole la produzione di idrogeno ad elevata purezza. Dopo la purificazione, il gas prodotto può raggiungere gli indicatori di gas industriale di grado elettronico.
L'idrogeno prodotto dal dispositivo di produzione di idrogeno passa attraverso un serbatoio di accumulo per stabilizzare la pressione di esercizio del sistema e rimuovere ulteriormente l'acqua libera nell'idrogeno.
Dopo essere entrato nel dispositivo di purificazione dell'idrogeno, l'idrogeno prodotto dall'elettrolisi dell'acqua viene ulteriormente purificato e l'ossigeno, l'acqua e altre impurità presenti nell'idrogeno vengono rimossi utilizzando i principi della reazione catalitica e dell'adsorbimento tramite setaccio molecolare.
L'apparecchiatura può impostare un sistema di regolazione automatica della produzione di idrogeno in base alla situazione reale. Le variazioni del carico di gas causeranno fluttuazioni della pressione del serbatoio di idrogeno. Il trasmettitore di pressione installato sul serbatoio di idrogeno emetterà un segnale 4-20 mA e lo invierà al PLC. Dopo aver confrontato il valore impostato originale ed eseguito la trasformazione inversa e il calcolo PID, verrà emesso un segnale 20~4 mA che verrà inviato all'armadio raddrizzatore per regolare l'entità della corrente di elettrolisi, raggiungendo così lo scopo della regolazione automatica della produzione di idrogeno in base alle variazioni del carico di idrogeno.
Le apparecchiature per la produzione di idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua alcalina comprendono principalmente i seguenti sistemi:
(1)Sistema idrico delle materie prime
L'unica cosa che reagisce nel processo di produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua è l'acqua (H₂O), che deve essere continuamente reintegrata con acqua grezza tramite una pompa di reintegrazione. La posizione di reintegrazione dell'acqua si trova sul separatore di idrogeno o ossigeno. Inoltre, una piccola quantità di idrogeno e ossigeno deve essere eliminata all'uscita dal sistema. di umidità. Il consumo d'acqua delle apparecchiature di piccole dimensioni è di 1 L/Nm³H₂, mentre quello delle apparecchiature di grandi dimensioni può essere ridotto a 0,9 L/Nm³H₂. Il sistema reintegra costantemente l'acqua grezza. Attraverso il reintegrazione dell'acqua, è possibile mantenere la stabilità del livello del liquido alcalino e della concentrazione di alcali, e la soluzione di reazione può essere reintegrata in modo tempestivo. di acqua per mantenere la concentrazione della liscivia.
2) Sistema raddrizzatore del trasformatore
Questo sistema è costituito principalmente da due dispositivi: un trasformatore e un armadio raddrizzatore. La sua funzione principale è convertire la corrente alternata (CA) di 10/35 kV fornita dal front-end in corrente continua (CC) richiesta dall'elettrolizzatore, e fornire corrente continua a quest'ultimo. Parte dell'energia fornita viene utilizzata per decomporre direttamente l'acqua. Le molecole sono idrogeno e ossigeno, mentre l'altra parte genera calore, che viene assorbito dal refrigeratore della liscivia attraverso l'acqua di raffreddamento.
La maggior parte dei trasformatori è a olio. Se installati in ambienti chiusi o all'interno di un container, è possibile utilizzare trasformatori a secco. I trasformatori utilizzati nelle apparecchiature per la produzione di idrogeno elettrolitico sono trasformatori speciali e devono essere adattati in base ai dati di ciascun elettrolizzatore, quindi sono apparecchiature personalizzate.
(3) sistema di armadi di distribuzione dell'energia
L'armadio di distribuzione dell'alimentazione viene utilizzato principalmente per alimentare apparecchiature a 400 V, o comunemente note come 380 V, a vari componenti con motori nei sistemi di separazione e purificazione di idrogeno e ossigeno a monte delle apparecchiature di produzione di idrogeno elettrolitico. L'apparecchiatura include la circolazione alcalina nel sistema di separazione di idrogeno e ossigeno. Pompe, pompe di rifornimento dell'acqua nei sistemi ausiliari; cavi riscaldanti nei sistemi di essiccazione e purificazione e sistemi ausiliari necessari all'intero sistema, come macchine per acqua pura, refrigeratori, compressori d'aria, torri di raffreddamento e compressori di idrogeno di back-end, macchine di idrogenazione e altre apparecchiature. L'alimentazione elettrica include anche l'alimentazione per l'illuminazione, il monitoraggio e altri sistemi dell'intera stazione.
(4) sistema di controllo
Il sistema di controllo implementa il controllo automatico PLC. Il PLC utilizza generalmente un Siemens 1200 o 1500. È dotato di un'interfaccia di interazione uomo-computer touch screen, su cui vengono visualizzati il funzionamento e i parametri di ciascun sistema dell'apparecchiatura, nonché la logica di controllo.
5) Sistema di circolazione alcalina
Questo sistema comprende principalmente le seguenti apparecchiature principali:
Separatore di idrogeno e ossigeno - pompa di circolazione alcalina - valvola - filtro alcalino - elettrolizzatore
Il processo principale è il seguente: il liquido alcalino miscelato con idrogeno e ossigeno nel separatore di idrogeno e ossigeno viene separato dal separatore gas-liquido e quindi rifluisce verso la pompa di circolazione del liquido alcalino. Qui il separatore di idrogeno e il separatore di ossigeno sono collegati, e la pompa di circolazione del liquido alcalino genera un riflusso. Il liquido alcalino circola verso la valvola e il filtro per liquidi alcalino sul lato posteriore. Dopo che il filtro ha filtrato le impurità più grandi, il liquido alcalino circola all'interno dell'elettrolizzatore.
(6)Sistema a idrogeno
L'idrogeno viene generato dal lato dell'elettrodo catodico e raggiunge il separatore insieme al sistema di circolazione del liquido alcalino. Nel separatore, poiché l'idrogeno stesso è relativamente leggero, si separa naturalmente dal liquido alcalino e raggiunge la parte superiore del separatore, per poi passare attraverso la tubazione per un'ulteriore separazione e raffreddamento. Dopo il raffreddamento ad acqua, il raccoglitore di gocce cattura le gocce e raggiunge una purezza di circa il 99%, che viene poi inviata al sistema di essiccazione e purificazione di back-end.
Evacuazione: l'evacuazione dell'idrogeno viene utilizzata principalmente per l'evacuazione durante l'avvio e l'arresto, in caso di funzionamento anomalo o guasti alla purezza e per l'evacuazione dei guasti.
(7) Sistema di ossigeno
Il percorso per l'ossigeno è simile a quello per l'idrogeno, ma in un separatore diverso.
Evacuazione: attualmente la maggior parte dei progetti relativi all'ossigeno viene gestita tramite evacuazione.
Utilizzo: il valore di utilizzo dell'ossigeno è significativo solo in progetti speciali, come alcuni scenari applicativi che possono utilizzare sia idrogeno che ossigeno ad alta purezza, come i produttori di fibre ottiche. Esistono anche alcuni grandi progetti che hanno riservato spazio all'utilizzo dell'ossigeno. Gli scenari applicativi di back-end includono la produzione di ossigeno liquido dopo essiccazione e purificazione, o l'uso di ossigeno medicale tramite un sistema di dispersione. Tuttavia, il perfezionamento di questi scenari di utilizzo deve ancora essere determinato. Ulteriori conferme sono necessarie.
(8)sistema di raffreddamento dell'acqua
Il processo di elettrolisi dell'acqua è una reazione endotermica. Il processo di produzione dell'idrogeno deve essere alimentato con energia elettrica. Tuttavia, l'energia elettrica consumata dal processo di elettrolisi dell'acqua supera l'assorbimento di calore teorico della reazione di elettrolisi dell'acqua. Ciò significa che parte dell'elettricità utilizzata dall'elettrolizzatore viene convertita in calore. Questa parte del calore viene utilizzata principalmente per riscaldare il sistema di circolazione alcalino all'inizio, in modo che la temperatura della soluzione alcalina raggiunga l'intervallo di temperatura di 90±5 °C richiesto dall'apparecchiatura. Se l'elettrolizzatore continua a funzionare dopo aver raggiunto la temperatura nominale, il calore generato deve essere utilizzato per raffreddare l'acqua per mantenere la temperatura normale della zona di reazione di elettrolisi. L'elevata temperatura nella zona di reazione di elettrolisi può ridurre il consumo di energia, ma se la temperatura è troppo elevata, la membrana della camera di elettrolisi verrà distrutta, il che sarà dannoso anche per il funzionamento a lungo termine dell'apparecchiatura.
Questo dispositivo richiede che la temperatura di esercizio non superi i 95 °C. Inoltre, l'idrogeno e l'ossigeno generati devono essere raffreddati e deumidificati, e il raddrizzatore controllato al silicio raffreddato ad acqua è anch'esso dotato delle necessarie tubazioni di raffreddamento.
Anche il corpo pompa delle apparecchiature di grandi dimensioni necessita della presenza di acqua di raffreddamento.
(9) Sistema di riempimento e spurgo dell'azoto
Prima di eseguire il debug e di utilizzare il dispositivo, il sistema deve essere riempito con azoto per la prova di tenuta all'aria. Prima del normale avvio, è inoltre necessario spurgare la fase gassosa del sistema con azoto per garantire che il gas nello spazio della fase gassosa, su entrambi i lati dell'idrogeno e dell'ossigeno, sia lontano dall'intervallo di infiammabilità ed esplosione.
Dopo lo spegnimento dell'apparecchiatura, il sistema di controllo manterrà automaticamente la pressione e tratterrà una certa quantità di idrogeno e ossigeno all'interno del sistema. Se la pressione è ancora presente all'accensione dell'apparecchiatura, non è necessario eseguire lo spurgo. Tuttavia, se tutta la pressione viene rimossa, sarà necessario eseguire nuovamente lo spurgo. Azione di spurgo con azoto.
(10) Sistema di essiccazione (purificazione) dell'idrogeno (opzionale)
L'idrogeno prodotto dall'elettrolisi dell'acqua viene deumidificato da un essiccatore parallelo e infine polverizzato da un filtro a tubo di nichel sinterizzato per ottenere idrogeno secco. (In base alle esigenze dell'utente per l'idrogeno prodotto, il sistema può aggiungere un dispositivo di purificazione, che utilizza la deossidazione catalitica bimetallica al palladio-platino).
L'idrogeno prodotto dal dispositivo di produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua viene inviato al dispositivo di purificazione dell'idrogeno attraverso il serbatoio di accumulo.
L'idrogeno passa prima attraverso la torre di deossigenazione. Sotto l'azione del catalizzatore, l'ossigeno presente nell'idrogeno reagisce con l'idrogeno stesso generando acqua.
Formula di reazione: 2H2+O2 2H2O.
L'idrogeno passa quindi attraverso il condensatore di idrogeno (che raffredda il gas per condensare il vapore acqueo in esso contenuto e generare acqua, e l'acqua condensata viene automaticamente scaricata fuori dal sistema attraverso il collettore del liquido) ed entra nella torre di adsorbimento.
Data di pubblicazione: 14 maggio 2024
