L'elettroliticoidrogenol'unità di produzione comprende un set completo di elettrolisi dell'acquaidrogenoattrezzature di produzione, tra cui le principali attrezzature comprendono:
1. Cella elettrolitica
2. Dispositivo di separazione gas-liquido
3. Sistema di essiccazione e purificazione
4. La parte elettrica comprende: trasformatore, armadio raddrizzatore, armadio di controllo PLC, armadio strumenti, armadio di distribuzione, computer superiore, ecc.
5. Il sistema ausiliario comprende principalmente: serbatoio di soluzione alcalina, serbatoio di acqua per materie prime, pompa di reintegro dell'acqua, cilindro/barra di distribuzione dell'azoto, ecc. 6. Il sistema ausiliario complessivo dell'apparecchiatura comprende: macchina per acqua pura, torre di raffreddamento, refrigeratore, compressore d'aria, ecc.
refrigeratori di idrogeno e ossigeno, e l'acqua viene raccolta da un raccoglitore di gocce prima di essere inviata sotto il controllo del sistema di controllo; L'elettrolita passa attraversoidrogenoe filtri di ossigeno alcalino, refrigeratori di idrogeno e ossigeno alcalino rispettivamente sotto l'azione della pompa di circolazione, per poi ritornare alla cella elettrolitica per un'ulteriore elettrolisi.
La pressione del sistema è regolata dal sistema di controllo della pressione e dal sistema di controllo della pressione differenziale per soddisfare i requisiti dei processi a valle e dello stoccaggio.
L'idrogeno prodotto dall'elettrolisi dell'acqua presenta i vantaggi di un'elevata purezza e di un basso contenuto di impurità. Solitamente, le impurità presenti nell'idrogeno gassoso prodotto dall'elettrolisi dell'acqua sono solo ossigeno e acqua, senza altri componenti (il che può evitare l'avvelenamento di alcuni catalizzatori). Questo semplifica la produzione di idrogeno gassoso ad elevata purezza, e il gas purificato può soddisfare gli standard dei gas industriali di grado elettronico.
L'idrogeno prodotto dall'unità di produzione dell'idrogeno passa attraverso un serbatoio di accumulo per stabilizzare la pressione di esercizio del sistema e rimuovere ulteriormente l'acqua libera dall'idrogeno.
Dopo essere entrato nel dispositivo di purificazione dell'idrogeno, l'idrogeno prodotto dall'elettrolisi dell'acqua viene ulteriormente purificato, utilizzando i principi della reazione catalitica e dell'adsorbimento tramite setaccio molecolare per rimuovere ossigeno, acqua e altre impurità dall'idrogeno.
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 nella pressione del serbatoio di idrogeno. Il trasmettitore di pressione installato sul serbatoio di idrogeno invierà un segnale 4-20 mA al PLC per il confronto con il valore impostato inizialmente e, dopo la trasformazione inversa e il calcolo PID, invierà un segnale 20-4 mA al raddrizzatore per regolare l'entità della corrente di elettrolisi, raggiungendo così l'obiettivo di una regolazione automatica della produzione di idrogeno in base alle variazioni del carico di idrogeno.
L'unica reazione nel processo di produzione di idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua è l'acqua (H₂O), che deve essere alimentata costantemente con acqua grezza tramite una pompa di rifornimento. La posizione di rifornimento si trova sul separatore di idrogeno o ossigeno. Inoltre, l'idrogeno e l'ossigeno devono rimuovere una piccola quantità di acqua quando escono dal sistema. Le apparecchiature a basso consumo d'acqua possono consumare 1 L/Nm³ di H₂, mentre le apparecchiature più grandi possono ridurlo a 0,9 L/Nm³ di H₂. Il sistema rifornisce costantemente l'acqua grezza, il che può mantenere stabili il livello e la concentrazione del liquido alcalino. Può anche rifornire tempestivamente l'acqua reagita per mantenere la concentrazione della soluzione alcalina.
- 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 dalla cella elettrolitica, e fornire corrente continua alla cella elettrolitica. Parte della corrente fornita viene utilizzata per decomporre direttamente le molecole d'acqua in idrogeno e ossigeno, mentre l'altra parte genera calore, che viene dissipato dal refrigeratore alcalino 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 per le apparecchiature di produzione di idrogeno elettrolitico sono trasformatori speciali che devono essere adattati in base ai dati di ciascuna cella elettrolitica, quindi sono apparecchiature personalizzate.
Attualmente, il raddrizzatore a tiristori più comunemente utilizzato è quello a tiristori, supportato dai produttori di apparecchiature per la sua lunga durata, l'elevata stabilità e il prezzo contenuto. Tuttavia, a causa della necessità di adattare apparecchiature di grandi dimensioni alle energie rinnovabili front-end, l'efficienza di conversione dei raddrizzatori a tiristori è relativamente bassa. Attualmente, diversi produttori di raddrizzatori si stanno impegnando ad adottare nuovi raddrizzatori a IGBT. Gli IGBT sono già molto diffusi in altri settori, come l'energia eolica, e si prevede che i raddrizzatori a IGBT conosceranno uno sviluppo significativo in futuro.
- Sistema di armadi di distribuzione
L'armadio di distribuzione viene utilizzato principalmente per alimentare vari componenti con motori nel sistema di separazione e purificazione dell'idrogeno-ossigeno a valle dell'apparecchiatura di produzione di idrogeno elettrolitico, comprese le apparecchiature a 400 V o comunemente note come apparecchiature a 380 V. L'apparecchiatura include la pompa di circolazione alcalina nel sistema di separazione dell'idrogeno-ossigeno e la pompa dell'acqua di reintegro nel sistema ausiliario; l'alimentazione dei cavi riscaldanti nel sistema di essiccazione e purificazione, nonché dei 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, ecc., include anche l'alimentazione per l'illuminazione, il monitoraggio e altri sistemi dell'intera stazione.
- Cingressol sistema
Il sistema di controllo implementa il controllo automatico PLC. Il PLC adotta generalmente un Siemens 1200 o 1500 ed è dotato di un'interfaccia utente touch screen. Il funzionamento e la visualizzazione dei parametri di ciascun sistema dell'apparecchiatura, nonché la visualizzazione della logica di controllo, sono realizzati sul touch screen.
5. Sistema di circolazione della soluzione alcalina
Questo sistema comprende principalmente le seguenti apparecchiature principali:
Separatore di idrogeno e ossigeno – Pompa di circolazione della soluzione alcalina – Valvola – Filtro della soluzione alcalina – Cella elettrolitica
Il processo principale è il seguente: la soluzione alcalina miscelata con idrogeno e ossigeno nel separatore di idrogeno-ossigeno viene separata dal separatore gas-liquido e fatta rifluire alla pompa di circolazione della soluzione alcalina. Il separatore di idrogeno e il separatore di ossigeno sono collegati qui, e la pompa di circolazione della soluzione alcalina fa circolare la soluzione alcalina rifluita verso la valvola e il filtro per soluzione alcalina sul lato posteriore. Dopo che il filtro ha filtrato le impurità più grandi, la soluzione alcalina viene fatta circolare all'interno della cella elettrolitica.
6. Sistema a idrogeno
L'idrogeno gassoso viene generato dal lato dell'elettrodo catodico e raggiunge il separatore insieme al sistema di circolazione della soluzione alcalina. All'interno del separatore, l'idrogeno gassoso è relativamente leggero e si separa naturalmente dalla soluzione alcalina, raggiungendo la parte superiore del separatore. Quindi, attraversa le tubazioni per un'ulteriore separazione, viene raffreddato con acqua di raffreddamento e raccolto da un raccoglitore di gocce per raggiungere una purezza di circa il 99% prima di raggiungere il sistema di essiccazione e purificazione di back-end.
Evacuazione: l'evacuazione dell'idrogeno gassoso viene utilizzata principalmente durante i periodi di avviamento e arresto, operazioni anomale o quando la purezza non soddisfa gli standard, nonché per la risoluzione dei problemi.
7. Sistema di ossigeno
Il percorso dell'ossigeno è simile a quello dell'idrogeno, solo che avviene in separatori diversi.
Svuotamento: attualmente la maggior parte dei progetti utilizza il metodo dello svuotamento dell'ossigeno.
Utilizzo: il valore di utilizzo dell'ossigeno è significativo solo in progetti speciali, come applicazioni 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 riguardano la produzione di ossigeno liquido dopo essiccazione e purificazione, oppure l'ossigeno medicale tramite sistemi di dispersione. Tuttavia, la precisione di questi scenari di utilizzo necessita ancora di ulteriori conferme.
8. Sistema di raffreddamento dell'acqua
Il processo di elettrolisi dell'acqua è una reazione endotermica e il processo di produzione dell'idrogeno deve essere alimentato con energia elettrica. Tuttavia, l'energia elettrica consumata nel processo di elettrolisi dell'acqua supera l'assorbimento di calore teorico della reazione di elettrolisi dell'acqua. In altre parole, una parte dell'elettricità utilizzata nella cella di elettrolisi viene convertita in calore, che viene utilizzato principalmente per riscaldare inizialmente il sistema di circolazione della soluzione alcalina, aumentando la temperatura della soluzione alcalina fino all'intervallo di temperatura richiesto dall'apparecchiatura di 90 ± 5 °C. Se la cella di elettrolisi continua a funzionare dopo aver raggiunto la temperatura nominale, il calore generato deve essere dissipato raffreddando 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 energetico, ma se la temperatura è eccessiva, il diaframma della camera di elettrolisi verrà danneggiato, il che comprometterà anche il funzionamento a lungo termine dell'apparecchiatura.
La temperatura di funzionamento ottimale per questo dispositivo deve essere mantenuta a non più di 95 °C. Inoltre, l'idrogeno e l'ossigeno generati devono essere raffreddati e deumidificati, e il dispositivo raddrizzatore a tiristori raffreddato ad acqua è dotato delle necessarie tubazioni di raffreddamento.
Anche il corpo pompa delle apparecchiature di grandi dimensioni necessita della presenza di acqua di raffreddamento.
- Sistema di riempimento e spurgo dell'azoto
Prima di eseguire il debug e di utilizzare il dispositivo, è necessario eseguire un test di tenuta all'azoto sul sistema. 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 durante l'avvio, non è necessario eseguire un'operazione di spurgo. Tuttavia, se la pressione è completamente scarica, è necessario eseguire nuovamente un'operazione di spurgo con azoto.
- Sistema di essiccazione (purificazione) dell'idrogeno (opzionale)
L'idrogeno gassoso preparato dall'elettrolisi dell'acqua viene deumidificato da un essiccatore parallelo e infine purificato da un filtro a tubo di nichel sinterizzato per ottenere idrogeno gassoso secco. In base alle esigenze dell'utente per l'idrogeno prodotto, il sistema può aggiungere un dispositivo di purificazione che utilizza la deossigenazione catalitica bimetallica al palladio-platino.
L'idrogeno prodotto dall'unità di produzione dell'idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua viene inviato all'unità di purificazione dell'idrogeno attraverso un serbatoio di accumulo.
L'idrogeno gassoso passa prima attraverso una torre di deossigenazione e, sotto l'azione di un catalizzatore, l'ossigeno presente nell'idrogeno gassoso reagisce con l'idrogeno gassoso producendo acqua.
Formula di reazione: 2H2+O2 2H2O.
Successivamente, l'idrogeno gassoso passa attraverso un condensatore di idrogeno (che raffredda il gas per condensare il vapore acqueo in acqua, che viene automaticamente scaricata all'esterno del sistema tramite un collettore) ed entra nella torre di adsorbimento.
Data di pubblicazione: 03-12-2024
