La unidad de producción de hidrógeno por electrólisis incluye un conjunto completo de equipos para la producción de hidrógeno por electrólisis del agua. Los equipos principales son:
1. Electrolizador
2. Dispositivo de separación gas-líquido
3. Sistema de secado y purificación
4. La parte eléctrica incluye: transformador, gabinete rectificador, gabinete de control de programa PLC, gabinete de instrumentos, gabinete de distribución de energía, computadora host, etc.
5. El sistema auxiliar incluye principalmente: tanque de álcali, tanque de agua de materia prima, bomba de suministro de agua, botella de nitrógeno/barra colectora, etc.
6. El sistema auxiliar general del equipo incluye: máquina de agua pura, torre de enfriamiento de agua, enfriador, compresor de aire, etc.
En la unidad de producción electrolítica de hidrógeno, el agua se descompone en una parte de hidrógeno y media parte de oxígeno en el electrolizador mediante corriente continua. El hidrógeno y el oxígeno generados se envían al separador gas-líquido junto con el electrolito para su separación. El hidrógeno y el oxígeno se enfrían mediante enfriadores de hidrógeno y oxígeno, y el colector de gotas captura y elimina el agua, para luego ser expulsados bajo el control del sistema de control. El electrolito pasa por el filtro de hidrógeno y oxígeno alcalino, entre otros, bajo la acción de la bomba de circulación. El enfriador de líquido y luego regresa al electrolizador para continuar la electrólisis.
La presión del sistema se ajusta a través del sistema de control de presión y el sistema de control de presión diferencial para cumplir con los requisitos de los procesos y el almacenamiento posteriores.
El hidrógeno producido por electrólisis del agua presenta las ventajas de su alta pureza y bajas impurezas. Normalmente, las impurezas del hidrógeno producido por electrólisis del agua son únicamente oxígeno y agua, sin otros componentes (lo que puede evitar la contaminación de algunos catalizadores), lo que facilita la producción de hidrógeno de alta pureza. Tras la purificación, el gas producido puede alcanzar los indicadores de gas industrial de grado electrónico.
El hidrógeno producido por el dispositivo de producción de hidrógeno pasa a través de un tanque de reserva para estabilizar la presión de trabajo del sistema y eliminar aún más el agua libre del hidrógeno.
Después de que el hidrógeno ingresa al dispositivo de purificación de hidrógeno, el hidrógeno producido por electrólisis del agua se purifica aún más y el oxígeno, el agua y otras impurezas en el hidrógeno se eliminan utilizando los principios de reacción catalítica y adsorción de tamiz molecular.
El equipo puede configurar un sistema de ajuste automático para la producción de hidrógeno según la situación real. Los cambios en la carga de gas provocarán fluctuaciones en la presión del tanque de almacenamiento de hidrógeno. El transmisor de presión instalado en el tanque de almacenamiento emitirá una señal de 4-20 mA y la enviará al PLC. Tras comparar el valor inicial establecido y realizar la transformación inversa y el cálculo PID, se emite una señal de 20-4 mA que se envía al gabinete rectificador para ajustar la corriente de electrólisis, logrando así el ajuste automático de la producción de hidrógeno según los cambios en la carga de hidrógeno.
El equipo de producción de hidrógeno por electrólisis de agua alcalina incluye principalmente los siguientes sistemas:
(1)Sistema de agua de materia prima
Lo único que reacciona en el proceso de producción de hidrógeno por electrólisis del agua es el agua (H₂O), que debe reponerse continuamente con agua cruda mediante una bomba de reposición. La posición de reposición de agua se encuentra en el separador de hidrógeno u oxígeno. Además, se debe extraer una pequeña cantidad de hidrógeno y oxígeno al salir del sistema. de humedad. El consumo de agua de los equipos pequeños es de 1 L/Nm³H₂, y el de los equipos grandes puede reducirse a 0,9 L/Nm³H₂. El sistema repone agua cruda continuamente. Mediante la reposición de agua, se puede mantener la estabilidad del nivel de líquido alcalino y la concentración de álcali, y la solución de reacción puede reponerse a tiempo. de agua para mantener la concentración de la lejía.
2) Sistema rectificador de transformador
Este sistema consta principalmente de dos dispositivos: un transformador y un armario rectificador. Su función principal es convertir la corriente alterna (CA) de 10/35 kV suministrada por el controlador frontal en la corriente continua (CC) requerida por el electrolizador, y suministrar dicha corriente continua a este. Parte de la energía suministrada se utiliza para descomponer directamente el agua (las moléculas son hidrógeno y oxígeno), y la otra parte genera calor, que el enfriador de lejía extrae mediante agua de refrigeración.
La mayoría de los transformadores son de aceite. Si se instalan en interiores o dentro de un contenedor, se pueden utilizar transformadores secos. Los transformadores utilizados en equipos de producción de hidrógeno con agua electrolítica son especiales y deben ajustarse según las especificaciones de cada electrolizador, por lo que son equipos personalizados.
(3) sistema de gabinete de distribución de energía
El armario de distribución de energía se utiliza principalmente para suministrar equipos de 400 V, o comúnmente conocidos como 380 V, a diversos componentes con motores en los sistemas de separación y purificación de hidrógeno y oxígeno, detrás del equipo de producción de hidrógeno electrolítico por agua. El equipo incluye la circulación alcalina en la estructura de separación de hidrógeno y oxígeno, bombas, bombas de reposición de agua en sistemas auxiliares; cables calefactores en sistemas de secado y purificación, y sistemas auxiliares requeridos por todo el sistema, como máquinas de agua purificada, enfriadores, compresores de aire, torres de refrigeración, compresores de hidrógeno de back-end, máquinas de hidrogenación y otros equipos. La fuente de alimentación también incluye la alimentación de iluminación, monitoreo y otros sistemas de toda la estación.
(4) sistema de control
El sistema de control implementa un control automático PLC. El PLC generalmente utiliza un Siemens 1200 o 1500. Está equipado con una pantalla táctil con interfaz de interacción persona-computadora, donde se visualizan el funcionamiento y los parámetros de cada sistema del equipo, así como la lógica de control.
5)Sistema de circulación alcalina
Este sistema incluye principalmente los siguientes equipos principales:
Separador de hidrógeno y oxígeno - bomba de circulación de álcali - válvula - filtro de álcali - electrolizador
El proceso principal consiste en separar el líquido alcalino mezclado con hidrógeno y oxígeno en el separador de hidrógeno y oxígeno mediante un separador gas-líquido, y luego fluye de regreso a la bomba de circulación de líquido alcalino. Aquí se conectan los separadores de hidrógeno y oxígeno, y la bomba de circulación de líquido alcalino refluye. El líquido alcalino circula hacia la válvula y el filtro de líquido alcalino en la parte trasera. Una vez que el filtro filtra las impurezas gruesas, el líquido alcalino circula hacia el interior del electrolizador.
(6)Sistema de hidrógeno
El hidrógeno se genera desde el lado del electrodo catódico y llega al separador junto con el sistema de circulación del líquido alcalino. En el separador, dado que el hidrógeno es relativamente ligero, se separa naturalmente del líquido alcalino y alcanza la parte superior del separador, para luego pasar por la tubería para su posterior separación y enfriamiento. Tras el enfriamiento con agua, el colector de gotas captura las gotas y alcanza una pureza de aproximadamente el 99 %, que llega al sistema de secado y purificación de la etapa final.
Evacuación: La evacuación de hidrógeno se utiliza principalmente para la evacuación durante el arranque y el apagado, el funcionamiento anormal o la falla de pureza y la evacuación de fallas.
(7) Sistema de oxígeno
El camino del oxígeno es similar al del hidrógeno, pero en un separador diferente.
Evacuación: En la actualidad la mayoría de los proyectos de oxígeno se tratan mediante evacuación.
Utilización: El valor de utilización del oxígeno solo es significativo en proyectos especiales, como algunos escenarios de aplicación que pueden utilizar tanto hidrógeno como oxígeno de alta pureza, como los fabricantes de fibra óptica. También existen algunos proyectos de gran envergadura que han reservado espacio para la utilización del oxígeno. Los escenarios de aplicación final incluyen la producción de oxígeno líquido tras el secado y la purificación, o el uso de oxígeno médico mediante un sistema de dispersión. Sin embargo, aún no se ha determinado el perfeccionamiento de estos escenarios de utilización. Se requiere confirmación adicional.
(8)sistema de agua de refrigeración
El proceso de electrólisis del agua es una reacción endotérmica. El proceso de producción de hidrógeno debe ser suministrado con energía eléctrica. Sin embargo, la energía eléctrica consumida por el proceso de electrólisis del agua excede la absorción teórica de calor de la reacción de electrólisis del agua. Es decir, parte de la electricidad utilizada por el electrolizador se convierte en calor. Esta parte del calor se utiliza principalmente para calentar el sistema de circulación de álcali al principio, de modo que la temperatura de la solución alcalina se eleve al rango de temperatura de 90 ± 5 °C requerido por el equipo. Si el electrolizador continúa funcionando después de alcanzar la temperatura nominal, el calor generado debe ser utilizado. Se extrae agua de refrigeración para mantener la temperatura normal de la zona de reacción de electrólisis. La alta temperatura en la zona de reacción de electrólisis puede reducir el consumo de energía, pero si la temperatura es demasiado alta, la membrana de la cámara de electrólisis se destruirá, lo que también será perjudicial para el funcionamiento a largo plazo del equipo.
Este dispositivo requiere que la temperatura de funcionamiento se mantenga a no más de 95 °C. Además, el hidrógeno y el oxígeno generados deben enfriarse y deshumidificarse, y el rectificador controlado por silicio, refrigerado por agua, también está equipado con las tuberías de refrigeración necesarias.
El cuerpo de la bomba de equipos de gran tamaño también requiere la participación de agua de refrigeración.
(9) Sistema de llenado y purga de nitrógeno
Antes de depurar y operar el dispositivo, el sistema debe llenarse con nitrógeno para comprobar su hermeticidad. Antes del arranque normal, también es necesario purgar la fase gaseosa del sistema con nitrógeno para garantizar que el gas en el espacio de fase gaseosa, a ambos lados del hidrógeno y el oxígeno, se encuentre fuera del rango de inflamabilidad y explosión.
Tras apagar el equipo, el sistema de control mantendrá automáticamente la presión y retendrá cierta cantidad de hidrógeno y oxígeno dentro del sistema. Si la presión persiste al encender el equipo, no es necesario purgarlo. Sin embargo, si se elimina toda la presión, será necesario purgarlo de nuevo. Acción de purga con nitrógeno.
(10) Sistema de secado (purificación) de hidrógeno (opcional)
El hidrógeno producido mediante la electrólisis del agua se deshumidifica mediante un secador paralelo y, finalmente, se espolvorea con un filtro tubular de níquel sinterizado para obtener hidrógeno seco. (Según las necesidades del usuario, el sistema puede incorporar un dispositivo de purificación, que utiliza desoxidación catalítica bimetálica de paladio-platino).
El hidrógeno producido por el dispositivo de producción de hidrógeno por electrólisis del agua se envía al dispositivo de purificación de hidrógeno a través del tanque de almacenamiento.
El hidrógeno pasa primero por la torre de desoxigenación. Bajo la acción del catalizador, el oxígeno del hidrógeno reacciona con el hidrógeno para generar agua.
Fórmula de reacción: 2H2+O2 · 2H2O.
Luego, el hidrógeno pasa a través del condensador de hidrógeno (que enfría el gas para condensar el vapor de agua en el gas para generar agua, y el agua condensada se descarga automáticamente del sistema a través del colector de líquido) y entra en la torre de adsorción.
Hora de publicación: 14 de mayo de 2024
