La unidad de producción de hidrógeno por electrólisis incluye un conjunto completo de equipos para la producción de hidrógeno por electrólisis del agua. El equipo principal es:
1. Electrolizador
2. Dispositivo de separación gas-líquido
3. Sistema de secado y purificación
4. La parte eléctrica incluye: transformador, armario rectificador, armario de control del programa PLC, armario de instrumentos, armario de distribución de energía, ordenador central, 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 agua de refrigeración, enfriador, compresor de aire, etc.
En la unidad de producción de hidrógeno electrolítico, el agua se descompone en una parte de hidrógeno y media parte de oxígeno en el electrolizador bajo la acción de 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 los enfriadores de hidrógeno y oxígeno, y el colector de gotas captura y elimina el agua, y luego se envían bajo el control del sistema de control; el electrolito pasa a través del filtro alcalino de hidrógeno y oxígeno, el filtro alcalino de hidrógeno y oxígeno, etc., bajo la acción de la bomba de circulación.
La presión del sistema se ajusta mediante el 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 una alta pureza y pocas impurezas. Generalmente, las impurezas en el hidrógeno producido por electrólisis del agua son únicamente oxígeno y agua, sin otros componentes (lo que evita la intoxicación de algunos catalizadores), lo que facilita la producción de hidrógeno de alta pureza. Tras la purificación, el gas producido puede alcanzar los indicadores de un gas industrial de grado electrónico.
El hidrógeno producido por el dispositivo de producción de hidrógeno pasa a través de un tanque de almacenamiento para estabilizar la presión de trabajo del sistema y eliminar aún más el agua libre presente en el hidrógeno.
Una vez 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 presentes en el hidrógeno se eliminan utilizando los principios de reacción catalítica y adsorción en tamices moleculares.
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 magnitud de la corriente de electrólisis, logrando así el ajuste automático de la producción de hidrógeno según los cambios en la carga de hidrógeno.
Los equipos para la producción de hidrógeno mediante electrólisis alcalina del agua incluyen 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 necesita ser reabastecida continuamente con agua cruda a través de una bomba de reabastecimiento de agua. La posición de reabastecimiento de agua está en el separador de hidrógeno u oxígeno. Además, una pequeña cantidad de hidrógeno y oxígeno debe ser extraída 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 reabastece continuamente el agua cruda. A través del reabastecimiento de agua, se puede mantener la estabilidad del nivel del líquido alcalino y la concentración de álcali, y la solución de reacción puede ser reabastecida a tiempo. de agua para mantener la concentración de la lejía.
2) Sistema rectificador con transformador
Este sistema consta principalmente de dos dispositivos: un transformador y un gabinete rectificador. Su función principal es convertir la corriente alterna de 10/35 kV suministrada por el propietario en corriente continua (CC) para el electrolizador, y suministrarle dicha corriente. Parte de la energía suministrada se utiliza para descomponer directamente el agua (hidrógeno y oxígeno), y la otra parte genera calor, que se disipa mediante el enfriador de lejía a través de agua de refrigeración.
La mayoría de los transformadores son de tipo aceite. Si se colocan en interiores o dentro de un contenedor, se pueden usar transformadores de tipo seco. Los transformadores utilizados en los equipos de producción de hidrógeno por electrólisis del agua son transformadores especiales y deben adaptarse a las características de cada electrolizador, por lo que se trata de equipos personalizados.
(3) sistema de armario de distribución de energía
El armario de distribución eléctrica se utiliza principalmente para suministrar energía a equipos de 400 V o, comúnmente, de 380 V a diversos componentes con motores en los sistemas de separación y purificación de hidrógeno y oxígeno ubicados detrás del equipo de producción de hidrógeno por agua electrolítica. El equipo incluye la circulación de álcali en el marco 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, tales como máquinas de agua pura, enfriadores, compresores de aire, torres de enfriamiento y compresores de hidrógeno de la etapa final, máquinas de hidrogenación y otros equipos. El suministro de energía también incluye el suministro de energía para la iluminación, el monitoreo y otros sistemas de toda la estación.
(4) sistema de control
El sistema de control implementa el control automático mediante PLC. Generalmente, se utilizan PLC Siemens 1200 o 1500. Está equipado con una pantalla táctil con interfaz hombre-máquina, que permite visualizar el funcionamiento y los parámetros de cada sistema del equipo, así como la lógica de control.
5) Sistema de circulación de álcalis
Este sistema incluye principalmente los siguientes equipos principales:
Separador de hidrógeno y oxígeno - bomba de circulación de álcalis - válvula - filtro de álcalis - electrolizador
El proceso principal es el siguiente: el líquido alcalino mezclado con hidrógeno y oxígeno en el separador de hidrógeno y oxígeno se separa mediante el separador gas-líquido y luego regresa a la bomba de circulación del líquido alcalino. Aquí, el separador de hidrógeno y el separador de oxígeno están conectados, y la bomba de circulación del líquido alcalino realiza el reflujo. El líquido alcalino circula hacia la válvula y el filtro de líquido alcalino en la parte posterior. Después de que el filtro elimina las impurezas de mayor tamaño, el líquido alcalino circula hacia el interior del electrolizador.
(6) Sistema de hidrógeno
El hidrógeno se genera en el lado del electrodo del cátodo y llega al separador junto con el sistema de circulación del líquido alcalino. En el separador, debido a su ligereza, el hidrógeno se separa naturalmente del líquido alcalino y asciende a la parte superior del separador, para luego circular por la tubería y someterse a un proceso adicional de separación y enfriamiento. Tras el enfriamiento con agua, el colector recoge las gotas, alcanzando una pureza de aproximadamente el 99%, antes de llegar al sistema de secado y purificación.
Evacuación: La evacuación de hidrógeno se utiliza principalmente para la evacuación durante el arranque y la parada, el funcionamiento anormal o el fallo de pureza, y la evacuación de averías.
(7) Sistema de oxígeno
El recorrido del oxígeno es similar al del hidrógeno, pero en un separador diferente.
Evacuación: Actualmente, 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, por ejemplo, en la fabricación de fibra óptica. También existen algunos proyectos de gran envergadura que han reservado espacio para la utilización de oxígeno. Los escenarios de aplicación posteriores incluyen la producción de oxígeno líquido tras el secado y la purificación, o el uso de oxígeno medicinal mediante un sistema de dispersión. Sin embargo, aún no se ha determinado el nivel de optimización 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. La producción de hidrógeno requiere energía eléctrica. Sin embargo, el consumo de energía eléctrica supera la absorción de calor teórica de la reacción. Es decir, parte de la electricidad utilizada por el electrolizador se convierte en calor. Este calor se utiliza principalmente para calentar el sistema de circulación de álcali al inicio, de modo que la temperatura de la solución alcalina alcance el rango de 90 ± 5 °C requerido por el equipo. Si el electrolizador continúa funcionando después de alcanzar la temperatura nominal, el calor generado debe utilizarse para la refrigeración del agua y así mantener la temperatura normal de la zona de reacción. Una temperatura elevada en esta zona puede reducir el consumo de energía, pero si es excesiva, la membrana de la cámara de electrólisis se dañará, lo que perjudicará el funcionamiento a largo plazo del equipo.
Este dispositivo requiere que la temperatura de funcionamiento no supere los 95 °C. Además, el hidrógeno y el oxígeno generados deben enfriarse y deshumidificarse, y el rectificador controlado de silicio refrigerado por agua está equipado con las tuberías de refrigeración necesarias.
El cuerpo de la bomba de los equipos grandes también requiere la participación de agua de refrigeración.
(9) Sistema de llenado y purga de nitrógeno
Antes de depurar y poner en marcha el dispositivo, el sistema debe llenarse con nitrógeno para comprobar su estanqueidad. Antes del arranque normal, también es necesario purgar la fase gaseosa del sistema con nitrógeno para garantizar que el gas en el espacio de la fase gaseosa, tanto a nivel de hidrógeno como de oxígeno, se encuentre fuera del rango de inflamabilidad y explosividad.
Tras apagar el equipo, el sistema de control mantendrá automáticamente la presión y conservará una cierta cantidad de hidrógeno y oxígeno en su interior. Si al encender el equipo aún se detecta presión, no será necesario purgarlo. Sin embargo, si se elimina toda la presión, será necesario purgarlo de nuevo. Purga con nitrógeno.
(10) Sistema de secado (purificación) de hidrógeno (opcional)
El hidrógeno producido por electrólisis del agua se deshumidifica mediante un secador paralelo y, finalmente, se filtra con un filtro de tubo de níquel sinterizado para obtener hidrógeno seco. (Según los requisitos del usuario para el hidrógeno producido, el sistema puede incorporar un dispositivo de purificación, que utiliza una 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 presente en el hidrógeno reacciona con este para generar agua.
Fórmula de reacción: 2H2 + O2 → 2H2O.
A continuación, el hidrógeno pasa por el condensador de hidrógeno (que enfría el gas para condensar el vapor de agua presente en él y generar agua; el agua condensada se descarga automáticamente del sistema a través del colector de líquido) y entra en la torre de adsorción.
Fecha de publicación: 14 de mayo de 2024
