el electrolíticohidrógenoLa unidad de producción incluye un conjunto completo de electrólisis de agua.hidrógenoequipo de producción, siendo el equipo principal incluido:
1. Celda electrolítica
2. Dispositivo de separación de gas líquido
3. Sistema de secado y purificación.
4. La parte eléctrica incluye: transformador, gabinete rectificador, gabinete de control PLC, gabinete de instrumentos, gabinete de distribución, computadora superior, etc.
5. El sistema auxiliar incluye principalmente: tanque de solución alcalina, tanque de agua de materia prima, bomba de agua de reposición, cilindro/barra colectora de nitrógeno, etc. 6. El sistema auxiliar general del equipo incluye: máquina de agua pura, torre enfriadora, enfriador, compresor de aire, etc.
enfriadores de hidrógeno y oxígeno, y el agua se recoge mediante una trampa de goteo antes de enviarse bajo el control del sistema de control; El electrolito pasa a travéshidrógenoy filtros de álcali de oxígeno, refrigeradores de álcali de hidrógeno y oxígeno respectivamente bajo la acción de la bomba de circulación, y luego regresa a la celda electrolítica para electrólisis adicional.
La presión del sistema está regulada por el sistema de control de presión y el sistema de control de presión diferencial para cumplir con los requisitos de los procesos posteriores y el almacenamiento.
El hidrógeno producido por electrólisis del agua tiene las ventajas de una alta pureza y bajas impurezas. Normalmente, las impurezas del gas hidrógeno producido por la electrólisis del agua son sólo oxígeno y agua, sin otros componentes (lo que puede evitar el envenenamiento de ciertos catalizadores). Esto proporciona comodidad para producir gas hidrógeno de alta pureza y el gas purificado puede cumplir con los estándares de los gases industriales de grado electrónico.
El hidrógeno producido por la unidad de producción de hidrógeno pasa a través de un tanque intermedio para estabilizar la presión de trabajo del sistema y eliminar aún más el agua libre del hidrógeno.
Después de ingresar al dispositivo de purificación de hidrógeno, el hidrógeno producido por la electrólisis del agua se purifica aún más, utilizando los principios de reacción catalítica y adsorción por tamiz molecular para eliminar el oxígeno, el agua y otras impurezas del hidrógeno.
El equipo puede configurar un sistema automático de ajuste de 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 enviará una señal de 4-20 mA al PLC para compararlo con el valor establecido original y, después de la transformación inversa y el cálculo del PID, enviará una señal de 20-4 mA al gabinete rectificador para ajustar el tamaño del corriente de electrólisis, logrando así el propósito de ajuste automático de la producción de hidrógeno de acuerdo con los cambios en la carga de hidrógeno.
La única reacción en el proceso de producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua es el agua (H2O), a la que se debe suministrar continuamente agua cruda a través de una bomba de reposición de agua. La posición de reabastecimiento se encuentra en el separador de hidrógeno u oxígeno. Además, el hidrógeno y el oxígeno deben eliminar una pequeña cantidad de agua al salir del sistema. Los equipos con bajo consumo de agua pueden consumir 1L/Nm³ H2, mientras que los equipos más grandes pueden reducirlo a 0,9L/Nm³ H2. El sistema repone continuamente agua cruda, lo que puede mantener la estabilidad del nivel y la concentración del líquido alcalino. También puede reponer el agua reaccionada de manera oportuna para mantener la concentración de la solución alcalina.
- Sistema rectificador de transformador
Este sistema consta principalmente de dos dispositivos, un transformador y un armario rectificador. Su función principal es convertir la energía de CA de 10/35 KV proporcionada por el propietario frontal en la energía de CC requerida por la celda electrolítica y suministrar energía de CC a la celda electrolítica. Parte de la energía suministrada se utiliza para descomponer directamente las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno, y la otra parte genera calor, que es transportado por el enfriador alcalino a través del agua de refrigeración.
La mayoría de los transformadores son de tipo aceite. Si se colocan en interiores o dentro de un contenedor, se pueden utilizar transformadores de tipo seco. Los transformadores utilizados para los equipos de producción de hidrógeno en agua electrolítica son transformadores especiales que deben combinarse según los datos de cada celda electrolítica, por lo que son equipos personalizados.
Actualmente, el gabinete rectificador más utilizado es el tipo tiristor, que cuenta con el respaldo de los fabricantes de equipos debido a su largo tiempo de uso, alta estabilidad y bajo precio. Sin embargo, debido a la necesidad de adaptar equipos a gran escala a la energía renovable inicial, la eficiencia de conversión de los gabinetes rectificadores de tiristores es relativamente baja. Actualmente, varios fabricantes de gabinetes rectificadores se están esforzando por adoptar nuevos gabinetes rectificadores IGBT. Los IGBT ya son muy comunes en otras industrias, como la energía eólica, y se cree que los gabinetes rectificadores IGBT tendrán un desarrollo significativo en el futuro.
- Sistema de gabinete de distribución
El gabinete de distribución se utiliza principalmente para suministrar energía a varios componentes con motores en el sistema de purificación y separación de oxígeno de hidrógeno detrás del equipo de producción de hidrógeno de agua electrolítica, incluido el equipo de 400 V o comúnmente conocido como equipo de 380 V. El equipo incluye la bomba de circulación de álcali en el marco de separación de hidrógeno y oxígeno y la bomba de agua de reposición en el sistema auxiliar; El suministro de energía para los cables calefactores en el sistema de secado y purificación, así como los sistemas auxiliares necesarios para todo el sistema, como máquinas de agua pura, enfriadores, compresores de aire, torres de enfriamiento y compresores de hidrógeno de back-end, máquinas de hidrogenación, etc. ., también incluye el suministro de energía para los sistemas de iluminación, monitoreo y otros de toda la estación.
- Cintroducciónsistema
El sistema de control implementa el control automático PLC. El PLC generalmente adopta Siemens 1200 o 1500 y está equipado con una pantalla táctil de interfaz de interacción hombre-máquina. El funcionamiento y visualización de parámetros de cada sistema del equipo así como la visualización de la lógica de control se realizan en la pantalla táctil.
5. Sistema de circulación de solución alcalina.
Este sistema incluye principalmente los siguientes equipos principales:
Separador de oxígeno e hidrógeno – Bomba de circulación de solución alcalina – Válvula – Filtro de solución alcalina – Celda electrolítica
El proceso principal es el siguiente: la solución alcalina mezclada con hidrógeno y oxígeno en el separador de hidrógeno y oxígeno es separada por el separador gas-líquido y refluida a la bomba de circulación de solución alcalina. El separador de hidrógeno y el separador de oxígeno están conectados aquí, y la bomba de circulación de solución alcalina hace circular la solución alcalina a reflujo hacia la válvula y el filtro de solución alcalina en el extremo posterior. Después de que el filtro filtra las impurezas grandes, la solución alcalina circula hacia el interior de la celda electrolítica.
6.Sistema de hidrógeno
El gas hidrógeno se genera desde el lado del electrodo catódico y llega al separador junto con el sistema de circulación de solución alcalina. Dentro del separador, el gas hidrógeno es relativamente ligero y se separa naturalmente de la solución alcalina, llegando a la parte superior del separador. Luego, pasa a través de tuberías para una mayor separación, se enfría con agua de refrigeración y se recoge mediante un colector de goteo para lograr una pureza de aproximadamente el 99 % antes de llegar al sistema final de secado y purificación.
Evacuación: La evacuación de gas hidrógeno se utiliza principalmente durante los períodos de arranque y parada, operaciones anormales o cuando la pureza no cumple con los estándares, así como para la resolución de problemas.
7. Sistema de oxígeno
El recorrido del oxígeno es similar al del hidrógeno, excepto que se realiza en separadores diferentes.
Vaciado: Actualmente, la mayoría de proyectos utilizan el método de vaciado de oxígeno.
Utilización: El valor de utilización del oxígeno solo es significativo en proyectos especiales, como aplicaciones que pueden utilizar tanto hidrógeno como oxígeno de alta pureza, como los fabricantes de fibra óptica. También hay algunos grandes proyectos que han reservado espacio para la utilización de oxígeno. Los escenarios de aplicación backend son para la producción de oxígeno líquido después del secado y purificación, o para oxígeno medicinal a través de sistemas de dispersión. Sin embargo, la precisión de estos escenarios de utilización aún necesita más confirmación.
8. Sistema de agua de refrigeración
El proceso de electrólisis del agua es una reacción endotérmica y el proceso de producción de hidrógeno debe recibir energía eléctrica. Sin embargo, la energía eléctrica consumida en el proceso de electrólisis del agua excede la absorción de calor teórica de la reacción de electrólisis del agua. En otras palabras, una parte de la electricidad utilizada en la celda de electrólisis se convierte en calor, que se utiliza principalmente para calentar el sistema de circulación de la solución alcalina al principio, elevando la temperatura de la solución alcalina al rango de temperatura requerido de 90 ± 5. ℃ para el equipo. Si la celda de electrólisis continúa funcionando después de alcanzar la temperatura nominal, el calor generado debe eliminarse mediante 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, se dañará el diafragma de la cámara de electrólisis, lo que también será perjudicial para el funcionamiento a largo plazo del equipo.
Se requiere que la temperatura de funcionamiento óptima para este dispositivo se mantenga a no más de 95 ℃. Además, el hidrógeno y el oxígeno generados también deben enfriarse y deshumidificarse, y el dispositivo rectificador de tiristores refrigerado por agua también está equipado con las tuberías de refrigeración necesarias.
El cuerpo de bomba de equipos grandes también requiere la participación de agua de refrigeración.
- Sistema de llenado y purga de nitrógeno.
Antes de depurar y operar el dispositivo, se debe realizar una prueba de estanqueidad al nitrógeno en el sistema. 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 a ambos lados del hidrógeno y el oxígeno esté lejos del rango de inflamabilidad y explosividad.
Después de apagar el equipo, el sistema de control mantendrá automáticamente la presión y retendrá una cierta cantidad de hidrógeno y oxígeno dentro del sistema. Si la presión aún está presente durante el arranque, no es necesario realizar una acción de purga. Sin embargo, si la presión se alivia por completo, es necesario volver a realizar una acción de purga de nitrógeno.
- Sistema de secado (purificación) de hidrógeno (opcional)
El gas hidrógeno preparado a partir de la electrólisis del agua se deshumidifica mediante un secador paralelo y finalmente se purifica mediante un filtro de tubo de níquel sinterizado para obtener gas hidrógeno seco. De acuerdo con los requisitos del usuario para el hidrógeno producido, el sistema puede agregar un dispositivo de purificación, que utiliza desoxigenación catalítica bimetálica de paladio y platino para la purificación.
El hidrógeno producido por la unidad de producción de hidrógeno por electrólisis del agua se envía a la unidad de purificación de hidrógeno a través de un tanque intermedio.
El gas hidrógeno pasa primero a través de una torre de desoxigenación y, bajo la acción de un catalizador, el oxígeno del gas hidrógeno reacciona con el gas hidrógeno para producir agua.
Fórmula de reacción: 2H2+O2 2H2O.
Luego, el gas hidrógeno pasa a través de un condensador de hidrógeno (que enfría el gas para condensar vapor de agua en agua, que se descarga automáticamente fuera del sistema a través de un colector) y entra a la torre de adsorción.
Hora de publicación: 03-dic-2024
