De waterstofproductie-eenheid voor elektrolyse omvat een complete set apparatuur voor waterstofproductie via waterelektrolyse. De belangrijkste apparatuur is:
1. Elektrolyser
2. Gas-vloeistofscheidingsapparaat
3. Droog- en zuiveringssysteem
4. Het elektrische gedeelte omvat: transformator, gelijkrichterkast, PLC-programmabesturingskast, instrumentenkast, stroomverdeelkast, hostcomputer, enz.
5. Het hulpsysteem omvat hoofdzakelijk: een alkali-tank, een grondstofwatertank, een waterpomp, een stikstoffles/-busstang, enz.
6. Het totale hulpsysteem van de apparatuur omvat: zuiverwatermachine, koelwatertoren, koelmachine, luchtcompressor, enz.
In de elektrolytische waterstofproductie-eenheid wordt water in de elektrolyser onder invloed van gelijkstroom ontleed in één deel waterstof en een half deel zuurstof. De gegenereerde waterstof en zuurstof worden samen met de elektrolyt naar de gas-vloeistofscheider gestuurd voor scheiding. De waterstof en zuurstof worden gekoeld door de waterstof- en zuurstofkoelers, en de druppelvanger vangt het water op en verwijdert het, waarna het onder controle van het besturingssysteem wordt afgevoerd; de elektrolyt stroomt onder invloed van de circulatiepomp door de waterstof-, zuurstof-alkalifilter, waterstof-, zuurstof-alkalifilter, enz. vloeistofkoeler en keert vervolgens terug naar de elektrolyser om de elektrolyse voort te zetten.
De druk van het systeem wordt via het drukregelsysteem en het differentiaaldrukregelsysteem aangepast aan de eisen van de daaropvolgende processen en opslag.
Waterstof geproduceerd door waterelektrolyse heeft de voordelen van een hoge zuiverheid en weinig onzuiverheden. Doorgaans bestaan de onzuiverheden in waterstof geproduceerd door waterelektrolyse alleen uit zuurstof en water, en geen andere componenten (wat vergiftiging van sommige katalysatoren voorkomt), wat de productie van waterstof met een hoge zuiverheid vergemakkelijkt. Na zuivering kan het geproduceerde gas voldoen aan de normen van industrieel gas van elektronische kwaliteit.
De waterstof die door het waterstofproductieapparaat wordt geproduceerd, stroomt door een buffertank om de werkdruk van het systeem te stabiliseren en het vrije water in de waterstof verder te verwijderen.
Nadat de waterstof het waterstofzuiveringsapparaat is binnengegaan, wordt de door waterelektrolyse geproduceerde waterstof verder gezuiverd en worden zuurstof, water en andere onzuiverheden uit de waterstof verwijderd met behulp van de principes van katalytische reactie en moleculaire zeefadsorptie.
De apparatuur kan een automatisch aanpassingssysteem voor waterstofproductie instellen, afhankelijk van de actuele situatie. Veranderingen in de gasbelasting veroorzaken drukschommelingen in de waterstofopslagtank. De op de opslagtank geïnstalleerde druktransmitter geeft een 4-20 mA-signaal af en stuurt dit naar de PLC. Na vergelijking van de oorspronkelijke ingestelde waarde en het uitvoeren van een inverse transformatie en PID-berekening, wordt een 20-4 mA-signaal afgegeven en naar de gelijkrichterkast gestuurd om de grootte van de elektrolysestroom aan te passen. Zo wordt het doel bereikt van automatische aanpassing van de waterstofproductie aan veranderingen in de waterstofbelasting.
Apparatuur voor waterstofproductie door middel van alkalische waterelektrolyse omvat voornamelijk de volgende systemen:
(1) Grondstofwatersysteem
Het enige dat reageert in het waterstofproductieproces door middel van waterelektrolyse is water (H₂O), dat continu moet worden aangevuld met ruw water via een watersuppletiepomp. De watersuppletie bevindt zich op de waterstof- of zuurstofscheider. Bovendien moet een kleine hoeveelheid waterstof en zuurstof worden onttrokken aan het systeem. Het waterverbruik van kleine apparatuur is 1 l/Nm³H₂, en dat van grote apparatuur kan worden teruggebracht tot 0,9 l/Nm³H₂. Het systeem vult continu ruw water aan. Door watersuppletie kunnen het alkalische vloeistofniveau en de alkaliconcentratie stabiel blijven en kan de reactievloeistof tijdig worden aangevuld. De hoeveelheid water die nodig is om de loogconcentratie te handhaven, wordt gebruikt om de loogconcentratie te behouden.
2) Transformatorgelijkrichtersysteem
Dit systeem bestaat hoofdzakelijk uit twee apparaten: een transformator en een gelijkrichterkast. De belangrijkste functie is het omzetten van de 10/35 kV wisselstroom die de front-end-eigenaar levert in de gelijkstroom die de elektrolyser nodig heeft, en het leveren van gelijkstroom aan de elektrolyser. Een deel van de geleverde stroom wordt gebruikt om water direct te ontbinden. De moleculen zijn waterstof en zuurstof, en het andere deel genereert warmte, die door de loogkoeler via koelwater wordt afgevoerd.
De meeste transformatoren zijn olietransformatoren. Binnen of in een container kunnen droge transformatoren worden gebruikt. De transformatoren die worden gebruikt in apparatuur voor de productie van elektrolytisch water en waterstof zijn speciale transformatoren en moeten worden afgestemd op de gegevens van elke elektrolyser. Het zijn dus aangepaste apparatuur.
(3) stroomverdeelkastsysteem
De stroomverdeelkast wordt voornamelijk gebruikt om 400V, of beter bekend als 380V, te leveren aan diverse componenten met motoren in de waterstof- en zuurstofscheidings- en zuiveringssystemen achter de elektrolytische waterstofproductieapparatuur. De apparatuur omvat de alkalische circulatie in het waterstof- en zuurstofscheidingsframework. Pompen, watersuppletiepompen in hulpsystemen; verwarmingsdraden in droog- en zuiveringssystemen, en hulpsystemen die nodig zijn voor het gehele systeem, zoals zuiverwatermachines, koelmachines, luchtcompressoren, koeltorens, back-end waterstofcompressoren, hydrogeneringsmachines en andere apparatuur. De stroomvoorziening omvat ook de stroomvoorziening voor verlichting, bewaking en andere systemen van het gehele station.
(4) controlesysteem
Het besturingssysteem implementeert automatische PLC-besturing. De PLC maakt doorgaans gebruik van Siemens 1200 of 1500. Het is uitgerust met een touchscreen voor mens-computerinteractie, en de bediening en parameterweergave van elk systeem van de apparatuur, evenals de weergave van de besturingslogica, worden op het touchscreen gerealiseerd.
5) Alkali-circulatiesysteem
Dit systeem bestaat hoofdzakelijk uit de volgende hoofduitrusting:
Waterstof- en zuurstofscheider - alkali-circulatiepomp - klep - alkalifilter - elektrolyser
Het hoofdproces is als volgt: de alkalische vloeistof gemengd met waterstof en zuurstof in de waterstof-zuurstofscheider wordt gescheiden door de gas-vloeistofscheider en stroomt vervolgens terug naar de alkalische vloeistofcirculatiepomp. Hier zijn de waterstofscheider en de zuurstofscheider met elkaar verbonden, en de alkalische vloeistofcirculatiepomp zal terugstromen. De alkalische vloeistof circuleert naar de klep en het alkalische vloeistoffilter aan de achterkant. Nadat het filter grote onzuiverheden heeft uitgefilterd, circuleert de alkalische vloeistof naar de binnenkant van de elektrolyser.
(6)Waterstofsysteem
Waterstof wordt gegenereerd aan de kathode-elektrodezijde en bereikt de separator samen met het alkalische vloeistofcirculatiesysteem. Omdat de waterstof zelf relatief licht is, scheidt het zich in de separator op natuurlijke wijze af van de alkalische vloeistof en bereikt het het bovenste deel van de separator, waar het vervolgens door de pijpleiding stroomt voor verdere scheiding en koeling. Na waterkoeling vangt de druppelvanger de druppels op en bereikt een zuiverheid van ongeveer 99%, die vervolgens het droog- en zuiveringssysteem bereikt.
Evacuatie: Het evacueren van waterstof wordt hoofdzakelijk toegepast bij opstarten en afsluiten, bij abnormale werking of zuiverheidsfalen en bij storingen.
(7) Zuurstofsysteem
Het pad voor zuurstof is vergelijkbaar met dat voor waterstof, maar in een andere scheider.
Evacuatie: Momenteel worden de meeste zuurstofprojecten behandeld door middel van evacuatie.
Benutting: De benuttingswaarde van zuurstof is alleen zinvol in speciale projecten, zoals in sommige toepassingsscenario's die zowel waterstof als hoogzuivere zuurstof kunnen gebruiken, zoals fabrikanten van optische vezels. Er zijn ook enkele grote projecten die ruimte hebben gereserveerd voor het gebruik van zuurstof. De back-end toepassingsscenario's zijn de productie van vloeibare zuurstof na droging en zuivering, of het gebruik van medische zuurstof via een dispersiesysteem. De verfijning van deze benuttingsscenario's moet echter nog worden vastgesteld. Verdere bevestiging volgt.
(8)koelwatersysteem
Het elektrolyseproces van water is een endotherme reactie. Het waterstofproductieproces moet worden voorzien van elektrische energie. De elektrische energie die wordt verbruikt door het waterelektrolyseproces overschrijdt echter de theoretische warmteabsorptie van de waterelektrolysereactie. Dat wil zeggen dat een deel van de elektriciteit die door de elektrolyser wordt gebruikt, wordt omgezet in warmte. Dit deel van de warmte wordt voornamelijk gebruikt om het alkalicirculatiesysteem aan het begin te verwarmen, zodat de temperatuur van de alkali-oplossing stijgt tot het temperatuurbereik van 90 ± 5 °C dat de apparatuur nodig heeft. Als de elektrolyser blijft werken nadat de nominale temperatuur is bereikt, moet de gegenereerde warmte worden gebruikt. Koelwater wordt naar buiten gebracht om de normale temperatuur van de elektrolysereactiezone te handhaven. De hoge temperatuur in de elektrolysereactiezone kan het energieverbruik verminderen, maar als de temperatuur te hoog is, wordt het membraan van de elektrolysekamer vernietigd, wat ook nadelig is voor de werking van de apparatuur op de lange termijn.
De bedrijfstemperatuur van dit apparaat mag niet hoger zijn dan 95 °C. Daarnaast moeten de gegenereerde waterstof en zuurstof ook worden gekoeld en ontvochtigd, en is de watergekoelde siliciumgestuurde gelijkrichter voorzien van de benodigde koelleidingen.
De pompbehuizing van grote apparatuur heeft ook de deelname van koelwater nodig.
(9) Stikstofvul- en stikstofzuiveringssysteem
Voordat het apparaat wordt gedebugd en in gebruik wordt genomen, moet het systeem worden gevuld met stikstof om de luchtdichtheid te testen. Vóór de normale opstart moet de gasfase van het systeem ook worden gespoeld met stikstof om ervoor te zorgen dat het gas in de gasfaseruimte aan beide zijden van de waterstof- en zuurstofverbinding buiten het ontvlambare en explosieve bereik blijft.
Nadat de apparatuur is uitgeschakeld, handhaaft het besturingssysteem automatisch de druk en houdt het een bepaalde hoeveelheid waterstof en zuurstof in het systeem. Als de druk nog steeds aanwezig is wanneer de apparatuur wordt ingeschakeld, hoeft er niet te worden gespoeld. Als de druk echter volledig is verwijderd, moet er opnieuw worden gespoeld. Stikstofspoeling.
(10) Waterstofdroogsysteem (zuiveringssysteem) (optioneel)
De waterstof die ontstaat door elektrolyse van water wordt ontvochtigd door een parallelle droger en ten slotte verpulverd door een gesinterd nikkelen buisfilter om droge waterstof te verkrijgen. (Afhankelijk van de vereisten van de gebruiker voor het geproduceerde waterstof, kan het systeem een zuiveringsapparaat toevoegen en de zuivering maakt gebruik van palladium-platina bimetaal katalytische deoxidatie).
De waterstof die door het waterstofproductieapparaat voor waterelektrolyse wordt geproduceerd, wordt via de buffertank naar het waterstofzuiveringsapparaat gestuurd.
De waterstof passeert eerst de zuurstofverwijderingstoren. Onder invloed van de katalysator reageert de zuurstof in de waterstof met de waterstof om water te vormen.
Reactieformule: 2H2+O2 · 2H2O.
Vervolgens stroomt de waterstof door de waterstofcondensor (die het gas afkoelt om de waterdamp in het gas te condenseren en water te genereren. Het gecondenseerde water wordt automatisch uit het systeem afgevoerd via de vloeistofcollector) en komt in de adsorptietoren terecht.
Geplaatst op: 14 mei 2024
