توضیح مفصل سیستم آب الکترولیز قلیایی

الکترولیتیهیدروژنواحد تولیدی شامل مجموعه کامل الکترولیز آب می باشدهیدروژنتجهیزات تولید با تجهیزات اصلی شامل:

1. سلول الکترولیتی

2. دستگاه جداسازی مایعات گازی

3. سیستم خشک کردن و تصفیه

4. قسمت الکتریکی شامل: ترانسفورماتور، کابینت یکسو کننده، کابینت کنترل PLC، کابینت ابزار، کابینت توزیع، کامپیوتر بالایی و غیره است.

5. سیستم کمکی عمدتاً شامل: مخزن محلول قلیایی، مخزن آب مواد خام، پمپ آب آرایشی، سیلندر / شینه نیتروژن و غیره است. 6. سیستم کمکی کلی تجهیزات شامل: ماشین آب خالص، برج چیلر، چیلر، کمپرسور هوا و غیره

خنک کننده های هیدروژن و اکسیژن، و آب قبل از ارسال تحت کنترل سیستم کنترل توسط یک تله قطره جمع آوری می شود. الکترولیت از آن عبور می کندهیدروژنو فیلترهای قلیایی اکسیژن، خنک کننده های قلیایی هیدروژن و اکسیژن به ترتیب تحت عمل پمپ گردش خون، و سپس برای الکترولیز بیشتر به سلول الکترولیتی باز می گردد.

فشار سیستم توسط سیستم کنترل فشار و سیستم کنترل فشار تفاضلی تنظیم می شود تا نیازهای فرآیندهای پایین دست و ذخیره سازی را برآورده کند.

هیدروژن تولید شده توسط الکترولیز آب دارای مزایای خلوص بالا و ناخالصی کم است. معمولاً ناخالصی‌های موجود در گاز هیدروژن که توسط الکترولیز آب تولید می‌شود، فقط اکسیژن و آب است، بدون اجزای دیگر (که می‌تواند از مسمومیت کاتالیزورهای خاص جلوگیری کند). این امر راحتی را برای تولید گاز هیدروژن با خلوص بالا فراهم می کند و گاز تصفیه شده می تواند استانداردهای گازهای صنعتی درجه الکترونیک را برآورده کند.

هیدروژن تولید شده توسط واحد تولید هیدروژن برای تثبیت فشار کاری سیستم و حذف بیشتر آب آزاد از هیدروژن از یک مخزن بافر عبور می کند.

پس از ورود به دستگاه تصفیه هیدروژن، هیدروژن تولید شده توسط الکترولیز آب با استفاده از اصول واکنش کاتالیزوری و جذب الک مولکولی برای حذف اکسیژن، آب و سایر ناخالصی ها از هیدروژن، بیشتر خالص می شود.

این تجهیزات می توانند یک سیستم تنظیم خودکار تولید هیدروژن را با توجه به وضعیت واقعی راه اندازی کنند. تغییر در بار گاز باعث نوسانات فشار مخزن ذخیره هیدروژن می شود. فرستنده فشار نصب شده بر روی مخزن ذخیره، سیگنال 4-20 میلی آمپر را برای مقایسه با مقدار تنظیم اولیه به PLC می دهد و پس از تبدیل معکوس و محاسبه PID، سیگنال 20-4 میلی آمپر را به کابینت یکسو کننده برای تنظیم اندازه خروجی می دهد. جریان الکترولیز، در نتیجه به هدف تنظیم خودکار تولید هیدروژن با توجه به تغییرات بار هیدروژن دست می یابد.

تنها واکنش در فرآیند تولید هیدروژن توسط الکترولیز آب، آب (H2O) است که نیاز به تامین مداوم آب خام از طریق پمپ آب پرکن دارد. موقعیت پر کردن روی جداکننده هیدروژن یا اکسیژن قرار دارد. علاوه بر این، هیدروژن و اکسیژن باید هنگام خروج از سیستم مقدار کمی آب را از بین ببرند. تجهیزات با مصرف کم آب می توانند 1L/Nm ³ H2 مصرف کنند، در حالی که تجهیزات بزرگتر می توانند آن را به 0.9L/Nm ³ H2 کاهش دهند. این سیستم به طور مداوم آب خام را پر می کند، که می تواند ثبات سطح و غلظت مایع قلیایی را حفظ کند. همچنین می تواند آب واکنش داده شده را به موقع پر کند تا غلظت محلول قلیایی حفظ شود.

1. سیستم یکسو کننده ترانسفورماتور

این سیستم عمدتاً از دو دستگاه ترانسفورماتور و کابینت یکسو کننده تشکیل شده است. عملکرد اصلی آن تبدیل برق متناوب 10/35KV ارائه شده توسط مالک جلویی به برق DC مورد نیاز سلول الکترولیتی و تامین برق DC به سلول الکترولیتی است. بخشی از نیروی تامین شده برای تجزیه مستقیم مولکول های آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می شود و بخشی دیگر گرما تولید می کند که توسط خنک کننده قلیایی از طریق آب خنک کننده انجام می شود.

اکثر ترانسفورماتورها از نوع روغنی هستند. اگر در داخل یا داخل ظرف قرار داده شود، می توان از ترانسفورماتورهای نوع خشک استفاده کرد. ترانسفورماتورهای مورد استفاده برای تجهیزات تولید هیدروژن آب الکترولیتی، ترانسفورماتورهای خاصی هستند که باید با توجه به داده های هر سلول الکترولیتی مطابقت داده شوند، بنابراین تجهیزات سفارشی هستند.

در حال حاضر پرکاربردترین کابینت یکسو کننده از نوع تریستوری است که به دلیل زمان استفاده طولانی، پایداری بالا و قیمت پایین، توسط سازندگان تجهیزات پشتیبانی می شود. با این حال، به دلیل نیاز به تطبیق تجهیزات در مقیاس بزرگ با انرژی های تجدیدپذیر جلویی، راندمان تبدیل کابینت های یکسو کننده تریستور نسبتاً پایین است. در حال حاضر، سازندگان مختلف کابینت یکسو کننده در تلاش هستند تا کابینت های یکسو کننده جدید IGBT را اتخاذ کنند. IGBT در حال حاضر در صنایع دیگر مانند نیروی باد بسیار رایج است و اعتقاد بر این است که کابینت های یکسو کننده IGBT در آینده توسعه قابل توجهی خواهند داشت.

1. سیستم کابینت توزیع

کابینت توزیع عمدتاً برای تامین برق اجزای مختلف با موتورهای موجود در سیستم جداسازی و تصفیه اکسیژن هیدروژنی در پشت تجهیزات تولید هیدروژن آب الکترولیتی از جمله 400 ولت یا معمولاً به عنوان تجهیزات 380 ولت استفاده می شود. این تجهیزات شامل پمپ گردش قلیایی در چارچوب جداسازی اکسیژن هیدروژن و پمپ آب آرایشی در سیستم کمکی است. منبع تغذیه سیم‌های گرمایش در سیستم خشک‌کن و تصفیه و همچنین سیستم‌های کمکی مورد نیاز کل سیستم مانند ماشین‌های آب خالص، چیلرها، کمپرسورهای هوا، برج‌های خنک‌کننده و کمپرسورهای هیدروژن پشتی، ماشین‌های هیدروژنه و غیره. .، همچنین شامل منبع تغذیه برای روشنایی، مانیتورینگ و سایر سیستم های کل ایستگاه می باشد.

1. Cمقدمهl سیستم

سیستم کنترل، کنترل اتوماتیک PLC را اجرا می کند. PLC به طور کلی از زیمنس 1200 یا 1500 استفاده می کند و به صفحه نمایش لمسی رابط تعامل انسان و ماشین مجهز است. عملکرد و نمایش پارامترهای هر سیستم از تجهیزات و همچنین نمایش منطق کنترل بر روی صفحه نمایش لمسی تحقق می یابد.

5. سیستم گردش محلول قلیایی

این سیستم عمدتاً شامل تجهیزات اصلی زیر است:

جداکننده اکسیژن هیدروژن – پمپ گردش محلول قلیایی – شیر – فیلتر محلول قلیایی – سلول الکترولیتی

فرآیند اصلی به شرح زیر است: محلول قلیایی مخلوط با هیدروژن و اکسیژن در جداکننده اکسیژن هیدروژن توسط جداکننده گاز-مایع جدا شده و به پمپ گردش محلول قلیایی برگشت داده می شود. جداکننده هیدروژن و جداکننده اکسیژن در اینجا به هم متصل می شوند و پمپ گردش محلول قلیایی محلول قلیایی رفلکس شده را به دریچه و فیلتر محلول قلیایی در انتهای پشتی به گردش در می آورد. پس از اینکه فیلتر ناخالصی های بزرگ را فیلتر کرد، محلول قلیایی به داخل سلول الکترولیتی چرخانده می شود.

6. سیستم هیدروژنی

گاز هیدروژن از سمت الکترود کاتد تولید می شود و همراه با سیستم گردش محلول قلیایی به جداکننده می رسد. در داخل جداکننده، گاز هیدروژن نسبتا سبک است و به طور طبیعی از محلول قلیایی جدا شده و به قسمت بالایی جداکننده می رسد. سپس برای جداسازی بیشتر از خطوط لوله عبور می‌کند، با آب خنک‌کننده خنک می‌شود، و قبل از رسیدن به سیستم خشک کردن و تصفیه، توسط یک قطره‌گیر جمع‌آوری می‌شود تا به خلوصی در حدود 99 درصد برسد.

تخلیه: تخلیه گاز هیدروژن عمدتاً در دوره های راه اندازی و خاموشی، عملیات غیرعادی یا زمانی که خلوص استانداردها را برآورده نمی کند و همچنین برای عیب یابی استفاده می شود.

7. سیستم اکسیژن

مسیر اکسیژن مشابه مسیر هیدروژن است با این تفاوت که در جداکننده های مختلف انجام می شود.

تخلیه: در حال حاضر در اکثر پروژه ها از روش تخلیه اکسیژن استفاده می شود.

استفاده: ارزش استفاده از اکسیژن فقط در پروژه‌های خاص معنادار است، مانند برنامه‌هایی که می‌توانند هم از هیدروژن و هم اکسیژن با خلوص بالا استفاده کنند، مانند تولیدکنندگان فیبر نوری. همچنین پروژه های بزرگی وجود دارد که فضایی را برای استفاده از اکسیژن در نظر گرفته اند. سناریوهای کاربردی Backend برای تولید اکسیژن مایع پس از خشک شدن و خالص سازی یا برای اکسیژن پزشکی از طریق سیستم های پراکندگی هستند. با این حال، دقت این سناریوهای استفاده هنوز نیاز به تأیید بیشتری دارد.

8. سیستم آب خنک کننده

فرآیند الکترولیز آب یک واکنش گرماگیر است و فرآیند تولید هیدروژن باید با انرژی الکتریکی تامین شود. با این حال، انرژی الکتریکی مصرف شده در فرآیند الکترولیز آب از جذب حرارتی نظری واکنش الکترولیز آب فراتر می رود. به عبارت دیگر، بخشی از الکتریسیته مورد استفاده در سلول الکترولیز به گرما تبدیل می شود که عمدتاً برای گرم کردن سیستم گردش محلول قلیایی در ابتدا استفاده می شود و دمای محلول قلیایی را تا محدوده دمایی مورد نیاز 5 ± 90 افزایش می دهد. ℃ برای تجهیزات. اگر سلول الکترولیز پس از رسیدن به دمای نامی به کار خود ادامه دهد، گرمای تولید شده باید توسط آب خنک شود تا دمای طبیعی منطقه واکنش الکترولیز حفظ شود. دمای بالا در ناحیه واکنش الکترولیز می تواند مصرف انرژی را کاهش دهد، اما اگر دما بیش از حد بالا باشد، دیافراگم محفظه الکترولیز آسیب می بیند که برای عملکرد طولانی مدت تجهیزات نیز مضر خواهد بود.

دمای کارکرد بهینه برای این دستگاه باید بیش از 95 ℃ حفظ شود. علاوه بر این، هیدروژن و اکسیژن تولید شده نیز نیاز به خنک سازی و رطوبت زدایی دارند و دستگاه یکسو کننده تریستور خنک شونده با آب نیز مجهز به خطوط لوله خنک کننده لازم است.

بدنه پمپ تجهیزات بزرگ نیز نیاز به مشارکت آب خنک کننده دارد.

1. سیستم پر کردن نیتروژن و تصفیه نیتروژن

قبل از اشکال زدایی و راه اندازی دستگاه، آزمایش سفتی نیتروژن باید روی سیستم انجام شود. قبل از راه اندازی عادی، همچنین لازم است فاز گاز سیستم با نیتروژن پاک شود تا اطمینان حاصل شود که گاز موجود در فضای فاز گاز در دو طرف هیدروژن و اکسیژن از محدوده قابل اشتعال و انفجار دور است.

پس از خاموش شدن تجهیزات، سیستم کنترل به طور خودکار فشار را حفظ کرده و مقدار مشخصی هیدروژن و اکسیژن را در داخل سیستم حفظ می کند. اگر فشار همچنان در هنگام راه اندازی وجود داشته باشد، نیازی به انجام عمل پاکسازی نیست. با این حال، اگر فشار به طور کامل کاهش یابد، یک عمل پاکسازی نیتروژن باید دوباره انجام شود.

1. سیستم خشک کردن هیدروژن (تصفیه) (اختیاری)

گاز هیدروژن تهیه شده از الکترولیز آب توسط یک خشک کن موازی رطوبت زدایی می شود و در نهایت توسط یک فیلتر لوله نیکل متخلخل خالص می شود تا گاز هیدروژن خشک به دست آید. با توجه به الزامات کاربر برای هیدروژن محصول، سیستم ممکن است یک دستگاه تصفیه اضافه کند که از اکسیژن زدایی کاتالیزوری دو فلزی پالادیوم پلاتین برای خالص سازی استفاده می کند.

هیدروژن تولید شده توسط واحد تولید هیدروژن الکترولیز آب از طریق مخزن بافر به واحد تصفیه هیدروژن ارسال می شود.

گاز هیدروژن ابتدا از یک برج اکسیژن زدایی می گذرد و تحت عمل یک کاتالیزور، اکسیژن موجود در گاز هیدروژن با گاز هیدروژن واکنش داده و آب تولید می کند.

فرمول واکنش: 2H2+O2 2H2O.

سپس، گاز هیدروژن از یک کندانسور هیدروژنی (که گاز را خنک می کند تا بخار آب را به آب تبدیل کند، که به طور خودکار از طریق یک کلکتور به خارج از سیستم تخلیه می شود) می گذرد و وارد برج جذب می شود.