ElektrolytickývodíkVýrobní jednotka zahrnuje kompletní sadu pro elektrolýzu vodyvodíkvýrobní zařízení, přičemž hlavní zařízení zahrnují:
1. Elektrolytický článek
2. Zařízení pro separaci plynu a kapaliny
3. Systém sušení a čištění
4. Elektrická část zahrnuje: transformátor, usměrňovací skříň, rozvaděč PLC, přístrojovou skříň, rozvaděč, horní počítač atd.
5. Pomocný systém zahrnuje především: nádrž na alkalický roztok, nádrž na vodu pro suroviny, čerpadlo přídavné vody, dusíkovou láhev/přípojnice atd. 6. Celkový pomocný systém zařízení zahrnuje: stroj na čistou vodu, chladicí věž, chladič, vzduchový kompresor atd.
chladiče vodíku a kyslíku a voda je shromažďována v odkapávači, než je pod kontrolou řídicího systému odeslána ven; elektrolyt prochází skrzvodíka kyslíko-alkalické filtry, vodíkové a kyslíko-alkalické chladiče působením oběhového čerpadla a poté se vrací do elektrolytické cely k další elektrolýze.
Tlak v systému je regulován systémem regulace tlaku a systémem regulace diferenčního tlaku, aby byly splněny požadavky navazujících procesů a skladování.
Vodík vyrobený elektrolýzou vody má výhody vysoké čistoty a nízkého obsahu nečistot. Nečistoty ve vodíku vyrobeném elektrolýzou vody jsou obvykle pouze kyslík a voda, bez dalších složek (což umožňuje zabránit otravě některých katalyzátorů). To umožňuje snadnou výrobu vysoce čistého vodíkového plynu a vyčištěný plyn splňuje standardy pro technické plyny pro elektrotechniku.
Vodík vyrobený jednotkou na výrobu vodíku prochází vyrovnávací nádrží, která stabilizuje pracovní tlak v systému a dále odstraňuje volnou vodu z vodíku.
Po vstupu do zařízení na čištění vodíku se vodík vyrobený elektrolýzou vody dále čistí za použití principů katalytické reakce a adsorpce molekulárním sítem k odstranění kyslíku, vody a dalších nečistot z vodíku.
Zařízení dokáže nastavit automatický systém úpravy výroby vodíku podle aktuální situace. Změny v zatížení plynem způsobí kolísání tlaku v zásobníku vodíku. Tlakový snímač instalovaný na zásobníku vyšle signál 4–20 mA do PLC pro porovnání s původní nastavenou hodnotou a po inverzní transformaci a výpočtu PID vyšle signál 20–4 mA do usměrňovací skříně pro úpravu velikosti elektrolytického proudu, čímž se dosáhne cíle automatické úpravy výroby vodíku podle změn v zatížení vodíkem.
Jedinou reakcí v procesu výroby vodíku elektrolýzou vody je voda (H2O), která musí být nepřetržitě zásobována surovou vodou pomocí doplňovacího čerpadla vody. Doplňovací pozice se nachází na odlučovači vodíku nebo kyslíku. Kromě toho je nutné, aby vodík a kyslík při opuštění systému odváděly malé množství vody. Zařízení s nízkou spotřebou vody mohou spotřebovat 1 l/Nm³ H2, zatímco větší zařízení ji mohou snížit na 0,9 l/Nm³ H2. Systém nepřetržitě doplňuje surovou vodu, což umožňuje udržovat stabilitu hladiny a koncentrace alkalické kapaliny. Systém také dokáže včas doplňovat zreagovanou vodu, aby se udržela koncentrace alkalického roztoku.
- Systém transformátorového usměrňovače
Tento systém se skládá hlavně ze dvou zařízení, transformátoru a usměrňovací skříně. Jeho hlavní funkcí je převádět střídavý proud 10/35 kV dodávaný z front-endu na stejnosměrný proud potřebný pro elektrolytický článek a dodávat stejnosměrný proud do elektrolytického článku. Část dodávaného proudu se používá k přímému rozkladu molekul vody na vodík a kyslík a druhá část generuje teplo, které je odváděno alkalickým chladičem prostřednictvím chladicí vody.
Většina transformátorů je olejového typu. Pokud jsou umístěny uvnitř nebo v kontejneru, lze použít suché transformátory. Transformátory používané pro zařízení na elektrolytickou výrobu vodíku jsou speciální transformátory, které je třeba přizpůsobit podle údajů každého elektrolytického článku, takže se jedná o zařízení vyrobená na míru.
V současné době je nejčastěji používanou usměrňovací skříní tyristorový typ, který je výrobci zařízení podporován kvůli jeho dlouhé životnosti, vysoké stabilitě a nízké ceně. Vzhledem k potřebě adaptovat velká zařízení na předinstalovanou obnovitelnou energii je však účinnost přeměny tyristorových usměrňovacích skříní relativně nízká. V současné době se různí výrobci usměrňovacích skříní snaží zavést nové usměrňovací skříně s IGBT technologiemi. IGBT technologie je již velmi běžná v jiných odvětvích, jako je větrná energie, a předpokládá se, že usměrňovací skříně s IGBT technologiemi se v budoucnu výrazně rozvinou.
- Systém rozvaděčů
Rozvodná skříň se používá hlavně k napájení různých komponent s motory v systému separace a čištění vodíku a kyslíku za zařízením na elektrolytickou výrobu vodíku z vody, včetně zařízení 400 V nebo běžně označovaných jako 380 V. Zařízení zahrnuje čerpadlo alkalické cirkulace v systému separace vodíku a kyslíku a čerpadlo přídavné vody v pomocném systému; napájení topných drátů v sušicím a čisticím systému, jakož i pomocných systémů potřebných pro celý systém, jako jsou stroje na čistou vodu, chladiče, vzduchové kompresory, chladicí věže a koncové vodíkové kompresory, hydrogenační stroje atd., zahrnuje také napájení osvětlení, monitorování a dalších systémů celé stanice.
- Controsystém l
Řídicí systém implementuje automatické řízení PLC. PLC obvykle používá Siemens 1200 nebo 1500 a je vybaveno dotykovou obrazovkou s rozhraním pro interakci člověk-stroj. Zobrazení provozu a parametrů každého systému zařízení, stejně jako zobrazení řídicí logiky, je realizováno na dotykové obrazovce.
5. Systém cirkulace alkalického roztoku
Tento systém zahrnuje především následující hlavní zařízení:
Odlučovač vodíku a kyslíku – Oběhové čerpadlo alkalického roztoku – Ventil – Filtr alkalického roztoku – Elektrolytický článek
Hlavní proces je následující: alkalický roztok smíchaný s vodíkem a kyslíkem v odlučovači vodíku a kyslíku je oddělován odlučovačem plyn-kapalina a refluxován do cirkulačního čerpadla alkalického roztoku. Odlučovač vodíku a odlučovač kyslíku jsou zde propojeny a cirkulační čerpadlo alkalického roztoku cirkuluje refluxovaný alkalický roztok k ventilu a filtru alkalického roztoku na zadní straně. Poté, co filtr odfiltruje velké nečistoty, alkalický roztok cirkuluje do vnitřku elektrolytické cely.
6. Vodíkový systém
Plynný vodík se generuje na straně katody a dostává se do separátoru spolu s cirkulačním systémem alkalického roztoku. Uvnitř separátoru je plynný vodík relativně lehký a přirozeně se odděluje od alkalického roztoku, přičemž se dostává do horní části separátoru. Poté prochází potrubím k další separaci, je ochlazen chladicí vodou a shromažďován v lapačce kapek, kde dosahuje čistoty přibližně 99 %, než se dostane do systému sušení a čištění na zadní straně.
Evakuace: Evakuace plynného vodíku se používá hlavně během spouštění a odstavování, při abnormálním provozu nebo když čistota nesplňuje normy, a také při řešení problémů.
7. Kyslíkový systém
Cesta kyslíku je podobná cestě vodíku, až na to, že probíhá v jiných separátorech.
Vyprazdňování: V současné době většina projektů používá metodu vyprazdňování kyslíku.
Využití: Hodnota využití kyslíku má smysl pouze ve speciálních projektech, jako jsou aplikace, které mohou používat jak vodík, tak vysoce čistý kyslík, například výrobci optických vláken. Existují také některé velké projekty, které si vyhradily prostor pro využití kyslíku. Scénáře aplikací pro koncové aplikace jsou určeny pro výrobu kapalného kyslíku po sušení a čištění nebo pro medicinální kyslík pomocí disperzních systémů. Přesnost těchto scénářů využití však stále vyžaduje další potvrzení.
8. Systém chladicí vody
Proces elektrolýzy vody je endotermická reakce a proces výroby vodíku musí být dodáván s elektrickou energií. Elektrická energie spotřebovaná při procesu elektrolýzy vody však převyšuje teoretickou absorpci tepla při reakci elektrolýzy vody. Jinými slovy, část elektřiny použité v elektrolýzním článku se přeměňuje na teplo, které se používá hlavně k ohřevu cirkulačního systému alkalického roztoku na začátku, čímž se teplota alkalického roztoku zvýší na požadovaný teplotní rozsah 90 ± 5 °C pro zařízení. Pokud elektrolýzní článek pokračuje v provozu i po dosažení jmenovité teploty, je nutné generované teplo odvádět chladicí vodou, aby se udržela normální teplota v reakční zóně elektrolýzy. Vysoká teplota v reakční zóně elektrolýzy může snížit spotřebu energie, ale pokud je teplota příliš vysoká, poškodí se membrána elektrolýzní komory, což bude také negativní pro dlouhodobý provoz zařízení.
Optimální provozní teplota pro toto zařízení musí být udržována na maximálně 95 °C. Kromě toho je třeba generovaný vodík a kyslík také chladit a odvlhčovat a vodou chlazený tyristorový usměrňovač je také vybaven potřebným chladicím potrubím.
Těleso čerpadla velkých zařízení také vyžaduje účast chladicí vody.
- Systém plnění dusíkem a proplachování dusíkem
Před laděním a provozem zařízení by měla být provedena zkouška těsnosti systému dusíkem. Před běžným spuštěním je také nutné propláchnout plynnou fázi systému dusíkem, aby se zajistilo, že plyn v prostoru plynné fáze na obou stranách vodíku a kyslíku je daleko od hořlavého a výbušného prostředí.
Po vypnutí zařízení bude řídicí systém automaticky udržovat tlak a v systému zadrží určité množství vodíku a kyslíku. Pokud je tlak během spouštění stále přítomen, není nutné provádět proplachování. Pokud je však tlak zcela uvolněn, je nutné provést proplachování dusíkem znovu.
- Systém sušení (čištění) vodíku (volitelné)
Vodíkový plyn připravený elektrolýzou vody je odvlhčován paralelní sušičkou a nakonec čištěn pomocí slinutého niklového trubkového filtru, čímž se získá suchý vodíkový plyn. V závislosti na požadavcích uživatele na produkční vodík může systém přidat čisticí zařízení, které k čištění využívá katalytickou deoxygenaci palladia a platiny bimetalickým způsobem.
Vodík vyrobený jednotkou na výrobu vodíku elektrolýzou vody je přes vyrovnávací nádrž přiváděn do jednotky na čištění vodíku.
Vodíkový plyn nejprve prochází deoxygenační věží a působením katalyzátoru reaguje kyslík obsažený v vodíku s ním za vzniku vody.
Reakční vzorec: 2H2+O2 2H2O.
Poté plynný vodík prochází vodíkovým kondenzátorem (který plyn ochlazuje a kondenzuje vodní páru na vodu, která je automaticky odváděna mimo systém přes kolektor) a vstupuje do adsorpční věže.
Čas zveřejnění: 3. prosince 2024
