A unidade de produção de hidrogênio por eletrólise inclui um conjunto completo de equipamentos para a produção de hidrogênio por eletrólise de água. Os principais equipamentos são:
1. Eletrolisador
2. Dispositivo de separação gás-líquido
3. Sistema de secagem e purificação
4. A parte elétrica inclui: transformador, gabinete retificador, gabinete de controle de programa PLC, gabinete de instrumentos, gabinete de distribuição de energia, computador host, etc.
5. O sistema auxiliar inclui principalmente: tanque alcalino, tanque de água de matéria-prima, bomba de abastecimento de água, garrafa de nitrogênio/barramento, etc.
6. O sistema auxiliar geral do equipamento inclui: máquina de água pura, torre de resfriamento de água, resfriador, compressor de ar, etc.
Na unidade de produção de hidrogênio eletrolítico, a água é decomposta em uma parte de hidrogênio e metade de oxigênio no eletrolisador sob a ação de corrente contínua. O hidrogênio e o oxigênio gerados são enviados para o separador gás-líquido juntamente com o eletrólito para separação. O hidrogênio e o oxigênio são resfriados pelos resfriadores de hidrogênio e oxigênio, e o coletor de gotas captura e remove a água, sendo então enviado para fora sob o controle do sistema de controle; o eletrólito passa pelo filtro de hidrogênio, filtro alcalino de oxigênio, filtro alcalino de hidrogênio, filtro alcalino de oxigênio, etc. sob a ação da bomba de circulação. resfriador de líquido e então retorna ao eletrolisador para continuar a eletrólise.
A pressão do sistema é ajustada através do sistema de controle de pressão e do sistema de controle de pressão diferencial para atender aos requisitos de processos e armazenamento subsequentes.
O hidrogênio produzido pela eletrólise da água apresenta as vantagens de alta pureza e poucas impurezas. Normalmente, as impurezas no hidrogênio produzido pela eletrólise da água são apenas oxigênio e água, e nenhum outro componente (o que pode evitar o envenenamento de alguns catalisadores), o que proporciona conveniência para a produção de hidrogênio de alta pureza. Após a purificação, o gás produzido pode atingir os indicadores de gás industrial de grau eletrônico.
O hidrogênio produzido pelo dispositivo de produção de hidrogênio passa por um tanque de buffer para estabilizar a pressão de trabalho do sistema e remover ainda mais a água livre no hidrogênio.
Após o hidrogênio entrar no dispositivo de purificação de hidrogênio, o hidrogênio produzido pela eletrólise da água é ainda mais purificado, e o oxigênio, a água e outras impurezas no hidrogênio são removidos usando os princípios de reação catalítica e adsorção por peneira molecular.
O equipamento pode configurar um sistema de ajuste automático para a produção de hidrogênio de acordo com a situação real. Alterações na carga de gás causarão flutuações na pressão do tanque de armazenamento de hidrogênio. O transmissor de pressão instalado no tanque de armazenamento emitirá um sinal de 4-20 mA e o enviará ao CLP. Após comparar o valor original definido e realizar a transformação inversa e o cálculo do PID, um sinal de 20-4 mA será emitido e enviado ao gabinete do retificador para ajustar o valor da corrente de eletrólise, alcançando assim o objetivo de ajuste automático da produção de hidrogênio de acordo com as alterações na carga de hidrogênio.
O equipamento de produção de hidrogênio por eletrólise de água alcalina inclui principalmente os seguintes sistemas:
(1)Sistema de água de matéria-prima
A única coisa que reage no processo de produção de hidrogênio por eletrólise da água é a água (H2O), que precisa ser continuamente reabastecida com água bruta por meio de uma bomba de reabastecimento de água. A posição de reabastecimento de água é no separador de hidrogênio ou oxigênio. Além disso, uma pequena quantidade de hidrogênio e oxigênio deve ser removida ao sair do sistema. O consumo de água de equipamentos pequenos é de 1L/Nm³H2, e o de equipamentos grandes pode ser reduzido para 0,9L/Nm³H2. O sistema reabastece continuamente a água bruta. Por meio do reabastecimento de água, a estabilidade do nível do líquido alcalino e da concentração alcalina podem ser mantidas, e a solução de reação pode ser reabastecida em tempo hábil. de água para manter a concentração da soda cáustica.
2) Sistema retificador de transformador
Este sistema consiste principalmente em dois dispositivos: um transformador e um gabinete retificador. Sua principal função é converter a energia CA de 10/35 kV fornecida pelo proprietário do front-end na energia CC necessária para o eletrolisador, fornecendo energia CC ao eletrolisador. Parte da energia fornecida é usada para decompor diretamente a água. As moléculas são hidrogênio e oxigênio, e a outra parte gera calor, que é removido pelo resfriador de soda cáustica através da água de resfriamento.
A maioria dos transformadores é do tipo óleo. Se instalados em ambientes internos ou dentro de um contêiner, transformadores do tipo seco podem ser usados. Os transformadores utilizados em equipamentos de produção de água eletrolítica e hidrogênio são transformadores especiais e precisam ser adaptados de acordo com os dados de cada eletrolisador, sendo, portanto, equipamentos personalizados.
(3) sistema de armário de distribuição de energia
O gabinete de distribuição de energia é usado principalmente para fornecer equipamentos de 400 V, ou comumente conhecidos como 380 V, a vários componentes com motores nos sistemas de separação e purificação de hidrogênio e oxigênio, atrás do equipamento de produção de hidrogênio eletrolítico. O equipamento inclui a circulação alcalina na estrutura de separação de hidrogênio e oxigênio. Bombas, bombas de reabastecimento de água em sistemas auxiliares; fios de aquecimento em sistemas de secagem e purificação; e sistemas auxiliares necessários para todo o sistema, como máquinas de água pura, resfriadores, compressores de ar, torres de resfriamento e compressores de hidrogênio de back-end, máquinas de hidrogenação e outros equipamentos. O fornecimento de energia também inclui o fornecimento de energia para iluminação, monitoramento e outros sistemas de toda a estação.
(4) sistema de controle
O sistema de controle implementa o controle automático PLC. O PLC geralmente utiliza Siemens 1200 ou 1500. É equipado com uma tela sensível ao toque com interface de interação humano-computador, e a operação e a exibição dos parâmetros de cada sistema do equipamento, bem como a exibição da lógica de controle, são realizadas na tela sensível ao toque.
5)Sistema de circulação alcalina
Este sistema inclui principalmente os seguintes equipamentos principais:
Separador de hidrogênio e oxigênio - bomba de circulação alcalina - válvula - filtro alcalino - eletrolisador
O processo principal é: o líquido alcalino misturado com hidrogênio e oxigênio no separador de hidrogênio e oxigênio é separado pelo separador gás-líquido e, em seguida, retorna para a bomba de circulação de líquido alcalino. Aqui, o separador de hidrogênio e o separador de oxigênio são conectados, e a bomba de circulação de líquido alcalino reflui. O líquido alcalino circula para a válvula e o filtro de líquido alcalino na extremidade traseira. Após o filtro filtrar as impurezas maiores, o líquido alcalino circula para o interior do eletrolisador.
(6)Sistema de hidrogênio
O hidrogênio é gerado a partir do eletrodo catódico e chega ao separador juntamente com o sistema de circulação de líquido alcalino. No separador, como o hidrogênio em si é relativamente leve, ele se separa naturalmente do líquido alcalino e atinge a parte superior do separador, passando então pela tubulação para posterior separação e resfriamento. Após o resfriamento com água, o coletor de gotas captura as gotas e atinge uma pureza de cerca de 99%, que chega ao sistema de secagem e purificação de fundo.
Evacuação: A evacuação de hidrogênio é usada principalmente para evacuação durante inicialização e desligamento, operação anormal ou falha de pureza e evacuação de falhas.
(7) Sistema de oxigênio
O caminho para o oxigênio é semelhante ao do hidrogênio, mas em um separador diferente.
Evacuação: Atualmente, a maioria dos projetos de oxigênio são tratados por evacuação.
Utilização: O valor de utilização do oxigênio só é significativo em projetos especiais, como alguns cenários de aplicação que podem utilizar hidrogênio e oxigênio de alta pureza, como fabricantes de fibras ópticas. Existem também alguns grandes projetos que reservaram espaço para a utilização de oxigênio. Os cenários de aplicação de back-end incluem a produção de oxigênio líquido após secagem e purificação, ou o uso de oxigênio medicinal por meio de um sistema de dispersão. No entanto, o refinamento desses cenários de utilização ainda não foi determinado. Mais confirmações.
(8)sistema de água de resfriamento
O processo de eletrólise da água é uma reação endotérmica. O processo de produção de hidrogênio deve ser alimentado com energia elétrica. No entanto, a energia elétrica consumida pelo processo de eletrólise da água excede a absorção teórica de calor da reação de eletrólise da água. Ou seja, parte da eletricidade usada pelo eletrolisador é convertida em calor. Essa parte do calor é usada principalmente para aquecer o sistema de circulação alcalina no início, de modo que a temperatura da solução alcalina aumente para a faixa de temperatura de 90 ± 5 ° C exigida pelo equipamento. Se o eletrolisador continuar a funcionar após atingir a temperatura nominal, o calor gerado precisa ser usado. A água de resfriamento é trazida para manter a temperatura normal da zona de reação de eletrólise. A alta temperatura na zona de reação de eletrólise pode reduzir o consumo de energia, mas se a temperatura for muito alta, a membrana da câmara de eletrólise será destruída, o que também será prejudicial à operação a longo prazo do equipamento.
Este dispositivo requer que a temperatura operacional seja mantida em no máximo 95 °C. Além disso, o hidrogênio e o oxigênio gerados também devem ser resfriados e desumidificados, e o dispositivo retificador controlado por silício resfriado a água também é equipado com as tubulações de resfriamento necessárias.
O corpo da bomba de grandes equipamentos também requer a participação de água de resfriamento.
(9) Sistema de enchimento e purga de nitrogênio
Antes da depuração e operação do dispositivo, o sistema deve ser preenchido com nitrogênio para testes de estanqueidade. Antes da partida normal, a fase gasosa do sistema também deve ser purgada com nitrogênio para garantir que o gás no espaço da fase gasosa em ambos os lados do hidrogênio e do oxigênio esteja longe da faixa de inflamabilidade e explosão.
Após o desligamento do equipamento, o sistema de controle manterá automaticamente a pressão e reterá uma certa quantidade de hidrogênio e oxigênio dentro do sistema. Se a pressão persistir quando o equipamento for ligado, não há necessidade de purga. No entanto, se toda a pressão for removida, será necessário purgar novamente. Ação de purga de nitrogênio.
(10) Sistema de secagem (purificação) de hidrogênio (opcional)
O hidrogênio produzido pela eletrólise da água é desumidificado por um secador paralelo e, por fim, pulverizado por um filtro tubular de níquel sinterizado para obter hidrogênio seco. (De acordo com as necessidades do usuário para o hidrogênio produzido, o sistema pode adicionar um dispositivo de purificação, e a purificação utiliza desoxidação catalítica bimetálica de paládio-platina).
O hidrogênio produzido pelo dispositivo de produção de hidrogênio por eletrólise da água é enviado ao dispositivo de purificação de hidrogênio através do tanque de buffer.
O hidrogênio passa primeiro pela torre de desoxigenação. Sob a ação do catalisador, o oxigênio presente no hidrogênio reage com o hidrogênio para gerar água.
Fórmula de reação: 2H2+O2 2H2O.
Em seguida, o hidrogênio passa pelo condensador de hidrogênio (que resfria o gás para condensar o vapor de água no gás e gerar água, e a água condensada é automaticamente descarregada do sistema através do coletor de líquido) e entra na torre de adsorção.
Horário de publicação: 14 de maio de 2024
