O eletrolíticohidrogêniounidade de produção inclui um conjunto completo de eletrólise de águahidrogênioequipamentos de produção, sendo os equipamentos principais incluindo:
1. Célula eletrolítica
2. Dispositivo de separação gás-líquido
3. Sistema de secagem e purificação
4. A parte elétrica inclui: transformador, gabinete retificador, gabinete de controle PLC, gabinete de instrumentos, gabinete de distribuição, computador superior, etc.
5. O sistema auxiliar inclui principalmente: tanque de solução alcalina, tanque de água de matéria-prima, bomba de água de reposição, cilindro/barramento de nitrogênio, etc/ 6. O sistema auxiliar geral do equipamento inclui: máquina de água pura, torre de resfriamento, resfriador, compressor de ar, etc.
refrigeradores de hidrogênio e oxigênio, e a água é coletada por um coletor de gotejamento antes de ser enviada sob o controle do sistema de controle; O eletrólito passahidrogênioe filtros alcalinos de oxigênio, refrigeradores alcalinos de hidrogênio e oxigênio, respectivamente, sob a ação da bomba de circulação, e depois retornam à célula eletrolítica para eletrólise adicional.
A pressão do sistema é regulada pelo sistema de controle de pressão e pelo sistema de controle de pressão diferencial para atender aos requisitos de processos e armazenamento a jusante.
O hidrogênio produzido pela eletrólise da água tem as vantagens de alta pureza e baixo teor de impurezas. Normalmente, as impurezas do gás hidrogênio produzido pela eletrólise da água são apenas oxigênio e água, sem outros componentes (o que pode evitar o envenenamento de certos catalisadores). Isso proporciona conveniência para a produção de gás hidrogênio de alta pureza, e o gás purificado pode atender aos padrões de gases industriais de nível eletrônico.
O hidrogénio produzido pela unidade de produção de hidrogénio passa através de um tanque tampão para estabilizar a pressão de trabalho do sistema e remover ainda mais a água livre do hidrogénio.
Depois de entrar no dispositivo de purificação de hidrogênio, o hidrogênio produzido pela eletrólise da água é ainda purificado, usando os princípios de reação catalítica e adsorção de peneira molecular para remover oxigênio, água e outras impurezas do hidrogênio.
O equipamento pode configurar um sistema automático de ajuste da produção de hidrogênio de acordo com a situação real. Mudanças 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 4-20mA para o PLC para comparação com o valor definido original e, após transformação inversa e cálculo PID, emitirá um sinal de 20-4mA para o gabinete do retificador para ajustar o tamanho do corrente de eletrólise, atingindo assim o objetivo de ajuste automático da produção de hidrogênio de acordo com as mudanças na carga de hidrogênio.
A única reação no processo de produção de hidrogênio por eletrólise da água é a água (H2O), que precisa ser continuamente abastecida com água bruta por meio de uma bomba de reabastecimento de água. A posição de reabastecimento está localizada no separador de hidrogênio ou oxigênio. Além disso, o hidrogênio e o oxigênio precisam retirar uma pequena quantidade de água ao sair do sistema. Equipamentos com baixo consumo de água podem consumir 1L/Nm³H2, enquanto equipamentos maiores podem reduzir para 0,9L/Nm³H2. O sistema reabastece continuamente a água bruta, o que pode manter a estabilidade do nível e da concentração do líquido alcalino. Também pode reabastecer a água reagida em tempo hábil para manter a concentração da solução alcalina.
- 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 em energia CC exigida pela célula eletrolítica e fornecer energia CC para a célula eletrolítica. Parte da energia fornecida é usada para decompor diretamente as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio, e a outra parte gera calor, que é realizado pelo resfriador alcalino através da água de resfriamento.
A maioria dos transformadores são do tipo óleo. Se colocados em ambientes internos ou dentro de um contêiner, podem ser utilizados transformadores do tipo seco. Os transformadores utilizados para equipamentos eletrolíticos de produção de hidrogênio em água são transformadores especiais que precisam ser combinados de acordo com os dados de cada célula eletrolítica, portanto são equipamentos customizados.
Atualmente, o gabinete retificador mais utilizado é o do tipo tiristor, que é apoiado pelos fabricantes de equipamentos devido ao seu longo tempo de uso, alta estabilidade e baixo preço. No entanto, devido à necessidade de adaptar equipamentos de grande escala à energia renovável inicial, a eficiência de conversão dos gabinetes retificadores de tiristores é relativamente baixa. Atualmente, vários fabricantes de gabinetes retificadores estão se esforçando para adotar novos gabinetes retificadores IGBT. O IGBT já é muito comum em outras indústrias, como a energia eólica, e acredita-se que os gabinetes retificadores IGBT terão um desenvolvimento significativo no futuro.
- Sistema de armário de distribuição
O gabinete de distribuição é usado principalmente para fornecer energia a vários componentes com motores no sistema de separação e purificação de hidrogênio e oxigênio atrás do equipamento eletrolítico de produção de hidrogênio de água, incluindo equipamento de 400V ou comumente referido como equipamento de 380V. O equipamento inclui a bomba de circulação alcalina na estrutura de separação de hidrogênio e oxigênio e a bomba de água de reposição no sistema auxiliar; A fonte de alimentação para os fios de aquecimento no sistema de secagem e purificação, bem como os sistemas auxiliares necessários para todo o sistema, como máquinas de água pura, refrigeradores, compressores de ar, torres de resfriamento e compressores de hidrogênio back-end, máquinas de hidrogenação, etc. ., inclui também o fornecimento de energia para iluminação, monitoramento e demais sistemas de toda a estação.
- Cintroduçãoeu sistema
O sistema de controle implementa controle automático PLC. O PLC geralmente adota Siemens 1200 ou 1500 e é equipado com uma tela sensível ao toque de interface de interação homem-máquina. A operação e 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 de solução alcalina
Este sistema inclui principalmente os seguintes equipamentos principais:
Separador de hidrogênio e oxigênio – Bomba de circulação de solução alcalina – Válvula – Filtro de solução alcalina – Célula eletrolítica
O processo principal é o seguinte: a solução alcalina misturada com hidrogênio e oxigênio no separador de hidrogênio e oxigênio é separada pelo separador gás-líquido e refluxada para a bomba de circulação de solução alcalina. O separador de hidrogênio e o separador de oxigênio são conectados aqui, e a bomba de circulação de solução alcalina circula a solução alcalina refluxada para a válvula e o filtro de solução alcalina na extremidade traseira. Depois que o filtro filtra grandes impurezas, a solução alcalina circula para o interior da célula eletrolítica.
6. Sistema de hidrogênio
O gás hidrogênio é gerado a partir do lado do eletrodo catódico e atinge o separador junto com o sistema de circulação da solução alcalina. Dentro do separador, o gás hidrogênio é relativamente leve e naturalmente separado da solução alcalina, atingindo a parte superior do separador. Em seguida, passa por tubulações para posterior separação, é resfriado por água de resfriamento e coletado por um coletor de gotejamento para atingir uma pureza de cerca de 99% antes de chegar ao sistema final de secagem e purificação.
Evacuação: A evacuação do gás hidrogênio é usada principalmente durante períodos de inicialização e desligamento, operações anormais ou quando a pureza não atende aos padrões, bem como para solução de problemas.
7. Sistema de oxigênio
A trajetória do oxigênio é semelhante à do hidrogênio, exceto que é realizada em separadores diferentes.
Esvaziamento: Atualmente, a maioria dos projetos utiliza o método de esvaziamento de oxigênio.
Utilização: O valor de utilização do oxigênio só é significativo em projetos especiais, como aplicações que podem utilizar hidrogênio e oxigênio de alta pureza, como fabricantes de fibra óptica. Existem também alguns grandes projetos que reservaram espaço para a utilização de oxigênio. Os cenários de aplicação backend são para a produção de oxigênio líquido após secagem e purificação, ou para oxigênio medicinal através de sistemas de dispersão. No entanto, a precisão destes cenários de utilização ainda carece de confirmação adicional.
8. Sistema de água de resfriamento
O processo de eletrólise da água é uma reação endotérmica, e o processo de produção de hidrogênio deve ser alimentado com energia elétrica. No entanto, a energia elétrica consumida no processo de eletrólise da água excede a absorção teórica de calor da reação de eletrólise da água. Em outras palavras, uma parte da eletricidade utilizada na célula de eletrólise é convertida em calor, que é utilizado principalmente para aquecer o sistema de circulação da solução alcalina no início, elevando a temperatura da solução alcalina até a faixa de temperatura necessária de 90 ± 5 ℃ para o equipamento. Se a célula de eletrólise continuar a operar após atingir a temperatura nominal, o calor gerado deverá ser realizado por resfriamento de água 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, o diafragma da câmara de eletrólise será danificado, o que também será prejudicial ao funcionamento do equipamento a longo prazo.
A temperatura operacional ideal para este dispositivo deve ser mantida em no máximo 95 ℃. Além disso, o hidrogênio e o oxigênio gerados também precisam ser resfriados e desumidificados, e o dispositivo retificador tiristor resfriado a água também está equipado com as tubulações de resfriamento necessárias.
O corpo da bomba de equipamentos de grande porte também requer a participação de água de resfriamento.
- Sistema de enchimento e purga de nitrogênio
Antes de depurar e operar o dispositivo, um teste de estanqueidade com nitrogênio deve ser realizado no sistema. Antes da inicialização normal, também é necessário purgar a fase gasosa do sistema 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 inflamável e explosiva.
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 ainda estiver presente durante a inicialização, não há necessidade de realizar uma ação de purga. Contudo, se a pressão for completamente aliviada, é necessário realizar novamente uma ação de purga de azoto.
- Sistema de secagem (purificação) de hidrogênio (opcional)
O gás hidrogênio preparado a partir da eletrólise da água é desumidificado por um secador paralelo e finalmente purificado por um filtro de tubo de níquel sinterizado para obter gás hidrogênio seco. De acordo com os requisitos do usuário para o hidrogênio do produto, o sistema pode adicionar um dispositivo de purificação, que utiliza desoxigenação catalítica bimetálica de paládio e platina para purificação.
O hidrogênio produzido pela unidade de produção de hidrogênio por eletrólise de água é enviado para a unidade de purificação de hidrogênio através de um tanque tampão.
O gás hidrogênio passa primeiro por uma torre de desoxigenação e, sob a ação de um catalisador, o oxigênio do gás hidrogênio reage com o gás hidrogênio para produzir água.
Fórmula de reação: 2H2+O2 2H2O.
Em seguida, o gás hidrogênio passa por um condensador de hidrogênio (que resfria o gás para condensar o vapor d'água em água, que é descarregado automaticamente para fora do sistema por meio de um coletor) e entra na torre de adsorção.
Horário da postagem: 03/12/2024
