Elektrolītiskaisūdeņradisražošanas vienībā ietilpst pilns ūdens elektrolīzes komplektsūdeņradisražošanas iekārtas, tostarp galvenās iekārtas:
1. Elektrolītiskā šūna
2. Gāzes un šķidruma atdalīšanas ierīce
3. Žāvēšanas un attīrīšanas sistēma
4. Elektriskajā daļā ietilpst: transformators, taisngrieža skapis, PLC vadības skapis, instrumentu skapis, sadales skapis, augšējais dators utt.
5. Palīgiekārtu sistēmā galvenokārt ietilpst: sārmu šķīduma tvertne, izejvielu ūdens tvertne, papildināšanas ūdens sūknis, slāpekļa cilindrs/kopne utt./ 6. Iekārtu kopējā palīgiekārtu sistēmā ietilpst: tīra ūdens mašīna, dzesēšanas tornis, dzesētājs, gaisa kompresors utt.
ūdeņraža un skābekļa dzesētāji, un ūdens tiek savākts pilienu uztvērējā, pirms tas tiek izvadīts vadības sistēmas kontrolē; Elektrolīts iziet cauriūdeņradisun skābekļa sārmu filtrus, ūdeņraža un skābekļa sārmu dzesētājus attiecīgi cirkulācijas sūkņa darbības rezultātā, un pēc tam atgriežas elektrolītiskajā šūnā turpmākai elektrolīzei.
Sistēmas spiedienu regulē spiediena kontroles sistēma un diferenciālā spiediena kontroles sistēma, lai atbilstu pakārtoto procesu un uzglabāšanas prasībām.
Ūdens elektrolīzes procesā iegūtajam ūdeņradim ir priekšrocības, piemēram, augsta tīrība un zems piemaisījumu saturs. Parasti ūdens elektrolīzes procesā iegūtās ūdeņraža gāzes piemaisījumi ir tikai skābeklis un ūdens, bez citām sastāvdaļām (kas var palīdzēt izvairīties no dažu katalizatoru saindēšanās). Tas nodrošina ērtības augstas tīrības pakāpes ūdeņraža gāzes ražošanā, un attīrītā gāze var atbilst elektronikas kvalitātes rūpniecisko gāzu standartiem.
Ūdeņraža ražošanas iekārtas saražotais ūdeņradis iziet cauri bufera tvertnei, lai stabilizētu sistēmas darba spiedienu un vēl vairāk atdalītu no ūdeņraža brīvo ūdeni.
Pēc nonākšanas ūdeņraža attīrīšanas ierīcē ūdens elektrolīzes procesā iegūtais ūdeņradis tiek tālāk attīrīts, izmantojot katalītiskās reakcijas un molekulārā sieta adsorbcijas principus, lai no ūdeņraža atdalītu skābekli, ūdeni un citus piemaisījumus.
Iekārta var iestatīt automātisku ūdeņraža ražošanas regulēšanas sistēmu atbilstoši faktiskajai situācijai. Izmaiņas gāzes slodzē izraisīs svārstības ūdeņraža uzglabāšanas tvertnes spiedienā. Uz uzglabāšanas tvertnes uzstādītais spiediena raidītājs izvadīs 4–20 mA signālu uz PLC salīdzināšanai ar sākotnēji iestatīto vērtību, un pēc apgrieztās pārveidošanas un PID aprēķina izvadīs 20–4 mA signālu uz taisngrieža skapi, lai pielāgotu elektrolīzes strāvas lielumu, tādējādi sasniedzot mērķi automātiski pielāgot ūdeņraža ražošanu atbilstoši ūdeņraža slodzes izmaiņām.
Vienīgā reakcija ūdeņraža ražošanas procesā ar ūdens elektrolīzi ir ūdens (H2O), kas nepārtraukti jāpiegādā ar neapstrādātu ūdeni, izmantojot ūdens papildināšanas sūkni. Papildināšanas vieta atrodas uz ūdeņraža vai skābekļa separatora. Turklāt, izejot no sistēmas, ūdeņradim un skābeklim ir jāpaņem neliels ūdens daudzums. Iekārtas ar zemu ūdens patēriņu var patērēt 1 l/Nm³ H2, savukārt lielākas iekārtas to var samazināt līdz 0,9 l/Nm³ H2. Sistēma nepārtraukti papildina neapstrādātu ūdeni, kas var uzturēt sārmainā šķidruma līmeņa un koncentrācijas stabilitāti. Tā var arī savlaicīgi papildināt reaģējušo ūdeni, lai uzturētu sārmainā šķīduma koncentrāciju.
- Transformatora taisngrieža sistēma
Šī sistēma galvenokārt sastāv no divām ierīcēm: transformatora un taisngrieža skapja. Tās galvenā funkcija ir pārveidot priekšējā gala īpašnieka piegādāto 10/35 KV maiņstrāvu elektrolītiskajai šūnai nepieciešamajā līdzstrāvas jaudā un piegādāt elektrolītiskajai šūnai līdzstrāvas jaudu. Daļa no piegādātās enerģijas tiek izmantota, lai tieši sadalītu ūdens molekulas ūdeņradī un skābeklī, bet otra daļa rada siltumu, ko sārmu dzesētājs veic caur dzesēšanas ūdeni.
Lielākā daļa transformatoru ir eļļas tipa. Ja tos novieto telpās vai konteinerā, var izmantot sausā tipa transformatorus. Elektrolītiskā ūdens un ūdeņraža ražošanas iekārtās izmantotie transformatori ir speciāli transformatori, kas jāpielāgo katras elektrolītiskās šūnas datiem, tāpēc tie ir pielāgotas iekārtas.
Pašlaik visbiežāk izmantotais taisngriežu skapis ir tiristora tipa, ko iekārtu ražotāji atbalsta tā ilgā lietošanas laika, augstās stabilitātes un zemās cenas dēļ. Tomēr, ņemot vērā nepieciešamību pielāgot liela mēroga iekārtas atjaunojamās enerģijas ražošanai, tiristora taisngriežu skapju konversijas efektivitāte ir relatīvi zema. Pašlaik dažādi taisngriežu skapju ražotāji cenšas ieviest jaunus IGBT taisngriežu skapjus. IGBT jau ir ļoti izplatīts citās nozarēs, piemēram, vēja enerģijā, un tiek uzskatīts, ka IGBT taisngriežu skapji nākotnē piedzīvos ievērojamu attīstību.
- Sadales skapju sistēma
Sadales skapis galvenokārt tiek izmantots, lai piegādātu enerģiju dažādām sastāvdaļām ar motoriem ūdeņraža skābekļa atdalīšanas un attīrīšanas sistēmā aiz elektrolītiskā ūdens ūdeņraža ražošanas iekārtām, tostarp 400 V jeb parasti dēvētām par 380 V iekārtām. Iekārta ietver sārmu cirkulācijas sūkni ūdeņraža skābekļa atdalīšanas ietvarā un papildūdens sūkni palīgsistēmā; Žāvēšanas un attīrīšanas sistēmas sildīšanas vadu barošanas avots, kā arī visai sistēmai nepieciešamās palīgsistēmas, piemēram, tīra ūdens iekārtas, dzesētāji, gaisa kompresori, dzesēšanas torņi un aizmugurējie ūdeņraža kompresori, hidrogenēšanas iekārtas utt., ietver arī barošanas avotu visas stacijas apgaismojumam, uzraudzības un citām sistēmām.
- Control sistēma
Vadības sistēma īsteno PLC automātisko vadību. PLC parasti izmanto Siemens 1200 vai 1500 un ir aprīkota ar cilvēka un mašīnas mijiedarbības saskarnes skārienekrānu. Katras iekārtas sistēmas darbība un parametru attēlošana, kā arī vadības loģikas attēlošana tiek realizēta skārienekrānā.
5. Sārmu šķīduma cirkulācijas sistēma
Šī sistēma galvenokārt ietver šādu galveno aprīkojumu:
Ūdeņraža un skābekļa separators – Sārmu šķīduma cirkulācijas sūknis – Vārsts – Sārmu šķīduma filtrs – Elektrolītiskā šūna
Galvenais process ir šāds: sārmainais šķīdums, kas sajaukts ar ūdeņradi un skābekli ūdeņraža-skābekļa separatorā, tiek atdalīts ar gāzes-šķidruma separatoru un atplūdes režīmā novadīts uz sārmainā šķīduma cirkulācijas sūkni. Šeit ir savienoti ūdeņraža separators un skābekļa separators, un sārmainā šķīduma cirkulācijas sūknis cirkulē atplūdes režīmā novadīto sārmaino šķīdumu uz vārstu un sārmainā šķīduma filtru aizmugurē. Pēc tam, kad filtrs ir izfiltrējis lielus piemaisījumus, sārmainais šķīdums tiek cirkulēts elektrolītiskās šūnas iekšpusē.
6.Ūdeņraža sistēma
Ūdeņraža gāze tiek ģenerēta no katoda elektroda puses un kopā ar sārmainā šķīduma cirkulācijas sistēmu nonāk separatorā. Separatora iekšpusē ūdeņraža gāze ir relatīvi viegla un dabiski atdalās no sārmainā šķīduma, sasniedzot separatora augšējo daļu. Pēc tam tā plūst pa cauruļvadiem tālākai atdalīšanai, tiek atdzesēta ar dzesēšanas ūdeni un savākta pilienu uztvērējā, lai sasniegtu aptuveni 99% tīrību, pirms nonāk žāvēšanas un attīrīšanas sistēmā.
Evakuācija: Ūdeņraža gāzes evakuāciju galvenokārt izmanto iedarbināšanas un izslēgšanas periodos, neparastu darbību laikā vai ja tīrība neatbilst standartiem, kā arī problēmu novēršanai.
7. Skābekļa sistēma
Skābekļa pārvietošanās ceļš ir līdzīgs ūdeņraža pārvietošanās ceļam, izņemot to, ka tas notiek dažādos separatoros.
Iztukšošana: Pašlaik lielākajā daļā projektu tiek izmantota skābekļa iztukšošanas metode.
Izmantošana: Skābekļa izmantošanas vērtībai ir nozīme tikai īpašos projektos, piemēram, lietojumos, kuros var izmantot gan ūdeņradi, gan augstas tīrības pakāpes skābekli, piemēram, optisko šķiedru ražotājiem. Ir arī daži lieli projekti, kuros ir paredzēta vieta skābekļa izmantošanai. Pielietojuma scenāriji fonā ir paredzēti šķidra skābekļa ražošanai pēc žāvēšanas un attīrīšanas vai medicīniskajam skābeklim, izmantojot dispersijas sistēmas. Tomēr šo izmantošanas scenāriju precizitāte vēl ir jāapstiprina.
8. Dzesēšanas ūdens sistēma
Ūdens elektrolīzes process ir endotermiska reakcija, un ūdeņraža ražošanas procesam ir jāpiegādā elektroenerģija. Tomēr ūdens elektrolīzes procesā patērētā elektroenerģija pārsniedz ūdens elektrolīzes reakcijas teorētisko siltuma absorbciju. Citiem vārdiem sakot, daļa no elektrolīzes šūnā izmantotās elektroenerģijas tiek pārvērsta siltumā, kas galvenokārt tiek izmantots sārmainā šķīduma cirkulācijas sistēmas sildīšanai sākumā, paaugstinot sārmainā šķīduma temperatūru līdz iekārtai nepieciešamajam 90 ± 5 ℃ temperatūras diapazonam. Ja elektrolīzes šūna turpina darboties pēc nominālās temperatūras sasniegšanas, radītais siltums ir jāizvada, atdzesējot ūdeni, lai uzturētu normālu elektrolīzes reakcijas zonas temperatūru. Augstā temperatūra elektrolīzes reakcijas zonā var samazināt enerģijas patēriņu, bet, ja temperatūra ir pārāk augsta, tiks bojāta elektrolīzes kameras diafragma, kas arī kaitēs iekārtas ilgtermiņa darbībai.
Šīs ierīces optimālā darba temperatūra nedrīkst pārsniegt 95 ℃. Turklāt saražotais ūdeņradis un skābeklis ir jāatdzesē un jāsamazina mitrums, un ūdens dzesēšanas tiristora taisngrieža ierīce ir aprīkota arī ar nepieciešamajām dzesēšanas caurulēm.
Lielu iekārtu sūkņa korpusam ir nepieciešama arī dzesēšanas ūdens līdzdalība.
- Slāpekļa uzpildes un slāpekļa attīrīšanas sistēma
Pirms ierīces atkļūdošanas un darbināšanas sistēmā jāveic slāpekļa hermētiskuma pārbaude. Pirms normālas palaišanas ir arī jāiztīra sistēmas gāzes fāze ar slāpekli, lai nodrošinātu, ka gāze gāzes fāzes telpā abās ūdeņraža un skābekļa pusēs atrodas tālu no uzliesmojošās un sprādzienbīstamās zonas.
Pēc iekārtas izslēgšanas vadības sistēma automātiski uzturēs spiedienu un sistēmā saglabās noteiktu daudzumu ūdeņraža un skābekļa. Ja iedarbināšanas laikā spiediens joprojām ir, nav nepieciešams veikt attīrīšanu. Tomēr, ja spiediens ir pilnībā atbrīvots, atkārtota attīrīšana ar slāpekli.
- Ūdeņraža žāvēšanas (attīrīšanas) sistēma (pēc izvēles)
No ūdens elektrolīzes iegūto ūdeņraža gāzi sausina paralēlā žāvētājā un visbeidzot attīra ar saķepināta niķeļa cauruļveida filtru, lai iegūtu sausu ūdeņraža gāzi. Atbilstoši lietotāja prasībām attiecībā uz iegūto ūdeņradi sistēmai var pievienot attīrīšanas ierīci, kas attīrīšanai izmanto pallādija-platīna bimetāla katalītisko deoksigenāciju.
Ūdens elektrolīzes ūdeņraža ražošanas iekārtā saražotais ūdeņradis caur bufertvertni tiek nosūtīts uz ūdeņraža attīrīšanas iekārtu.
Ūdeņraža gāze vispirms iziet cauri deoksigenācijas tornim, un katalizatora iedarbībā ūdeņraža gāzē esošais skābeklis reaģē ar ūdeņraža gāzi, veidojot ūdeni.
Reakcijas formula: 2H2+O2 2H2O.
Pēc tam ūdeņraža gāze iziet cauri ūdeņraža kondensatoram (kas atdzesē gāzi, lai kondensētu ūdens tvaikus ūdenī, kas automātiski tiek izvadīts ārpus sistēmas caur kolektoru) un nonāk adsorbcijas tornī.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 3. decembris
