Die Anlage zur Wasserstoff-Elektrolyse umfasst eine komplette Anlage zur Wasserstoff-Elektrolyse. Die Hauptausrüstung besteht aus:
1. Elektrolyseur
2. Gas-Flüssigkeits-Trennvorrichtung
3. Trocknungs- und Reinigungssystem
4. Der elektrische Teil umfasst: Transformator, Gleichrichterschrank, SPS-Programm-Steuerschrank, Instrumentenschrank, Stromverteilungsschrank, Hostcomputer usw.
5. Das Hilfssystem umfasst hauptsächlich: Alkalitank, Rohstoffwassertank, Wasserversorgungspumpe, Stickstoffflasche/Sammelschiene usw.
6. Das gesamte Hilfssystem der Ausrüstung umfasst: Reinwassermaschine, Kühlwasserturm, Kühler, Luftkompressor usw.
In der elektrolytischen Wasserstoffproduktionsanlage wird Wasser im Elektrolyseur unter Einwirkung von Gleichstrom in einen Teil Wasserstoff und einen halben Teil Sauerstoff zerlegt. Der erzeugte Wasserstoff und Sauerstoff werden zusammen mit dem Elektrolyten zur Trennung in den Gas-Flüssigkeits-Separator geleitet. Wasserstoff und Sauerstoff werden durch die Wasserstoff- und Sauerstoffkühler gekühlt, und der Tropfenfänger fängt das Wasser auf und entfernt es. Anschließend wird es unter der Kontrolle des Steuerungssystems abgeleitet. Der Elektrolyt durchläuft unter Einwirkung der Umwälzpumpe den Wasserstoff-, Sauerstoff-Alkali-Filter, den Wasserstoff-, Sauerstoff-Alkali-Filter usw., den Flüssigkeitskühler und kehrt anschließend zum Elektrolyseur zurück, um die Elektrolyse fortzusetzen.
Der Druck des Systems wird über das Druckregelsystem und das Differenzdruckregelsystem angepasst, um den Anforderungen nachfolgender Prozesse und der Lagerung gerecht zu werden.
Durch Wasserelektrolyse erzeugter Wasserstoff zeichnet sich durch hohe Reinheit und geringe Verunreinigungen aus. Normalerweise sind die Verunreinigungen im durch Wasserelektrolyse erzeugten Wasserstoff nur Sauerstoff und Wasser und keine anderen Komponenten (wodurch eine Vergiftung einiger Katalysatoren vermieden werden kann), was die Herstellung von hochreinem Wasserstoff erleichtert. Nach der Reinigung erreicht das erzeugte Gas die Indikatoren für Industriegas in elektronischer Qualität.
Der von der Wasserstoffproduktionsanlage erzeugte Wasserstoff durchläuft einen Puffertank, um den Arbeitsdruck des Systems zu stabilisieren und außerdem freies Wasser im Wasserstoff zu entfernen.
Nachdem der Wasserstoff in die Wasserstoffreinigungsvorrichtung gelangt ist, wird der durch Wasserelektrolyse erzeugte Wasserstoff weiter gereinigt und Sauerstoff, Wasser und andere Verunreinigungen im Wasserstoff werden mithilfe der Prinzipien der katalytischen Reaktion und der Molekularsiebadsorption entfernt.
Die Anlage kann die Wasserstoffproduktion je nach Situation automatisch anpassen. Änderungen der Gasbeladung führen zu Druckschwankungen im Wasserstoffspeicher. Der am Speichertank installierte Drucktransmitter gibt ein 4–20-mA-Signal aus und sendet es an die SPS. Nach dem Vergleich mit dem ursprünglichen Sollwert und der Rücktransformation sowie der PID-Berechnung wird ein 20–4-mA-Signal ausgegeben und an den Gleichrichterschrank gesendet, um die Größe des Elektrolysestroms anzupassen. Dadurch wird die Wasserstoffproduktion automatisch an Änderungen der Wasserstoffbeladung angepasst.
Die Anlage zur Wasserstofferzeugung durch alkalische Wasserelektrolyse umfasst hauptsächlich die folgenden Systeme:
(1)Rohstoffwassersystem
Bei der Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse reagiert ausschließlich Wasser (H₂O). Dieses muss über eine Wassernachfüllpumpe kontinuierlich mit Rohwasser ergänzt werden. Die Nachfüllstelle befindet sich am Wasserstoff- bzw. Sauerstoffabscheider. Zusätzlich muss beim Verlassen des Systems eine geringe Menge Wasserstoff und Sauerstoff entfernt werden. Der Wasserverbrauch kleiner Geräte beträgt 1 l/Nm³H₂, während er bei großen Geräten auf 0,9 l/Nm³H₂ reduziert werden kann. Das System füllt kontinuierlich Rohwasser nach. Durch die Wassernachfüllung können der stabile Laugenstand und die Laugenkonzentration aufrechterhalten und die Reaktionslösung rechtzeitig ergänzt werden. Wasser, um die Laugenkonzentration aufrechtzuerhalten.
2) Transformator-Gleichrichtersystem
Dieses System besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten: einem Transformator und einem Gleichrichterschrank. Seine Hauptfunktion besteht darin, den vom Frontend-Betreiber bereitgestellten 10/35-kV-Wechselstrom in den vom Elektrolyseur benötigten Gleichstrom umzuwandeln und diesen mit Gleichstrom zu versorgen. Ein Teil des bereitgestellten Stroms wird zur direkten Wasserzersetzung genutzt. Die Moleküle bestehen aus Wasserstoff und Sauerstoff, der andere Teil erzeugt Wärme, die vom Laugenkühler über das Kühlwasser abgeführt wird.
Die meisten Transformatoren sind Öltransformatoren. Für die Aufstellung in Innenräumen oder in einem Container können Trockentransformatoren verwendet werden. Die in Anlagen zur elektrolytischen Wasserstoffproduktion verwendeten Transformatoren sind Spezialtransformatoren und müssen an die Daten jedes Elektrolyseurs angepasst werden. Es handelt sich daher um kundenspezifische Anlagen.
(3) Stromverteilerschranksystem
Der Stromverteilerschrank dient hauptsächlich der Versorgung verschiedener Komponenten mit Motoren in den Wasserstoff- und Sauerstofftrennungs- und -reinigungssystemen hinter der Anlage zur elektrolytischen Wasserstoffproduktion mit 400 V (oder allgemein 380 V). Die Anlage umfasst den Alkalikreislauf im Wasserstoff- und Sauerstofftrennungsrahmen. Pumpen, Wassernachfüllpumpen in Hilfssystemen; Heizdrähte in Trocknungs- und Reinigungssystemen sowie vom gesamten System benötigte Hilfssysteme wie Reinwassermaschinen, Kühler, Luftkompressoren, Kühltürme und Back-End-Wasserstoffkompressoren, Hydriermaschinen und andere Geräte. Die Stromversorgung umfasst auch die Stromversorgung für Beleuchtung, Überwachung und andere Systeme der gesamten Station.
(4) Kontrollsystem
Das Steuerungssystem implementiert eine automatische SPS-Steuerung. Die SPS verwendet in der Regel Siemens 1200 oder 1500. Sie ist mit einem Touchscreen zur Mensch-Computer-Interaktion ausgestattet. Die Bedienung und Parameteranzeige jedes einzelnen Anlagensystems sowie die Anzeige der Steuerlogik erfolgen auf dem Touchscreen.
5)Alkali-Zirkulationssystem
Dieses System umfasst im Wesentlichen die folgende Hauptausrüstung:
Wasserstoff- und Sauerstoffabscheider - Alkali-Umwälzpumpe - Ventil - Alkalifilter - Elektrolyseur
Der Hauptprozess ist: Die im Wasserstoff-Sauerstoff-Abscheider mit Wasserstoff und Sauerstoff vermischte alkalische Flüssigkeit wird durch den Gas-Flüssigkeits-Abscheider getrennt und fließt anschließend zurück zur alkalischen Flüssigkeitsumwälzpumpe. Hier werden Wasserstoff- und Sauerstoffabscheider miteinander verbunden, und die alkalische Flüssigkeitsumwälzpumpe sorgt für einen Rückfluss. Die alkalische Flüssigkeit zirkuliert zum Ventil und zum alkalischen Flüssigkeitsfilter am hinteren Ende. Nachdem der Filter grobe Verunreinigungen herausgefiltert hat, zirkuliert die alkalische Flüssigkeit in den Elektrolyseur.
(6)Wasserstoffsystem
Wasserstoff wird an der Kathodenelektrodenseite erzeugt und gelangt über das alkalische Flüssigkeitskreislaufsystem zum Separator. Da der Wasserstoff relativ leicht ist, trennt er sich im Separator auf natürliche Weise von der alkalischen Flüssigkeit und gelangt in den oberen Teil des Separators. Anschließend wird er zur weiteren Trennung und Kühlung durch die Rohrleitung geleitet. Nach der Wasserkühlung fängt der Tropfenfänger die Tropfen auf und erreicht eine Reinheit von ca. 99 %, die in das Trocknungs- und Reinigungssystem gelangt.
Evakuierung: Die Evakuierung von Wasserstoff wird hauptsächlich zur Evakuierung beim An- und Abfahren, bei anormalem Betrieb oder Reinheitsfehlern sowie zur Störungsevakuierung verwendet.
(7) Sauerstoffsystem
Der Weg für Sauerstoff ist ähnlich wie der für Wasserstoff, allerdings in einem anderen Abscheider.
Evakuierung: Derzeit werden die meisten Sauerstoffprojekte durch Evakuierung durchgeführt.
Nutzung: Der Nutzungswert von Sauerstoff ist nur in speziellen Projekten sinnvoll, beispielsweise in einigen Anwendungsszenarien, in denen sowohl Wasserstoff als auch hochreiner Sauerstoff verwendet werden können, wie etwa bei der Herstellung von Glasfasern. Es gibt auch einige Großprojekte, die Platz für die Nutzung von Sauerstoff reserviert haben. Die Back-End-Anwendungsszenarien umfassen die Herstellung von flüssigem Sauerstoff nach Trocknung und Reinigung oder die Verwendung von medizinischem Sauerstoff über ein Dispersionssystem. Die Verfeinerung dieser Nutzungsszenarien muss jedoch noch festgelegt werden. Weitere Bestätigung erforderlich.
(8)Kühlwassersystem
Der Elektrolyseprozess von Wasser ist eine endotherme Reaktion. Der Wasserstofferzeugungsprozess benötigt elektrische Energie. Der Stromverbrauch der Wasserelektrolyse übersteigt jedoch die theoretische Wärmeaufnahme der Wasserelektrolysereaktion. Das heißt, ein Teil des vom Elektrolyseur verbrauchten Stroms wird in Wärme umgewandelt. Diese Wärme wird hauptsächlich verwendet, um den Alkalikreislauf zu Beginn zu erwärmen, damit die Temperatur der Alkalilösung auf den vom Gerät benötigten Temperaturbereich von 90 ± 5 °C ansteigt. Wenn der Elektrolyseur nach Erreichen der Nenntemperatur weiterarbeitet, muss die erzeugte Wärme genutzt werden. Kühlwasser wird abgeleitet, um die Normaltemperatur der Elektrolysereaktionszone aufrechtzuerhalten. Eine hohe Temperatur in der Elektrolysereaktionszone kann den Energieverbrauch senken, eine zu hohe Temperatur zerstört jedoch die Membran der Elektrolysekammer, was sich auch nachteilig auf den Langzeitbetrieb des Geräts auswirkt.
Bei diesem Gerät darf die Betriebstemperatur nicht über 95 °C liegen. Darüber hinaus müssen der erzeugte Wasserstoff und Sauerstoff gekühlt und entfeuchtet werden. Der wassergekühlte Silizium-Gleichrichter ist zudem mit den notwendigen Kühlleitungen ausgestattet.
Auch der Pumpenkörper großer Geräte benötigt die Zufuhr von Kühlwasser.
(9) Stickstoff-Füll- und Stickstoff-Spülsystem
Vor der Fehlersuche und Inbetriebnahme des Geräts muss das System zur Prüfung der Luftdichtheit mit Stickstoff gefüllt werden. Vor dem normalen Start muss die Gasphase des Systems zusätzlich mit Stickstoff gespült werden, um sicherzustellen, dass sich das Gas im Gasphasenraum auf beiden Seiten von Wasserstoff und Sauerstoff außerhalb des brennbaren und explosiven Bereichs befindet.
Nach dem Abschalten des Geräts hält die Steuerung automatisch den Druck aufrecht und hält eine bestimmte Menge Wasserstoff und Sauerstoff im System zurück. Ist der Druck beim Einschalten des Geräts weiterhin vorhanden, ist keine Spülung erforderlich. Ist jedoch der gesamte Druck abgebaut, muss erneut gespült werden. Stickstoffspülung.
(10) Wasserstofftrocknungssystem (Reinigungssystem) (optional)
Der durch Wasserelektrolyse erzeugte Wasserstoff wird in einem Paralleltrockner entfeuchtet und schließlich durch einen gesinterten Nickelrohrfilter entstaubt, um trockenen Wasserstoff zu erhalten. (Je nach den Anforderungen des Benutzers an das Wasserstoffprodukt kann dem System eine Reinigungsvorrichtung hinzugefügt werden. Die Reinigung erfolgt mittels katalytischer Palladium-Platin-Bimetall-Desoxidation.)
Der von der Wasserstofferzeugungsanlage durch Wasserelektrolyse erzeugte Wasserstoff wird über den Puffertank an die Wasserstoffreinigungsanlage weitergeleitet.
Der Wasserstoff durchläuft zunächst den Sauerstoffentzugsturm. Unter der Einwirkung des Katalysators reagiert der im Wasserstoff enthaltene Sauerstoff mit dem Wasserstoff und es entsteht Wasser.
Reaktionsformel: 2H2+O2 2H2O.
Anschließend passiert der Wasserstoff den Wasserstoffkondensator (der das Gas kühlt, um den Wasserdampf im Gas zu kondensieren und Wasser zu erzeugen, und das kondensierte Wasser wird automatisch durch den Flüssigkeitssammler aus dem System abgeleitet) und gelangt in den Adsorptionsturm.
Veröffentlichungszeit: 14. Mai 2024
