Der ElektrolytWasserstoffDie Produktionseinheit umfasst einen kompletten Satz WasserelektrolyseWasserstoffProduktionsausrüstung, wobei die Hauptausrüstung Folgendes umfasst:
1. Elektrolysezelle
2. Vorrichtung zur Gas-Flüssigkeits-Trennung
3. Trocknungs- und Reinigungssystem
4. Der elektrische Teil umfasst: Transformator, Gleichrichterschrank, SPS-Schaltschrank, Instrumentenschrank, Verteilerschrank, oberer Computer usw
5. Das Hilfssystem umfasst hauptsächlich: Alkalilösungstank, Rohmaterialwassertank, Zusatzwasserpumpe, Stickstoffflasche/Sammelschiene usw. 6. Das gesamte Hilfssystem der Ausrüstung umfasst: Reinwassermaschine, Kühlturm, Kühler, Luftkompressor usw
Wasserstoff- und Sauerstoffkühler, und das Wasser wird von einer Tropffalle gesammelt, bevor es unter der Kontrolle des Steuersystems weitergeleitet wird; Der Elektrolyt fließt durchWasserstoffund Sauerstoff-Alkali-Filter bzw. Wasserstoff- und Sauerstoff-Alkali-Kühler unter der Wirkung der Umwälzpumpe und kehrt dann zur weiteren Elektrolyse in die Elektrolysezelle zurück.
Der Druck des Systems wird durch das Druckregelsystem und das Differenzdruckregelsystem reguliert, um den Anforderungen nachgelagerter Prozesse und Lagerung gerecht zu werden.
Der durch Wasserelektrolyse erzeugte Wasserstoff hat die Vorteile einer hohen Reinheit und geringer Verunreinigungen. Normalerweise handelt es sich bei den Verunreinigungen im durch Wasserelektrolyse erzeugten Wasserstoffgas nur um Sauerstoff und Wasser, ohne weitere Bestandteile (wodurch eine Vergiftung bestimmter Katalysatoren vermieden werden kann). Dies erleichtert die Herstellung von hochreinem Wasserstoffgas und das gereinigte Gas kann die Standards von Industriegasen in Elektronikqualität erfüllen.
Der von der Wasserstoffproduktionseinheit erzeugte Wasserstoff durchläuft einen Puffertank, um den Arbeitsdruck des Systems zu stabilisieren und freies Wasser weiter aus dem Wasserstoff zu entfernen.
Nach dem Eintritt in das Wasserstoffreinigungsgerät wird der durch Wasserelektrolyse erzeugte Wasserstoff weiter gereinigt, wobei die Prinzipien der katalytischen Reaktion und der Molekularsiebadsorption genutzt werden, um Sauerstoff, Wasser und andere Verunreinigungen aus dem Wasserstoff zu entfernen.
Die Ausrüstung kann ein automatisches Anpassungssystem für die Wasserstoffproduktion entsprechend der tatsächlichen Situation einrichten. Änderungen der Gasbeladung führen zu Schwankungen im Druck des Wasserstoffspeichertanks. Der am Lagertank installierte Drucktransmitter gibt ein 4-20-mA-Signal an die SPS zum Vergleich mit dem ursprünglich eingestellten Wert aus und gibt nach Rücktransformation und PID-Berechnung ein 20-4-mA-Signal an den Gleichrichterschrank aus, um die Größe des zu justieren Elektrolysestrom, wodurch der Zweck einer automatischen Anpassung der Wasserstoffproduktion entsprechend Änderungen der Wasserstofflast erreicht wird.
Die einzige Reaktion im Prozess der Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse ist Wasser (H2O), dem kontinuierlich Rohwasser über eine Wassernachspeisepumpe zugeführt werden muss. Die Nachfüllposition befindet sich am Wasserstoff- oder Sauerstoffabscheider. Darüber hinaus müssen Wasserstoff und Sauerstoff beim Verlassen des Systems eine kleine Menge Wasser mitnehmen. Geräte mit geringem Wasserverbrauch können 1L/Nm³ H2 verbrauchen, während größere Geräte ihn auf 0,9L/Nm³ H2 reduzieren können. Das System füllt kontinuierlich Rohwasser auf, wodurch die Stabilität des alkalischen Flüssigkeitsstands und der Konzentration aufrechterhalten werden kann. Es kann auch das reagierte Wasser rechtzeitig auffüllen, um die Konzentration der alkalischen Lösung aufrechtzuerhalten.
- Transformator-Gleichrichtersystem
Dieses System besteht im Wesentlichen aus zwei Geräten, einem Transformator und einem Gleichrichterschrank. Seine Hauptfunktion besteht darin, den vom Front-End-Besitzer bereitgestellten 10/35-kV-Wechselstrom in den von der Elektrolysezelle benötigten Gleichstrom umzuwandeln und die Elektrolysezelle mit Gleichstrom zu versorgen. Ein Teil der zugeführten Energie wird dazu verwendet, Wassermoleküle direkt in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen, der andere Teil erzeugt Wärme, die vom Alkalikühler durch Kühlwasser abgeführt wird.
Die meisten Transformatoren sind Öltransformatoren. Bei der Platzierung im Innenbereich oder in einem Container können Trockentransformatoren verwendet werden. Bei den Transformatoren, die für Geräte zur Herstellung von elektrolytischem Wasser und Wasserstoff verwendet werden, handelt es sich um spezielle Transformatoren, die entsprechend den Daten jeder Elektrolysezelle angepasst werden müssen, es handelt sich also um kundenspezifische Geräte.
Der derzeit am häufigsten verwendete Gleichrichterschrank ist der Thyristortyp, der aufgrund seiner langen Nutzungsdauer, hohen Stabilität und seines niedrigen Preises von Geräteherstellern unterstützt wird. Aufgrund der Notwendigkeit, Großgeräte an erneuerbare Front-End-Energie anzupassen, ist der Umwandlungswirkungsgrad von Thyristor-Gleichrichterschränken jedoch relativ gering. Derzeit streben verschiedene Hersteller von Gleichrichterschränken die Einführung neuer IGBT-Gleichrichterschränke an. IGBT ist in anderen Branchen wie der Windkraft bereits weit verbreitet, und es wird davon ausgegangen, dass IGBT-Gleichrichterschränke in Zukunft eine bedeutende Entwicklung erfahren werden.
- Verteilerschranksystem
Der Verteilerschrank wird hauptsächlich zur Stromversorgung verschiedener Komponenten mit Motoren im Wasserstoff-Sauerstoff-Trenn- und -Reinigungssystem hinter den Geräten zur Herstellung von elektrolytischem Wasser und Wasserstoff verwendet, einschließlich 400-V- oder allgemein als 380-V-Geräte bezeichnet. Die Ausrüstung umfasst die Alkali-Umwälzpumpe im Wasserstoff-Sauerstoff-Trennrahmen und die Zusatzwasserpumpe im Hilfssystem; Die Stromversorgung für die Heizdrähte im Trocknungs- und Reinigungssystem sowie die für das gesamte System erforderlichen Hilfssysteme wie Reinwassermaschinen, Kältemaschinen, Luftkompressoren, Kühltürme und Back-End-Wasserstoffkompressoren, Hydrierungsmaschinen usw ., umfasst auch die Stromversorgung für die Beleuchtung, Überwachung und andere Systeme der gesamten Station.
- Control-System
Das Steuerungssystem implementiert eine automatische SPS-Steuerung. Die SPS verwendet im Allgemeinen Siemens 1200 oder 1500 und ist mit einem Touchscreen für die Mensch-Maschine-Interaktionsschnittstelle ausgestattet. Die Bedienung und Parameteranzeige jedes einzelnen Systems der Anlage sowie die Anzeige der Steuerlogik erfolgt über den Touchscreen.
5. Zirkulationssystem für alkalische Lösungen
Dieses System umfasst im Wesentlichen die folgende Hauptausrüstung:
Wasserstoff-Sauerstoff-Abscheider – Umwälzpumpe für alkalische Lösung – Ventil – Filter für alkalische Lösung – Elektrolysezelle
Der Hauptprozess ist wie folgt: Die im Wasserstoff-Sauerstoff-Abscheider mit Wasserstoff und Sauerstoff vermischte alkalische Lösung wird durch den Gas-Flüssigkeits-Abscheider getrennt und zur Umwälzpumpe für alkalische Lösung zurückgeführt. Der Wasserstoffabscheider und der Sauerstoffabscheider sind hier verbunden, und die Umwälzpumpe für alkalische Lösung zirkuliert die zurückfließende alkalische Lösung zum Ventil und zum Filter für alkalische Lösung am hinteren Ende. Nachdem der Filter große Verunreinigungen herausgefiltert hat, wird die alkalische Lösung in das Innere der Elektrolysezelle zirkuliert.
6.Wasserstoffsystem
Wasserstoffgas wird von der Seite der Kathodenelektrode erzeugt und erreicht den Separator zusammen mit dem alkalischen Lösungsumlaufsystem. Im Inneren des Separators ist Wasserstoffgas relativ leicht und wird auf natürliche Weise von der alkalischen Lösung getrennt und gelangt in den oberen Teil des Separators. Anschließend durchläuft es Rohrleitungen zur weiteren Trennung, wird mit Kühlwasser gekühlt und von einem Tropfenfänger aufgefangen, um eine Reinheit von etwa 99 % zu erreichen, bevor es das hintere Trocknungs- und Reinigungssystem erreicht.
Evakuierung: Die Evakuierung von Wasserstoffgas wird hauptsächlich während der Start- und Abschaltperioden, bei abnormalen Vorgängen oder wenn die Reinheit nicht den Standards entspricht, sowie zur Fehlerbehebung eingesetzt.
7. Sauerstoffsystem
Der Weg von Sauerstoff ähnelt dem von Wasserstoff, mit der Ausnahme, dass er in unterschiedlichen Abscheidern durchgeführt wird.
Entleerung: Derzeit nutzen die meisten Projekte die Methode der Sauerstoffentleerung.
Nutzung: Der Nutzungswert von Sauerstoff ist nur bei speziellen Projekten von Bedeutung, etwa bei Anwendungen, die sowohl Wasserstoff als auch hochreinen Sauerstoff nutzen können, etwa bei Glasfaserherstellern. Es gibt auch einige große Projekte, die Platz für die Nutzung von Sauerstoff reserviert haben. Die Backend-Anwendungsszenarien umfassen die Herstellung von flüssigem Sauerstoff nach Trocknung und Reinigung oder für medizinischen Sauerstoff durch Dispergiersysteme. Die Genauigkeit dieser Nutzungsszenarien bedarf jedoch noch weiterer Bestätigung.
8. Kühlwassersystem
Der Elektrolyseprozess von Wasser ist eine endotherme Reaktion und der Wasserstoffproduktionsprozess muss mit elektrischer Energie versorgt werden. Allerdings übersteigt die bei der Wasserelektrolyse verbrauchte elektrische Energie die theoretische Wärmeaufnahme der Wasserelektrolysereaktion. Mit anderen Worten: Ein Teil des in der Elektrolysezelle verbrauchten Stroms wird in Wärme umgewandelt, die zu Beginn hauptsächlich zum Erhitzen des Lauge-Zirkulationssystems verwendet wird, wodurch die Temperatur der Lauge auf den erforderlichen Temperaturbereich von 90 ± 5 erhöht wird ℃ für die Ausrüstung. Wenn die Elektrolysezelle nach Erreichen der Nenntemperatur weiterbetrieben wird, muss die erzeugte Wärme durch Kühlwasser abgeführt werden, um die normale Temperatur der Elektrolyse-Reaktionszone aufrechtzuerhalten. Die hohe Temperatur in der Elektrolyse-Reaktionszone kann den Energieverbrauch senken, aber wenn die Temperatur zu hoch ist, wird die Membran der Elektrolysekammer beschädigt, was sich auch negativ auf den langfristigen Betrieb der Anlage auswirkt.
Die optimale Betriebstemperatur für dieses Gerät darf nicht mehr als 95 °C betragen. Darüber hinaus müssen auch der erzeugte Wasserstoff und Sauerstoff gekühlt und entfeuchtet werden, und das wassergekühlte Thyristor-Gleichrichtergerät ist auch mit den notwendigen Kühlleitungen ausgestattet.
Auch der Pumpenkörper großer Geräte erfordert die Beteiligung von Kühlwasser.
- Stickstofffüll- und Stickstoffspülsystem
Vor dem Debuggen und Betreiben des Geräts sollte eine Stickstoffdichtheitsprüfung des Systems durchgeführt werden. Vor dem normalen Start muss außerdem die Gasphase des Systems mit Stickstoff gespült werden, um sicherzustellen, dass das Gas im Gasphasenraum auf beiden Seiten von Wasserstoff und Sauerstoff weit vom brennbaren und explosionsgefährdeten Bereich entfernt ist.
Nach dem Abschalten der Anlage hält das Steuersystem automatisch den Druck aufrecht und hält eine bestimmte Menge Wasserstoff und Sauerstoff im System zurück. Wenn der Druck während des Startvorgangs noch vorhanden ist, ist keine Spülaktion erforderlich. Wenn der Druck jedoch vollständig entlastet ist, muss erneut eine Stickstoffspülung durchgeführt werden.
- Wasserstoff-Trocknungs-(Reinigungs-)System (optional)
Das durch Wasserelektrolyse hergestellte Wasserstoffgas wird durch einen parallelen Trockner entfeuchtet und schließlich durch einen gesinterten Nickelrohrfilter gereinigt, um trockenes Wasserstoffgas zu erhalten. Je nach den Anforderungen des Benutzers an Produktwasserstoff kann das System eine Reinigungsvorrichtung hinzufügen, die zur Reinigung die katalytische Desoxygenierung mit Palladium-Platin-Bimetall verwendet.
Der von der Wasserelektrolyse-Wasserstofferzeugungseinheit erzeugte Wasserstoff wird über einen Puffertank zur Wasserstoffreinigungseinheit geleitet.
Das Wasserstoffgas durchläuft zunächst einen Desoxygenierungsturm und unter der Wirkung eines Katalysators reagiert der Sauerstoff im Wasserstoffgas mit dem Wasserstoffgas zu Wasser.
Reaktionsformel: 2H2+O2 2H2O.
Anschließend durchläuft das Wasserstoffgas einen Wasserstoffkondensator (der das Gas abkühlt, um Wasserdampf zu Wasser zu kondensieren, das automatisch über einen Kollektor aus dem System abgeleitet wird) und gelangt in den Adsorptionsturm.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 03.12.2024
