L'unité de production d'hydrogène par électrolyse comprend un ensemble complet d'équipements de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau. L'équipement principal est :
1. Électrolyseur
2. Dispositif de séparation gaz-liquide
3. Système de séchage et de purification
4. La partie électrique comprend : un transformateur, une armoire de redressement, une armoire de commande de programme PLC, une armoire d'instruments, une armoire de distribution d'énergie, un ordinateur hôte, etc.
5. Le système auxiliaire comprend principalement : un réservoir d'alcali, un réservoir d'eau de matière première, une pompe d'alimentation en eau, une bouteille d'azote/barre omnibus, etc.
6. Le système auxiliaire global de l'équipement comprend : une machine à eau pure, un château d'eau de refroidissement, un refroidisseur, un compresseur d'air, etc.
Dans l'unité de production électrolytique d'hydrogène, l'eau est décomposée en une partie d'hydrogène et 1/2 partie d'oxygène dans l'électrolyseur sous l'action du courant continu. L'hydrogène et l'oxygène générés sont envoyés vers le séparateur gaz-liquide avec l'électrolyte pour être séparés. L'hydrogène et l'oxygène sont refroidis par les refroidisseurs d'hydrogène et d'oxygène, et le collecteur de gouttes attrape et élimine l'eau, puis est envoyé sous le contrôle du système de contrôle ; l'électrolyte passe à travers l'hydrogène, le filtre alcalin à oxygène, l'hydrogène, le filtre alcalin à oxygène, etc. sous l'action de la pompe de circulation. refroidisseur de liquide puis retour à l'électrolyseur pour poursuivre l'électrolyse.
La pression du système est ajustée via le système de contrôle de pression et le système de contrôle de pression différentielle pour répondre aux exigences des processus et du stockage ultérieurs.
L'hydrogène produit par électrolyse de l'eau présente les avantages d'une grande pureté et de peu d'impuretés. Habituellement, les impuretés de l'hydrogène produites par électrolyse de l'eau sont uniquement de l'oxygène et de l'eau, et aucun autre composant (ce qui peut éviter l'empoisonnement de certains catalyseurs), ce qui facilite la production d'hydrogène de haute pureté. , après purification, le gaz produit peut atteindre les indicateurs de gaz industriel de qualité électronique.
L'hydrogène produit par le dispositif de production d'hydrogène passe à travers un réservoir tampon pour stabiliser la pression de fonctionnement du système et éliminer davantage l'eau libre présente dans l'hydrogène.
Une fois que l'hydrogène entre dans le dispositif de purification de l'hydrogène, l'hydrogène produit par électrolyse de l'eau est davantage purifié et l'oxygène, l'eau et d'autres impuretés présentes dans l'hydrogène sont éliminés en utilisant les principes de réaction catalytique et d'adsorption sur tamis moléculaire.
L'équipement peut mettre en place un système d'ajustement automatique de la production d'hydrogène en fonction de la situation réelle. Les changements dans la charge de gaz entraîneront des fluctuations de la pression du réservoir de stockage d'hydrogène. Le transmetteur de pression installé sur le réservoir de stockage émettra un signal 4-20 mA et l'enverra au PLC. Après avoir comparé la valeur définie d'origine et effectué une transformation inverse et un calcul PID, un signal 20 ~ 4 mA est émis et envoyé à l'armoire du redresseur pour ajuster la taille du courant d'électrolyse, atteignant ainsi l'objectif d'ajustement automatique de la production d'hydrogène en fonction des changements dans la charge d'hydrogène.
L’équipement de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau alcaline comprend principalement les systèmes suivants :
(1) Système d'eau de matière première
La seule chose qui réagit dans le processus de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau est l’eau (H2O), qui doit être continuellement réapprovisionnée en eau brute via une pompe de réapprovisionnement en eau. La position de réapprovisionnement en eau se trouve sur le séparateur d'hydrogène ou d'oxygène. De plus, une petite quantité d’hydrogène et d’oxygène doit être évacuée à la sortie du système. d'humidité. La consommation d'eau des petits équipements est de 1L/Nm³H2, et celle des gros équipements peut être réduite à 0,9L/Nm³H2. Le système réapprovisionne continuellement en eau brute. Grâce au réapprovisionnement en eau, la stabilité du niveau de liquide alcalin et de la concentration en alcali peut être maintenue, et la solution réactionnelle peut être reconstituée à temps. d'eau pour maintenir la concentration de la lessive.
2) Système de redresseur de transformateur
Ce système se compose principalement de deux appareils : un transformateur et une armoire de redressement. Sa fonction principale est de convertir l'alimentation CA 10/35KV fournie par le propriétaire frontal en puissance CC requise par l'électrolyseur et de fournir une alimentation CC à l'électrolyseur. Une partie de l’énergie fournie est utilisée pour décomposer directement l’eau. Les molécules sont l'hydrogène et l'oxygène, et l'autre partie génère de la chaleur, qui est évacuée par le refroidisseur de lessive via l'eau de refroidissement.
La plupart des transformateurs sont à huile. S'ils sont placés à l'intérieur ou à l'intérieur d'un conteneur, des transformateurs de type sec peuvent être utilisés. Les transformateurs utilisés dans les équipements de production électrolytique d'eau et d'hydrogène sont des transformateurs spéciaux et doivent être adaptés en fonction des données de chaque électrolyseur, ce sont donc des équipements personnalisés.
(3) système d'armoire de distribution d'énergie
L'armoire de distribution d'énergie est principalement utilisée pour fournir un équipement 400 V ou communément appelé 380 V à divers composants équipés de moteurs dans les systèmes de séparation et de purification de l'hydrogène et de l'oxygène derrière l'équipement de production d'hydrogène à eau électrolytique. L'équipement comprend la circulation des alcalis dans le cadre de séparation de l'hydrogène et de l'oxygène. Pompes, pompes de réapprovisionnement en eau dans les systèmes auxiliaires ; les fils chauffants dans les systèmes de séchage et de purification, ainsi que les systèmes auxiliaires requis par l'ensemble du système, tels que les machines à eau pure, les refroidisseurs, les compresseurs d'air, les tours de refroidissement et les compresseurs d'hydrogène, les machines d'hydrogénation et autres équipements. L'alimentation électrique comprend également l'alimentation électrique pour éclairage, surveillance et autres systèmes de l'ensemble de la station.
(4) système de contrôle
Le système de contrôle met en œuvre un contrôle automatique PLC. L'automate utilise généralement Siemens 1200 ou 1500. Il est équipé d'un écran tactile d'interface d'interaction homme-machine, et le fonctionnement et l'affichage des paramètres de chaque système de l'équipement ainsi que l'affichage de la logique de contrôle sont réalisés sur l'écran tactile.
5) Système de circulation alcaline
Ce système comprend principalement les équipements principaux suivants :
Séparateur d'hydrogène et d'oxygène - pompe de circulation alcaline - vanne - filtre alcalin - électrolyseur
Le processus principal est le suivant : le liquide alcalin mélangé à l'hydrogène et à l'oxygène dans le séparateur d'hydrogène et d'oxygène est séparé par le séparateur gaz-liquide puis retourne à la pompe de circulation du liquide alcalin. Ici, le séparateur d'hydrogène et le séparateur d'oxygène sont connectés, et la pompe de circulation du liquide alcalin fera refluer. Le liquide alcalin circule vers la vanne et le filtre à liquide alcalin à l'arrière. Une fois que le filtre a filtré les grosses impuretés, le liquide alcalin circule vers l'intérieur de l'électrolyseur.
(6) Système hydrogène
L'hydrogène est généré du côté de l'électrode cathodique et atteint le séparateur avec le système de circulation du liquide alcalin. Dans le séparateur, parce que l'hydrogène lui-même est relativement léger, il se séparera naturellement du liquide alcalin et atteindra la partie supérieure du séparateur, puis passera à travers le pipeline pour une séparation et un refroidissement supplémentaires. Après refroidissement par eau, le collecteur de gouttes récupère les gouttes et atteint une pureté d'environ 99 %, qui atteint le système de séchage et de purification en aval.
Évacuation : L'évacuation de l'hydrogène est principalement utilisée pour l'évacuation lors du démarrage et de l'arrêt, d'un fonctionnement anormal ou d'une défaillance de pureté et pour l'évacuation des défauts.
(7) Système d'oxygène
Le cheminement de l’oxygène est similaire à celui de l’hydrogène, mais dans un séparateur différent.
Évacuation : À l'heure actuelle, la plupart des projets d'oxygène sont traités par évacuation.
Utilisation : la valeur d'utilisation de l'oxygène n'a de sens que dans des projets spéciaux, tels que certains scénarios d'application pouvant utiliser à la fois de l'hydrogène et de l'oxygène de haute pureté, tels que les fabricants de fibres optiques. Il existe également de grands projets qui réservent un espace pour l’utilisation de l’oxygène. Les scénarios d’application back-end sont la production d’oxygène liquide après séchage et purification, ou l’utilisation d’oxygène médical via un système de dispersion. Cependant, le raffinement de ces scénarios d’utilisation reste à déterminer. Confirmation supplémentaire.
(8) système d'eau de refroidissement
Le processus d'électrolyse de l'eau est une réaction endothermique. Le processus de production d’hydrogène doit être alimenté en énergie électrique. Cependant, l’énergie électrique consommée par le processus d’électrolyse de l’eau dépasse l’absorption thermique théorique de la réaction d’électrolyse de l’eau. C’est-à-dire qu’une partie de l’électricité utilisée par l’électrolyseur est transformée en chaleur. Cette partie La chaleur est principalement utilisée pour chauffer le système de circulation d'alcali au début, de sorte que la température de la solution alcaline atteigne la plage de température de 90 ± 5 °C requise par l'équipement. Si l'électrolyseur continue de fonctionner après avoir atteint la température nominale, la chaleur générée doit être utilisée. De l'eau de refroidissement est évacuée pour maintenir la température normale de la zone de réaction d'électrolyse. La température élevée dans la zone de réaction d'électrolyse peut réduire la consommation d'énergie, mais si la température est trop élevée, la membrane de la chambre d'électrolyse sera détruite, ce qui nuira également au fonctionnement à long terme de l'équipement.
Cet appareil nécessite que la température de fonctionnement soit maintenue à 95°C maximum. De plus, l'hydrogène et l'oxygène générés doivent également être refroidis et déshumidifiés, et le dispositif redresseur contrôlé par silicium refroidi à l'eau est également équipé des canalisations de refroidissement nécessaires.
Le corps de pompe des gros équipements nécessite également la participation d’eau de refroidissement.
(9) Système de remplissage d'azote et de purge d'azote
Avant de déboguer et de faire fonctionner l'appareil, le système doit être rempli d'azote pour le test d'étanchéité à l'air. Avant le démarrage normal, la phase gazeuse du système doit également être purgée avec de l'azote pour garantir que le gaz dans l'espace de phase gazeuse des deux côtés de l'hydrogène et de l'oxygène est éloigné de la plage inflammable et explosive.
Une fois l'équipement arrêté, le système de contrôle maintiendra automatiquement la pression et retiendra une certaine quantité d'hydrogène et d'oxygène à l'intérieur du système. Si la pression est toujours présente à la mise sous tension de l’équipement, il n’est pas nécessaire d’effectuer une purge. Cependant, si toute la pression est supprimée, il faudra à nouveau purger. Action de purge à l’azote.
(10) Système de séchage (purification) d'hydrogène (en option)
L'hydrogène produit par électrolyse de l'eau est déshumidifié par un séchoir parallèle, puis dépoussiéré par un filtre à tube de nickel fritté pour obtenir de l'hydrogène sec. (Selon les exigences de l'utilisateur en matière d'hydrogène produit, le système peut ajouter un dispositif de purification et la purification utilise la désoxydation catalytique bimétallique palladium-platine).
L'hydrogène produit par le dispositif de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau est envoyé au dispositif de purification d'hydrogène via le réservoir tampon.
L'hydrogène passe d'abord par la tour de désoxygénation. Sous l’action du catalyseur, l’oxygène contenu dans l’hydrogène réagit avec l’hydrogène pour générer de l’eau.
Formule de réaction : 2H2+O2 2H2O.
Ensuite, l'hydrogène passe à travers le condenseur d'hydrogène (qui refroidit le gaz pour condenser la vapeur d'eau dans le gaz afin de générer de l'eau, et l'eau condensée est automatiquement évacuée du système par le collecteur de liquide) et entre dans la tour d'adsorption.
Heure de publication : 14 mai 2024
