L'électrolytiquehydrogènel'unité de production comprend un ensemble complet d'électrolyse de l'eauhydrogèneéquipement de production, dont les principaux équipements comprennent :
1. Cellule électrolytique
2. Dispositif de séparation gaz-liquide
3. Système de séchage et de purification
4. La partie électrique comprend : transformateur, armoire de redressement, armoire de commande PLC, armoire à instruments, armoire de distribution, ordinateur supérieur, etc.
5. Le système auxiliaire comprend principalement : un réservoir de solution alcaline, un réservoir d'eau de matière première, une pompe à eau d'appoint, un cylindre/jeu de barres d'azote, etc. 6. Le système auxiliaire global de l'équipement comprend : une machine à eau pure, une tour de refroidissement, un refroidisseur, compresseur d'air, etc.
des refroidisseurs d'hydrogène et d'oxygène, et l'eau est collectée par un piège à goutte avant d'être envoyée sous le contrôle du système de contrôle ; L'électrolyte traversehydrogèneet des filtres alcalins à oxygène, des refroidisseurs alcalins à hydrogène et à oxygène respectivement sous l'action de la pompe de circulation, puis retournent à la cellule électrolytique pour une électrolyse ultérieure.
La pression du système est régulée par le système de contrôle de pression et le système de contrôle de pression différentielle pour répondre aux exigences des processus et du stockage en aval.
L'hydrogène produit par électrolyse de l'eau présente les avantages d'une grande pureté et de faibles impuretés. Habituellement, les impuretés présentes dans l'hydrogène gazeux produit par l'électrolyse de l'eau sont uniquement de l'oxygène et de l'eau, sans aucun autre composant (ce qui peut éviter l'empoisonnement de certains catalyseurs). Cela facilite la production d'hydrogène gazeux de haute pureté, et le gaz purifié peut répondre aux normes des gaz industriels de qualité électronique.
L'hydrogène produit par l'unité de production d'hydrogène traverse un réservoir tampon pour stabiliser la pression de fonctionnement du système et éliminer davantage l'eau libre de l'hydrogène.
Après être entré dans le dispositif de purification de l'hydrogène, l'hydrogène produit par électrolyse de l'eau est davantage purifié, en utilisant les principes de la réaction catalytique et de l'adsorption par tamis moléculaire pour éliminer l'oxygène, l'eau et d'autres impuretés de l'hydrogène.
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 au PLC pour comparaison avec la valeur définie d'origine, et après transformation inverse et calcul PID, émettra un signal 20-4 mA 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 de charge en hydrogène.
La seule réaction dans le processus de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau est l’eau (H2O), qui doit être continuellement alimentée en eau brute via une pompe de réapprovisionnement en eau. La position de réapprovisionnement est située sur le séparateur d'hydrogène ou d'oxygène. De plus, l’hydrogène et l’oxygène doivent éliminer une petite quantité d’eau lorsqu’ils quittent le système. Les équipements à faible consommation d’eau peuvent consommer 1 L/Nm³ H2, tandis que les équipements plus grands peuvent la réduire à 0,9 L/Nm³ H2. Le système réapprovisionne en permanence l'eau brute, ce qui peut maintenir la stabilité du niveau et de la concentration du liquide alcalin. Il peut également reconstituer l'eau ayant réagi en temps opportun pour maintenir la concentration de la solution alcaline.
- Système de redresseur de transformateur
Ce système se compose principalement de deux appareils, un transformateur et une armoire redresseur. Sa fonction principale est de convertir la puissance CA 10/35KV fournie par le propriétaire frontal en puissance CC requise par la cellule électrolytique et de fournir une puissance CC à la cellule électrolytique. Une partie de l'énergie fournie est utilisée pour décomposer directement les molécules d'eau en hydrogène et oxygène, et l'autre partie génère de la chaleur, qui est évacuée par le refroidisseur alcalin à travers 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 pour les équipements de production électrolytique d'eau et d'hydrogène sont des transformateurs spéciaux qui doivent être adaptés en fonction des données de chaque cellule électrolytique, ce sont donc des équipements personnalisés.
Actuellement, l'armoire de redressement la plus couramment utilisée est le type à thyristors, pris en charge par les fabricants d'équipements en raison de sa longue durée d'utilisation, de sa grande stabilité et de son prix bas. Cependant, en raison de la nécessité d'adapter les équipements à grande échelle aux énergies renouvelables frontales, le rendement de conversion des armoires de redressement à thyristors est relativement faible. Actuellement, divers fabricants d’armoires de redressement s’efforcent d’adopter de nouvelles armoires de redressement IGBT. L'IGBT est déjà très courant dans d'autres secteurs tels que l'énergie éolienne, et on pense que les armoires de redressement IGBT connaîtront un développement significatif à l'avenir.
- Système d'armoire de distribution
L'armoire de distribution est principalement utilisée pour alimenter divers composants équipés de moteurs dans le système de séparation et de purification de l'oxygène et de l'hydrogène derrière l'équipement de production d'hydrogène par eau électrolytique, y compris les équipements 400 V ou communément appelés équipements 380 V. L'équipement comprend la pompe de circulation d'alcali dans le cadre de séparation de l'hydrogène et de l'oxygène et la pompe à eau d'appoint dans le système auxiliaire ; L'alimentation électrique des fils chauffants du système de séchage et de purification, ainsi que les systèmes auxiliaires nécessaires à 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 back-end, les machines d'hydrogénation, etc. ., comprend également l'alimentation électrique de l'éclairage, de la surveillance et d'autres systèmes de l'ensemble de la station.
- Centrosystème
Le système de contrôle met en œuvre un contrôle automatique PLC. L'automate adopte généralement Siemens 1200 ou 1500 et est équipé d'un écran tactile d'interface d'interaction homme-machine. 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 de solution alcaline
Ce système comprend principalement les équipements principaux suivants :
Séparateur hydrogène oxygène – Pompe de circulation de solution alcaline – Vanne – Filtre de solution alcaline – Cellule électrolytique
Le processus principal est le suivant : la solution alcaline mélangée à de l'hydrogène et de l'oxygène dans le séparateur hydrogène-oxygène est séparée par le séparateur gaz-liquide et refluée vers la pompe de circulation de solution alcaline. Le séparateur d'hydrogène et le séparateur d'oxygène sont connectés ici, et la pompe de circulation de solution alcaline fait circuler la solution alcaline refluée vers la vanne et le filtre de solution alcaline à l'arrière. Une fois que le filtre a filtré les grosses impuretés, la solution alcaline circule vers l’intérieur de la cellule électrolytique.
6. Système hydrogène
L'hydrogène gazeux est généré du côté de l'électrode cathodique et atteint le séparateur avec le système de circulation de solution alcaline. À l’intérieur du séparateur, l’hydrogène gazeux est relativement léger et se sépare naturellement de la solution alcaline, atteignant la partie supérieure du séparateur. Ensuite, il passe dans des pipelines pour une séparation ultérieure, refroidi par de l'eau de refroidissement et collecté par un collecteur d'égouttement pour atteindre une pureté d'environ 99 % avant d'atteindre le système de séchage et de purification en aval.
Évacuation : L'évacuation de l'hydrogène gazeux est principalement utilisée lors des périodes de démarrage et d'arrêt, des opérations anormales ou lorsque la pureté n'est pas conforme aux normes, ainsi que pour le dépannage.
7. Système d'oxygène
Le parcours de l’oxygène est similaire à celui de l’hydrogène, sauf qu’il s’effectue dans des séparateurs différents.
Vidange : Actuellement, la plupart des projets utilisent la méthode de vidange de l'oxygène.
Utilisation : La valeur d'utilisation de l'oxygène n'a de sens que dans des projets spéciaux, tels que les applications qui peuvent utiliser à la fois de l'hydrogène et de l'oxygène de haute pureté, comme 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 concernent la production d’oxygène liquide après séchage et purification, ou l’oxygène médical via des systèmes de dispersion. Cependant, la précision de ces scénarios d’utilisation doit encore être confirmée.
8. Système d'eau de refroidissement
Le processus d’électrolyse de l’eau est une réaction endothermique et le processus de production d’hydrogène doit être alimenté en énergie électrique. Cependant, l’énergie électrique consommée dans le processus d’électrolyse de l’eau dépasse l’absorption thermique théorique de la réaction d’électrolyse de l’eau. En d'autres termes, une partie de l'électricité utilisée dans la cellule d'électrolyse est convertie en chaleur, qui est principalement utilisée pour chauffer le système de circulation de la solution alcaline au début, élevant ainsi la température de la solution alcaline jusqu'à la plage de température requise de 90 ± 5. ℃ pour l'équipement. Si la cellule d'électrolyse continue de fonctionner après avoir atteint la température nominale, la chaleur générée doit être évacuée par de l'eau de refroidissement 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, le diaphragme de la chambre d'électrolyse sera endommagé, ce qui nuira également au fonctionnement à long terme de l'équipement.
La température de fonctionnement optimale de cet appareil ne doit pas être maintenue à plus de 95 ℃. De plus, l'hydrogène et l'oxygène générés doivent également être refroidis et déshumidifiés, et le dispositif redresseur à thyristors 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.
- Système de remplissage et de purge d'azote
Avant de déboguer et d'utiliser l'appareil, un test d'étanchéité à l'azote doit être effectué sur le système. Avant le démarrage normal, il est également nécessaire de purger la phase gazeuse du système 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 loin 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 lors du démarrage, il n'est pas nécessaire d'effectuer une action de purge. Cependant, si la pression est complètement relâchée, une action de purge à l'azote doit être effectuée à nouveau.
- Système de séchage (purification) à l'hydrogène (en option)
L'hydrogène gazeux préparé par électrolyse de l'eau est déshumidifié par un séchoir parallèle et finalement purifié par un filtre à tube de nickel fritté pour obtenir de l'hydrogène gazeux sec. Selon les exigences de l'utilisateur en matière d'hydrogène produit, le système peut ajouter un dispositif de purification, qui utilise une désoxygénation catalytique bimétallique palladium platine pour la purification.
L'hydrogène produit par l'unité de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau est envoyé vers l'unité de purification d'hydrogène à travers un réservoir tampon.
L'hydrogène gazeux passe d'abord à travers une tour de désoxygénation et, sous l'action d'un catalyseur, l'oxygène contenu dans l'hydrogène gazeux réagit avec l'hydrogène gazeux pour produire de l'eau.
Formule de réaction : 2H2+O2 2H2O.
Ensuite, l'hydrogène gazeux passe à travers un condenseur d'hydrogène (qui refroidit le gaz pour condenser la vapeur d'eau en eau, qui est automatiquement évacuée à l'extérieur du système via un collecteur) et entre dans la tour d'adsorption.
Heure de publication : 03 décembre 2024
