יחידת ייצור המימן האלקטרוליזה כוללת סט שלם של ציוד לייצור מימן אלקטרוליזה במים. הציוד העיקרי הוא:
1. אלקטרוליזר
2. מכשיר להפרדת גז-נוזל
3. מערכת ייבוש וטיהור
4. החלק החשמלי כולל: שנאי, ארון מיישר, ארון בקרת תוכניות PLC, ארון מכשירים, ארון חלוקת חשמל, מחשב מארח וכו'.
5. מערכת העזר כוללת בעיקר: מיכל אלקלי, מיכל מים לחומרי גלם, משאבת אספקת מים, בקבוק חנקן/פס חיבור וכו'.
6. מערכת העזר הכוללת של הציוד כוללת: מכונת מים טהורים, מגדל מי קירור, צ'ילר, מדחס אוויר וכו'.
ביחידת ייצור המימן האלקטרוליטי, המים מפורקים לחלק אחד של מימן ו-1/2 חלק של חמצן באלקטרוליזר תחת פעולת זרם ישר. המימן והחמצן שנוצרים נשלחים יחד עם האלקטרוליט למפריד גז-נוזל להפרדה. המימן והחמצן מקוררים על ידי מקררי המימן והחמצן, ולוכד הטיפות לוכד ומסיר מים, ולאחר מכן נשלחים החוצה תחת בקרת מערכת הבקרה; האלקטרוליט עובר דרך מימן, מסנן חמצן אלקלי, מסנן חמצן אלקלי וכו' תחת פעולת משאבת הסירקולציה, ולאחר מכן חוזר לאלקטרוליזר להמשך האלקטרוליזה.
לחץ המערכת מותאם באמצעות מערכת בקרת הלחץ ומערכת בקרת הלחץ ההפרשי כדי לעמוד בדרישות התהליכים והאחסון הבאים.
למימן המופק על ידי אלקטרוליזה במים יש יתרונות של טוהר גבוה ומעט זיהומים. בדרך כלל, הזיהומים במימן המופק על ידי אלקטרוליזה במים הם רק חמצן ומים, וללא רכיבים אחרים (מה שיכול למנוע הרעלת חלק מהזרזים), מה שמאפשר נוחות לייצור מימן בטוהר גבוה. לאחר הטיהור, הגז המופק יכול להגיע למדדים של גז תעשייתי בדרגה אלקטרונית.
המימן המיוצר על ידי מתקן ייצור המימן עובר דרך מיכל חיץ כדי לייצב את לחץ העבודה של המערכת ולהסיר עוד יותר מים חופשיים במימן.
לאחר שהמימן נכנס למכשיר טיהור המימן, המימן המיוצר על ידי אלקטרוליזה של מים עובר טיהור נוסף, וחמצן, מים וזיהומים אחרים במימן מוסרים באמצעות עקרונות של תגובה קטליטית וספיחת מסננת מולקולרית.
הציוד יכול להגדיר מערכת כוונון אוטומטית לייצור מימן בהתאם למצב בפועל. שינויים בעומס הגז יגרמו לתנודות בלחץ של מיכל אחסון המימן. משדר הלחץ המותקן על מיכל האחסון יפלוט אות של 4-20mA וישלח אותו ל-PLC. לאחר השוואת הערך המקורי שנקבע וביצוע טרנספורמציה הפוכה וחישוב PID, יוצא אות של 20~4mA ונשלח לארון המיישר כדי לכוונן את גודל זרם האלקטרוליזה, ובכך להשיג את מטרת ההתאמה האוטומטית של ייצור המימן בהתאם לשינויים בעומס המימן.
ציוד לייצור מימן באמצעות אלקטרוליזה של מים אלקליים כולל בעיקר את המערכות הבאות:
(1) מערכת מים מחומרי גלם
הדבר היחיד שמגיב בתהליך ייצור המימן באלקטרוליזה של מים הוא מים (H2O), שיש למלא אותם באופן רציף במים גולמיים באמצעות משאבת מילוי מים. מיקום מילוי המים נמצא על מפריד המימן או החמצן. בנוסף, יש להוציא כמות קטנה של מימן וחמצן עם היציאה מהמערכת. צריכת המים של ציוד קטן היא 1 ליטר/ניומטר³H2, ושל ציוד גדול ניתן להפחית אותה ל-0.9 ליטר/ניומטר³H2. המערכת מחדשת באופן רציף את המים הגולמיים. באמצעות מילוי מים, ניתן לשמור על יציבות רמת הנוזל הבסיסי וריכוז הבסיסי, וניתן לחדש את תמיסת התגובה בזמן.
2) מערכת מיישר שנאים
מערכת זו מורכבת בעיקר משני התקנים: שנאי וארון מיישר. תפקידם העיקרי הוא להמיר את הספק AC 10/35KV המסופק על ידי בעל הקצה הקדמי למתח DC הנדרש על ידי האלקטרוליזר, ולספק הספק DC לאלקטרוליזר. חלק מההספק המסופק משמש לפירוק ישיר של מים. המולקולות הן מימן וחמצן, והחלק השני מייצר חום, אשר נשאב על ידי מקרר הבסיס דרך מי קירור.
רוב השנאים הם מסוג שמן. אם הם ממוקמים בתוך מיכל או בתוך מיכל, ניתן להשתמש בשנאים מסוג יבש. השנאים המשמשים בציוד לייצור מימן אלקטרוליטי במים הם שנאים מיוחדים ויש להתאים אותם בהתאם לנתונים של כל אלקטרוליזר, ולכן הם ציוד מותאם אישית.
(3) מערכת ארונות חלוקת חשמל
ארון חלוקת החשמל משמש בעיקר לאספקת ציוד 400V או הידוע בכינויו 380V לרכיבים שונים עם מנועים במערכות הפרדה וטיהור מימן וחמצן שמאחורי ציוד ייצור מימן אלקטרוליטי. הציוד כולל את זרימת הבסיס במסגרת הפרדת המימן והחמצן. משאבות, משאבות למילוי מים במערכות עזר; חוטי חימום במערכות ייבוש וטיהור, ומערכות עזר הנדרשות על ידי המערכת כולה, כגון מכונות מים טהורים, צ'ילרים, מדחסות אוויר, מגדלי קירור, ומדחסות מימן אחוריות, מכונות הידרוגנציה וציוד אחר. אספקת החשמל כוללת גם אספקת חשמל לתאורה, ניטור ומערכות אחרות של התחנה כולה.
(4) מערכת בקרה
מערכת הבקרה מיישמת בקרה אוטומטית של PLC. ה-PLC משתמש בדרך כלל ב-Siemens 1200 או 1500. הוא מצויד במסך מגע של ממשק אינטראקציה בין אדם למחשב, ותצוגת הפעולה והפרמטרים של כל מערכת בציוד ותצוגת לוגיקת הבקרה מתבצעות על גבי מסך המגע.
5) מערכת זרימת אלקלית
מערכת זו כוללת בעיקר את הציוד העיקרי הבא:
מפריד מימן וחמצן - משאבת סירקולציה אלקלית - שסתום - מסנן אלקלי - אלקטרוליזר
התהליך העיקרי הוא: הנוזל האלקלי המעורבב עם מימן וחמצן במפריד המימן והחמצן מופרד על ידי מפריד גז-נוזל ואז זורם חזרה למשאבת סירקולציית הנוזל האלקלי. כאן מחוברים מפריד המימן ומפריד החמצן, ומשאבת סירקולציית הנוזל האלקלי תזרום בחזרה. הנוזל האלקלי זורם לשסתום ולמסנן הנוזל האלקלי בקצה האחורי. לאחר שהמסנן מסנן זיהומים גדולים, הנוזל האלקלי זורם לחלק הפנימי של האלקטרוליזר.
(6) מערכת מימן
מימן נוצר מצד האלקטרודה של הקתודה ומגיע למפריד יחד עם מערכת זרימת הנוזל הבסיסי. במפריד, מכיוון שהמימן עצמו קל יחסית, הוא ייפרד באופן טבעי מהנוזל הבסיסי ויגיע לחלקו העליון של המפריד, ולאחר מכן יעבור דרך הצינור להפרדה וקירור נוספים. לאחר קירור המים, לוכד הטיפות לוכד את הטיפות ומגיע לטוהר של כ-99%, אשר מגיע למערכת הייבוש והטיהור האחורית.
פינוי: פינוי המימן משמש בעיקר לפינוי במהלך הפעלה וכיבוי, פעולה חריגה או כשל טוהר, ופינוי תקלות.
(7) מערכת חמצן
המסלול של חמצן דומה לזה של מימן, אך במפריד שונה.
פינוי: נכון לעכשיו, רוב פרויקטי החמצן מטופלים באמצעות פינוי.
ניצול: ערך הניצול של חמצן משמעותי רק בפרויקטים מיוחדים, כגון תרחישי יישום מסוימים שיכולים להשתמש גם במימן וגם בחמצן בעל טוהר גבוה, כגון יצרני סיבים אופטיים. ישנם גם כמה פרויקטים גדולים ששמרו מקום לניצול חמצן. תרחישי היישום הבסיסיים הם ייצור חמצן נוזלי לאחר ייבוש וטיהור, או שימוש בחמצן רפואי באמצעות מערכת פיזור. עם זאת, טרם נקבע היקף העידון של תרחישי ניצול אלה. אישור נוסף.
(8) מערכת קירור מים
תהליך האלקטרוליזה של מים הוא תגובה אנדותרמית. תהליך ייצור המימן חייב להיות מסופק עם אנרגיה חשמלית. עם זאת, האנרגיה החשמלית הנצרכת בתהליך האלקטרוליזה של מים עולה על ספיגת החום התאורטית של תגובת האלקטרוליזה של מים. כלומר, חלק מהחשמל המשמש את האלקטרוליזר מומר לחום. חלק זה של החום משמש בעיקר לחימום מערכת זרימת הבסיס בהתחלה, כך שטמפרטורת התמיסה הבסיסית עולה לטווח הטמפרטורות של 90±5°C הנדרש על ידי הציוד. אם האלקטרוליזר ממשיך לפעול לאחר שהגיע לטמפרטורה המדורגת, יש להשתמש בחום שנוצר. מי קירור מובאים החוצה כדי לשמור על הטמפרטורה הרגילה של אזור תגובת האלקטרוליזה. הטמפרטורה הגבוהה באזור תגובת האלקטרוליזה יכולה להפחית את צריכת האנרגיה, אך אם הטמפרטורה גבוהה מדי, קרום תא האלקטרוליזה ייהרס, דבר שיפגע גם הוא בפעולה ארוכת הטווח של הציוד.
מכשיר זה דורש שטמפרטורת ההפעלה תישמר על לא יותר מ-95 מעלות צלזיוס. בנוסף, יש לקרר ולסלק את המימן והחמצן שנוצרים, והתקן מיישר הסיליקון המקורר במים מצויד גם בצינורות קירור נחוצים.
גוף המשאבה של ציוד גדול דורש גם השתתפות של מי קירור.
(9) מערכת מילוי חנקן וניקוי חנקן
לפני איתור שגיאות והפעלת המכשיר, יש למלא את המערכת בחנקן לצורך בדיקת אטימות אוויר. לפני הפעלה רגילה, יש גם לנקז את פאזת הגז של המערכת בחנקן כדי להבטיח שהגז בחלל פאזת הגז משני צידי המימן והחמצן יהיה הרחק מטווח הדליק והנפיץ.
לאחר כיבוי הציוד, מערכת הבקרה תשמור אוטומטית על לחץ ותשמור על כמות מסוימת של מימן וחמצן בתוך המערכת. אם הלחץ עדיין קיים בעת הפעלת הציוד, אין צורך לבצע ניקוי. עם זאת, אם כל הלחץ מוסר, יהיה צורך לנקז אותו שוב. פעולת ניקוי חנקן.
(10) מערכת ייבוש (טיהור) מימן (אופציונלי)
המימן המופק מאלקטרוליזה של מים עובר ייבוש לחות באמצעות מייבש מקביל, ולבסוף מנקה אבק באמצעות מסנן צינורות ניקל מסונטר לקבלת מימן יבש. (בהתאם לדרישות המשתמש עבור מימן המוצר, המערכת עשויה להוסיף התקן טיהור, והטיהור משתמש בדחמצון קטליטי דו-מתכתי פלדיום-פלטינה).
המימן המיוצר על ידי מכשיר ייצור המימן באלקטרוליזה של מים נשלח למכשיר טיהור המימן דרך מיכל החיץ.
המימן עובר תחילה דרך מגדל הסרת החמצון. תחת פעולת הזרז, החמצן במימן מגיב עם המימן ליצירת מים.
נוסחת תגובה: 2H2+O2 · 2H2O.
לאחר מכן, המימן עובר דרך מעבה המימן (אשר מקרר את הגז כדי לעבות את אדי המים בגז ליצירת מים, והמים המעובים משוחררים אוטומטית מהמערכת דרך אספן הנוזלים) ונכנסים למגדל הספיחה.
זמן פרסום: 14 במאי 2024
