הסבר מפורט על מערכת מים אלקטרוליזה אלקלינית

האלקטרוליטימֵימָןיחידת הייצור כוללת סט שלם של אלקטרוליזה מיםמֵימָןציוד ייצור, כאשר הציוד העיקרי כולל:

1. תא אלקטרוליטי

2. מכשיר להפרדת נוזלי גז

3. מערכת ייבוש וטיהור

4. החלק החשמלי כולל: שנאי, ארון מיישר, ארון בקרה PLC, ארון מכשירים, ארון הפצה, מחשב עליון וכו'

5. מערכת העזר כוללת בעיקר: מיכל תמיסת אלקלי, מיכל מים חומר גלם, משאבת מים איפור, צילינדר חנקן/פס וכו'/ 6. מערכת העזר הכוללת של הציוד כוללת: מכונת מים טהורים, מגדל צ'ילר, צ'ילר, מדחס אוויר וכו'

מקררי מימן וחמצן, והמים נאספים על ידי מלכודת טפטוף לפני שהם נשלחים החוצה תחת שליטת מערכת הבקרה; האלקטרוליט עובר דרכומֵימָןומסנני חמצן אלקלי, מקררי מימן ואלקלי חמצן בהתאמה תחת פעולת משאבת המחזור, ולאחר מכן חוזר לתא האלקטרוליטי לאלקטרוליזה נוספת.

הלחץ של המערכת מווסת על ידי מערכת בקרת הלחץ ומערכת בקרת הלחץ הדיפרנציאלי כדי לעמוד בדרישות של תהליכים ואחסון במורד הזרם.

למימן המיוצר באלקטרוליזה במים יש את היתרונות של טוהר גבוה וזיהומים נמוכים. בדרך כלל, הלכלוכים בגז המימן המיוצר באלקטרוליזה של מים הם רק חמצן ומים, ללא רכיבים אחרים (שיכולים למנוע הרעלה של זרזים מסוימים). זה מספק נוחות להפקת גז מימן בטוהר גבוה, והגז המטוהר יכול לעמוד בסטנדרטים של גזים תעשייתיים בדרגה אלקטרונית.

המימן המיוצר על ידי יחידת ייצור המימן עובר דרך מיכל חיץ כדי לייצב את לחץ העבודה של המערכת ולהרחיק עוד יותר מים חופשיים מהמימן.

לאחר הכניסה למכשיר לטיהור המימן, המימן המיוצר באלקטרוליזה של מים מטוהר עוד יותר, תוך שימוש בעקרונות התגובה הקטלטית וספיחת המסננת המולקולרית כדי להסיר חמצן, מים וזיהומים אחרים מהמימן.

הציוד יכול להגדיר מערכת התאמת ייצור מימן אוטומטית בהתאם למצב בפועל. שינויים בעומס הגז יגרמו לתנודות בלחץ של מיכל אגירת המימן. משדר הלחץ המותקן על מיכל האחסון יוציא אות 4-20mA ל-PLC לצורך השוואה עם הערך המקורי שנקבע, ולאחר טרנספורמציה הפוכה וחישוב PID, פלט אות 20-4mA לארון המיישר כדי להתאים את גודל ה-PID. זרם אלקטרוליזה, ובכך משיג את המטרה של התאמה אוטומטית של ייצור המימן בהתאם לשינויים בעומס המימן.

התגובה היחידה בתהליך של ייצור מימן על ידי אלקטרוליזה של מים היא מים (H2O), שיש לספק להם מים גולמיים באופן רציף באמצעות משאבת מילוי מים. עמדת המילוי ממוקמת על מפריד המימן או החמצן. בנוסף, מימן וחמצן צריכים לקחת כמות קטנה של מים ביציאה מהמערכת. ציוד עם צריכת מים נמוכה יכול לצרוך 1L/Nm ³ H2, בעוד שציוד גדול יותר יכול להפחית אותו ל-0.9L/Nm ³ H2. המערכת מתחדשת ברציפות של מים גולמיים, מה שיכול לשמור על יציבות רמת וריכוז הנוזל הבסיסי. זה גם יכול למלא את המים שהגיבו בזמן כדי לשמור על ריכוז התמיסה האלקלית.

1. מערכת מיישר שנאי

מערכת זו מורכבת בעיקר משני מכשירים, שנאי וארון מיישר. תפקידו העיקרי הוא להמיר את הספק 10/35KV AC המסופק על ידי הבעלים הקדמי להספק DC הנדרש על ידי התא האלקטרוליטי, ולספק מתח DC לתא האלקטרוליטי. חלק מהכוח המסופק משמש לפירוק ישיר של מולקולות מים למימן ולחמצן, והחלק השני מייצר חום, שמתבצע על ידי מצנן האלקלי באמצעות מי קירור.

רוב השנאים הם מסוג שמן. אם ממוקמים בתוך הבית או בתוך מיכל, ניתן להשתמש בשנאים מהסוג היבש. השנאים המשמשים לציוד לייצור מימן אלקטרוליטי במים הינם שנאים מיוחדים שיש להתאים לפי הנתונים של כל תא אלקטרוליטי, ולכן מדובר בציוד מותאם אישית.

נכון לעכשיו, ארון המיישרים הנפוץ ביותר הוא מסוג תיריסטור, הנתמך על ידי יצרני ציוד בשל זמן השימוש הארוך שלו, היציבות הגבוהה והמחיר הנמוך. עם זאת, בשל הצורך להתאים ציוד בקנה מידה גדול לאנרגיה מתחדשת חזיתית, יעילות ההמרה של ארונות מיישרי תיריסטורים נמוכה יחסית. נכון לעכשיו, יצרני ארונות מיישרים שונים שואפים לאמץ ארונות מיישרים חדשים של IGBT. IGBT כבר נפוץ מאוד בתעשיות אחרות כמו אנרגיית רוח, ומאמינים כי לארונות מיישרים IGBT תהיה התפתחות משמעותית בעתיד.

1. מערכת ארון חלוקה

ארון ההפצה משמש בעיקר לאספקת חשמל לרכיבים שונים עם מנועים במערכת ההפרדה והטיהור של חמצן מימן מאחורי ציוד ייצור מימן אלקטרוליטי, כולל 400V או מכונה בדרך כלל ציוד 380V. הציוד כולל את משאבת סירקולציה אלקלית במסגרת הפרדת חמצן מימן ואת משאבת מי איפור במערכת העזר; אספקת החשמל לחוטי החימום במערכת הייבוש והטיהור וכן מערכות העזר הנדרשות לכל המערכת כגון מכונות מים טהורים, צ'ילרים, מדחסי אוויר, מגדלי קירור ומדחסי מימן אחורי, מכונות הידרוגנציה וכו'. ., כולל גם את אספקת החשמל למערכות התאורה, הניטור ושאר מערכות התחנה כולה.

1. Cאונטרומערכת l

מערכת הבקרה מיישמת בקרה אוטומטית של PLC. ה-PLC מאמץ בדרך כלל סימנס 1200 או 1500, ומצויד במסך מגע של ממשק אינטראקציה בין אדם למכונה. תפעול ותצוגת הפרמטרים של כל מערכת של הציוד, כמו גם תצוגת לוגיקית הבקרה מתממשים על מסך המגע.

5. מערכת מחזור תמיסת אלקלי

מערכת זו כוללת בעיקר את הציוד העיקרי הבא:

מפריד חמצן מימן – משאבת מחזור תמיסת אלקלי – שסתום – מסנן תמיסת אלקלי – תא אלקטרוליטי

התהליך העיקרי הוא כדלקמן: התמיסה הבסיסית המעורבבת עם מימן וחמצן במפריד חמצן המימן מופרדת על ידי מפריד גז-נוזל ומזרימה למשאבת מחזור התמיסה הבסיסית. מפריד המימן ומפריד החמצן מחוברים כאן, ומשאבת סחרור התמיסה הבסיסית מזרימה את התמיסה האלקלית המוחזרת אל השסתום ומסנן התמיסה הבסיסית בקצה האחורי. לאחר שהמסנן מסנן זיהומים גדולים, התמיסה האלקלינית מופצת אל פנים התא האלקטרוליטי.

6.מערכת מימן

גז מימן נוצר מצד אלקטרודת הקתודה ומגיע למפריד יחד עם מערכת מחזור התמיסה האלקלינית. בתוך המפריד, גז מימן קל יחסית ומופרד באופן טבעי מהתמיסה הבסיסית, ומגיע לחלק העליון של המפריד. לאחר מכן, הוא עובר דרך צינורות להפרדה נוספת, מקורר על ידי מי קירור, ונאסף על ידי לוכד טפטוף כדי להשיג טוהר של כ-99% לפני שהוא מגיע למערכת הייבוש והטיהור האחורי.

פינוי: פינוי גז מימן משמש בעיקר בתקופות הפעלה וכיבוי, פעולות חריגות, או כאשר טוהר אינו עומד בתקנים, וכן לצורך איתור תקלות.

7. מערכת חמצן

מסלול החמצן דומה לזה של מימן, אלא שהוא מתבצע במפרידים שונים.

ריקון: נכון להיום, רוב הפרויקטים משתמשים בשיטה של ​​ריקון חמצן.

ניצול: לערך הניצול של החמצן יש משמעות רק בפרויקטים מיוחדים, כמו יישומים שיכולים להשתמש גם במימן וגם בחמצן בטוהר גבוה, כמו יצרני סיבים אופטיים. יש גם כמה פרויקטים גדולים ששמרו מקום לניצול חמצן. תרחישי היישום האחוריים מיועדים לייצור חמצן נוזלי לאחר ייבוש וטיהור, או עבור חמצן רפואי באמצעות מערכות פיזור. עם זאת, הדיוק של תרחישי ניצול אלה עדיין זקוק לאישור נוסף.

8. מערכת מי קירור

תהליך האלקטרוליזה של מים הוא תגובה אנדותרמית, ולתהליך הפקת המימן יש לספק אנרגיה חשמלית. עם זאת, האנרגיה החשמלית הנצרכת בתהליך אלקטרוליזה מים עולה על ספיגת החום התיאורטית של תגובת אלקטרוליזה מים. במילים אחרות, חלק מהחשמל המשמש בתא האלקטרוליזה הופך לחום, המשמש בעיקר לחימום מערכת מחזור התמיסה הבסיסית בהתחלה, מה שמעלה את הטמפרטורה של התמיסה הבסיסית לטווח הטמפרטורות הנדרש של 90 ± 5 ℃ עבור הציוד. אם תא האלקטרוליזה ממשיך לפעול לאחר שהגיע לטמפרטורה המדורגת, החום שנוצר צריך להתבצע על ידי קירור מים כדי לשמור על הטמפרטורה הרגילה של אזור תגובת האלקטרוליזה. הטמפרטורה הגבוהה באזור התגובה לאלקטרוליזה יכולה להפחית את צריכת האנרגיה, אך אם הטמפרטורה גבוהה מדי, הסרעפת של תא האלקטרוליזה תיפגע, מה שיפגע גם בפעולת הציוד לטווח ארוך.

טמפרטורת הפעולה האופטימלית עבור מכשיר זה נדרשת להישמר ללא יותר מ-95 ℃. בנוסף, יש לקרר ולהסיר לחות את המימן והחמצן שנוצרו, והתקן מיישר התיריסטור מקורר המים מצויד גם בצינורות קירור נחוצים.

גוף המשאבה של ציוד גדול דורש גם השתתפות של מי קירור.

1. מערכת מילוי חנקן וטיהור חנקן

לפני איתור באגים והפעלת המכשיר, יש לערוך בדיקת אטימות חנקן במערכת. לפני הפעלה רגילה, נדרש גם לטהר את שלב הגז של המערכת בחנקן כדי להבטיח שהגז בחלל שלב הגז משני צידי המימן והחמצן רחוק מתחום הדליק והנפץ.

לאחר כיבוי הציוד, מערכת הבקרה תשמור אוטומטית על לחץ ותשמור כמות מסוימת של מימן וחמצן בתוך המערכת. אם הלחץ עדיין קיים במהלך האתחול, אין צורך לבצע פעולת טיהור. עם זאת, אם הלחץ מוקל לחלוטין, יש לבצע שוב פעולת טיהור חנקן.

1. מערכת ייבוש מימן (טיהור) (אופציונלי)

גז המימן שהוכן מאלקטרוליזה של מים עובר לחות על ידי מייבש מקביל, ולבסוף מטוהר על ידי מסנן צינור ניקל מסונט לקבלת גז מימן יבש. בהתאם לדרישות המשתמש למימן המוצר, המערכת עשויה להוסיף מכשיר טיהור, העושה שימוש בדה-חמצן קטליטי דו מתכתי פלדיום פלדיום לטיהור.

המימן המופק על ידי יחידת ייצור המימן לאלקטרוליזה נשלח ליחידת טיהור המימן דרך מיכל חיץ.

גז המימן עובר תחילה דרך מגדל ניקוי חמצון, ותחת פעולתו של זרז, החמצן בגז המימן מגיב עם גז המימן כדי לייצר מים.

נוסחת תגובה: 2H2+O2 2H2O.

לאחר מכן, גז המימן עובר דרך מעבה מימן (המקרר את הגז לעיבוי אדי מים למים, הנפלטים אוטומטית מחוץ למערכת דרך קולט) ונכנס למגדל הספיחה.