банер_сторінки

новини

Циркуляція водню та лугів у лужному електролізері. Процес виробництва водню методом електролізу води.

09 січня 2025 р.

У процесі виробництва водню в лужному електролізері, як забезпечити стабільну роботу пристрою, окрім якості самого електролізера, важливим фактором впливу також є кількість циркулюючого лугу в налаштуваннях.

Нещодавно на зустрічі з обміну технологіями безпеки виробництва Професійного комітету з водню Китайської асоціації промислових газів Хуан Лі, керівник Програми експлуатації та обслуговування водню на основі електролізу води, поділився нашим досвідом щодо встановлення об'єму циркуляції водню та лугу в процесі фактичних випробувань, експлуатації та технічного обслуговування.

 

Далі наведено оригінальний документ.

——————

Відповідно до національної стратегії подвійного вуглецю, компанія Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, яка спеціалізується на виробництві водню протягом 25 років і була першою, хто зайнявся водневою енергетикою, почала розширювати розробку зелених водневих технологій та обладнання, включаючи проектування електролізних резервуарів, виробництво обладнання, покриття електродами, а також випробування, експлуатацію та технічне обслуговування електролізних резервуарів.

 

ОдинПринцип роботи лужного електролізера

Пропускаючи постійний струм через електролізер, заповнений електролітом, молекули води вступають в електрохімічну реакцію на електродах і розкладаються на водень і кисень. Для підвищення провідності електроліту зазвичай використовується водний розчин з концентрацією 30% гідроксиду калію або 25% гідроксиду натрію.

Електролізер складається з кількох електролітичних комірок. Кожна електролізна камера складається з катода, анода, діафрагми та електроліту. Основна функція діафрагми полягає в запобіганні проникненню газу. У нижній частині електролізера є спільний вхід і вихід, а у верхній частині - канал для потоку газо-рідинної суміші лугів та окси-лугів. При пропусканні постійного струму певної напруги, коли напруга перевищує теоретичну напругу розкладання води 1,23 В та термонейтральну напругу 1,48 В, відбувається окисно-відновна реакція між електродом та рідиною, вода розкладається на водень та кисень.

 

2. Як циркулює луг

1️⃣Змішаний цикл водню, кисню та побічної луги

У цьому типі циркуляції луг надходить до циркуляційного насоса лугу через з'єднувальну трубу в нижній частині водневого та кисневого сепараторів, а потім після охолодження та фільтрації потрапляє в катодну та анодну камери електролізера. Перевагами змішаної циркуляції є проста конструкція, короткий процес, низька вартість та можливість забезпечити однаковий обсяг циркуляції лугу в катодній та анодній камерах електролізера; недоліком є ​​те, що, з одного боку, це може вплинути на чистоту водню та кисню, а з іншого боку, це може призвести до нерегулювання рівня воднево-кисневого сепаратора, що може призвести до підвищеного ризику змішування водню та кисню. Наразі воднево-киснева сторона циклу змішування лугу є найпоширенішим процесом.

2️⃣Роздільна циркуляція водню та кисню як побічної луги

Ця форма циркуляції вимагає двох циркуляційних насосів для лугу, тобто двох внутрішніх циркуляцій. Луг на дні водневого сепаратора проходить через циркуляційний насос на стороні водню, охолоджується та фільтрується, а потім потрапляє в катодну камеру електролізера; луг на дні кисневого сепаратора проходить через циркуляційний насос на стороні кисню, охолоджується та фільтрується, а потім потрапляє в анодну камеру електролізера. Перевагою незалежної циркуляції лугу є те, що водень і кисень, що утворюються в результаті електролізу, мають високу чистоту, що фізично дозволяє уникнути ризику змішування водневого та кисневого сепараторів; недоліком є ​​те, що конструкція та процес є складними та дорогими, а також необхідно забезпечити стабільність витрати, напору, потужності та інших параметрів насосів з обох сторін, що збільшує складність експлуатації та висуває вимогу контролю стабільності обох сторін системи.

 

Вплив швидкості циркуляції лугу на виробництво водню з електролітичної води та робочий стан електролізера

1️⃣Надмірна циркуляція лугу

(1) Вплив на чистоту водню та кисню

Оскільки водень і кисень мають певну розчинність у лузі, об'єм циркуляції занадто великий, тому загальна кількість розчиненого водню та кисню збільшується та потрапляє в кожну камеру разом з лугом, що призводить до зниження чистоти водню та кисню на виході з електролізера; об'єм циркуляції занадто великий, тому час утримання рідинного сепаратора водню та кисню занадто короткий, і газ, який не був повністю відділений, повертається всередину електролізера разом з лугом, що впливає на ефективність електрохімічної реакції в електролізері та чистоту водню та кисню, і далі. Це вплине на ефективність електрохімічної реакції в електролізері та чистоту водню та кисню, а також на здатність обладнання для очищення водню та кисню до дегідрування та деоксигенації, що призведе до поганого ефекту очищення водню та кисню та погіршить якість продукції.

(2) Вплив на температуру резервуара

За умови, що температура на виході з охолоджувача лугу залишається незмінною, занадто великий потік лугу забиратиме більше тепла з електролізера, що призведе до зниження температури резервуара та збільшення потужності.

(3) Вплив на струм та напругу

Надмірна циркуляція лугу вплине на стабільність струму та напруги. Надмірний потік рідини перешкоджатиме нормальним коливанням струму та напруги, через що струм та напруга не стабілізуватимуться, що спричинить коливання робочого стану випрямляча та трансформатора, а отже, вплине на виробництво та якість водню.

(4) Збільшене споживання енергії

Надмірна циркуляція лугу також може призвести до збільшення споживання енергії, збільшення експлуатаційних витрат та зниження енергоефективності системи. Зокрема, збільшення навантаження на внутрішню систему циркуляції допоміжної охолоджувальної води, зовнішню циркуляцію, розпилювач та вентилятор тощо, що збільшує споживання енергії, а отже, і загальне споживання енергії.

(5) Причина виходу з ладу обладнання

Надмірна циркуляція лугу збільшує навантаження на циркуляційний насос лугу, що відповідає збільшенню швидкості потоку, тиску та коливань температури в електролізері, що, у свою чергу, впливає на електроди, діафрагми та прокладки всередині електролізера, що може призвести до несправностей або пошкоджень обладнання, а також до збільшення робочого навантаження на технічне обслуговування та ремонт.

2️⃣Занадто мала циркуляція лугу

(1) Вплив на температуру резервуара

Коли об'єм циркулюючої лугу недостатній, тепло в електролізері не може вчасно відводитися, що призводить до підвищення температури. Висока температура середовища призводить до підвищення тиску насиченої пари води в газовій фазі та збільшення вмісту води. Якщо вода не може достатньо конденсуватися, це збільшує навантаження на систему очищення та впливає на ефект очищення, а також впливає на ефективність та термін служби каталізатора та адсорбенту.

(2) Вплив на термін служби діафрагми

Постійне перебування в середовищі з високою температурою прискорює старіння діафрагми, знижує її продуктивність або навіть розриває її, що може призвести до взаємної проникності водню та кисню з обох боків діафрагми, що впливає на чистоту водню та кисню. Коли взаємне проникнення близьке до нижньої межі, ймовірність вибуху в електролізері значно зростає. Водночас, постійне перебування в умовах високої температури також призводить до пошкодження ущільнювальної прокладки через витік, скорочуючи термін її служби.

(3) Вплив на електроди

Якщо кількість циркулюючого лугу занадто мала, утворений газ не може швидко покинути активний центр електрода, що впливає на ефективність електролізу; якщо електрод не може повністю контактувати з лугом для проведення електрохімічної реакції, виникне аномалія часткового розряду та сухого горіння, що прискорить відшаровування каталізатора на електроді.

(4) Вплив на напругу елемента

Кількість циркулюючого лугу занадто мала, оскільки бульбашки водню та кисню, що утворюються в активному центрі електрода, не можуть бути вчасно видалені, а кількість розчинених газів в електроліті збільшується, що призводить до збільшення напруги в малій камері та збільшення споживання енергії.

 

Чотири методи визначення оптимальної швидкості циркуляції лугу

Для вирішення вищезазначених проблем необхідно вжити відповідних заходів, таких як регулярна перевірка системи циркуляції лугу для забезпечення її нормальної роботи; підтримка належних умов тепловіддачі навколо електролізера; та регулювання робочих параметрів електролізера, за необхідності, щоб уникнути виникнення занадто великого або занадто малого об'єму циркуляції лугу.

Оптимальну швидкість циркуляції лугу необхідно визначати на основі конкретних технічних параметрів електролізера, таких як розмір електролізера, кількість камер, робочий тиск, температура реакції, тепловиділення, концентрація лугу, охолоджувач лугу, воднево-кисневий сепаратор, щільність струму, чистота газу та інші вимоги, довговічність обладнання та трубопроводів, а також інші фактори.

Технічні параметри Розміри:

розміри 4800x2240x2281 мм

загальна вага 40700 кг

Ефективний розмір камери 1830, кількість камер 238

Щільність струму електролізера 5000 А/м²

робочий тиск 1,6 МПа

температура реакції 90℃±5℃

Один комплект електролізера з об'ємом водню 1300 Нм³/год

Кисень продукту 650 Нм³/год

постійний струм n13100A, напруга постійного струму 480V

Охолоджувач лугу Φ700x4244 мм

площа теплообміну 88,2 м²

Сепаратор водню та кисню Φ1300x3916 мм

кисневий сепаратор Φ1300x3916 мм

Розчин гідроксиду калію концентрацією 30%

Значення опору чистої води >5 МОм·см

Зв'язок між розчином гідроксиду калію та електролізером:

Зробіть чисту воду провідною, виділіть водень і кисень, а також відведіть тепло. Потік охолоджувальної води використовується для контролю температури лугу, щоб температура реакції електролізера була відносно стабільною, а тепловиділення електролізером та потік охолоджувальної води використовуються для узгодження теплового балансу системи для досягнення найкращого робочого стану та найбільш енергозберігаючих робочих параметрів.

На основі фактичних операцій:

Контроль об'єму циркуляції лугу на рівні 60 м³/год

Потік охолоджувальної води відкривається приблизно на 95%

Температура реакції електролізера контролюється на рівні 90°C при повному навантаженні.

Оптимальне споживання електроенергії електролізера постійного струму становить 4,56 кВт⋅год/нм³H₂.

 

П'ятьпідсумувати

Підсумовуючи, об'єм циркуляції лугу є важливим параметром у процесі виробництва водню методом електролізу води, який пов'язаний з чистотою газу, напругою в камері, температурою електролізера та іншими параметрами. Доцільно контролювати об'єм циркуляції зі швидкістю заміни лугу в резервуарі 2~4 рази/год/хв. Ефективний контроль об'єму циркуляції лугу забезпечує стабільну та безпечну роботу обладнання для виробництва водню методом електролізу води протягом тривалого періоду часу.

У процесі виробництва водню шляхом електролізу води в лужному електролізері оптимізація робочих параметрів та конструкції робочого колеса електролізера в поєднанні з вибором матеріалу електрода та діафрагми є ключем до збільшення струму, зниження напруги в резервуарі та економії енергії.

 

 

——Зв’яжіться з нами——

Тел.: +86 028 6259 0080

Факс: +86 028 6259 0100

E-mail: tech@allygas.com


Час публікації: 09 січня 2025 р.

Таблиця вхідних даних технологій

Стан сировини

Вимога до продукту

Технічні вимоги