В процеса на производство на водород с алкален електролизер, как да се осигури стабилна работа на устройството, освен качеството на самия електролизер, важен фактор е и количеството на циркулиращата луга в настройката.
Наскоро, на срещата за обмен на технологии за безопасност при производството на водород на Професионалния комитет по водород към Китайската асоциация за промишлени газове, Хуанг Ли, ръководител на програмата за експлоатация и поддръжка на водород чрез електролиза на вода, сподели нашия опит относно определянето на обема на циркулация на водород и луга в реалния процес на тестване, експлоатация и поддръжка.
Следва оригиналният документ.
——————
В рамките на националната стратегия за двоен въглерод, Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, която е специализирана в производството на водород от 25 години и е първата компания, която се е включила в областта на водородната енергия, започна да разширява разработването на технологии и оборудване за зелен водород, включително проектиране на канали за електролизни резервоари, производство на оборудване, нанасяне на електроди, както и тестване, експлоатация и поддръжка на електролизни резервоари.
ЕдинПринцип на работа на алкални електролизери
Чрез преминаване на постоянен ток през електролизатор, запълнен с електролит, водните молекули реагират електрохимично върху електродите и се разлагат на водород и кислород. За да се подобри проводимостта на електролита, обикновено се използва воден разтвор с концентрация от 30% калиев хидроксид или 25% натриев хидроксид.
Електролизерът се състои от няколко електролитични клетки. Всяка електролизна камера се състои от катод, анод, диафрагма и електролит. Основната функция на диафрагмата е да предотвратява проникването на газ. В долната част на електролизатора има общ вход и изход, а в горната част протича газо-течна смес от алкали и окси-алкали. При преминаване на постоянен ток с определено напрежение, когато напрежението надвиши теоретичното напрежение на разлагане на водата от 1,23 V и термично неутралното напрежение от 1,48 V, протича редокс реакция между електрода и течността, като водата се разлага на водород и кислород.
Две Как се разпространява лугата
1️⃣Смесен цикъл на водород, кислород и странична луга
При тази форма на циркулация, лугата навлиза в циркулационната помпа за луга през свързващата тръба в долната част на водородния сепаратор и кислородния сепаратор, след което, след охлаждане и филтриране, навлиза в катодната и анодната камера на електролизатора. Предимствата на смесената циркулация са проста структура, кратък процес, ниска цена и осигуряване на еднакъв обем на циркулация на лугата в катодната и анодната камера на електролизатора; недостатъкът е, че от една страна, това може да повлияе на чистотата на водорода и кислорода, а от друга страна, може да доведе до нерегулиране на нивото на водородно-кислородния сепаратор, което може да доведе до повишен риск от смесване на водород и кислород. Понастоящем, водородно-кислородната страна на цикъла на смесване на луга е най-разпространеният процес.
2️⃣Разделна циркулация на водород и кислородна странична луга
Тази форма на циркулация изисква две циркулационни помпи за луга, т.е. две вътрешни циркулации. Лугата в долната част на водородния сепаратор преминава през циркулационната помпа от страната на водорода, охлажда се и се филтрира, след което постъпва в катодната камера на електролизатора; лугата в долната част на кислородния сепаратор преминава през циркулационната помпа от страната на кислорода, охлажда се и се филтрира, след което постъпва в анодната камера на електролизатора. Предимството на независимата циркулация на лугата е, че водородът и кислородът, получени чрез електролиза, са с висока чистота, като физически се избягва рискът от смесване на водородния и кислородния сепаратор; недостатъкът е, че структурата и процесът са сложни и скъпи, а също така е необходимо да се осигури постоянство на дебита, напора, мощността и други параметри на помпите от двете страни, което увеличава сложността на операцията и поставя изискването за контрол на стабилността на двете страни на системата.
Три Влияние на циркулиращия поток на лугата върху производството на водород от електролитна вода и работни условия на електролизера
1️⃣Прекомерна циркулация на луга
(1) Влияние върху чистотата на водорода и кислорода
Тъй като водородът и кислородът имат определена разтворимост в лугата, обемът на циркулация е твърде голям, така че общото количество разтворен водород и кислород се увеличава и навлиза във всяка камера с лугата, което води до намаляване на чистотата на водорода и кислорода на изхода на електролизатора; обемът на циркулация е твърде голям, така че времето на задържане на течния сепаратор за водород и кислород е твърде кратко и газът, който не е напълно отделен, се връща обратно във вътрешността на електролизатора с лугата, което влияе върху ефективността на електрохимичната реакция в електролизатора и чистотата на водорода и кислорода, и допълнително това ще повлияе върху ефективността на електрохимичната реакция в електролизатора и чистотата на водорода и кислорода, и допълнително ще повлияе върху способността на оборудването за пречистване на водород и кислород да дехидрогенира и деоксигенира, което води до лош ефект на пречистване на водород и кислород и влияе върху качеството на продуктите.
(2) Влияние върху температурата на резервоара
При условие, че температурата на изхода на охладителя на лугата остане непроменена, твърде големият поток на луга ще отнеме повече топлина от електролизера, което ще доведе до спадане на температурата на резервоара и увеличаване на мощността.
(3) Влияние върху тока и напрежението
Прекомерната циркулация на луга ще повлияе на стабилността на тока и напрежението. Прекомерният поток на течност ще попречи на нормалното колебание на тока и напрежението, което ще доведе до трудно стабилизиране на тока и напрежението, което ще причини колебания в работното състояние на токоизправителния шкаф и трансформатора и по този начин ще повлияе на производството и качеството на водорода.
(4) Повишена консумация на енергия
Прекомерната циркулация на луга може също да доведе до повишена консумация на енергия, повишени оперативни разходи и намалена енергийна ефективност на системата. Най-вече чрез увеличаване на спомагателната циркулация на охлаждащата вода във вътрешната система и външната циркулация, разпръскване и вентилатор, натоварване на охладената вода и др., което води до увеличаване на консумацията на енергия и общото потребление на енергия.
(5) Причина за повреда на оборудването
Прекомерната циркулация на лугата увеличава натоварването на циркулационната помпа за луга, което съответства на увеличен дебит, колебания в налягането и температурата в електролизера, което от своя страна влияе върху електродите, диафрагмите и уплътненията вътре в електролизера, което може да доведе до неизправности или повреди на оборудването и увеличаване на натоварването при поддръжка и ремонт.
2️⃣Твърде малка циркулация на луга
(1) Влияние върху температурата на резервоара
Когато циркулиращият обем на лугата е недостатъчен, топлината в електролизера не може да се отведе навреме, което води до повишаване на температурата. Високата температура на средата води до повишаване на налягането на наситените пари на водата в газовата фаза и увеличаване на съдържанието на вода. Ако водата не може да се кондензира достатъчно, това ще увеличи натоварването на пречиствателната система и ще повлияе на ефекта на пречистване, както и на ефекта и живота на катализатора и адсорбента.
(2) Въздействие върху живота на диафрагмата
Продължителната висока температура ще ускори стареенето на диафрагмата, ще намали нейната производителност или дори ще я спука. Лесно е да се стигне до взаимна пропускливост на водород и кислород от двете страни на диафрагмата, което влияе върху чистотата на водорода и кислорода. Когато взаимната инфилтрация е близо до долната граница на експлозия, вероятността от електролизаторна опасност се увеличава значително. В същото време, продължителната висока температура ще причини и повреди от течове в уплътнението, съкращавайки експлоатационния му живот.
(3) Въздействие върху електродите
Ако количеството циркулираща луга е твърде малко, полученият газ не може бързо да напусне активния център на електрода и ефективността на електролизата е засегната; ако електродът не може да осъществи пълен контакт с лугата, за да осъществи електрохимичната реакция, ще възникне аномалия на частичен разряд и сухо горене, което ще ускори отделянето на катализатора от електрода.
(4) Влияние върху напрежението на клетката
Количеството циркулираща луга е твърде малко, тъй като мехурчетата водород и кислород, генерирани в активния център на електрода, не могат да бъдат отстранени навреме и количеството разтворени газове в електролита се увеличава, което води до повишаване на напрежението в малката камера и повишаване на консумацията на енергия.
Четири метода за определяне на оптималния дебит на циркулацията на лугата
За да се решат горепосочените проблеми, е необходимо да се предприемат съответните мерки, като например редовна проверка на системата за циркулация на лугата, за да се осигури нормалната ѝ работа; поддържане на добри условия за разсейване на топлината около електролизера; и регулиране на работните параметри на електролизера, ако е необходимо, за да се избегне появата на твърде голям или твърде малък обем циркулация на лугата.
Оптималният дебит на циркулацията на лугата трябва да се определи въз основа на специфични технически параметри на електролизатора, като размер на електролизатора, брой камери, работно налягане, температура на реакцията, генериране на топлина, концентрация на луга, охладител на лугата, сепаратор на водород-кислород, плътност на тока, чистота на газа и други изисквания, дълготрайност на оборудването и тръбопроводите и други фактори.
Технически параметри Размери:
размери 4800x2240x2281 мм
общо тегло 40700 кг
Ефективен размер на камерата 1830, Брой камери 238
Плътност на тока на електролизатора 5000A/m²
работно налягане 1.6Mpa
температура на реакцията 90℃±5℃
Единичен комплект електролизен продукт с обем на водорода 1300 Nm³/h
Продукт Кислород 650Nm³/h
постоянен ток n13100A, постоянно напрежение 480V
Охладител за луга Φ700x4244 мм
площ на топлообмен 88,2 м²
Сепаратор за водород и кислород Φ1300x3916 мм
кислороден сепаратор Φ1300x3916 мм
Концентрация на разтвор на калиев хидроксид 30%
Стойност на съпротивлението за чиста вода >5MΩ·cm
Връзка между разтвор на калиев хидроксид и електролизатор:
Прави чистата вода проводима, отделя водород и кислород и отвежда топлина. Потокът на охлаждаща вода се използва за контрол на температурата на лугата, така че температурата на реакцията в електролизатора да е относително стабилна, а генерираната топлина от електролизатора и потокът на охлаждаща вода се използват за съгласуване на топлинния баланс на системата, за да се постигнат най-добри работни условия и най-енергоспестяващи работни параметри.
Въз основа на реалните операции:
Контрол на обема на циркулацията на лугата при 60 м³/ч
Потокът на охлаждаща вода се отваря на около 95%.
Температурата на реакцията на електролизера се контролира на 90°C при пълно натоварване.
Оптималната консумация на постоянен ток на електролизера е 4,56 kWh/Nm³H₂.
Петобобщавам
В обобщение, обемът на циркулация на лугата е важен параметър в процеса на производство на водород чрез електролиза на вода, който е свързан с чистотата на газа, напрежението в камерата, температурата на електролизера и други параметри. Подходящо е циркулиращият обем да се контролира с честота 2~4 пъти/ч/мин за подмяна на лугата в резервоара. Чрез ефективно контролиране на обема на циркулация на лугата се осигурява стабилна и безопасна работа на оборудването за производство на водород чрез електролиза на вода за дълъг период от време.
В процеса на производство на водород чрез електролиза на вода в алкален електролизер, оптимизирането на работните параметри и дизайна на електролизерния канал, комбинирано с избора на материал на електрода и диафрагмата, са ключови за увеличаване на тока, намаляване на напрежението в резервоара и спестяване на енергия.
——Свържете се с нас——
Тел.: +86 028 6259 0080
Факс: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Време на публикуване: 09 януари 2025 г.