U procesu proizvodnje vodika u alkalnom elektrolizeru, kako postići stabilan rad uređaja, pored kvaliteta samog elektrolizera, važan faktor utjecaja je i količina cirkulirajuće lužine u postavkama.
Nedavno je na sastanku o razmjeni tehnologije sigurnosti proizvodnje Stručnog odbora za vodik Kineskog udruženja industrijskih plinova, Huang Li, voditelj Programa za rad i održavanje vodonika putem elektrolize vode, podijelio naša iskustva o podešavanju volumena cirkulacije vodika i lužine u stvarnom procesu testiranja, rada i održavanja.
Slijedeći je originalni rad.
——————
U okviru nacionalne strategije dvostrukog ugljika, kompanija Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, koja se specijalizirala za proizvodnju vodika već 25 godina i prva se uključila u područje vodikove energije, počela je širiti razvoj tehnologije i opreme za zeleni vodik, uključujući dizajn cijevi za elektrolizu, proizvodnju opreme, prevlačenje elektroda, kao i testiranje, rad i održavanje elektroliznih spremnika.
JedanPrincip rada alkalnog elektrolizera
Propuštanjem jednosmjerne struje kroz elektrolizer napunjen elektrolitom, molekule vode elektrohemijski reaguju na elektrodama i razlažu se na vodonik i kiseonik. Da bi se poboljšala provodljivost elektrolita, opšti elektrolit je vodeni rastvor sa koncentracijom od 30% kalijum hidroksida ili 25% natrijum hidroksida.
Elektrolizer se sastoji od nekoliko elektrolitičkih ćelija. Svaka elektrolitska komora sastoji se od katode, anode, dijafragme i elektrolita. Glavna funkcija dijafragme je sprječavanje prodiranja plina. U donjem dijelu elektrolizera nalazi se zajednički ulaz i izlaz, a u gornjem dijelu kanal za protok plinsko-tečne smjese alkalija i oksi-alkalija. Kada se propusti određeni napon jednosmjerne struje, kada napon premaši određenu vrijednost teorijskog napona razgradnje vode od 1,23 V i termički neutralnog napona od 1,48 V, dolazi do redoks reakcije između elektrode i tečnosti, pri čemu se voda razlaže na vodik i kisik.
Dva Kako lužina cirkuliše
1️⃣Mješani ciklus vodonika, kisika i bočne lužine
U ovom obliku cirkulacije, lužina ulazi u pumpu za cirkulaciju lužine kroz spojnu cijev na dnu separatora vodika i separatora kisika, a zatim nakon hlađenja i filtriranja ulazi u katodnu i anodnu komoru elektrolizera. Prednosti miješane cirkulacije su jednostavna struktura, kratak proces, niska cijena i mogućnost osiguranja iste veličine cirkulacije lužine u katodnoj i anodnoj komori elektrolizera; nedostatak je što, s jedne strane, može utjecati na čistoću vodika i kisika, a s druge strane može uzrokovati nereguliranost nivoa separatora vodika i kisika, što može rezultirati povećanim rizikom od miješanja vodika i kisika. Trenutno je strana vodika i kisika u ciklusu miješanja lužine najčešći proces.
2️⃣Odvojena cirkulacija vodonika i bočne lužine kisika
Ovaj oblik cirkulacije zahtijeva dvije pumpe za cirkulaciju lužine, tj. dvije interne cirkulacije. Lužina na dnu separatora vodika prolazi kroz pumpu za cirkulaciju na strani vodika, hladi se i filtrira, a zatim ulazi u katodnu komoru elektrolizera; lužina na dnu separatora kisika prolazi kroz pumpu za cirkulaciju na strani kisika, hladi se i filtrira, a zatim ulazi u anodnu komoru elektrolizera. Prednost nezavisne cirkulacije lužine je u tome što su vodik i kisik proizvedeni elektrolizom visoke čistoće, čime se fizički izbjegava rizik od miješanja separatora vodika i kisika; nedostatak je što su struktura i proces komplicirani i skupi, a također je potrebno osigurati konzistentnost protoka, visine, snage i drugih parametara pumpi na obje strane, što povećava složenost rada i nameće zahtjev za kontrolom stabilnosti obje strane sistema.
Tri Utjecaj brzine protoka cirkulirajuće lužine na proizvodnju vodika elektrolitičkom vodom i radni uvjeti elektrolizera
1️⃣Prekomjerna cirkulacija lužine
(1) Uticaj na čistoću vodonika i kiseonika
Budući da vodonik i kiseonik imaju određenu rastvorljivost u lužini, volumen cirkulacije je prevelik, tako da se ukupna količina rastvorenog vodonika i kiseonika povećava i ulazi u svaku komoru sa lužinom, što uzrokuje smanjenje čistoće vodonika i kiseonika na izlazu iz elektrolizera; volumen cirkulacije je prevelik, tako da je vrijeme zadržavanja tečnog separatora vodonika i kiseonika prekratko, a gas koji nije potpuno odvojen vraća se u unutrašnjost elektrolizera sa lužinom, što utiče na efikasnost elektrohemijske reakcije u elektrolizeru i čistoću vodonika i kiseonika, a dalje utiče na efikasnost elektrohemijske reakcije u elektrolizeru i čistoću vodonika i kiseonika, a dalje utiče na sposobnost opreme za prečišćavanje vodonika i kiseonika da dehidrogenira i deoksigenira, što rezultira slabim učinkom prečišćavanja vodonika i kiseonika i utiče na kvalitet proizvoda.
(2) Uticaj na temperaturu rezervoara
Pod uslovom da izlazna temperatura hladnjaka lužine ostane nepromijenjena, prevelik protok lužine će oduzeti više toplote elektrolizeru, što će uzrokovati pad temperature rezervoara i povećanje snage.
(3) Uticaj na struju i napon
Prekomjerna cirkulacija lužine će uticati na stabilnost struje i napona. Prekomjerni protok tečnosti će ometati normalne fluktuacije struje i napona, uzrokujući da se struja i napon ne mogu lako stabilizovati, uzrokujući fluktuacije u radnom stanju ispravljačkog ormara i transformatora, a time utičući na proizvodnju i kvalitet vodonika.
(4) Povećana potrošnja energije
Prekomjerna cirkulacija lužine također može dovesti do povećane potrošnje energije, povećanih operativnih troškova i smanjene energetske efikasnosti sistema. Uglavnom u povećanju pomoćne rashladne vode u internom sistemu cirkulacije i vanjskog cirkulacijskog prskanja i ventilatora, opterećenja ohlađene vode itd., tako da se potrošnja energije povećava, povećava se i ukupna potrošnja energije.
(5) Uzrok kvara opreme
Prekomjerna cirkulacija lužine povećava opterećenje pumpe za cirkulaciju lužine, što odgovara povećanom protoku, pritisku i fluktuacijama temperature u elektrolizeru, što zauzvrat utiče na elektrode, dijafragme i zaptivke unutar elektrolizera, što može dovesti do kvarova ili oštećenja opreme i povećanja obima posla za održavanje i popravke.
2️⃣Cirkulacija lužine premala
(1) Uticaj na temperaturu rezervoara
Kada cirkulirajuća zapremina lužine nije dovoljna, toplota u elektrolizeru se ne može na vrijeme odvesti, što rezultira porastom temperature. Visoka temperatura okoline uzrokuje porast zasićenog pritiska pare vode u gasnoj fazi i povećanje sadržaja vode. Ako se voda ne može dovoljno kondenzovati, to će povećati opterećenje sistema za prečišćavanje i uticati na efekat prečišćavanja, a takođe će uticati na efekat i vijek trajanja katalizatora i adsorbenta.
(2) Utjecaj na vijek trajanja dijafragme
Kontinuirano visokotemperaturno okruženje ubrzava starenje dijafragme, uzrokuje smanjenje njenih performansi ili čak pucanje, što lako može uzrokovati međusobnu propusnost vodika i kisika s obje strane dijafragme, što utječe na čistoću vodika i kisika. Kada se međusobna infiltracija približi donjoj granici, vjerojatnost eksplozije u elektrolizeru znatno se povećava. Istovremeno, kontinuirano visokotemperaturno okruženje uzrokovat će i oštećenje brtve uslijed curenja, skraćujući njen vijek trajanja.
(3) Učinak na elektrode
Ako je količina lužine u cirkulaciji premala, proizvedeni plin ne može brzo napustiti aktivni centar elektrode, što utiče na efikasnost elektrolize; ako elektroda ne može u potpunosti doći u kontakt s lužinom kako bi se izvršila elektrohemijska reakcija, doći će do abnormalnosti djelomičnog pražnjenja i suhog sagorijevanja, što ubrzava odbacivanje katalizatora na elektrodi.
(4) Uticaj na napon ćelije
Količina lužine koja cirkulira je premala, jer se mjehurići vodika i kisika koji se stvaraju u aktivnom centru elektrode ne mogu na vrijeme ukloniti, a količina otopljenih plinova u elektrolitu se povećava, što uzrokuje povećanje napona male komore i povećanje potrošnje energije.
Četiri metode za određivanje optimalne brzine protoka cirkulacije lužine
Da bi se riješili gore navedeni problemi, potrebno je poduzeti odgovarajuće mjere, kao što su redovna provjera sistema cirkulacije lužine kako bi se osigurao njegov normalan rad; održavanje dobrih uvjeta za odvođenje topline oko elektrolizera; i podešavanje radnih parametara elektrolizera, ako je potrebno, kako bi se izbjegla pojava prevelike ili premale zapremine cirkulacije lužine.
Optimalni protok cirkulacije lužine treba odrediti na osnovu specifičnih tehničkih parametara elektrolizera, kao što su veličina elektrolizera, broj komora, radni pritisak, temperatura reakcije, stvaranje toplote, koncentracija lužine, hladnjak lužine, separator vodonika i kiseonika, gustina struje, čistoća gasa i drugi zahtjevi, trajnost opreme i cjevovoda i drugi faktori.
Tehnički parametri Dimenzije：
dimenzije 4800x2240x2281mm
Ukupna težina 40700 kg
Efektivna veličina komore 1830, Broj komora 238
Gustina struje elektrolizera 5000A/m²
radni pritisak 1,6 MPa
temperatura reakcije 90℃±5℃
Jedan set elektrolizera, zapremina vodonika 1300 Nm³/h
Proizvod Kisik 650 Nm³/h
jednosmjerna struja n13100A, jednosmjerni napon 480V
Hladnjak za lužinu Φ700x4244mm
površina za izmjenu topline 88,2 m²
Separator vodika i kisika Φ1300x3916mm
separator kisika Φ1300x3916mm
Koncentracija rastvora kalijum hidroksida 30%
Vrijednost otpora čistoj vodi >5MΩ·cm
Odnos između rastvora kalijum hidroksida i elektrolizera:
Čine čistu vodu provodljivom, izdvajaju vodonik i kiseonik i odvode toplotu. Protok rashladne vode koristi se za kontrolu temperature lužine tako da je temperatura reakcije u elektrolizeru relativno stabilna, a proizvodnja toplote elektrolizera i protok rashladne vode koriste se za usklađivanje toplotnog bilansa sistema kako bi se postigli najbolji radni uslovi i energetski najštedljiviji radni parametri.
Na osnovu stvarnih operacija:
Regulacija protoka cirkulacije lužine na 60 m³/h
Protok rashladne vode se otvara na oko 95%.
Temperatura reakcije elektrolizera se kontroliše na 90°C pri punom opterećenju.
Optimalna potrošnja jednosmjerne struje elektrolizera je 4,56 kWh/Nm³H₂.
Petsažeti
Ukratko, volumen cirkulacije lužine je važan parametar u procesu proizvodnje vodika elektrolizom vode, koji je povezan s čistoćom plina, naponom komore, temperaturom elektrolizera i drugim parametrima. Preporučljivo je kontrolirati volumen cirkulacije 2~4 puta/h/min zamjene lužine u rezervoaru. Efikasnom kontrolom volumena cirkulacije lužine osigurava se stabilan i siguran rad opreme za proizvodnju vodika elektrolizom vode tokom dužeg vremenskog perioda.
U procesu proizvodnje vodika elektrolizom vode u alkalnom elektrolizeru, optimizacija radnih parametara i dizajna elektroliznog kanala, u kombinaciji s odabirom materijala elektrode i dijafragme, ključna je za povećanje struje, smanjenje napona u rezervoaru i uštedu energije.
——Kontaktirajte nas——
Tel: +86 028 6259 0080
Faks: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Vrijeme objave: 09.01.2025.
