V procesu proizvodnje vodika v alkalnem elektrolizatorju je poleg kakovosti samega elektrolizatorja pomemben dejavnik tudi količina kroženja luga v nastavitvi, da naprava deluje stabilno.
Nedavno je Huang Li, vodja programa za obratovanje in vzdrževanje vodikove elektrolize vode pri Kitajskem združenju industrijskih plinov, na srečanju o izmenjavi tehnologij za varnost proizvodnje delil svoje izkušnje z nastavitvijo količine kroženja vodika in luga v dejanskem procesu testiranja ter obratovanja in vzdrževanja.
Sledi izvirni članek.
——————
V okviru nacionalne strategije dvojnega ogljika je podjetje Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, ki se že 25 let specializira za proizvodnjo vodika in je bilo prvo, ki se je vključilo v področje vodikove energije, začelo širiti razvoj tehnologije in opreme za zeleni vodik, vključno z načrtovanjem kanalov za elektrolizne rezervoarje, izdelavo opreme, nanašanjem elektrod ter testiranjem ter delovanjem in vzdrževanjem elektroliznih rezervoarjev.
EnaNačelo delovanja alkalnega elektrolizatorja
Z enosmernim tokom skozi elektrolizator, napolnjen z elektrolitom, molekule vode elektrokemično reagirajo na elektrodah in se razgradijo na vodik in kisik. Za povečanje prevodnosti elektrolita se običajno uporablja vodna raztopina s koncentracijo 30 % kalijevega hidroksida ali 25 % natrijevega hidroksida.
Elektrolizator je sestavljen iz več elektrolitskih celic. Vsaka elektrolizna komora je sestavljena iz katode, anode, membrane in elektrolita. Glavna funkcija membrane je preprečevanje prehajanja plina. V spodnjem delu elektrolizatorja je skupni vhod in izhod, v zgornjem delu pa teče plinsko-tekoča mešanica alkalij in oksi-alkalij. Ko se skozenj spusti določena napetost enosmernega toka, ko napetost preseže teoretično napetost razgradnje vode 1,23 V in termično nevtralno napetost 1,48 V, pride do redoks reakcije med elektrodo in tekočino, pri čemer se voda razgradi na vodik in kisik.
Dva Kako kroži lug
1️⃣Mešani cikel z vodikom, kisikom in stranskim lugom
Pri tej obliki kroženja lug vstopi v črpalko za kroženje luga skozi povezovalno cev na dnu ločevalnika vodika in ločevalnika kisika, nato pa po ohladitvi in filtriranju vstopi v katodno in anodno komoro elektrolizatorja. Prednosti mešanega kroženja so preprosta struktura, kratek postopek, nizki stroški in zagotavljanje enake velikosti kroženja luga v katodno in anodno komoro elektrolizatorja; pomanjkljivost je, da lahko po eni strani vpliva na čistost vodika in kisika, po drugi strani pa lahko povzroči, da se raven ločevalnika vodika in kisika ne prilagodi, kar lahko poveča tveganje za mešanje vodika in kisika. Trenutno je najpogostejši postopek cikla mešanja luga na strani vodika in kisika.
2️⃣Ločeno kroženje stranske lužine vodika in kisika
Ta oblika kroženja zahteva dve črpalki za kroženje luga, tj. dve notranji cirkulaciji. Lug na dnu separatorja vodika prehaja skozi črpalko za kroženje na strani vodika, se ohladi in filtrira ter nato vstopi v katodno komoro elektrolizatorja; lug na dnu separatorja kisika prehaja skozi črpalko za kroženje na strani kisika, se ohladi in filtrira ter nato vstopi v anodno komoro elektrolizatorja. Prednost neodvisnega kroženja luga je, da sta vodik in kisik, ki ju proizvaja elektroliza, visoke čistosti, s čimer se fizično izognemo tveganju mešanja separatorja vodika in kisika; pomanjkljivost pa je, da sta struktura in postopek zapletena in draga, poleg tega pa je treba zagotoviti tudi skladnost pretoka, tlačne višine, moči in drugih parametrov črpalk na obeh straneh, kar poveča kompleksnost delovanja in zahteva nadzor stabilnosti obeh strani sistema.
Trije vplivi pretoka lužine v obtoku na proizvodnjo vodika z elektrolitsko vodo in delovni pogoji elektrolizatorja
1️⃣Prekomerno kroženje luga
(1) Vpliv na čistost vodika in kisika
Ker imata vodik in kisik v lugu določeno topnost, je volumen kroženja prevelik, tako da se skupna količina raztopljenega vodika in kisika poveča in vstopi v vsako komoro z lugom, kar povzroči zmanjšanje čistosti vodika in kisika na izhodu iz elektrolizatorja; volumen kroženja je prevelik, zato je čas zadrževanja tekočega ločevalnika vodika in kisika prekratek, plin, ki ni bil popolnoma ločen, pa se skupaj z lugom vrne v notranjost elektrolizatorja, kar vpliva na učinkovitost elektrokemične reakcije v elektrolizatorju in čistost vodika in kisika, ter nadalje vpliva na učinkovitost elektrokemične reakcije v elektrolizatorju in čistost vodika in kisika ter nadalje vpliva na sposobnost opreme za čiščenje vodika in kisika za dehidrogeniranje in deoksigenacijo, kar ima za posledico slab učinek čiščenja vodika in kisika ter vpliva na kakovost izdelkov.
(2) Vpliv na temperaturo rezervoarja
Pod pogojem, da izhodna temperatura hladilnika luga ostane nespremenjena, bo prevelik pretok luga odvzel več toplote elektrolizatorju, kar bo povzročilo padec temperature rezervoarja in povečanje moči.
(3) Vpliv na tok in napetost
Prekomerno kroženje luga bo vplivalo na stabilnost toka in napetosti. Prekomerni pretok tekočine bo motil normalno nihanje toka in napetosti, zaradi česar se tok in napetost ne bosta zlahka stabilizirala, kar bo povzročilo nihanja v delovnem stanju usmerniške omare in transformatorja ter s tem vplivalo na proizvodnjo in kakovost vodika.
(4) Povečana poraba energije
Prekomerno kroženje luga lahko povzroči tudi povečano porabo energije, povečane obratovalne stroške in zmanjšano energetsko učinkovitost sistema. Predvsem zaradi povečanja pomožne hladilne vode v notranjem sistemu kroženja in zunanjega kroženja, pršenja in ventilatorja, obremenitve hladilne vode itd., kar poveča porabo energije in skupno porabo energije.
(5) Vzrok okvare opreme
Prekomerno kroženje luga poveča obremenitev črpalke za kroženje luga, kar ustreza povečanemu pretoku, nihanju tlaka in temperature v elektrolizatorju, kar posledično vpliva na elektrode, membrane in tesnila v notranjosti elektrolizatorja, kar lahko povzroči okvare ali poškodbe opreme ter povečanje delovne obremenitve pri vzdrževanju in popravilih.
2️⃣Premajhen pretok luga
(1) Vpliv na temperaturo rezervoarja
Ko je količina luga v obtoku nezadostna, se toplota v elektrolizatorju ne more pravočasno odvajati, kar povzroči zvišanje temperature. Zaradi visoke temperature se tlak nasičene pare vode v plinski fazi zviša in vsebnost vode se poveča. Če se voda ne more dovolj kondenzirati, se obremeni čistilni sistem, kar vpliva na učinek čiščenja, poleg tega pa se skrajša tudi učinek in življenjska doba katalizatorja in adsorbenta.
(2) Vpliv na življenjsko dobo membrane
Nenehno visokotemperaturno okolje pospeši staranje membrane, zmanjša njeno delovanje ali celo poči, kar lahko povzroči medsebojno prepustnost vodika in kisika na obeh straneh membrane, kar vpliva na čistost vodika in kisika. Ko se medsebojna infiltracija približa spodnji meji, se verjetnost eksplozije v elektrolizatorju močno poveča. Hkrati lahko nenehno visokotemperaturno okolje povzroči tudi puščanje tesnila in skrajša njegovo življenjsko dobo.
(3) Vpliv na elektrode
Če je količina luga v obtoku premajhna, nastali plin ne more hitro zapustiti aktivnega središča elektrode, kar vpliva na učinkovitost elektrolize; če elektroda ne more v celoti stopiti v stik z lugom za izvedbo elektrokemične reakcije, se pojavita delni izpust in suho gorenje, kar pospeši luženje katalizatorja na elektrodi.
(4) Vpliv na napetost celice
Količina luga, ki kroži, je premajhna, ker se mehurčki vodika in kisika, ki nastanejo v aktivnem središču elektrode, ne morejo pravočasno odstraniti, količina raztopljenih plinov v elektrolitu pa se poveča, kar povzroči povečanje napetosti v majhni komori in povečanje porabe energije.
Štiri metode za določanje optimalnega pretoka kroženja luga
Za rešitev zgornjih težav je treba sprejeti ustrezne ukrepe, kot so redno preverjanje sistema kroženja luga, da se zagotovi njegovo normalno delovanje; vzdrževanje dobrih pogojev za odvajanje toplote okoli elektrolizatorja; in po potrebi prilagajanje obratovalnih parametrov elektrolizatorja, da se prepreči nastanek prevelike ali premajhne količine kroženja luga.
Optimalni pretok kroženja luga je treba določiti na podlagi specifičnih tehničnih parametrov elektrolizatorja, kot so velikost elektrolizatorja, število komor, delovni tlak, reakcijska temperatura, proizvodnja toplote, koncentracija luga, hladilnik luga, ločevalnik vodika in kisika, gostota toka, čistost plina in druge zahteve, trajnost opreme in cevovodov ter drugi dejavniki.
Tehnični parametri Dimenzije:
dimenzije 4800x2240x2281 mm
skupna teža 40700 kg
Učinkovita velikost komore 1830, število komor 238
Gostota toka elektrolizatorja 5000 A/m²
obratovalni tlak 1,6 MPa
reakcijska temperatura 90 ℃ ± 5 ℃
En komplet elektroliznega produkta vodika, prostornina 1300 Nm³/h
Kisik izdelka 650 Nm³/h
enosmerni tok n13100A, enosmerna napetost 480V
Hladilnik luga Φ700x4244 mm
površina izmenjave toplote 88,2 m²
Separator vodika in kisika Φ1300x3916mm
separator kisika Φ1300x3916mm
Koncentracija raztopine kalijevega hidroksida 30 %
Vrednost upornosti za čisto vodo >5MΩ·cm
Razmerje med raztopino kalijevega hidroksida in elektrolizatorjem:
Čista voda postane prevodna, sprošča vodik in kisik ter odvaja toploto. Pretok hladilne vode se uporablja za nadzor temperature luga, tako da je temperatura reakcije v elektrolizatorju relativno stabilna, proizvodnja toplote elektrolizatorja in pretok hladilne vode pa se uporabljata za uskladitev toplotnega ravnovesja sistema za doseganje najboljših delovnih pogojev in najbolj energetsko varčnih obratovalnih parametrov.
Na podlagi dejanskega delovanja:
Nadzor pretoka lužine pri 60 m³/h
Pretok hladilne vode se odpre pri približno 95 %.
Reakcijska temperatura elektrolizatorja je pri polni obremenitvi nadzorovana na 90 °C.
Optimalna poraba enosmerne energije elektrolizatorja je 4,56 kWh/Nm³H₂.
Petpovzeti
Če povzamemo, je volumen kroženja luga pomemben parameter v procesu proizvodnje vodika z elektrolizo vode, ki je povezan s čistostjo plina, napetostjo v komori, temperaturo elektrolizatorja in drugimi parametri. Primerno je nadzorovati volumen kroženja z zamenjavo luga v rezervoarju 2~4-krat/h/min. Z učinkovitim nadzorom volumna kroženja luga se zagotavlja stabilno in varno delovanje opreme za proizvodnjo vodika z elektrolizo vode v daljšem časovnem obdobju.
V procesu proizvodnje vodika z elektrolizo vode v alkalnem elektrolizatorju je optimizacija delovnih parametrov in zasnove elektroliznega kanala v kombinaciji z izbiro materiala elektrod in membrane ključna za povečanje toka, zmanjšanje napetosti v rezervoarju in prihranek energije.
——Kontaktirajte nas——
Tel.: +86 028 6259 0080
Faks: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Čas objave: 9. januar 2025
