banner_stranice

vijesti

Kruženje vodika i alkalija u procesu proizvodnje vodika elektrolizom vode u alkalnom elektrolizeru

9. siječnja 2025.

U procesu proizvodnje vodika u alkalnom elektrolizeru, kako postići stabilan rad uređaja, osim kvalitete samog elektrolizera, važan je utjecaj i na količinu cirkulacije lužine u postavkama.

Nedavno je na sastanku o razmjeni tehnologije sigurnosti proizvodnje Stručnog odbora za vodik Kineskog udruženja industrijskih plinova, Huang Li, voditelj Programa rada i održavanja vodika elektrolizom vodika u vodiku, podijelio naša iskustva o podešavanju volumena cirkulacije vodika i lužine u stvarnom procesu ispitivanja te rada i održavanja.

 

Slijedeći je originalni rad.

——————

U sklopu nacionalne strategije dvostrukog ugljika, tvrtka Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, specijalizirana za proizvodnju vodika već 25 godina i prva se uključila u područje vodikove energije, započela je širiti razvoj tehnologije i opreme za zeleni vodik, uključujući projektiranje cijevi za elektrolizu, proizvodnju opreme, prevlačenje elektroda, kao i ispitivanje te rad i održavanje elektroliznih spremnika.

 

JedanPrincip rada alkalnog elektrolizera

Propuštanjem istosmjerne struje kroz elektrolizator napunjen elektrolitom, molekule vode elektrokemijski reagiraju na elektrodama i razgrađuju se na vodik i kisik. Kako bi se poboljšala vodljivost elektrolita, opći elektrolit je vodena otopina s koncentracijom od 30% kalijevog hidroksida ili 25% natrijevog hidroksida.

Elektrolizer se sastoji od nekoliko elektrolitičkih ćelija. Svaka elektrolizna 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-tekućine smjese alkalija i oksi-alkalija. Kada se propusti određeni napon istosmjerne struje, kada napon premaši teorijski napon razgradnje vode od 1,23 V i termički neutralni napon od 1,48 V iznad određene vrijednosti, dolazi do redoks reakcije između elektrode i tekućine, a voda se razgrađuje na vodik i kisik.

 

Dva Kako lužina cirkulira

1️⃣Mješani ciklus vodika, 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 elektrolizatora. Prednosti miješane cirkulacije su jednostavna struktura, kratak proces, niska cijena i mogućnost osiguranja iste veličine cirkulacije lužine u katodnoj i anodnoj komori elektrolizatora; nedostatak je što s jedne strane može utjecati na čistoću vodika i kisika, a s druge strane može uzrokovati nereguliranost razine 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 vodika i kisika kao bočne lužine

Ovaj oblik cirkulacije zahtijeva dvije pumpe za cirkulaciju lužine, tj. dvije unutarnje cirkulacije. Lužina na dnu separatora vodika prolazi kroz cirkulacijsku pumpu na strani vodika, hladi se i filtrira, a zatim ulazi u katodnu komoru elektrolizatora; lužina na dnu separatora kisika prolazi kroz cirkulacijsku pumpu na strani kisika, hladi se i filtrira, a zatim ulazi u anodnu komoru elektrolizatora. Prednost neovisne cirkulacije lužine je u tome što su vodik i kisik proizvedeni elektrolizom visoke čistoće, čime se fizički izbjegava rizik 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 sustava.

 

Tri Utjecaj brzine protoka lužine na proizvodnju vodika elektrolitičkom vodom i radni uvjeti elektrolizera

1️⃣Prekomjerna cirkulacija lužine

(1) Utjecaj na čistoću vodika i kisika

Budući da vodik i kisik imaju određenu topljivost u lužini, volumen cirkulacije je prevelik, tako da se ukupna količina otopljenog vodika i kisika povećava i ulazi u svaku komoru s lužinom, što uzrokuje smanjenje čistoće vodika i kisika na izlazu iz elektrolizatora; volumen cirkulacije je prevelik, tako da je vrijeme zadržavanja tekućine za odvajanje vodika i kisika prekratko, a plin koji nije potpuno odvojen vraća se u unutrašnjost elektrolizatora s lužinom, što utječe na učinkovitost elektrokemijske reakcije u elektrolizatoru i čistoću vodika i kisika, te nadalje utječe na učinkovitost elektrokemijske reakcije u elektrolizatoru i čistoću vodika i kisika, te nadalje utječe na sposobnost opreme za pročišćavanje vodika i kisika da dehidrogenira i deoksigenira, što rezultira slabim učinkom pročišćavanja vodika i kisika i utječe na kvalitetu proizvoda.

(2) Utjecaj na temperaturu spremnika

Pod uvjetom da izlazna temperatura hladnjaka lužine ostane nepromijenjena, preveliki protok lužine odnijet će više topline iz elektrolizatora, što će uzrokovati pad temperature spremnika i povećanje snage.

(3) Utjecaj na struju i napon

Prekomjerna cirkulacija lužine utjecat će na stabilnost struje i napona. Prekomjerni protok tekućine ometat će normalne fluktuacije struje i napona, uzrokujući da se struja i napon ne mogu lako stabilizirati, uzrokujući fluktuacije u radnom stanju ispravljačkog ormara i transformatora, a time utječući na proizvodnju i kvalitetu vodika.

(4) Povećana potrošnja energije

Prekomjerna cirkulacija lužine također može dovesti do povećane potrošnje energije, povećanih operativnih troškova i smanjene energetske učinkovitosti sustava. Uglavnom u povećanju pomoćne rashladne vode u unutarnjem sustavu cirkulacije i vanjskog cirkulacijskog raspršivača 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, tlaku i fluktuacijama temperature u elektrolizatoru, što zauzvrat utječe na elektrode, dijafragme i brtve unutar elektrolizatora, što može dovesti do kvarova ili oštećenja opreme te povećanja opterećenja za održavanje i popravke.

2️⃣Premala cirkulacija lužine

(1) Utjecaj na temperaturu spremnika

Kada cirkulirajući volumen lužine nije dovoljan, toplina u elektrolizatoru se ne može na vrijeme odvesti, što rezultira porastom temperature. Visoka temperatura okoline uzrokuje porast tlaka zasićene pare vode u plinovitoj fazi i povećanje sadržaja vode. Ako se voda ne može dovoljno kondenzirati, to će povećati opterećenje sustava za pročišćavanje i utjecati na učinak pročišćavanja, a također će utjecati na učinak i vijek trajanja katalizatora i adsorbenta.

(2) Utjecaj na vijek trajanja dijafragme

Kontinuirano visoke temperature ubrzat će starenje dijafragme, uzrokovati smanjenje njezinih performansi ili čak puknuće, što lako može uzrokovati međusobnu propusnost vodika i kisika s obje strane dijafragme, utječući na čistoću vodika i kisika. Kada se međusobna infiltracija približi donjoj granici eksplozije, vjerojatnost opasnosti elektrolizera znatno se povećava. Istovremeno, kontinuirano visoke temperature također će uzrokovati oštećenje brtve zbog curenja, skraćujući njezin vijek trajanja.

(3) Učinak na elektrode

Ako je količina lužine u cirkulaciji premala, proizvedeni plin ne može brzo napustiti aktivno središte elektrode, što utječe na učinkovitost elektrolize; ako elektroda ne može u potpunosti doći u kontakt s lužinom kako bi se provela elektrokemijska reakcija, doći će do djelomičnog pražnjenja i suhog izgaranja, što će ubrzati otpuštanje katalizatora s elektrode.

(4) Utjecaj na napon ćelije

Količina lužine koja cirkulira je premalena jer se mjehurići vodika i kisika koji se stvaraju u aktivnom središtu elektrode ne mogu na vrijeme ukloniti, a količina otopljenih plinova u elektrolitu se povećava, što uzrokuje porast napona male komore i porast potrošnje energije.

 

Četiri metode za određivanje optimalne brzine protoka cirkulacije lužine

Za rješavanje gore navedenih problema potrebno je poduzeti odgovarajuće mjere, kao što je redovita provjera sustava cirkulacije lužine kako bi se osigurao njegov normalan rad; održavanje dobrih uvjeta odvođenja topline oko elektrolizatora; i podešavanje radnih parametara elektrolizatora, ako je potrebno, kako bi se izbjegla pojava prevelikog ili premalog volumena cirkulacije lužine.

Optimalnu brzinu cirkulacije lužine potrebno je odrediti na temelju specifičnih tehničkih parametara elektrolizera, kao što su veličina elektrolizera, broj komora, radni tlak, temperatura reakcije, stvaranje topline, koncentracija lužine, hladnjak lužine, separator vodika i kisika, gustoća struje, čistoća plina i drugi zahtjevi, trajnost opreme i cjevovoda te drugi čimbenici.

Tehnički parametri Dimenzije:

dimenzije 4800x2240x2281mm

ukupna težina 40700 kg

Efektivna veličina komore 1830, broj komora 238

Gustoća struje elektrolizera 5000 A/m²

radni tlak 1,6 MPa

temperatura reakcije 90℃±5℃

Jedan set elektrolizera, volumen vodika 1300 Nm³/h

Proizvod Kisik 650 Nm³/h

istosmjerna struja n13100A, istosmjerni napon 480V

Hladnjak lužine Φ700x4244 mm

površina izmjene topline 88,2 m²

Separator vodika i kisika Φ1300x3916mm

separator kisika Φ1300x3916mm

Koncentracija otopine kalijevog hidroksida 30%

Vrijednost otpora čistoj vodi >5MΩ·cm

Odnos između otopine kalijevog hidroksida i elektrolizatora:

Čine čistu vodu vodljivom, izvlače vodik i kisik te odvode toplinu. Protok rashladne vode koristi se za kontrolu temperature lužine tako da je temperatura reakcije elektrolizera relativno stabilna, a proizvodnja topline elektrolizera i protok rashladne vode koriste se za usklađivanje toplinske ravnoteže sustava kako bi se postigli najbolji radni uvjeti i energetski najštedljiviji radni parametri.

Na temelju stvarnih operacija:

Regulacija volumena cirkulacije lužine na 60 m³/h

Protok rashladne vode otvara se na oko 95%.

Temperatura reakcije elektrolizatora se kontrolira na 90°C pri punom opterećenju.

Optimalna potrošnja istosmjerne struje elektrolizera je 4,56 kWh/Nm³H₂.

 

Petrezimirati

Ukratko, volumen cirkulacije lužine važan je parametar u procesu proizvodnje vodika elektrolizom vode, a povezan je s čistoćom plina, naponom komore, temperaturom elektrolizatora i drugim parametrima. Prikladno je kontrolirati volumen cirkulacije 2~4 puta/h/min zamjene lužine u spremniku. Učinkovitom kontrolom volumena cirkulacije lužine osigurava se stabilan i siguran rad opreme za proizvodnju vodika elektrolizom vode tijekom duljeg vremenskog razdoblja.

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 spremnika 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.

Tablica unosa tehnologije

Stanje sirovine

Zahtjev za proizvod

Tehnički zahtjev