Циркулација водоника и алкалија у процесу производње водоника електролизом воде у алкалном електролизеру

У процесу производње водоника у алкалном електролизеру, како постићи стабилан рад уређаја, поред квалитета самог електролизера, важан фактор утицаја је и количина циркулације луга у подешавању.

Недавно је на састанку о размени технологија за безбедност производње у оквиру Комитета стручњака за водоник Кинеског удружења индустријских гасова, Хуанг Ли, руководилац Програма за рад и одржавање водоника помоћу електролизе водоника, поделио наша искуства о подешавању запремине циркулације водоника и луга у стварном процесу испитивања, рада и одржавања.

Следи оригинални рад.

——————

У оквиру националне стратегије двоструког угљеника, компанија Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, која је специјализована за производњу водоника већ 25 година и прва се укључила у област водоничне енергије, почела је да проширује развој технологије и опреме за зелени водоник, укључујући пројектовање канала за електролизне резервоаре, производњу опреме, превлаку електрода, као и тестирање, рад и одржавање електролизних резервоара.

ЈеданПринцип рада алкалног електролизера

Пропуштањем једносмерне струје кроз електролизер напуњен електролитом, молекули воде електрохемијски реагују на електродама и разлажу се на водоник и кисеоник. Да би се побољшала проводљивост електролита, уобичајени електролит је водени раствор са концентрацијом од 30% калијум хидроксида или 25% натријум хидроксида.

Електролизер се састоји од неколико електролитичких ћелија. Свака комора за електролизу састоји се од катоде, аноде, дијафрагме и електролита. Главна функција дијафрагме је спречавање продора гаса. У доњем делу електролизера налази се заједнички улаз и излаз, а у горњем делу се пропушта канал за проток гасно-течне смеше алкалија и окси-алкалија. Када се пропусти одређени напон једносмерне струје, када напон пређе одређену вредност теоријског напона разлагања воде од 1,23 V и термички неутралног напона од 1,48 V, долази до редокс реакције између електроде и течности, при чему се вода разлаже на водоник и кисеоник.

Два Како се лужина шири

1️⃣Мешовити циклус водоника, кисеоника и бочне луге

У овом облику циркулације, лужина улази у пумпу за циркулацију лужине кроз спојну цев на дну сепаратора водоника и сепаратора кисеоника, а затим након хлађења и филтрирања улази у катодну и анодну комору електролизера. Предности мешане циркулације су једноставна структура, кратак процес, ниска цена и могућност обезбеђивања исте величине циркулације лужине у катодној и анодној комори електролизера; недостатак је што, с једне стране, може утицати на чистоћу водоника и кисеоника, а с друге стране, може проузроковати да ниво сепаратора водоника и кисеоника буде неподешен, што може довести до повећаног ризика од мешања водоника и кисеоника. Тренутно је страна водоника и кисеоника у циклусу мешања лужине најчешћи процес.

2️⃣Одвојена циркулација водоника и кисеоника као бочне луге

Овај облик циркулације захтева две пумпе за циркулацију лужине, односно две унутрашње циркулације. Лужина на дну сепаратора водоника пролази кроз циркулациону пумпу на страни водоника, хлади се и филтрира, а затим улази у катодну комору електролизера; лужина на дну сепаратора кисеоника пролази кроз циркулациону пумпу на страни кисеоника, хлади се и филтрира, а затим улази у анодну комору електролизера. Предност независне циркулације лужине је у томе што су водоник и кисеоник произведени електролизом високе чистоће, чиме се физички избегава ризик од мешања водоника и сепаратора кисеоника; недостатак је што су структура и процес компликовани и скупи, а такође је потребно осигурати конзистентност протока, напора, снаге и других параметара пумпи на обе стране, што повећава сложеност рада и поставља захтев за контролом стабилности обе стране система.

Три Утицај брзине циркулације луга на производњу водоника електролитичком водом и радни услови електролизера

1️⃣Прекомерна циркулација лужине

(1) Утицај на чистоћу водоника и кисеоника

Пошто водоник и кисеоник имају одређену растворљивост у луги, запремина циркулације је превелика, тако да се укупна количина раствореног водоника и кисеоника повећава и улази у сваку комору са лугом, што доводи до смањења чистоће водоника и кисеоника на излазу из електролизера; запремина циркулације је превелика, тако да је време задржавања течног сепаратора водоника и кисеоника прекратко, а гас који није потпуно одвојен враћа се у унутрашњост електролизера са лугом, што утиче на ефикасност електрохемијске реакције електролизера и чистоћу водоника и кисеоника, а даље ће утицати на ефикасност електрохемијске реакције у електролизеру и чистоћу водоника и кисеоника, а даље ће утицати на способност опреме за пречишћавање водоника и кисеоника да дехидрогенише и деоксигенира, што резултира лошим ефектом пречишћавања водоника и кисеоника и утиче на квалитет производа.

(2) Утицај на температуру резервоара

Под условом да излазна температура хладњака лужине остане непромењена, превише протока лужине ће одузети више топлоте електролизеру, што ће узроковати пад температуре резервоара и повећање снаге.

(3) Утицај на струју и напон

Прекомерна циркулација луга утицаће на стабилност струје и напона. Прекомерни проток течности ометаће нормално колебање струје и напона, узрокујући да се струја и напон не стабилизују лако, што доводи до флуктуација у радном стању исправљачког кућишта и трансформатора, а самим тим и до утиче на производњу и квалитет водоника.

(4) Повећана потрошња енергије

Прекомерна циркулација луга такође може довести до повећане потрошње енергије, повећаних оперативних трошкова и смањене енергетске ефикасности система. Углавном у повећању помоћне расхладне воде у систему унутрашње циркулације и спољне циркулације прскањем и вентилатором, оптерећења хладном водом итд., тако да се потрошња енергије повећава, повећава се и укупна потрошња енергије.

(5) Узрок квара опреме

Прекомерна циркулација лужине повећава оптерећење пумпе за циркулацију лужине, што одговара повећаном протоку, притиску и флуктуацијама температуре у електролизеру, што заузврат утиче на електроде, дијафрагме и заптивке унутар електролизера, што може довести до кварова или оштећења опреме и повећања обима посла за одржавање и поправку.

2️⃣Премала циркулација лугине

(1) Утицај на температуру резервоара

Када је запремина лужине у циркулацији недовољна, топлота у електролизеру не може се благовремено одвести, што доводи до повећања температуре. Висока температура окружења доводи до повећања засићеног напона паре воде у гасној фази и повећања садржаја воде. Ако се вода не може довољно кондензовати, то ће повећати оптерећење система за пречишћавање и утицати на ефекат пречишћавања, а такође ће утицати и на ефекат и век трајања катализатора и адсорбента.

(2) Утицај на век трајања дијафрагме

Континуирано високотемпературно окружење убрзаће старење дијафрагме, довести до смањења њених перформанси или чак пуцања, што лако може проузроковати међусобну пропустљивост водоника и кисеоника са обе стране дијафрагме, што утиче на чистоћу водоника и кисеоника. Када се међусобна инфилтрација приближи доњој граници експлозије, вероватноћа опасности електролизера знатно се повећава. Истовремено, континуирано високотемпературно окружење ће такође проузроковати цурење и оштећење заптивке, скраћујући њен век трајања.

(3) Утицај на електроде

Ако је количина луга у циркулацији премала, произведени гас не може брзо да напусти активни центар електроде, што утиче на ефикасност електролизе; ако електрода не може у потпуности да дође у контакт са лугом да би спровела електрохемијску реакцију, доћи ће до делимичног пражњења и сувог сагоревања, што ће убрзати осипање катализатора са електроде.

(4) Утицај на напон ћелије

Количина луга која циркулише је премала, јер се мехурићи водоника и кисеоника који се стварају у активном центру електроде не могу благовремено уклонити, а количина растворених гасова у електролиту се повећава, што узрокује повећање напона мале коморе и повећање потрошње енергије.

Четири методе за одређивање оптималне брзине циркулације луга

Да би се решили горе наведени проблеми, неопходно је предузети одговарајуће мере, као што је редовна провера система за циркулацију лугине како би се осигурао његов нормалан рад; одржавање добрих услова за одвођење топлоте око електролизера; и подешавање радних параметара електролизера, ако је потребно, како би се избегла појава превелике или премале запремине циркулације лугине.

Оптималну брзину циркулације лужине потребно је одредити на основу специфичних техничких параметара електролизера, као што су величина електролизера, број комора, радни притисак, температура реакције, стварање топлоте, концентрација лужине, хладњак лужине, сепаратор водоника и кисеоника, густина струје, чистоћа гаса и други захтеви, издржљивост опреме и цевовода и други фактори.

Технички параметри Димензије:

димензије 4800x2240x2281 мм

укупна тежина 40700 кг

Ефективна величина коморе 1830, број комора 238

Густина струје електролизера 5000A/m²

радни притисак 1,6 МПа

температура реакције 90℃±5℃

Један сет електролизерског производа водоника запремине 1300 Нм³/х

Производ Кисеоник 650Nm³/h

једносмерна струја n13100A, једносмерни напон 480V

Хладњак за луг Φ700x4244 мм

површина за размену топлоте 88,2 м²

Сепаратор водоника и кисеоника Φ1300x3916mm

сепаратор кисеоника Φ1300x3916mm

Концентрација раствора калијум хидроксида 30%

Вредност отпора чистој води >5MΩ·cm

Однос између раствора калијум хидроксида и електролизера:

Чини чисту воду проводљивом, издваја водоник и кисеоник и одводи топлоту. Проток расхладне воде се користи за контролу температуре лужине тако да је температура реакције електролизера релативно стабилна, а стварање топлоте електролизера и проток расхладне воде се користе за усклађивање топлотног биланса система како би се постигли најбољи радни услови и најенергетски штедљивији радни параметри.

На основу стварних операција:

Контрола запремине циркулације луга на 60 м³/х,

Проток расхладне воде се отвара на око 95%.

Температура реакције електролизера се контролише на 90°C при пуном оптерећењу.

Оптимална потрошња једносмерне струје електролизера је 4,56 kWh/Nm³H₂.

Петсумирати

Укратко, запремина циркулације луге је важан параметар у процесу производње водоника електролизом воде, који је повезан са чистоћом гаса, напоном коморе, температуром електролизера и другим параметрима. Погодно је контролисати запремину циркулације брзином замене луге у резервоару од 2~4 пута/х/мин. Ефикасном контролом запремине циркулације луге, обезбеђује се стабилан и безбедан рад опреме за производњу водоника електролизом воде током дужег временског периода.

У процесу производње водоника електролизом воде у алкалном електролизеру, оптимизација радних параметара и дизајна електролизерског канала, у комбинацији са избором материјала електроде и материјала дијафрагме, кључни су за повећање струје, смањење напона резервоара и уштеду енергије.

——Контактирајте нас——

Тел: +86 028 6259 0080

Факс: +86 028 6259 0100

E-mail: tech@allygas.com