Đơn vị sản xuất hydro điện phân bao gồm một bộ thiết bị sản xuất hydro điện phân nước hoàn chỉnh.Các thiết bị chính là:
1. Máy điện phân
2. Thiết bị tách khí-lỏng
3. Hệ thống sấy và lọc
4. Phần điện bao gồm: máy biến áp, tủ chỉnh lưu, tủ điều khiển chương trình PLC, tủ dụng cụ, tủ phân phối điện, máy tính chủ, v.v.
5. Hệ thống phụ trợ chủ yếu bao gồm: bể kiềm, bể chứa nước nguyên liệu, máy bơm cấp nước, chai nitơ / thanh cái, v.v.
6. Hệ thống phụ trợ tổng thể của thiết bị bao gồm: máy nước tinh khiết, tháp nước giải nhiệt, chiller, máy nén khí,..
Trong thiết bị sản xuất hydro điện phân, nước bị phân hủy thành 1 phần hydro và 1/2 phần oxy trong máy điện phân dưới tác dụng của dòng điện một chiều.Hydro và oxy được tạo ra được đưa đến thiết bị tách khí-lỏng cùng với chất điện phân để tách.Hydro và oxy được làm mát bằng bộ làm mát hydro và oxy, đồng thời thiết bị hứng giọt nước sẽ bắt và loại bỏ nước, sau đó được gửi ra ngoài dưới sự điều khiển của hệ thống điều khiển;chất điện phân đi qua bộ lọc hydro, oxy kiềm, hydro, bộ lọc kiềm oxy, v.v. dưới tác dụng của bơm tuần hoàn.làm mát chất lỏng rồi quay trở lại máy điện phân để tiếp tục điện phân.
Áp suất của hệ thống được điều chỉnh thông qua hệ thống kiểm soát áp suất và hệ thống kiểm soát chênh lệch áp suất để đáp ứng yêu cầu của các quá trình và lưu trữ tiếp theo.
Hydro được sản xuất bằng phương pháp điện phân nước có ưu điểm là độ tinh khiết cao và ít tạp chất.Thông thường, tạp chất trong hydro tạo ra bằng quá trình điện phân nước chỉ có oxy và nước, không có thành phần nào khác (có thể tránh ngộ độc một số chất xúc tác), tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất hydro có độ tinh khiết cao., sau khi tinh chế, khí được tạo ra có thể đạt các chỉ số của khí công nghiệp cấp điện tử.
Hydro do thiết bị sản xuất hydro tạo ra đi qua bể đệm để ổn định áp suất làm việc của hệ thống và tiếp tục loại bỏ nước tự do trong hydro.
Sau khi hydro đi vào thiết bị lọc hydro, hydro tạo ra từ quá trình điện phân nước sẽ được tinh chế thêm, oxy, nước và các tạp chất khác trong hydro được loại bỏ bằng nguyên lý phản ứng xúc tác và hấp phụ sàng phân tử.
Thiết bị có thể thiết lập hệ thống điều chỉnh tự động để sản xuất hydro theo tình hình thực tế.Những thay đổi về lượng khí sẽ gây ra sự dao động áp suất của bình chứa hydro.Bộ truyền áp suất được lắp đặt trên bể chứa sẽ xuất tín hiệu 4-20mA và gửi đến PLC. Sau khi so sánh giá trị cài đặt ban đầu và thực hiện phép biến đổi nghịch đảo và tính toán PID, tín hiệu 20~4mA sẽ được xuất ra và gửi đến tủ chỉnh lưu để điều chỉnh kích thước dòng điện phân, từ đó đạt được mục đích tự động điều chỉnh sản lượng hydro theo sự thay đổi tải lượng hydro.
Thiết bị sản xuất hydro điện phân nước kiềm chủ yếu bao gồm các hệ thống sau:
(1) Hệ thống nước nguyên liệu
Thứ duy nhất phản ứng trong quá trình sản xuất hydro điện phân nước là nước (H2O), cần được bổ sung liên tục bằng nước thô thông qua máy bơm bổ sung nước.Vị trí bổ sung nước nằm trên bình tách hydro hoặc oxy.Ngoài ra, một lượng nhỏ hydro và oxy phải được loại bỏ khi rời khỏi hệ thống.độ ẩm.Mức tiêu thụ nước của thiết bị nhỏ là 1L/Nm³H2 và mức tiêu thụ nước của thiết bị lớn có thể giảm xuống 0,9L/Nm³H2.Hệ thống liên tục bổ sung nước thô.Thông qua việc bổ sung nước, có thể duy trì sự ổn định của mức chất lỏng kiềm và nồng độ kiềm và dung dịch phản ứng có thể được bổ sung kịp thời.nước để duy trì nồng độ dung dịch kiềm.
2) Hệ thống chỉnh lưu máy biến áp
Hệ thống này chủ yếu bao gồm hai thiết bị: máy biến áp và tủ chỉnh lưu.Chức năng chính của nó là chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 10/35KV do chủ sở hữu mặt trước cung cấp thành nguồn DC theo yêu cầu của máy điện phân và cung cấp nguồn DC cho máy điện phân.Một phần năng lượng cung cấp được sử dụng để phân hủy trực tiếp nước.Các phân tử là hydro và oxy, phần còn lại tạo ra nhiệt, nhiệt này được bộ làm mát dung dịch kiềm lấy ra ngoài thông qua nước làm mát.
Hầu hết các máy biến áp đều là loại dầu.Nếu đặt trong nhà hoặc bên trong thùng chứa, có thể sử dụng máy biến áp loại khô.Máy biến áp được sử dụng trong thiết bị sản xuất hydro nước điện phân là máy biến áp đặc biệt và cần được khớp theo dữ liệu của từng máy điện phân, vì vậy chúng là thiết bị tùy chỉnh.
(3) hệ thống tủ phân phối điện
Tủ phân phối điện chủ yếu được sử dụng để cung cấp điện áp 400V hay thường được gọi là thiết bị 380V cho các bộ phận khác nhau có động cơ trong hệ thống tách và lọc hydro và oxy phía sau thiết bị sản xuất hydro nước điện phân.Thiết bị bao gồm tuần hoàn kiềm trong khung tách hydro và oxy.Máy bơm, máy bơm bổ sung nước trong hệ thống phụ trợ;dây dẫn nhiệt trong hệ thống sấy và lọc cũng như các hệ thống phụ trợ được yêu cầu bởi toàn bộ hệ thống, chẳng hạn như máy nước tinh khiết, máy làm lạnh, máy nén khí, tháp giải nhiệt và máy nén hydro phía sau, máy hydro hóa và các thiết bị khác. Nguồn điện cũng bao gồm nguồn điện cho hệ thống chiếu sáng, giám sát và các hệ thống khác của toàn trạm.
(4) hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển thực hiện điều khiển tự động PLC.PLC thường sử dụng Siemens 1200 hoặc 1500. Nó được trang bị màn hình cảm ứng giao diện tương tác giữa người và máy tính, hoạt động và hiển thị thông số của từng hệ thống của thiết bị cũng như hiển thị logic điều khiển được thực hiện trên màn hình cảm ứng.
5) Hệ thống tuần hoàn kiềm
Hệ thống này chủ yếu bao gồm các thiết bị chính sau:
Máy tách hydro và oxy - bơm tuần hoàn kiềm - van - bộ lọc kiềm - máy điện phân
Quy trình chính là: chất lỏng kiềm trộn với hydro và oxy trong thiết bị tách hydro và oxy được tách bằng thiết bị tách khí-lỏng và sau đó chảy trở lại bơm tuần hoàn chất lỏng kiềm.Ở đây bộ tách hydro và bộ tách oxy được kết nối và bơm tuần hoàn chất lỏng kiềm sẽ hồi lưu.Chất lỏng kiềm lưu thông đến van và bộ lọc chất lỏng kiềm ở phía sau.Sau khi bộ lọc lọc các tạp chất lớn, chất lỏng kiềm sẽ tuần hoàn vào bên trong máy điện phân.
(6) Hệ thống hydro
Hydro được tạo ra từ phía điện cực catốt và đi đến thiết bị phân tách cùng với hệ thống tuần hoàn chất lỏng kiềm.Trong thiết bị phân tách, do bản thân hydro tương đối nhẹ nên nó sẽ tự nhiên tách khỏi chất lỏng kiềm và đến phần trên của thiết bị phân tách, sau đó đi qua đường ống để tách và làm mát thêm.Sau khi làm mát bằng nước, thiết bị hứng giọt sẽ bắt các giọt và đạt độ tinh khiết khoảng 99%, đạt đến hệ thống làm sạch và sấy khô phía sau.
Sơ tán: Việc sơ tán hydro chủ yếu được sử dụng để sơ tán trong quá trình khởi động và tắt máy, hoạt động bất thường hoặc lỗi độ tinh khiết và sơ tán do lỗi.
(7) Hệ thống oxy
Đường đi của oxy tương tự như đường đi của hydro, nhưng ở một thiết bị phân tách khác.
Sơ tán: Hiện tại, hầu hết các dự án oxy đều được xử lý bằng cách sơ tán.
Sử dụng: Giá trị sử dụng của oxy chỉ có ý nghĩa trong các dự án đặc biệt, chẳng hạn như một số kịch bản ứng dụng có thể sử dụng cả hydro và oxy có độ tinh khiết cao, chẳng hạn như các nhà sản xuất sợi quang.Ngoài ra còn có một số dự án lớn đã dành không gian để sử dụng oxy.Các kịch bản ứng dụng phụ trợ là sản xuất oxy lỏng sau khi sấy khô và tinh chế hoặc sử dụng oxy y tế thông qua hệ thống phân tán.Tuy nhiên, việc sàng lọc các kịch bản sử dụng này vẫn chưa được xác định.Xác nhận thêm.
(8) hệ thống nước làm mát
Quá trình điện phân nước là phản ứng thu nhiệt.Quá trình sản xuất hydro phải được cung cấp năng lượng điện.Tuy nhiên, năng lượng điện tiêu thụ trong quá trình điện phân nước vượt quá mức hấp thụ nhiệt lý thuyết của phản ứng điện phân nước.Nghĩa là, một phần điện năng mà máy điện phân sử dụng được chuyển thành nhiệt.Phần này Nhiệt chủ yếu được sử dụng để làm nóng hệ thống tuần hoàn kiềm ngay từ đầu, do đó nhiệt độ của dung dịch kiềm tăng lên khoảng nhiệt độ 90 ± 5°C mà thiết bị yêu cầu.Nếu máy điện phân tiếp tục hoạt động sau khi đạt đến nhiệt độ định mức thì cần sử dụng nhiệt sinh ra. Nước làm mát được đưa ra ngoài để duy trì nhiệt độ bình thường của vùng phản ứng điện phân.Nhiệt độ cao trong vùng phản ứng điện phân có thể làm giảm mức tiêu thụ năng lượng, nhưng nếu nhiệt độ quá cao, màng buồng điện phân sẽ bị phá hủy, điều này cũng gây bất lợi cho hoạt động lâu dài của thiết bị.
Thiết bị này yêu cầu nhiệt độ hoạt động phải được duy trì ở mức không quá 95°C.Ngoài ra, hydro và oxy tạo ra cũng phải được làm mát và hút ẩm, đồng thời thiết bị chỉnh lưu điều khiển bằng silicon làm mát bằng nước cũng được trang bị các đường ống làm mát cần thiết.
Thân bơm của các thiết bị lớn cũng cần có sự tham gia của nước làm mát.
(9) Hệ thống nạp và làm sạch nitơ
Trước khi gỡ lỗi và vận hành thiết bị, hệ thống phải được nạp đầy nitơ để kiểm tra độ kín khí.Trước khi khởi động bình thường, pha khí của hệ thống cũng cần được làm sạch bằng nitơ để đảm bảo khí trong không gian pha khí ở cả hai phía của hydro và oxy tránh xa phạm vi dễ cháy nổ.
Sau khi tắt thiết bị, hệ thống điều khiển sẽ tự động duy trì áp suất và giữ lại một lượng hydro và oxy nhất định bên trong hệ thống.Nếu vẫn thấy áp suất khi bật thiết bị thì không cần thực hiện thanh lọc.Tuy nhiên, nếu tất cả áp lực được loại bỏ, nó sẽ cần phải được thanh lọc lại.Hành động thanh lọc nitơ.
(10) Hệ thống sấy (tinh lọc) hydro (tùy chọn)
Hydro được tạo ra từ quá trình điện phân nước được hút ẩm bằng máy sấy song song và cuối cùng được làm sạch bằng bộ lọc ống niken thiêu kết để thu được hydro khô.(Theo yêu cầu của người dùng đối với sản phẩm hydro, hệ thống có thể thêm một thiết bị tinh chế và quá trình tinh chế sử dụng quá trình khử oxy xúc tác lưỡng kim paladi-bạch kim).
Hydro được tạo ra bởi thiết bị sản xuất hydro điện phân nước được đưa đến thiết bị lọc hydro thông qua bể đệm.
Hydro đầu tiên đi qua tháp khử oxy.Dưới tác dụng của chất xúc tác, oxy trong hydro phản ứng với hydro để tạo ra nước.
Công thức phản ứng: 2H2+O2 2H2O.
Sau đó, hydro đi qua thiết bị ngưng tụ hydro (làm mát khí để ngưng tụ hơi nước trong khí để tạo ra nước và nước ngưng tụ sẽ tự động thải ra khỏi hệ thống thông qua bộ thu chất lỏng) và đi vào tháp hấp phụ.
Thời gian đăng: 14-05-2024
