Chất điện phânhydrođơn vị sản xuất bao gồm một bộ điện phân nước hoàn chỉnhhydrothiết bị sản xuất, với các thiết bị chính bao gồm:
1. Tế bào 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 PLC, tủ dụng cụ, tủ phân phối, máy tính phía trên,..
5. Hệ thống phụ trợ chủ yếu bao gồm: bể chứa dung dịch kiềm, bể chứa nước nguyên liệu, máy bơm nước trang điểm, xi lanh nitơ/thanh cái, v.v./ 6. Hệ thống phụ trợ tổng thể của thiết bị bao gồm: máy nước tinh khiết, tháp làm lạnh, máy làm lạnh, máy nén khí, vv
thiết bị làm mát hydro và oxy, nước được thu gom bằng bẫy nhỏ giọt trước khi đưa ra ngoài dưới sự điều khiển của hệ thống điều khiển; Chất điện phân đi quahydrovà các bộ lọc kiềm oxy, bộ làm mát kiềm hydro và oxy tương ứng dưới tác động của bơm tuần hoàn, sau đó quay trở lại tế bào điện phân để điện phân tiếp.
Áp suất của hệ thống được điều chỉnh bởi hệ thống kiểm soát áp suất và hệ thống kiểm soát chênh lệch áp suất để đáp ứng yêu cầu của các quá trình tiếp theo và lưu trữ.
Hydro được tạo ra bằng phương pháp điện phân nước có ưu điểm là độ tinh khiết cao và ít tạp chất. Thông thường, tạp chất trong khí hydro tạo ra từ 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). Điều này mang lại sự thuận tiện cho việc sản xuất khí hydro có độ tinh khiết cao và khí tinh khiết có thể đáp ứng các tiêu chuẩn của khí công nghiệp cấp điện tử.
Hydro do đơn vị 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 khỏi hydro.
Sau khi vào thiết bị lọc hydro, hydro tạo ra bằng điện phân nước sẽ được tinh chế thêm, sử dụng nguyên lý phản ứng xúc tác và hấp phụ sàng phân tử để loại bỏ oxy, nước và các tạp chất khác khỏi hydro.
Thiết bị có thể thiết lập hệ thống điều chỉnh sản xuất hydro tự động theo tình hình thực tế. Những thay đổi về lượng khí nạp sẽ gây ra sự dao động áp suất của bình chứa hydro. Bộ truyền áp suất lắp trên bồn chứa sẽ xuất tín hiệu 4-20mA về PLC để so sánh với giá trị cài đặt ban đầu, sau khi biến đổi ngược và tính toán PID sẽ xuất tín hiệu 20-4mA về tủ chỉnh lưu để điều chỉnh kích thước của dòng điện phân, từ đó đạt được mục đích tự động điều chỉnh sản lượng hydro theo sự thay đổi tải lượng hydro.
Phản ứng duy nhất trong quá trình sản xuất hydro bằng điện phân nước là nước (H2O), cần được cung cấp nước thô liên tục thông qua máy bơm bổ sung nước. Vị trí bổ sung nằm trên bình tách hydro hoặc oxy. Ngoài ra, hydro và oxy cần lấy đi một lượng nhỏ nước khi rời khỏi hệ thống. Thiết bị có mức tiêu thụ nước thấp có thể tiêu thụ 1L/Nm ³ H2, trong khi thiết bị lớn hơn có thể giảm xuống 0,9L/Nm ³ H2. Hệ thống liên tục bổ sung nước thô, có thể duy trì sự ổn định của mức và nồng độ chất lỏng kiềm. Nó cũng có thể bổ sung nước phản ứng kịp thời để duy trì nồng độ của dung dịch kiềm.
- Hệ thống chỉnh lưu máy biến áp
Hệ thống này chủ yếu bao gồm hai thiết bị, một máy biến áp và một 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 tế bào điện phân và cung cấp nguồn DC cho tế bào điện phân. Một phần năng lượng được cung cấp được sử dụng để phân hủy trực tiếp các phân tử nước thành hydro và oxy, phần còn lại tạo ra nhiệt, được thực hiện bởi bộ làm mát kiềm 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 dùng cho thiết bị sản xuất hydro nước điện phân là máy biến áp đặc biệt cần được khớp theo dữ liệu của từng tế bào điện phân nên là thiết bị tùy chỉnh.
Hiện nay, loại tủ chỉnh lưu được sử dụng phổ biến nhất là loại thyristor, được các nhà sản xuất thiết bị ưa chuộng do có thời gian sử dụng lâu, độ ổn định cao và giá thành rẻ. Tuy nhiên, do nhu cầu thích ứng các thiết bị quy mô lớn với năng lượng tái tạo đầu cuối nên hiệu suất chuyển đổi của tủ chỉnh lưu thyristor tương đối thấp. Hiện nay, các nhà sản xuất tủ chỉnh lưu khác nhau đang nỗ lực áp dụng tủ chỉnh lưu IGBT mới. IGBT đã rất phổ biến trong các ngành công nghiệp khác như năng lượng gió và người ta tin rằng tủ chỉnh lưu IGBT sẽ có sự phát triển đáng kể trong tương lai.
- Hệ thống tủ phân phối
Tủ phân phối chủ yếu được sử dụng để cung cấp điện cho các bộ phận khác nhau có động cơ trong hệ thống tách và lọc hydro oxy phía sau thiết bị sản xuất hydro nước điện phân, bao gồm thiết bị 400V hay thường được gọi là thiết bị 380V. Thiết bị bao gồm bơm tuần hoàn kiềm trong khung tách hydro oxy và bơm nước bổ sung trong hệ thống phụ trợ; Nguồn điện cung cấp cho dây dẫn nhiệt trong hệ thống sấy và lọc cũng như các hệ thống phụ trợ cần thiết cho toàn bộ hệ thống như máy nước tinh khiết, máy làm lạnh, máy nén khí, tháp giải nhiệt, máy nén hydro back-end, máy hydro hóa, v.v. ., còn bao gồm cả việc cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng, giám sát và các hệ thống khác của toàn bộ nhà ga.
- Cgiới thiệutôi hệ thống
Hệ thống điều khiển thực hiện điều khiển tự động PLC. PLC thường sử dụng Siemens 1200 hoặc 1500 và được trang bị màn hình cảm ứng giao diện tương tác giữa người và máy. 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 dung dịch kiềm
Hệ thống này chủ yếu bao gồm các thiết bị chính sau:
Máy tách oxy hydro – Bơm tuần hoàn dung dịch kiềm – Van – Bộ lọc dung dịch kiềm – Bình điện phân
Quy trình chính như sau: dung dịch kiềm trộn với hydro và oxy trong thiết bị tách hydro oxy được tách bằng thiết bị tách khí-lỏng và hồi lưu về bơm tuần hoàn dung dịch kiềm. Bộ tách hydro và bộ tách oxy được kết nối ở đây, bơm tuần hoàn dung dịch kiềm sẽ tuần hoàn dung dịch kiềm hồi lưu đến van và bộ lọc dung dịch kiềm ở đầu sau. Sau khi bộ lọc lọc hết tạp chất lớn, dung dịch kiềm được tuần hoàn vào bên trong tế bào điện phân.
6. Hệ thống hydro
Khí hydro được tạo ra từ phía điện cực catốt và đi đến thiết bị phân tách cùng với hệ thống tuần hoàn dung dịch kiềm. Bên trong thiết bị phân tách, khí hydro tương đối nhẹ và được tách ra khỏi dung dịch kiềm một cách tự nhiên, đi đến phần trên của thiết bị phân tách. Sau đó, nó đi qua các đường ống để phân tách thêm, làm mát bằng nước làm mát và được thu gom bằng thiết bị hứng nhỏ giọt để đạt được độ tinh khiết khoảng 99% trước khi đến hệ thống làm sạch và sấy khô phía sau.
Sơ tán: Việc sơ tán khí hydro chủ yếu được sử dụng trong thời gian khởi động và tắt máy, hoạt động bất thường hoặc khi độ tinh khiết không đáp ứng tiêu chuẩn cũng như để khắc phục sự cố.
7. Hệ thống oxy
Con đường của oxy tương tự như con đường của hydro, ngoại trừ việc nó được thực hiện trong các thiết bị phân tách khác nhau.
Hút khí: Hiện nay hầu hết các công trình đều sử dụng phương pháp hút khí oxy.
Sử dụng: Giá trị sử dụng của oxy chỉ có ý nghĩa trong các dự án đặc biệt, chẳng hạn như các ứng dụng có thể sử dụng cả hydro và oxy có độ tinh khiết cao, chẳng hạn như các nhà sản xuất cáp 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 sản xuất oxy y tế thông qua hệ thống phân tán. Tuy nhiên, độ chính xác của các kịch bản sử dụng này vẫn cần được xác nhận thêm.
8. Hệ thống nước làm mát
Quá trình điện phân nước là một phản ứng thu nhiệt và 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. Nói cách khác, một phần điện năng sử dụng trong tế bào điện phân được chuyển thành nhiệt, chủ yếu dùng để làm nóng hệ thống tuần hoàn dung dịch kiềm lúc đầu, nâng nhiệt độ của dung dịch kiềm lên khoảng nhiệt độ yêu cầu là 90 ± 5 oC cho thiết bị. Nếu tế bào điện phân tiếp tục hoạt động sau khi đạt đến nhiệt độ định mức thì nhiệt sinh ra cần được thực hiện bằng nước làm mát 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 ngăn của buồng điện phân sẽ bị hỏng, điều này cũng gây bất lợi cho hoạt động lâu dài của thiết bị.
Nhiệt độ hoạt động tối ưu cho thiết bị này phải được duy trì ở mức không quá 95oC. Ngoài ra, hydro và oxy tạo ra cũng cần được làm mát và hút ẩm, đồng thời thiết bị chỉnh lưu thyristor 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.
- Hệ thống nạp nitơ và làm sạch nitơ
Trước khi gỡ lỗi và vận hành thiết bị, phải tiến hành kiểm tra độ kín nitơ trên hệ thống. Trước khi khởi động bình thường, cũng cần phải thanh lọc pha khí của hệ thống bằng nitơ để đảm bảo khí trong không gian pha khí ở cả hai phía của hydro và oxy cách 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 áp suất vẫn còn trong quá trình khởi động thì không cần thực hiện thao tác thanh lọc. Tuy nhiên, nếu áp suất được giảm hoàn toàn thì cần phải thực hiện lại thao tác làm sạch nitơ.
- Hệ thống sấy khô (tinh lọc) hydro (tùy chọn)
Khí hydro được điều chế từ quá trình điện phân nước được hút ẩm bằng máy sấy song song và cuối cùng được tinh chế bằng bộ lọc ống niken thiêu kết để thu được khí hydro khô. Theo yêu cầu của người dùng đối với sản phẩm hydro, hệ thống có thể bổ sung một thiết bị thanh lọc, sử dụng quá trình khử oxy xúc tác lưỡng kim bạch kim palladium để tinh chế.
Hydro được sản xuất bởi đơn vị sản xuất hydro điện phân nước được gửi đến bộ phận lọc hydro thông qua bể đệm.
Khí hydro đầu tiên đi qua tháp khử oxy và dưới tác dụng của chất xúc tác, oxy trong khí hydro phản ứng với khí hydro để tạo ra nước.
Công thức phản ứng: 2H2+O2 2H2O.
Sau đó, khí hydro đi qua thiết bị ngưng tụ hydro (làm nguội khí để ngưng tụ hơi nước thành nước, nước này tự động thải ra ngoài hệ thống thông qua bộ thu) và đi vào tháp hấp phụ.
Thời gian đăng: Dec-03-2024
