Στη διαδικασία παραγωγής υδρογόνου αλκαλικού ηλεκτρολύτη, ο τρόπος με τον οποίο η συσκευή λειτουργεί σταθερά, εκτός από την ποιότητα του ίδιου του ηλεκτρολύτη, στην οποία η ποσότητα κυκλοφορίας αλκαλικής αλκοόλης της ρύθμισης είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας επιρροής.
Πρόσφατα, στη Συνάντηση Ανταλλαγής Τεχνολογίας Ασφάλειας Παραγωγής της Επιτροπής Επαγγελματιών Υδρογόνου του Συνδέσμου Βιομηχανικών Αερίων της Κίνας, ο Huang Li, επικεφαλής του Προγράμματος Λειτουργίας και Συντήρησης Υδρογόνου-Ηλεκτρόλυσης Νερού, μοιράστηκε την εμπειρία μας σχετικά με τη ρύθμιση του όγκου κυκλοφορίας υδρογόνου και αλκάλιας στην πραγματική διαδικασία δοκιμών και λειτουργίας και συντήρησης.
Το παρακάτω είναι το πρωτότυπο έγγραφο.
———————
Υπό το πρίσμα της εθνικής στρατηγικής διπλού άνθρακα, η Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, η οποία ειδικεύεται στην παραγωγή υδρογόνου εδώ και 25 χρόνια και ήταν η πρώτη που ασχολήθηκε με τον τομέα της ενέργειας υδρογόνου, άρχισε να επεκτείνει την ανάπτυξη της τεχνολογίας και του εξοπλισμού πράσινου υδρογόνου, συμπεριλαμβανομένου του σχεδιασμού δρομέων δεξαμενών ηλεκτρόλυσης, της κατασκευής εξοπλισμού, της επιμετάλλωσης ηλεκτροδίων, καθώς και της δοκιμής, λειτουργίας και συντήρησης δεξαμενών ηλεκτρόλυσης.
ΕναςΑρχή λειτουργίας αλκαλικού ηλεκτρολύτη
Με τη διέλευση συνεχούς ρεύματος μέσω ενός ηλεκτρολύτη γεμάτου με ηλεκτρολύτη, τα μόρια νερού αντιδρούν ηλεκτροχημικά στα ηλεκτρόδια και αποσυντίθενται σε υδρογόνο και οξυγόνο. Προκειμένου να ενισχυθεί η αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη, ο γενικός ηλεκτρολύτης είναι ένα υδατικό διάλυμα με συγκέντρωση 30% υδροξειδίου του καλίου ή 25% υδροξειδίου του νατρίου.
Ο ηλεκτρολύτης αποτελείται από πολλά ηλεκτρολυτικά στοιχεία. Κάθε θάλαμος ηλεκτρόλυσης αποτελείται από κάθοδο, άνοδο, διάφραγμα και ηλεκτρολύτη. Η κύρια λειτουργία του διαφράγματος είναι η αποτροπή της διείσδυσης αερίου. Στο κάτω μέρος του ηλεκτρολύτη υπάρχει μια κοινή είσοδος και έξοδος, ενώ στο πάνω μέρος διέρχεται το μείγμα αερίου-υγρού από αλκάλια και οξυ-αλκάλια. Διέρχεται σε μια ορισμένη τάση συνεχούς ρεύματος. Όταν η τάση υπερβαίνει τη θεωρητική τάση αποσύνθεσης του νερού 1,23V και την θερμική ουδέτερη τάση 1,48V πάνω από μια ορισμένη τιμή, το ηλεκτρόδιο και το υγρό διέρχονται από μια οξειδοαναγωγική αντίδραση, κατά την οποία το νερό αποσυντίθεται σε υδρογόνο και οξυγόνο.
Δύο Πώς κυκλοφορεί η αλισίβα
1️⃣Μικτός κύκλος αλισίβας με υδρογόνο, οξυγόνο
Σε αυτή τη μορφή κυκλοφορίας, η αλκάλια εισέρχεται στην αντλία κυκλοφορίας αλκάλιας μέσω του σωλήνα σύνδεσης στο κάτω μέρος του διαχωριστή υδρογόνου και του διαχωριστή οξυγόνου και στη συνέχεια εισέρχεται στους θαλάμους καθόδου και ανόδου του ηλεκτρολύτη μετά από ψύξη και φιλτράρισμα. Τα πλεονεκτήματα της μικτής κυκλοφορίας είναι η απλή δομή, η σύντομη διαδικασία, το χαμηλό κόστος και η δυνατότητα διασφάλισης του ίδιου μεγέθους κυκλοφορίας αλκάλιας στους θαλάμους καθόδου και ανόδου του ηλεκτρολύτη. Το μειονέκτημα είναι ότι αφενός, μπορεί να επηρεάσει την καθαρότητα του υδρογόνου και του οξυγόνου και, αφετέρου, μπορεί να προκαλέσει μη ρυθμιζόμενη στάθμη στον διαχωριστή υδρογόνου-οξυγόνου, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένο κίνδυνο ανάμειξης υδρογόνου-οξυγόνου. Προς το παρόν, η πλευρά υδρογόνου-οξυγόνου του κύκλου ανάμειξης αλκάλιας είναι η πιο κοινή διαδικασία.
2️⃣Ξεχωριστή κυκλοφορία υδρογόνου και οξυγόνου στην πλευρά της αλισίβας
Αυτή η μορφή κυκλοφορίας απαιτεί δύο αντλίες κυκλοφορίας αλκαλίου, δηλαδή δύο εσωτερικές κυκλοφορίες. Η αλκαλική ουσία στο κάτω μέρος του διαχωριστή υδρογόνου διέρχεται από την αντλία κυκλοφορίας υδρογόνου, ψύχεται και φιλτράρεται και στη συνέχεια εισέρχεται στον θάλαμο καθόδου του ηλεκτρολύτη. Η αλκαλική ουσία στο κάτω μέρος του διαχωριστή οξυγόνου διέρχεται από την αντλία κυκλοφορίας οξυγόνου, ψύχεται και φιλτράρεται και στη συνέχεια εισέρχεται στον θάλαμο ανόδου του ηλεκτρολύτη. Το πλεονέκτημα της ανεξάρτητης κυκλοφορίας αλκαλικής ουσίας είναι ότι το υδρογόνο και το οξυγόνο που παράγονται με ηλεκτρόλυση είναι υψηλής καθαρότητας, αποφεύγοντας φυσικά τον κίνδυνο ανάμειξης υδρογόνου και διαχωριστή οξυγόνου. Το μειονέκτημα είναι ότι η δομή και η διαδικασία είναι περίπλοκες και δαπανηρές και είναι επίσης απαραίτητο να διασφαλιστεί η συνέπεια του ρυθμού ροής, του μανομετρικού, της ισχύος και άλλων παραμέτρων των αντλιών και στις δύο πλευρές, γεγονός που αυξάνει την πολυπλοκότητα της λειτουργίας και θέτει την απαίτηση ελέγχου της σταθερότητας και των δύο πλευρών του συστήματος.
Τρεις επιδράσεις του ρυθμού κυκλοφορίας της αλκάλιας στην παραγωγή υδρογόνου από ηλεκτρολυτικό νερό και συνθήκες λειτουργίας του ηλεκτρολύτη
1️⃣Υπερβολική κυκλοφορία αλκαλίου
(1) Επίδραση στην καθαρότητα του υδρογόνου και του οξυγόνου
Επειδή το υδρογόνο και το οξυγόνο έχουν μια ορισμένη διαλυτότητα στην αλισίβα, ο όγκος κυκλοφορίας είναι πολύ μεγάλος, έτσι ώστε η συνολική ποσότητα διαλυμένου υδρογόνου και οξυγόνου να αυξάνεται και να εισέρχεται σε κάθε θάλαμο με την αλισίβα, γεγονός που προκαλεί μείωση της καθαρότητας του υδρογόνου και του οξυγόνου στην έξοδο του ηλεκτρολύτη. Ο όγκος κυκλοφορίας είναι πολύ μεγάλος, έτσι ώστε ο χρόνος συγκράτησης του διαχωριστή υγρού υδρογόνου και οξυγόνου να είναι πολύ σύντομος και το αέριο που δεν έχει διαχωριστεί πλήρως να επιστρέφει στο εσωτερικό του ηλεκτρολύτη με την αλισίβα, γεγονός που επηρεάζει την αποτελεσματικότητα της ηλεκτροχημικής αντίδρασης του ηλεκτρολύτη και την καθαρότητα του υδρογόνου και του οξυγόνου, και περαιτέρω αυτό θα επηρεάσει την αποτελεσματικότητα της ηλεκτροχημικής αντίδρασης στον ηλεκτρολύτη και την καθαρότητα του υδρογόνου και του οξυγόνου, και θα επηρεάσει περαιτέρω την ικανότητα του εξοπλισμού καθαρισμού υδρογόνου και οξυγόνου να αφυδρογονώνει και να αποοξυγονώνει, με αποτέλεσμα κακή επίδραση στον καθαρισμό υδρογόνου και οξυγόνου και να επηρεάζει την ποιότητα των προϊόντων.
(2) Επίδραση στη θερμοκρασία της δεξαμενής
Υπό την προϋπόθεση ότι η θερμοκρασία εξόδου του ψύκτη αλκαλίου παραμένει αμετάβλητη, η υπερβολική ροή αλκαλίου θα αφαιρέσει περισσότερη θερμότητα από τον ηλεκτρολύτη, προκαλώντας πτώση της θερμοκρασίας της δεξαμενής και αύξηση της ισχύος.
(3) Επίδραση στο ρεύμα και την τάση
Η υπερβολική κυκλοφορία αλκαλίου θα επηρεάσει τη σταθερότητα του ρεύματος και της τάσης. Η υπερβολική ροή υγρού θα επηρεάσει την κανονική διακύμανση του ρεύματος και της τάσης, με αποτέλεσμα να μην σταθεροποιείται εύκολα το ρεύμα και η τάση, προκαλώντας διακυμάνσεις στην κατάσταση λειτουργίας του πίνακα ανορθωτή και του μετασχηματιστή, επηρεάζοντας έτσι την παραγωγή και την ποιότητα του υδρογόνου.
(4) Αυξημένη κατανάλωση ενέργειας
Η υπερβολική κυκλοφορία αλκαλίου μπορεί επίσης να οδηγήσει σε αυξημένη κατανάλωση ενέργειας, αυξημένο λειτουργικό κόστος και μειωμένη ενεργειακή απόδοση του συστήματος. Κυρίως με την αύξηση του βοηθητικού συστήματος εσωτερικής κυκλοφορίας νερού ψύξης και του εξωτερικού ψεκασμού και ανεμιστήρα κυκλοφορίας, του φορτίου κρύου νερού κ.λπ., έτσι ώστε η κατανάλωση ενέργειας να αυξάνεται, αυξάνεται και η συνολική κατανάλωση ενέργειας.
(5) Αιτία βλάβης εξοπλισμού
Η υπερβολική κυκλοφορία αλκαλίου αυξάνει το φορτίο στην αντλία κυκλοφορίας αλκαλίου, το οποίο αντιστοιχεί σε αυξημένες διακυμάνσεις ροής, πίεσης και θερμοκρασίας στον ηλεκτρολύτη, κάτι που με τη σειρά του επηρεάζει τα ηλεκτρόδια, τα διαφράγματα και τις φλάντζες στο εσωτερικό του ηλεκτρολύτη, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε δυσλειτουργίες ή ζημιές στον εξοπλισμό, καθώς και σε αύξηση του φόρτου εργασίας για συντήρηση και επισκευή.
2️⃣Η κυκλοφορία της κασσίτερης είναι πολύ μικρή
(1) Επίδραση στη θερμοκρασία της δεξαμενής
Όταν ο κυκλοφορών όγκος της αλκάλιας είναι ανεπαρκής, η θερμότητα στον ηλεκτρολύτη δεν μπορεί να απομακρυνθεί εγκαίρως, με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας. Το περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας προκαλεί αύξηση της τάσης κορεσμένων ατμών του νερού στην αέρια φάση και αύξηση της περιεκτικότητας σε νερό. Εάν το νερό δεν μπορεί να συμπυκνωθεί επαρκώς, θα αυξηθεί το φορτίο του συστήματος καθαρισμού και θα επηρεαστεί το αποτέλεσμα καθαρισμού, και θα επηρεαστεί επίσης η επίδραση και η διάρκεια ζωής του καταλύτη και του προσροφητικού.
(2) Επιπτώσεις στη διάρκεια ζωής του διαφράγματος
Το συνεχές περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας θα επιταχύνει τη γήρανση του διαφράγματος, θα μειώσει την απόδοσή του ή ακόμα και θα σπάσει, με αποτέλεσμα να προκληθεί εύκολα αμοιβαία διαπερατότητα υδρογόνου και οξυγόνου και στις δύο πλευρές του διαφράγματος, επηρεάζοντας την καθαρότητα του υδρογόνου και του οξυγόνου. Όταν η αμοιβαία διείσδυση πλησιάζει το κατώτερο όριο έκρηξης, αυξάνεται σημαντικά η πιθανότητα κινδύνου ηλεκτρολύτη. Ταυτόχρονα, η συνεχής υψηλή θερμοκρασία θα προκαλέσει επίσης ζημιά από διαρροή στο στεγανοποιητικό παρέμβυσμα, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του.
(3) Επίδραση στα ηλεκτρόδια
Εάν η κυκλοφορούσα ποσότητα αλκάλιας είναι πολύ μικρή, το παραγόμενο αέριο δεν μπορεί να εγκαταλείψει γρήγορα το ενεργό κέντρο του ηλεκτροδίου και επηρεάζεται η απόδοση της ηλεκτρόλυσης. Εάν το ηλεκτρόδιο δεν μπορεί να έρθει σε πλήρη επαφή με την αλκάλια για να πραγματοποιήσει την ηλεκτροχημική αντίδραση, θα εμφανιστεί μερική εκκένωση και ξηρή καύση, επιταχύνοντας την αποβολή του καταλύτη στο ηλεκτρόδιο.
(4) Επίδραση στην τάση του στοιχείου
Η ποσότητα της κυκλοφορούσας αλκάλιας είναι πολύ μικρή, επειδή οι φυσαλίδες υδρογόνου και οξυγόνου που παράγονται στο ενεργό κέντρο του ηλεκτροδίου δεν μπορούν να απομακρυνθούν εγκαίρως και η ποσότητα των διαλυμένων αερίων στον ηλεκτρολύτη αυξάνεται, προκαλώντας αύξηση της τάσης του μικρού θαλάμου και αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας.
Τέσσερις μέθοδοι για τον προσδιορισμό του βέλτιστου ρυθμού ροής κυκλοφορίας αλκαλικής αλκοόλης
Για την επίλυση των παραπάνω προβλημάτων, είναι απαραίτητο να ληφθούν αντίστοιχα μέτρα, όπως ο τακτικός έλεγχος του συστήματος κυκλοφορίας αλκαλίου για να διασφαλιστεί η κανονική λειτουργία του, η διατήρηση καλών συνθηκών απαγωγής θερμότητας γύρω από τον ηλεκτρολύτη και η προσαρμογή των παραμέτρων λειτουργίας του ηλεκτρολύτη, εάν είναι απαραίτητο, προκειμένου να αποφευχθεί η εμφάνιση πολύ μεγάλου ή πολύ μικρού όγκου κυκλοφορίας αλκαλίου.
Ο βέλτιστος ρυθμός ροής κυκλοφορίας αλκαλίου πρέπει να καθορίζεται με βάση συγκεκριμένες τεχνικές παραμέτρους του ηλεκτρολύτη, όπως το μέγεθος του ηλεκτρολύτη, ο αριθμός των θαλάμων, η πίεση λειτουργίας, η θερμοκρασία αντίδρασης, η παραγωγή θερμότητας, η συγκέντρωση αλκαλίου, ο ψύκτης αλκαλίου, ο διαχωριστής υδρογόνου-οξυγόνου, η πυκνότητα ρεύματος, η καθαρότητα αερίου και άλλες απαιτήσεις, η ανθεκτικότητα του εξοπλισμού και των σωληνώσεων και άλλοι παράγοντες.
Τεχνικές παράμετροι Διαστάσεις:
μεγέθη 4800x2240x2281mm
συνολικό βάρος 40700 κιλά
Πραγματικό μέγεθος θαλάμου 1830, αριθμός θαλάμων 238
Πυκνότητα ρεύματος ηλεκτρολύτη 5000A/m²
λειτουργούσα πίεση 1.6Mpa
θερμοκρασία αντίδρασης 90℃±5℃
Μονό σετ προϊόντος ηλεκτρολύτη, όγκος υδρογόνου 1300Nm³/h
Προϊόν Οξυγόνο 650Nm³/h
συνεχές ρεύμα n13100A, τάση συνεχούς ρεύματος 480V
Ψύκτης αλκαλικής ρητίνης Φ700x4244mm
επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας 88,2m²
Διαχωριστής υδρογόνου και οξυγόνου Φ1300x3916mm
διαχωριστής οξυγόνου Φ1300x3916mm
Συγκέντρωση διαλύματος υδροξειδίου του καλίου 30%
Τιμή αντοχής στο καθαρό νερό >5MΩ·cm
Σχέση μεταξύ διαλύματος υδροξειδίου του καλίου και ηλεκτρολύτη:
Κάντε το καθαρό νερό αγώγιμο, βγάλτε το υδρογόνο και το οξυγόνο και αφαιρέστε τη θερμότητα. Η ροή του νερού ψύξης χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της θερμοκρασίας της αλκαλικής σόδας, έτσι ώστε η θερμοκρασία της αντίδρασης του ηλεκτρολύτη να είναι σχετικά σταθερή, και η παραγωγή θερμότητας του ηλεκτρολύτη και η ροή του νερού ψύξης χρησιμοποιούνται για να ταιριάζουν με την ισορροπία θερμότητας του συστήματος, ώστε να επιτυγχάνονται οι καλύτερες συνθήκες λειτουργίας και οι πιο ενεργειακά αποδοτικές παράμετροι λειτουργίας.
Με βάση τις πραγματικές λειτουργίες:
Έλεγχος όγκου κυκλοφορίας αλισίβας στα 60m³/h,
Η ροή του νερού ψύξης ανοίγει περίπου στο 95%,
Η θερμοκρασία αντίδρασης του ηλεκτρολύτη ελέγχεται στους 90°C με πλήρες φορτίο.
Η κατανάλωση ισχύος DC του ηλεκτρολύτη στη βέλτιστη κατάσταση είναι 4,56 kWh/Nm³H₂.
Πέντεσυνοψίζω
Συνοψίζοντας, ο όγκος κυκλοφορίας της αλισίβας είναι μια σημαντική παράμετρος στη διαδικασία παραγωγής υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης νερού, η οποία σχετίζεται με την καθαρότητα του αερίου, την τάση του θαλάμου, τη θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη και άλλες παραμέτρους. Είναι σκόπιμο να ελέγχεται ο όγκος κυκλοφορίας με συχνότητα 2~4 φορές/ώρα/λεπτό αντικατάστασης της αλισίβας στη δεξαμενή. Ελέγχοντας αποτελεσματικά τον όγκο κυκλοφορίας της αλισίβας, διασφαλίζεται η σταθερή και ασφαλής λειτουργία του εξοπλισμού παραγωγής υδρογόνου ηλεκτρόλυσης νερού για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Στη διαδικασία παραγωγής υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης νερού σε αλκαλικό ηλεκτρολύτη, η βελτιστοποίηση των παραμέτρων λειτουργίας και του σχεδιασμού του δρομέα του ηλεκτρολύτη, σε συνδυασμό με την επιλογή υλικού ηλεκτροδίου και υλικού διαφράγματος, είναι το κλειδί για την αύξηση του ρεύματος, τη μείωση της τάσης της δεξαμενής και την εξοικονόμηση ενέργειας.
——Επικοινωνήστε μαζί μας——
Τηλ.: +86 028 6259 0080
Φαξ: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Ώρα δημοσίευσης: 09 Ιανουαρίου 2025
