În procesul de producere a hidrogenului la electrolizorul alcalin, modul de funcționare stabil al dispozitivului este important, pe lângă calitatea electrolizorului în sine, iar cantitatea de leșie circulată este, de asemenea, un factor de influență important.
Recent, la Reuniunea de Schimb de Tehnologii de Producție în Siguranță a Comitetului Profesional pentru Hidrogen al Asociației Chineze a Gazelor Industriale, Huang Li, șeful Programului de Operare și Întreținere a Hidrogenului, Electroliza Apei și Hidrogenului, a împărtășit experiența noastră privind setarea volumului de circulație a hidrogenului și a sodei în procesul propriu-zis de testare, operare și întreținere.
Următorul este documentul original.
——————
În contextul strategiei naționale duale de carbon, Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, specializată în producția de hidrogen de 25 de ani și prima companie implicată în domeniul energiei pe bază de hidrogen, a început să extindă dezvoltarea tehnologiei și echipamentelor pentru hidrogen verde, inclusiv proiectarea de conducte pentru rezervoare de electroliză, fabricarea de echipamente, placarea cu electrozi, precum și testarea, operarea și întreținerea rezervoarelor de electroliză.
UnulPrincipiul de funcționare al electrolizorului alcalin
Prin trecerea unui curent continuu printr-un electrolizor umplut cu electrolit, moleculele de apă reacționează electrochimic pe electrozi și se descompun în hidrogen și oxigen. Pentru a îmbunătăți conductivitatea electrolitului, electrolitul general este o soluție apoasă cu o concentrație de 30% hidroxid de potasiu sau 25% hidroxid de sodiu.
Electrolizorul este alcătuit din mai multe celule electrolitice. Fiecare cameră de electroliză este formată din catod, anod, diafragmă și electrolit. Funcția principală a diafragmei este de a preveni pătrunderea gazului. În partea inferioară a electrolizorului există un orificiu comun de intrare și ieșire, iar în partea superioară se află un canal de curgere pentru amestecul gaz-lichid, alcali și oxi-alcali. Când apa trece printr-o anumită tensiune de curent continuu, aceasta depășește tensiunea teoretică de descompunere a apei de 1,23 V și tensiunea termică neutră de 1,48 V peste o anumită valoare, are loc o reacție redox la interfața electrodului și a lichidului, apa se descompune în hidrogen și oxigen.
Doi Cum se circulă leșia
1️⃣Ciclu mixt cu hidrogen și oxigen, sodă de duș
În această formă de circulație, leșia intră în pompa de circulație a leșiei prin conducta de conectare din partea inferioară a separatorului de hidrogen și a separatorului de oxigen, apoi, după răcire și filtrare, intră în camerele catodice și anodice ale electrolizorului. Avantajele circulației mixte sunt structura simplă, procesul scurt, costul redus și posibilitatea de a asigura aceeași circulație a leșiei în camerele catodice și anodice ale electrolizorului; dezavantajul este că, pe de o parte, poate afecta puritatea hidrogenului și oxigenului, iar pe de altă parte, poate cauza dezechilibrarea nivelului separatorului hidrogen-oxigen, ceea ce poate duce la un risc crescut de amestecare hidrogen-oxigen. În prezent, partea hidrogen-oxigen a ciclului de amestecare a leșiei este cel mai comun proces.
2️⃣Circulație separată a hidrogenului și oxigenului prin leșie
Această formă de circulație necesită două pompe de circulație a leșiei, adică două circulații interne. Leșia din partea inferioară a separatorului de hidrogen trece prin pompa de circulație a hidrogenului, este răcită și filtrată, apoi intră în camera catodică a electrolizorului; leșia din partea inferioară a separatorului de oxigen trece prin pompa de circulație a oxigenului, este răcită și filtrată, apoi intră în camera anodică a electrolizorului. Avantajul circulației independente a leșiei este că hidrogenul și oxigenul produse prin electroliză au o puritate ridicată, evitând fizic riscul amestecării hidrogenului cu separatorul de oxigen; dezavantajul este că structura și procesul sunt complicate și costisitoare și este, de asemenea, necesar să se asigure consecvența debitului, a înălțimii de pompare, a puterii și a altor parametri ai pompelor de ambele părți, ceea ce crește complexitatea operațiunii și impune controlul stabilității ambelor părți ale sistemului.
Trei Influențe ale debitului de circulație al leșiei asupra producției de hidrogen prin apa electrolitică și condițiile de funcționare ale electrolizorului
1️⃣Circulație excesivă a sodei
(1) Efect asupra purității hidrogenului și oxigenului
Deoarece hidrogenul și oxigenul au o anumită solubilitate în sodă de hidrogen, volumul de circulație este prea mare, astfel încât cantitatea totală de hidrogen și oxigen dizolvat crește și intră în fiecare cameră odată cu soda, ceea ce determină reducerea purității hidrogenului și oxigenului la ieșirea din electrolizor; volumul de circulație este prea mare, astfel încât timpul de retenție al separatorului de lichid hidrogen și oxigen este prea scurt, iar gazul care nu a fost complet separat este readus în interiorul electrolizorului odată cu soda, ceea ce afectează eficiența reacției electrochimice a electrolizorului și puritatea hidrogenului și oxigenului, și în plus acest lucru va afecta eficiența reacției electrochimice din electrolizor și puritatea hidrogenului și oxigenului, și va afecta în continuare capacitatea echipamentului de purificare a hidrogenului și oxigenului de a se dehidrogena și dezoxigena, rezultând un efect slab al purificării hidrogenului și oxigenului și afectând calitatea produselor.
(2) Efectul asupra temperaturii rezervorului
În condițiile în care temperatura de ieșire a răcitorului de leșie rămâne neschimbată, un debit prea mare de leșie va prelua mai multă căldură din electrolizor, determinând scăderea temperaturii rezervorului și creșterea puterii.
(3) Efect asupra curentului și tensiunii
Circulația excesivă a sodei va afecta stabilitatea curentului și a tensiunii. Debitul excesiv de lichid va interfera cu fluctuația normală a curentului și a tensiunii, ceea ce va face ca curentul și tensiunea să nu se stabilizeze ușor, provocând fluctuații în starea de funcționare a tabloului redresorului și a transformatorului, afectând astfel producția și calitatea hidrogenului.
(4) Consum crescut de energie
Circulația excesivă a sodei poate duce, de asemenea, la creșterea consumului de energie, la creșterea costurilor de operare și la reducerea eficienței energetice a sistemului. În principal, creșterea numărului de sisteme auxiliare de circulație internă a apei de răcire și a numărului de sisteme externe de pulverizare și ventilatoare, a încărcăturii de apă răcită etc., astfel încât consumul de energie crește, cu concomitent și consumul total de energie.
(5) Cauza defecțiunii echipamentului
Circulația excesivă a sodei crește sarcina asupra pompei de circulație a sodei, ceea ce corespunde unei creșteri a debitului, a presiunii și a fluctuațiilor de temperatură în electrolizor, ceea ce afectează electrozii, diafragmele și garniturile din interiorul electrolizorului, ceea ce poate duce la defecțiuni sau deteriorări ale echipamentului și la o creștere a volumului de muncă pentru întreținere și reparații.
2️⃣Circulația lixiviei este prea mică
(1) Efect asupra temperaturii rezervorului
Când volumul circulant de sodă de căldură este insuficient, căldura din electrolizor nu poate fi eliminată în timp, ceea ce duce la o creștere a temperaturii. Mediul cu temperatură ridicată face ca presiunea de vapori saturați a apei în fază gazoasă să crească și conținutul de apă să crească. Dacă apa nu poate fi condensată suficient, aceasta va crește sarcina sistemului de purificare și va afecta efectul de purificare, afectând, de asemenea, efectul și durata de viață a catalizatorului și adsorbantului.
(2) Impactul asupra duratei de viață a diafragmei
Mediul la temperaturi ridicate continue va accelera îmbătrânirea diafragmei, va duce la scăderea performanței acesteia sau chiar la ruperea acesteia, provocând cu ușurință permeabilitatea reciprocă a diafragmei la hidrogen și oxigen de ambele părți, afectând puritatea hidrogenului și oxigenului. Atunci când infiltrarea reciprocă se apropie de limita inferioară, probabilitatea de explozie a electrolizorului crește considerabil. În același timp, temperaturile ridicate continue vor provoca, de asemenea, scurgeri ale garniturii de etanșare, scurtându-i durata de viață.
(3) Efect asupra electrozilor
Dacă cantitatea de sodă circulantă este prea mică, gazul produs nu poate părăsi rapid centrul activ al electrodului, iar eficiența electrolizei este afectată; dacă electrodul nu poate intra complet în contact cu soda pentru a efectua reacția electrochimică, va apărea o anomalie de descărcare parțială și ardere uscată, accelerând desprinderea catalizatorului de pe electrod.
(4) Efect asupra tensiunii celulei
Cantitatea de sodiu care circulă este prea mică, deoarece bulele de hidrogen și oxigen generate în centrul activ al electrodului nu pot fi eliminate la timp, iar cantitatea de gaze dizolvate din electrolit crește, provocând o creștere a tensiunii camerei mici și o creștere a consumului de energie.
Patru metode pentru determinarea debitului optim de circulație a leșiei
Pentru a rezolva problemele menționate mai sus, este necesar să se ia măsuri corespunzătoare, cum ar fi verificarea regulată a sistemului de circulație a sodei pentru a asigura funcționarea normală a acestuia; menținerea unor condiții bune de disipare a căldurii în jurul electrolizorului; și ajustarea parametrilor de funcționare ai electrolizorului, dacă este necesar, pentru a evita apariția unui volum prea mare sau prea mic de circulație a sodei.
Debitul optim de circulație a leșiei trebuie determinat pe baza parametrilor tehnici specifici ai electrolizorului, cum ar fi dimensiunea electrolizorului, numărul de camere, presiunea de funcționare, temperatura de reacție, generarea de căldură, concentrația de leșie, răcitorul de leșie, separatorul hidrogen-oxigen, densitatea curentului, puritatea gazului și alte cerințe, durabilitatea echipamentelor și conductelor și alți factori.
Parametri tehnici Dimensiuni:
dimensiuni 4800x2240x2281mm
greutate totală 40700 kg
Dimensiunea efectivă a camerei 1830, numărul de camere 238
Densitatea curentului electrolizorului 5000A/m²
presiune de funcționare 1,6 MPa
temperatura de reacție 90℃±5℃
Volum de hidrogen produs de electrolizor unic: 1300 Nm³/h
Oxigen produs 650Nm³/h
curent continuu n13100A, tensiune continuă 480V
Răcitor cu sodă de sodă Φ700x4244mm
suprafață de schimb de căldură 88,2 m²
Separator de hidrogen și oxigen Φ1300x3916mm
separator de oxigen Φ1300x3916mm
Concentrația soluției de hidroxid de potasiu este de 30%
Valoare a rezistenței la apă pură >5MΩ·cm
Relația dintre soluția de hidroxid de potasiu și electrolizor:
Faceți apa pură conductivă, scoateți hidrogen și oxigen și eliminați căldura. Debitul de apă de răcire este utilizat pentru a controla temperatura leșiei, astfel încât temperatura reacției electrolizorului să fie relativ stabilă, iar generarea de căldură a electrolizorului și debitul de apă de răcire sunt utilizate pentru a potrivi echilibrul termic al sistemului pentru a obține cele mai bune condiții de funcționare și parametrii de funcționare cu cea mai mare economie de energie.
Pe baza operațiunilor reale:
Controlul volumului de circulație a leșiei la 60 m³/h,
Debitul de apă de răcire se deschide la aproximativ 95%,
Temperatura de reacție a electrolizorului este controlată la 90°C la sarcină maximă.
Consumul de energie electrică continuă al electrolizorului în condiții optime este de 4,56 kWh/Nm³H₂.
Cincirezuma
Pe scurt, volumul circulant al sojei este un parametru important în procesul de producere a hidrogenului prin electroliza apei, fiind legat de puritatea gazului, tensiunea camerei, temperatura electrolizorului și alți parametri. Este potrivit să se controleze volumul circulant la o rată de 2~4 ori/h/min de înlocuire a sojei în rezervor. Prin controlul eficient al volumului circulant al sojei, se asigură funcționarea stabilă și sigură a echipamentului de producere a hidrogenului prin electroliza apei pentru o perioadă lungă de timp.
În procesul de producere a hidrogenului prin electroliza apei în electrolizor alcalin, optimizarea parametrilor condițiilor de funcționare și a designului rotorului electrolizorului, combinate cu selecția materialului electrodului și a materialului diafragmei, sunt esențiale pentru creșterea curentului, reducerea tensiunii din rezervor și economisirea consumului de energie.
--Contactaţi-ne--
Tel: +86 028 6259 0080
Fax: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Data publicării: 09 ian. 2025
