Az alkáli elektrolizátoros hidrogéntermelési folyamatban az eszköz stabil működésének biztosítása az elektrolizátor minőségén túl, amelyben a lúgkeringetés mennyisége is fontos befolyásoló tényező.
A Kínai Ipari Gázok Szövetségének Hidrogén Szakmai Bizottságának Biztonsági Termeléstechnológiai Cseretalálkozóján Huang Li, a Hidrogén-víz elektrolízis hidrogén üzemeltetési és karbantartási programjának vezetője megosztotta tapasztalatait a hidrogén és a lúg keringetési térfogatának beállításával kapcsolatban a tényleges tesztelési, üzemeltetési és karbantartási folyamat során.
A következő az eredeti dolgozat.
——————
A nemzeti kettős szén-dioxid-stratégia hátterében az Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd., amely 25 éve specializálódott a hidrogéntermelésre, és elsőként kapcsolódott be a hidrogénenergia területére, megkezdte a zöld hidrogéntechnológia és -berendezések fejlesztésének bővítését, beleértve az elektrolízistartály-futócsövek tervezését, a berendezések gyártását, az elektródabevonatolást, valamint az elektrolízistartályok tesztelését, üzemeltetését és karbantartását.
EgyAlkáli elektrolizátor működési elve
Egyenáramot vezetve át egy elektrolittal töltött elektrolizátoron, a vízmolekulák elektrokémiai reakcióba lépnek az elektródokon, és hidrogénné és oxigénné bomlanak. Az elektrolit vezetőképességének növelése érdekében az általános elektrolit 30%-os kálium-hidroxid vagy 25%-os nátrium-hidroxid koncentrációjú vizes oldat.
Az elektrolizáló több elektrolizáló cellából áll. Minden elektrolízis kamra katódból, anódból, membránból és elektrolitból áll. A membrán fő funkciója a gázszivárgás megakadályozása. Az elektrolizáló alsó részén közös be- és kimenet található, a felső részén pedig a gáz-folyadék keverék áramlási csatornája, amely lúg és oxigén-lúg áramlási csatornáját tartalmazza. Egy bizonyos feszültségű egyenáramba kerülve, amikor a feszültség meghaladja a víz elméleti bomlási feszültségét (1,23 V) és a termikus semleges feszültséget (1,48 V), redox reakció játszódik le az elektróda és a folyadék határfelülete között, a víz hidrogénre és oxigénre bomlik.
Két Hogyan kering a lúg
1️⃣Hidrogén, oxigén oldali lúg vegyes ciklus
Ennél a keringtetési formánál a lúg a hidrogénleválasztó és az oxigénleválasztó alján található összekötő csövön keresztül jut be a lúgkeringető szivattyúba, majd lehűlés és szűrés után az elektrolizátor katód- és anódkamráiba. A kevert keringtetés előnyei az egyszerű szerkezet, a rövid folyamat, az alacsony költség, és azonos méretű lúgkeringetést biztosít az elektrolizátor katód- és anódkamráiban; hátránya, hogy egyrészt befolyásolhatja a hidrogén és az oxigén tisztaságát, másrészt a hidrogén-oxigén leválasztó szintjének eltolódását okozhatja, ami a hidrogén-oxigén keveredés fokozott kockázatát eredményezheti. Jelenleg a lúgkeverési ciklus hidrogén-oxigén oldala a leggyakoribb folyamat.
2️⃣A hidrogén és az oxigén oldali lúg külön keringetése
Ez a keringtetési forma két lúgkeringető szivattyút, azaz két belső keringtetést igényel. A hidrogénleválasztó alján lévő lúg áthalad a hidrogénoldali keringető szivattyún, lehűl és szűrődik, majd belép az elektrolizátor katódkamrájába; az oxigénleválasztó alján lévő lúg áthalad az oxigénoldali keringető szivattyún, lehűl és szűrődik, majd belép az elektrolizátor anódkamrájába. A lúg független keringtetésének előnye, hogy az elektrolízis során keletkező hidrogén és oxigén nagy tisztaságú, fizikailag elkerülve a hidrogén- és oxigénleválasztó összekeveredésének kockázatát; hátránya, hogy a szerkezet és a folyamat bonyolult és költséges, és biztosítani kell a szivattyúk áramlási sebességének, nyomásának, teljesítményének és egyéb paramétereinek állandóságát mindkét oldalon, ami növeli a működés bonyolultságát, és előírja a rendszer mindkét oldalának stabilitásának szabályozását.
A lúg keringési áramlási sebességének hatása az elektrolitikus víz hidrogéntermelésére és az elektrolizátor üzemállapotára
1️⃣Túlzott lúgkeringés
(1) A hidrogén és az oxigén tisztaságára gyakorolt hatás
Mivel a hidrogén és az oxigén bizonyos mértékben oldódik a lúgban, a keringetett térfogat túl nagy, így az oldott hidrogén és oxigén teljes mennyisége megnő, és a lúggal együtt bejut az egyes kamrákba, ami a hidrogén és az oxigén tisztaságának csökkenését okozza az elektrolizátor kimeneténél; a keringetett térfogat túl nagy, így a hidrogén-oxigén folyadékleválasztó retenciós ideje túl rövid, és a nem teljesen elválasztott gáz a lúggal együtt visszakerül az elektrolizátor belsejébe, ami befolyásolja az elektrolizátor elektrokémiai reakciójának hatékonyságát, valamint a hidrogén és az oxigén tisztaságát, továbbá ez befolyásolja az elektrolizátorban zajló elektrokémiai reakció hatékonyságát, valamint a hidrogén és az oxigén tisztaságát, és tovább befolyásolja a hidrogén-oxigéntisztító berendezések dehidrogénezési és oxigénmentesítési képességét, ami a hidrogén-oxigén tisztításának gyenge hatását eredményezi, és befolyásolja a termékek minőségét.
(2) Hatás a tartály hőmérsékletére
Amennyiben a lúghűtő kimeneti hőmérséklete változatlan marad, a túl nagy lúgáramlás több hőt von el az elektrolizátortól, ami a tartály hőmérsékletének csökkenését és a teljesítmény növekedését okozza.
(3) Hatás az áramerősségre és a feszültségre
A lúg túlzott keringése befolyásolja az áram és a feszültség stabilitását. A túlzott folyadékáramlás zavarja az áram és a feszültség normál ingadozását, ami miatt az áram és a feszültség nehezen stabilizálható, ami ingadozást okoz az egyenirányító szekrény és a transzformátor működési állapotában, és ezáltal befolyásolja a hidrogén termelését és minőségét.
(4) Megnövekedett energiafogyasztás
A lúg túlzott keringetése megnövekedett energiafogyasztáshoz, magasabb üzemeltetési költségekhez és a rendszer energiahatékonyságának csökkenéséhez is vezethet. Főként a kiegészítő hűtővíz belső keringető rendszerének és a külső keringető permetező és ventilátor, a hűtöttvíz-terhelés stb. növekedése miatt, ami az energiafogyasztás növekedésével a teljes energiafogyasztás is növekszik.
(5) Berendezés meghibásodását okozhatja
A túlzott lúgkeringetés növeli a lúgkeringető szivattyú terhelését, ami megnövekedett áramlási sebességet, nyomás- és hőmérséklet-ingadozást eredményez az elektrolizátorban, ami viszont hatással van az elektrolizátorban lévő elektródákra, membránokra és tömítésekre, ami a berendezés meghibásodásához vagy károsodásához, valamint a karbantartási és javítási munkaterhelés növekedéséhez vezethet.
2️⃣Túl kicsi a lúgkeringés
(1) Hatás a tartály hőmérsékletére
Ha a keringő lúg térfogata nem elegendő, az elektrolizátorban a hő nem tud időben eltávozni, ami a hőmérséklet emelkedéséhez vezet. A magas hőmérsékletű környezet a gázfázisban lévő víz telített gőznyomásának emelkedéséhez és a víztartalom növekedéséhez vezet. Ha a víz nem kondenzálódik kellőképpen, az növeli a tisztítórendszer terhelését és befolyásolja a tisztító hatást, valamint a katalizátor és az adszorbens hatását és élettartamát.
(2) A membrán élettartamára gyakorolt hatás
A folyamatos magas hőmérséklet felgyorsítja a membrán öregedését, teljesítményének romlásához vagy akár megrepedéséhez is vezethet, ami könnyen okozhatja a membrán mindkét oldalán a hidrogén és az oxigén kölcsönös permeabilitásának károsodását, ami befolyásolja a hidrogén és az oxigén tisztaságát. Amikor a kölcsönös beszivárgás közel van az alsó határhoz, az elektrolízisveszély valószínűsége jelentősen megnő. Ugyanakkor a folyamatos magas hőmérséklet a tömítőgyűrű szivárgását is okozhatja, ami lerövidíti annak élettartamát.
(3) Hatás az elektródákra
Ha a keringő lúg mennyisége túl kicsi, a keletkező gáz nem tud gyorsan elhagyni az elektróda aktív központját, és ez befolyásolja az elektrolízis hatékonyságát; ha az elektróda nem tud teljesen érintkezni a lúggal az elektrokémiai reakció végrehajtásához, részleges kisülési rendellenesség és szárazégés lép fel, ami felgyorsítja a katalizátor leválását az elektródáról.
(4) Hatás a cellafeszültségre
A keringő lúg mennyisége túl kicsi, mivel az elektróda aktív középpontjában keletkező hidrogén- és oxigénbuborékok nem tudnak időben eltávozni, és az elektrolitban oldott gázok mennyisége megnő, ami a kis kamra feszültségének növekedését és az energiafogyasztás növekedését okozza.
Négy módszer a lúg optimális keringési áramlási sebességének meghatározására
A fenti problémák megoldása érdekében megfelelő intézkedéseket kell tenni, például rendszeresen ellenőrizni a lúgkeringető rendszert a normál működés biztosítása érdekében; jó hőelvezetési feltételeket kell fenntartani az elektrolizátor körül; és szükség esetén módosítani az elektrolizátor működési paramétereit a túl nagy vagy túl kicsi lúgkeringetés elkerülése érdekében.
Az optimális lúgkeringetési áramlási sebességet az elektrolizátor műszaki paraméterei, például az elektrolizátor mérete, kamráinak száma, üzemi nyomás, reakcióhőmérséklet, hőtermelés, lúgkoncentráció, lúghűtő, hidrogén-oxigén elválasztó, áramsűrűség, gáztisztaság és egyéb követelmények, a berendezések és a csővezetékek tartóssága és egyéb tényezők alapján kell meghatározni.
Műszaki paraméterek Méretek:
méretek 4800x2240x2281mm
össztömeg 40700 kg
Effektív kamraméret 1830, Kamrák száma 238
Elektrolizátor áramsűrűsége 5000A/m²
üzemi nyomás 1,6 MPa
reakcióhőmérséklet 90 ℃ ± 5 ℃
Egyetlen elektrolizátor termék hidrogén térfogata 1300Nm³/h
Termék Oxigén 650Nm³/h
egyenáram n13100A, egyenfeszültség 480V
Lúghűtő Φ700x4244mm
hőcserélő terület 88,2 m²
Hidrogén- és oxigénleválasztó Φ1300x3916mm
oxigénleválasztó Φ1300x3916mm
30%-os kálium-hidroxid oldat koncentrációja
Tiszta víz ellenállási értéke >5MΩ·cm
A kálium-hidroxid oldat és az elektrolizátor közötti kapcsolat：
A tiszta vizet vezetővé teszi, hidrogént és oxigént von ki, és hőt von el. A hűtővíz áramlását a lúg hőmérsékletének szabályozására használják, hogy az elektrolizátor reakcióhőmérséklete viszonylag stabil legyen, és az elektrolizátor hőtermelése és a hűtővíz áramlása a rendszer hőegyensúlyának összehangolására szolgál a legjobb működési feltételek és a leginkább energiatakarékos üzemi paraméterek elérése érdekében.
A tényleges működés alapján:
Lúgkeringetési térfogatszabályozás 60 m³/h-nál,
A hűtővíz áramlása körülbelül 95%-nál nyílik meg.
Az elektrolizátor reakcióhőmérsékletét teljes terhelés mellett 90°C-on szabályozzák.
Az elektrolizátor optimális egyenáramú energiafogyasztása 4,56 kWh/Nm³H₂.
Ötösszefoglalni
Összefoglalva, a lúg keringetési térfogata fontos paraméter a vízelektrolízissel történő hidrogéntermelés folyamatában, amely összefügg a gáztisztasággal, a kamra feszültségével, az elektrolizátor hőmérsékletével és egyéb paraméterekkel. A tartályban a keringetési térfogatot 2-4 alkalommal/óra/perc sebességgel kell szabályozni a lúgcsere során. A lúg keringetési térfogatának hatékony szabályozásával biztosítható a vízelektrolízises hidrogéntermelő berendezések stabil és biztonságos működése hosszú ideig.
A lúgos elektrolizátorban vízelektrolízissel történő hidrogéntermelési folyamatban a működési paraméterek és az elektrolizátor futófelületének optimalizálása, az elektródaanyag és a membrán anyagának kiválasztásával kombinálva kulcsfontosságú az áramerősség növelése, a tartályfeszültség csökkentése és az energiafogyasztás megtakarítása szempontjából.
——Lépjen kapcsolatba velünk——
Tel.: +86 028 6259 0080
Fax: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Közzététel ideje: 2025. január 9.
