Elektrolizle hidrojen üretim ünitesi, eksiksiz bir su elektroliziyle hidrojen üretim ekipmanı setini içerir. Başlıca ekipmanlar şunlardır:
1. Elektrolizör
2. Gaz-sıvı ayırma cihazı
3. Kurutma ve arıtma sistemi
4. Elektrik aksamı şunları içerir: transformatör, doğrultucu kabini, PLC program kontrol kabini, ölçüm kabini, güç dağıtım kabini, ana bilgisayar vb.
5. Yardımcı sistem esas olarak şunları içerir: alkali tankı, hammadde su tankı, su besleme pompası, azot tüpü/bara sistemi vb.
6. Ekipmanın genel yardımcı sistemi şunları içerir: saf su makinesi, soğutma suyu kulesi, soğutucu, hava kompresörü vb.
Elektrolitik hidrojen üretim ünitesinde, su, doğru akım etkisi altında elektrolizörde bir kısım hidrojen ve yarım kısım oksijene ayrıştırılır. Oluşan hidrojen ve oksijen, elektrolit ile birlikte gaz-sıvı ayırıcıya gönderilir. Hidrojen ve oksijen, hidrojen ve oksijen soğutucuları tarafından soğutulur ve damla tutucu, suyu yakalayıp uzaklaştırır ve daha sonra kontrol sisteminin kontrolü altında dışarı gönderilir; elektrolit, sirkülasyon pompasının etkisi altında hidrojen, oksijen, alkali filtre, hidrojen, oksijen, alkali filtre vb. filtrelerden geçer, sıvı soğutucuya geri döner ve elektrolize devam eder.
Sistem basıncı, basınç kontrol sistemi ve diferansiyel basınç kontrol sistemi aracılığıyla, sonraki işlemlerin ve depolamanın gereksinimlerini karşılayacak şekilde ayarlanır.
Su elektroliziyle üretilen hidrojen, yüksek saflık ve az miktarda safsızlık içermesi avantajlarına sahiptir. Genellikle, su elektroliziyle üretilen hidrojendeki safsızlıklar sadece oksijen ve sudur ve başka hiçbir bileşen içermez (bu da bazı katalizörlerin zehirlenmesini önler), bu da yüksek saflıkta hidrojen üretimi için kolaylık sağlar. Saflaştırma işleminden sonra, üretilen gaz elektronik sınıfı endüstriyel gaz göstergelerine ulaşabilir.
Hidrojen üretim cihazı tarafından üretilen hidrojen, sistemin çalışma basıncını dengelemek ve hidrojendeki serbest suyu daha da uzaklaştırmak için bir tampon tankından geçer.
Hidrojen, hidrojen arıtma cihazına girdikten sonra, su elektroliziyle üretilen hidrojen daha da saflaştırılır ve katalitik reaksiyon ve moleküler elek adsorpsiyonu prensipleri kullanılarak hidrojendeki oksijen, su ve diğer safsızlıklar giderilir.
Bu ekipman, gerçek duruma göre hidrojen üretimi için otomatik bir ayarlama sistemi kurabilir. Gaz yükündeki değişiklikler, hidrojen depolama tankının basıncında dalgalanmalara neden olur. Depolama tankına monte edilen basınç transmitteri, 4-20mA'lik bir sinyal üretir ve bunu PLC'ye gönderir. PLC, orijinal ayar değeriyle karşılaştırma yaptıktan, ters dönüşüm ve PID hesaplaması gerçekleştirdikten sonra, 20~4mA'lik bir sinyal üretir ve elektroliz akımının büyüklüğünü ayarlamak için doğrultucu kabine gönderir; böylece hidrojen yükündeki değişikliklere göre hidrojen üretiminin otomatik olarak ayarlanması amacı gerçekleştirilir.
Alkali su elektrolizi ile hidrojen üretimi ekipmanları başlıca aşağıdaki sistemleri içermektedir:
(1)Hammadde su sistemi
Su elektrolizi hidrojen üretim sürecinde reaksiyona giren tek şey sudur (H2O) ve bu suyun sürekli olarak bir su takviye pompası aracılığıyla ham su ile takviye edilmesi gerekir. Su takviye noktası hidrojen veya oksijen ayırıcısındadır. Ayrıca, sistemden çıkarken az miktarda hidrojen ve oksijenin uzaklaştırılması gerekmektedir. Küçük ekipmanların su tüketimi 1 L/Nm³H2 iken, büyük ekipmanlarda bu değer 0,9 L/Nm³H2'ye kadar düşürülebilir. Sistem sürekli olarak ham su takviyesi yapar. Su takviyesi sayesinde, alkali sıvı seviyesinin ve alkali konsantrasyonunun stabilitesi korunabilir ve reaksiyon çözeltisi zamanında suyla takviye edilerek alkali konsantrasyonu korunabilir.
2) Transformatör doğrultucu sistemi
Bu sistem esas olarak iki cihazdan oluşmaktadır: bir transformatör ve bir doğrultucu kabini. Ana işlevi, ön uç sahibi tarafından sağlanan 10/35 kV AC gücü, elektrolizörün ihtiyaç duyduğu DC güce dönüştürmek ve elektrolizöre DC güç sağlamaktır. Sağlanan gücün bir kısmı doğrudan suyu ayrıştırmak için kullanılır. Moleküller hidrojen ve oksijendir, diğer kısmı ise ısı üretir ve bu ısı, soğutucu aracılığıyla soğutma suyu vasıtasıyla uzaklaştırılır.
Transformatörlerin çoğu yağlı tiptedir. İç mekanlarda veya bir konteyner içinde kullanılacaksa, kuru tip transformatörler kullanılabilir. Elektrolitik su hidrojen üretim ekipmanlarında kullanılan transformatörler özel transformatörlerdir ve her bir elektrolizörün verilerine göre eşleştirilmeleri gerekir, bu nedenle özelleştirilmiş ekipmanlardır.
(3) güç dağıtım kabini sistemi
Güç dağıtım panosu, esas olarak elektrolitik su hidrojen üretim ekipmanının arkasındaki hidrojen ve oksijen ayırma ve saflaştırma sistemlerindeki motorlu çeşitli bileşenlere 400V veya yaygın olarak bilinen 380V güç sağlamak için kullanılır. Bu ekipmanlar arasında hidrojen ve oksijen ayırma çerçevesindeki alkali sirkülasyonu; yardımcı sistemlerdeki pompalar, su takviye pompaları; kurutma ve saflaştırma sistemlerindeki ısıtma telleri ve saf su makineleri, soğutucular, hava kompresörleri, soğutma kuleleri ve arka uç hidrojen kompresörleri, hidrojenasyon makineleri ve diğer ekipmanlar gibi tüm sistemin ihtiyaç duyduğu yardımcı sistemler yer almaktadır. Güç kaynağı ayrıca tüm istasyonun aydınlatma, izleme ve diğer sistemleri için de güç sağlamayı içerir.
(4) kontrol sistemi
Kontrol sistemi PLC otomatik kontrolünü uygulamaktadır. PLC olarak genellikle Siemens 1200 veya 1500 kullanılmaktadır. İnsan-bilgisayar etkileşim arayüzü dokunmatik ekranı ile donatılmıştır ve ekipmanın her sisteminin çalışması ve parametrelerinin görüntülenmesi ile kontrol mantığının gösterimi dokunmatik ekran üzerinden gerçekleştirilir.
5) Alkali sirkülasyon sistemi
Bu sistem esas olarak aşağıdaki ana ekipmanları içermektedir:
Hidrojen ve oksijen ayırıcı - alkali sirkülasyon pompası - vana - alkali filtre - elektrolizör
Ana işlem şu şekildedir: Hidrojen ve oksijen ayırıcısında hidrojen ve oksijenle karıştırılan alkali sıvı, gaz-sıvı ayırıcısı tarafından ayrılır ve daha sonra alkali sıvı sirkülasyon pompasına geri akar. Burada hidrojen ayırıcısı ve oksijen ayırıcısı birbirine bağlanır ve alkali sıvı sirkülasyon pompası geri akış yapar. Alkali sıvı, arka uçtaki vanaya ve alkali sıvı filtresine doğru dolaşır. Filtre büyük safsızlıkları süzdükten sonra, alkali sıvı elektrolizörün içine doğru dolaşır.
(6)Hidrojen sistemi
Hidrojen, katot elektrot tarafından üretilir ve alkali sıvı sirkülasyon sistemiyle birlikte ayırıcıya ulaşır. Ayırıcıda, hidrojenin kendisi nispeten hafif olduğundan, alkali sıvıdan doğal olarak ayrılır ve ayırıcının üst kısmına ulaşır, ardından daha fazla ayrıştırma ve soğutma için boru hattından geçer. Su ile soğutulduktan sonra, damlacık yakalayıcı damlacıkları yakalar ve yaklaşık %99 saflığa ulaşır, bu da arka uç kurutma ve arıtma sistemine ulaşır.
Hidrojen tahliyesi: Hidrojen tahliyesi esas olarak başlatma ve kapatma sırasında, anormal çalışma veya saflık arızası durumlarında ve arıza tahliyesinde kullanılır.
(7) Oksijen sistemi
Oksijenin izlediği yol, hidrojenin izlediği yola benzer, ancak farklı bir ayırıcıdan geçer.
Tahliye: Şu anda oksijen projelerinin çoğu tahliye yoluyla ele alınıyor.
Kullanım: Oksijenin kullanım değeri, optik fiber üreticileri gibi hem hidrojen hem de yüksek saflıkta oksijenin kullanılabildiği bazı uygulama senaryoları gibi özel projelerde anlamlıdır. Ayrıca oksijen kullanımına ayrılmış alan bulunan bazı büyük projeler de mevcuttur. Arka uç uygulama senaryoları, kurutma ve saflaştırmadan sonra sıvı oksijen üretimi veya bir dağıtım sistemi aracılığıyla tıbbi oksijen kullanımıdır. Bununla birlikte, bu kullanım senaryolarının iyileştirilmesi henüz belirlenmemiştir. Daha fazla doğrulama gereklidir.
(8)soğutma suyu sistemi
Suyun elektroliz işlemi endotermik bir reaksiyondur. Hidrojen üretim süreci elektrik enerjisi ile desteklenmelidir. Ancak, su elektroliz işleminde tüketilen elektrik enerjisi, su elektroliz reaksiyonunun teorik ısı emilimini aşmaktadır. Başka bir deyişle, elektrolizör tarafından kullanılan elektriğin bir kısmı ısıya dönüştürülür. Bu ısı, başlangıçta alkali sirkülasyon sistemini ısıtmak için kullanılır, böylece alkali çözeltisinin sıcaklığı ekipmanın gerektirdiği 90±5°C sıcaklık aralığına yükselir. Elektrolizör nominal sıcaklığa ulaştıktan sonra çalışmaya devam ederse, üretilen ısı, elektroliz reaksiyon bölgesinin normal sıcaklığını korumak için soğutma suyu olarak kullanılmalıdır. Elektroliz reaksiyon bölgesindeki yüksek sıcaklık enerji tüketimini azaltabilir, ancak sıcaklık çok yüksek olursa, elektroliz odasının membranı tahrip olur ve bu da ekipmanın uzun süreli çalışması için zararlı olur.
Bu cihazın çalışma sıcaklığının 95°C'nin üzerinde olmaması gerekmektedir. Ayrıca, üretilen hidrojen ve oksijenin soğutulması ve neminin alınması gerekmektedir ve su soğutmalı silikon kontrollü doğrultucu cihaz, gerekli soğutma boru hatlarıyla donatılmıştır.
Büyük ekipmanların pompa gövdesi de soğutma suyuna ihtiyaç duyar.
(9) Azot dolumu ve azot boşaltma sistemi
Cihazın hata ayıklama ve çalıştırılmasından önce, hava geçirmezlik testi için sistem nitrojenle doldurulmalıdır. Normal başlatmadan önce, hidrojen ve oksijenin her iki tarafındaki gaz fazı boşluğundaki gazın yanıcı ve patlayıcı aralıktan uzak olduğundan emin olmak için sistemin gaz fazının da nitrojenle temizlenmesi gerekir.
Ekipman kapatıldıktan sonra, kontrol sistemi otomatik olarak basıncı koruyacak ve sistem içinde belirli miktarda hidrojen ve oksijen muhafaza edecektir. Ekipman tekrar açıldığında basınç hala mevcutsa, temizleme işlemine gerek yoktur. Ancak, tüm basınç ortadan kalkarsa, tekrar temizleme işlemi yapılması gerekecektir. Azot temizleme işlemi.
(10) Hidrojen kurutma (arıtma) sistemi (isteğe bağlı)
Su elektroliziyle üretilen hidrojen, paralel bir kurutucu ile nemden arındırılır ve son olarak sinterlenmiş nikel tüp filtre ile tozdan arındırılarak kuru hidrojen elde edilir. (Kullanıcının ürün hidrojenine ilişkin gereksinimlerine göre, sisteme bir arıtma cihazı eklenebilir ve arıtma işleminde paladyum-platin bimetalik katalitik deoksidasyon kullanılır).
Su elektrolizi hidrojen üretim cihazı tarafından üretilen hidrojen, tampon tankı aracılığıyla hidrojen saflaştırma cihazına gönderilir.
Hidrojen önce oksijensizleştirme kulesinden geçer. Katalizörün etkisiyle, hidrojendeki oksijen hidrojenle reaksiyona girerek su oluşturur.
Tepkime formülü: 2H2 + O2 → 2H2O.
Ardından hidrojen, hidrojen kondenserinden geçer (bu kondenser gazı soğutarak içindeki su buharını yoğunlaştırır ve yoğunlaşan su otomatik olarak sıvı toplayıcı aracılığıyla sistemden dışarı atılır) ve adsorpsiyon kulesine girer.
Yayın tarihi: 14 Mayıs 2024
