En el procés de producció d'hidrogen de l'electrolitzador alcalí, com fer que el dispositiu funcioni de manera estable, a més de la qualitat del propi electrolitzador, en què la quantitat de circulació de lleixiu de la configuració també és un factor d'influència important.
Recentment, a la reunió d'intercanvi de tecnologia de producció de seguretat del Comitè Professional d'Hidrogen de l'Associació Xinesa de Gasos Industrials, Huang Li, cap del Programa d'Operació i Manteniment d'Hidrogen, Electròlisi d'Aigua i Hidrogen, va compartir la nostra experiència en la configuració del volum de circulació d'hidrogen i lleixiu en el procés real de proves i operació i manteniment.
El següent és el document original.
——————
En el marc de l'estratègia nacional de doble carboni, Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, que s'ha especialitzat en la producció d'hidrogen durant 25 anys i va ser la primera a involucrar-se en el camp de l'energia de l'hidrogen, ha començat a ampliar el desenvolupament de tecnologia i equips d'hidrogen verd, incloent-hi el disseny de conductes de tancs d'electròlisi, la fabricació d'equips, el recobriment d'elèctrodes, així com les proves i el funcionament i manteniment dels tancs d'electròlisi.
UnPrincipi de funcionament de l'electrolitzador alcalí
En passar un corrent continu a través d'un electrolitzador ple d'electròlit, les molècules d'aigua reaccionen electroquímicament sobre els elèctrodes i es descomponen en hidrogen i oxigen. Per tal de millorar la conductivitat de l'electròlit, l'electròlit general és una solució aquosa amb una concentració del 30% d'hidròxid de potassi o del 25% d'hidròxid de sodi.
L'electrolitzador consta de diverses cel·les electrolítiques. Cada cambra d'electròlisi consta d'un càtode, un ànode, un diafragma i un electròlit. La funció principal del diafragma és evitar la permeació del gas. A la part inferior de l'electrolitzador hi ha una entrada i una sortida comunes, a la part superior hi ha un canal de flux de la mescla de gas i líquid àlcali i oxiàlcali. Passa un cert voltatge de corrent continu, quan el voltatge supera el voltatge de descomposició teòric de l'aigua d'1,23 V i el voltatge tèrmic neutre d'1,48 V per sobre d'un cert valor, es produeix una reacció redox entre l'elèctrode i la interfície líquida, i l'aigua es descompon en hidrogen i oxigen.
Dos Com es fa circular el lleixiu
1️⃣Cicle mixt de lleixiu d'hidrogen i oxigen
En aquesta forma de circulació, el lleixiu entra a la bomba de circulació de lleixiu a través del tub de connexió a la part inferior del separador d'hidrogen i el separador d'oxigen, i després entra a les cambres del càtode i l'ànode de l'electrolitzador després de refredar-se i filtrar-se. Els avantatges de la circulació mixta són l'estructura senzilla, el procés curt, el baix cost i la possibilitat de garantir la mateixa mida de circulació de lleixiu a les cambres del càtode i l'ànode de l'electrolitzador; el desavantatge és que, d'una banda, pot afectar la puresa de l'hidrogen i l'oxigen i, de l'altra, pot fer que el nivell del separador d'hidrogen-oxigen estigui desajustat, cosa que pot provocar un augment del risc de barreja d'hidrogen i oxigen. Actualment, el costat d'hidrogen-oxigen del cicle de barreja de lleixiu és el procés més comú.
2️⃣Circulació separada de lleixiu lateral d'hidrogen i oxigen
Aquesta forma de circulació requereix dues bombes de circulació de lleixiu, és a dir, dues circulacions internes. El lleixiu a la part inferior del separador d'hidrogen passa per la bomba de circulació del costat de l'hidrogen, es refreda i es filtra, i després entra a la cambra del càtode de l'electrolitzador; el lleixiu a la part inferior del separador d'oxigen passa per la bomba de circulació del costat de l'oxigen, es refreda i es filtra, i després entra a la cambra de l'ànode de l'electrolitzador. L'avantatge de la circulació independent del lleixiu és que l'hidrogen i l'oxigen produïts per electròlisi són d'alta puresa, evitant físicament el risc de barrejar l'hidrogen i el separador d'oxigen; el desavantatge és que l'estructura i el procés són complicats i costosos, i també cal garantir la consistència del cabal, l'alçada, la potència i altres paràmetres de les bombes a banda i banda, cosa que augmenta la complexitat de l'operació i planteja el requisit de controlar l'estabilitat a banda i banda del sistema.
Tres influències del cabal circulant del lleixiu en la producció d'hidrogen per aigua electrolítica i condicions de funcionament de l'electrolitzador
1️⃣Circulació excessiva de lleixiu
(1) Efecte sobre la puresa de l'hidrogen i l'oxigen
Com que l'hidrogen i l'oxigen tenen una certa solubilitat en el lleixiu, el volum de circulació és massa gran, de manera que la quantitat total d'hidrogen i oxigen dissolts augmenta i entra a cada cambra amb el lleixiu, cosa que fa que la puresa de l'hidrogen i l'oxigen es redueixi a la sortida de l'electrolitzador; el volum de circulació és massa gran, de manera que el temps de retenció del separador de líquids d'hidrogen i oxigen és massa curt, i el gas que no s'ha separat completament es torna a l'interior de l'electrolitzador amb el lleixiu, cosa que afecta l'eficiència de la reacció electroquímica de l'electrolitzador i la puresa de l'hidrogen i l'oxigen, i a més això afectarà l'eficiència de la reacció electroquímica a l'electrolitzador i la puresa de l'hidrogen i l'oxigen, i afectarà encara més la capacitat dels equips de purificació d'hidrogen i oxigen per deshidrogenar i desoxigenar, resultant en un mal efecte de la purificació d'hidrogen i oxigen i afectant la qualitat dels productes.
(2) Efecte sobre la temperatura del tanc
Si la temperatura de sortida del refrigerador de lleixiu es manté sense canvis, un flux excessiu de lleixiu eliminarà més calor de l'electrolitzador, cosa que farà que la temperatura del dipòsit baixi i la potència augmenti.
(3) Efecte sobre el corrent i el voltatge
La circulació excessiva de lleixiu afectarà l'estabilitat del corrent i el voltatge. Un flux excessiu de líquid interferirà amb la fluctuació normal del corrent i el voltatge, cosa que farà que el corrent i el voltatge no s'estabilitzin fàcilment, provocant fluctuacions en l'estat de funcionament del gabinet rectificador i del transformador, i afectant així la producció i la qualitat de l'hidrogen.
(4) Augment del consum d'energia
La circulació excessiva de lleixiu també pot provocar un augment del consum d'energia, un augment dels costos operatius i una reducció de l'eficiència energètica del sistema. Principalment, l'augment del sistema de circulació interna d'aigua de refrigeració auxiliar i la circulació externa, el polvoritzador i el ventilador, la càrrega d'aigua refrigerada, etc., de manera que augmenta el consum d'energia i augmenta el consum total d'energia.
(5) Causar fallada de l'equip
La circulació excessiva de lleixiu augmenta la càrrega de la bomba de circulació de lleixiu, la qual cosa es correspon amb un augment del cabal, la pressió i les fluctuacions de temperatura a l'electrolitzador, cosa que al seu torn afecta els elèctrodes, els diafragmes i les juntes de l'interior de l'electrolitzador, cosa que pot provocar mal funcionament o danys a l'equip i un augment de la càrrega de treball per al manteniment i la reparació.
2️⃣Circulació de lleixiu massa baixa
(1) Efecte sobre la temperatura del tanc
Quan el volum circulant de lleixiu és insuficient, la calor de l'electrolitzador no es pot eliminar a temps, cosa que provoca un augment de la temperatura. L'entorn d'alta temperatura fa que la pressió de vapor saturat de l'aigua en fase gasosa augmenti i que el contingut d'aigua augmenti. Si l'aigua no es pot condensar prou, augmentarà la càrrega del sistema de purificació i afectarà l'efecte de purificació, i també afectarà l'efecte i la vida útil del catalitzador i l'adsorbent.
(2) Impacte en la vida útil del diafragma
Un entorn continu d'alta temperatura accelerarà l'envelliment del diafragma, farà que el seu rendiment disminueixi o fins i tot es trenqui, cosa que facilita la permeabilitat mútua de l'hidrogen i l'oxigen al diafragma a banda i banda, cosa que afecta la puresa de l'hidrogen i l'oxigen. Quan la infiltració mútua s'acosta al límit inferior, la probabilitat de perill d'explosió de l'electrolitzador augmenta considerablement. Al mateix temps, l'alta temperatura contínua també causarà danys per fuites a la junta de segellat, cosa que escurçarà la seva vida útil.
(3) Efecte sobre els elèctrodes
Si la quantitat circulant de lleixiu és massa petita, el gas produït no pot sortir ràpidament del centre actiu de l'elèctrode i l'eficiència de l'electròlisi es veu afectada; si l'elèctrode no pot entrar en contacte complet amb el lleixiu per dur a terme la reacció electroquímica, es produirà una anomalia de descàrrega parcial i una combustió en sec, accelerant el despreniment del catalitzador sobre l'elèctrode.
(4) Efecte sobre el voltatge de la cel·la
La quantitat de lleixiu que circula és massa petita, perquè les bombolles d'hidrogen i oxigen generades al centre actiu de l'elèctrode no es poden eliminar a temps i la quantitat de gasos dissolts a l'electròlit augmenta, cosa que provoca un augment del voltatge de la petita cambra i un augment del consum d'energia.
Quatre mètodes per determinar el cabal òptim de circulació de lleixiu
Per resoldre els problemes esmentats, cal prendre les mesures corresponents, com ara comprovar regularment el sistema de circulació de lleixiu per garantir el seu funcionament normal; mantenir bones condicions de dissipació de calor al voltant de l'electrolitzador; i ajustar els paràmetres de funcionament de l'electrolitzador, si cal, per evitar que es produeixi un volum de circulació de lleixiu massa gran o massa petit.
El cabal òptim de circulació de lleixiu s'ha de determinar en funció de paràmetres tècnics específics de l'electrolitzador, com ara la mida de l'electrolitzador, el nombre de cambres, la pressió de funcionament, la temperatura de reacció, la generació de calor, la concentració de lleixiu, el refrigerador de lleixiu, el separador d'hidrogen-oxigen, la densitat de corrent, la puresa del gas i altres requisits, la durabilitat de l'equip i les canonades i altres factors.
Paràmetres tècnics Dimensions:
mides 4800x2240x2281mm
pes total 40700 kg
Mida efectiva de la cambra 1830, nombre de cambres 238
Densitat de corrent de l'electrolitzador 5000A/m²
pressió de funcionament 1,6 MPa
temperatura de reacció 90 ℃ ± 5 ℃
Conjunt únic de volum d'hidrogen del producte electrolitzador 1300 Nm³/h
Producte Oxigen 650Nm³/h
corrent continu n13100A, tensió de corrent continu 480V
Refrigerador de lleixiu Φ700x4244mm
superfície d'intercanvi de calor 88,2 m²
Separador d'hidrogen i oxigen Φ1300x3916mm
separador d'oxigen Φ1300x3916mm
Concentració de solució d'hidròxid de potassi del 30%
Valor de resistència a l'aigua pura >5MΩ·cm
Relació entre la solució d'hidròxid de potassi i l'electrolitzador:
Fer que l'aigua pura sigui conductora, treure hidrogen i oxigen i eliminar calor. El flux d'aigua de refrigeració s'utilitza per controlar la temperatura del lleixiu de manera que la temperatura de la reacció de l'electrolitzador sigui relativament estable, i la generació de calor de l'electrolitzador i el flux d'aigua de refrigeració s'utilitzen per igualar el balanç tèrmic del sistema per aconseguir les millors condicions de treball i els paràmetres de funcionament que estalvien més energia.
Basat en operacions reals:
Control del volum de circulació de lleixiu a 60 m³/h,
El flux d'aigua de refrigeració s'obre al 95% aproximadament.
La temperatura de reacció de l'electrolitzador es controla a 90 °C a plena càrrega.
El consum d'energia de CC de l'electrolitzador en condicions òptimes és de 4,56 kWh/Nm³H₂.
Cincresumir
En resum, el volum de circulació del lleixiu és un paràmetre important en el procés de producció d'hidrogen per electròlisi de l'aigua, que està relacionat amb la puresa del gas, el voltatge de la cambra, la temperatura de l'electrolitzador i altres paràmetres. És convenient controlar el volum de circulació a 2~4 vegades/h/min de reposició del lleixiu al dipòsit. En controlar eficaçment el volum de circulació del lleixiu, es garanteix el funcionament estable i segur dels equips de producció d'hidrogen per electròlisi de l'aigua durant un llarg període de temps.
En el procés de producció d'hidrogen mitjançant electròlisi d'aigua en un electrolitzador alcalí, l'optimització dels paràmetres de les condicions de treball i el disseny del canal de l'electrolitzador, combinada amb la selecció del material de l'elèctrode i del material del diafragma, són clau per augmentar el corrent, reduir la tensió del tanc i estalviar consum d'energia.
——Contacteu amb nosaltres——
Telèfon: +86 028 6259 0080
Fax: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Data de publicació: 09-01-2025
