หน่วยผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสประกอบด้วยชุดอุปกรณ์ผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสน้ำแบบครบชุด โดยอุปกรณ์หลักได้แก่:
1. เครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้า
2. อุปกรณ์แยกก๊าซและของเหลว
3. ระบบอบแห้งและทำให้บริสุทธิ์
4. ส่วนประกอบทางไฟฟ้า ได้แก่ หม้อแปลงไฟฟ้า ตู้แปลงกระแสไฟฟ้า ตู้ควบคุมโปรแกรม PLC ตู้เครื่องมือวัด ตู้จ่ายไฟ คอมพิวเตอร์หลัก เป็นต้น
5. ระบบเสริมประกอบด้วย: ถังด่าง, ถังเก็บน้ำสำหรับวัตถุดิบ, ปั๊มน้ำ, ถังไนโตรเจน/บัสบาร์ เป็นต้น
6. ระบบเสริมโดยรวมของอุปกรณ์ประกอบด้วย: เครื่องผลิตน้ำบริสุทธิ์, หอระบายความร้อนด้วยน้ำ, เครื่องทำความเย็น, เครื่องอัดอากาศ เป็นต้น
ในหน่วยผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส น้ำจะถูกแยกออกเป็นไฮโดรเจน 1 ส่วน และออกซิเจน 1/2 ส่วน ในเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ภายใต้การทำงานของกระแสไฟฟ้าตรง ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะถูกส่งไปยังเครื่องแยกก๊าซและของเหลวพร้อมกับอิเล็กโทรไลต์เพื่อทำการแยก ไฮโดรเจนและออกซิเจนจะถูกทำให้เย็นลงโดยเครื่องทำความเย็นไฮโดรเจนและออกซิเจน และตัวดักหยดน้ำจะดักจับและกำจัดน้ำ จากนั้นจะถูกส่งออกไปภายใต้การควบคุมของระบบควบคุม ส่วนอิเล็กโทรไลต์จะไหลผ่านตัวกรองไฮโดรเจน ออกซิเจน และด่าง ฯลฯ ภายใต้การทำงานของปั๊มหมุนเวียน แล้วจึงกลับไปยังเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์เพื่อดำเนินการอิเล็กโทรไลซิสต่อไป
ความดันของระบบจะถูกปรับผ่านระบบควบคุมความดันและระบบควบคุมความดันแตกต่าง เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของกระบวนการและการจัดเก็บในขั้นตอนต่อไป
ไฮโดรเจนที่ผลิตโดยกระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้ามีข้อดีคือมีความบริสุทธิ์สูงและมีสิ่งเจือปนน้อย โดยปกติแล้ว สิ่งเจือปนในไฮโดรเจนที่ผลิตด้วยกระบวนการนี้จะมีเพียงออกซิเจนและน้ำเท่านั้น ไม่มีส่วนประกอบอื่นๆ (ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงการเป็นพิษของตัวเร่งปฏิกิริยาบางชนิดได้) ทำให้สะดวกต่อการผลิตไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง หลังจากผ่านการทำให้บริสุทธิ์แล้ว ก๊าซที่ผลิตได้จะตรงตามเกณฑ์มาตรฐานของก๊าซอุตสาหกรรมเกรดอิเล็กทรอนิกส์
ไฮโดรเจนที่ผลิตจากอุปกรณ์ผลิตไฮโดรเจนจะไหลผ่านถังพักเพื่อรักษาระดับความดันใช้งานของระบบและกำจัดน้ำอิสระในไฮโดรเจนออกไปเพิ่มเติม
หลังจากที่ไฮโดรเจนเข้าสู่เครื่องทำให้บริสุทธิ์ไฮโดรเจนแล้ว ไฮโดรเจนที่ผลิตได้จากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจะถูกทำให้บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น โดยออกซิเจน น้ำ และสิ่งเจือปนอื่นๆ ในไฮโดรเจนจะถูกกำจัดออกไปโดยใช้หลักการของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาและการดูดซับด้วยตะแกรงโมเลกุล
อุปกรณ์นี้สามารถตั้งค่าระบบปรับอัตโนมัติสำหรับการผลิตไฮโดรเจนตามสถานการณ์จริงได้ การเปลี่ยนแปลงปริมาณก๊าซจะทำให้ความดันในถังเก็บไฮโดรเจนผันผวน ตัวส่งสัญญาณความดันที่ติดตั้งบนถังเก็บจะส่งสัญญาณ 4-20 mA ไปยัง PLC และหลังจากเปรียบเทียบกับค่าที่ตั้งไว้เดิมและทำการแปลงกลับและคำนวณ PID แล้ว จะส่งสัญญาณ 20-4 mA ไปยังตู้แปลงกระแสไฟฟ้าเพื่อปรับขนาดกระแสการแยกด้วยไฟฟ้า ซึ่งจะทำให้สามารถปรับการผลิตไฮโดรเจนโดยอัตโนมัติตามการเปลี่ยนแปลงของปริมาณไฮโดรเจนได้
อุปกรณ์ผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการแยกน้ำด่างด้วยไฟฟ้าส่วนใหญ่ประกอบด้วยระบบดังต่อไปนี้:
(1) ระบบน้ำวัตถุดิบ
ในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนด้วยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า สิ่งเดียวที่ทำปฏิกิริยาคือ น้ำ (H2O) ซึ่งจำเป็นต้องเติมน้ำดิบอย่างต่อเนื่องผ่านปั๊มเติมน้ำ ตำแหน่งการเติมน้ำจะอยู่ที่ตัวแยกไฮโดรเจนหรือออกซิเจน นอกจากนี้ จะต้องมีการกำจัดความชื้นจำนวนเล็กน้อยออกจากระบบด้วย อัตราการใช้น้ำของอุปกรณ์ขนาดเล็กอยู่ที่ 1 ลิตร/ลูกบาศก์เมตร H2 และของอุปกรณ์ขนาดใหญ่สามารถลดลงเหลือ 0.9 ลิตร/ลูกบาศก์เมตร H2 ระบบจะเติมน้ำดิบอย่างต่อเนื่อง การเติมน้ำช่วยรักษาระดับของเหลวด่างและความเข้มข้นของด่างให้คงที่ และสามารถเติมน้ำในสารละลายปฏิกิริยาได้ทันเวลาเพื่อรักษาระดับความเข้มข้นของด่าง
2) ระบบหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเรียงกระแส
ระบบนี้ประกอบด้วยอุปกรณ์หลักสองอย่าง ได้แก่ หม้อแปลงและตู้แปลงกระแสไฟฟ้า หน้าที่หลักคือการแปลงกระแสไฟฟ้าสลับ 10/35KV ที่ผู้ใช้งานป้อนเข้ามา ให้เป็นกระแสไฟฟ้าตรงที่เครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าต้องการ และจ่ายกระแสไฟฟ้าตรงให้กับเครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้า ส่วนหนึ่งของกระแสไฟฟ้าที่จ่ายไปจะถูกนำไปใช้ในการแยกน้ำโดยตรง ซึ่งโมเลกุลที่ได้คือไฮโดรเจนและออกซิเจน ส่วนที่เหลือจะสร้างความร้อน ซึ่งจะถูกระบายออกโดยเครื่องทำความเย็นด่างผ่านน้ำหล่อเย็น
หม้อแปลงส่วนใหญ่เป็นแบบใช้น้ำมัน หากติดตั้งในอาคารหรือภายในตู้คอนเทนเนอร์ สามารถใช้หม้อแปลงแบบแห้งได้ หม้อแปลงที่ใช้ในอุปกรณ์ผลิตไฮโดรเจนจากน้ำด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสเป็นหม้อแปลงชนิดพิเศษ และต้องเลือกให้เหมาะสมกับข้อมูลของเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์แต่ละเครื่อง ดังนั้นจึงเป็นอุปกรณ์ที่ปรับแต่งตามความต้องการเฉพาะ
(3) ระบบตู้จ่ายไฟ
ตู้จ่ายไฟส่วนใหญ่ใช้สำหรับจ่ายไฟ 400V หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่า 380V ให้กับอุปกรณ์ต่างๆ ที่มีมอเตอร์ในระบบแยกและทำให้บริสุทธิ์ของไฮโดรเจนและออกซิเจน ซึ่งอยู่ด้านหลังอุปกรณ์ผลิตไฮโดรเจนจากน้ำด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส อุปกรณ์ดังกล่าวได้แก่ ระบบหมุนเวียนด่างในโครงสร้างการแยกไฮโดรเจนและออกซิเจน ปั๊ม ปั๊มเติมน้ำในระบบเสริม สายไฟทำความร้อนในระบบอบแห้งและทำให้บริสุทธิ์ และระบบเสริมที่จำเป็นสำหรับระบบทั้งหมด เช่น เครื่องทำน้ำบริสุทธิ์ เครื่องทำความเย็น เครื่องอัดอากาศ หอระบายความร้อน และเครื่องอัดไฮโดรเจน เครื่องไฮโดรจิเนชัน และอุปกรณ์อื่นๆ การจ่ายไฟยังรวมถึงการจ่ายไฟสำหรับระบบแสงสว่าง ระบบตรวจสอบ และระบบอื่นๆ ของสถานีทั้งหมดด้วย
(4) ระบบควบคุม
ระบบควบคุมใช้การควบคุมอัตโนมัติแบบ PLC โดยทั่วไป PLC ที่ใช้จะเป็น Siemens 1200 หรือ 1500 ซึ่งมาพร้อมกับหน้าจอสัมผัสสำหรับใช้งานร่วมกันระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ การทำงานและการแสดงค่าพารามิเตอร์ของแต่ละระบบของอุปกรณ์ รวมถึงการแสดงตรรกะการควบคุม จะทำผ่านหน้าจอสัมผัสนี้
5) ระบบหมุนเวียนด่าง
ระบบนี้ประกอบด้วยอุปกรณ์หลักดังต่อไปนี้:
เครื่องแยกไฮโดรเจนและออกซิเจน - ปั๊มหมุนเวียนด่าง - วาล์ว - ตัวกรองด่าง - เครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้า
กระบวนการหลักคือ: ของเหลวด่างที่ผสมกับไฮโดรเจนและออกซิเจนในเครื่องแยกไฮโดรเจนและออกซิเจนจะถูกแยกออกโดยเครื่องแยกก๊าซและของเหลว จากนั้นจะไหลกลับไปยังปั๊มหมุนเวียนของเหลวด่าง ตรงนี้เครื่องแยกไฮโดรเจนและเครื่องแยกออกซิเจนจะเชื่อมต่อกัน และปั๊มหมุนเวียนของเหลวด่างจะทำงานแบบไหลย้อนกลับ ของเหลวด่างจะไหลเวียนไปยังวาล์วและตัวกรองของเหลวด่างที่ส่วนท้าย หลังจากที่ตัวกรองกรองสิ่งเจือปนขนาดใหญ่แล้ว ของเหลวด่างจะไหลเวียนเข้าไปภายในเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์
(6) ระบบไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนถูกสร้างขึ้นจากด้านขั้วแคโทดและเคลื่อนที่ไปยังตัวแยกพร้อมกับระบบหมุนเวียนของเหลวด่าง ในตัวแยก เนื่องจากไฮโดรเจนมีน้ำหนักเบา จึงจะแยกตัวออกจากของเหลวด่างและเคลื่อนที่ไปยังส่วนบนของตัวแยก จากนั้นจึงไหลผ่านท่อเพื่อแยกและระบายความร้อนต่อไป หลังจากระบายความร้อนด้วยน้ำแล้ว ตัวดักจับหยดจะดักจับหยดไฮโดรเจนและทำให้มีความบริสุทธิ์ประมาณ 99% ก่อนที่จะส่งไปยังระบบอบแห้งและทำให้บริสุทธิ์ในส่วนสุดท้าย
การระบายก๊าซ: การระบายก๊าซไฮโดรเจนส่วนใหญ่ใช้สำหรับการระบายก๊าซในระหว่างการเริ่มต้นและปิดระบบ การทำงานผิดปกติ หรือความล้มเหลวด้านความบริสุทธิ์ และการระบายก๊าซเนื่องจากข้อผิดพลาด
(7) ระบบออกซิเจน
เส้นทางของออกซิเจนคล้ายกับเส้นทางของไฮโดรเจน แต่ใช้ตัวคั่นที่แตกต่างกัน
การอพยพ: ปัจจุบัน โครงการผลิตออกซิเจนส่วนใหญ่ใช้วิธีการอพยพ
การใช้ประโยชน์: คุณค่าในการใช้ประโยชน์ของออกซิเจนนั้นมีความหมายเฉพาะในโครงการพิเศษ เช่น สถานการณ์การใช้งานบางอย่างที่สามารถใช้ทั้งไฮโดรเจนและออกซิเจนบริสุทธิ์สูงได้ เช่น ในอุตสาหกรรมการผลิตใยแก้วนำแสง นอกจากนี้ยังมีโครงการขนาดใหญ่บางโครงการที่จัดสรรพื้นที่ไว้สำหรับการใช้ประโยชน์จากออกซิเจน สถานการณ์การใช้งานในส่วนท้ายสุด ได้แก่ การผลิตออกซิเจนเหลวหลังจากการอบแห้งและการทำให้บริสุทธิ์ หรือการใช้ออกซิเจนทางการแพทย์ผ่านระบบกระจายตัว อย่างไรก็ตาม การกำหนดรายละเอียดของสถานการณ์การใช้งานเหล่านี้ยังคงต้องได้รับการกำหนดเพิ่มเติม จำเป็นต้องมีการยืนยันเพิ่มเติม
(8)ระบบน้ำหล่อเย็น
กระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน กระบวนการผลิตไฮโดรเจนต้องใช้พลังงานไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในกระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้ามีปริมาณมากกว่าความร้อนที่ดูดซับตามทฤษฎีของปฏิกิริยาการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า กล่าวคือ ส่วนหนึ่งของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้โดยเครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นความร้อน ความร้อนส่วนนี้ส่วนใหญ่ใช้ในการให้ความร้อนแก่ระบบหมุนเวียนด่างในช่วงเริ่มต้น เพื่อให้อุณหภูมิของสารละลายด่างสูงขึ้นถึงช่วงอุณหภูมิ 90±5°C ที่อุปกรณ์ต้องการ หากเครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้ายังคงทำงานต่อไปหลังจากถึงอุณหภูมิที่กำหนดแล้ว ความร้อนที่เกิดขึ้นจะต้องนำไปใช้ในการนำน้ำหล่อเย็นออกมาเพื่อรักษาอุณหภูมิปกติของบริเวณปฏิกิริยาการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า อุณหภูมิสูงในบริเวณปฏิกิริยาการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าสามารถลดการใช้พลังงานได้ แต่หากอุณหภูมิสูงเกินไป เมมเบรนของห้องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจะเสียหาย ซึ่งจะส่งผลเสียต่อการทำงานในระยะยาวของอุปกรณ์ด้วย
อุปกรณ์นี้ต้องการอุณหภูมิในการทำงานไม่เกิน 95 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะต้องได้รับการระบายความร้อนและลดความชื้นด้วย และอุปกรณ์แปลงกระแสไฟฟ้าแบบซิลิคอนควบคุมที่ระบายความร้อนด้วยน้ำก็ติดตั้งท่อระบายความร้อนที่จำเป็นไว้ด้วยเช่นกัน
ตัวปั๊มของอุปกรณ์ขนาดใหญ่ยังต้องการน้ำหล่อเย็นเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย
(9) ระบบเติมไนโตรเจนและระบบไล่ไนโตรเจน
ก่อนทำการแก้ไขข้อผิดพลาดและใช้งานอุปกรณ์ ระบบจะต้องถูกเติมด้วยไนโตรเจนเพื่อทดสอบความแน่นของอากาศ ก่อนการเริ่มต้นใช้งานตามปกติ เฟสแก๊สของระบบก็จำเป็นต้องถูกไล่ด้วยไนโตรเจนเช่นกัน เพื่อให้แน่ใจว่าแก๊สในช่องว่างเฟสแก๊สทั้งสองด้านของไฮโดรเจนและออกซิเจนนั้นอยู่ห่างจากช่วงที่ติดไฟได้และระเบิดได้
หลังจากปิดอุปกรณ์แล้ว ระบบควบคุมจะรักษาระดับความดันและคงปริมาณไฮโดรเจนและออกซิเจนไว้ในระบบโดยอัตโนมัติ หากยังคงรักษาระดับความดันไว้ได้เมื่อเปิดอุปกรณ์อีกครั้ง ก็ไม่จำเป็นต้องทำการไล่ก๊าซ แต่หากความดันลดลงจนหมด ก็จะต้องทำการไล่ก๊าซอีกครั้ง โดยใช้ไนโตรเจนเป็นก๊าซไล่
(10) ระบบการทำให้แห้ง (การทำให้บริสุทธิ์) ของไฮโดรเจน (อุปกรณ์เสริม)
ไฮโดรเจนที่ผลิตจากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจะถูกลดความชื้นโดยเครื่องอบแห้งแบบขนาน และสุดท้ายจะถูกกรองด้วยตัวกรองท่อโลหะนิกเกิลเผาผนึกเพื่อให้ได้ไฮโดรเจนแห้ง (ตามความต้องการของผู้ใช้สำหรับไฮโดรเจนที่ผลิตได้ ระบบอาจเพิ่มอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์ และการทำให้บริสุทธิ์จะใช้การลดออกซิเจนด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะคู่แพลเลเดียม-แพลทินัม)
ไฮโดรเจนที่ผลิตได้จากอุปกรณ์ผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์ไฮโดรเจนผ่านถังพัก
ไฮโดรเจนจะไหลผ่านหอขจัดออกซิเจนก่อน ภายใต้การทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา ออกซิเจนในไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเพื่อสร้างน้ำ
สูตรปฏิกิริยา: 2H2 + O2 → 2H2O
จากนั้น ไฮโดรเจนจะไหลผ่านเครื่องควบแน่นไฮโดรเจน (ซึ่งทำหน้าที่ทำความเย็นให้กับก๊าซเพื่อควบแน่นไอน้ำในก๊าซให้กลายเป็นน้ำ และน้ำที่ควบแน่นแล้วจะถูกระบายออกจากระบบโดยอัตโนมัติผ่านทางถังเก็บของเหลว) และเข้าสู่หอการดูดซับ
วันที่เผยแพร่: 14 พฤษภาคม 2567
