คำอธิบายโดยละเอียดของระบบน้ำอัลคาไลน์อิเล็กโทรลิซิส

อิเล็กโทรไลต์ไฮโดรเจนหน่วยการผลิตประกอบด้วยชุดอิเล็กโทรลิซิสน้ำครบชุดไฮโดรเจนอุปกรณ์การผลิต โดยมีอุปกรณ์หลักได้แก่

1. เซลล์อิเล็กโทรไลต์

2. อุปกรณ์แยกก๊าซเหลว

3. ระบบการทำให้แห้งและการทำให้บริสุทธิ์

4. ชิ้นส่วนไฟฟ้าประกอบด้วย: หม้อแปลง, ตู้เรียงกระแส, ตู้ควบคุม PLC, ตู้เครื่องมือ, ตู้กระจายสินค้า, คอมพิวเตอร์ส่วนบน ฯลฯ

5. ระบบเสริมส่วนใหญ่ประกอบด้วย: ถังสารละลายอัลคาไล, ถังเก็บน้ำดิบ, ปั๊มน้ำแต่งหน้า, ถังไนโตรเจน/บัสบาร์ ฯลฯ/ 6. ระบบเสริมโดยรวมของอุปกรณ์ประกอบด้วย: เครื่องทำน้ำบริสุทธิ์, หอทำความเย็น, เครื่องทำความเย็น, เครื่องอัดอากาศ ฯลฯ

เครื่องทำความเย็นไฮโดรเจนและออกซิเจน และน้ำจะถูกรวบรวมโดยกับดักหยดก่อนที่จะส่งออกไปภายใต้การควบคุมของระบบควบคุม อิเล็กโทรไลต์จะทะลุผ่านไฮโดรเจนและตัวกรองออกซิเจนอัลคาไล เครื่องทำความเย็นไฮโดรเจนและออกซิเจนอัลคาไลตามลำดับภายใต้การทำงานของปั๊มหมุนเวียน จากนั้นจึงกลับสู่เซลล์อิเล็กโทรไลต์เพื่ออิเล็กโทรไลซิสต่อไป

ความดันของระบบถูกควบคุมโดยระบบควบคุมแรงดันและระบบควบคุมแรงดันแตกต่างเพื่อตอบสนองความต้องการของกระบวนการดาวน์สตรีมและการจัดเก็บ

ไฮโดรเจนที่ผลิตโดยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้ามีข้อดีคือมีความบริสุทธิ์สูงและมีสิ่งเจือปนต่ำ โดยปกติ สิ่งเจือปนในก๊าซไฮโดรเจนที่เกิดจากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจะเป็นเพียงออกซิเจนและน้ำ โดยไม่มีส่วนประกอบอื่นๆ (ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงการเป็นพิษของตัวเร่งปฏิกิริยาบางชนิดได้) สิ่งนี้ให้ความสะดวกในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงและก๊าซบริสุทธิ์สามารถตอบสนองมาตรฐานของก๊าซอุตสาหกรรมเกรดอิเล็กทรอนิกส์

ไฮโดรเจนที่ผลิตโดยหน่วยผลิตไฮโดรเจนจะไหลผ่านถังบัฟเฟอร์เพื่อรักษาแรงดันการทำงานของระบบให้คงที่ และกำจัดน้ำอิสระออกจากไฮโดรเจนต่อไป

หลังจากเข้าสู่อุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์ไฮโดรเจน ไฮโดรเจนที่เกิดจากอิเล็กโทรลิซิสในน้ำจะถูกทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติม โดยใช้หลักการของปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาและการดูดซับตะแกรงโมเลกุลเพื่อกำจัดออกซิเจน น้ำ และสิ่งสกปรกอื่น ๆ ออกจากไฮโดรเจน

อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถตั้งค่าระบบปรับการผลิตไฮโดรเจนอัตโนมัติตามสถานการณ์จริงได้ การเปลี่ยนแปลงของปริมาณก๊าซจะทำให้เกิดความผันผวนของแรงดันของถังเก็บไฮโดรเจน เครื่องส่งสัญญาณความดันที่ติดตั้งบนถังเก็บจะส่งสัญญาณ 4-20mA ไปยัง PLC เพื่อเปรียบเทียบกับค่าที่ตั้งไว้เดิม และหลังจากการแปลงผกผันและการคำนวณ PID ​​แล้ว ให้ส่งสัญญาณ 20-4mA ไปยังตู้วงจรเรียงกระแสเพื่อปรับขนาดของ กระแสไฟฟ้าด้วยไฟฟ้า จึงบรรลุวัตถุประสงค์ในการปรับการผลิตไฮโดรเจนโดยอัตโนมัติตามการเปลี่ยนแปลงของปริมาณไฮโดรเจน

ปฏิกิริยาเดียวในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนโดยอิเล็กโทรไลซิสของน้ำคือน้ำ (H2O) ซึ่งจำเป็นต้องจ่ายน้ำดิบอย่างต่อเนื่องผ่านปั๊มเติมน้ำ ตำแหน่งการเติมจะอยู่ที่ตัวแยกไฮโดรเจนหรือออกซิเจน นอกจากนี้ไฮโดรเจนและออกซิเจนจำเป็นต้องดูดซับน้ำจำนวนเล็กน้อยเมื่อออกจากระบบ อุปกรณ์ที่ใช้น้ำต่ำสามารถใช้ 1 ลิตร/นิวตันเมตร ลูกบาศก์ H2 ในขณะที่อุปกรณ์ขนาดใหญ่สามารถลดปริมาณลงเหลือ 0.9 ลิตร/นิวตันเมตร ลูกบาศก์ H2 ระบบจะเติมน้ำดิบอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสามารถรักษาเสถียรภาพของระดับและความเข้มข้นของของเหลวอัลคาไลน์ได้ นอกจากนี้ยังสามารถเติมน้ำที่ทำปฏิกิริยาได้ทันเวลาเพื่อรักษาความเข้มข้นของสารละลายอัลคาไลน์

1. ระบบวงจรเรียงกระแสหม้อแปลงไฟฟ้า

ระบบนี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอุปกรณ์สองตัว ได้แก่ หม้อแปลงไฟฟ้าและตู้วงจรเรียงกระแส หน้าที่หลักคือการแปลงไฟ AC 10/35KV ที่เจ้าของส่วนหน้าให้มาเป็นไฟ DC ที่ต้องการโดยเซลล์อิเล็กโทรไลต์ และจ่ายไฟ DC ให้กับเซลล์อิเล็กโทรไลต์ พลังงานที่ให้มาส่วนหนึ่งใช้เพื่อสลายโมเลกุลของน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยตรง และอีกส่วนหนึ่งจะสร้างความร้อน ซึ่งดำเนินการโดยเครื่องทำความเย็นแบบอัลคาไลผ่านน้ำหล่อเย็น

หม้อแปลงส่วนใหญ่เป็นชนิดน้ำมัน หากวางไว้ในอาคารหรือภายในภาชนะ สามารถใช้หม้อแปลงชนิดแห้งได้ หม้อแปลงที่ใช้สำหรับอุปกรณ์การผลิตไฮโดรเจนน้ำด้วยไฟฟ้าเป็นหม้อแปลงพิเศษที่ต้องจับคู่ตามข้อมูลของเซลล์อิเล็กโทรไลต์แต่ละเซลล์ จึงเป็นอุปกรณ์ที่ปรับแต่งเอง

ปัจจุบันตู้เรียงกระแสที่ใช้กันมากที่สุดคือชนิดไทริสเตอร์ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากผู้ผลิตอุปกรณ์เนื่องจากมีอายุการใช้งานยาวนาน มีความเสถียรสูง และราคาต่ำ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจำเป็นต้องปรับอุปกรณ์ขนาดใหญ่ให้เป็นพลังงานทดแทนส่วนหน้า ประสิทธิภาพการแปลงของตู้เรียงกระแสไทริสเตอร์จึงค่อนข้างต่ำ ปัจจุบัน ผู้ผลิตตู้วงจรเรียงกระแสหลายรายกำลังมุ่งมั่นที่จะนำตู้วงจรเรียงกระแส IGBT ใหม่มาใช้ IGBT พบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรมอื่นๆ เช่น พลังงานลม และเชื่อว่าตู้วงจรเรียงกระแส IGBT จะมีการพัฒนาที่สำคัญในอนาคต

1. ระบบตู้จำหน่าย

ตู้จ่ายไฟส่วนใหญ่จะใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับส่วนประกอบต่างๆ ด้วยมอเตอร์ในระบบแยกออกซิเจนไฮโดรเจนและการทำให้บริสุทธิ์ ซึ่งอยู่ด้านหลังอุปกรณ์การผลิตไฮโดรเจนน้ำด้วยไฟฟ้า รวมถึง 400V หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าอุปกรณ์ 380V อุปกรณ์ประกอบด้วยปั๊มหมุนเวียนอัลคาไลในกรอบการแยกออกซิเจนไฮโดรเจนและปั๊มน้ำแต่งหน้าในระบบเสริม แหล่งจ่ายไฟสำหรับสายไฟทำความร้อนในระบบอบแห้งและฟอก รวมถึงระบบเสริมที่จำเป็นสำหรับทั้งระบบ เช่น เครื่องทำน้ำบริสุทธิ์ ชิลเลอร์ เครื่องอัดอากาศ หอทำความเย็น และเครื่องอัดไฮโดรเจนส่วนหลัง เครื่องเติมไฮโดรเจน ฯลฯ . ยังรวมถึงแหล่งจ่ายไฟสำหรับแสงสว่าง การตรวจสอบ และระบบอื่น ๆ ของทั้งสถานี

1. Cออนโทรระบบล

ระบบควบคุมใช้การควบคุมอัตโนมัติ PLC โดยทั่วไป PLC จะใช้ Siemens 1200 หรือ 1500 และติดตั้งหน้าจอสัมผัสอินเทอร์เฟซการโต้ตอบระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร การแสดงการทำงานและพารามิเตอร์ของแต่ละระบบของอุปกรณ์ตลอดจนการแสดงตรรกะการควบคุมจะเกิดขึ้นบนหน้าจอสัมผัส

5. ระบบหมุนเวียนสารละลายอัลคาไล

ระบบนี้ประกอบด้วยอุปกรณ์หลักดังต่อไปนี้เป็นหลัก:

เครื่องแยกออกซิเจนไฮโดรเจน – ปั๊มหมุนเวียนสารละลายอัลคาไล – วาล์ว – ตัวกรองสารละลายอัลคาไล – เซลล์อิเล็กโทรไลต์

กระบวนการหลักมีดังนี้: สารละลายอัลคาไลน์ที่ผสมกับไฮโดรเจนและออกซิเจนในตัวแยกออกซิเจนไฮโดรเจนจะถูกแยกออกด้วยเครื่องแยกก๊าซ-ของเหลว และไหลย้อนไปยังปั๊มหมุนเวียนสารละลายอัลคาไลน์ เครื่องแยกไฮโดรเจนและเครื่องแยกออกซิเจนเชื่อมต่ออยู่ที่นี่ และปั๊มหมุนเวียนสารละลายอัลคาไลน์จะหมุนเวียนสารละลายอัลคาไลน์ที่ไหลย้อนไปยังวาล์วและตัวกรองสารละลายอัลคาไลน์ที่ส่วนหลัง หลังจากที่ตัวกรองกรองสิ่งเจือปนขนาดใหญ่ออก สารละลายอัลคาไลน์จะถูกหมุนเวียนไปยังด้านในของเซลล์อิเล็กโทรไลต์

6.ระบบไฮโดรเจน

ก๊าซไฮโดรเจนถูกสร้างขึ้นจากด้านอิเล็กโทรดแคโทดและไปถึงตัวแยกพร้อมกับระบบหมุนเวียนสารละลายอัลคาไลน์ ภายในตัวแยก ก๊าซไฮโดรเจนค่อนข้างเบาและแยกออกจากสารละลายอัลคาไลน์ตามธรรมชาติ จนถึงส่วนบนของตัวแยก จากนั้นจะผ่านท่อเพื่อแยกสารเพิ่มเติม ระบายความร้อนด้วยน้ำหล่อเย็น และรวบรวมโดย Drip Catcher เพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์ประมาณ 99% ก่อนที่จะไปถึงระบบการทำให้แห้งและการทำให้บริสุทธิ์ส่วนหลัง

การอพยพ: การอพยพก๊าซไฮโดรเจนส่วนใหญ่จะใช้ในช่วงเริ่มต้นและปิดเครื่อง การทำงานที่ผิดปกติ หรือเมื่อความบริสุทธิ์ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน ตลอดจนเพื่อการแก้ไขปัญหา

7. ระบบออกซิเจน

วิถีทางของออกซิเจนนั้นคล้ายคลึงกับทางเดินของไฮโดรเจน ยกเว้นว่าทางเดินของออกซิเจนจะดำเนินการในเครื่องแยกที่ต่างกัน

การเททิ้ง: ปัจจุบันโครงการส่วนใหญ่ใช้วิธีการเทออกซิเจน

การใช้ประโยชน์: มูลค่าการใช้ออกซิเจนมีความหมายเฉพาะในโครงการพิเศษเท่านั้น เช่น การใช้งานที่สามารถใช้ทั้งไฮโดรเจนและออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง เช่น ผู้ผลิตใยแก้วนำแสง นอกจากนี้ยังมีโครงการขนาดใหญ่บางโครงการที่สงวนพื้นที่สำหรับการใช้ออกซิเจน สถานการณ์การใช้งานแบ็กเอนด์มีไว้สำหรับการผลิตออกซิเจนเหลวหลังจากการทำให้แห้งและการทำให้บริสุทธิ์ หรือสำหรับออกซิเจนทางการแพทย์ผ่านระบบการกระจายตัว อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำของสถานการณ์การใช้งานเหล่านี้ยังคงต้องการการยืนยันเพิ่มเติม

8.ระบบน้ำหล่อเย็น

กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของน้ำเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน และกระบวนการผลิตไฮโดรเจนจะต้องได้รับพลังงานไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของน้ำมีมากกว่าการดูดซับความร้อนตามทฤษฎีของปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไฟฟ้าส่วนหนึ่งที่ใช้ในเซลล์อิเล็กโทรไลซิสจะถูกแปลงเป็นความร้อน ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ระบบหมุนเวียนของสารละลายอัลคาไลน์ในตอนเริ่มต้น ทำให้อุณหภูมิของสารละลายอัลคาไลน์เพิ่มขึ้นจนถึงช่วงอุณหภูมิที่ต้องการที่ 90 ± 5 ℃ สำหรับอุปกรณ์ หากเซลล์อิเล็กโทรไลซิสยังคงทำงานต่อไปหลังจากถึงอุณหภูมิที่กำหนด ความร้อนที่เกิดขึ้นจะต้องถูกดำเนินการโดยน้ำหล่อเย็นเพื่อรักษาอุณหภูมิปกติของโซนปฏิกิริยาอิเล็กโทรลิซิส อุณหภูมิสูงในโซนปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิสสามารถลดการใช้พลังงานได้ แต่หากอุณหภูมิสูงเกินไป ไดอะแฟรมของห้องอิเล็กโทรไลซิสจะเสียหาย ซึ่งจะเป็นอันตรายต่อการทำงานของอุปกรณ์ในระยะยาวด้วย

ต้องรักษาอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับอุปกรณ์นี้ไว้ที่ไม่เกิน 95 ℃ นอกจากนี้ ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่สร้างขึ้นยังต้องถูกทำให้เย็นและลดความชื้น และอุปกรณ์วงจรเรียงกระแสไทริสเตอร์ที่ระบายความร้อนด้วยน้ำก็ติดตั้งท่อระบายความร้อนที่จำเป็นด้วย

ตัวปั๊มของอุปกรณ์ขนาดใหญ่ยังต้องอาศัยน้ำหล่อเย็นด้วย

1. ระบบเติมไนโตรเจนและล้างไนโตรเจน

ก่อนที่จะแก้ไขจุดบกพร่องและใช้งานอุปกรณ์ ควรทำการทดสอบความหนาแน่นของไนโตรเจนในระบบ ก่อนสตาร์ทตามปกติ จะต้องไล่ก๊าซไนโตรเจนออกจากเฟสของระบบด้วย เพื่อให้แน่ใจว่าก๊าซในช่องเฟสก๊าซทั้งสองด้านของไฮโดรเจนและออกซิเจนอยู่ห่างจากระยะไวไฟและระเบิดได้

หลังจากปิดอุปกรณ์แล้ว ระบบควบคุมจะรักษาแรงดันโดยอัตโนมัติและกักเก็บไฮโดรเจนและออกซิเจนไว้ภายในระบบจำนวนหนึ่ง หากยังมีแรงกดดันในระหว่างการสตาร์ท ไม่จำเป็นต้องทำการไล่ล้าง อย่างไรก็ตาม หากลดความดันลงจนหมด จะต้องดำเนินการไล่ไนโตรเจนอีกครั้ง

1. ระบบอบแห้งด้วยไฮโดรเจน (การทำให้บริสุทธิ์) (อุปกรณ์เสริม)

ก๊าซไฮโดรเจนที่เตรียมจากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจะถูกลดความชื้นด้วยเครื่องทำแห้งแบบขนาน และสุดท้ายทำให้บริสุทธิ์ด้วยตัวกรองท่อนิกเกิลเผาเพื่อให้ได้ก๊าซไฮโดรเจนแห้ง ตามความต้องการของผู้ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ไฮโดรเจน ระบบอาจเพิ่มอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์ ซึ่งใช้การขจัดออกซิเจนแบบเร่งปฏิกิริยาด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมแพลตตินัม bimetallic เพื่อทำให้บริสุทธิ์

ไฮโดรเจนที่ผลิตโดยหน่วยการผลิตไฮโดรเจนด้วยกระแสไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังหน่วยการทำให้บริสุทธิ์ไฮโดรเจนผ่านถังบัฟเฟอร์

ก๊าซไฮโดรเจนจะผ่านหอกำจัดออกซิเจนในขั้นแรก และภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา ออกซิเจนในก๊าซไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับก๊าซไฮโดรเจนเพื่อผลิตน้ำ

สูตรปฏิกิริยา: 2H2+O2 2H2O

จากนั้น ก๊าซไฮโดรเจนจะไหลผ่านคอนเดนเซอร์ไฮโดรเจน (ซึ่งจะทำให้ก๊าซเย็นลงเพื่อควบแน่นไอน้ำลงในน้ำ ซึ่งจะถูกปล่อยออกนอกระบบโดยอัตโนมัติผ่านตัวสะสม) และเข้าสู่หอดูดซับ