คำอธิบายโดยละเอียดของระบบน้ำอิเล็กโทรไลซิสอัลคาไลน์

สารอิเล็กโทรไลต์ไฮโดรเจนหน่วยการผลิตประกอบด้วยชุดอิเล็กโทรไลซิสน้ำแบบครบชุดไฮโดรเจนอุปกรณ์การผลิต โดยมีอุปกรณ์หลักๆ ได้แก่:

1. เซลล์อิเล็กโทรไลต์

2. อุปกรณ์แยกก๊าซและของเหลว

3. ระบบการอบแห้งและฟอกอากาศ

4. ส่วนไฟฟ้าประกอบด้วย: หม้อแปลง ตู้แปลงกระแสไฟฟ้า ตู้ควบคุม PLC ตู้เครื่องมือ ตู้จ่ายไฟ คอมพิวเตอร์ส่วนบน ฯลฯ

5. ระบบเสริมประกอบด้วย: ถังสารละลายด่าง ถังน้ำวัตถุดิบ ปั๊มน้ำเติม ถังไนโตรเจน/บัสบาร์ ฯลฯ 6. ระบบเสริมโดยรวมของอุปกรณ์ประกอบด้วย: เครื่องทำน้ำบริสุทธิ์ หอทำความเย็น เครื่องทำน้ำเย็น เครื่องอัดอากาศ ฯลฯ

เครื่องทำความเย็นไฮโดรเจนและออกซิเจน และน้ำจะถูกเก็บรวบรวมโดยกับดักน้ำหยดก่อนส่งออกภายใต้การควบคุมของระบบควบคุม อิเล็กโทรไลต์จะผ่านไฮโดรเจนและตัวกรองออกซิเจนอัลคาไล ไฮโดรเจนและเครื่องทำความเย็นออกซิเจนอัลคาไล ตามลำดับ ภายใต้การทำงานของปั๊มหมุนเวียน จากนั้นจึงส่งกลับไปยังเซลล์อิเล็กโทรไลต์เพื่อการอิเล็กโทรไลซิสเพิ่มเติม

ความดันของระบบได้รับการควบคุมโดยระบบควบคุมความดันและระบบควบคุมความดันที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองความต้องการของกระบวนการปลายน้ำและการจัดเก็บ

ไฮโดรเจนที่ผลิตได้จากอิเล็กโทรไลซิสของน้ำมีข้อดีคือมีความบริสุทธิ์สูงและมีสิ่งเจือปนต่ำ โดยทั่วไป สิ่งเจือปนในก๊าซไฮโดรเจนที่ผลิตได้จากอิเล็กโทรไลซิสของน้ำมีเพียงออกซิเจนและน้ำเท่านั้น โดยไม่มีส่วนประกอบอื่นใด (ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงการเกิดพิษจากตัวเร่งปฏิกิริยาบางชนิดได้) ซึ่งทำให้สะดวกสำหรับการผลิตก๊าซไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง และก๊าซที่บริสุทธิ์สามารถผ่านมาตรฐานของก๊าซอุตสาหกรรมระดับอิเล็กทรอนิกส์ได้

ไฮโดรเจนที่ผลิตโดยหน่วยผลิตไฮโดรเจนจะผ่านถังบัฟเฟอร์เพื่อรักษาเสถียรภาพแรงดันการทำงานของระบบและกำจัดน้ำออกจากไฮโดรเจนเพิ่มเติม

หลังจากเข้าสู่เครื่องฟอกไฮโดรเจนแล้ว ไฮโดรเจนที่ผลิตได้จากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าก็จะถูกทำให้บริสุทธิ์ต่อไป โดยใช้หลักการของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาและการดูดซับด้วยตะแกรงโมเลกุลเพื่อกำจัดออกซิเจน น้ำ และสิ่งเจือปนอื่นๆ ออกจากไฮโดรเจน

อุปกรณ์สามารถตั้งค่าระบบปรับการผลิตไฮโดรเจนอัตโนมัติตามสถานการณ์จริง การเปลี่ยนแปลงของโหลดก๊าซจะทำให้แรงดันของถังเก็บไฮโดรเจนผันผวน เครื่องส่งสัญญาณแรงดันที่ติดตั้งบนถังเก็บจะส่งสัญญาณ 4-20mA ไปยัง PLC เพื่อเปรียบเทียบกับค่าที่ตั้งไว้เดิม และหลังจากการแปลงผกผันและการคำนวณ PID ​​แล้ว จะส่งสัญญาณ 20-4mA ไปยังตู้แปลงกระแสไฟฟ้าเพื่อปรับขนาดกระแสอิเล็กโทรไลซิส จึงบรรลุวัตถุประสงค์ในการปรับการผลิตไฮโดรเจนโดยอัตโนมัติตามการเปลี่ยนแปลงของโหลดไฮโดรเจน

ปฏิกิริยาเดียวในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนด้วยอิเล็กโทรไลซิสของน้ำคือน้ำ (H2O) ซึ่งจำเป็นต้องได้รับน้ำดิบอย่างต่อเนื่องผ่านปั๊มเติมน้ำ ตำแหน่งการเติมน้ำจะอยู่บนตัวแยกไฮโดรเจนหรือออกซิเจน นอกจากนี้ ไฮโดรเจนและออกซิเจนยังต้องเอาน้ำออกเล็กน้อยเมื่อออกจากระบบ อุปกรณ์ที่มีการใช้น้ำน้อยสามารถใช้ 1L/Nm ³ H2 ในขณะที่อุปกรณ์ขนาดใหญ่สามารถลดการใช้ลงเหลือ 0.9L/Nm ³ H2 ระบบจะเติมน้ำดิบอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสามารถรักษาเสถียรภาพของระดับของเหลวอัลคาไลน์และความเข้มข้นได้ นอกจากนี้ยังสามารถเติมน้ำที่เกิดปฏิกิริยาได้ทันเวลาเพื่อรักษาความเข้มข้นของสารละลายอัลคาไลน์

1. ระบบหม้อแปลงไฟฟ้า

ระบบนี้ประกอบด้วยอุปกรณ์หลัก 2 ชิ้น ได้แก่ หม้อแปลงและตู้แปลงกระแสไฟฟ้า หน้าที่หลักคือแปลงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ 10/35KV ที่เจ้าของเครื่องส่งให้มาเป็นกระแสไฟฟ้ากระแสตรงที่เซลล์อิเล็กโทรไลต์ต้องการ และจ่ายกระแสไฟฟ้ากระแสตรงให้กับเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ส่วนหนึ่งของกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้จะใช้เพื่อย่อยสลายโมเลกุลของน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยตรง และอีกส่วนหนึ่งจะสร้างความร้อน ซึ่งส่งผ่านไปยังเครื่องทำความเย็นอัลคาไลผ่านน้ำหล่อเย็น

หม้อแปลงส่วนใหญ่เป็นแบบน้ำมัน หากติดตั้งในอาคารหรือในภาชนะ สามารถใช้หม้อแปลงชนิดแห้งได้ หม้อแปลงที่ใช้ในอุปกรณ์ผลิตไฮโดรเจนน้ำแบบอิเล็กโทรไลต์เป็นหม้อแปลงพิเศษที่ต้องจับคู่ตามข้อมูลของเซลล์อิเล็กโทรไลต์แต่ละเซลล์ ดังนั้นจึงเป็นอุปกรณ์ที่ปรับแต่งได้

ปัจจุบัน ตู้แปลงกระแสไฟฟ้าที่ใช้กันมากที่สุดคือแบบไทริสเตอร์ ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากผู้ผลิตอุปกรณ์เนื่องจากมีอายุการใช้งานยาวนาน มีเสถียรภาพสูง และราคาถูก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจำเป็นต้องปรับอุปกรณ์ขนาดใหญ่ให้เข้ากับพลังงานหมุนเวียนด้านหน้า ประสิทธิภาพการแปลงของตู้แปลงกระแสไฟฟ้าไทริสเตอร์จึงค่อนข้างต่ำ ปัจจุบัน ผู้ผลิตตู้แปลงกระแสไฟฟ้าหลายรายพยายามนำตู้แปลงกระแสไฟฟ้า IGBT รุ่นใหม่มาใช้ IGBT เป็นที่นิยมมากในอุตสาหกรรมอื่นๆ เช่น พลังงานลม และเชื่อว่าตู้แปลงกระแสไฟฟ้า IGBT จะมีการพัฒนาที่สำคัญในอนาคต

1. ระบบตู้จ่ายไฟ

ตู้จ่ายไฟส่วนใหญ่ใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับส่วนประกอบต่างๆ ที่มีมอเตอร์ในระบบแยกและฟอกไฮโดรเจนและออกซิเจนที่อยู่ด้านหลังอุปกรณ์ผลิตไฮโดรเจนในน้ำอิเล็กโทรไลต์ รวมถึงอุปกรณ์ 400V หรือเรียกทั่วไปว่าอุปกรณ์ 380V อุปกรณ์ดังกล่าวประกอบด้วยปั๊มหมุนเวียนอัลคาไลในกรอบแยกไฮโดรเจนและออกซิเจนและปั๊มน้ำเติมในระบบเสริม แหล่งจ่ายไฟสำหรับสายทำความร้อนในระบบอบแห้งและฟอกอากาศ รวมถึงระบบเสริมที่จำเป็นสำหรับระบบทั้งหมด เช่น เครื่องทำน้ำบริสุทธิ์ เครื่องทำความเย็น เครื่องอัดอากาศ หอคอยหล่อเย็น และเครื่องอัดไฮโดรเจนด้านหลัง เครื่องไฮโดรจิเนชัน เป็นต้น รวมถึงแหล่งจ่ายไฟสำหรับไฟส่องสว่าง ระบบตรวจสอบ และระบบอื่นๆ ของสถานีทั้งหมด

1. Cออนโทรระบบล

ระบบควบคุมใช้ PLC ควบคุมอัตโนมัติ PLC มักใช้ Siemens 1200 หรือ 1500 และมีหน้าจอสัมผัสแบบโต้ตอบระหว่างคนกับเครื่องจักร การทำงานและการแสดงพารามิเตอร์ของระบบแต่ละระบบของอุปกรณ์ รวมถึงการแสดงตรรกะการควบคุมทำได้บนหน้าจอสัมผัส

5. ระบบหมุนเวียนสารละลายด่าง

ระบบนี้ประกอบด้วยอุปกรณ์หลักๆ ดังต่อไปนี้:

เครื่องแยกไฮโดรเจนและออกซิเจน – ปั๊มหมุนเวียนสารละลายด่าง – วาล์ว – ตัวกรองสารละลายด่าง – เซลล์อิเล็กโทรไลต์

กระบวนการหลักมีดังนี้: สารละลายด่างที่ผสมกับไฮโดรเจนและออกซิเจนในเครื่องแยกไฮโดรเจนและออกซิเจนจะถูกแยกโดยเครื่องแยกก๊าซและของเหลวและไหลย้อนไปยังปั๊มหมุนเวียนสารละลายด่าง เครื่องแยกไฮโดรเจนและออกซิเจนเชื่อมต่อกันที่นี่ และปั๊มหมุนเวียนสารละลายด่างจะหมุนเวียนสารละลายด่างที่ไหลย้อนไปยังวาล์วและตัวกรองสารละลายด่างที่ด้านหลัง หลังจากตัวกรองกรองสิ่งสกปรกขนาดใหญ่แล้ว สารละลายด่างจะถูกหมุนเวียนไปยังด้านในของเซลล์อิเล็กโทรไลต์

6.ระบบไฮโดรเจน

ก๊าซไฮโดรเจนจะถูกสร้างขึ้นจากด้านขั้วลบของอิเล็กโทรดและไปถึงเครื่องแยกพร้อมกับระบบหมุนเวียนสารละลายด่าง ภายในเครื่องแยก ก๊าซไฮโดรเจนจะค่อนข้างเบาและแยกออกจากสารละลายด่างโดยธรรมชาติ ไปถึงส่วนบนของเครื่องแยก จากนั้นจะผ่านท่อเพื่อแยกต่อไป ระบายความร้อนด้วยน้ำหล่อเย็น และรวบรวมโดยตัวดักน้ำหยดเพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์ประมาณ 99% ก่อนจะไปถึงระบบอบแห้งและฟอกอากาศส่วนท้าย

การอพยพ: การอพยพก๊าซไฮโดรเจนส่วนใหญ่ใช้ในช่วงเริ่มต้นและปิดเครื่อง การทำงานที่ผิดปกติ หรือเมื่อความบริสุทธิ์ไม่ตรงตามมาตรฐาน รวมไปถึงการแก้ไขปัญหา

7. ระบบออกซิเจน

เส้นทางของออกซิเจนนั้นคล้ายคลึงกับเส้นทางของไฮโดรเจน ยกเว้นว่าเส้นทางนั้นเกิดขึ้นในเครื่องแยกที่แตกต่างกัน

การระบายออกซิเจน: ในปัจจุบันโครงการส่วนใหญ่ใช้วิธีการระบายออกซิเจน

การใช้ประโยชน์: มูลค่าการใช้ประโยชน์ออกซิเจนมีความหมายเฉพาะในโครงการพิเศษ เช่น การใช้งานที่สามารถใช้ทั้งไฮโดรเจนและออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง เช่น ผู้ผลิตใยแก้วนำแสง นอกจากนี้ยังมีโครงการขนาดใหญ่บางโครงการที่สงวนพื้นที่ไว้สำหรับการใช้ออกซิเจน สถานการณ์การใช้งานเบื้องหลังมีไว้สำหรับการผลิตออกซิเจนเหลวหลังจากการอบแห้งและการฟอก หรือสำหรับออกซิเจนทางการแพทย์ผ่านระบบกระจาย อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำของสถานการณ์การใช้งานเหล่านี้ยังคงต้องการการยืนยันเพิ่มเติม

8. ระบบน้ำหล่อเย็น

กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของน้ำเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน และกระบวนการผลิตไฮโดรเจนจะต้องได้รับพลังงานไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของน้ำเกินกว่าการดูดซับความร้อนตามทฤษฎีของปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ส่วนหนึ่งของไฟฟ้าที่ใช้ในเซลล์อิเล็กโทรไลซิสจะถูกแปลงเป็นความร้อน ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการให้ความร้อนแก่ระบบหมุนเวียนสารละลายด่างในตอนเริ่มต้น โดยเพิ่มอุณหภูมิของสารละลายด่างให้ถึงช่วงอุณหภูมิที่ต้องการ 90 ± 5 ℃สำหรับอุปกรณ์ หากเซลล์อิเล็กโทรไลซิสยังคงทำงานต่อไปหลังจากถึงอุณหภูมิที่กำหนด ความร้อนที่เกิดขึ้นจะต้องดำเนินการโดยน้ำหล่อเย็นเพื่อรักษาอุณหภูมิปกติของโซนปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิส อุณหภูมิสูงในโซนปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิสสามารถลดการใช้พลังงานได้ แต่หากอุณหภูมิสูงเกินไป ไดอะแฟรมของห้องอิเล็กโทรไลซิสจะได้รับความเสียหาย ซึ่งจะส่งผลเสียต่อการทำงานในระยะยาวของอุปกรณ์ด้วย

จำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมสำหรับอุปกรณ์นี้ไว้ที่ไม่เกิน 95 ℃ นอกจากนี้ ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่สร้างขึ้นยังต้องได้รับการทำความเย็นและขจัดความชื้น และอุปกรณ์แปลงกระแสไฟฟ้าไทริสเตอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำยังติดตั้งท่อระบายความร้อนที่จำเป็นอีกด้วย

ตัวปั๊มของอุปกรณ์ขนาดใหญ่ยังต้องอาศัยน้ำหล่อเย็นร่วมด้วย

1. ระบบเติมไนโตรเจนและไล่ไนโตรเจน

ก่อนทำการดีบักและใช้งานอุปกรณ์ ควรทำการทดสอบความหนาแน่นของไนโตรเจนในระบบ ก่อนเริ่มการทำงานตามปกติ จำเป็นต้องไล่เฟสก๊าซของระบบด้วยไนโตรเจนเพื่อให้แน่ใจว่าก๊าซในพื้นที่เฟสก๊าซทั้งสองด้านของไฮโดรเจนและออกซิเจนอยู่ห่างจากช่วงที่ติดไฟและระเบิดได้

หลังจากปิดอุปกรณ์แล้ว ระบบควบคุมจะรักษาแรงดันและรักษาไฮโดรเจนและออกซิเจนจำนวนหนึ่งไว้ในระบบโดยอัตโนมัติ หากแรงดันยังคงอยู่ระหว่างการสตาร์ทเครื่อง ก็ไม่จำเป็นต้องทำการไล่ลมออก อย่างไรก็ตาม หากแรงดันลดลงจนหมด จำเป็นต้องไล่ลมออกด้วยไนโตรเจนอีกครั้ง

1. ระบบการอบแห้ง (การทำให้บริสุทธิ์) ด้วยไฮโดรเจน (ทางเลือก)

ก๊าซไฮโดรเจนที่เตรียมจากอิเล็กโทรไลซิสของน้ำจะถูกทำให้แห้งด้วยเครื่องอบแห้งแบบขนาน และสุดท้ายจะถูกทำให้บริสุทธิ์ด้วยตัวกรองท่อนิกเกิลเผาเพื่อให้ได้ก๊าซไฮโดรเจนแห้ง ตามความต้องการของผู้ใช้สำหรับไฮโดรเจนของผลิตภัณฑ์ ระบบอาจเพิ่มอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์ ซึ่งใช้การดีออกซิเจนแบบเร่งปฏิกิริยาไบเมทัลลิกแพลเลเดียมแพลตตินัมในการทำให้บริสุทธิ์

ไฮโดรเจนที่ผลิตโดยหน่วยผลิตไฮโดรเจนด้วยการอิเล็กโทรไลซิสน้ำจะถูกส่งไปยังหน่วยฟอกไฮโดรเจนผ่านถังบัฟเฟอร์

ก๊าซไฮโดรเจนจะไหลผ่านหอดีออกซิเจนก่อน จากนั้นออกซิเจนในก๊าซไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับก๊าซไฮโดรเจนภายใต้การทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อผลิตน้ำ

สูตรปฏิกิริยา : 2H2+O2 2H2O.

จากนั้นก๊าซไฮโดรเจนจะผ่านคอนเดนเซอร์ไฮโดรเจน (ซึ่งทำหน้าที่ระบายความร้อนก๊าซเพื่อควบแน่นไอน้ำให้กลายเป็นน้ำ ซึ่งจะถูกระบายออกนอกระบบโดยอัตโนมัติผ่านตัวรวบรวม) และเข้าสู่หอคอยการดูดซับ