Leeliselise elektrolüüseri vesiniku tootmisprotsessis on lisaks elektrolüüseri enda kvaliteedile oluline mõjutegur ka seadme stabiilse töö tagamiseks, kus leelise ringluskogus on samuti oluline tegur.
Hiljuti jagas Hiina Tööstusgaaside Assotsiatsiooni Vesiniku Kutsekomitee ohutustootmistehnoloogia vahetuskohtumisel vesiniku-vee elektrolüüsi vesiniku käitamise ja hooldamise programmi juht Huang Li oma kogemusi vesiniku ja leelise ringlusmahu seadistamise kohta tegeliku katsetamise, käitamise ja hooldamise protsessis.
Järgnev on originaaltekst.
——————
Riikliku kahesüsinikulise strateegia taustal on Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, mis on 25 aastat spetsialiseerunud vesiniku tootmisele ja oli esimene, kes vesinikuenergia valdkonnas tegutses, hakanud laiendama rohelise vesiniku tehnoloogia ja seadmete arendamist, sealhulgas elektrolüüsipaakide jooksutorude projekteerimist, seadmete tootmist, elektroodide katmist, samuti elektrolüüsipaakide testimist, käitamist ja hooldust.
ÜksLeeliselise elektrolüüseri tööpõhimõte
Elektrolüüdiga täidetud elektrolüüserisse alalisvoolu juhtimisel reageerivad veemolekulid elektroodidel elektrokeemiliselt ning lagunevad vesinikuks ja hapnikuks. Elektrolüüdi juhtivuse suurendamiseks on üldine elektrolüüt vesilahus, mille kontsentratsioon on 30% kaaliumhüdroksiidi või 25% naatriumhüdroksiidi.
Elektrolüüser koosneb mitmest elektrolüüsielemendist. Iga elektrolüüsikamber koosneb katoodist, anoodist, diafragmast ja elektrolüüdist. Diafragma peamine ülesanne on takistada gaasi läbitungimist. Elektrolüüser alumises osas on ühine sisse- ja väljalaskeava ning ülemises osas on gaasi-vedeliku segu leelise ja hapniku-leelise voolukanal. Teatud pingele langeva alalisvoolu korral ületab pinge teatud väärtuse, mis ületab vee teoreetilise lagunemispinge 1,23 V ja termilise neutraalpinge 1,48 V. Elektroodi ja vedeliku vahelisel piirpinnal toimub redoksreaktsioon, mille käigus vesi laguneb vesinikuks ja hapnikuks.
Kaks Kuidas leelis ringleb
1️⃣Vesiniku, hapniku ja leelise segatsükkel
Selle tsirkulatsioonivormi puhul siseneb leelis leelise tsirkulatsioonipumpa vesinikuseparaatori ja hapnikuseparaatori põhjas oleva ühendustoru kaudu ning seejärel pärast jahutamist ja filtreerimist elektrolüsaatori katood- ja anoodikambritesse. Segatud tsirkulatsiooni eelised on lihtne struktuur, lühike protsess, madal hind ja see, et see suudab tagada sama suure leelise tsirkulatsiooni elektrolüsaatori katood- ja anoodikambrites; puuduseks on see, et see võib ühelt poolt mõjutada vesiniku ja hapniku puhtust ning teiselt poolt põhjustada vesiniku-hapniku separaatori taseme nihke, mis võib suurendada vesiniku-hapniku segunemise ohtu. Praegu on leelise segamistsükli vesiniku-hapniku pool kõige levinum protsess.
2️⃣Vesiniku ja hapniku eraldi ringlus leeliselises lahuses
Selline tsirkulatsioonivorm nõuab kahte leelise tsirkulatsioonipumpa ehk kahte sisemist tsirkulatsiooni. Vesinikueraldaja põhjas olev leelis läbib vesinikupoolse tsirkulatsioonipumba, jahutatakse ja filtreeritakse ning siseneb seejärel elektrolüsaatori katoodikambrisse; hapnikueraldaja põhjas olev leelis läbib hapnikupoolse tsirkulatsioonipumba, jahutatakse ja filtreeritakse ning siseneb seejärel elektrolüsaatori anoodikambrisse. Leelise sõltumatu ringluse eeliseks on see, et elektrolüüsil toodetud vesinik ja hapnik on kõrge puhtusastmega, mis välistab vesiniku ja hapnikueraldaja segunemise füüsilise ohu; puuduseks on keeruline ja kulukas struktuur ja protsess ning samuti on vaja tagada mõlema poole pumpade voolukiiruse, rõhu, võimsuse ja muude parameetrite järjepidevus, mis suurendab töö keerukust ja tekitab vajaduse kontrollida süsteemi mõlema poole stabiilsust.
Leelise ringleva voolukiiruse mõju vesiniku tootmisele elektrolüütilise vee abil ja elektrolüsaatori töötingimustele
1️⃣Leelise liigne ringlus
(1) Mõju vesiniku ja hapniku puhtusele
Kuna vesinikul ja hapnikul on leelises teatav lahustuvus, on ringlusmaht liiga suur, mistõttu lahustunud vesiniku ja hapniku koguhulk suureneb ning see siseneb koos leelisega igasse kambrisse, mis vähendab vesiniku ja hapniku puhtust elektrolüsaatori väljundis; ringlusmaht on liiga suur, mistõttu vesiniku ja hapniku vedeliku separaatori retentsiooniaeg on liiga lühike ja gaas, mida pole täielikult eraldatud, juhitakse koos leelisega tagasi elektrolüsaatori sisemusse, mis mõjutab elektrolüsaatori elektrokeemilise reaktsiooni efektiivsust ning vesiniku ja hapniku puhtust. Lisaks mõjutab see elektrolüsaatori elektrokeemilise reaktsiooni efektiivsust ja vesiniku ja hapniku puhtust ning mõjutab veelgi vesiniku ja hapniku puhastusseadmete dehüdrogeenimis- ja hapnikuvabastusvõimet, mille tulemuseks on vesiniku ja hapniku puhastamise halb mõju ning toodete kvaliteet.
(2) Mõju paagi temperatuurile
Tingimusel, et leelisejahuti väljundtemperatuur jääb samaks, võtab liiga suur leelisevool elektrolüüserilt rohkem soojust, põhjustades paagi temperatuuri langust ja võimsuse suurenemist.
(3) Mõju voolule ja pingele
Leelise liigne ringlus mõjutab voolu ja pinge stabiilsust. Liigne vedelikuvool häirib voolu ja pinge normaalset kõikumist, mistõttu voolu ja pinget ei ole kerge stabiliseerida, mis omakorda põhjustab alaldi kapi ja trafo töökorras kõikumisi ning mõjutab seega vesiniku tootmist ja kvaliteeti.
(4) Suurem energiatarbimine
Liigne leelise ringlus võib samuti suurendada energiatarbimist, suurendada tegevuskulusid ja vähendada süsteemi energiatõhusust. Peamiselt suureneb abijahutusvee sisemine tsirkulatsioon süsteemis ja välimine tsirkulatsiooniprits ja -ventilaator, jahutatud vee koormus jne, mistõttu energiatarve suureneb ja seega ka kogu energiatarve.
(5) Põhjustab seadme riket
Liigne leelise ringlus suurendab leelise ringluspumba koormust, mis omakorda suurendab voolukiirust, rõhu ja temperatuuri kõikumisi elektrolüsaatoris, mis omakorda mõjutab elektrolüsaatori sees olevaid elektroode, membraane ja tihendeid, mis võib põhjustada seadmete talitlushäireid või kahjustusi ning suurendada hoolduse ja remondi töökoormust.
2️⃣Leelise ringlus on liiga väike
(1) Mõju paagi temperatuurile
Kui ringleva leelise maht on ebapiisav, ei saa elektrolüüseris olevat soojust õigeaegselt eemaldada, mille tulemuseks on temperatuuri tõus. Kõrge temperatuur põhjustab gaasifaasis oleva vee küllastunud auru rõhu tõusu ja veesisalduse suurenemist. Kui vett ei saa piisavalt kondenseerida, suurendab see puhastussüsteemi koormust ja mõjutab puhastusefekti, samuti mõjutab see katalüsaatori ja adsorbendi toimet ja eluiga.
(2) Mõju diafragma elueale
Pidev kõrge temperatuur kiirendab diafragma vananemist, põhjustab selle jõudluse langust või isegi purunemist, mis võib põhjustada vesiniku ja hapniku vastastikuse läbilaskvuse häireid diafragma mõlemal küljel, mõjutades vesiniku ja hapniku puhtust. Kui vastastikune läbilaskvus läheneb alumisele piirile, suureneb elektrolüüsi plahvatusohu tõenäosus oluliselt. Samal ajal põhjustab pidev kõrge temperatuur ka tihendi lekkekahjustusi, lühendades selle kasutusiga.
(3) Mõju elektroodidele
Kui ringleva leelise kogus on liiga väike, ei saa tekkiv gaas elektroodi aktiivsest keskpunktist kiiresti lahkuda ja see mõjutab elektrolüüsi efektiivsust; kui elektrood ei saa elektrokeemilise reaktsiooni läbiviimiseks leelisega täielikult kokku puutuda, tekivad osalise tühjenemise anomaaliad ja kuivpõlemine, mis kiirendavad katalüsaatori eraldumist elektroodilt.
(4) Mõju elemendi pingele
Ringleva leelise hulk on liiga väike, kuna elektroodi aktiivkeskuses tekkivad vesiniku- ja hapnikumulle ei saa õigeaegselt eemaldada ning elektrolüüdis lahustunud gaaside hulk suureneb, mis põhjustab väikese kambri pinge tõusu ja energiatarbimise kasvu.
Neli meetodit leelise optimaalse ringlusvoolukiiruse määramiseks
Ülaltoodud probleemide lahendamiseks on vaja võtta vastavaid meetmeid, näiteks leelise tsirkulatsioonisüsteemi regulaarne kontrollimine, et tagada selle normaalne töö; elektrolüsaatori ümber heade soojuseraldustingimuste säilitamine; ja vajadusel elektrolüsaatori tööparameetrite reguleerimine, et vältida liiga suure või liiga väikese leelise tsirkulatsioonimahu tekkimist.
Leelise optimaalne ringlusvoolukiirus tuleb määrata elektrolüüseri konkreetsete tehniliste parameetrite, näiteks elektrolüüseri suuruse, kambrite arvu, töörõhu, reaktsioonitemperatuuri, soojuse tekke, leelise kontsentratsiooni, leelisejahuti, vesiniku-hapniku eraldaja, voolutiheduse, gaasi puhtuse ja muude nõuete, seadmete ja torustiku vastupidavuse ning muude tegurite põhjal.
Tehnilised parameetrid Mõõtmed:
Mõõdud 4800x2240x2281mm
kogukaal 40700 kg
Efektiivne kambri suurus 1830, kambrite arv 238
Elektrolüsaatori voolutihedus 5000 A/m²
töörõhk 1,6 MPa
reaktsioonitemperatuur 90 ℃ ± 5 ℃
Elektrolüsaatori toote vesiniku ühe komplekti maht 1300 Nm³/h
Toode Hapnik 650Nm³/h
alalisvool n13100A, alalisvoolu pinge 480V
Leelise jahuti Φ700x4244mm
Soojusvahetuspind 88,2 m²
Vesiniku ja hapniku eraldaja Φ1300x3916mm
hapniku eraldaja Φ1300x3916mm
Kaaliumhüdroksiidi lahuse kontsentratsioon 30%
Puhta vee takistusväärtus >5 MΩ·cm
Kaaliumhüdroksiidi lahuse ja elektrolüüseri vaheline seos:
Muutke puhas vesi juhtivaks, tõmmake välja vesinik ja hapnik ning eemaldage soojus. Jahutusvee voolu abil reguleeritakse leelise temperatuuri nii, et elektrolüsaatori reaktsioonitemperatuur oleks suhteliselt stabiilne, ning elektrolüsaatori soojuse teket ja jahutusvee voolu kasutatakse süsteemi soojusbilansi sobitamiseks, et saavutada parim töötingimus ja kõige energiasäästlikumad tööparameetrid.
Tegelike toimingute põhjal:
Leelise ringlusmahu reguleerimine kiirusel 60 m³/h,
Jahutusvee vool avaneb umbes 95% juures.
Elektrolüsaatori reaktsioonitemperatuuri kontrollitakse täiskoormusel 90 °C juures.
Elektrolüüseri optimaalses seisukorras on alalisvoolu energiatarve 4,56 kWh/Nm³H₂.
Viiskokku võtma
Kokkuvõttes on leelise ringlusmaht oluline parameeter vesiniku tootmisel vee elektrolüüsi teel, mis on seotud gaasi puhtuse, kambri pinge, elektrolüsaatori temperatuuri ja muude parameetritega. On asjakohane reguleerida ringlusmahtu 2–4 korda tunnis/min leelisevahetuse ajal paagis. Leelise ringlusmahu tõhus reguleerimine tagab vee elektrolüüsi vesiniku tootmise seadmete stabiilse ja ohutu töö pika aja jooksul.
Vesiniku tootmisel leeliselises elektrolüüseris vee elektrolüüsi teel on töötingimuste parameetrite ja elektrolüüseri jooksutoru konstruktsiooni optimeerimine koos elektroodimaterjali ja diafragma materjali valikuga võtmetähtsusega voolu suurendamiseks, paagi pinge vähendamiseks ja energiatarbimise säästmiseks.
——Võtke meiega ühendust——
Tel: +86 028 6259 0080
Faks: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Postituse aeg: 09.01.2025
