Nel processo di produzione di idrogeno tramite elettrolizzatore alcalino, oltre alla qualità dell'elettrolizzatore stesso, un fattore che influenza in modo importante è il modo in cui il dispositivo funziona in modo stabile. Anche la quantità di circolazione della liscivia impostata è un fattore importante.
Di recente, durante l'incontro di scambio di tecnologie di produzione di sicurezza del comitato professionale per l'idrogeno della China Industrial Gases Association, Huang Li, responsabile del programma di funzionamento e manutenzione dell'idrogeno per l'elettrolisi dell'acqua e dell'idrogeno, ha condiviso la nostra esperienza sull'impostazione del volume di circolazione dell'idrogeno e della liscivia nel processo effettivo di collaudo, funzionamento e manutenzione.
Di seguito è riportato il documento originale.
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Nel contesto della strategia nazionale a doppia emissione di carbonio, Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, specializzata nella produzione di idrogeno da 25 anni e prima ad essere coinvolta nel campo dell'energia a idrogeno, ha iniziato ad ampliare lo sviluppo di tecnologie e attrezzature per l'idrogeno verde, tra cui la progettazione di canali di scorrimento per serbatoi di elettrolisi, la produzione di attrezzature, la placcatura degli elettrodi, nonché i test, il funzionamento e la manutenzione dei serbatoi di elettrolisi.
UnoPrincipio di funzionamento dell'elettrolizzatore alcalino
Facendo passare una corrente continua attraverso un elettrolizzatore riempito di elettrolita, le molecole d'acqua reagiscono elettrochimicamente sugli elettrodi e si decompongono in idrogeno e ossigeno. Per migliorare la conduttività dell'elettrolita, l'elettrolita generico è una soluzione acquosa con una concentrazione del 30% di idrossido di potassio o del 25% di idrossido di sodio.
L'elettrolizzatore è costituito da diverse celle elettrolitiche. Ogni camera di elettrolisi è composta da catodo, anodo, diaframma ed elettrolita. La funzione principale del diaframma è quella di impedire la permeazione del gas. Nella parte inferiore dell'elettrolizzatore sono presenti un ingresso e un'uscita comuni, mentre nella parte superiore si trova il canale di flusso della miscela gas-liquido di alcali e ossia-alcali. Quando la tensione supera la tensione di decomposizione teorica dell'acqua di 1,23 V e la tensione di neutro termico di 1,48 V, al di sopra di un certo valore, si verifica una reazione redox all'interfaccia tra elettrodo e liquido, durante la quale l'acqua si decompone in idrogeno e ossigeno.
Due Come viene fatta circolare la liscivia
1️⃣Ciclo misto di liscivia laterale idrogeno-ossigeno
In questa forma di circolazione, la liscivia entra nella pompa di circolazione della liscivia attraverso il tubo di collegamento sul fondo del separatore di idrogeno e del separatore di ossigeno, per poi entrare nelle camere catodica e anodica dell'elettrolizzatore dopo raffreddamento e filtrazione. I vantaggi della circolazione mista sono la struttura semplice, la rapidità del processo, il basso costo e la possibilità di garantire la stessa quantità di liscivia in circolazione nelle camere catodica e anodica dell'elettrolizzatore; lo svantaggio è che, da un lato, può influire sulla purezza dell'idrogeno e dell'ossigeno e, dall'altro, può causare uno squilibrio del livello del separatore idrogeno-ossigeno, con conseguente aumento del rischio di miscelazione idrogeno-ossigeno. Attualmente, il lato idrogeno-ossigeno del ciclo di miscelazione della liscivia è il processo più comune.
2️⃣Circolazione separata della liscivia laterale di idrogeno e ossigeno
Questa forma di circolazione richiede due pompe di circolazione della liscivia, ovvero due circolazioni interne. La liscivia sul fondo del separatore di idrogeno passa attraverso la pompa di circolazione lato idrogeno, viene raffreddata e filtrata, per poi entrare nella camera catodica dell'elettrolizzatore; la liscivia sul fondo del separatore di ossigeno passa attraverso la pompa di circolazione lato ossigeno, viene raffreddata e filtrata, per poi entrare nella camera anodica dell'elettrolizzatore. Il vantaggio della circolazione indipendente della liscivia è che l'idrogeno e l'ossigeno prodotti dall'elettrolisi sono di elevata purezza, evitando fisicamente il rischio di miscelazione tra idrogeno e ossigeno nel separatore; lo svantaggio è che la struttura e il processo sono complessi e costosi, ed è inoltre necessario garantire la coerenza di portata, prevalenza, potenza e altri parametri delle pompe su entrambi i lati, il che aumenta la complessità del funzionamento e rende necessario il controllo della stabilità di entrambi i lati del sistema.
Tre Influenza della portata di circolazione della liscivia sulla produzione di idrogeno mediante acqua elettrolitica e condizioni di lavoro dell'elettrolizzatore
1️⃣Circolazione eccessiva di liscivia
(1) Effetto sulla purezza dell'idrogeno e dell'ossigeno
Poiché l'idrogeno e l'ossigeno hanno una certa solubilità nella liscivia, il volume di circolazione è troppo grande, quindi la quantità totale di idrogeno e ossigeno disciolti aumenta ed entra in ciascuna camera con la liscivia, il che provoca una riduzione della purezza dell'idrogeno e dell'ossigeno all'uscita dell'elettrolizzatore; il volume di circolazione è troppo grande, quindi il tempo di ritenzione del separatore di liquido di idrogeno e ossigeno è troppo breve e il gas che non è stato completamente separato viene riportato all'interno dell'elettrolizzatore con la liscivia, il che influisce sull'efficienza della reazione elettrochimica dell'elettrolizzatore e sulla purezza dell'idrogeno e dell'ossigeno, e ulteriormente Ciò influenzerà l'efficienza della reazione elettrochimica nell'elettrolizzatore e la purezza dell'idrogeno e dell'ossigeno, e ulteriormente influirà sulla capacità delle apparecchiature di purificazione dell'idrogeno e dell'ossigeno di deidrogenare e deossigenare, con conseguente scarso effetto della purificazione dell'idrogeno e dell'ossigeno e influenzando la qualità dei prodotti.
(2) Effetto sulla temperatura del serbatoio
A condizione che la temperatura di uscita del refrigeratore della liscivia rimanga invariata, un flusso eccessivo di liscivia sottrarrà più calore all'elettrolizzatore, causando un calo della temperatura del serbatoio e un aumento della potenza.
(3) Effetto su corrente e tensione
Un'eccessiva circolazione di liscivia comprometterà la stabilità di corrente e tensione. Un flusso eccessivo di liquido interferirà con la normale fluttuazione di corrente e tensione, impedendo a corrente e tensione di stabilizzarsi facilmente, causando fluttuazioni nelle condizioni di funzionamento del raddrizzatore e del trasformatore, e quindi influenzando la produzione e la qualità dell'idrogeno.
（4）Aumento del consumo energetico
Un'eccessiva circolazione di liscivia può anche comportare un aumento del consumo energetico, un aumento dei costi operativi e una riduzione dell'efficienza energetica del sistema. Principalmente a causa dell'aumento del sistema di circolazione interna dell'acqua di raffreddamento ausiliaria e della circolazione esterna dello spray e della ventola, del carico di acqua refrigerata, ecc., con conseguente aumento del consumo energetico e del consumo energetico totale.
(5) Causare guasti all'apparecchiatura
Una circolazione eccessiva di liscivia aumenta il carico sulla pompa di circolazione della liscivia, il che corrisponde a un aumento della portata, della pressione e delle fluttuazioni di temperatura nell'elettrolizzatore, che a loro volta influenzano gli elettrodi, i diaframmi e le guarnizioni all'interno dell'elettrolizzatore, il che può causare malfunzionamenti o danni all'apparecchiatura e un aumento del carico di lavoro per manutenzione e riparazione.
2️⃣La circolazione sanguigna è troppo ridotta
（1）Effetto sulla temperatura del serbatoio
Quando il volume di liscivia circolante è insufficiente, il calore nell'elettrolizzatore non può essere dissipato in tempo, con conseguente aumento della temperatura. L'ambiente ad alta temperatura fa aumentare la pressione di vapore saturo dell'acqua in fase gassosa e il contenuto d'acqua. Se l'acqua non può essere condensata a sufficienza, aumenterà il carico del sistema di purificazione e ne influenzerà l'efficacia, compromettendo anche l'efficacia e la durata del catalizzatore e dell'adsorbente.
(2) Impatto sulla durata del diaframma
Un ambiente ad alta temperatura continua accelera l'invecchiamento del diaframma, ne riduce le prestazioni o addirittura ne causa la rottura, compromettendo facilmente la permeabilità reciproca tra idrogeno e ossigeno, compromettendone la purezza. Quando l'infiltrazione reciproca si avvicina al limite inferiore di esplosione, la probabilità di un rischio per l'elettrolizzatore aumenta notevolmente. Allo stesso tempo, l'alta temperatura continua può causare danni alla guarnizione di tenuta, riducendone la durata.
（3）Effetto sugli elettrodi
Se la quantità di liscivia circolante è troppo piccola, il gas prodotto non può lasciare rapidamente il centro attivo dell'elettrodo e l'efficienza dell'elettrolisi ne risente; se l'elettrodo non riesce a entrare completamente in contatto con la liscivia per effettuare la reazione elettrochimica, si verificheranno anomalie di scarica parziale e combustione a secco, accelerando la dispersione del catalizzatore sull'elettrodo.
(4) Effetto sulla tensione della cella
La quantità di liscivia in circolazione è troppo piccola, perché le bolle di idrogeno e ossigeno generate nel centro attivo dell'elettrodo non possono essere eliminate in tempo e la quantità di gas disciolti nell'elettrolita aumenta, provocando un aumento della tensione della piccola camera e un aumento del consumo di energia.
Quattro metodi per determinare la portata ottimale della circolazione della liscivia
Per risolvere i problemi sopra menzionati, è necessario adottare misure appropriate, come il controllo regolare del sistema di circolazione della liscivia per garantirne il normale funzionamento; il mantenimento di buone condizioni di dissipazione del calore attorno all'elettrolizzatore; e la regolazione dei parametri operativi dell'elettrolizzatore, se necessario, per evitare che si verifichi un volume di circolazione della liscivia troppo grande o troppo piccolo.
La portata ottimale di circolazione della liscivia deve essere determinata in base a parametri tecnici specifici dell'elettrolizzatore, quali dimensioni dell'elettrolizzatore, numero di camere, pressione di esercizio, temperatura di reazione, generazione di calore, concentrazione della liscivia, refrigeratore della liscivia, separatore idrogeno-ossigeno, densità di corrente, purezza del gas e altri requisiti, durata delle apparecchiature e delle tubazioni e altri fattori.
Parametri tecnici Dimensioni:
dimensioni 4800x2240x2281mm
peso totale 40700Kg
Dimensioni effettive della camera 1830, numero di camere 238
Densità di corrente dell'elettrolizzatore 5000A/m²
pressione di esercizio 1,6 MPa
temperatura di reazione 90℃±5℃
Set singolo di prodotto elettrolizzatore volume di idrogeno 1300Nm³/h
Prodotto Ossigeno 650Nm³/h
corrente continua n13100A, tensione continua 480V
Raffreddatore di liscivia Φ700x4244mm
superficie di scambio termico 88,2 m²
Separatore di idrogeno e ossigeno Φ1300x3916mm
separatore di ossigeno Φ1300x3916mm
Soluzione di idrossido di potassio concentrazione 30%
Valore di resistenza all'acqua pura >5MΩ·cm
Relazione tra la soluzione di idrossido di potassio e l'elettrolizzatore:
Rendere conduttiva l'acqua pura, estrarre idrogeno e ossigeno e sottrarre calore. Il flusso di acqua di raffreddamento viene utilizzato per controllare la temperatura della liscivia in modo che la temperatura della reazione dell'elettrolizzatore sia relativamente stabile, mentre la generazione di calore dell'elettrolizzatore e il flusso di acqua di raffreddamento vengono utilizzati per adattare il bilancio termico del sistema al fine di ottenere le migliori condizioni di lavoro e i parametri operativi più efficienti dal punto di vista energetico.
Sulla base delle operazioni effettive:
Controllo del volume di circolazione della liscivia a 60 m³/h,
Il flusso dell'acqua di raffreddamento si apre a circa il 95%,
La temperatura di reazione dell'elettrolizzatore è controllata a 90°C a pieno carico,
Il consumo energetico CC dell'elettrolizzatore in condizioni ottimali è di 4,56 kWh/Nm³H₂.
Cinqueriassumere
In sintesi, il volume di circolazione della liscivia è un parametro importante nel processo di produzione di idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua, ed è correlato alla purezza del gas, alla tensione della camera, alla temperatura dell'elettrolizzatore e ad altri parametri. È opportuno controllare il volume di circolazione a una frequenza di 2-4 volte/h/min per la sostituzione della liscivia nel serbatoio. Un controllo efficace del volume di circolazione della liscivia garantisce il funzionamento stabile e sicuro dell'apparecchiatura di produzione di idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua per un lungo periodo di tempo.
Nel processo di produzione dell'idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua in un elettrolizzatore alcalino, l'ottimizzazione dei parametri delle condizioni di lavoro e la progettazione del canale dell'elettrolizzatore, combinati con la selezione del materiale dell'elettrodo e del materiale del diaframma, sono fondamentali per aumentare la corrente, ridurre la tensione del serbatoio e risparmiare sul consumo energetico.
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Data di pubblicazione: 09-01-2025
