Waasserstoff- a Alkalizirkulatioun an engem alkalischen Elektrolyser Waasserelektrolyse Waasserstoffproduktiounsprozess

Am Prozess vun der Waasserstoffproduktioun vun engem alkalischen Elektrolyser, wéi een den Apparat stabil leeft, ass et wichteg, zousätzlech zu der Qualitéit vum Elektrolyser selwer, bei där d'Quantitéit u Laugenzirkulatioun och e wichtege Faktor ass.

Viru kuerzem, op der Safety Production Technology Exchange Meeting vun der China Industrial Gases Association Hydrogen Professional Committee, huet den Huang Li, de Chef vum Hydrogen Water Electrolysis Hydrogen Operation and Maintenance Program, eis Erfahrungen iwwer d'Astellung vu Waasserstoff- a Laugzirkulatiounsvolumen am aktuellen Test-, Betribs- a Wartungsprozess gedeelt.

Déi folgend ass den Originalpabeier.

———————

Ënnert dem Hannergrond vun der nationaler Duebelkuelestoffstrategie huet Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, déi sech zënter 25 Joer op d'Waasserstoffproduktioun spezialiséiert huet an déi Éischt war, déi sech am Beräich vun der Waasserstoffenergie engagéiert huet, ugefaangen, d'Entwécklung vu grénger Waasserstofftechnologie an Ausrüstung auszebauen, dorënner den Design vun Elektrolysetankleefer, d'Produktioun vun Ausrüstung, d'Elektrodenbeschichtung, souwéi d'Tester, de Betrib an d'Ënnerhalt vun Elektrolysetanken.

EentAarbechtsprinzip vum alkalischen Elektrolyser

Indem e Gläichstroum duerch en Elektrolyser mat Elektrolyt geleet gëtt, gi Waassermoleküle elektrochemesch op den Elektroden reagéiert an a Waasserstoff a Sauerstoff zersetzt. Fir d'Konduktivitéit vum Elektrolyt ze verbesseren, ass den allgemengen Elektrolyt eng wässerlech Léisung mat enger Konzentratioun vun 30% Kaliumhydroxid oder 25% Natriumhydroxid.

Den Elektrolyseur besteet aus verschiddenen Elektrolytzellen. All Elektrolysekammer besteet aus enger Kathod, Anod, Membran an Elektrolyt. D'Haaptfunktioun vun der Membran ass et, Gasduerchdréngung ze verhënneren. Am ënneschten Deel vum Elektrolyseur gëtt et e gemeinsamen Entrée an Ausgang, am ieweschten Deel vum Gas-Flëssegkeets-Mëschung aus Alkali an Oxy-Alkali-Flosskanal. Wann d'Spannung an eng bestëmmt Gläichstroumspannung geleet gëtt, wann d'Spannung déi theoretesch Zersetzungsspannung vum Waasser vun 1,23 V an d'thermesch Nullspannung vun 1,48 V iwwer engem bestëmmte Wäert iwwerschreit, geschitt eng Redoxreaktioun tëscht der Grenzfläche tëscht der Elektrod an der Flëssegkeet, wouduerch d'Waasser a Waasserstoff a Sauerstoff zersetzt gëtt.

Zwee Wéi de Laug zirkuléiert gëtt

1️⃣Waasserstoff, Sauerstoff Säit Laug gemëschte Zyklus

Bei dëser Form vun der Zirkulatioun kënnt de Laug duerch d'Verbindungsrouer um Buedem vum Waasserstoffseparator an dem Sauerstoffseparator an d'Laugzirkulatiounspompel, an duerno no Ofkille a Filterung an d'Kathode- an d'Anodekammer vum Elektrolysator. D'Virdeeler vun der gemëschter Zirkulatioun sinn eng einfach Struktur, e kuerze Prozess, niddreg Käschten, an et kann déiselwecht Gréisst vum Laugzirkulatioun an d'Kathode- an d'Anodekammer vum Elektrolysator garantéieren; den Nodeel ass, datt et op der enger Säit d'Reinheet vum Waasserstoff a Sauerstoff beaflosse kann, an op der anerer Säit kann et verursaachen, datt den Niveau vum Waasserstoff-Sauerstoffseparator net ajustéiert ass, wat zu engem erhéichte Risiko vun enger Waasserstoff-Sauerstoff-Vermëschung féiere kann. Am Moment ass d'Waasserstoff-Sauerstoff-Säit vum Laugmëschzyklus dee meescht verbreeten Prozess.

2️⃣Separat Zirkulatioun vu Waasserstoff- a Sauerstoff-Säitelaug

Dës Form vu Zirkulatioun erfuerdert zwou Laugzirkulatiounspompelen, also zwou intern Zirkulatiounen. De Laug um Buedem vum Waasserstoffseparator leeft duerch d'Waasserstoffsäiteg Zirkulatiounspompel, gëtt ofgekillt a gefiltert, an da kënnt et an d'Kathodekammer vum Elektrolysateur; de Laug um Buedem vum Sauerstoffseparator leeft duerch d'Sauerstoffsäiteg Zirkulatiounspompel, gëtt ofgekillt a gefiltert, an da kënnt et an d'Anodekammer vum Elektrolysateur. De Virdeel vun der onofhängeger Zirkulatioun vum Laug ass, datt de Waasserstoff an de Sauerstoff, déi duerch d'Elektrolyse produzéiert ginn, vun héijer Rengheet sinn, wouduerch de Risiko vum Vermëschen vum Waasserstoff an dem Sauerstoffseparator kierperlech vermeit gëtt; den Nodeel ass, datt d'Struktur an de Prozess komplizéiert a käschteg sinn, an et ass och néideg, d'Konsistenz vun der Duerchflussquote, der Héicht, der Leeschtung an anere Parameteren vun de Pompelen op béide Säiten ze garantéieren, wat d'Komplexitéit vum Betrib erhéicht, an d'Noutwennegkeet vun der Kontroll vun der Stabilitéit op béide Säite vum System ervirhieft.

Dräi Afloss vum Zirkulierenden Duerchfluss vu Laug op d'Waasserstoffproduktioun duerch elektrolytescht Waasser an d'Aarbechtsbedingungen vum Elektrolyser

1️⃣Exzessiv Zirkulatioun vu Laugen

(1) Afloss op d'Reinheet vu Waasserstoff a Sauerstoff

Well Waasserstoff a Sauerstoff eng gewëssen Opléisung am Laug hunn, ass de Zirkulatiounsvolumen ze grouss, sou datt d'Gesamtquantitéit u geléistem Waasserstoff a Sauerstoff eropgeet an an all Kammer mat dem Laug erakënnt, wouduerch d'Reinheet vum Waasserstoff a Sauerstoff am Ausgang vum Elektrolyser reduzéiert gëtt; de Zirkulatiounsvolumen ass ze grouss, sou datt d'Retentiounszäit vum Waasserstoff- a Sauerstoff-Flëssegkeetsseparator ze kuerz ass, an dat Gas, dat net komplett getrennt gouf, mat dem Laug zréck an den Elektrolyser bruecht gëtt, wat d'Effizienz vun der elektrochemescher Reaktioun vum Elektrolyser an d'Reinheet vum Waasserstoff a Sauerstoff beaflosst, an dëst beaflosst weider d'Effizienz vun der elektrochemescher Reaktioun am Elektrolyser an d'Reinheet vum Waasserstoff a Sauerstoff, an beaflosst weider d'Fäegkeet vun der Waasserstoff- a Sauerstoffreinigungsanlag fir ze dehydrogenéieren an ze deoxygenéieren, wat zu engem schlechten Effekt vun der Waasserstoff- a Sauerstoffreinigung féiert an d'Qualitéit vun de Produkter beaflosst.

(2) Afloss op d'Temperatur vum Tank

Ënner der Bedingung, datt d'Ausgangstemperatur vum Laugkühler onverännert bleift, hëlt ze vill Laugfloss méi Hëtzt vum Elektrolyseur of, wouduerch d'Behältertemperatur fällt an d'Leeschtung eropgeet.

(3) Afloss op Stroum a Spannung

Exzessive Zirkulatioun vu Laug beaflosst d'Stabilitéit vum Stroum a vun der Spannung. Exzessive Flëssegkeetsfloss stéiert déi normal Schwankunge vum Stroum a vun der Spannung, wouduerch de Stroum a d'Spannung net einfach stabiliséiert kënne ginn, wat Schwankungen am Betribszoustand vum Gläichrichtergehäuse an dem Transformator verursaacht, an doduerch d'Produktioun an d'Qualitéit vum Waasserstoff beaflosst.

(4) Erhéichte Energieverbrauch

Exzessive Laugzirkulatioun kann och zu engem erhéichte Energieverbrauch, erhéichte Betribskäschten a reduzéierter Energieeffizienz vum System féieren. Haaptsächlech bei der Erhéijung vum internen Zousazkühlwasserzirkulatiounssystem an dem externen Zirkulatiounssystem, Sprëtz- a Ventilatorzirkulatioun, gekillte Waasserbelaaschtung, etc., sou datt de Stroumverbrauch eropgeet, an de Gesamtenergieverbrauch eropgeet.

(5) Ursaach vun engem Ausrüstungsfehler

Eng exzessiv Laugzirkulatioun erhéicht d'Belaaschtung vun der Laugzirkulatiounspompel, wat zu enger erhéichter Duerchflussquote, Drock- a Temperaturschwankungen am Elektrolyseur entsprécht, wat sech dann op d'Elektroden, d'Membranen an d'Dichtungen am Elektrolyseur auswierkt, wat zu Stéierungen oder Schied un der Ausrüstung an zu enger Erhéijung vun der Aarbechtslaascht fir Ënnerhalt a Reparatur féiere kann.

2️⃣Lougzirkulatioun ze kleng

(1) Afloss op d'Temperatur vum Tank

Wann de Volumen vum Laug net genuch ass, kann d'Hëtzt am Elektrolyser net rechtzäiteg ewechgeholl ginn, wat zu enger Temperaturerhéijung féiert. Déi héich Temperaturumgebung féiert dozou, datt den gesättigte Dampdrock vum Waasser an der Gasphas eropgeet an de Waassergehalt eropgeet. Wann d'Waasser net genuch kondenséiert ka ginn, erhéicht dat d'Belaaschtung vum Reinigungssystem an beaflosst den Reinigungseffekt, an et beaflosst och den Effekt an d'Liewensdauer vum Katalysator an dem Adsorbens.

(2) Auswierkung op d'Liewensdauer vun der Membran

Eng kontinuéierlech héich Temperatur am Ëmfeld beschleunegt d'Alterung vun der Membran, verschlechtert hir Leeschtung oder briechen se souguer, sou datt d'Membran op béide Säite géigesäiteg duerch Waasserstoff a Sauerstoff permeabel ass, wat d'Rengheet vu Waasserstoff a Sauerstoff beaflosst. Wann d'Géigesäiteg duerch d'Dichtung sech un d'ënnescht Explosiounsgrenz hält, erhéicht sech d'Wahrscheinlechkeet vun enger Gefor duerch den Elektrolyser däitlech. Gläichzäiteg féiert déi kontinuéierlech héich Temperatur och zu Leckageschied un der Dichtung, wat hir Liewensdauer verkierzt.

(3) Auswierkung op Elektroden

Wann d'Zirkulatiounsquantitéit vum Laug ze kleng ass, kann dat produzéiert Gas den aktiven Zentrum vun der Elektrod net séier verloossen, an d'Elektrolyseeffizienz gëtt beaflosst; wann d'Elektrod net vollstänneg mam Laug a Kontakt kënnt fir déi elektrochemesch Reaktioun auszeféieren, wäert et zu enger partieller Entladungsanomalie an engem dréchene Verbrennen kommen, wat d'Ofschafe vum Katalysator op der Elektrod beschleunegt.

(4) Afloss op d'Zellspannung

D'Quantitéit u Laug, déi zirkuléiert, ass ze kleng, well d'Waasserstoff- a Sauerstoffblosen, déi am aktiven Zentrum vun der Elektrod generéiert ginn, net rechtzäiteg ewechgeholl kënne ginn, an d'Quantitéit vun de geléiste Gasen am Elektrolyt eropgeet, wat zu enger Erhéijung vun der Spannung vun der klenger Kammer an engem Opschwong vum Stroumverbrauch féiert.

Véier Methoden fir d'Bestimmung vun der optimaler Laugzirkulatiounsquote

Fir déi uewe genannten Problemer ze léisen, ass et néideg entspriechend Moossnamen ze treffen, wéi zum Beispill d'reegelméisseg Kontroll vum Laugzirkulatiounssystem fir säin normale Betrib ze garantéieren; gutt Hëtztofleedungsbedingungen ronderëm den Elektrolyseur ze erhalen; an d'Betribsparameter vum Elektrolyseur unzepassen, wann néideg, fir ze vermeiden, datt e ze groussen oder ze klenge Laugzirkulatiounsvolumen optrieden.

Déi optimal Duerchflussquote vum Laug muss op Basis vun de spezifesche technesche Parameter vum Elektrolyseur bestëmmt ginn, wéi z. B. Gréisst vum Elektrolyseur, Zuel vun de Kammeren, Betribsdrock, Reaktiounstemperatur, Hëtztproduktioun, Laugkonzentratioun, Laugkühler, Waasserstoff-Sauerstoff-Separator, Stroumdicht, Gasreinheet an aner Ufuerderungen, Haltbarkeet vun Ausrüstung a Päifen an aner Faktoren.

Technesch Parameter Dimensiounen:

Gréissten 4800x2240x2281mm

Gesamtgewiicht 40700 kg

Effektiv Kammergréisst 1830, Zuel vun de Kammeren 238

Stroumdicht vum Elektrolyser 5000A/m²

Betribsdrock 1.6Mpa

Reaktiounstemperatur 90℃±5℃

Eenzel Set vun Elektrolyserprodukt Waasserstoffvolumen 1300Nm³/h

Produkt Sauerstoff 650 Nm³/h

Gläichstroum n13100A, Gläichspannung 480V

Laugkühler Φ700x4244mm

Wärmeaustauschfläche 88,2 m²

Waasserstoff- a Sauerstoffseparator Φ1300x3916mm

Sauerstoffseparator Φ1300x3916mm

Konzentratioun vu Kaliumhydroxidléisung 30%

Resistenzwäert fir reng Waasser >5MΩ·cm

Relatioun tëscht Kaliumhydroxidléisung an Elektrolyser:

Maacht rengt Waasser leetfäeg, bréngt Waasserstoff a Sauerstoff eraus an entléisst Hëtzt. De Killwaasserstroum gëtt benotzt fir d'Lougtemperatur ze kontrolléieren, sou datt d'Temperatur vun der Elektrolyserreaktioun relativ stabil ass, an d'Hëtztgeneratioun vum Elektrolyser an de Killwaasserstroum ginn benotzt fir d'Hëtztgläichgewiicht vum System ofzestëmmen, fir déi bescht Aarbechtsbedingungen an déi energiespuerendst Betribsparameter z'erreechen.

Baséiert op tatsächlechen Operatiounen:

Laugzirkulatiounsvolumenkontroll bei 60 m³/h,

De Killwaasserstroum geet bei ongeféier 95% op,

D'Reaktiounstemperatur vum Elektrolyser gëtt bei voller Belaaschtung op 90 °C kontrolléiert.

De Gläichstroumverbrauch vum Elektrolyseur ënner optimale Bedingungen ass 4,56 kWh/Nm³H₂.

Fënnefzesummefaassen

Zesummegefaasst ass de Zirkulatiounsvolumen vum Laug e wichtege Parameter am Prozess vun der Waasserstoffproduktioun duerch Waasserelektrolyse, deen mat der Gasreinheet, der Kammerspannung, der Temperatur vum Elektrolyser an anere Parameteren zesummenhänkt. Et ass ubruecht, de Zirkulatiounsvolumen op 2~4 Mol/Stonn/Minutt vum Laugersatz am Tank ze kontrolléieren. Duerch effektiv Kontroll vum Zirkulatiounsvolumen vum Laug garantéiert een de stabile a séchere Betrib vun der Waasserstoffproduktiounsanlag fir eng laang Zäit.

Beim Waasserstoffproduktiounsprozess duerch Waasserelektrolyse an engem alkalischen Elektrolyser sinn d'Optimiséierung vun den Aarbechtskonditiounsparameter an den Design vum Elektrolyserlaufkanal, zesumme mat der Auswiel vum Elektrodenmaterial an dem Membranmaterial, de Schlëssel fir de Stroum ze erhéijen, d'Behälterspannung ze reduzéieren an den Energieverbrauch ze spueren.

--Kontaktéiert eis--

Tel.: +86 028 6259 0080

Fax: +86 028 6259 0100

E-mail: tech@allygas.com