Сілтілік электролиздегі сутегі мен сілтілік айналымы Сутегін өндіру процесінің су электролизі

Сілтілі электролизерде сутегі өндірісі процесінде электролизердің сапасынан басқа, құрылғының тұрақты жұмыс істеуін қалай қамтамасыз етуге болады, мұнда сілті айналымының мөлшері де маңызды әсер ететін фактор болып табылады.

Жақында Қытай өнеркәсіптік газдар қауымдастығының сутегі кәсіби комитетінің қауіпсіздік өндіріс технологиялары бойынша алмасу кездесуінде сутегі су электролизі сутегін пайдалану және техникалық қызмет көрсету бағдарламасының басшысы Хуан Ли нақты сынақ және пайдалану және техникалық қызмет көрсету процесінде сутегі мен сілті айналымының көлемін орнату тәжірибемізбен бөлісті.

Төменде түпнұсқа құжат берілген.

———————

Ұлттық қос көміртекті стратегия аясында 25 жыл бойы сутегі өндірісіне маманданған және сутегі энергиясы саласына алғашқы болып араласқан Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd компаниясы электролиз цистерналарының жүгіргіштерін жобалауды, жабдық өндірісін, электродпен қаптауды, сондай-ақ электролиз цистерналарын сынауды және пайдалануды және техникалық қызмет көрсетуді қоса алғанда, жасыл сутегі технологиясы мен жабдықтарын әзірлеуді кеңейте бастады.

БірСілтілік электролизердің жұмыс принципі

Электролитпен толтырылған электролизер арқылы тұрақты ток өткізу арқылы су молекулалары электродтарда электрохимиялық реакцияға түсіп, сутегі мен оттегіге ыдырайды. Электролиттің өткізгіштігін арттыру үшін жалпы электролит - 30% калий гидроксиді немесе 25% натрий гидроксиді концентрациясы бар сулы ерітінді.

Электролизер бірнеше электролиттік ұяшықтардан тұрады. Әрбір электролиз камерасы катодтан, анодтан, диафрагмадан және электролиттен тұрады. Диафрагманың негізгі қызметі - газдың өтуіне жол бермеу. Электролизердің төменгі бөлігінде ортақ кіріс және шығыс тесіктері, жоғарғы бөлігінде сілтілік және оттегі-сілтілік ағын каналы бар газ-сұйық қоспасы бар. Белгілі бір кернеудегі тұрақты токқа өткізіледі, кернеу судың теориялық ыдырау кернеуінен 1,23 В және термиялық бейтарап кернеуден 1,48 В асып кеткенде, электрод пен сұйықтық шекарасында тотығу-тотықсыздану реакциясы жүреді, су сутегі мен оттегіге ыдырайды.

Екіншіден, сілтінің айналымы қалай жүзеге асады

1️⃣Сутек, оттегінің жанама сілтісінің аралас циклі

Айналымның бұл түрінде сілті сутегі сепараторы мен оттегі сепараторының төменгі жағындағы қосылыс құбыры арқылы сілті айналым сорғысына түседі, содан кейін салқындату және сүзуден кейін электролизердің катод және анод камераларына түседі. Аралас айналымның артықшылықтары - құрылымның қарапайымдылығы, қысқа процесс, арзан баға және электролизердің катод және анод камераларына сілті айналымының бірдей мөлшерін қамтамасыз ете алады; кемшілігі - бір жағынан, бұл сутегі мен оттегінің тазалығына әсер етуі мүмкін, ал екінші жағынан, сутегі-оттегі сепараторының деңгейінің реттелмеген болуына әкелуі мүмкін, бұл сутегі-оттегі араласу қаупінің артуына әкелуі мүмкін. Қазіргі уақытта сілті араластыру циклінің сутегі-оттегі жағы ең көп таралған процесс болып табылады.

2️⃣Сутек пен оттегінің жанама сілтісінің бөлек айналымы

Циркуляцияның бұл түрі екі сілті циркуляциялық сорғыны, яғни екі ішкі циркуляцияны қажет етеді. Сутегі сепараторының түбіндегі сілті сутегі жағындағы циркуляциялық сорғыдан өтіп, салқындатылып, сүзіліп, содан кейін электролизердің катод камерасына түседі; оттегі сепараторының түбіндегі сілті оттегі жағындағы циркуляциялық сорғыдан өтіп, салқындатылып, сүзіліп, содан кейін электролизердің анод камерасына түседі. Сілтілердің тәуелсіз циркуляциясының артықшылығы - электролиз нәтижесінде пайда болған сутегі мен оттегінің тазалығы жоғары, бұл сутегі мен оттегі сепараторын араластыру қаупін физикалық түрде болдырмайды; кемшілігі - құрылымы мен процесі күрделі және қымбат, сонымен қатар екі жақтағы сорғылардың ағын жылдамдығының, қысымының, қуатының және басқа параметрлерінің сәйкестігін қамтамасыз ету қажет, бұл жұмыстың күрделілігін арттырады және жүйенің екі жағының да тұрақтылығын бақылау талабын қояды.

Электролиттік сумен сутегі өндірісіне сілті айналымының ағын жылдамдығының және электролизердің жұмыс жағдайының үш әсері

1️⃣Сілтінің шамадан тыс айналымы

(1) Сутегі мен оттегінің тазалығына әсері

Сутегі мен оттегінің сілтіде белгілі бір ерігіштігі болғандықтан, айналым көлемі тым үлкен болғандықтан, еріген сутегі мен оттегінің жалпы мөлшері артып, сілтімен бірге әр камераға енеді, бұл электролизердің шығысында сутегі мен оттегінің тазалығының төмендеуіне әкеледі; айналым көлемі тым үлкен болғандықтан, сутегі мен оттегі сұйық бөлгішінің сақталу уақыты тым қысқа болады, ал толық бөлінбеген газ сілтімен бірге электролизердің ішіне қайта енгізіледі, бұл электролизердің электрохимиялық реакциясының тиімділігіне және сутегі мен оттегінің тазалығына әсер етеді, бұл электролизердегі электрохимиялық реакцияның тиімділігіне және сутегі мен оттегінің тазалығына әсер етеді, сондай-ақ сутегі мен оттегіні тазарту жабдықтарының дегидрогенизация және дезоксигенация қабілетіне әсер етеді, бұл сутегі мен оттегіні тазартудың нашар әсеріне және өнім сапасына әсер етеді.

(2) Бак температурасына әсері

Сілті салқындатқыштың шығыс температурасы өзгеріссіз қалған жағдайда, тым көп сілті ағыны электролизерден көбірек жылуды алып, бак температурасының төмендеуіне және қуаттың артуына әкеледі.

(3) Ток пен кернеуге әсері

Сілтінің шамадан тыс айналымы ток пен кернеудің тұрақтылығына әсер етеді. Сұйықтықтың шамадан тыс ағыны ток пен кернеудің қалыпты ауытқуына кедергі келтіреді, ток пен кернеудің оңай тұрақтанбауына әкеледі, түзеткіш корпус пен трансформатордың жұмыс жағдайында ауытқуларға әкеледі, осылайша сутегінің өндірісі мен сапасына әсер етеді.

(4) Энергия тұтынудың артуы

Сілтінің шамадан тыс айналымы энергия тұтынудың артуына, пайдалану шығындарының артуына және жүйенің энергия тиімділігінің төмендеуіне әкелуі мүмкін. Негізінен, жүйенің ішкі айналымындағы қосымша салқындатқыш судың және сыртқы айналымдағы шашыратқыш пен желдеткіштің, салқындатылған су жүктемесінің артуы, нәтижесінде энергия тұтыну артады, жалпы энергия тұтыну артады.

(5) Жабдықтың істен шығуына себеп болады

Сілтінің шамадан тыс айналымы сілтінің айналым сорғысына түсетін жүктемені арттырады, бұл электролизердегі ағын жылдамдығының, қысымның және температураның ауытқуына сәйкес келеді, бұл өз кезегінде электролизердің ішіндегі электродтарға, диафрагмаларға және төсемдерге әсер етеді, бұл жабдықтың істен шығуына немесе зақымдалуына, сондай-ақ техникалық қызмет көрсету мен жөндеу жұмыс көлемінің артуына әкелуі мүмкін.

2️⃣Сұйықтықтардың айналымы тым аз

(1) Бак температурасына әсері

Айналымдағы сілті көлемі жеткіліксіз болған кезде, электролизердегі жылуды уақытында алып тастау мүмкін емес, бұл температураның жоғарылауына әкеледі. Жоғары температуралы орта газ фазасындағы судың қаныққан бу қысымын арттырады және су құрамын арттырады. Егер су жеткілікті конденсацияланбаса, бұл тазарту жүйесінің жүктемесін арттырады және тазарту әсеріне әсер етеді, сонымен қатар катализатор мен адсорбенттің әсеріне және қызмет ету мерзіміне әсер етеді.

(2) Диафрагманың қызмет ету мерзіміне әсері

Жоғары температураның үздіксіз әсер етуі диафрагманың қартаюын жеделдетеді, оның жұмысының төмендеуіне немесе тіпті жарылуына әкеледі, диафрагманың екі жағында да сутегі мен оттегінің өзара өткізгіштігінің пайда болуына әкеледі, бұл сутегі мен оттегінің тазалығына әсер етеді. Өзара инфильтрация жарылыстың төменгі шегіне жақындағанда электролизер қаупі айтарлықтай артады. Сонымен қатар, үздіксіз жоғары температура тығыздағыштың ағып кетуіне де зиян келтіреді, бұл оның қызмет ету мерзімін қысқартады.

(3) Электродтарға әсері

Егер айналымдағы сілті мөлшері тым аз болса, өндірілген газ электродтың белсенді орталығынан тез шыға алмайды және электролиз тиімділігіне әсер етеді; егер электрод электрохимиялық реакцияны жүргізу үшін сілтімен толық жанаспаса, ішінара разряд ауытқуы және құрғақ жану пайда болады, бұл катализатордың электродқа төгілуін жеделдетеді.

(4) Ұяшық кернеуіне әсері

Айналымдағы сілті мөлшері тым аз, себебі электродтың белсенді орталығында пайда болған сутегі мен оттегі көпіршіктерін уақытында алып тастау мүмкін емес, ал электролиттегі еріген газдардың мөлшері артады, бұл кіші камераның кернеуінің артуына және қуат тұтынудың артуына әкеледі.

Сілті айналымының оңтайлы жылдамдығын анықтаудың төрт әдісі

Жоғарыда аталған мәселелерді шешу үшін тиісті шараларды қабылдау қажет, мысалы, сілті айналымы жүйесін оның қалыпты жұмысын қамтамасыз ету үшін үнемі тексеріп отыру; электролизердің айналасында жақсы жылу тарату жағдайларын сақтау; және қажет болған жағдайда сілті айналымының тым үлкен немесе тым аз көлемінің пайда болуын болдырмау үшін электролизердің жұмыс параметрлерін реттеу.

Сілті айналымының оңтайлы ағын жылдамдығы электролизердің нақты техникалық параметрлеріне, мысалы, электролизердің өлшеміне, камералар санына, жұмыс қысымына, реакция температурасына, жылу түзілуіне, сілті концентрациясына, сілті салқындатқышына, сутегі-оттегі бөлгішіне, ток тығыздығына, газ тазалығына және басқа да талаптарға, жабдықтар мен құбырлардың беріктігіне және басқа да факторларға негізделіп анықталуы керек.

Техникалық параметрлер Өлшемдері:

өлшемдері 4800x2240x2281 мм

жалпы салмағы 40700 кг

Тиімді камера өлшемі 1830, камералар саны 238

Электролизердің ток тығыздығы 5000А/м²

Жұмыс қысымы 1,6 МПа

реакция температурасы 90℃±5℃

Электролизер өнімінің бір жиынтығы, сутегі көлемі 1300 Нм³/сағ

Өнімнің оттегісі 650 Нм³/сағ

тұрақты ток n13100A, тұрақты ток кернеуі 480В

Сілті салқындатқышы Φ700x4244 мм

жылу алмасу алаңы 88,2 м²

Сутегі мен оттегі бөлгіші Φ1300x3916 мм

оттегі бөлгіші Φ1300x3916 мм

Калий гидроксиді ерітіндісінің концентрациясы 30%

Таза суға төзімділік мәні > 5MΩ·см

Калий гидроксиді ерітіндісі мен электролизер арасындағы байланыс:

Таза суды өткізгіш етеді, сутегі мен оттегін бөліп шығарады және жылуды кетіреді. Салқындатқыш су ағыны сілті температурасын бақылау үшін қолданылады, осылайша электролизер реакциясының температурасы салыстырмалы түрде тұрақты болады, ал электролизердің жылу түзілуі мен салқындатқыш су ағыны жүйенің жылу балансын сәйкестендіру үшін пайдаланылады, бұл ең жақсы жұмыс жағдайына және энергияны үнемдейтін жұмыс параметрлеріне қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Нақты операцияларға негізделген:

Сілті айналымының көлемін сағатына 60 м³ жылдамдықпен басқару,

Салқындатқыш су ағыны шамамен 95% -да ашылады,

Электролизердің реакция температурасы толық жүктеме кезінде 90°C температурада басқарылады,

Электролизердің оңтайлы жағдайдағы тұрақты ток қуатын тұтынуы 4,56 кВт/сағ/Нм³Н₂ құрайды.

Бесқорытындылау

Қорытындылай келе, сілтінің айналым көлемі су электролизі арқылы сутегін өндіру процесінде маңызды параметр болып табылады, ол газ тазалығына, камера кернеуіне, электролизер температурасына және басқа да параметрлерге байланысты. Цистернадағы сілтіні ауыстыру кезінде айналым көлемін 2-4 есе/сағ/мин жылдамдықпен бақылау орынды. Сілтінің айналым көлемін тиімді басқару арқылы су электролизі арқылы сутегін өндіру жабдығының ұзақ уақыт бойы тұрақты және қауіпсіз жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

Сілтілік электролизерде су электролизі арқылы сутегін өндіру процесінде жұмыс жағдайының параметрлерін оңтайландыру және электролизердің жүгіргішінің дизайнын электрод материалы мен диафрагма материалын таңдаумен бірге ток күшін арттырудың, бак кернеуін азайтудың және энергия шығынын үнемдеудің кілті болып табылады.

--Бізбен хабарласыңы--

Тел: +86 028 6259 0080

Факс: +86 028 6259 0100

E-mail: tech@allygas.com