I den alkaliske elektrolysørens hydrogenproduksjonsprosess, hvordan man får enheten til å kjøre stabilt, i tillegg til kvaliteten på selve elektrolysøren, der lutsirkulasjonsmengden av innstillingen også er en viktig påvirkningsfaktor.
Nylig, på China Industrial Gases Association Hydrogen Professional Committee's Safety Production Technology Exchange Meeting, delte Huang Li, leder for Hydrogen Water Electrolysis Hydrogen Operation and Maintenance Program, våre erfaringer med innstilling av hydrogen- og lutsirkulasjonsvolum i selve test-, drifts- og vedlikeholdsprosessen.
Følgende er originalartikkelen.
———————
Med bakgrunn i den nasjonale strategien for to karbonatomer har Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, som har spesialisert seg på hydrogenproduksjon i 25 år og var den første som engasjerte seg innen hydrogenenergi, begynt å utvide utviklingen av grønn hydrogenteknologi og -utstyr, inkludert design av renneskiver for elektrolysetanker, utstyrsproduksjon, elektrodebelegg, samt testing, drift og vedlikehold av elektrolysetanker.
EnArbeidsprinsipp for alkalisk elektrolyser
Ved å føre likestrøm gjennom en elektrolysør fylt med elektrolytt, reagerer vannmolekyler elektrokjemisk på elektrodene og spaltes til hydrogen og oksygen. For å forbedre elektrolyttens konduktivitet er den generelle elektrolytten en vandig løsning med en konsentrasjon på 30 % kaliumhydroksid eller 25 % natriumhydroksid.
Elektrolysøren består av flere elektrolyseceller. Hvert elektrolysekammer består av katode, anode, membran og elektrolytt. Membranens hovedfunksjon er å forhindre gasspermeasjon. I den nedre delen av elektrolysøren er det et felles innløp og utløp, og i den øvre delen strømmer gass-væske-blandingen av alkali og oksy-alkali. Når den føres inn i en viss likestrømsspenning, når spenningen overstiger den teoretiske dekomponeringsspenningen for vann på 1,23 V og den termiske nøytralspenningen på 1,48 V over en viss verdi, skjer en redoksreaksjon mellom elektroden og væsken, og vann dekomponeres til hydrogen og oksygen.
To Hvordan luten sirkuleres
1️⃣Hydrogen, oksygen sidelut blandet syklus
I denne formen for sirkulasjon kommer luten inn i lutsirkulasjonspumpen gjennom forbindelsesrøret i bunnen av hydrogenseparatoren og oksygenseparatoren, og går deretter inn i katode- og anodekamrene i elektrolysøren etter avkjøling og filtrering. Fordelene med blandet sirkulasjon er enkel struktur, kort prosess, lave kostnader, og kan sikre samme størrelse på lutsirkulasjonen inn i katode- og anodekamrene i elektrolysøren. Ulempen er at det på den ene siden kan påvirke renheten av hydrogen og oksygen, og på den andre siden kan det føre til at nivået i hydrogen-oksygenseparatoren blir ute av justering, noe som kan føre til økt risiko for hydrogen-oksygenblanding. For tiden er hydrogen-oksygensiden av lutblandingssyklusen den vanligste prosessen.
2️⃣Separat sirkulasjon av hydrogen- og oksygensidelut
Denne formen for sirkulasjon krever to lutsirkulasjonspumper, dvs. to interne sirkulasjoner. Luten i bunnen av hydrogenseparatoren passerer gjennom hydrogensirkulasjonspumpen, avkjøles og filtreres, og går deretter inn i katodekammeret i elektrolysøren. Luten i bunnen av oksygenseparatoren passerer gjennom oksygensirkulasjonspumpen, avkjøles og filtreres, og går deretter inn i anodekammeret i elektrolysøren. Fordelen med uavhengig lutsirkulasjon er at hydrogenet og oksygenet som produseres ved elektrolyse har høy renhet, noe som fysisk unngår risikoen for å blande hydrogen og oksygenseparatoren. Ulempen er at strukturen og prosessen er komplisert og kostbar, og det er også nødvendig å sikre konsistens i strømningshastighet, trykkhøyde, effekt og andre parametere for pumpene på begge sider, noe som øker kompleksiteten i operasjonen og stiller krav om å kontrollere stabiliteten på begge sider av systemet.
Tre. Påvirkning av sirkulerende strømningshastighet for lut på hydrogenproduksjon av elektrolytisk vann og elektrolysørens arbeidsforhold.
1️⃣Overdreven sirkulasjon av lut
(1) Effekt på hydrogen- og oksygenrenhet
Fordi hydrogen og oksygen har en viss løselighet i luten, er sirkulasjonsvolumet for stort, slik at den totale mengden oppløst hydrogen og oksygen øker og kommer inn i hvert kammer med luten, noe som fører til at renheten til hydrogen og oksygen reduseres i utløpet av elektrolysøren. Sirkulasjonsvolumet er for stort, slik at retensjonstiden til hydrogen- og oksygenvæskeseparatoren er for kort, og gassen som ikke har blitt fullstendig separert føres tilbake inn i elektrolysørens indre med luten. Dette påvirker effektiviteten til elektrolysørens elektrokjemiske reaksjon og renheten til hydrogen og oksygen. Dette vil videre påvirke effektiviteten til den elektrokjemiske reaksjonen i elektrolysøren og renheten til hydrogen og oksygen, og ytterligere påvirke evnen til hydrogen- og oksygenrensingsutstyr til å dehydrogenere og deoksygenere, noe som resulterer i dårlig effekt av hydrogen- og oksygenrensing og påvirker produktkvaliteten.
(2) Effekt på tanktemperatur
Under forutsetning av at utløpstemperaturen fra lutkjøleren forblir uendret, vil for mye lutstrøm ta bort mer varme fra elektrolysøren, noe som fører til at tanktemperaturen synker og effekten øker.
(3) Effekt på strøm og spenning
Overdreven sirkulasjon av lut vil påvirke stabiliteten til strøm og spenning. Overdreven væskestrøm vil forstyrre de normale svingningene i strøm og spenning, noe som fører til at strøm og spenning ikke stabiliseres lett. Dette forårsaker svingninger i likeretterskapets og transformatorens driftstilstand, og dermed påvirker produksjonen og kvaliteten på hydrogen.
(4) Økt energiforbruk
Overdreven lutsirkulasjon kan også føre til økt energiforbruk, økte driftskostnader og redusert energieffektivitet i systemet. Hovedsakelig i økningen av hjelpekjølevannets interne sirkulasjonssystem og ekstern sirkulasjonsspray og vifte, kjølevannsbelastning, etc., slik at strømforbruket øker, og det totale energiforbruket øker.
(5) Forårsaker utstyrsfeil
Overdreven lutsirkulasjon øker belastningen på lutsirkulasjonspumpen, noe som tilsvarer økt strømningshastighet, trykk- og temperatursvingninger i elektrolysøren, som igjen påvirker elektrodene, membranene og pakningene inne i elektrolysøren, noe som kan føre til funksjonsfeil eller skader på utstyret, og en økning i arbeidsmengden for vedlikehold og reparasjon.
2️⃣Lutsirkulasjonen er for liten
(1) Effekt på tanktemperatur
Når det sirkulerende volumet av lut er utilstrekkelig, kan ikke varmen i elektrolysøren fjernes i tide, noe som resulterer i en temperaturøkning. Høytemperaturmiljøet gjør at det mettede damptrykket til vann i gassfasen stiger og vanninnholdet øker. Hvis vannet ikke kan kondenseres tilstrekkelig, vil det øke belastningen på rensesystemet og påvirke renseeffekten, og det vil også påvirke effekten og levetiden til katalysatoren og adsorbenten.
(2) Innvirkning på membranens levetid
Kontinuerlig høy temperatur i miljøet vil akselerere aldringen av membranen, redusere ytelsen eller til og med føre til brudd, noe som lett kan føre til at membranen får gjensidig permeabilitet mellom hydrogen og oksygen, noe som påvirker renheten til hydrogen og oksygen. Når gjensidig infiltrasjon nærmer seg den nedre eksplosjonsgrensen, øker sannsynligheten for elektrolyserfare betraktelig. Samtidig vil kontinuerlig høy temperatur også forårsake lekkasjeskader på tetningspakningen, noe som forkorter levetiden.
(3) Effekt på elektroder
Hvis den sirkulerende mengden lut er for liten, kan ikke den produserte gassen forlate elektrodens aktive sentrum raskt, og elektrolyseeffektiviteten påvirkes. Hvis elektroden ikke kan komme i full kontakt med luten for å utføre den elektrokjemiske reaksjonen, vil det oppstå delvis utladningsavvik og tørrforbrenning, noe som akselererer avgivelsen av katalysatoren på elektroden.
(4) Effekt på cellespenning
Mengden lut som sirkulerer er for liten, fordi hydrogen- og oksygenboblene som genereres i elektrodens aktive sentrum ikke kan fjernes i tide, og mengden oppløste gasser i elektrolytten øker, noe som forårsaker en økning i spenningen i det lille kammeret og en økning i strømforbruket.
Fire metoder for å bestemme optimal lutsirkulasjonsstrømningshastighet
For å løse problemene ovenfor er det nødvendig å iverksette tilsvarende tiltak, som regelmessig kontroll av lutsirkulasjonssystemet for å sikre normal drift; opprettholde gode varmespredningsforhold rundt elektrolysøren; og justere driftsparametrene til elektrolysøren, om nødvendig, for å unngå for stort eller for lite lutsirkulasjonsvolum.
Den optimale lutsirkulasjonsstrømningshastigheten må bestemmes basert på spesifikke tekniske parametere for elektrolysøren, som elektrolysørstørrelse, antall kamre, driftstrykk, reaksjonstemperatur, varmeutvikling, lutkonsentrasjon, lutkjøler, hydrogen-oksygenseparator, strømtetthet, gassrenhet og andre krav, utstyrs- og rørledningsholdbarhet og andre faktorer.
Tekniske parametere Dimensjoner:
størrelser 4800x2240x2281mm
totalvekt 40700 kg
Effektiv kammerstørrelse 1830, antall kamre 238
Elektrolysatorens strømtetthet 5000A/m²
driftstrykk 1,6 MPa
reaksjonstemperatur 90 ℃ ± 5 ℃
Enkelt sett med elektrolysørprodukt hydrogenvolum 1300 Nm³/t
Produkt oksygen 650 Nm³/t
likestrøm n13100A, likespenning 480V
Lutkjøler Φ700x4244mm
varmevekslingsareal 88,2 m²
Hydrogen- og oksygenseparator Φ1300x3916mm
oksygenseparator Φ1300x3916mm
Kaliumhydroksidløsningskonsentrasjon 30 %
Renvannsmotstandsverdi >5MΩ·cm
Forholdet mellom kaliumhydroksidløsning og elektrolysør:
Gjør rent vann ledende, bring ut hydrogen og oksygen, og fjern varme. Kjølevannsstrømmen brukes til å kontrollere luttemperaturen slik at temperaturen på elektrolysørreaksjonen er relativt stabil, og varmeutviklingen fra elektrolysøren og kjølevannsstrømmen brukes til å matche systemets varmebalanse for å oppnå best mulig arbeidsforhold og de mest energisparende driftsparametrene.
Basert på faktisk drift:
Lutsirkulasjonsvolumkontroll på 60 m³/t
Kjølevannstrømmen åpner ved omtrent 95 %,
Reaksjonstemperaturen til elektrolysøren kontrolleres til 90 °C ved full belastning.
Det optimale likestrømsforbruket til elektrolysøren er 4,56 kWh/Nm³H₂.
Femoppsummere
Oppsummert er sirkulasjonsvolumet av lut en viktig parameter i prosessen med hydrogenproduksjon ved vannelektrolyse, som er relatert til gassrenhet, kammerspenning, elektrolysørtemperatur og andre parametere. Det er hensiktsmessig å kontrollere sirkulasjonsvolumet til 2~4 ganger/t/min lututskifting i tanken. Ved å effektivt kontrollere sirkulasjonsvolumet av lut sikrer man stabil og sikker drift av vannelektrolyse-hydrogenproduksjonsutstyr over lang tid.
I hydrogenproduksjonsprosessen ved vannelektrolyse i alkalisk elektrolysør er optimalisering av driftsforholdsparametere og design av elektrolysørens løpekanal, kombinert med valg av elektrodemateriale og membranmateriale, nøkkelen til å øke strømmen, redusere tankspenningen og spare energiforbruk.
——Kontakt oss——
Tlf: +86 028 6259 0080
Faks: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Publisert: 09.01.2025
