Sirkulasyon ng Hydrogen at Alkali sa Alkaline Electrolyzer Water Electrolysis Proseso ng Produksyon ng Hydrogen

Sa proseso ng produksyon ng hydrogen gamit ang alkaline electrolyzer, kung paano gawing matatag ang operasyon ng aparato, bukod pa sa kalidad ng electrolyzer mismo, ang dami ng setting ng sirkulasyon ng lye ay isa ring mahalagang salik na nakakaimpluwensya.

Kamakailan lamang, sa pulong ng palitan ng teknolohiya ng produksyon sa kaligtasan ng China Industrial Gases Association Hydrogen Professional Committee, ibinahagi ni Huang Li, ang pinuno ng Hydrogen Water Electrolysis Hydrogen Operation and Maintenance Program, ang aming karanasan sa pagtatakda ng dami ng sirkulasyon ng hydrogen at lye sa aktwal na proseso ng pagsubok, operasyon, at pagpapanatili.

Ang sumusunod ay ang orihinal na papel.

———————

Sa ilalim ng pambansang estratehiyang dual-carbon, ang Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, na 25 taon nang dalubhasa sa produksyon ng hydrogen at siyang unang nasangkot sa larangan ng enerhiya ng hydrogen, ay nagsimulang palawakin ang pag-unlad ng teknolohiya at kagamitang green hydrogen, kabilang ang disenyo ng mga electrolysis tank runner, paggawa ng kagamitan, electrode plating, pati na rin ang pagsubok at operasyon ng electrolysis tank.

IsaPrinsipyo ng Paggana ng Alkaline Electrolyzer

Sa pamamagitan ng pagpasa ng direktang kuryente sa isang electrolyzer na puno ng electrolyte, ang mga molekula ng tubig ay electrochemically na nagre-react sa mga electrode at nabubulok sa hydrogen at oxygen. Upang mapahusay ang conductivity ng electrolyte, ang pangkalahatang electrolyte ay isang aqueous solution na may konsentrasyon na 30% potassium hydroxide o 25% sodium hydroxide.

Ang electrolyzer ay binubuo ng ilang electrolytic cells. Ang bawat electrolysis chamber ay binubuo ng cathode, anode, diaphragm, at electrolyte. Ang pangunahing tungkulin ng diaphragm ay upang maiwasan ang pagtagos ng gas. Sa ibabang bahagi ng electrolyzer ay mayroong isang karaniwang pasukan at labasan, ang itaas na bahagi ay ang pinaghalong gas-likido ng alkali at oxy-alkali flow channel. Ipinapasa sa isang tiyak na boltahe ng direct current, kapag ang boltahe ay lumampas sa theoretical decomposition voltage ng tubig na 1.23v at thermal neutral voltage na 1.48V na higit sa isang tiyak na halaga, nagaganap ang redox reaction sa pagitan ng electrode at ng liquid interface, at ang tubig ay nabubulok sa hydrogen at oxygen.

Dalawa Paano kumakalat ang lye

1️⃣Halo-halong Siklo ng Hydrogen, Oxygen Side Lye

Sa ganitong uri ng sirkulasyon, ang lye ay pumapasok sa lye circulation pump sa pamamagitan ng connecting pipe sa ilalim ng hydrogen separator at oxygen separator, at pagkatapos ay pumapasok sa cathode at anode chambers ng electrolyzer pagkatapos ng paglamig at pagsasala. Ang mga bentahe ng mixed circulation ay simple ang istraktura, maikli ang proseso, mababa ang gastos, at masisiguro ang parehong laki ng sirkulasyon ng lye sa cathode at anode chambers ng electrolyzer; ang disbentaha ay sa isang banda, maaari itong makaapekto sa kadalisayan ng hydrogen at oxygen, at sa kabilang banda, maaari itong maging sanhi ng hindi maayos na pag-aayos ng antas ng hydrogen-oxygen separator, na maaaring magresulta sa mas mataas na panganib ng paghahalo ng hydrogen-oxygen. Sa kasalukuyan, ang hydrogen-oxygen side ng lye mixing cycle ang pinakakaraniwang proseso.

2️⃣Hiwalay na sirkulasyon ng hydrogen at oxygen side lye

Ang ganitong uri ng sirkulasyon ay nangangailangan ng dalawang lye circulation pump, ibig sabihin, dalawang internal circulation. Ang lye sa ilalim ng hydrogen separator ay dumadaan sa hydrogen-side circulation pump, pinapalamig at sinasala, at pagkatapos ay pumapasok sa cathode chamber ng electrolyzer; ang lye sa ilalim ng oxygen separator ay dumadaan sa oxygen-side circulation pump, pinapalamig at sinasala, at pagkatapos ay pumapasok sa anode chamber ng electrolyzer. Ang bentahe ng independent circulation ng lye ay ang hydrogen at oxygen na nalilikha ng electrolysis ay may mataas na kadalisayan, na pisikal na nakakaiwas sa panganib ng paghahalo ng hydrogen at oxygen separator; ang disbentaha ay ang istraktura at proseso ay kumplikado at magastos, at kinakailangan ding tiyakin ang consistency ng flow rate, head, power at iba pang parameter ng mga pump sa magkabilang panig, na nagpapataas ng complexity ng operasyon, at naglalahad ng pangangailangan na kontrolin ang stability ng magkabilang panig ng sistema.

Tatlong Impluwensya ng sirkulasyon ng daloy ng lye sa produksyon ng hydrogen sa pamamagitan ng electrolytic water at kondisyon ng paggana ng electrolyzer

1️⃣Labis na sirkulasyon ng lye

（1）Epekto sa kadalisayan ng hydrogen at oxygen

Dahil ang hydrogen at oxygen ay may tiyak na solubility sa lye, ang sirkulasyon ng volume ay masyadong malaki kaya ang kabuuang dami ng dissolved hydrogen at oxygen ay tumataas at pumapasok sa bawat silid kasama ng lye, na nagiging sanhi ng pagbawas ng kadalisayan ng hydrogen at oxygen sa labasan ng electrolyzer; ang sirkulasyon ng volume ay masyadong malaki kaya ang retention time ng hydrogen at oxygen liquid separator ay masyadong maikli, at ang gas na hindi pa ganap na nahihiwalay ay ibinabalik sa loob ng electrolyzer kasama ng lye, na nakakaapekto sa kahusayan ng electrochemical reaction ng electrolyzer at sa kadalisayan ng hydrogen at oxygen, at higit pa rito ay makakaapekto sa kahusayan ng electrochemical reaction sa electrolyzer at sa kadalisayan ng hydrogen at oxygen, at higit pang makakaapekto sa kakayahan ng hydrogen at oxygen purification equipment na mag-dehydrogenate at mag-deoxygenate, na nagreresulta sa mahinang epekto ng hydrogen at oxygen purification at nakakaapekto sa kalidad ng mga produkto.

（2） Epekto sa temperatura ng tangke

Sa kondisyon na ang temperatura ng labasan ng lye cooler ay mananatiling hindi nagbabago, ang sobrang daloy ng lye ay kukuha ng mas maraming init mula sa electrolyzer, na magiging sanhi ng pagbaba ng temperatura ng tangke at pagtaas ng lakas.

（3）Epekto sa kuryente at boltahe

Ang labis na sirkulasyon ng lye ay makakaapekto sa katatagan ng kuryente at boltahe. Ang labis na daloy ng likido ay makakasagabal sa normal na pagbabago-bago ng kuryente at boltahe, na magiging sanhi ng hindi madaling pag-stabilize ng kuryente at boltahe, na magdudulot ng mga pagbabago-bago sa kondisyon ng paggana ng rectifier cabinet at transformer, at sa gayon ay makakaapekto sa produksyon at kalidad ng hydrogen.

（4）Pagtaas ng pagkonsumo ng enerhiya

Ang labis na sirkulasyon ng lye ay maaari ring humantong sa pagtaas ng pagkonsumo ng enerhiya, pagtaas ng mga gastos sa pagpapatakbo, at pagbaba ng kahusayan ng enerhiya ng sistema. Pangunahin na sa pagtaas ng panloob na sirkulasyon ng auxiliary cooling water system at panlabas na sirkulasyon ng spray at fan, chilled water load, atbp., kaya tumataas ang pagkonsumo ng kuryente, tumataas din ang kabuuang pagkonsumo ng enerhiya.

（5）Magdulot ng pagkasira ng kagamitan

Ang labis na sirkulasyon ng lye ay nagpapataas ng karga sa lye circulation pump, na katumbas ng pagtaas ng flow rate, pressure at temperature fluctuations sa electrolyzer, na siya namang nakakaapekto sa mga electrode, diaphragms at gasket sa loob ng electrolyzer, na maaaring humantong sa mga malfunction o pinsala ng kagamitan, at pagtaas ng workload para sa maintenance at pagkukumpuni.

2️⃣Masyadong maliit ang sirkulasyon ng lye

（1）Epekto sa temperatura ng tangke

Kapag hindi sapat ang dami ng lye na umiikot, hindi maaalis ang init sa electrolyzer sa tamang oras, na nagreresulta sa pagtaas ng temperatura. Ang mataas na temperatura ng kapaligiran ay nagpapapataas sa saturated vapor pressure ng tubig sa gas phase at nagpapataas ng nilalaman ng tubig. Kung hindi sapat ang pagkondensada ng tubig, mapapataas nito ang pasanin ng sistema ng paglilinis at makakaapekto sa epekto ng paglilinis, at makakaapekto rin ito sa epekto at haba ng buhay ng catalyst at adsorbent.

（2）Epekto sa buhay ng diaphragm

Ang patuloy na mataas na temperatura sa kapaligiran ay magpapabilis sa pagtanda ng diaphragm, magpapababa o magpapabigat sa pagganap nito, na madaling magdulot ng mutual permeability ng hydrogen at oxygen sa magkabilang panig ng diaphragm, na makakaapekto sa kadalisayan ng hydrogen at oxygen. Kapag ang mutual infiltration ay malapit sa lower limit ng pagsabog, ang posibilidad ng electrolyzer ay lubhang tumataas. Kasabay nito, ang patuloy na mataas na temperatura ay magdudulot din ng pinsala sa pagtagas ng sealing gasket, na magpapaikli sa buhay ng serbisyo nito.

（3）Epekto sa mga electrode

Kung ang dami ng lye na umiikot ay napakaliit, ang gas na nalilikha ay hindi maaaring mabilis na umalis sa aktibong sentro ng elektrod, at maaapektuhan ang kahusayan ng electrolysis; kung ang elektrod ay hindi maaaring ganap na makipag-ugnayan sa lye upang maisagawa ang electrochemical reaction, magkakaroon ng partial discharge abnormality at dry burning, na magpapabilis sa pagkalat ng catalyst sa elektrod.

（4）Epekto sa boltahe ng selula

Napakaliit ng dami ng lye na umiikot, dahil ang mga bula ng hydrogen at oxygen na nabubuo sa aktibong sentro ng elektrod ay hindi maalis sa paglipas ng panahon, at ang dami ng mga dissolved gas sa electrolyte ay tumataas, na nagdudulot ng pagtaas ng boltahe ng maliit na silid at pagtaas ng konsumo ng kuryente.

Apat na Paraan para sa Pagtukoy ng Pinakamainam na Rate ng Daloy ng Sirkulasyon ng Lye

Upang malutas ang mga problemang nabanggit, kinakailangang gumawa ng mga kaukulang hakbang, tulad ng regular na pagsuri sa sistema ng sirkulasyon ng lye upang matiyak ang normal na operasyon nito; pagpapanatili ng mahusay na mga kondisyon ng pagpapakalat ng init sa paligid ng electrolyzer; at pagsasaayos ng mga parameter ng pagpapatakbo ng electrolyzer, kung kinakailangan, upang maiwasan ang paglitaw ng napakalaki o napakaliit na dami ng sirkulasyon ng lye.

Ang pinakamainam na bilis ng daloy ng sirkulasyon ng lye ay kailangang matukoy batay sa mga partikular na teknikal na parametro ng electrolyzer, tulad ng laki ng electrolyzer, bilang ng mga silid, presyon ng pagpapatakbo, temperatura ng reaksyon, pagbuo ng init, konsentrasyon ng lye, lye cooler, hydrogen-oxygen separator, current density, kadalisayan ng gas at iba pang mga kinakailangan, kagamitan at tibay ng tubo at iba pang mga salik.

Mga Teknikal na Parameter na Dimensyon：

mga sukat na 4800x2240x2281mm

kabuuang timbang 40700Kg

Epektibong laki ng silid 1830, Bilang ng mga silid 238

Densidad ng kasalukuyang electrolyzer 5000A/m²

presyon ng pagpapatakbo 1.6Mpa

temperatura ng reaksyon 90℃±5℃

Isang set ng electrolyzer product hydrogen volume 1300Nm³/h

Oksiheno ng Produkto 650Nm³/h

direktang kasalukuyang n13100A, boltaheng dc 480V

Lye Cooler Φ700x4244mm

lugar ng pagpapalitan ng init 88.2m²

Panghiwalay ng hydrogen at oxygen Φ1300x3916mm

panghiwalay ng oksiheno Φ1300x3916mm

Konsentrasyon ng solusyon ng potassium hydroxide na 30%

Halaga ng purong resistensya sa tubig >5MΩ·cm

Ugnayan sa pagitan ng solusyon ng potassium hydroxide at electrolyzer：

Ginagawang konduktibo ng purong tubig ang daloy, inilalabas ang hydrogen at oxygen, at inaalis ang init. Ginagamit ang daloy ng cooling water upang kontrolin ang temperatura ng lye upang ang temperatura ng reaksyon ng electrolyzer ay medyo matatag, at ang init na nalilikha ng electrolyzer at ang daloy ng cooling water ay ginagamit upang tumugma sa balanse ng init ng sistema upang makamit ang pinakamahusay na kondisyon ng paggana at ang mga parameter ng pagpapatakbo na pinaka-nakakatipid ng enerhiya.

Batay sa aktwal na operasyon：

Kontrol ng dami ng sirkulasyon ng Lye sa 60m³/h,

Ang daloy ng tubig na nagpapalamig ay bumubukas sa humigit-kumulang 95%.

Ang temperatura ng reaksyon ng electrolyzer ay kinokontrol sa 90°C sa buong load,

Ang pinakamainam na kondisyon ng konsumo ng kuryenteng DC para sa electrolyzer ay 4.56 kWh/Nm³H₂.

Limaibuod

Bilang buod, ang dami ng sirkulasyon ng lye ay isang mahalagang parametro sa proseso ng produksyon ng hydrogen sa pamamagitan ng electrolysis ng tubig, na may kaugnayan sa kadalisayan ng gas, boltahe ng silid, temperatura ng electrolyzer at iba pang mga parametro. Nararapat na kontrolin ang dami ng sirkulasyon sa tangke ng 2~4 na beses/oras/minuto na pagpapalit ng lye. Sa pamamagitan ng epektibong pagkontrol sa dami ng sirkulasyon ng lye, tinitiyak nito ang matatag at ligtas na operasyon ng kagamitan sa produksyon ng hydrogen sa electrolysis ng tubig sa loob ng mahabang panahon.

Sa proseso ng produksyon ng hydrogen sa pamamagitan ng water electrolysis sa alkaline electrolyzer, ang pag-optimize ng mga parameter ng working condition at disenyo ng electrolyzer runner, kasama ang pagpili ng electrode material at diaphragm material, ang mga susi upang mapataas ang current, mabawasan ang boltahe ng tangke, at makatipid sa pagkonsumo ng enerhiya.

——Makipag-ugnayan sa Amin——

Tel: +86 028 6259 0080

Fax: +86 028 6259 0100

E-mail: tech@allygas.com