Peredaran Hidrogen dan Alkali dalam Elektrolisis Air Elektrolisis Proses Pengeluaran Hidrogen

Dalam proses pengeluaran hidrogen elektrolisis alkali, bagaimana untuk memastikan peranti berjalan dengan stabil, selain kualiti elektrolisis itu sendiri, di mana jumlah peredaran alkali dalam tetapan juga merupakan faktor pengaruh yang penting.

Baru-baru ini, di Mesyuarat Pertukaran Teknologi Pengeluaran Keselamatan Jawatankuasa Profesional Hidrogen Persatuan Gas Perindustrian China, Huang Li, ketua Program Operasi dan Penyelenggaraan Hidrogen Elektrolisis Air Hidrogen, berkongsi pengalaman kami tentang penetapan isipadu edaran hidrogen dan alkali dalam proses pengujian, operasi dan penyelenggaraan sebenar.

Berikut adalah kertas kerja asal.

———————

Di bawah latar belakang strategi dwi-karbon kebangsaan, Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, yang telah mengkhusus dalam pengeluaran hidrogen selama 25 tahun dan merupakan yang pertama terlibat dalam bidang tenaga hidrogen, telah mula mengembangkan pembangunan teknologi dan peralatan hidrogen hijau, termasuk reka bentuk pelari tangki elektrolisis, pembuatan peralatan, penyaduran elektrod, serta pengujian dan pengendalian serta penyelenggaraan tangki elektrolisis.

SatuPrinsip Kerja Elektrolisis Alkali

Dengan mengalirkan arus terus melalui elektrolisis yang diisi dengan elektrolit, molekul air bertindak balas secara elektrokimia pada elektrod dan diuraikan menjadi hidrogen dan oksigen. Untuk meningkatkan kekonduksian elektrolit, elektrolit umum ialah larutan akueus dengan kepekatan 30% kalium hidroksida atau 25% natrium hidroksida.

Elektrolisis terdiri daripada beberapa sel elektrolisis. Setiap ruang elektrolisis terdiri daripada katod, anod, diafragma dan elektrolit. Fungsi utama diafragma adalah untuk mencegah penyerapan gas. Di bahagian bawah elektrolisis terdapat saluran masuk dan keluar yang sama, bahagian atas campuran gas-cecair daripada saluran aliran alkali dan oksi-alkali. Diluluskan ke dalam voltan arus terus tertentu, apabila voltan melebihi voltan penguraian teori air 1.23v dan voltan neutral terma 1.48V melebihi nilai tertentu, tindak balas redoks antara muka elektrod dan cecair berlaku, air diuraikan menjadi hidrogen dan oksigen.

Dua Cara lye diedarkan

1️⃣Kitaran Campuran Hidrogen, Oksigen Side Lye

Dalam bentuk peredaran ini, alkali memasuki pam peredaran alkali melalui paip penyambung di bahagian bawah pemisah hidrogen dan pemisah oksigen, dan kemudian memasuki ruang katod dan anod elektrolisis selepas penyejukan dan penapisan. Kelebihan peredaran campuran adalah struktur yang mudah, proses yang singkat, kos yang rendah, dan dapat memastikan saiz peredaran alkali yang sama ke dalam ruang katod dan anod elektrolisis; kelemahannya ialah di satu pihak, ia boleh menjejaskan ketulenan hidrogen dan oksigen, dan di pihak yang lain, ia boleh menyebabkan tahap pemisah hidrogen-oksigen tidak dapat diselaraskan, yang boleh mengakibatkan peningkatan risiko pencampuran hidrogen-oksigen. Pada masa ini, bahagian hidrogen-oksigen kitaran pencampuran alkali adalah proses yang paling biasa.

2️⃣Edaran berasingan alkali sisi hidrogen dan oksigen

Bentuk peredaran ini memerlukan dua pam peredaran lye, iaitu dua peredaran dalaman. Lye di bahagian bawah pemisah hidrogen melalui pam peredaran sisi hidrogen, disejukkan dan ditapis, dan kemudian memasuki ruang katod elektrolisis; lye di bahagian bawah pemisah oksigen melalui pam peredaran sisi oksigen, disejukkan dan ditapis, dan kemudian memasuki ruang anod elektrolisis. Kelebihan peredaran lye bebas ialah hidrogen dan oksigen yang dihasilkan oleh elektrolisis mempunyai ketulenan yang tinggi, secara fizikal mengelakkan risiko pencampuran pemisah hidrogen dan oksigen; kelemahannya ialah struktur dan prosesnya rumit dan mahal, dan ia juga perlu untuk memastikan konsistensi kadar aliran, turus, kuasa dan parameter lain pam pada kedua-dua belah pihak, yang meningkatkan kerumitan operasi, dan mengemukakan keperluan untuk mengawal kestabilan kedua-dua belah pihak sistem.

Tiga Pengaruh kadar aliran lye yang beredar terhadap penghasilan hidrogen oleh air elektrolitik dan keadaan kerja elektrolisis

1️⃣Peredaran lye yang berlebihan

（1）Kesan terhadap ketulenan hidrogen dan oksigen

Oleh kerana hidrogen dan oksigen mempunyai keterlarutan tertentu dalam alkali, isipadu peredaran terlalu besar sehingga jumlah hidrogen dan oksigen terlarut meningkat dan masuk ke dalam setiap ruang bersama alkali, yang menyebabkan ketulenan hidrogen dan oksigen berkurangan di saluran keluar elektrolisis; isipadu peredaran terlalu besar sehingga masa pengekalan pemisah cecair hidrogen dan oksigen terlalu pendek, dan gas yang belum dipisahkan sepenuhnya dibawa kembali ke bahagian dalam elektrolisis bersama alkali, yang mempengaruhi kecekapan tindak balas elektrokimia elektrolisis dan ketulenan hidrogen dan oksigen, dan selanjutnya ini akan mempengaruhi kecekapan tindak balas elektrokimia dalam elektrolisis dan ketulenan hidrogen dan oksigen, dan seterusnya mempengaruhi keupayaan peralatan penulenan hidrogen dan oksigen untuk dehidrogenasi dan deoksigenasi, mengakibatkan kesan penulenan hidrogen dan oksigen yang lemah dan menjejaskan kualiti produk.

（2） Kesan pada suhu tangki

Dengan syarat suhu keluar penyejuk lye kekal tidak berubah, aliran lye yang terlalu banyak akan menyerap lebih banyak haba daripada elektrolisis, menyebabkan suhu tangki menurun dan kuasa meningkat.

(3) Kesan ke atas arus dan voltan

Peredaran lye yang berlebihan akan menjejaskan kestabilan arus dan voltan. Aliran cecair yang berlebihan akan mengganggu turun naik normal arus dan voltan, menyebabkan arus dan voltan tidak mudah distabilkan, menyebabkan turun naik dalam keadaan kerja kabinet penerus dan transformer, dan seterusnya menjejaskan pengeluaran dan kualiti hidrogen.

(4) Peningkatan penggunaan tenaga

Peredaran lye yang berlebihan juga boleh menyebabkan peningkatan penggunaan tenaga, peningkatan kos operasi dan pengurangan kecekapan tenaga sistem. Terutamanya dalam peningkatan peredaran dalaman air penyejukan tambahan sistem dan peredaran luaran semburan dan kipas, beban air sejuk, dan sebagainya, supaya penggunaan kuasa meningkat, jumlah penggunaan tenaga meningkat.

（5）Menyebabkan kegagalan peralatan

Peredaran lye yang berlebihan meningkatkan beban pada pam peredaran lye, yang sepadan dengan peningkatan kadar aliran, turun naik tekanan dan suhu dalam elektrolisis, yang seterusnya mempengaruhi elektrod, diafragma dan gasket di dalam elektrolisis, yang boleh mengakibatkan kerosakan atau kerosakan peralatan, dan peningkatan beban kerja untuk penyelenggaraan dan pembaikan.

2️⃣Edaran lye terlalu kecil

(1) Kesan pada suhu tangki

Apabila isipadu lye yang beredar tidak mencukupi, haba dalam elektrolisis tidak dapat disingkirkan dalam masa yang singkat, mengakibatkan peningkatan suhu. Persekitaran suhu tinggi menyebabkan tekanan wap tepu air dalam fasa gas meningkat dan kandungan air meningkat. Jika air tidak dapat dikondensasikan dengan secukupnya, ia akan meningkatkan beban sistem penulenan dan menjejaskan kesan penulenan, dan ia juga akan menjejaskan kesan dan jangka hayat pemangkin dan penjerap.

（2）Kesan terhadap jangka hayat diafragma

Persekitaran suhu tinggi yang berterusan akan mempercepatkan penuaan diafragma, menyebabkan prestasinya merosot atau pecah, mudah menyebabkan kebolehtelapan bersama hidrogen dan oksigen pada kedua-dua belah diafragma, yang menjejaskan ketulenan hidrogen dan oksigen. Apabila penyusupan bersama hampir dengan had bawah letupan, kebarangkalian bahaya elektrolisis akan meningkat dengan ketara. Pada masa yang sama, suhu tinggi yang berterusan juga akan menyebabkan kerosakan kebocoran pada gasket pengedap, memendekkan hayat perkhidmatannya.

(3) Kesan pada elektrod

Jika jumlah lye yang beredar terlalu kecil, gas yang dihasilkan tidak dapat meninggalkan pusat aktif elektrod dengan cepat, dan kecekapan elektrolisis akan terjejas; jika elektrod tidak dapat bersentuhan sepenuhnya dengan lye untuk menjalankan tindak balas elektrokimia, keabnormalan nyahcas separa dan pembakaran kering akan berlaku, mempercepatkan penumpahan mangkin pada elektrod.

(4) Kesan pada voltan sel

Jumlah lye yang beredar terlalu kecil, kerana gelembung hidrogen dan oksigen yang dihasilkan di pusat aktif elektrod tidak dapat dihapuskan dalam masa yang singkat, dan jumlah gas terlarut dalam elektrolit meningkat, menyebabkan peningkatan voltan ruang kecil dan peningkatan penggunaan kuasa.

Empat Kaedah untuk menentukan kadar aliran peredaran lye optimum

Untuk menyelesaikan masalah di atas, langkah-langkah yang sepadan perlu diambil, seperti memeriksa sistem peredaran lye secara berkala untuk memastikan operasi normalnya; mengekalkan keadaan pelesapan haba yang baik di sekitar elektrolisis; dan melaraskan parameter operasi elektrolisis, jika perlu, untuk mengelakkan berlakunya peredaran lye yang terlalu besar atau terlalu kecil.

Kadar aliran edaran lye optimum perlu ditentukan berdasarkan parameter teknikal elektrolisis tertentu, seperti saiz elektrolisis, bilangan ruang, tekanan operasi, suhu tindak balas, penjanaan haba, kepekatan lye, penyejuk lye, pemisah hidrogen-oksigen, ketumpatan arus, ketulenan gas dan keperluan lain, ketahanan peralatan dan paip serta faktor lain.

Parameter Teknikal Dimensi：

saiz 4800x2240x2281mm

jumlah berat 40700Kg

Saiz ruang berkesan 1830, Bilangan ruang 238 orang

Ketumpatan arus elektrolisis 5000A/m²

tekanan operasi 1.6Mpa

suhu tindak balas 90℃±5℃

Set tunggal produk elektrolisis isipadu hidrogen 1300Nm³/j

Oksigen Produk 650Nm³/j

arus terus n13100A, voltan dc 480V

Penyejuk Lye Φ700x4244mm

kawasan pertukaran haba 88.2m²

Pemisah hidrogen dan oksigen Φ1300x3916mm

pemisah oksigen Φ1300x3916mm

Kepekatan larutan kalium hidroksida 30%

Nilai rintangan air tulen >5MΩ·cm

Hubungan antara larutan kalium hidroksida dan elektrolisis：

Menjadikan air tulen bersifat konduktif, mengeluarkan hidrogen dan oksigen, dan menyerap haba. Aliran air penyejuk digunakan untuk mengawal suhu lye supaya suhu tindak balas elektrolisis agak stabil, dan penjanaan haba elektrolisis dan aliran air penyejuk digunakan untuk memadankan keseimbangan haba sistem bagi mencapai keadaan kerja terbaik dan parameter operasi yang paling menjimatkan tenaga.

Berdasarkan operasi sebenar：

Kawalan isipadu peredaran Lye pada 60m³/j,

Aliran air penyejuk dibuka pada kira-kira 95%,

Suhu tindak balas elektrolisis dikawal pada 90°C pada beban penuh,

Penggunaan kuasa DC elektrolisis keadaan optimum ialah 4.56 kWh/Nm³H₂.

Limaringkaskan

Secara ringkasnya, isipadu peredaran lye merupakan parameter penting dalam proses penghasilan hidrogen melalui elektrolisis air, yang berkaitan dengan ketulenan gas, voltan ruang, suhu elektrolisis dan parameter lain. Adalah wajar untuk mengawal isipadu peredaran pada 2~4 kali/j/min penggantian lye dalam tangki. Dengan mengawal isipadu peredaran lye secara berkesan, ia memastikan operasi peralatan penghasilan hidrogen elektrolisis air yang stabil dan selamat untuk jangka masa yang panjang.

Dalam proses penghasilan hidrogen melalui elektrolisis air dalam elektrolisis alkali, pengoptimuman parameter keadaan kerja dan reka bentuk pelari elektrolisis, digabungkan dengan pemilihan bahan elektrod dan bahan diafragma, adalah kunci untuk meningkatkan arus, mengurangkan voltan tangki dan menjimatkan penggunaan tenaga.

——Hubungi Kami——

Tel: +86 028 6259 0080

Faks: +86 028 6259 0100

E-mail: tech@allygas.com