ElektrolithidrogenUnit produksi mencakup seperangkat lengkap elektrolisis air.hidrogenperalatan produksi, dengan peralatan utama meliputi:
1. Sel elektrolitik
2. Perangkat pemisahan gas dan cairan
3. Sistem pengeringan dan pemurnian
4. Bagian kelistrikan meliputi: transformator, kabinet penyearah, kabinet kontrol PLC, kabinet instrumen, kabinet distribusi, komputer atas, dll.
5. Sistem bantu utama meliputi: tangki larutan alkali, tangki air bahan baku, pompa air tambahan, silinder/busbar nitrogen, dll. 6. Sistem bantu keseluruhan peralatan meliputi: mesin air murni, menara pendingin, pendingin, kompresor udara, dll.
Pendingin hidrogen dan oksigen, dan air dikumpulkan oleh perangkap tetesan sebelum dikirim keluar di bawah kendali sistem kontrol; Elektrolit melewatihidrogendan filter alkali oksigen, pendingin hidrogen dan alkali oksigen masing-masing di bawah aksi pompa sirkulasi, lalu kembali ke sel elektrolitik untuk elektrolisis lebih lanjut.
Tekanan sistem diatur oleh sistem kontrol tekanan dan sistem kontrol tekanan diferensial untuk memenuhi persyaratan proses hilir dan penyimpanan.
Hidrogen yang dihasilkan melalui elektrolisis air memiliki keunggulan kemurnian tinggi dan pengotor rendah. Biasanya, pengotor dalam gas hidrogen yang dihasilkan melalui elektrolisis air hanya berupa oksigen dan air, tanpa komponen lain (yang dapat menghindari keracunan katalis tertentu). Hal ini memberikan kemudahan dalam menghasilkan gas hidrogen dengan kemurnian tinggi, dan gas yang telah dimurnikan dapat memenuhi standar gas industri kelas elektronik.
Hidrogen yang dihasilkan oleh unit produksi hidrogen melewati tangki penyangga untuk menstabilkan tekanan kerja sistem dan selanjutnya menghilangkan air bebas dari hidrogen.
Setelah memasuki perangkat pemurnian hidrogen, hidrogen yang dihasilkan dari elektrolisis air dimurnikan lebih lanjut, menggunakan prinsip reaksi katalitik dan adsorpsi saringan molekuler untuk menghilangkan oksigen, air, dan kotoran lainnya dari hidrogen.
Peralatan ini dapat mengatur sistem penyesuaian produksi hidrogen otomatis sesuai dengan situasi aktual. Perubahan beban gas akan menyebabkan fluktuasi tekanan tangki penyimpanan hidrogen. Transmiter tekanan yang dipasang pada tangki penyimpanan akan mengeluarkan sinyal 4-20mA ke PLC untuk dibandingkan dengan nilai pengaturan awal, dan setelah transformasi invers dan perhitungan PID, mengeluarkan sinyal 20-4mA ke kabinet penyearah untuk menyesuaikan besarnya arus elektrolisis, sehingga mencapai tujuan penyesuaian otomatis produksi hidrogen sesuai dengan perubahan beban hidrogen.
Satu-satunya reaksi dalam proses produksi hidrogen melalui elektrolisis air adalah air (H2O), yang perlu terus-menerus dipasok dengan air baku melalui pompa pengisian air. Posisi pengisian terletak pada pemisah hidrogen atau oksigen. Selain itu, hidrogen dan oksigen perlu membawa sejumlah kecil air saat keluar dari sistem. Peralatan dengan konsumsi air rendah dapat mengonsumsi 1L/Nm³H2, sedangkan peralatan yang lebih besar dapat menguranginya menjadi 0,9L/Nm³H2. Sistem ini terus-menerus mengisi ulang air baku, yang dapat menjaga stabilitas tingkat dan konsentrasi cairan alkali. Sistem ini juga dapat mengisi ulang air hasil reaksi tepat waktu untuk menjaga konsentrasi larutan alkali.
- Sistem penyearah transformator
Sistem ini terutama terdiri dari dua perangkat, yaitu transformator dan kabinet penyearah. Fungsi utamanya adalah untuk mengubah daya AC 10/35KV yang disediakan oleh pemilik unit menjadi daya DC yang dibutuhkan oleh sel elektrolitik, dan memasok daya DC ke sel elektrolitik. Sebagian daya yang disuplai digunakan untuk menguraikan molekul air secara langsung menjadi hidrogen dan oksigen, dan bagian lainnya menghasilkan panas, yang dialirkan oleh pendingin alkali melalui air pendingin.
Sebagian besar transformator berjenis oli. Jika ditempatkan di dalam ruangan atau di dalam kontainer, transformator jenis kering dapat digunakan. Transformator yang digunakan untuk peralatan produksi hidrogen air elektrolitik adalah transformator khusus yang perlu disesuaikan dengan data setiap sel elektrolitik, sehingga merupakan peralatan yang dibuat khusus.
Saat ini, kabinet penyearah yang paling umum digunakan adalah tipe thyristor, yang didukung oleh produsen peralatan karena masa pakainya yang lama, stabilitas yang tinggi, dan harga yang rendah. Namun, karena kebutuhan untuk mengadaptasi peralatan skala besar ke energi terbarukan di tahap awal, efisiensi konversi kabinet penyearah thyristor relatif rendah. Saat ini, berbagai produsen kabinet penyearah berupaya untuk mengadopsi kabinet penyearah IGBT baru. IGBT sudah sangat umum di industri lain seperti tenaga angin, dan diyakini bahwa kabinet penyearah IGBT akan mengalami perkembangan yang signifikan di masa mendatang.
- Sistem kabinet distribusi
Kabinet distribusi terutama digunakan untuk memasok daya ke berbagai komponen dengan motor dalam sistem pemisahan dan pemurnian hidrogen-oksigen di belakang peralatan produksi hidrogen air elektrolitik, termasuk peralatan 400V atau yang biasa disebut 380V. Peralatan tersebut meliputi pompa sirkulasi alkali dalam kerangka pemisahan hidrogen-oksigen dan pompa air tambahan dalam sistem bantu; catu daya untuk kawat pemanas dalam sistem pengeringan dan pemurnian, serta sistem bantu yang dibutuhkan untuk seluruh sistem seperti mesin air murni, pendingin, kompresor udara, menara pendingin, dan kompresor hidrogen bagian belakang, mesin hidrogenasi, dll., juga termasuk catu daya untuk penerangan, pemantauan, dan sistem lain dari seluruh stasiun.
- Cpengantarsistem l
Sistem kontrol menerapkan kontrol otomatis PLC. PLC umumnya menggunakan Siemens 1200 atau 1500, dan dilengkapi dengan layar sentuh antarmuka interaksi manusia-mesin. Pengoperasian dan tampilan parameter setiap sistem peralatan serta tampilan logika kontrol diwujudkan pada layar sentuh.
5. Sistem sirkulasi larutan alkali
Sistem ini terutama mencakup peralatan utama berikut:
Pemisah hidrogen-oksigen – Pompa sirkulasi larutan alkali – Katup – Filter larutan alkali – Sel elektrolitik
Proses utamanya adalah sebagai berikut: larutan alkali yang dicampur dengan hidrogen dan oksigen dalam pemisah hidrogen-oksigen dipisahkan oleh pemisah gas-cair dan direfluks ke pompa sirkulasi larutan alkali. Pemisah hidrogen dan pemisah oksigen terhubung di sini, dan pompa sirkulasi larutan alkali mensirkulasikan larutan alkali yang telah direfluks ke katup dan filter larutan alkali di bagian belakang. Setelah filter menyaring kotoran berukuran besar, larutan alkali disirkulasikan ke bagian dalam sel elektrolitik.
6. Sistem hidrogen
Gas hidrogen dihasilkan dari sisi elektroda katoda dan mencapai separator bersama dengan sistem sirkulasi larutan alkali. Di dalam separator, gas hidrogen relatif ringan dan secara alami terpisah dari larutan alkali, mencapai bagian atas separator. Kemudian, gas tersebut melewati pipa untuk pemisahan lebih lanjut, didinginkan oleh air pendingin, dan dikumpulkan oleh penangkap tetesan untuk mencapai kemurnian sekitar 99% sebelum mencapai sistem pengeringan dan pemurnian bagian belakang.
Evakuasi: Evakuasi gas hidrogen terutama digunakan selama periode start-up dan shutdown, operasi abnormal, atau ketika kemurnian tidak memenuhi standar, serta untuk pemecahan masalah.
7. Sistem oksigen
Jalur pergerakan oksigen mirip dengan jalur pergerakan hidrogen, kecuali bahwa pergerakan oksigen dilakukan melalui pemisah yang berbeda.
Pengosongan: Saat ini, sebagian besar proyek menggunakan metode pengosongan oksigen.
Pemanfaatan: Nilai pemanfaatan oksigen hanya bermakna dalam proyek-proyek khusus, seperti aplikasi yang dapat menggunakan hidrogen dan oksigen dengan kemurnian tinggi, misalnya produsen serat optik. Terdapat juga beberapa proyek besar yang telah menyediakan ruang khusus untuk pemanfaatan oksigen. Skenario aplikasi di bagian belakang (backend) adalah untuk produksi oksigen cair setelah pengeringan dan pemurnian, atau untuk oksigen medis melalui sistem dispersi. Namun, ketepatan skenario pemanfaatan ini masih perlu dikonfirmasi lebih lanjut.
8. Sistem air pendingin
Proses elektrolisis air merupakan reaksi endotermik, dan proses produksi hidrogen harus disuplai dengan energi listrik. Namun, energi listrik yang dikonsumsi dalam proses elektrolisis air melebihi penyerapan panas teoritis dari reaksi elektrolisis air. Dengan kata lain, sebagian listrik yang digunakan dalam sel elektrolisis diubah menjadi panas, yang terutama digunakan untuk memanaskan sistem sirkulasi larutan alkali pada awalnya, menaikkan suhu larutan alkali ke kisaran suhu yang dibutuhkan yaitu 90 ± 5 ℃ untuk peralatan tersebut. Jika sel elektrolisis terus beroperasi setelah mencapai suhu nominal, panas yang dihasilkan perlu dialirkan oleh air pendingin untuk mempertahankan suhu normal zona reaksi elektrolisis. Suhu tinggi di zona reaksi elektrolisis dapat mengurangi konsumsi energi, tetapi jika suhunya terlalu tinggi, diafragma ruang elektrolisis akan rusak, yang juga akan merugikan pengoperasian peralatan dalam jangka panjang.
Suhu operasi optimal untuk perangkat ini harus dijaga tidak lebih dari 95 ℃. Selain itu, hidrogen dan oksigen yang dihasilkan juga perlu didinginkan dan dihilangkan kelembapannya, dan perangkat penyearah thyristor berpendingin air juga dilengkapi dengan saluran pendingin yang diperlukan.
Badan pompa pada peralatan besar juga membutuhkan bantuan air pendingin.
- Sistem pengisian nitrogen dan pembersihan nitrogen
Sebelum melakukan debugging dan pengoperasian perangkat, uji kekedapan nitrogen harus dilakukan pada sistem. Sebelum memulai pengoperasian normal, juga diperlukan untuk membersihkan fase gas sistem dengan nitrogen untuk memastikan bahwa gas di ruang fase gas di kedua sisi hidrogen dan oksigen jauh dari kisaran mudah terbakar dan meledak.
Setelah peralatan dimatikan, sistem kontrol akan secara otomatis mempertahankan tekanan dan menjaga sejumlah hidrogen dan oksigen di dalam sistem. Jika tekanan masih ada selama proses penyalaan, tidak perlu dilakukan tindakan pembersihan. Namun, jika tekanan benar-benar hilang, tindakan pembersihan nitrogen perlu dilakukan kembali.
- Sistem pengeringan (pemurnian) hidrogen (opsional)
Gas hidrogen yang dihasilkan dari elektrolisis air dihilangkan kelembapannya oleh pengering paralel, dan akhirnya dimurnikan oleh filter tabung nikel sinter untuk mendapatkan gas hidrogen kering. Sesuai dengan persyaratan pengguna untuk produk hidrogen, sistem dapat menambahkan perangkat pemurnian, yang menggunakan deoksigenasi katalitik bimetalik paladium platinum untuk pemurnian.
Hidrogen yang dihasilkan oleh unit produksi hidrogen elektrolisis air dikirim ke unit pemurnian hidrogen melalui tangki penyangga.
Gas hidrogen pertama-tama melewati menara deoksigenasi, dan di bawah pengaruh katalis, oksigen dalam gas hidrogen bereaksi dengan gas hidrogen untuk menghasilkan air.
Rumus reaksi: 2H2 + O2 → 2H2O.
Kemudian, gas hidrogen melewati kondensor hidrogen (yang mendinginkan gas untuk mengembunkan uap air menjadi air, yang secara otomatis dibuang ke luar sistem melalui kolektor) dan masuk ke menara adsorpsi.
Waktu posting: 03-Des-2024
