En el proceso de producción de hidrógeno de electrolizador alcalino, cómo hacer que el dispositivo funcione con un funcionamiento estable, además de la calidad del electrolizador en sí,en el que la cantidad de lejía en circulación de la configuración es también un factor de influencia importante.

Recientemente, en la reunión de intercambio de tecnología de producción de seguridad del Comité Profesional de Hidrógeno de la Asociación de Gas Industriales de China, Huang Li,Jefe del Programa de Operaciones y Mantenimiento de Hidrógeno por Electrolisis de Hidrógeno en Agua, compartió nuestra experiencia sobre el ajuste del volumen de circulación de hidrógeno y lejía en el proceso de prueba y operación y mantenimiento.

El siguiente es el documento original.

¿Qué quieres decir?

En el contexto de la estrategia nacional de doble carbono, Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd.,que se ha especializado en la producción de hidrógeno durante 25 años y fue el primero en involucrarse en el campo de la energía del hidrógeno, ha comenzado a expandir el desarrollo de la tecnología y el equipo de hidrógeno verde, incluido el diseño de corredores de tanques de electrólisis, fabricación de equipos, recubrimiento de electrodos,así como pruebas, operación y mantenimiento de los tanques de electrolización.

Uno.Principio de funcionamiento del electrolizador alcalino

Al pasar una corriente continua a través de un electrolizador lleno de electrolito, las moléculas de agua reaccionan electroquímicamente en los electrodos y se descomponen en hidrógeno y oxígeno.Para mejorar la conductividad del electrolito, el electrolito general es una solución acuosa con una concentración del 30% de hidróxido de potasio o del 25% de hidróxido de sodio.

El electrolizador está compuesto por varias células electrolíticas, cada cámara de electrolización está compuesta por un cátodo, un ánodo, un diafragma y un electrolito.La función principal del diafragma es prevenir la permeabilidad de los gasesEn la parte inferior del electrolizador hay una entrada y salida comunes, la parte superior de la mezcla de gas-líquido de canal de flujo alcalino y oxiloalcalino.Pasado a un cierto voltaje de corriente continua, cuando el voltaje excede el voltaje teórico de descomposición del agua de 1,23 V y el voltaje térmico neutro de 1,48 V por encima de un cierto valor, se produce una reacción redox entre el electrodo y la interfaz del líquido,el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno.

Dos: Cómo circula la lejía

1️️Ciclo mixto de hidrógeno y oxígeno

En esta forma de circulación, la lejía entra en la bomba de circulación de lejía a través del tubo de conexión en la parte inferior del separador de hidrógeno y el separador de oxígeno,y luego entra en las cámaras de cátodo y ánodo del electrolizador después de enfriar y filtrarLas ventajas de la circulación mixta son la estructura sencilla, el proceso corto, el bajo coste y pueden asegurar el mismo tamaño de circulación de lejía en las cámaras de cátodo y ánodo del electrolizador.la desventaja es que por un lado, puede afectar a la pureza del hidrógeno y del oxígeno y, por otra parte, puede provocar que el nivel del separador hidrógeno-oxígeno no esté regulado,que pueden dar lugar a un mayor riesgo de mezcla de hidrógeno y oxígenoEn la actualidad, el lado hidrógeno-oxígeno del ciclo de mezcla de lejía es el proceso más común.

2️️Circulación separada del hidrógeno y del oxígeno

Esta forma de circulación requiere dos bombas de circulación de lejía, es decir, dos circulaciones internas.se enfría y se filtra, y luego entra en la cámara catódica del electrolizador; la lejía en la parte inferior del separador de oxígeno pasa a través de la bomba de circulación del lado del oxígeno, se enfría y se filtra,y luego entra en la cámara de ánodo del electrolizadorLa ventaja de la circulación independiente de la lejía es que el hidrógeno y el oxígeno producidos por la electrólisis son de alta pureza, evitando físicamente el riesgo de mezclar el separador de hidrógeno y oxígeno.la desventaja es que la estructura y el proceso son complicados y costosos, y también es necesario garantizar la coherencia del caudal, la cabeza, la potencia y otros parámetros de las bombas en ambos lados, lo que aumenta la complejidad de la operación,y plantea el requisito de controlar la estabilidad de ambos lados del sistema.

3 Influencia del caudal circulante de la lejía en la producción de hidrógeno por agua electrolítica y en las condiciones de trabajo del electrolizador

1️️Circulación excesiva de lejía

(1)Efectos sobre la pureza del hidrógeno y del oxígeno

Debido a que el hidrógeno y el oxígeno tienen una cierta solubilidad en la lejía,el volumen de circulación es demasiado grande para que la cantidad total de hidrógeno y oxígeno disuelto aumente y entre en cada cámara con la lejía, lo que reduce la pureza del hidrógeno y del oxígeno en la salida del electrolizador;el volumen de circulación es demasiado grande para que el tiempo de retención del separador líquido de hidrógeno y oxígeno sea demasiado corto, y el gas que no ha sido completamente separado se devuelve al interior del electrolizador con la lejía,que afecta a la eficiencia de la reacción electroquímica del electrolizador y a la pureza del hidrógeno y del oxígenoEsto afectará a la eficiencia de la reacción electroquímica en el electrolizador y a la pureza del hidrógeno y del oxígeno.y afectan aún más a la capacidad de los equipos de purificación de hidrógeno y oxígeno para deshidrogenar y desoxigenar, lo que resulta en un efecto deficiente de la purificación del hidrógeno y del oxígeno y afecta a la calidad de los productos.

(2) Efectos sobre la temperatura del tanque

En la condición de que la temperatura de salida del refrigerador de lejía permanezca sin cambios, un flujo de lejía excesivo quitará más calor del electrolizador,causando que la temperatura del tanque baje y la potencia aumente.

(3)Efectos sobre la corriente y el voltaje

La circulación excesiva de lejía afectará a la estabilidad de la corriente y el voltaje.causando que la corriente y el voltaje no se estabilicen fácilmente, causando fluctuaciones en el estado de funcionamiento del gabinete del rectificador y del transformador, y afectando así a la producción y calidad del hidrógeno.

(4)Aumento del consumo de energía

La circulación excesiva de lejía también puede conducir a un aumento del consumo de energía, a un aumento de los costes operativos y a una reducción de la eficiencia energética del sistema.Principalmente en el aumento del sistema de circulación interna de agua de refrigeración auxiliar y la circulación externa de aerosoles y ventiladores, carga de agua refrigerada, etc., por lo que el consumo de energía aumenta, el consumo total de energía aumenta.

(5) Causa falla del equipo

La circulación excesiva de lejía aumenta la carga de la bomba de circulación de lejía, lo que corresponde a un aumento del caudal, la presión y las fluctuaciones de temperatura en el electrolizador,que a su vez afecta a los electrodos, los diafragmas y juntas dentro del electrolizador, lo que puede conducir a mal funcionamiento o daños del equipo, y un aumento de la carga de trabajo para el mantenimiento y la reparación.

2️️Circulación de leche demasiado pequeña

(1)Efectos sobre la temperatura del tanque

Cuando el volumen circulante de lejía es insuficiente, el calor del electrolizador no puede ser eliminado a tiempo, lo que resulta en un aumento de la temperatura.El ambiente de alta temperatura hace que la presión de vapor saturado del agua en la fase gaseosa aumente y el contenido de agua aumenteSi el agua no puede condensarse lo suficiente, aumentará la carga del sistema de depuración y afectará al efecto de depuración.y también afectará el efecto y la vida útil del catalizador y el adsorbente.

(2)Efectos en la vida útil del diafragma

El ambiente de alta temperatura continua acelerará el envejecimiento del diafragma, hará que su rendimiento disminuya o incluso se rompa,fácil de causar el diafragma en ambos lados del hidrógeno y el oxígeno permeabilidad mutuaCuando la infiltración mutua se acerca al límite inferior de la explosión de modo que la probabilidad de peligro del electrolizador aumenta en gran medida.la temperatura alta continua también causará daños por fugas en la junta de sellado, acortando su vida útil.

(3)Efectos en los electrodos

Si la cantidad de lejía en circulación es demasiado pequeña, el gas producido no puede salir rápidamente del centro activo del electrodo y la eficiencia de la electrólisis se ve afectada.si el electrodo no puede entrar en contacto completo con la lejía para llevar a cabo la reacción electroquímica, se producirá una anormalidad de descarga parcial y una quema en seco, acelerando la descarga del catalizador en el electrodo.

(4) Efecto sobre el voltaje de la celda

La cantidad de lejía que circula es demasiado pequeña, porque las burbujas de hidrógeno y oxígeno generadas en el centro activo del electrodo no se pueden retirar a tiempo,y la cantidad de gases disueltos en el electrolito aumenta, causando un aumento en el voltaje de la cámara pequeña y un aumento en el consumo de energía.

Cuatro métodos para determinar el caudal óptimo de circulación de la lejía

Para resolver los problemas anteriores, es necesario tomar las medidas correspondientes, como el control regular del sistema de circulación de la lejía para garantizar su funcionamiento normal;mantener buenas condiciones de disipación de calor alrededor del electrolizador; y ajustando los parámetros de funcionamiento del electrolizador, si es necesario, para evitar la aparición de un volumen de circulación de lejía demasiado grande o demasiado pequeño.

El caudal óptimo de circulación de la lejía debe determinarse en función de los parámetros técnicos específicos del electrolizador, como el tamaño del electrolizador, el número de cámaras, la presión de funcionamiento,temperatura de reacción, generación de calor, concentración de lejía, enfriador de lejía, separador hidrógeno-oxígeno, densidad de corriente, pureza del gas y otros requisitos, equipo y durabilidad de las tuberías y otros factores.

Parámetros técnicos Dimensiones

dimensiones 4800x2240x2281 mm

peso total 40700Kg

Tamaño efectivo de la cámara 1830, Número de cámaras 238

Densidad de corriente del electrolizador 5000 A/m2

presión de funcionamiento de 1,6 MPa

temperatura de reacción 90°C±5°C

Conjunto único de producto electrolizador de hidrógeno volumen 1300Nm3/h

El oxígeno del producto 650Nm3/h

corriente continua n13100A、voltado dc 480V

El sistema de refrigeración de litio Φ700x4244mm

superficie de intercambio de calor de 88,2 m2

Separador de hidrógeno y oxígeno Φ1300x3916mm

separador de oxígeno Φ1300x3916mm

Concentración de la solución de hidróxido de potasio 30%

Valor de resistencia al agua pura > 5 MΩ·cm

Relación entre solución de hidróxido de potasio y electrolizador:

Hacer que el agua pura sea conductiva, sacar hidrógeno y oxígeno y alejar el calor.El flujo de agua de enfriamiento se utiliza para controlar la temperatura de la lejía para que la temperatura de la reacción del electrolizador sea relativamente estable, and the heat generation of the electrolyzer and the cooling water flow are used to match the heat balance of the system to achieve the best working condition and the most energy-saving operating parameters.

Basado en las operaciones reales:

Control del volumen de circulación de Lye a 60 m3/h,

El flujo de agua de enfriamiento se abre a alrededor del 95%,

La temperatura de reacción del electrolizador se controla a 90 °C a plena carga.

El consumo óptimo de energía del electrolizador de corriente continua es de 4,56 kWh/Nm3H2.

- ¿ Qué?resumen

En resumen, el volumen de circulación de la lejía es un parámetro importante en el proceso de producción de hidrógeno por electrólisis de agua, que está relacionado con la pureza del gas, el voltaje de la cámara,temperatura del electrolizador y otros parámetrosEs conveniente controlar el volumen de circulación de la lejía en el tanque a una velocidad de 2 a 4 veces/h/min.garantiza el funcionamiento estable y seguro de los equipos de producción de hidrógeno por electrólisis de agua durante un largo período de tiempo..

En el proceso de producción de hidrógeno por electrólisis hídrica en un electrolizador alcalino, optimización de los parámetros de condiciones de trabajo y diseño del corredor del electrolizador,La combinación con el material del electrodo y la selección del material del diafragma son la clave para aumentar la corriente, reducir el voltaje del tanque y ahorrar consumo de energía.

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