Qələvi Elektrolizatorda Hidrogen və Qələvi Dövranı Su Elektroliz Hidrogen İstehsal Prosesi

Qələvi elektrolizator hidrogen istehsal prosesində, elektrolizatorun özünün keyfiyyətinə əlavə olaraq cihazın sabit işləməsini necə təmin etmək olar, burada qəbulun qələvi dövranının miqdarı da mühüm təsir amilidir.

Bu yaxınlarda Çin Sənaye Qazları Assosiasiyasının Hidrogen Peşəkar Komitəsinin Təhlükəsizlik İstehsal Texnologiyaları Mübadiləsi Görüşündə Hidrogen Su Elektroliz Hidrogen İstismarı və Texniki Baxımı Proqramının rəhbəri Huang Li, faktiki sınaq, istismar və texniki xidmət prosesində hidrogen və qələvi dövriyyəsi həcminin təyin edilməsi ilə bağlı təcrübəmizi bölüşdü.

Aşağıdakı orijinal sənəddir.

———————

Milli ikili karbon strategiyası fonunda, 25 ildir hidrogen istehsalında ixtisaslaşmış və hidrogen enerjisi sahəsində ilk iştirak edən Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd., elektroliz çəninin ötürücülərinin dizaynı, avadanlıq istehsalı, elektrod örtüyü, eləcə də elektroliz çəninin sınaqdan keçirilməsi, istismarı və texniki xidməti daxil olmaqla, yaşıl hidrogen texnologiyası və avadanlıqlarının inkişafını genişləndirməyə başlayıb.

BirQələvi Elektrolizatorun İş Prinsipi

Elektrolitlə doldurulmuş elektrolizatordan sabit cərəyan keçirməklə, su molekulları elektrodlarda elektrokimyəvi reaksiyaya girir və hidrogen və oksigenə parçalanır. Elektrolitin keçiriciliyini artırmaq üçün ümumi elektrolit 30% kalium hidroksid və ya 25% natrium hidroksid konsentrasiyası olan sulu məhluldur.

Elektrolizator bir neçə elektrolitik elementdən ibarətdir. Hər bir elektroliz kamerası katod, anod, diafraqma və elektrolitdən ibarətdir. Diafraqmanın əsas funksiyası qazın sızmasının qarşısını almaqdır. Elektrolizatorun aşağı hissəsində ümumi giriş və çıxış, yuxarı hissəsində isə qaz-maye qarışığı qələvi və oksi-qələvi axın kanalı yerləşir. Müəyyən bir gərginliyə birbaşa cərəyan ötürülür, gərginlik nəzəri parçalanma gərginliyini 1,23v və termal neytral gərginliyi 1,48V-dən çox olduqda, elektrod və maye sərhədi arasında redoks reaksiyası baş verir, su hidrogen və oksigenə parçalanır.

İki Qələvi necə dövran edir

1️⃣Hidrogen, Oksigen Yan Qələvi Qarışıq Dövr

Bu dövriyyə formasında qələvi hidrogen ayırıcısının və oksigen ayırıcısının altındakı birləşdirici boru vasitəsilə qələvi dövriyyə nasosuna daxil olur və sonra soyuduqdan və süzdükdən sonra elektrolizatorun katod və anod kameralarına daxil olur. Qarışıq dövriyyənin üstünlükləri sadə quruluş, qısa proses, aşağı qiymət və elektrolizatorun katod və anod kameralarına eyni ölçülü qələvi dövranını təmin edə bilməsidir; mənfi cəhəti odur ki, bir tərəfdən hidrogen və oksigenin saflığına təsir göstərə bilər, digər tərəfdən isə hidrogen-oksigen ayırıcısının səviyyəsinin tənzimlənməməsinə səbəb ola bilər ki, bu da hidrogen-oksigen qarışığı riskinin artmasına səbəb ola bilər. Hazırda qələvi qarışdırma dövrünün hidrogen-oksigen tərəfi ən çox yayılmış prosesdir.

2️⃣Hidrogen və oksigen yan qələvisinin ayrı dövranı

Bu dövriyyə forması iki qələvi dövriyyə nasosu, yəni iki daxili dövriyyə tələb edir. Hidrogen ayırıcısının altındakı qələvi hidrogen tərəfindəki dövriyyə nasosundan keçir, soyudulur və süzülür, sonra elektrolizatorun katod kamerasına daxil olur; oksigen ayırıcısının altındakı qələvi oksigen tərəfindəki dövriyyə nasosundan keçir, soyudulur və süzülür, sonra elektrolizatorun anod kamerasına daxil olur. Qələvinin müstəqil dövriyyəsinin üstünlüyü ondan ibarətdir ki, elektroliz yolu ilə istehsal olunan hidrogen və oksigen yüksək təmizliyə malikdir və hidrogen və oksigen ayırıcısını qarışdırmaq riskini fiziki olaraq aradan qaldırır; mənfi cəhəti isə strukturun və prosesin mürəkkəb və baha başa gəlməsidir, həmçinin hər iki tərəfdəki nasosların axın sürətinin, təzyiqinin, gücünün və digər parametrlərinin ardıcıllığını təmin etmək lazımdır ki, bu da əməliyyatın mürəkkəbliyini artırır və sistemin hər iki tərəfinin sabitliyinə nəzarət tələbini irəli sürür.

Elektrolitik su ilə hidrogen istehsalına qələvi dövranının axın sürətinin və elektrolizatorun iş vəziyyətinin üç təsiri

1️⃣Qəvanın həddindən artıq dövranı

(1) Hidrogen və oksigen saflığına təsiri

Hidrogen və oksigen qələvidə müəyyən bir həllolma qabiliyyətinə malik olduğundan, dövran həcmi çox böyük olduğundan, həll olmuş hidrogen və oksigenin ümumi miqdarı artaraq qələvi ilə hər kameraya daxil olur ki, bu da elektrolizatorun çıxışında hidrogen və oksigenin saflığının azalmasına səbəb olur; dövran həcmi çox böyük olduğundan, hidrogen və oksigen maye ayırıcısının saxlama müddəti çox qısa olur və tamamilə ayrılmamış qaz qələvi ilə birlikdə elektrolizatorun içinə geri gətirilir ki, bu da elektrolizatorun elektrokimyəvi reaksiyasının səmərəliliyinə və hidrogen və oksigenin saflığına təsir göstərir və bundan əlavə, bu, elektrolizatorda elektrokimyəvi reaksiyanın səmərəliliyinə və hidrogen və oksigenin saflığına təsir edəcək və hidrogen və oksigen təmizləyici avadanlıqların dehidrogenləşmə və deoksigenləşmə qabiliyyətinə daha da təsir göstərəcək ki, bu da hidrogen və oksigen təmizlənməsinin zəif təsirinə və məhsulların keyfiyyətinə təsir göstərəcək.

（2） Çən temperaturuna təsir

Qələvi soyuducusunun çıxış temperaturu dəyişməz qaldığı təqdirdə, həddindən artıq qələvi axını elektrolizatordan daha çox istilik alacaq və bu da çənin temperaturunun düşməsinə və gücün artmasına səbəb olacaq.

（3）Cərəyan və gərginliyə təsir

Qələvi maddəsinin həddindən artıq dövranı cərəyan və gərginliyin sabitliyinə təsir edəcək. Həddindən artıq maye axını cərəyan və gərginliyin normal dalğalanmasına mane olacaq, cərəyan və gərginliyin asanlıqla sabitləşməməsinə səbəb olacaq, düzəldici korpusun və transformatorun iş vəziyyətində dalğalanmalara səbəb olacaq və beləliklə, hidrogenin istehsalına və keyfiyyətinə təsir göstərəcək.

(4) Enerji istehlakının artması

Həddindən artıq qələvi dövranı enerji istehlakının artmasına, əməliyyat xərclərinin artmasına və sistemin enerji səmərəliliyinin azalmasına səbəb ola bilər. Əsasən köməkçi soyutma suyunun daxili dövriyyəsi və xarici dövriyyə spreyi və ventilyatorunun, soyudulmuş suyun yükünün və s. artması nəticəsində enerji istehlakı artdıqca ümumi enerji istehlakı da artır.

（5）Avadanlığın sıradan çıxmasına səbəb olur

Həddindən artıq qələvi dövranı qələvi dövranı nasosundakı yükü artırır ki, bu da elektrolizatorda artan axın sürətinə, təzyiqə və temperatur dalğalanmalarına uyğun gəlir ki, bu da öz növbəsində elektrolizatorun içərisindəki elektrodlara, diafraqmalara və contalara təsir göstərir ki, bu da avadanlığın nasazlığına və ya zədələnməsinə, eləcə də texniki xidmət və təmir iş yükünün artmasına səbəb ola bilər.

2️⃣Qəbir qan dövranı çox zəifdir

（1） Çən temperaturuna təsir

Qələvi dövriyyə həcmi kifayət etmədikdə, elektrolizatordakı istilik vaxtında götürülə bilmir və bu da temperaturun artmasına səbəb olur. Yüksək temperatur mühiti qaz fazasında suyun doymuş buxar təzyiqini artırır və suyun tərkibini artırır. Su kifayət qədər kondensasiya edilə bilmədikdə, bu, təmizləyici sistemin yükünü artıracaq və təmizləyici təsirə təsir edəcək, həmçinin katalizator və adsorbentin təsirinə və ömrünə təsir edəcək.

（2）Diafraqmanın ömrünə təsiri

Davamlı yüksək temperatur mühiti diafraqmanın yaşlanmasını sürətləndirəcək, onun performansının azalmasına və ya hətta yırtılmasına səbəb olacaq, diafraqmanın hər iki tərəfində hidrogen və oksigen qarşılıqlı keçiriciliyinə səbəb ola bilər və hidrogen və oksigenin saflığına təsir göstərir. Qarşılıqlı infiltrasiya partlayışın aşağı həddinə yaxınlaşdıqda elektrolizator təhlükəsi ehtimalı xeyli artır. Eyni zamanda, davamlı yüksək temperatur da mühürleme contasına sızma ziyanına səbəb olacaq və onun xidmət müddətini qısaldır.

（3）Elektrodlara təsir

Əgər dövran edən qələvi miqdarı çox azdırsa, istehsal olunan qaz elektrodun aktiv mərkəzindən tez bir zamanda çıxa bilmir və elektroliz səmərəliliyinə təsir göstərir; elektrod elektrokimyəvi reaksiya aparmaq üçün qələvi ilə tam təmasda ola bilmirsə, qismən boşalma anormallığı və quru yanma baş verəcək və katalizatorun elektrod üzərində tökülməsini sürətləndirəcək.

（4）Element gərginliyinə təsiri

Elektrodun aktiv mərkəzində əmələ gələn hidrogen və oksigen qabarcıqları vaxtında təmizlənə bilmədiyi və elektrolitdə həll olmuş qazların miqdarının artması səbəbindən dövran edən qələvi miqdarı çox azdır, bu da kiçik kameranın gərginliyinin artmasına və enerji istehlakının artmasına səbəb olur.

Optimal qələvi dövranı axını sürətini təyin etmək üçün dörd üsul

Yuxarıda göstərilən problemləri həll etmək üçün müvafiq tədbirlər görmək lazımdır, məsələn, qələvi dövranı sisteminin normal işləməsini təmin etmək üçün onu müntəzəm olaraq yoxlamaq; elektrolizatorun ətrafında yaxşı istilik yayılma şəraitini qorumaq; və lazım olduqda, çox böyük və ya çox kiçik həcmdə qələvi dövranının baş verməsinin qarşısını almaq üçün elektrolizatorun iş parametrlərini tənzimləmək.

Optimal qələvi dövranının axın sürəti elektrolizatorun ölçüsü, kameraların sayı, işləmə təzyiqi, reaksiya temperaturu, istilik əmələ gəlməsi, qələvi konsentrasiyası, qələvi soyuducusu, hidrogen-oksigen ayırıcısı, cərəyan sıxlığı, qaz təmizliyi və digər tələblər, avadanlıq və boru kəmərlərinin davamlılığı və digər amillər kimi spesifik elektrolizator texniki parametrlərinə əsasən müəyyən edilməlidir.

Texniki Parametrlər Ölçülər：

ölçülər 4800x2240x2281mm

ümumi çəki 40700 kq

Effektiv kamera ölçüsü 1830, Kameraların sayı 238

Elektrolizator cərəyan sıxlığı 5000A/m²

İş təzyiqi 1.6Mpa

reaksiya temperaturu 90℃±5℃

Elektrolizator məhsulunun tək dəsti hidrogen həcmi 1300Nm³/saat

Məhsul Oksigen 650Nm³/saat

birbaşa cərəyan n13100A, dc gərginliyi 480V

Qələvi Soyuducu Φ700x4244mm

istilik mübadiləsi sahəsi 88.2m²

Hidrogen və oksigen ayırıcı Φ1300x3916mm

oksigen ayırıcı Φ1300x3916mm

Kalium hidroksid məhlulunun konsentrasiyası 30%

Təmiz suya davamlılıq dəyəri >5MΩ·cm

Kalium hidroksid məhlulu ilə elektrolizator arasındakı əlaqə:

Təmiz suyu keçirici hala gətirin, hidrogen və oksigen çıxarın və istiliyi götürün. Soyutma suyu axını qələvi temperaturunu idarə etmək üçün istifadə olunur ki, elektrolizator reaksiyasının temperaturu nisbətən sabit olsun və elektrolizatorun istilik əmələ gəlməsi və soyutma suyu axını sistemin istilik balansını uyğunlaşdırmaq üçün istifadə olunur ki, ən yaxşı iş şəraitinə və ən çox enerjiyə qənaət edən iş parametrlərinə nail olun.

Faktiki əməliyyatlara əsasən:

Qələvi dövranının həcminə nəzarət 60 m³/saat

Soyuducu su axını təxminən 95% -də açılır

Elektrolizatorun reaksiya temperaturu tam yükdə 90°C-də idarə olunur

Optimal vəziyyətdə elektrolizatorun DC enerji istehlakı 4.56 kVt/saat/Nm³H₂-dir.

Beşümumiləşdirmək

Xülasə, qələvi dövranının həcmi su elektrolizi ilə hidrogen istehsalı prosesində vacib bir parametrdir və bu, qazın təmizliyi, kamera gərginliyi, elektrolizatorun temperaturu və digər parametrlərlə əlaqədardır. Çəndə qələvi dəyişdirilməsinin 2-4 dəfə/saat/dəq sürətində dövran həcminə nəzarət etmək məqsədəuyğundur. Qələvi dövranının həcmini effektiv şəkildə idarə etməklə, su elektrolizi hidrogen istehsalı avadanlığının uzun müddət sabit və təhlükəsiz işləməsini təmin edir.

Qələvi elektrolizatorda su elektrolizi ilə hidrogen istehsalı prosesində, iş şəraiti parametrlərinin optimallaşdırılması və elektrolizatorun axıcı dizaynı, elektrod materialı və diafraqma materialının seçilməsi ilə birlikdə cərəyanı artırmaq, çən gərginliyini azaltmaq və enerji istehlakına qənaət etmək üçün əsas amillərdir.

——Bizimlə Əlaqə——

Tel: +86 028 6259 0080

Faks: +86 028 6259 0100

E-mail: tech@allygas.com