Nel processo di produzione di idrogeno tramite elettrolizzatore alcalino, come rendere stabile il funzionamento del dispositivo, oltre alla qualità dell'elettrolizzatore stesso, anche la quantità di circolazione della liscivia impostata è un fattore importante.

Recentemente, all'incontro di scambio tecnologico sulla sicurezza della produzione del Comitato Professionale sull'Idrogeno dell'Associazione Cinese dei Gas Industriali, Huang Li, il responsabile del Programma di Funzionamento e Manutenzione dell'Idrogeno per Elettrolisi dell'Acqua, ha condiviso la nostra esperienza sull'impostazione del volume di circolazione dell'idrogeno e della liscivia nel processo di test e funzionamento e manutenzione effettivi.

Di seguito è riportato il documento originale.

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Sullo sfondo della strategia nazionale a doppio carbonio, Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, specializzata nella produzione di idrogeno da 25 anni e la prima a entrare nel campo dell'energia dell'idrogeno, ha iniziato a espandere lo sviluppo della tecnologia e delle apparecchiature per l'idrogeno verde, tra cui la progettazione dei condotti dell'elettrolizzatore, la fabbricazione delle apparecchiature, la placcatura degli elettrodi, nonché i test e il funzionamento e la manutenzione dell'elettrolizzatore.

UnoPrincipio di funzionamento dell'elettrolizzatore alcalino

Facendo passare una corrente continua attraverso un elettrolizzatore riempito di elettrolita, le molecole d'acqua reagiscono elettrochimicamente sugli elettrodi e si decompongono in idrogeno e ossigeno. Per migliorare la conduttività dell'elettrolita, l'elettrolita generale è una soluzione acquosa con una concentrazione del 30% di idrossido di potassio o del 25% di idrossido di sodio.

L'elettrolizzatore è costituito da diverse celle elettrolitiche. Ogni camera di elettrolisi è costituita da catodo, anodo, diaframma ed elettrolita. La funzione principale del diaframma è quella di impedire la permeazione dei gas. Nella parte inferiore dell'elettrolizzatore c'è un ingresso e un'uscita comuni, la parte superiore della miscela gas-liquido di canale di flusso alcalino e ossi-alcalino. Passata una certa tensione di corrente continua, quando la tensione supera la tensione di decomposizione teorica dell'acqua di 1,23 V e la tensione termica neutra di 1,48 V al di sopra di un certo valore, si verifica la reazione redox interfacciale dell'elettrodo e del liquido, l'acqua si decompone in idrogeno e ossigeno.

Due Come viene fatta circolare la liscivia

1️⃣Ciclo misto liscivia lato idrogeno, ossigeno

In questa forma di circolazione, la liscivia entra nella pompa di circolazione della liscivia attraverso il tubo di collegamento nella parte inferiore del separatore di idrogeno e del separatore di ossigeno, e poi entra nelle camere catodiche e anodiche dell'elettrolizzatore dopo il raffreddamento e la filtrazione. I vantaggi della circolazione mista sono la struttura semplice, il processo breve, il basso costo e possono garantire le stesse dimensioni della circolazione della liscivia nelle camere catodiche e anodiche dell'elettrolizzatore; lo svantaggio è che da un lato può influire sulla purezza dell'idrogeno e dell'ossigeno e, dall'altro, può causare la perdita di regolazione del livello del separatore idrogeno-ossigeno, il che può comportare un aumento del rischio di miscelazione idrogeno-ossigeno. Attualmente, il ciclo di miscelazione della liscivia sul lato idrogeno-ossigeno è il processo più comune.

2️⃣Circolazione separata della liscivia lato idrogeno e ossigeno

Questa forma di circolazione richiede due pompe di circolazione della liscivia, ovvero due circolazioni interne. La liscivia nella parte inferiore del separatore di idrogeno passa attraverso la pompa di circolazione lato idrogeno, viene raffreddata e filtrata, e poi entra nella camera catodica dell'elettrolizzatore; la liscivia nella parte inferiore del separatore di ossigeno passa attraverso la pompa di circolazione lato ossigeno, viene raffreddata e filtrata, e poi entra nella camera anodica dell'elettrolizzatore. Il vantaggio della circolazione indipendente della liscivia è che l'idrogeno e l'ossigeno prodotti dall'elettrolisi sono di elevata purezza, evitando fisicamente il rischio di miscelazione del separatore idrogeno-ossigeno; lo svantaggio è che la struttura e il processo sono complicati e costosi, ed è anche necessario garantire la coerenza della portata, della prevalenza, della potenza e di altri parametri delle pompe su entrambi i lati, il che aumenta la complessità del funzionamento e pone il requisito di controllare la stabilità di entrambi i lati del sistema.

Tre Influenza della portata di circolazione della liscivia sulla produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua e condizione di lavoro dell'elettrolizzatore

1️⃣Circolazione eccessiva della liscivia

（1）Effetto sulla purezza dell'idrogeno e dell'ossigeno

Poiché l'idrogeno e l'ossigeno hanno una certa solubilità nella liscivia, il volume di circolazione è troppo grande in modo che la quantità totale di idrogeno e ossigeno disciolti aumenti ed entri in ogni camera con la liscivia, il che fa sì che la purezza dell'idrogeno e dell'ossigeno si riduca nell'uscita dell'elettrolizzatore; il volume di circolazione è troppo grande in modo che il tempo di ritenzione del separatore di liquido idrogeno e ossigeno sia troppo breve e il gas che non è stato completamente separato venga riportato all'interno dell'elettrolizzatore con la liscivia, il che influisce sull'efficienza della reazione elettrochimica dell'elettrolizzatore e sulla purezza dell'idrogeno e dell'ossigeno, e ulteriormente ciò influirà sull'efficienza della reazione elettrochimica nell'elettrolizzatore e sulla purezza dell'idrogeno e dell'ossigeno, e influirà ulteriormente sulla capacità delle apparecchiature di purificazione dell'idrogeno e dell'ossigeno di deidrogenare e deossigenare, con conseguente scarso effetto della purificazione dell'idrogeno e dell'ossigeno e che influisce sulla qualità dei prodotti.

（2） Effetto sulla temperatura del serbatoio

Nella condizione in cui la temperatura di uscita del refrigeratore di liscivia rimane invariata, un flusso di liscivia troppo elevato sottrarrà più calore dall'elettrolizzatore, causando l'abbassamento della temperatura del serbatoio e l'aumento della potenza.

（3）Effetto sulla corrente e sulla tensione

Una circolazione eccessiva della liscivia influirà sulla stabilità della corrente e della tensione. Un flusso di liquido eccessivo interferirà con la normale fluttuazione della corrente e della tensione, causando la difficoltà di stabilizzazione della corrente e della tensione, causando fluttuazioni nelle condizioni di lavoro del quadro elettrico e del trasformatore, e quindi influendo sulla produzione e sulla qualità dell'idrogeno.

（4）Aumento del consumo di energia

Una circolazione eccessiva della liscivia può anche portare a un aumento del consumo di energia, a un aumento dei costi operativi e a una riduzione dell'efficienza energetica del sistema. Principalmente nell'aumento del sistema di circolazione interna dell'acqua di raffreddamento ausiliaria e dello spruzzo e della ventola di circolazione esterna, del carico di acqua refrigerata, ecc., in modo che il consumo di energia aumenti, il consumo totale di energia aumenti.

（5）Causa di guasto dell'apparecchiatura

Una circolazione eccessiva della liscivia aumenta il carico sulla pompa di circolazione della liscivia, che corrisponde a un aumento della portata, della pressione e delle fluttuazioni di temperatura nell'elettrolizzatore, che a sua volta influisce sugli elettrodi, sui diaframmi e sulle guarnizioni all'interno dell'elettrolizzatore, il che può portare a malfunzionamenti o danni alle apparecchiature e a un aumento del carico di lavoro per la manutenzione e la riparazione.

2️⃣Circolazione della liscivia troppo piccola

（1）Effetto sulla temperatura del serbatoio

Quando il volume di circolazione della liscivia è insufficiente, il calore nell'elettrolizzatore non può essere rimosso in tempo, con conseguente aumento della temperatura. L'ambiente ad alta temperatura fa aumentare la pressione di vapore saturo dell'acqua nella fase gassosa e aumentare il contenuto di acqua. Se l'acqua non può essere condensata sufficientemente, aumenterà l'onere del sistema di purificazione e influirà sull'effetto di purificazione, e influirà anche sull'effetto e sulla durata del catalizzatore e dell'assorbente.

（2）Impatto sulla durata del diaframma

L'ambiente ad alta temperatura continuo accelererà l'invecchiamento del diaframma, ne ridurrà le prestazioni o addirittura lo romperà, facile da causare la permeabilità reciproca del diaframma su entrambi i lati dell'idrogeno e dell'ossigeno, influenzando la purezza dell'idrogeno e dell'ossigeno. Quando l'infiltrazione reciproca si avvicina al limite inferiore dell'esplosione, la probabilità di pericolo dell'elettrolizzatore aumenta notevolmente. Allo stesso tempo, l'alta temperatura continua causerà anche danni da perdita alla guarnizione di tenuta, riducendone la durata.

（3）Effetto sugli elettrodi

Se la quantità di circolazione della liscivia è troppo piccola, il gas prodotto non può lasciare rapidamente il centro attivo dell'elettrodo e l'efficienza di elettrolisi è influenzata; se l'elettrodo non può entrare completamente in contatto con la liscivia per eseguire la reazione elettrochimica, si verificheranno anomalie di scarica parziale e bruciatura a secco, accelerando il distacco del catalizzatore sull'elettrodo.

（4 ）Effetto sulla tensione della cella

La quantità di liscivia in circolazione è troppo piccola, perché le bolle di idrogeno e ossigeno generate nel centro attivo dell'elettrodo non possono essere rimosse in tempo e la quantità di gas disciolti nell'elettrolita aumenta, causando un aumento della tensione della piccola camera e un aumento del consumo di energia.

Quattro Metodi per determinare la portata ottimale di circolazione della liscivia

Per risolvere i problemi di cui sopra, è necessario adottare misure corrispondenti, come controllare regolarmente il sistema di circolazione della liscivia per garantirne il normale funzionamento; mantenere buone condizioni di dissipazione del calore intorno all'elettrolizzatore; e regolare i parametri operativi dell'elettrolizzatore, se necessario, al fine di evitare il verificarsi di un volume di circolazione della liscivia troppo grande o troppo piccolo.

La portata ottimale di circolazione della liscivia deve essere determinata in base a specifici parametri tecnici dell'elettrolizzatore, come le dimensioni dell'elettrolizzatore, il numero di camere, la pressione di esercizio, la temperatura di reazione, la generazione di calore, la concentrazione della liscivia, il refrigeratore di liscivia, il separatore idrogeno-ossigeno, la densità di corrente, la purezza del gas e altri requisiti, la durata delle apparecchiature e delle tubazioni e altri fattori.

Dimensioni dei parametri tecnici：

dimensioni 4800x2240x2281mm

peso totale 40700Kg

Dimensione effettiva della camera 1830、Numero di camere 238个

Densità di corrente dell'elettrolizzatore 5000A/m²

pressione di esercizio 1,6 Mpa

temperatura di reazione 90℃±5℃

Singolo set di volume di idrogeno del prodotto dell'elettrolizzatore 1300Nm³/h

Ossigeno del prodotto 650Nm³/h

corrente continua n13100A、tensione cc 480V

Refrigeratore di liscivia Φ700x4244mm

area di scambio termico 88,2 m²

Separatore di idrogeno e ossigeno Φ1300x3916mm

separatore di ossigeno Φ1300x3916mm

Concentrazione della soluzione di idrossido di potassio 30%

Valore di resistenza dell'acqua pura >5MΩ·cm

Relazione tra la soluzione di idrossido di potassio e l'elettrolizzatore：

Rendere l'acqua pura conduttiva, far uscire idrogeno e ossigeno e sottrarre calore. Il flusso di acqua di raffreddamento viene utilizzato per controllare la temperatura della liscivia in modo che la temperatura della reazione dell'elettrolizzatore sia relativamente stabile e la generazione di calore dell'elettrolizzatore e il flusso di acqua di raffreddamento vengono utilizzati per abbinare l'equilibrio termico del sistema per ottenere le migliori condizioni di lavoro e i parametri operativi più efficienti dal punto di vista energetico.

Sulla base delle operazioni effettive：

Controllo del volume di circolazione della liscivia a 60 m³/h，

Il flusso di acqua di raffreddamento si apre a circa il 95%，

La temperatura di reazione dell'elettrolizzatore è controllata a 90°C a pieno carico，

La condizione ottimale di consumo energetico in corrente continua dell'elettrolizzatore è di 4,56 kWh/Nm³H₂.

Cinqueriassumere

Per riassumere, il volume di circolazione della liscivia è un parametro importante nel processo di produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua, che è correlato alla purezza del gas, alla tensione della camera, alla temperatura dell'elettrolizzatore e ad altri parametri. È opportuno controllare il volume di circolazione a 2~4 volte/h/min di sostituzione della liscivia nel serbatoio. Controllando efficacemente il volume di circolazione della liscivia, garantisce il funzionamento stabile e sicuro delle apparecchiature di produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua per un lungo periodo di tempo.

Nel processo di produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua in un elettrolizzatore alcalino, l'ottimizzazione dei parametri delle condizioni di lavoro e la progettazione del condotto dell'elettrolizzatore, combinata con la selezione del materiale dell'elettrodo e del materiale del diaframma, sono la chiave per aumentare la corrente, ridurre la tensione del serbatoio e risparmiare il consumo di energia.

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