Щелочтуу электролиздеги суутек жана щелочтуу циркуляция Суу электролизи Суутек өндүрүү процесси

Щелочтуу электролизерде суутек өндүрүү процессинде, электролизердин сапатынан тышкары, түзмөктүн туруктуу иштешин кантип камсыз кылуу керек, мында щелочтун айлануу көлөмү да маанилүү таасир этүүчү фактор болуп саналат.

Жакында эле Кытай өнөр жай газдары ассоциациясынын суутек боюнча кесиптик комитетинин коопсуздук өндүрүш технологиялары боюнча алмашуу жыйынында суутек менен суу электролизинин суутекти эксплуатациялоо жана техникалык тейлөө программасынын жетекчиси Хуан Ли суутек менен щелочтун айлануу көлөмүн чыныгы сыноо жана эксплуатациялоо жана техникалык тейлөө процессинде орнотуу боюнча тажрыйбабыз менен бөлүштү.

Төмөнкүлөр түп нускадагы кагаз.

———————

Улуттук кош көмүртектүү стратегиянын алкагында, 25 жылдан бери суутек өндүрүүгө адистешкен жана суутек энергиясы тармагына биринчилерден болуп аралашкан Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd компаниясы электролиз резервуарларынын жүгүрткүчтөрүн долбоорлоону, жабдууларды өндүрүүнү, электрод каптоону, ошондой эле электролиз резервуарларын сыноону жана эксплуатациялоону жана техникалык тейлөөнү камтыган жашыл суутек технологиясын жана жабдууларын иштеп чыгууну кеңейте баштады.

БирЩелочтуу электролизердин иштөө принциби

Электролит толтурулган электролизер аркылуу туруктуу ток өткөрүү менен, суу молекулалары электроддордо электрохимиялык реакцияга кирип, суутек менен кычкылтекке ажырайт. Электролиттин өткөрүмдүүлүгүн жогорулатуу үчүн жалпы электролит 30% калий гидроксиди же 25% натрий гидроксиди концентрациясындагы суу эритмеси болуп саналат.

Электролизер бир нече электролиттик клеткалардан турат. Ар бир электролиз камерасы катоддон, аноддон, диафрагмадан жана электролиттен турат. Диафрагманын негизги функциясы газдын өтүшүнө жол бербөө болуп саналат. Электролизердин төмөнкү бөлүгүндө жалпы кирүүчү жана чыгуучу жер, жогорку бөлүгү щелочтуу жана кычкылтектүү агым каналынан турган газ-суюктук аралашмасы бар. Туруктуу токтун белгилүү бир чыңалуусуна өткөрүлөт, чыңалуу суунун теориялык ажыроо чыңалуусунан 1,23 В жана термикалык нейтралдуу чыңалуусунан 1,48 В ашып кеткенде, электрод менен суюктуктун интерфейсинде кычкылдануу-калыбына келүү реакциясы жүрөт, суу суутек менен кычкылтекке ажыроо процесси жүрөт.

Эки: Шлак кантип айлантылат

1️⃣Суутек, кычкылтек каптал щелочунун аралаш цикли

Циркуляциянын бул түрүндө щелоч суутек сепараторунун жана кычкылтек сепараторунун түбүндөгү туташтыруучу түтүк аркылуу щелочтун циркуляциялык насосуна кирет, андан кийин муздатуу жана чыпкалоодон кийин электролизердин катод жана анод камераларына кирет. Аралаш циркуляциянын артыкчылыктары жөнөкөй түзүлүш, кыска процесс, арзан баа жана электролизердин катод жана анод камераларына щелочтун бирдей өлчөмдөгү циркуляциясын камсыздай алат; кемчилиги, бир жагынан, ал суутек менен кычкылтектин тазалыгына таасир этиши мүмкүн, экинчи жагынан, суутек-кычкылтек сепараторунун деңгээлинин туураланбай калышына алып келиши мүмкүн, бул суутек-кычкылтек аралашуу коркунучун жогорулатат. Учурда щелочту аралаштыруу циклинин суутек-кычкылтек тарабы эң кеңири таралган процесс болуп саналат.

2️⃣Суутек жана кычкылтектин кошумча щелочунун өзүнчө айлануусу

Циркуляциянын бул түрү эки щелочтуу циркуляциялык насосту, башкача айтканда, эки ички циркуляцияны талап кылат. Суутек сепараторунун түбүндөгү щелоч суутек тарабындагы циркуляциялык насостон өтүп, муздатылат жана чыпкаланат, андан кийин электролизердин катоддук камерасына кирет; кычкылтек сепараторунун түбүндөгү щелоч кычкылтек тарабындагы циркуляциялык насостон өтүп, муздатылат жана чыпкаланат, андан кийин электролизердин аноддук камерасына кирет. Шелочтун көз карандысыз циркуляциясынын артыкчылыгы - электролиз аркылуу өндүрүлгөн суутек менен кычкылтек жогорку тазалыкта болуп, суутек менен кычкылтек сепараторун аралаштыруу коркунучунан физикалык жактан сакталат; кемчилиги - түзүлүшү жана процесси татаал жана кымбат, ошондой эле эки тараптагы насостордун агым ылдамдыгынын, басымынын, кубаттуулугунун жана башка параметрлеринин ырааттуулугун камсыз кылуу зарыл, бул операциянын татаалдыгын жогорулатат жана системанын эки тарабынын тең туруктуулугун көзөмөлдөө талабын коёт.

Электролиттик суу менен суутек өндүрүүгө щелочтун айланма агымынын ылдамдыгынын жана электролизердин иштөө абалынын үч таасири.

1️⃣Шелекенин ашыкча айланышы

(1) Суутектин жана кычкылтектин тазалыгына тийгизген таасири

Суутек менен кычкылтектин щелочто белгилүү бир эригичтиги болгондуктан, айлануу көлөмү өтө чоң болгондуктан, эриген суутек менен кычкылтектин жалпы көлөмү көбөйүп, щелоч менен ар бир камерага кирет, бул электролизердин чыгышында суутек менен кычкылтектин тазалыгынын төмөндөшүнө алып келет; айлануу көлөмү өтө чоң болгондуктан, суутек менен кычкылтек суюктугун бөлгүчтүн кармоо убактысы өтө кыска болот жана толугу менен бөлүнбөгөн газ щелоч менен электролизердин ичине кайра киргизилет, бул электролизердин электрохимиялык реакциясынын натыйжалуулугуна жана суутек менен кычкылтектин тазалыгына таасир этет, андан ары бул электролизердеги электрохимиялык реакциянын натыйжалуулугуна жана суутек менен кычкылтектин тазалыгына таасир этет, ошондой эле суутек менен кычкылтекти тазалоочу жабдуулардын дегидрогендөө жана дезоксигенациялоо жөндөмүнө таасир этет, бул суутек менен кычкылтекти тазалоонун начар натыйжасына жана продукциянын сапатына таасир этет.

(2) Бактын температурасына таасири

Эгерде щелочтуу муздаткычтын чыгуучу температурасы өзгөрбөсө, щелочтун өтө көп агымы электролизерден көбүрөөк жылуулукту алып, резервуардын температурасынын төмөндөшүнө жана кубаттуулуктун жогорулашына алып келет.

(3) Токко жана чыңалууга тийгизген таасири

Шлактын ашыкча айлануусу токтун жана чыңалуунун туруктуулугуна таасир этет. Суюктуктун ашыкча агымы токтун жана чыңалуунун кадимкидей өзгөрүшүнө тоскоол болуп, токтун жана чыңалуунун оңой турукташпашына алып келет, түзөткүч шкафтын жана трансформатордун иштөө абалында өзгөрүүлөрдү жаратат жана ошону менен суутектин өндүрүлүшүнө жана сапатына таасир этет.

(4) Энергияны керектөөнүн көбөйүшү

Шакардын ашыкча айланышы энергияны керектөөнүн көбөйүшүнө, эксплуатациялык чыгымдардын көбөйүшүнө жана системанын энергия натыйжалуулугунун төмөндөшүнө алып келиши мүмкүн. Негизинен, кошумча муздатуучу суунун ички айлануусу жана чачыраткыч жана желдеткичтин, муздак суунун жүктөмүнүн ж.б. көбөйүшүнөн улам энергия керектөө көбөйүп, жалпы энергия керектөө да көбөйөт.

(5) Жабдуулардын иштен чыгышына алып келет

Ашыкча щелочтуу циркуляция щелочтуу циркуляция насосуна жүктөмдү жогорулатат, бул электролизердеги агым ылдамдыгынын, басымдын жана температуранын өзгөрүшүнүн жогорулашына туура келет, бул өз кезегинде электролизердин ичиндеги электроддорго, диафрагмаларга жана прокладкаларга таасир этет, бул жабдуулардын бузулушуна же бузулушуна, ошондой эле техникалык тейлөө жана оңдоо боюнча жумуш жүгүнүн көбөйүшүнө алып келиши мүмкүн.

2️⃣Шайыр кан айлануу өтө кичинекей

(1) Бактын температурасына таасири

Циркуляциялык щелочтун көлөмү жетишсиз болгондо, электролизердеги жылуулукту убакыттын өтүшү менен алып салууга мүмкүн болбой калат, бул температуранын жогорулашына алып келет. Жогорку температуралуу чөйрө газ фазасындагы суунун каныккан буу басымын жогорулатат жана суунун курамын жогорулатат. Эгерде суу жетиштүү деңгээлде конденсацияланбаса, ал тазалоо системасынын жүгүн көбөйтөт жана тазалоо эффектисине, ошондой эле катализатор менен адсорбенттин эффектисине жана иштөө мөөнөтүнө таасир этет.

(2) Диафрагманын иштөө мөөнөтүнө тийгизген таасири

Үзгүлтүксүз жогорку температура чөйрөсү диафрагманын эскирүүсүн тездетет, анын иштешинин төмөндөшүнө же ал тургай жарылышына алып келет, бул диафрагманын эки тарабындагы суутек менен кычкылтектин өз ара өткөрүмдүүлүгүн оңой эле пайда кылып, суутек менен кычкылтектин тазалыгына таасир этет. Өз ара инфильтрация төмөнкү чегине жакындаганда, жарылуу коркунучу бир топ жогорулайт. Ошол эле учурда, үзгүлтүксүз жогорку температура пломбалоочу прокладканын агып кетишине алып келип, анын иштөө мөөнөтүн кыскартат.

(3) Электроддорго тийгизген таасири

Эгерде айлануучу щелочтун көлөмү өтө аз болсо, анда пайда болгон газ электроддун активдүү борборунан тез чыга албайт жана электролиздин натыйжалуулугуна таасир этет; эгерде электрод электрохимиялык реакцияны жүргүзүү үчүн щелоч менен толук байланыша албаса, жарым-жартылай разряддын аномалиясы жана кургак күйүү пайда болуп, катализатордун электродго төгүлүшүн тездетет.

(4) Батареянын чыңалуусуна тийгизген таасири

Айлануучу щелочтун көлөмү өтө аз, анткени электроддун активдүү борборунда пайда болгон суутек жана кычкылтек көбүкчөлөрүн убакыттын өтүшү менен алып салууга болбойт жана электролиттеги эриген газдардын көлөмү көбөйүп, кичинекей камеранын чыңалуусу жогорулап, энергия керектөө көбөйөт.

Шлактын айлануу ылдамдыгын оптималдуу аныктоонун төрт ыкмасы

Жогорудагы көйгөйлөрдү чечүү үчүн тиешелүү чараларды көрүү зарыл, мисалы, щелочтун айлануу системасынын кадимкидей иштешин камсыз кылуу үчүн аны үзгүлтүксүз текшерип туруу; электролизердин айланасында жылуулукту жакшы таратуу шарттарын сактоо; жана зарыл болсо, щелочтун айлануу көлөмүнүн өтө чоң же өтө кичинекей болушуна жол бербөө үчүн электролизердин иштөө параметрлерин тууралоо.

Шлитанын оптималдуу айлануу агымынын ылдамдыгы электролизердин белгилүү бир техникалык параметрлерине, мисалы, электролизердин өлчөмүнө, камералардын санына, жумушчу басымга, реакция температурасына, жылуулуктун пайда болушуна, шлитанын концентрациясына, шлитанын муздаткычына, суутек-кычкылтек сепараторуна, токтун тыгыздыгына, газдын тазалыгына жана башка талаптарга, жабдуулардын жана түтүктөрдүн бышыктыгына жана башка факторлорго негизделип аныкталышы керек.

Техникалык параметрлер Өлчөмдөрү:

өлчөмдөрү 4800x2240x2281 мм

жалпы салмагы 40700 кг

Натыйжалуу камеранын өлчөмү 1830, камералардын саны 238

Электролизердин ток тыгыздыгы 5000A/м²

иштөө басымы 1,6 МПа

реакция температурасы 90℃±5℃

Электролизер продуктунун бир комплекти суутек көлөмү 1300 Нм³/саат

Продукциянын кычкылтек 650Нм³/саат

туруктуу ток n13100A, туруктуу ток чыңалуу 480V

Лай муздаткычы Φ700x4244 мм

жылуулук алмашуу аянты 88.2м²

Суутек жана кычкылтек бөлгүч Φ1300x3916 мм

кычкылтек бөлгүч Φ1300x3916 мм

Калий гидроксидинин эритмесинин концентрациясы 30%

Таза сууга туруктуулук мааниси >5MΩ·cm

Калий гидроксиди эритмеси менен электролизердин ортосундагы байланыш:

Таза сууну өткөргүч кылып, суутек менен кычкылтекти бөлүп чыгарып, жылуулукту алып салыңыз. Муздатуучу суунун агымы щелочтун температурасын көзөмөлдөө үчүн колдонулат, ошондуктан электролизер реакциясынын температурасы салыштырмалуу туруктуу болот, ал эми электролизердин жылуулук бөлүп чыгаруусу жана муздатуучу суунун агымы системанын жылуулук балансын дал келтирүү үчүн колдонулат, бул эң жакшы иштөө абалына жана эң көп энергияны үнөмдөөчү иштөө параметрлерине жетишүүгө мүмкүндүк берет.

Чыныгы операциялардын негизинде:

60 м³/саат ылдамдыкта щелочтуктун айлануу көлөмүн көзөмөлдөө

Муздатуучу суу агымы болжол менен 95% га ачылат

Электролизердин реакция температурасы толук жүктөмдө 90°C температурада башкарылат,

Электролизердин оптималдуу абалдагы туруктуу токтун кубаттуулугу 4,56 кВт/Нм³Н₂ түзөт.

Бешкыскача

Кыскасы, щелочтун айлануу көлөмү суу электролизи аркылуу суутек өндүрүү процессинде маанилүү параметр болуп саналат, ал газдын тазалыгына, камеранын чыңалуусуна, электролизердин температурасына жана башка параметрлерге байланыштуу. Цистернадагы щелочту алмаштыруунун 2~4 эсе/саат/мин ылдамдыгында айлануу көлөмүн көзөмөлдөө максатка ылайыктуу. Шелочтун айлануу көлөмүн натыйжалуу көзөмөлдөө менен, суу электролизи менен суутек өндүрүүчү жабдуулардын узак убакыт бою туруктуу жана коопсуз иштешин камсыз кылат.

Щелочтуу электролизерде суу электролизи менен суутек өндүрүү процессинде, иштөө шарттарынын параметрлерин оптималдаштыруу жана электролизердин жүрүүчү бөлүгүнүн дизайнын оптималдаштыруу, электрод материалын жана диафрагма материалын тандоо менен айкалыштырып, ток күчүн жогорулатуунун, резервуардын чыңалышын азайтуунун жана энергияны үнөмдөөнүн ачкычы болуп саналат.

——Биз менен байланышыңыз——

Тел: +86 028 6259 0080

Факс: +86 028 6259 0100

E-mail: tech@allygas.com