No proceso de produción de hidróxeno dun electrolizador alcalino, como facer que o dispositivo funcione de forma estable, ademais da calidade do propio electrolizador, no que a cantidade de circulación de lixivia da configuración tamén é un factor de influencia importante.
Recentemente, na Reunión de Intercambio de Tecnoloxía de Produción de Seguridade do Comité Profesional do Hidróxeno da Asociación China de Gases Industriais, Huang Li, xefe do Programa de Operación e Mantemento de Hidróxeno por Electrólise de Auga e Hidróxeno, compartiu a nosa experiencia sobre o axuste do volume de circulación de hidróxeno e lixivia no proceso real de probas e operación e mantemento.
O seguinte é o documento orixinal.
——————
No marco da estratexia nacional de dobre carbono, Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, que leva 25 anos especializada na produción de hidróxeno e foi a primeira en involucrarse no campo da enerxía do hidróxeno, comezou a expandir o desenvolvemento de tecnoloxía e equipos de hidróxeno verde, incluíndo o deseño de condutores de tanques de electrólise, a fabricación de equipos, o galvanizado de eléctrodos, así como as probas e o funcionamento e mantemento de tanques de electrólise.
UnPrincipio de funcionamento do electrolizador alcalino
Ao pasar unha corrente continua a través dun electrolizador cheo de electrolito, as moléculas de auga reaccionan electroquimicamente nos eléctrodos e descomponse en hidróxeno e osíxeno. Para mellorar a condutividade do electrolito, o electrolito xeral é unha solución acuosa cunha concentración do 30 % de hidróxido de potasio ou do 25 % de hidróxido de sodio.
O electrolizador consta de varias celas electrolíticas. Cada cámara de electrólise consta dun cátodo, un ánodo, un diafragma e un electrolito. A función principal do diafragma é evitar a permeación do gas. Na parte inferior do electrolizador hai unha entrada e unha saída comúns, na parte superior do canal de fluxo da mestura gas-líquido de álcalis e oxi-álcalis. Ao pasar unha certa tensión de corrente continua, cando a tensión supera a tensión de descomposición teórica da auga de 1,23 V e a tensión térmica neutra de 1,48 V por riba dun certo valor, prodúcese unha reacción redox entre o eléctrodo e a interface do líquido, na que a auga se descompón en hidróxeno e osíxeno.
Dous Como se fai circular a lixivia
1️⃣Ciclo mixto de lixivia con hidróxeno e osíxeno
Nesta forma de circulación, a lixivia entra na bomba de circulación de lixivia a través do tubo de conexión na parte inferior do separador de hidróxeno e do separador de osíxeno e, a continuación, entra nas cámaras do cátodo e do ánodo do electrolizador despois de arrefriar e filtrar. As vantaxes da circulación mixta son a estrutura sinxela, o proceso curto, o baixo custo e a posibilidade de garantir o mesmo tamaño de circulación de lixivia nas cámaras do cátodo e do ánodo do electrolizador; a desvantaxe é que, por unha banda, pode afectar á pureza do hidróxeno e do osíxeno e, por outra banda, pode provocar que o nivel do separador de hidróxeno-osíxeno estea desaxustado, o que pode provocar un maior risco de mestura de hidróxeno e osíxeno. Na actualidade, o lado hidróxeno-osíxeno do ciclo de mestura de lixivia é o proceso máis común.
2️⃣Circulación separada de hidróxeno e osíxeno na lixivia lateral
Esta forma de circulación require dúas bombas de circulación de lixivia, é dicir, dúas circulacións internas. A lixivia na parte inferior do separador de hidróxeno pasa pola bomba de circulación do lado do hidróxeno, arrefríase e fíltrase e logo entra na cámara catódica do electrolizador; a lixivia na parte inferior do separador de osíxeno pasa pola bomba de circulación do lado do osíxeno, arrefríase e fíltrase e logo entra na cámara ánoda do electrolizador. A vantaxe da circulación independente da lixivia é que o hidróxeno e o osíxeno producidos pola electrólise son de alta pureza, evitando fisicamente o risco de mesturar o hidróxeno e o separador de osíxeno; a desvantaxe é que a estrutura e o proceso son complicados e custosos, e tamén é necesario garantir a consistencia do caudal, a altura, a potencia e outros parámetros das bombas en ambos os dous lados, o que aumenta a complexidade da operación e exixe o requisito de controlar a estabilidade de ambos os dous lados do sistema.
Tres influencias do caudal circulante da lixivia na produción de hidróxeno por auga electrolítica e nas condicións de funcionamento do electrolizador
1️⃣Circulación excesiva de lixivia
(1) Efecto sobre a pureza do hidróxeno e do osíxeno
Debido a que o hidróxeno e o osíxeno teñen unha certa solubilidade na lixivia, o volume de circulación é demasiado grande, polo que a cantidade total de hidróxeno e osíxeno disoltos aumenta e entra en cada cámara coa lixivia, o que fai que a pureza do hidróxeno e o osíxeno se reduza na saída do electrolizador; o volume de circulación é demasiado grande, polo que o tempo de retención do separador de líquidos de hidróxeno e osíxeno é demasiado curto, e o gas que non se separou completamente volve ao interior do electrolizador coa lixivia, o que afecta á eficiencia da reacción electroquímica do electrolizador e á pureza do hidróxeno e o osíxeno, e ademais isto afectará á eficiencia da reacción electroquímica no electrolizador e á pureza do hidróxeno e o osíxeno, e afectará aínda máis á capacidade do equipo de purificación de hidróxeno e osíxeno para deshidroxenar e desoxixenar, o que resulta nun mal efecto da purificación de hidróxeno e osíxeno e afectará á calidade dos produtos.
(2) Efecto na temperatura do tanque
Se a temperatura de saída do arrefriador de lixivia permanece sen cambios, un fluxo excesivo de lixivia retirará máis calor do electrolizador, o que provocará que a temperatura do tanque baixe e a potencia aumente.
(3) Efecto na corrente e na tensión
A circulación excesiva de lixivia afectará á estabilidade da corrente e da tensión. Un fluxo excesivo de líquido interferirá coa flutuación normal da corrente e da tensión, o que provocará que a corrente e a tensión non se estabilicen facilmente, o que provocará flutuacións nas condicións de funcionamento do armario rectificador e do transformador, o que afectará á produción e á calidade do hidróxeno.
(4) Maior consumo de enerxía
A circulación excesiva de lixivia tamén pode levar a un aumento do consumo de enerxía, a un aumento dos custos operativos e a unha redución da eficiencia enerxética do sistema. Principalmente no aumento do sistema de circulación interna de auga de refrixeración auxiliar e na circulación externa por pulverización e ventilador, carga de auga fría, etc., de xeito que o consumo de enerxía aumenta, o consumo total de enerxía aumenta.
(5) Causar fallo do equipo
A circulación excesiva de lixivia aumenta a carga da bomba de circulación de lixivia, o que se corresponde cun aumento do caudal, a presión e as flutuacións de temperatura no electrolizador, o que á súa vez afecta os eléctrodos, diafragmas e xuntas do interior do electrolizador, o que pode provocar avarías ou danos no equipo e un aumento da carga de traballo para mantemento e reparación.
2️⃣Circulación de lixivia demasiado pequena
(1) Efecto na temperatura do tanque
Cando o volume circulante de lixivia é insuficiente, a calor no electrolizador non se pode eliminar a tempo, o que resulta nun aumento da temperatura. O ambiente de alta temperatura fai que a presión de vapor saturado da auga en fase gasosa aumente e o contido de auga aumente. Se a auga non se pode condensar o suficiente, aumentará a carga do sistema de purificación e afectará o efecto de purificación, e tamén afectará o efecto e a vida útil do catalizador e do adsorbente.
(2) Impacto na vida útil do diafragma
Un ambiente de alta temperatura continua acelerará o envellecemento do diafragma, facendo que o seu rendemento diminúa ou mesmo se rompa, o que pode provocar unha permeabilidade mutua do diafragma a ambos os dous lados, o que afecta á pureza destes dous elementos. Cando a infiltración mutua se achega ao límite inferior, a probabilidade de que o electrolizador exploda aumenta considerablemente. Ao mesmo tempo, a alta temperatura continua tamén causará danos por fugas na xunta de selado, o que acurtará a súa vida útil.
(3) Efecto nos eléctrodos
Se a cantidade circulante de lixivia é demasiado pequena, o gas producido non pode saír rapidamente do centro activo do eléctrodo e a eficiencia da electrólise vese afectada; se o eléctrodo non pode entrar en contacto completo coa lixivia para levar a cabo a reacción electroquímica, producirase unha anomalía na descarga parcial e unha queimadura en seco, o que acelerará a desprendimento do catalizador no eléctrodo.
(4) Efecto na voltaxe da cela
A cantidade de lixivia que circula é demasiado pequena, porque as burbullas de hidróxeno e osíxeno xeradas no centro activo do eléctrodo non se poden eliminar a tempo e a cantidade de gases disoltos no electrolito aumenta, o que provoca un aumento da voltaxe da cámara pequena e un aumento do consumo de enerxía.
Catro métodos para determinar o caudal óptimo de circulación de lixivia
Para resolver os problemas anteriores, é necesario tomar as medidas correspondentes, como comprobar regularmente o sistema de circulación de lixivia para garantir o seu funcionamento normal; manter boas condicións de disipación da calor arredor do electrolizador; e axustar os parámetros de funcionamento do electrolizador, se é necesario, para evitar que se produza un volume de circulación de lixivia demasiado grande ou demasiado pequeno.
O caudal óptimo de circulación de lixivia debe determinarse en función de parámetros técnicos específicos do electrolizador, como o tamaño do electrolizador, o número de cámaras, a presión de funcionamento, a temperatura de reacción, a xeración de calor, a concentración de lixivia, o arrefriador de lixivia, o separador de hidróxeno-osíxeno, a densidade de corrente, a pureza do gas e outros requisitos, a durabilidade do equipo e das tubaxes e outros factores.
Parámetros técnicos Dimensións:
tamaños 4800x2240x2281 mm
peso total 40700 kg
Tamaño efectivo da cámara 1830, número de cámaras 238
Densidade de corrente do electrolizador 5000 A/m²
presión de funcionamento 1,6 MPa
temperatura de reacción 90 ℃ ± 5 ℃
Volume de hidróxeno do produto do electrolizador dun só conxunto 1300 Nm³/h
Oxíxeno do produto 650 Nm³/h
corrente continua n13100A, tensión CC 480V
Refrixerador de lixivia Φ700x4244mm
área de intercambio de calor 88,2 m²
Separador de hidróxeno e osíxeno Φ1300x3916mm
separador de osíxeno Φ1300x3916mm
Concentración da solución de hidróxido de potasio ao 30 %
Valor de resistencia á auga pura >5 MΩ·cm
Relación entre a solución de hidróxido de potasio e o electrolizador:
Facer que a auga pura sexa condutora, extraer hidróxeno e osíxeno e eliminar calor. O fluxo de auga de refrixeración úsase para controlar a temperatura da lixivia para que a temperatura da reacción do electrolizador sexa relativamente estable, e a xeración de calor do electrolizador e o fluxo de auga de refrixeración úsanse para igualar o equilibrio térmico do sistema para lograr as mellores condicións de traballo e os parámetros de funcionamento que mellor aforran enerxía.
Baseado en operacións reais:
Control do volume de circulación de lixivia a 60 m³/h
O fluxo de auga de refrixeración ábrese a aproximadamente o 95%,
A temperatura de reacción do electrolizador contrólase a 90 °C a plena carga.
O consumo de enerxía CC do electrolizador en condicións óptimas é de 4,56 kWh/Nm³H₂.
Cincoresumir
En resumo, o volume de circulación da lixivia é un parámetro importante no proceso de produción de hidróxeno por electrólise da auga, que está relacionado coa pureza do gas, a tensión da cámara, a temperatura do electrolizador e outros parámetros. É axeitado controlar o volume de circulación a unha velocidade de 2 a 4 veces/h/min de substitución da lixivia no tanque. Ao controlar eficazmente o volume de circulación da lixivia, garántese o funcionamento estable e seguro do equipo de produción de hidróxeno por electrólise da auga durante un longo período de tempo.
No proceso de produción de hidróxeno por electrólise da auga nun electrolizador alcalino, a optimización dos parámetros das condicións de traballo e o deseño do condutor do electrolizador, combinados coa selección do material do eléctrodo e do material do diafragma, son a clave para aumentar a corrente, reducir a tensión do tanque e aforrar o consumo de enerxía.
——Contacto——
Tel.: +86 028 6259 0080
Fax: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Data de publicación: 09-01-2025
