Ալկալային էլեկտրոլիզի ջրային համակարգի մանրամասն բացատրություն

Էլեկտրոլիտիկջրածինարտադրական ստորաբաժանումը ներառում է ջրի էլեկտրոլիզի ամբողջական հավաքածուջրածինարտադրական սարքավորումներ, որոնց հիմնական մասը ներառում է.

1. Էլեկտրոլիտիկ բջիջ

2. Գազային հեղուկի բաժանման սարք

3. Չորացման և մաքրման համակարգ

4. Էլեկտրական մասը ներառում է. տրանսֆորմատոր, ուղղիչ կաբինետ, PLC կառավարման կաբինետ, գործիքային կաբինետ, բաշխիչ կաբինետ, վերին համակարգիչ և այլն:

5. Օժանդակ համակարգը հիմնականում ներառում է՝ ալկալային լուծույթի բաք, հումքի ջրի բաք, լրացման ջրի պոմպ, ազոտի բալոն/շղթա և այլն։ 6. Սարքավորման ընդհանուր օժանդակ համակարգը ներառում է՝ մաքուր ջրի մեքենա, սառեցնող աշտարակ, սառեցնող սարք, օդային կոմպրեսոր և այլն։

ջրածնի և թթվածնի սառեցուցիչներ, և ջուրը հավաքվում է կաթիլային թակարդի միջոցով, նախքան կառավարման համակարգի վերահսկողության ներքո դուրս գալը։ Էլեկտրոլիտն անցնում էջրածինև թթվածնային ալկալային ֆիլտրեր, ջրածնային և թթվածնային ալկալային սառեցուցիչներ համապատասխանաբար շրջանառության պոմպի գործողության ներքո, ապա վերադառնում է էլեկտրոլիտիկ խցիկ՝ հետագա էլեկտրոլիզի համար։

Համակարգի ճնշումը կարգավորվում է ճնշման կառավարման և դիֆերենցիալ ճնշման կառավարման համակարգերի միջոցով՝ հոսանքն ի վար ընթացող գործընթացների և պահեստավորման պահանջները բավարարելու համար։

Ջրի էլեկտրոլիզի միջոցով արտադրվող ջրածինն ունի բարձր մաքրության և քիչ խառնուրդների պարունակության առավելություններ։ Սովորաբար, ջրային էլեկտրոլիզի միջոցով արտադրվող ջրածնային գազի խառնուրդները միայն թթվածին և ջուր են՝ առանց այլ բաղադրիչների (ինչը կարող է կանխել որոշակի կատալիզատորների թունավորումը)։ Սա հարմարավետություն է ապահովում բարձր մաքրության ջրածնային գազ արտադրելու համար, և մաքրված գազը կարող է համապատասխանել էլեկտրոնային որակի արդյունաբերական գազերի չափանիշներին։

Ջրածնի արտադրության կայանքի կողմից արտադրված ջրածինը անցնում է բուֆերային բաքի միջով՝ համակարգի աշխատանքային ճնշումը կայունացնելու և ջրածնից ազատ ջուրը հետագայում հեռացնելու համար։

Ջրածնի մաքրման սարք մտնելուց հետո ջրի էլեկտրոլիզի միջոցով ստացված ջրածինը լրացուցիչ մաքրվում է՝ օգտագործելով կատալիտիկ ռեակցիայի և մոլեկուլային մաղի ադսորբցիայի սկզբունքները՝ ջրածնից թթվածինը, ջուրը և այլ խառնուրդները հեռացնելու համար։

Սարքավորումը կարող է կարգավորել ջրածնի արտադրության ավտոմատ կարգավորման համակարգ՝ ըստ իրական իրավիճակի: Գազի բեռի փոփոխությունները կառաջացնեն ջրածնի պահեստավորման բաքի ճնշման տատանումներ: Պահեստավորման բաքի վրա տեղադրված ճնշման հաղորդիչը կարտադրի 4-20 մԱ ազդանշան PLC-ին՝ սկզբնական սահմանված արժեքի հետ համեմատելու համար, և հակադարձ փոխակերպումից և PID հաշվարկից հետո, կարտադրի 20-4 մԱ ազդանշան ուղղիչի պահարանին՝ էլեկտրոլիզի հոսանքի չափը կարգավորելու համար, այդպիսով հասնելով ջրածնի արտադրության ավտոմատ կարգավորման նպատակին՝ ըստ ջրածնի բեռի փոփոխությունների:

Ջրի էլեկտրոլիզի միջոցով ջրածնի արտադրության գործընթացում միակ ռեակցիան ջուրն է (H2O), որը պետք է անընդհատ մատակարարվի հում ջրով ջրի լրացման պոմպի միջոցով: Լրացման դիրքը գտնվում է ջրածնի կամ թթվածնի բաժանիչի վրա: Բացի այդ, ջրածինը և թթվածինը համակարգից դուրս գալիս պետք է վերցնեն ջրի փոքր քանակություն: Ջրի ցածր սպառում ունեցող սարքավորումները կարող են սպառել 1 լ/նմ³ H2, մինչդեռ ավելի մեծ սարքավորումները կարող են այն կրճատել մինչև 0.9 լ/նմ³ H2: Համակարգը անընդհատ լրացնում է հում ջուրը, ինչը կարող է պահպանել ալկալային հեղուկի մակարդակի և կոնցենտրացիայի կայունությունը: Այն նաև կարող է ժամանակին լրացնել ռեակցիայի մեջ գտնվող ջուրը՝ ալկալային լուծույթի կոնցենտրացիան պահպանելու համար:

1. Տրանսֆորմատորային ուղղիչ համակարգ

Այս համակարգը հիմնականում բաղկացած է երկու սարքից՝ տրանսֆորմատորից և ուղղիչ պահարանից: Դրա հիմնական գործառույթը առջևի մասի սեփականատիրոջ կողմից մատակարարվող 10/35 կՎ փոփոխական հոսանքի էներգիան էլեկտրոլիտիկ խցիկի համար անհրաժեշտ հաստատուն հոսանքի էներգիայի փոխակերպումն է և էլեկտրոլիտիկ խցիկին հաստատուն հոսանքի մատակարարումը: Մատակարարվող էներգիայի մի մասն օգտագործվում է ջրի մոլեկուլները ջրածնի և թթվածնի ուղղակիորեն քայքայելու համար, իսկ մյուս մասը առաջացնում է ջերմություն, որն ալկալային սառեցնողը փոխանցում է սառեցնող ջրի միջոցով:

Տրանսֆորմատորների մեծ մասը յուղային տիպի են։ Եթե տեղադրվեն ներսում կամ տարայի մեջ, կարող են օգտագործվել չոր տիպի տրանսֆորմատորներ։ Էլեկտրոլիտային ջրածնի արտադրության սարքավորումների համար օգտագործվող տրանսֆորմատորները հատուկ տրանսֆորմատորներ են, որոնք պետք է համապատասխանեցվեն յուրաքանչյուր էլեկտրոլիտային բջջի տվյալներին, ուստի դրանք անհատականացված սարքավորումներ են։

Ներկայումս ամենատարածված ուղղիչ պահարանը թրիստորային տեսակն է, որը սարքավորումների արտադրողների կողմից աջակցվում է իր երկարատև օգտագործման, բարձր կայունության և ցածր գնի շնորհիվ: Այնուամենայնիվ, մեծածավալ սարքավորումները առջևի վերականգնվող էներգիային հարմարեցնելու անհրաժեշտության պատճառով, թրիստորային ուղղիչ պահարանների փոխակերպման արդյունավետությունը համեմատաբար ցածր է: Ներկայումս տարբեր ուղղիչ պահարանների արտադրողներ ձգտում են ներդնել նոր IGBT ուղղիչ պահարաններ: IGBT-ն արդեն շատ տարածված է այլ ոլորտներում, ինչպիսիք են քամու էներգիան, և կարծում են, որ IGBT ուղղիչ պահարանները զգալի զարգացում կունենան ապագայում:

1. Բաշխիչ կաբինետի համակարգ

Բաշխիչ պահարանը հիմնականում օգտագործվում է էլեկտրոլիտիկ ջրային-ջրածնային արտադրության սարքավորումների հետևում գտնվող ջրածնային-թթվածնային բաժանման և մաքրման համակարգի տարբեր բաղադրիչների շարժիչներով էլեկտրամատակարարման համար, ներառյալ 400 Վ կամ սովորաբար անվանում են 380 Վ սարքավորումներ: Սարքավորումը ներառում է ջրածնային-թթվածնային բաժանման շրջանակում գտնվող ալկալային շրջանառության պոմպը և օժանդակ համակարգում գտնվող լրացուցիչ ջրի պոմպը: Չորացման և մաքրման համակարգի ջեռուցման լարերի, ինչպես նաև ամբողջ համակարգի համար անհրաժեշտ օժանդակ համակարգերի, ինչպիսիք են մաքուր ջրի մեքենաները, սառեցուցիչները, օդային կոմպրեսորները, սառեցման աշտարակները և հետին ջրածնային կոմպրեսորները, հիդրոգենացման մեքենաները և այլն, էլեկտրամատակարարումը ներառում է նաև ամբողջ կայանի լուսավորության, մոնիթորինգի և այլ համակարգերի էլեկտրամատակարարումը:

1. Cօնտրոլ համակարգ

Կառավարման համակարգը ներառում է PLC ավտոմատ կառավարում: PLC-ն սովորաբար օգտագործում է Siemens 1200 կամ 1500 մոդելները և հագեցած է մարդ-մեքենա փոխազդեցության ինտերֆեյսով սենսորային էկրանով: Սարքավորման յուրաքանչյուր համակարգի աշխատանքը և պարամետրերի ցուցադրումը, ինչպես նաև կառավարման տրամաբանության ցուցադրումը իրականացվում են սենսորային էկրանի վրա:

5. Ալկալիական լուծույթի շրջանառության համակարգ

Այս համակարգը հիմնականում ներառում է հետևյալ հիմնական սարքավորումները.

Ջրածնի և թթվածնի բաժանիչ – Ալկալիական լուծույթի շրջանառության պոմպ – Փական – Ալկալիական լուծույթի ֆիլտր – Էլեկտրոլիտիկ բջիջ

Հիմնական գործընթացը հետևյալն է. ջրածնի և թթվածնի հետ խառնված ալկալային լուծույթը ջրածնի և թթվածնի հետ ջրածնի և թթվածնի բաժանիչում բաժանվում է գազա-հեղուկ բաժանիչով և հետհոսքով ուղարկվում է ալկալային լուծույթի շրջանառության պոմպ: Այստեղ միացված են ջրածնի և թթվածնի բաժանիչը, և ալկալային լուծույթի շրջանառության պոմպը հետհոսքով ուղարկում է ալկալային լուծույթը դեպի հետևի մասում գտնվող փականը և ալկալային լուծույթի ֆիլտրը: Ֆիլտրի կողմից խոշոր խառնուրդները զտելուց հետո ալկալային լուծույթը շրջանառվում է էլեկտրոլիտիկ խցիկի ներս:

6. Ջրածնային համակարգ

Ջրածին գազը առաջանում է կաթոդային էլեկտրոդի կողմից և հասնում է բաժանարարին՝ հիմնային լուծույթի շրջանառության համակարգի հետ միասին: Բաժանարարի ներսում ջրածին գազը համեմատաբար թեթև է և բնականաբար անջատվում է հիմնային լուծույթից՝ հասնելով բաժանարարի վերին մասին: Այնուհետև այն անցնում է խողովակաշարերով՝ հետագա բաժանման համար, սառեցվում է սառեցնող ջրով և հավաքվում կաթիլային հավաքիչի միջոցով՝ մոտ 99% մաքրության հասնելու համար, նախքան չորացման և մաքրման հետին համակարգ հասնելը:

Էվակուացիա. Ջրածնային գազի էվակուացիան հիմնականում օգտագործվում է գործարկման և անջատման ժամանակահատվածներում, աննորմալ շահագործման ընթացքում կամ երբ մաքրությունը չի համապատասխանում չափանիշներին, ինչպես նաև խնդիրների լուծման համար։

7. Թթվածնի համակարգ

Թթվածնի ուղին նման է ջրածնի ուղուն, բացառությամբ այն բանի, որ այն իրականացվում է տարբեր բաժանիչներում։

Դատարկում. Ներկայումս նախագծերի մեծ մասում օգտագործվում է թթվածնի դատարկման մեթոդը:

Օգտագործում. Թթվածնի օգտագործման արժեքը իմաստ ունի միայն հատուկ նախագծերում, ինչպիսիք են այն կիրառությունները, որոնք կարող են օգտագործել և՛ ջրածին, և՛ բարձր մաքրության թթվածին, ինչպիսիք են օպտիկամանրաթելային արտադրողները: Կան նաև որոշ խոշոր նախագծեր, որոնք տեղ են հատկացրել թթվածնի օգտագործմանը: Հետին կիրառման սցենարները նախատեսված են չորացումից և մաքրումից հետո հեղուկ թթվածնի արտադրության կամ դիսպերսիոն համակարգերի միջոցով բժշկական թթվածնի արտադրության համար: Այնուամենայնիվ, այս օգտագործման սցենարների ճշգրտությունը դեռևս հետագա հաստատման կարիք ունի:

8. Սառեցման ջրի համակարգ

Ջրի էլեկտրոլիզի գործընթացը էնդոթերմիկ ռեակցիա է, և ջրածնի արտադրության գործընթացը պետք է ապահովվի էլեկտրական էներգիայով: Սակայն ջրի էլեկտրոլիզի գործընթացում սպառվող էլեկտրական էներգիան գերազանցում է ջրի էլեկտրոլիզի ռեակցիայի տեսական ջերմության կլանումը: Այլ կերպ ասած, էլեկտրոլիզի խցիկում օգտագործվող էլեկտրաէներգիայի մի մասը վերածվում է ջերմության, որը հիմնականում օգտագործվում է ալկալային լուծույթի շրջանառության համակարգը սկզբում տաքացնելու համար՝ բարձրացնելով ալկալային լուծույթի ջերմաստիճանը մինչև սարքավորումների համար անհրաժեշտ 90 ± 5 ℃ ջերմաստիճանային միջակայքը: Եթե էլեկտրոլիզի խցիկը շարունակում է աշխատել սահմանված ջերմաստիճանին հասնելուց հետո, ապա առաջացած ջերմությունը պետք է փոխանցվի սառեցնող ջրով՝ էլեկտրոլիզի ռեակցիայի գոտու նորմալ ջերմաստիճանը պահպանելու համար: Էլեկտրոլիզի ռեակցիայի գոտու բարձր ջերմաստիճանը կարող է նվազեցնել էներգիայի սպառումը, բայց եթե ջերմաստիճանը չափազանց բարձր է, էլեկտրոլիզի խցիկի դիաֆրագման կվնասվի, ինչը նույնպես վնասակար կլինի սարքավորումների երկարատև աշխատանքի համար:

Այս սարքի օպտիմալ աշխատանքային ջերմաստիճանը պետք է պահպանվի ոչ ավելի, քան 95 ℃: Բացի այդ, առաջացած ջրածինը և թթվածինը նույնպես պետք է սառեցվեն և խոնավությունից հեռացվեն, իսկ ջրով սառեցվող թիրիստորային ուղղիչ սարքը նույնպես հագեցած է անհրաժեշտ սառեցման խողովակաշարերով:

Խոշոր սարքավորումների պոմպային մարմինը նույնպես պահանջում է սառեցման ջրի մասնակցություն:

1. Ազոտի լցման և ազոտի մաքրման համակարգ

Սարքի վրիպազերծումից և շահագործումից առաջ համակարգի վրա պետք է անցկացվի ազոտի նկատմամբ հերմետիկության ստուգում: Նորմալ մեկնարկից առաջ անհրաժեշտ է նաև համակարգի գազային փուլը մաքրել ազոտով՝ ապահովելու համար, որ ջրածնի և թթվածնի երկու կողմերում գտնվող գազային փուլի տարածքում գտնվող գազը հեռու լինի դյուրավառ և պայթուցիկ տիրույթից:

Սարքավորումների անջատումից հետո կառավարման համակարգը ավտոմատ կերպով կպահպանի ճնշումը և որոշակի քանակությամբ ջրածին և թթվածին համակարգի ներսում։ Եթե գործարկման ժամանակ ճնշումը դեռևս առկա է, մաքրման գործողություն կատարելու անհրաժեշտություն չկա։ Սակայն, եթե ճնշումը լիովին թեթևանում է, անհրաժեշտ է կրկին կատարել ազոտով մաքրման գործողություն։

1. Ջրածնային չորացման (մաքրման) համակարգ (ըստ ցանկության)

Ջրի էլեկտրոլիզից պատրաստված ջրածնային գազը խոնավությունից հեռացվում է զուգահեռ չորացուցիչով, և վերջապես մաքրվում է սինթեզված նիկելային խողովակային ֆիլտրով՝ չոր ջրածնային գազ ստանալու համար: Արտադրված ջրածնի նկատմամբ օգտագործողի պահանջներին համապատասխան, համակարգը կարող է ավելացնել մաքրման սարք, որն օգտագործում է պալադիում-պլատինե երկմետաղական կատալիտիկ թթվածնազերծում մաքրման համար:

Ջրի էլեկտրոլիզի ջրածնի արտադրության կայանի կողմից արտադրված ջրածինը բուֆերային բաքի միջոցով ուղարկվում է ջրածնի մաքրման կայան։

Ջրածնային գազը նախ անցնում է թթվածնի դեզոդիգենացման աշտարակի միջով, և կատալիզատորի ազդեցությամբ ջրածնային գազի մեջ պարունակվող թթվածինը փոխազդում է ջրածնային գազի հետ՝ առաջացնելով ջուր։

Ռեակցիայի բանաձևը՝ 2H2+O2 2H2O։

Այնուհետև ջրածնային գազը անցնում է ջրածնային խտացուցիչով (որը սառեցնում է գազը՝ ջրային գոլորշին խտացնելու համար ջրի, որն ավտոմատ կերպով դուրս է մղվում համակարգից դուրս՝ կոլեկտորի միջոցով) և մտնում է ադսորբցիոն աշտարակ։