ในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนด้วยเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์แบบอัลคาไลน์ วิธีการทำให้เครื่องทำงานได้อย่างเสถียร นอกเหนือจากคุณภาพของตัวเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์เองแล้ว ปริมาณการหมุนเวียนของสารละลายด่างก็เป็นปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลเช่นกัน

เมื่อเร็วๆ นี้ ในการประชุมแลกเปลี่ยนเทคโนโลยีการผลิตเพื่อความปลอดภัยของคณะกรรมการวิชาชีพไฮโดรเจนของสมาคมก๊าซอุตสาหกรรมแห่งประเทศจีน คุณ Huang Li หัวหน้าโครงการปฏิบัติการและบำรุงรักษาไฮโดรเจนด้วยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า ได้แบ่งปันประสบการณ์ของเราเกี่ยวกับการตั้งค่าปริมาณการหมุนเวียนของไฮโดรเจนและสารละลายด่างในการทดสอบจริงและกระบวนการปฏิบัติงานและบำรุงรักษา

ต่อไปนี้คือเอกสารต้นฉบับ

——————

ภายใต้พื้นหลังของยุทธศาสตร์คาร์บอนคู่แห่งชาติ บริษัท Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd ซึ่งมีความเชี่ยวชาญด้านการผลิตไฮโดรเจนมา 25 ปี และเป็นบริษัทแรกที่เข้ามามีส่วนร่วมในด้านพลังงานไฮโดรเจน ได้เริ่มขยายการพัฒนาเทคโนโลยีและอุปกรณ์ไฮโดรเจนสีเขียว รวมถึงการออกแบบตัววิ่งถังอิเล็กโทรไลซิส การผลิตอุปกรณ์ การเคลือบขั้วไฟฟ้า ตลอดจนการทดสอบและปฏิบัติงานและบำรุงรักษาถังอิเล็กโทรไลซิส

หนึ่งหลักการทำงานของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์แบบอัลคาไลน์

โดยการส่งกระแสตรงผ่านเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ที่เติมด้วยอิเล็กโทรไลต์ โมเลกุลของน้ำจะทำปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าบนขั้วไฟฟ้าและสลายตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน เพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ โดยทั่วไปอิเล็กโทรไลต์จะเป็นสารละลายน้ำที่มีความเข้มข้นของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ 30% หรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ 25%

เครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยเซลล์อิเล็กโทรไลติกหลายเซลล์ ห้องอิเล็กโทรไลซิสแต่ละห้องประกอบด้วยแคโทด แอโนด ไดอะแฟรม และอิเล็กโทรไลต์ หน้าที่หลักของไดอะแฟรมคือป้องกันการซึมผ่านของก๊าซ ในส่วนล่างของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์มีทางเข้าและทางออกทั่วไป ส่วนบนของส่วนผสมของเหลวก๊าซของช่องทางไหลของด่างและออกซิ-ด่าง ผ่านเข้าไปในแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงบางอย่าง เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินแรงดันไฟฟ้าสลายตัวทางทฤษฎีของน้ำ 1.23v และแรงดันไฟฟ้าเป็นกลางทางความร้อน 1.48V เหนือค่าบางค่า ปฏิกิริยารีดอกซ์ของอินเทอร์เฟซขั้วไฟฟ้าและของเหลวเกิดขึ้น น้ำจะสลายตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน

สอง วิธีการหมุนเวียนสารละลายด่าง

1️⃣การหมุนเวียนแบบผสมของไฮโดรเจนและออกซิเจนด้านสารละลายด่าง

ในรูปแบบการหมุนเวียนนี้ สารละลายด่างจะเข้าสู่ปั๊มหมุนเวียนสารละลายด่างผ่านท่อเชื่อมต่อที่ด้านล่างของตัวแยกไฮโดรเจนและตัวแยกออกซิเจน จากนั้นเข้าสู่ห้องแคโทดและแอโนดของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์หลังจากระบายความร้อนและกรอง ข้อดีของการหมุนเวียนแบบผสมคือ โครงสร้างเรียบง่าย กระบวนการสั้น ต้นทุนต่ำ และสามารถรับประกันขนาดที่เท่ากันของการหมุนเวียนสารละลายด่างเข้าสู่ห้องแคโทดและแอโนดของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ ข้อเสียคือ ประการหนึ่ง อาจส่งผลต่อความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนและออกซิเจน และอีกประการหนึ่ง อาจทำให้ระดับของตัวแยกไฮโดรเจน-ออกซิเจนผิดปกติ ซึ่งอาจส่งผลให้ความเสี่ยงในการผสมไฮโดรเจน-ออกซิเจนเพิ่มขึ้น ปัจจุบัน ด้านไฮโดรเจน-ออกซิเจนของการหมุนเวียนแบบผสมของสารละลายด่างเป็นกระบวนการที่พบมากที่สุด

2️⃣การหมุนเวียนแยกกันของไฮโดรเจนและออกซิเจนด้านสารละลายด่าง

รูปแบบการหมุนเวียนนี้ต้องใช้ปั๊มหมุนเวียนสารละลายด่างสองตัว กล่าวคือ การหมุนเวียนภายในสองครั้ง สารละลายด่างที่ด้านล่างของตัวแยกไฮโดรเจนจะผ่านปั๊มหมุนเวียนด้านไฮโดรเจน ถูกทำให้เย็นลงและกรอง จากนั้นเข้าสู่ห้องแคโทดของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ สารละลายด่างที่ด้านล่างของตัวแยกออกซิเจนจะผ่านปั๊มหมุนเวียนด้านออกซิเจน ถูกทำให้เย็นลงและกรอง จากนั้นเข้าสู่ห้องแอโนดของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ ข้อดีของการหมุนเวียนสารละลายด่างแบบอิสระคือ ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่ผลิตโดยการแยกด้วยไฟฟ้ามีความบริสุทธิ์สูง หลีกเลี่ยงความเสี่ยงในการผสมตัวแยกไฮโดรเจนและออกซิเจนทางกายภาพ ข้อเสียคือ โครงสร้างและกระบวนการมีความซับซ้อนและมีค่าใช้จ่าย และยังจำเป็นต้องรับประกันความสม่ำเสมอของอัตราการไหล หัว พลังงาน และพารามิเตอร์อื่นๆ ของปั๊มทั้งสองด้าน ซึ่งเพิ่มความซับซ้อนของการทำงาน และนำเสนอข้อกำหนดในการควบคุมเสถียรภาพของทั้งสองด้านของระบบ

สาม อิทธิพลของอัตราการไหลเวียนของสารละลายด่างต่อการผลิตไฮโดรเจนด้วยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าและสภาพการทำงานของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์

1️⃣การหมุนเวียนสารละลายด่างมากเกินไป

（1）ผลกระทบต่อความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนและออกซิเจน

เนื่องจากไฮโดรเจนและออกซิเจนมีความสามารถในการละลายได้ในสารละลายด่าง ปริมาณการหมุนเวียนจึงมีมากเกินไป ทำให้ปริมาณไฮโดรเจนและออกซิเจนที่ละลายทั้งหมดเพิ่มขึ้นและเข้าสู่แต่ละห้องพร้อมกับสารละลายด่าง ซึ่งทำให้ความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนและออกซิเจนลดลงในทางออกของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ ปริมาณการหมุนเวียนมีมากเกินไป ทำให้เวลาในการกักเก็บของตัวแยกของเหลวไฮโดรเจนและออกซิเจนสั้นเกินไป และก๊าซที่ไม่แยกตัวออกอย่างสมบูรณ์จะถูกนำกลับเข้าไปในภายในของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์พร้อมกับสารละลายด่าง ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์และความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนและออกซิเจน และต่อไป สิ่งนี้จะส่งผลต่อประสิทธิภาพของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าในเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์และความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนและออกซิเจน และส่งผลกระทบเพิ่มเติมต่อความสามารถของอุปกรณ์ทำความสะอาดไฮโดรเจนและออกซิเจนในการกำจัดไฮโดรเจนและกำจัดออกซิเจน ส่งผลให้ผลการทำความสะอาดไฮโดรเจนและออกซิเจนไม่ดีและส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์

（2） ผลกระทบต่ออุณหภูมิถัง

ภายใต้เงื่อนไขที่อุณหภูมิทางออกของเครื่องทำความเย็นสารละลายด่างยังคงไม่เปลี่ยนแปลง การไหลของสารละลายด่างมากเกินไปจะนำความร้อนออกจากเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์มากขึ้น ทำให้ อุณหภูมิถังลดลงและกำลังไฟเพิ่มขึ้น

（3）ผลกระทบต่อกระแสและแรงดันไฟฟ้า

การหมุนเวียนสารละลายด่างมากเกินไปจะส่งผลต่อเสถียรภาพของกระแสและแรงดันไฟฟ้า การไหลของของเหลวที่มากเกินไปจะรบกวนความผันผวนตามปกติของกระแสและแรงดันไฟฟ้า ทำให้กระแสและแรงดันไฟฟ้าไม่สามารถคงที่ได้ง่าย ทำให้เกิดความผันผวนในสภาพการทำงานของตู้ปรับกระแสไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า และส่งผลกระทบต่อการผลิตและคุณภาพของไฮโดรเจน

（4）การใช้พลังงานเพิ่มขึ้น

การหมุนเวียนสารละลายด่างมากเกินไปอาจนำไปสู่การใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้น ต้นทุนการดำเนินงานที่เพิ่มขึ้น และประสิทธิภาพพลังงานของระบบที่ลดลง ส่วนใหญ่ในการเพิ่มระบบหมุนเวียนภายในน้ำหล่อเย็นเสริมและสเปรย์และพัดลมหมุนเวียนภายนอก โหลดน้ำเย็น ฯลฯ เพื่อให้การใช้พลังงานเพิ่มขึ้น การใช้พลังงานทั้งหมดเพิ่มขึ้น

（5）ทำให้เกิดความล้มเหลวของอุปกรณ์

การหมุนเวียนสารละลายด่างมากเกินไปจะเพิ่มภาระให้กับปั๊มหมุนเวียนสารละลายด่าง ซึ่งสอดคล้องกับอัตราการไหลที่เพิ่มขึ้น ความผันผวนของแรงดันและอุณหภูมิในเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งจะส่งผลต่อขั้วไฟฟ้า ไดอะแฟรม และปะเก็นภายในเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งอาจนำไปสู่การทำงานผิดพลาดหรือความเสียหายของอุปกรณ์ และเพิ่มภาระงานในการบำรุงรักษาและซ่อมแซม

2️⃣การหมุนเวียนสารละลายด่างน้อยเกินไป

（1）ผลกระทบต่ออุณหภูมิถัง

เมื่อปริมาณการหมุนเวียนของสารละลายด่างไม่เพียงพอ ความร้อนในเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์จะไม่สามารถนำออกไปได้ทันเวลา ส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงทำให้ความดันไออิ่มตัวของน้ำในเฟสก๊าซสูงขึ้นและปริมาณน้ำเพิ่มขึ้น หากน้ำไม่สามารถควบแน่นได้อย่างเพียงพอ จะเพิ่มภาระของระบบทำความสะอาดและส่งผลต่อผลการทำความสะอาด และยังส่งผลต่อผลกระทบและอายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยาและสารดูดซับ

（2）ผลกระทบต่ออายุการใช้งานของไดอะแฟรม

สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่องจะเร่งการเสื่อมสภาพของไดอะแฟรม ทำให้ประสิทธิภาพลดลงหรือแม้แต่แตกง่าย ทำให้เกิดการซึมผ่านของไฮโดรเจนและออกซิเจนซึ่งกันและกันของไดอะแฟรมทั้งสองด้าน ส่งผลต่อความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนและออกซิเจน เมื่อการแทรกซึมซึ่งกันและกันใกล้เคียงกับขีดจำกัดล่างของการระเบิด ทำให้โอกาสที่เครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์เป็นอันตรายเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในเวลาเดียวกัน อุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่องจะทำให้เกิดความเสียหายจากการรั่วไหลต่อปะเก็นซีล ทำให้ลดอายุการใช้งาน

（3）ผลกระทบต่อขั้วไฟฟ้า

หากปริมาณการหมุนเวียนของสารละลายด่างน้อยเกินไป ก๊าซที่ผลิตขึ้นจะไม่สามารถออกจากศูนย์กลางที่ใช้งานของขั้วไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว และประสิทธิภาพการแยกด้วยไฟฟ้าจะได้รับผลกระทบ หากขั้วไฟฟ้าไม่สามารถสัมผัสกับสารละลายด่างได้อย่างเต็มที่เพื่อดำเนินการปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า จะเกิดความผิดปกติในการปล่อยประจุบางส่วนและการเผาไหม้แบบแห้ง ซึ่งจะเร่งการหลุดลอกของตัวเร่งปฏิกิริยาบนขั้วไฟฟ้า

（4 ）ผลกระทบต่อแรงดันไฟฟ้าของเซลล์

ปริมาณการหมุนเวียนของสารละลายด่างมีน้อยเกินไป เนื่องจากฟองไฮโดรเจนและออกซิเจนที่เกิดขึ้นในศูนย์กลางที่ใช้งานของขั้วไฟฟ้าไม่สามารถนำออกไปได้ทันเวลา และปริมาณก๊าซที่ละลายในอิเล็กโทรไลต์เพิ่มขึ้น ทำให้แรงดันไฟฟ้าของห้องเล็กเพิ่มขึ้นและการใช้พลังงานเพิ่มขึ้น

สี่ วิธีการกำหนดอัตราการไหลเวียนของสารละลายด่างที่เหมาะสมที่สุด

ในการแก้ปัญหาข้างต้น จำเป็นต้องใช้มาตรการที่สอดคล้องกัน เช่น ตรวจสอบระบบหมุนเวียนสารละลายด่างเป็นประจำเพื่อให้แน่ใจว่าทำงานตามปกติ รักษาเงื่อนไขการกระจายความร้อนที่ดีรอบๆ เครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ และปรับพารามิเตอร์การทำงานของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ หากจำเป็น เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดปริมาณการหมุนเวียนของสารละลายด่างที่มากเกินไปหรือน้อยเกินไป

อัตราการไหลเวียนของสารละลายด่างที่เหมาะสมที่สุดจำเป็นต้องพิจารณาจากพารามิเตอร์ทางเทคนิคของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์เฉพาะ เช่น ขนาดของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ จำนวนห้อง แรงดันใช้งาน อุณหภูมิปฏิกิริยา การสร้างความร้อน ความเข้มข้นของสารละลายด่าง เครื่องทำความเย็นสารละลายด่าง ตัวแยกไฮโดรเจน-ออกซิเจน ความหนาแน่นของกระแส ความบริสุทธิ์ของก๊าซ และข้อกำหนดอื่นๆ ความทนทานของอุปกรณ์และท่อ และปัจจัยอื่นๆ

ขนาดพารามิเตอร์ทางเทคนิค：

ขนาด 4800x2240x2281 มม.

น้ำหนักรวม 40700 กก.

ขนาดห้องที่มีประสิทธิภาพ 1830、จำนวนห้อง 238个

ความหนาแน่นของกระแสของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ 5000A/m²

แรงดันใช้งาน 1.6Mpa

อุณหภูมิปฏิกิริยา 90℃±5℃

ปริมาณไฮโดรเจนของผลิตภัณฑ์เครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ชุดเดียว 1300Nm³/h

ออกซิเจนของผลิตภัณฑ์ 650Nm³/h

กระแสตรง n13100A、แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง 480V

เครื่องทำความเย็นสารละลายด่าง Φ700x4244mm

พื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน 88.2m²

ตัวแยกไฮโดรเจนและออกซิเจน Φ1300x3916mm

ตัวแยกออกซิเจน Φ1300x3916mm

ความเข้มข้นของสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ 30%

ค่าความต้านทานน้ำบริสุทธิ์ >5MΩ·cm

ความสัมพันธ์ระหว่างสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์และเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์：

ทำให้การนำน้ำบริสุทธิ์ นำไฮโดรเจนและออกซิเจนออกมา และนำความร้อนออกไป การไหลของน้ำหล่อเย็นใช้เพื่อควบคุมอุณหภูมิสารละลายด่าง เพื่อให้อุณหภูมิของปฏิกิริยาเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ค่อนข้างคงที่ และการสร้างความร้อนของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์และการไหลของน้ำหล่อเย็นใช้เพื่อให้ตรงกับสมดุลความร้อนของระบบเพื่อให้ได้สภาพการทำงานที่ดีที่สุดและพารามิเตอร์การทำงานที่ประหยัดพลังงานที่สุด

จากปฏิบัติการจริง：

การควบคุมปริมาณการหมุนเวียนสารละลายด่างที่ 60m³/h，

การไหลของน้ำหล่อเย็นเปิดที่ประมาณ 95%，

อุณหภูมิปฏิกิริยาของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ถูกควบคุมที่ 90°C ที่โหลดเต็ม，

สภาพที่เหมาะสมที่สุด การใช้พลังงานไฟฟ้ากระแสตรงของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์คือ 4.56 kWh/Nm³H₂.

ห้าสรุป

โดยสรุป ปริมาณการหมุนเวียนของสารละลายด่างเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนด้วยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า ซึ่งเกี่ยวข้องกับความบริสุทธิ์ของก๊าซ แรงดันไฟฟ้าของห้อง อุณหภูมิของเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ และพารามิเตอร์อื่นๆ เหมาะสมที่จะควบคุมปริมาณการหมุนเวียนที่ 2~4 เท่า/ชม./นาทีของการเปลี่ยนสารละลายด่างในถัง ด้วยการควบคุมปริมาณการหมุนเวียนของสารละลายด่างอย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่เสถียรและปลอดภัยของอุปกรณ์ผลิตไฮโดรเจนด้วยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเป็นระยะเวลานาน

ในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนด้วยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าในเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์แบบอัลคาไลน์ การเพิ่มประสิทธิภาพของพารามิเตอร์สภาพการทำงานและการออกแบบตัววิ่งเครื่องแยกอิเล็กโทรไลต์ ร่วมกับการเลือกวัสดุขั้วไฟฟ้าและวัสดุไดอะแฟรมเป็นกุญแจสำคัญในการเพิ่มกระแส ลดแรงดันไฟฟ้าของถัง และประหยัดการใช้พลังงาน

——ติดต่อเรา——

โทรศัพท์: +86 028 6259 0080

โทรสาร: +86 028 6259 0100

อีเมล: tech@allygas.com