電解水素生産ユニットには水電解装置一式が含まれています水素生産設備、主な設備は以下のとおりです。
1. 電解セル
2. 気液分離装置
3. 乾燥・浄化システム
4.電気部品には、変圧器、整流器キャビネット、PLC制御キャビネット、計器キャビネット、配電キャビネット、上位コンピュータなどが含まれます。
5.補助システムは主に、アルカリ溶液タンク、原料水タンク、補給水ポンプ、窒素ボンベ/バスバーなどを含みます。6.装置の全体的な補助システムは、純水機、チラータワー、チラー、空気圧縮機などを含みます。
水素と酸素の冷却器を通過し、水はドリップトラップで集められ、制御システムの制御下で排出される。電解液は水素循環ポンプの作用により、水素と酸素アルカリフィルター、水素と酸素アルカリ冷却器をそれぞれ通過し、その後、電解セルに戻ってさらに電気分解されます。
システムの圧力は、下流のプロセスと保管の要件を満たすために、圧力制御システムと差圧制御システムによって調整されます。
水電気分解で生成される水素は、高純度で不純物が少ないという利点があります。通常、水電気分解で生成される水素ガスに含まれる不純物は酸素と水のみであり、他の成分は含まれていません（特定の触媒の被毒を回避できます）。そのため、高純度の水素ガスを生成するのに便利であり、精製された水素ガスは電子機器グレードの工業用ガスの基準を満たすことができます。
水素製造ユニットによって生成された水素は、バッファタンクを通過してシステムの動作圧力を安定させ、さらに水素から自由水を除去します。
水の電気分解によって生成された水素は、水素精製装置に入った後、触媒反応と分子ふるい吸着の原理を使用して、水素から酸素、水、およびその他の不純物が除去され、さらに精製されます。
本装置は、実際の状況に応じて水素生産量の自動調整システムを構築できます。ガス負荷の変化は水素貯蔵タンクの圧力変動を引き起こします。貯蔵タンクに設置された圧力トランスミッターは、PLCに4-20mA信号を出力し、元の設定値と比較します。そして、逆変換とPID演算を経て、整流器キャビネットに20-4mA信号を出力し、電解電流の大きさを調整します。これにより、水素負荷の変化に応じて水素生産量を自動的に調整するという目的を達成します。
水電解による水素製造プロセスにおける唯一の反応は水（H2O）であり、水補給ポンプを介して原水を継続的に供給する必要があります。補給位置は水素または酸素分離器にあります。また、水素と酸素はシステムから排出される際に少量の水を持ち去る必要があります。水消費量の少ない設備では1L/Nm³H2の消費量で済みますが、大型設備では0.9L/Nm³H2まで削減できます。システムは原水を継続的に補給することで、アルカリ液の水位と濃度の安定性を維持できます。また、反応した水を適時に補給することで、アルカリ溶液の濃度を維持できます。
- 変圧器整流システム
このシステムは主に変圧器と整流器キャビネットの2つの装置で構成されています。主な機能は、フロントエンドオーナーから供給される10/35KVの交流電力を電解セルに必要な直流電力に変換し、電解セルに直流電力を供給することです。供給された電力の一部は、水分子を水素と酸素に直接分解するために使用され、残りの部分は熱を発生させ、アルカリ冷却器によって冷却水を介して熱に変換されます。
変圧器の多くは油入式です。屋内や容器内に設置する場合は乾式変圧器を使用できます。電解水水素製造装置に使用される変圧器は、各電解セルのデータに合わせて調整する必要がある特殊な変圧器であるため、カスタマイズ機器となります。
現在、最も一般的に使用されている整流器キャビネットはサイリスタ型であり、その長い使用時間、高い安定性、そして低価格から機器メーカーに支持されています。しかし、再生可能エネルギーのフロントエンドへの大規模設備の適応の必要性から、サイリスタ整流器キャビネットの変換効率は比較的低いという問題があります。現在、様々な整流器キャビネットメーカーが、新しいIGBT整流器キャビネットの採用に取り組んでいます。IGBTは風力発電などの他の産業ではすでに非常に普及しており、今後IGBT整流器キャビネットは大きな発展を遂げると予想されています。
- 配電盤システム
配電盤は主に、電解水水素製造装置の背後にある水素酸素分離精製システム内のモーター付き各種コンポーネントに電力を供給するために使用されます。これには400Vまたは一般に380Vと呼ばれる機器が含まれます。機器には、水素酸素分離フレームワーク内のアルカリ循環ポンプと補助システムの補給水ポンプが含まれます。乾燥精製システムの電熱線への電源供給、純水機、チラー、空気圧縮機、冷却塔、バックエンド水素圧縮機、水素化機など、システム全体に必要な補助システムへの電源供給、およびステーション全体の照明、監視などのシステムへの電源供給も含まれます。
- Cオントロlシステム
制御システムはPLC自動制御を実現します。PLCは一般的にSiemens 1200または1500を採用し、ヒューマンマシンインタラクションインターフェースのタッチスクリーンを備えています。設備の各システムの操作とパラメータ表示、そして制御ロジックの表示は、タッチスクリーン上で実現されます。
5. アルカリ溶液循環システム
このシステムには主に以下の主要機器が含まれます。
水素酸素分離器 – アルカリ溶液循環ポンプ – バルブ – アルカリ溶液フィルター – 電解セル
主なプロセスは以下のとおりです。水素酸素分離器で水素と酸素が混合されたアルカリ溶液は、気液分離器によって分離され、アルカリ溶液循環ポンプに還流されます。ここで水素分離器と酸素分離器が接続され、アルカリ溶液循環ポンプは還流されたアルカリ溶液をバルブと後端のアルカリ溶液フィルターに循環させます。フィルターで大きな不純物が除去された後、アルカリ溶液は電解槽内に循環されます。
6.水素システム
水素ガスはカソード電極側から発生し、アルカリ溶液循環システムに沿ってセパレータに到達します。セパレータ内部では、水素ガスは比較的軽く、アルカリ溶液から自然分離され、セパレータ上部に到達します。その後、パイプラインを経由してさらに分離され、冷却水で冷却された後、ドリップキャッチャーで回収され、約99%の純度に達し、バックエンドの乾燥・精製システムに到達します。
排気: 水素ガスの排気は、主に起動時および停止時、異常運転時、純度が基準を満たしていない場合、およびトラブルシューティングのために使用されます。
7. 酸素システム
酸素の経路は、異なる分離装置で実行される点を除けば、水素の経路と似ています。
排出: 現在、ほとんどのプロジェクトでは酸素を排出する方法が使用されています。
利用：酸素の利用価値は、光ファイバーメーカーなど、水素と高純度酸素の両方を使用できるアプリケーションなど、特殊なプロジェクトにおいてのみ意味を持ちます。また、酸素の利用のためにスペースを確保している大規模プロジェクトもいくつかあります。バックエンドの応用シナリオとしては、乾燥・精製後の液体酸素の製造、または分散システムによる医療用酸素などが挙げられますが、これらの利用シナリオの精度については、さらなる検証が必要です。
8. 冷却水システム
水の電気分解プロセスは吸熱反応であり、水素製造プロセスには電気エネルギーを供給する必要があります。しかし、水電気分解プロセスで消費される電気エネルギーは、水電気分解反応の理論的な吸熱量を超えています。つまり、電解セルで使用される電気の一部は熱に変換され、主に最初にアルカリ溶液循環システムを加熱するために使用され、アルカリ溶液の温度を装置に必要な温度範囲である90±5℃まで上昇させます。電解セルが定格温度に達した後も運転を継続する場合、発生した熱は冷却水によって運び出され、電解反応ゾーンの常温を維持する必要があります。電解反応ゾーンの温度が高いとエネルギー消費を削減できますが、温度が高すぎると電解チャンバーのダイヤフラムが損傷し、装置の長期運転にも悪影響を及ぼします。
この装置の最適動作温度は95℃以下に維持する必要があります。さらに、生成された水素と酸素は冷却・除湿する必要があり、水冷式サイリスタ整流装置にも必要な冷却配管が備え付けられています。
大型機器のポンプ本体にも冷却水の関与が必要です。
- 窒素充填および窒素パージシステム
装置のデバッグおよび操作前に、システムの窒素気密試験を実施する必要があります。また、通常の起動前に、システムのガス相を窒素でパージし、水素と酸素の両側のガス相空間内のガスが可燃性および爆発性範囲から十分に離れていることを確認する必要があります。
装置のシャットダウン後、制御システムは自動的に圧力を維持し、システム内に一定量の水素と酸素を保持します。起動時に圧力がまだ残っている場合は、パージ操作を行う必要はありません。ただし、圧力が完全に解放された場合は、再度窒素パージ操作を行う必要があります。
- 水素乾燥（精製）システム（オプション）
水電解で生成された水素ガスは、並列乾燥機で除湿され、最終的に焼結ニッケル管フィルターで精製されて乾燥水素ガスが得られます。ユーザーの製品水素に対する要件に応じて、パラジウム・白金二元触媒脱酸素法を用いた精製装置を追加することができます。
水電解水素製造装置で製造された水素は、バッファタンクを経て水素精製装置に送られます。
まず水素ガスは脱酸素塔を通過し、触媒の作用により水素ガス中の酸素が水素ガスと反応して水が生成されます。
反応式：2H2+O2・2H2O。
その後、水素ガスは水素コンデンサー（水素ガスを冷却して水蒸気を凝縮し、水はコレクターを通じて自動的にシステム外に排出されます）を通過し、吸着塔に入ります。
投稿日時: 2024年12月3日
