電解水素生産ユニットには水の電気分解の完全なセットが含まれています水素生産設備、主な設備には以下が含まれます。
1. 電解槽
2. 気液分離装置
3. 乾燥・精製システム
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、上部コンピューターなどが含まれます。
5. 補助システムには、主にアルカリ溶液タンク、原料水タンク、補給水ポンプ、窒素シリンダー/バスバーなどが含まれます。 6. 装置の補助システム全体には、純水機、チラータワー、チラー、エアコンプレッサーなど
水素と酸素の冷却器、および水は制御システムの制御下で送り出される前にドリップトラップによって収集されます。電解液が通過します水素循環ポンプの作用により、それぞれ酸素アルカリフィルター、水素冷却器、酸素アルカリ冷却器を経て、電解槽に戻りさらなる電気分解が行われます。
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。
水の電気分解により生成される水素は、高純度で不純物が少ないという利点があります。通常、水の電気分解によって生成される水素ガス中の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（これにより特定の触媒の被毒を回避できます）。これにより、高純度の水素ガスの生成が容易になり、精製されたガスは電子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製造された水素は、システムの作動圧力を安定させ、水素から遊離水をさらに除去するためにバッファタンクを通過します。
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、触媒反応とモレキュラーシーブ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を除去し、さらに精製されます。
この装置は、実際の状況に応じて自動水素生成調整システムをセットアップできます。ガス負荷の変化により、水素貯蔵タンクの圧力が変動します。貯蔵タンクに取り付けられた圧力伝送器は、元の設定値と比較するために 4 ～ 20mA の信号を PLC に出力し、逆変換および PID 計算の後、整流器キャビネットに 20 ～ 4mA の信号を出力して、圧力の大きさを調整します。電解電流を調整し、水素負荷の変化に応じて水素生成量を自動調整するという目的を達成します。
水電気分解による水素製造過程での反応は水（H2O）のみであるため、水補給ポンプにより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上にあります。さらに、水素と酸素はシステムから出るときに少量の水を取り除く必要があります。水の消費量が少ない装置では 1L/Nm 3 H2 の消費量が発生しますが、大型の装置では 0.9L/Nm 3 H2 まで削減できます。原水を継続的に補給するシステムですので、アルカリ性の液面と濃度を安定に保つことができます。また、反応水を適時に補充してアルカリ溶液の濃度を維持することもできます。
- 変圧器整流器システム
このシステムは主に、変圧器と整流器キャビネットの 2 つのデバイスで構成されます。その主な機能は、フロントエンド所有者から提供される 10/35KV AC 電力を電解槽に必要な DC 電力に変換し、電解槽に DC 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、残りの一部は冷却水を介してアルカリクーラーによって熱を発生させます。
変圧器の多くは油式です。屋内やコンテナ内に設置する場合には乾式変圧器が使用できます。電解水水素製造装置に使用される変圧器は、各電解槽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り、カスタマイズされた装置となります。
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方式であり、使用時間の長さ、安定性の高さ、低価格などの理由から機器メーカーから支持されています。ただし、大規模な機器をフロントエンドの再生可能エネルギーに適応させる必要があるため、サイリスタ整流器キャビネットの変換効率は比較的低くなります。現在、さまざま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努めています。 IGBT は風力発電などの他の業界ではすでに非常に一般的であり、IGBT 整流器キャビネットは将来的に大幅な発展を遂げると考えられています。
- 配電盤システム
配電盤は主に、400V または一般に 380V 装置と呼ばれる電解水水素製造装置の背後にある水素酸素分離および精製システム内のモーターを備えたさまざまなコンポーネントに電力を供給するために使用されます。この装置には、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内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用電源、純水装置、チラー、エアコンプレッサー、冷却塔、バックエンド水素圧縮機、水素化装置などシステム全体に必要な付帯システム. には、ステーション全体の照明、監視、その他のシステム用の電源も含まれます。
- Cオントロlシステム
制御システムはPLC自動制御を実装しています。 PLC は通常、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 インターフェイスのタッチ スクリーンを備えています。装置の各系統の操作やパラメータ表示、制御ロジックの表示をタッチスクリーン上で実現します。
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 – 電解槽
主なプロセスは、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が気液分離器で分離され、アルカリ溶液循環ポンプに還流されます。ここに水素分離器と酸素分離器が接続されており、アルカリ溶液循環ポンプにより還流したアルカリ溶液を後端のバルブと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をろ過した後、アルカリ溶液を電解槽内に循環させます。
6.水素システム
水素ガスはカソード極側から発生し、アルカリ溶液循環系を経てセパレータに到達します。セパレータ内では比較的軽い水素ガスがアルカリ溶液から自然に分離され、セパレータ上部に到達します。その後、さらに分離するためにパイプラインを通過し、冷却水で冷却され、ドリップキャッチャーで回収されて約 99% の純度に達した後、後段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、主に起動時と停止時、異常動作時、純度が規格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
酸素の経路は水素の経路と似ていますが、異なる分離器で実行される点が異なります。
空にする: 現在、ほとんどのプロジェクトでは酸素を空に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の特別なプロジェクトでのみ意味を持ちます。酸素を利用するための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 アプリケーション シナリオは、乾燥および精製後の液体酸素の生成、または分散システムによる医療用酸素の生成です。ただし、これらの利用シナリオの精度については、さらに確認する必要があります。
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、水の電気分解プロセスで消費される電気エネルギーは、水の電気分解反応の理論上の吸熱量を超えています。つまり、電解槽で使用される電気の一部は熱に変換され、主に初期のアルカリ溶液循環システムの加熱に使用され、アルカリ溶液の温度を必要な温度範囲である90±5℃まで上昇させます。機器の場合は℃。電解セルが定格温度に達した後も運転を続ける場合、電解反応領域の温度を常温に保つために、発生した熱を冷却水で逃がす必要があります。電解反応ゾーンの温度が高いとエネルギー消費量を削減できますが、温度が高すぎると電解室の隔膜が損傷し、装置の長期運転にも悪影響を及ぼします。
このデバイスの最適動作温度は 95 ℃ 以下に維持する必要があります。また、発生した水素や酸素も冷却・除湿する必要があり、水冷サイリスタ整流装置には必要な冷却配管も設置されています。
大型機器のポンプ本体にも冷却水が必要です。
- 窒素充填・窒素パージシステム
デバイスをデバッグおよび操作する前に、システムの窒素気密テストを実行する必要があります。通常の始動前に、システムの気相を窒素でパージして、水素と酸素の両側の気相空間のガスが可燃性および爆発性の範囲から遠く離れていることを確認することも必要です。
装置が停止した後、制御システムは自動的に圧力を維持し、一定量の水素と酸素をシステム内に保持します。始動時に圧力がまだ存在する場合は、パージ操作を実行する必要はありません。ただし、圧力が完全に解放された場合は、再度窒素パージ動作を実行する必要があります。
- 水素乾燥（精製）システム（オプション）
水の電気分解で得られた水素ガスは並列乾燥機で除湿され、最後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。製品水素に対するユーザーの要件に応じて、システムは精製にパラジウムプラチナバイメタル触媒脱酸素を使用する精製装置を追加できます。
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。
水素ガスはまず脱酸素塔を通過し、触媒の作用により水素ガス中の酸素と水素ガスが反応して水が生成されます。
反応式：2H2+O2・2H2O。
その後、水素ガスは水素凝縮器（ガスを冷却して水蒸気を水に凝縮し、捕集器を介して自動的に系外に排出される）を通って吸着塔に流入します。
投稿日時: 2024 年 12 月 3 日
