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电解水制氢工作原理(电解水制氢过程原理)

首先,除了电力转换部分外,电解水制氢分为制氢框架和提纯框架两大部分。

在制氢过程中,碱液通过碱液循环泵在电解槽内循环。电化学反应后,阴极产生氢气,阳极产生氧气。然后碱液和气体一起流出电解槽(氢气和氧气不同。排出管道然后进入对称的后处理框架,称为氢气侧和氧气侧),进入氢气侧和氧气侧换热器。由于电解槽的温度一般为8090摄氏度,因此通过氢气侧和氧气侧热交换器冷却至室温。然后进入氢气侧和氧气侧气液分离器,在其中分离气体和碱液。碱液通过碱液循环泵进入电解槽。气体进入氢气侧和氧气侧洗涤器,除去气体中夹带的碱雾。然后氢气排出或进入纯化系统,氧气作为副产物排出或收集。

电解水制氢工作原理(电解水制氢过程原理)

在净化框架中,来自制氢框架的氢气首先在200摄氏度以上的温度下与Pd催化剂反应,除去氢气中的少量氧气,然后通过热交换器将生成的水与气水分离分离器,然后进入吸收塔吸附气体中的水分,从而获得纯度99.99%以上的氢气,以供后续储存或使用。值得一提的是,净化阶段采用经典的三塔联动干燥工艺。即第一干燥塔中干燥的氢气的一部分作为产品,一部分作为第二塔中的再生气。第二干燥塔再生后的气体进入第三干燥塔干燥,作为成品氢气送出。随后对三塔工况进行调整,提高设备利用率。

流程介绍

水电解制氢工艺原理

水电解制氢系统的工作原理是由一对浸入电解液中的电极组成的水电解池,通过隔膜隔开以防止气体渗透。当通一定的直流电流时,水在阴极分解并沉淀。氢气和氧气从阳极释放。反应式如下:

阴极:4H2O+4e-=2H2+4OH

阳极:4OH--4e-=2H2O+O2

总反应式:2H2O=2H2+O2

电解池

电解槽是电解水制氢的核心设备。当电解槽接通直流电源,电解电流上升到一定值时,电解槽内的水被电解成氢气和氧气。H2主要在阴极室产生,O2在阳极室产生。

气液分离器

来自电解槽内各电解槽阴极侧的H2和电解液借助循环泵的机头和气举排出。

进入气液分离器,H2和电解液在重力作用下分离,电解液循环回到电解槽,H2进入冷

但洗涤部分。

冷却洗涤器

水电解制氢过程是一个放热反应。通过冷却过程,气体温度降低,气体中的水分含量减少。本项目采用循环冷却水对气体进行冷却,保证洗涤塔出口气体温度40。冷凝水流回电解槽,H2进入下一段。

脱氧系统

H2溢出过程会带出少量O2。为了提高H2的纯度,需要除去O2。本项目脱氧器主要利用H2和O2在催化剂作用下加热生成H2O的原理进行脱氧。原料H2进入脱氧器后,在高温(温度控制在330左右)和催化剂的作用下,少量的O2在催化剂的催化下与H2结合生成水,从而氧含量小于1ppm。

干燥系统

H2脱氧后会生成少量H2O。由于温度较高,氢气会以蒸汽形式溢出。该项目采用干燥剂过滤工艺来干燥和纯化氢气。该干燥剂为Al2O3和硅酸盐的混合物,具有吸附容量大、耐温性好的特点。本项目每套干燥系统由三台干燥机组成,在生产运行过程中交替使用,实现吸附和再生同时进行,保证装置工作的连续性。本项目干燥机主要通过高纯H2反吹进行再生。

压缩存储

经过分离、洗涤、脱氧、干燥后得到纯度较高的H2,经压缩后暂存于缓冲罐中。气体消耗过程中,通过加氢塔填充并运出。

其他

本项目水电解制氢工艺产生的O2分离、洗涤、脱氢、干燥等工艺与H2工艺基本相同。产生的O2通过管道导入煤气化生产装置使用。

流程图:

通过水电解制氢是一种更方便的方法。直流电通入充满氢氧化钾或氢氧化钠的电解池,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气。

化学反应式如下:阴极:2H2O+2eH2+2OH阳极:2OH—2eH2O+1/2O2总反应式:2H2O2H2+O2根据库仑定律,产气量与电流成正比,有与其他因素无关。

氢氧化钾的作用是增加水的电导率。它不参与电解反应,理论上不会被消耗。

电解液中添加五氧化二钠的作用是降低电解电压。

单位气体产量的功耗取决于电解电压。电解槽的工作温度越高,电解电压越低。同时,也增加了电解槽材料,主要是隔膜材料的腐蚀。

石棉在碱溶液中长期使用温度不能超过100,因此使用温度以80~85为宜。

电解压力的选择主要根据对氢气的需要而定。气体的纯度取决于氢气发生器的结构和操作。

在设备完好(主要是电解槽隔膜未损坏)、操作压力正常(主要是压差控制正常)的情况下,纯度稳定。

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