In het alkaline electrolyzer waterstofproductieproces is de instelling van de hoeveelheid loogcirculatie een belangrijke factor voor een stabiele werking van het apparaat, naast de kwaliteit van de electrolyzer zelf.

Onlangs deelde Huang Li, hoofd van het Hydrogen Water Electrolysis Hydrogen Operation and Maintenance Program, op de Safety Production Technology Exchange Meeting van de China Industrial Gases Association Hydrogen Professional Committee onze ervaringen met het instellen van de waterstof- en loogcirculatiehoeveelheid in het daadwerkelijke test- en onderhoudsproces.

Hieronder volgt het originele document.

——————

Tegen de achtergrond van de nationale dual-carbon strategie is Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, dat al 25 jaar gespecialiseerd is in waterstofproductie en als eerste betrokken was bij het gebied van waterstofenergie, begonnen met de uitbreiding van de ontwikkeling van groene waterstoftechnologie en -apparatuur, inclusief het ontwerp van electrolyzertanks, de fabricage van apparatuur, het beplaten van elektroden, evenals het testen en onderhouden van electrolyzertanks.

EenWerkingsprincipe van alkaline electrolyzer

Door een gelijkstroom door een electrolyzer te leiden die gevuld is met elektrolyt, reageren watermoleculen elektrochemisch op de elektroden en worden ze ontleed in waterstof en zuurstof. Om de geleidbaarheid van het elektrolyt te verbeteren, is het algemene elektrolyt een waterige oplossing met een concentratie van 30% kaliumhydroxide of 25% natriumhydroxide.

De electrolyzer bestaat uit verschillende elektrolytische cellen. Elke elektrolysekamer bestaat uit kathode, anode, diafragma en elektrolyt. De belangrijkste functie van het diafragma is het voorkomen van gaspermeatie. In het onderste deel van de electrolyzer bevindt zich een gemeenschappelijke inlaat en uitlaat, het bovenste deel van het gas-vloeistofmengsel van alkali en oxy-alkali stroomkanaal. Door een bepaalde spanning van gelijkstroom te voeren, wanneer de spanning de theoretische ontledingsspanning van water 1,23 V en de thermische neutrale spanning 1,48 V overschrijdt, vindt de redoxreactie van de elektrode en de vloeistofinterface plaats, wordt water ontleed in waterstof en zuurstof.

Twee Hoe de loog wordt gecirculeerd

1️⃣Waterstof, Zuurstofzijde Loog Gemengde Cyclus

In deze vorm van circulatie komt de loog de loogcirculatiepomp binnen via de verbindingspijp aan de onderkant van de waterstofscheider en zuurstofscheider en komt vervolgens de kathode- en anodekamers van de electrolyzer binnen na afkoeling en filtering. De voordelen van gemengde circulatie zijn een eenvoudige structuur, een kort proces, lage kosten en kunnen dezelfde grootte van loogcirculatie in de kathode- en anodekamers van de electrolyzer garanderen; het nadeel is dat het enerzijds de zuiverheid van waterstof en zuurstof kan beïnvloeden, en anderzijds kan het ervoor zorgen dat het niveau van de waterstof-zuurstofscheider niet goed is afgesteld, wat kan leiden tot een verhoogd risico op waterstof-zuurstofmenging. Momenteel is de waterstof-zuurstofzijde van de loogmengcyclus het meest voorkomende proces.

2️⃣Afzonderlijke circulatie van waterstof- en zuurstofzijde loog

Deze vorm van circulatie vereist twee loogcirculatiepompen, d.w.z. twee interne circulaties. De loog aan de onderkant van de waterstofscheider gaat door de waterstofzijdige circulatiepomp, wordt gekoeld en gefilterd en komt vervolgens de kathodekamer van de electrolyzer binnen; de loog aan de onderkant van de zuurstofscheider gaat door de zuurstofzijdige circulatiepomp, wordt gekoeld en gefilterd en komt vervolgens de anodekamer van de electrolyzer binnen. Het voordeel van onafhankelijke circulatie van loog is dat de waterstof en zuurstof die door elektrolyse worden geproduceerd van hoge zuiverheid zijn, waardoor het risico op menging van waterstof en zuurstofscheider fysiek wordt vermeden; het nadeel is dat de structuur en het proces gecompliceerd en kostbaar zijn, en het is ook noodzakelijk om de consistentie van de stroomsnelheid, de opvoerhoogte, het vermogen en andere parameters van de pompen aan beide zijden te waarborgen, wat de complexiteit van de werking vergroot en de eis stelt om de stabiliteit van beide zijden van het systeem te controleren.

Drie Invloed van de circulatiestroomsnelheid van loog op de waterstofproductie door elektrolytisch water en de werkingstoestand van de electrolyzer

1️⃣Overmatige circulatie van loog

（1）Effect op de zuiverheid van waterstof en zuurstof

Omdat waterstof en zuurstof een bepaalde oplosbaarheid in de loog hebben, is het circulatievolume te groot, zodat de totale hoeveelheid opgeloste waterstof en zuurstof toeneemt en met de loog in elke kamer terechtkomt, wat ervoor zorgt dat de zuiverheid van waterstof en zuurstof wordt verminderd in de uitlaat van de electrolyzer; het circulatievolume is te groot, zodat de retentietijd van de waterstof- en zuurstofvloeistofscheider te kort is, en het gas dat niet volledig is gescheiden, wordt met de loog terug in het interieur van de electrolyzer gebracht, wat de efficiëntie van de elektrochemische reactie van de electrolyzer en de zuiverheid van waterstof en zuurstof beïnvloedt, en verder dit zal de efficiëntie van de elektrochemische reactie in de electrolyzer en de zuiverheid van waterstof en zuurstof beïnvloeden, en verder de mogelijkheid van waterstof- en zuurstofzuiveringsapparatuur om te dehydrogeneren en te deoxideren beïnvloeden, wat resulteert in een slecht effect van waterstof- en zuurstofzuivering en de kwaliteit van de producten beïnvloedt.

（2） Effect op de tanktemperatuur

Onder de voorwaarde dat de uitlaattemperatuur van de loogkoeler ongewijzigd blijft, zal een te grote loogstroom meer warmte uit de electrolyzer wegnemen, waardoor de tanktemperatuur daalt en het vermogen toeneemt.

（3）Effect op stroom en spanning

Overmatige circulatie van loog zal de stabiliteit van stroom en spanning beïnvloeden. Overmatige vloeistofstroom zal de normale fluctuatie van de stroom en spanning verstoren, waardoor de stroom en spanning niet gemakkelijk kunnen worden gestabiliseerd, waardoor fluctuaties in de werkingstoestand van de gelijkrichterkast en transformator ontstaan, en dus de productie en kwaliteit van waterstof worden beïnvloed.

（4）Verhoogd energieverbruik

Overmatige loogcirculatie kan ook leiden tot een verhoogd energieverbruik, verhoogde bedrijfskosten en een verminderde energie-efficiëntie van het systeem. Voornamelijk in de toename van het interne circulatiesysteem van hulpkoelwater en externe circulatiespray en ventilator, gekoelde waterbelasting, enz., zodat het stroomverbruik toeneemt, het totale energieverbruik toeneemt.

（5）Oorzaak van apparatuurstoring

Overmatige loogcirculatie verhoogt de belasting van de loogcirculatiepomp, wat overeenkomt met een verhoogde stroomsnelheid, druk- en temperatuurschommelingen in de electrolyzer, wat op zijn beurt de elektroden, diafragma's en pakkingen in de electrolyzer beïnvloedt, wat kan leiden tot apparatuurstoringen of schade, en een toename van de werklast voor onderhoud en reparatie.

2️⃣Loogcirculatie te klein

（1）Effect op de tanktemperatuur

Wanneer het circulatievolume van loog onvoldoende is, kan de warmte in de electrolyzer niet op tijd worden afgevoerd, wat resulteert in een temperatuurstijging. De omgeving met hoge temperaturen doet de verzadigde dampdruk van water in de gasfase stijgen en het watergehalte toenemen. Als het water niet voldoende kan condenseren, zal het de last van het zuiveringssysteem vergroten en het zuiveringseffect beïnvloeden, en het zal ook het effect en de levensduur van de katalysator en het adsorptiemiddel beïnvloeden.

（2）Impact op de levensduur van het diafragma

Continue omgeving met hoge temperaturen zal de veroudering van het diafragma versnellen, de prestaties verminderen of zelfs scheuren, waardoor het gemakkelijk is om de permeabiliteit van waterstof en zuurstof aan beide zijden van het diafragma te veroorzaken, wat de zuiverheid van waterstof en zuurstof beïnvloedt. Wanneer wederzijdse infiltratie dicht bij de ondergrens van de explosie komt, neemt de kans op gevaar van de electrolyzer aanzienlijk toe. Tegelijkertijd zal de continue hoge temperatuur ook lekkageschade aan de afdichtingspakking veroorzaken, waardoor de levensduur wordt verkort.

（3）Effect op elektroden

Als de circulerende hoeveelheid loog te klein is, kan het geproduceerde gas het actieve centrum van de elektrode niet snel verlaten en wordt de elektrolyse-efficiëntie beïnvloed; als de elektrode geen volledig contact kan maken met de loog om de elektrochemische reactie uit te voeren, zullen gedeeltelijke ontlading, afwijkingen en droogbranden optreden, waardoor het afwerpen van de katalysator op de elektrode wordt versneld.

（4 ）Effect op celspanning

De hoeveelheid loog die circuleert is te klein, omdat de waterstof- en zuurstofbellen die in het actieve centrum van de elektrode worden gegenereerd, niet op tijd kunnen worden afgevoerd, en de hoeveelheid opgeloste gassen in het elektrolyt toeneemt, waardoor de spanning van de kleine kamer toeneemt en het energieverbruik stijgt.

Vier Methoden voor het bepalen van de optimale loogcirculatiestroomsnelheid

Om de bovenstaande problemen op te lossen, is het noodzakelijk om overeenkomstige maatregelen te nemen, zoals het regelmatig controleren van het loogcirculatiesysteem om de normale werking ervan te garanderen; het handhaven van goede warmteafvoeromstandigheden rond de electrolyzer; en het aanpassen van de bedrijfsparameters van de electrolyzer, indien nodig, om te voorkomen dat er een te groot of te klein volume loogcirculatie optreedt.

De optimale loogcirculatiestroomsnelheid moet worden bepaald op basis van specifieke technische parameters van de electrolyzer, zoals de grootte van de electrolyzer, het aantal kamers, de werkdruk, de reactietemperatuur, de warmteontwikkeling, de loogconcentratie, de loogkoeler, de waterstof-zuurstofscheider, de stroomdichtheid, de gaszuiverheid en andere vereisten, de duurzaamheid van apparatuur en leidingen en andere factoren.

Technische parameters Afmetingen：

afmetingen 4800x2240x2281mm

totaal gewicht 40700Kg

Effectieve kamergrootte 1830、Aantal kamers 238个

Stroomdichtheid electrolyzer 5000A/m²

werkdruk 1,6 Mpa

reactietemperatuur 90℃±5℃

Enkele set electrolyzer product waterstofvolume 1300Nm³/h

Product Zuurstof 650Nm³/h

gelijkstroom n13100A、dc spanning 480V

Loogkoeler Φ700x4244mm

warmte-uitwisselingsgebied 88,2m²

Waterstof- en zuurstofscheider Φ1300x3916mm

zuurstofscheider Φ1300x3916mm

Kaliumhydroxide-oplossing concentratie 30%

Zuiver water weerstandswaarde >5MΩ·cm

Relatie tussen kaliumhydroxide-oplossing en electrolyzer：

Maak zuiver water geleidend, breng waterstof en zuurstof naar buiten en voer warmte af. De koelwaterstroom wordt gebruikt om de loogtemperatuur te regelen, zodat de temperatuur van de electrolyzerreactie relatief stabiel is, en de warmteontwikkeling van de electrolyzer en de koelwaterstroom worden gebruikt om de warmtebalans van het systeem af te stemmen om de beste werkingstoestand en de meest energiebesparende bedrijfsparameters te bereiken.

Gebaseerd op daadwerkelijke operaties：

Loogcirculatievolume controle op 60m³/h，

Koelwaterstroom opent op ongeveer 95%，

De reactietemperatuur van de electrolyzer wordt geregeld op 90°C bij volle belasting，

De optimale conditie electrolyzer DC stroomverbruik is 4,56 kWh/Nm³H₂.

Vijfsamenvatten

Samenvattend is het circulatievolume van loog een belangrijke parameter in het proces van waterstofproductie door waterelektrolyse, die gerelateerd is aan gaszuiverheid, kamer spanning, electrolyzertemperatuur en andere parameters. Het is passend om het circulerende volume te regelen op 2~4 keer/uur/min van loogvervanging in de tank. Door het circulatievolume van loog effectief te regelen, wordt de stabiele en veilige werking van waterelektrolyse waterstofproductieapparatuur gedurende een lange periode gewaarborgd.

In het waterstofproductieproces door waterelektrolyse in alkaline electrolyzer, zijn optimalisatie van werkconditieparameters en electrolyzer runner ontwerp, gecombineerd met elektrodemateriaal en diafragmamateriaalkeuze de sleutel tot het verhogen van de stroom, het verminderen van de tankspanning en het besparen van energieverbruik.

——Neem contact met ons op——

Tel: +86 028 6259 0080

Fax: +86 028 6259 0100

E-mail: tech@allygas.com