წყალბადის და ტუტეების ცირკულაცია ტუტე ელექტროლიზატორში წყლის ელექტროლიზი წყალბადის წარმოების პროცესი

ტუტე ელექტროლიზატორის წყალბადის წარმოების პროცესში, მოწყობილობის სტაბილური მუშაობის უზრუნველსაყოფად, თავად ელექტროლიზატორის ხარისხთან ერთად, მნიშვნელოვანი გავლენის ფაქტორია ტუტე სითხის ცირკულაციის რაოდენობა.

ცოტა ხნის წინ, ჩინეთის სამრეწველო აირების ასოციაციის წყალბადის პროფესიული კომიტეტის უსაფრთხოების წარმოების ტექნოლოგიების გაცვლის შეხვედრაზე, წყალბადის, წყლის ელექტროლიზის, წყალბადის ექსპლუატაციისა და მოვლა-პატრონობის პროგრამის ხელმძღვანელმა, ჰუანგ ლიმ, გაგვიზიარა ჩვენი გამოცდილება წყალბადისა და ტუტე ხსნარის ცირკულაციის მოცულობის დადგენის შესახებ ფაქტობრივი ტესტირების, ექსპლუატაციისა და მოვლა-პატრონობის პროცესში.

ქვემოთ მოცემულია ორიგინალი ნაშრომი.

——————

ეროვნული ორმაგი ნახშირბადის სტრატეგიის ფონზე, Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd., რომელიც 25 წელია სპეციალიზირებულია წყალბადის წარმოებაში და პირველი ჩაერთო წყალბადის ენერგიის სფეროში, დაიწყო მწვანე წყალბადის ტექნოლოგიისა და აღჭურვილობის განვითარების გაფართოება, მათ შორის ელექტროლიზის ავზის მორბენალი მექანიზმების დიზაინი, აღჭურვილობის წარმოება, ელექტროდების მოპირკეთება, ასევე ელექტროლიზის ავზის ტესტირება, ექსპლუატაცია და მოვლა-პატრონობა.

ერთიტუტე ელექტროლიზატორის მუშაობის პრინციპი

ელექტროლიტით სავსე ელექტროლიზატორში მუდმივი დენის გატარებით, წყლის მოლეკულები ელექტროქიმიურად რეაგირებენ ელექტროდებზე და იშლება წყალბადად და ჟანგბადად. ელექტროლიტის გამტარობის გასაძლიერებლად, ზოგადი ელექტროლიტი არის წყალხსნარი 30% კალიუმის ჰიდროქსიდის ან 25% ნატრიუმის ჰიდროქსიდის კონცენტრაციით.

ელექტროლიზატორი შედგება რამდენიმე ელექტროლიტური უჯრედისგან. თითოეული ელექტროლიზის კამერა შედგება კათოდის, ანოდის, დიაფრაგმის და ელექტროლიტისგან. დიაფრაგმის მთავარი ფუნქციაა გაზის შეღწევადობის თავიდან აცილება. ელექტროლიზატორის ქვედა ნაწილში არის საერთო შესასვლელი და გამოსასვლელი, ზედა ნაწილში კი ტუტე და ჟანგბად-ტუტე ნარევის აირ-თხევადი ნარევი გადის. გარკვეული ძაბვის მუდმივი დენის გატარებისას, როდესაც ძაბვა აღემატება წყლის თეორიულ დაშლის ძაბვას 1.23 ვოლტით და თერმული ნეიტრალური ძაბვით 1.48 ვოლტით გარკვეულ მნიშვნელობაზე მაღლა, ელექტროდსა და სითხეს შორის ხდება რედოქს რეაქცია, წყალი იშლება წყალბადად და ჟანგბადად.

ორი. როგორ ვრცელდება ტუტე

1️⃣წყალბადის, ჟანგბადის გვერდითი ტუტე შერეული ციკლი

ცირკულაციის ამ ფორმის დროს, ტუტე შედის ტუტე ცირკულაციის ტუმბოში წყალბადის და ჟანგბადის გამყოფის ძირში არსებული შემაერთებელი მილის მეშვეობით, შემდეგ კი გაგრილების და ფილტრაციის შემდეგ შედის ელექტროლიზატორის კათოდურ და ანოდურ კამერებში. შერეული ცირკულაციის უპირატესობებია მარტივი სტრუქტურა, მოკლე პროცესი, დაბალი ღირებულება და ელექტროლიზატორის კათოდურ და ანოდურ კამერებში ტუტე ცირკულაციის იგივე მოცულობის უზრუნველყოფის შესაძლებლობა; ნაკლი ის არის, რომ ერთი მხრივ, ამან შეიძლება გავლენა მოახდინოს წყალბადის და ჟანგბადის სისუფთავეზე და, მეორე მხრივ, შეიძლება გამოიწვიოს წყალბად-ჟანგბადის გამყოფის დონის დარღვევა, რამაც შეიძლება გაზარდოს წყალბად-ჟანგბადის შერევის რისკი. ამჟამად, ტუტე შერევის ციკლის წყალბად-ჟანგბადის მხარე ყველაზე გავრცელებული პროცესია.

2️⃣წყალბადისა და ჟანგბადის გვერდითი ტუტეების ცალკეული ცირკულაცია

ცირკულაციის ამ ფორმას სჭირდება ორი ტუტე ცირკულაციის ტუმბო, ანუ ორი შიდა ცირკულაცია. წყალბადის გამყოფის ძირში არსებული ტუტე გადის წყალბადის მხარის ცირკულაციის ტუმბოში, გრილდება და იფილტრება, შემდეგ კი შედის ელექტროლიზერის კათოდური კამერაში; ჟანგბადის გამყოფის ძირში არსებული ტუტე გადის ჟანგბადის მხარის ცირკულაციის ტუმბოში, გრილდება და იფილტრება, შემდეგ კი შედის ელექტროლიზერის ანოდურ კამერაში. ტუტეს დამოუკიდებელი ცირკულაციის უპირატესობა ის არის, რომ ელექტროლიზით წარმოებული წყალბადი და ჟანგბადი მაღალი სისუფთავისაა, რაც ფიზიკურად გამორიცხავს წყალბადისა და ჟანგბადის გამყოფის შერევის რისკს; ნაკლი ის არის, რომ სტრუქტურა და პროცესი რთული და ძვირია, ასევე აუცილებელია ორივე მხარეს ტუმბოების ნაკადის სიჩქარის, დაწნევის, სიმძლავრის და სხვა პარამეტრების თანმიმდევრულობის უზრუნველყოფა, რაც ზრდის ოპერაციის სირთულეს და აყენებს სისტემის ორივე მხარის სტაბილურობის კონტროლის მოთხოვნას.

ტუტის ცირკულირების სიჩქარის სამი გავლენა ელექტროლიტური წყლით წყალბადის წარმოებაზე და ელექტროლიზატორის მუშაობის პირობებზე

1️⃣ტუტეს ჭარბი ცირკულაცია

（1）წყალბადისა და ჟანგბადის სისუფთავეზე გავლენა

რადგან წყალბადს და ჟანგბადს ტუტეში გარკვეული ხსნადობა აქვთ, ცირკულაციის მოცულობა ძალიან დიდია, რის გამოც გახსნილი წყალბადის და ჟანგბადის საერთო რაოდენობა იზრდება და ტუტესთან ერთად თითოეულ კამერაში შედის, რაც იწვევს წყალბადის და ჟანგბადის სისუფთავის შემცირებას ელექტროლიზატორის გამოსასვლელში; ცირკულაციის მოცულობა ძალიან დიდია, რის გამოც წყალბადისა და ჟანგბადის სითხის გამყოფის შეკავების დრო ძალიან მოკლეა და აირი, რომელიც ბოლომდე არ არის გამოყოფილი, ტუტესთან ერთად ბრუნდება ელექტროლიზატორის შიგნით, რაც გავლენას ახდენს ელექტროლიზატორის ელექტროქიმიური რეაქციის ეფექტურობასა და წყალბადისა და ჟანგბადის სისუფთავეზე, რაც შემდგომში გავლენას მოახდენს ელექტროლიზატორში ელექტროქიმიური რეაქციის ეფექტურობასა და წყალბადისა და ჟანგბადის სისუფთავეზე, და ასევე გავლენას ახდენს წყალბადისა და ჟანგბადის გამწმენდი აღჭურვილობის დეჰიდროგენაციისა და დეჟანგბადიზაციის უნარზე, რაც იწვევს წყალბადის და ჟანგბადის გაწმენდის არასაკმარის ეფექტს და გავლენას ახდენს პროდუქციის ხარისხზე.

(2) გავლენა ავზის ტემპერატურაზე

იმ პირობით, რომ ტუტე გამაგრილებლის გამოსასვლელი ტემპერატურა უცვლელი დარჩება, ტუტეს ძალიან დიდი ნაკადი ელექტროლიზატორიდან მეტ სითბოს წაიღებს, რაც გამოიწვევს ავზის ტემპერატურის დაცემას და სიმძლავრის ზრდას.

（3）დენად და ძაბვაზე გავლენა

ტუტის ჭარბი ცირკულაცია გავლენას მოახდენს დენის და ძაბვის სტაბილურობაზე. სითხის ჭარბი ნაკადი ხელს შეუშლის დენის და ძაბვის ნორმალურ რყევას, რაც გამოიწვევს დენის და ძაბვის ადვილად სტაბილიზაციას, რაც გამოიწვევს გასწორების კარადისა და ტრანსფორმატორის მუშაობის მდგომარეობის რყევებს და, შესაბამისად, გავლენას მოახდენს წყალბადის წარმოებასა და ხარისხზე.

（4）გაზრდილი ენერგომოხმარება

ტუტის ჭარბმა ცირკულაციამ ასევე შეიძლება გამოიწვიოს ენერგიის მოხმარების ზრდა, საოპერაციო ხარჯების ზრდა და სისტემის ენერგოეფექტურობის შემცირება. ძირითადად, დამხმარე გამაგრილებელი წყლის შიდა ცირკულაციის სისტემის და გარე ცირკულაციის შესხურებისა და ვენტილატორის, გაცივებული წყლის დატვირთვის და ა.შ. გაზრდის შედეგად, ენერგიის მოხმარება იზრდება და იზრდება ენერგიის საერთო მოხმარება.

（5）აღჭურვილობის გაუმართაობის გამომწვევი მიზეზი

ტუტე სითხის ჭარბი ცირკულაცია ზრდის დატვირთვას ტუტე სითხის ცირკულაციის ტუმბოზე, რაც შეესაბამება ელექტროლიზატორში ნაკადის სიჩქარის, წნევის და ტემპერატურის რყევების ზრდას, რაც თავის მხრივ გავლენას ახდენს ელექტროლიზატორის შიგნით არსებულ ელექტროდებზე, დიაფრაგმებსა და შუასადებებზე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს აღჭურვილობის გაუმართაობა ან დაზიანება, ასევე ტექნიკური მომსახურებისა და შეკეთების სამუშაო დატვირთვის ზრდა.

2️⃣ტუტე ცირკულაცია ძალიან მცირეა

（1）ავზის ტემპერატურაზე გავლენა

როდესაც ტუტის ცირკულირების მოცულობა არასაკმარისია, ელექტროლიზატორში სითბოს დროულად მოცილება შეუძლებელია, რაც ტემპერატურის მატებას იწვევს. მაღალი ტემპერატურის გამო აირადის ფაზაში წყლის გაჯერებული ორთქლის წნევა იზრდება და წყლის შემცველობა იზრდება. თუ წყალი საკმარისად არ კონდენსირდება, ეს გაზრდის გამწმენდი სისტემის დატვირთვას და გავლენას მოახდენს გამწმენდ ეფექტზე, ასევე გავლენას მოახდენს კატალიზატორისა და ადსორბენტის ეფექტსა და სიცოცხლის ხანგრძლივობაზე.

（2）დიაფრაგმის სიცოცხლის ხანგრძლივობაზე გავლენა

მაღალი ტემპერატურის უწყვეტი ზემოქმედება დააჩქარებს დიაფრაგმის დაბერებას, შეამცირებს მის მუშაობას ან თუნდაც გახეთქვას, რაც ადვილად იწვევს დიაფრაგმის ორივე მხარეს წყალბადისა და ჟანგბადის ურთიერთგამტარობას, რაც გავლენას ახდენს წყალბადისა და ჟანგბადის სისუფთავეზე. როდესაც ურთიერთშეღწევა აფეთქების ქვედა ზღვარს უახლოვდება, ელექტროლიზატორის საფრთხის ალბათობა მნიშვნელოვნად იზრდება. ამავდროულად, მაღალი ტემპერატურის უწყვეტი ზემოქმედება ასევე გამოიწვევს დალუქვის შუასადების გაჟონვის დაზიანებას, რაც ამცირებს მის მომსახურების ვადას.

（3）ელექტროდებზე ზემოქმედება

თუ ცირკულირებადი ტუტის რაოდენობა ძალიან მცირეა, წარმოქმნილი აირი ელექტროდის აქტიური ცენტრიდან სწრაფად ვერ გამოვა, რაც ელექტროლიზის ეფექტურობაზე უარყოფითად აისახება; თუ ელექტროდი ელექტროქიმიური რეაქციის განსახორციელებლად ტუტესთან სრულ კონტაქტს ვერ შეძლებს, მოხდება ნაწილობრივი განმუხტვის ანომალია და მშრალი წვა, რაც დააჩქარებს კატალიზატორის ელექტროდზე გამოყოფას.

（4）უჯრედის ძაბვაზე გავლენა

ცირკულირებადი ტუტის რაოდენობა ძალიან მცირეა, რადგან ელექტროდის აქტიურ ცენტრში წარმოქმნილი წყალბადის და ჟანგბადის ბუშტების დროულად მოცილება შეუძლებელია და ელექტროლიტში გახსნილი აირების რაოდენობა იზრდება, რაც იწვევს მცირე კამერის ძაბვის ზრდას და ენერგომოხმარების ზრდას.

ტუტე ხსნარის ოპტიმალური ცირკულაციის სიჩქარის განსაზღვრის ოთხი მეთოდი

ზემოაღნიშნული პრობლემების გადასაჭრელად აუცილებელია შესაბამისი ზომების მიღება, როგორიცაა ტუტე სითხის ცირკულაციის სისტემის რეგულარული შემოწმება მისი ნორმალური მუშაობის უზრუნველსაყოფად; ელექტროლიზატორის გარშემო სითბოს გაფრქვევის კარგი პირობების შენარჩუნება; და საჭიროების შემთხვევაში, ელექტროლიზატორის სამუშაო პარამეტრების კორექტირება, რათა თავიდან იქნას აცილებული ტუტე სითხის ცირკულაციის ძალიან დიდი ან ძალიან მცირე მოცულობა.

ტუტის ცირკულაციის ოპტიმალური სიჩქარე უნდა განისაზღვროს ელექტროლიზატორის სპეციფიკური ტექნიკური პარამეტრების საფუძველზე, როგორიცაა ელექტროლიზატორის ზომა, კამერების რაოდენობა, სამუშაო წნევა, რეაქციის ტემპერატურა, სითბოს გამომუშავება, ტუტის კონცენტრაცია, ტუტის გამაგრილებელი, წყალბად-ჟანგბადის გამყოფი, დენის სიმკვრივე, გაზის სისუფთავე და სხვა მოთხოვნები, აღჭურვილობისა და მილსადენების გამძლეობა და სხვა ფაქტორები.

ტექნიკური პარამეტრები ზომები:

ზომები 4800x2240x2281 მმ

საერთო წონა 40700 კგ

ეფექტური კამერის ზომა: 1830, კამერების რაოდენობა: 238

ელექტროლიზერის დენის სიმკვრივე 5000A/m²

სამუშაო წნევა 1.6 მპა

რეაქციის ტემპერატურა 90℃±5℃

ელექტროლიზატორის პროდუქტის წყალბადის ერთჯერადი კომპლექტი, მოცულობა 1300 ნმ³/სთ

პროდუქტის ჟანგბადი 650 ნმ³/სთ

პირდაპირი დენი n13100A, მუდმივი ძაბვა 480V

ტუტე გამაგრილებელი Φ700x4244 მმ

სითბოს გაცვლის ფართობი 88.2 მ²

წყალბადის და ჟანგბადის გამყოფი Φ1300x3916 მმ

ჟანგბადის გამყოფი Φ1300x3916 მმ

კალიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარის კონცენტრაცია 30%

სუფთა წყლის წინააღმდეგობის მნიშვნელობა >5MΩ·სმ

კალიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარსა და ელექტროლიზატორს შორის ურთიერთობა:

სუფთა წყლის გამტარობა, წყალბადისა და ჟანგბადის გამოყოფა და სითბოს შთანთქმა. გამაგრილებელი წყლის ნაკადი გამოიყენება ტუტე ხსნარის ტემპერატურის გასაკონტროლებლად ისე, რომ ელექტროლიზატორის რეაქციის ტემპერატურა შედარებით სტაბილური იყოს, ხოლო ელექტროლიზატორის სითბოს გენერაცია და გამაგრილებელი წყლის ნაკადი გამოიყენება სისტემის სითბური ბალანსის შესატყვისად, რათა მიღწეულ იქნას საუკეთესო სამუშაო პირობები და ყველაზე ენერგოდამზოგავი ოპერაციული პარამეტრები.

ფაქტობრივი ოპერაციების საფუძველზე:

ტუტე ცირკულაციის მოცულობის კონტროლი 60 მ³/სთ-ზე,

გამაგრილებელი წყლის ნაკადი იხსნება დაახლოებით 95%-ით,

ელექტროლიზატორის რეაქციის ტემპერატურა სრული დატვირთვით კონტროლდება 90°C-ზე.

ელექტროლიზატორის ოპტიმალური მდგომარეობის მუდმივი დენის ენერგომოხმარება 4.56 კვტ.სთ/ნმ³H₂-ია.

ხუთიშეჯამება

შეჯამებისთვის, წყლის ელექტროლიზის მეთოდით წყალბადის წარმოების პროცესში ტუტის ცირკულაციის მოცულობა მნიშვნელოვანი პარამეტრია, რაც დაკავშირებულია აირის სისუფთავესთან, კამერის ძაბვასთან, ელექტროლიზატორის ტემპერატურასთან და სხვა პარამეტრებთან. მიზანშეწონილია ავზში ტუტის ჩანაცვლების 2-4-ჯერ/სთ/წთ სიხშირით ცირკულაციის მოცულობის კონტროლი. ტუტის ცირკულაციის მოცულობის ეფექტური კონტროლი უზრუნველყოფს წყლის ელექტროლიზის წყალბადის წარმოების აღჭურვილობის სტაბილურ და უსაფრთხო მუშაობას ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში.

ტუტე ელექტროლიზატორში წყლის ელექტროლიზით წყალბადის წარმოების პროცესში, სამუშაო პირობების პარამეტრების და ელექტროლიზატორის მორბენალი მოწყობილობის დიზაინის ოპტიმიზაცია, ელექტროდის მასალასთან და დიაფრაგმის მასალის შერჩევასთან ერთად, დენის გაზრდის, ავზის ძაბვის შემცირების და ენერგიის მოხმარების დაზოგვის გასაღებია.

——დაგვიკავშირდით——

ტელ: +86 028 6259 0080

ფაქსი: +86 028 6259 0100

E-mail: tech@allygas.com