電解水制氫.ppt

1、電解水制氫,制氫裝置,中壓電解水制氫裝置： 工作溫度：7080 電解液：KOH溶液 系統(tǒng)構(gòu)成： 電解槽：主設(shè)備 氫側(cè)系統(tǒng)、 氧側(cè)系統(tǒng) 補(bǔ)給水系統(tǒng) 堿液系統(tǒng) 純水制備 其它：氫氣和氧氣的儲存、純化、壓縮輸送設(shè)備以及有關(guān)控制儀表和電源等。,制氫系統(tǒng)圖,1-電解槽；2-氫側(cè)分離器；3-氫側(cè)洗滌器；4-氫側(cè)壓力調(diào)節(jié)器；5-平衡箱；6-冷卻器；7-儲氫罐；8-氧側(cè)分離器；9-氧側(cè)洗滌器；10-氧側(cè)壓力調(diào)節(jié)器；11-氧側(cè)水封槽；12-堿液箱；13-堿液過濾器；14-擋火器 氫側(cè)系統(tǒng)：由電解槽1各間隔電解出來的氫氣匯集于總管，經(jīng)過氫側(cè)分離器2、洗滌器3、壓力調(diào)節(jié)器4、平衡箱5，再經(jīng)兩級冷卻器6后，存入儲氫罐

2、備用。 氧側(cè)系統(tǒng)：由電解槽1各間隔分解出來的氧氣匯集于總管，經(jīng)過氧側(cè)分離器8、洗滌器9、壓力調(diào)節(jié)器10和水封槽11后，排放大氣或存罐備用。,氫側(cè)系統(tǒng),由電解槽1各間隔電解出來的氫氣匯集于總管，經(jīng)過氫側(cè)分離器2、洗滌器3、壓力調(diào)節(jié)器4、平衡箱5，再經(jīng)兩級冷卻器6后，存入儲氫罐備用。,氧側(cè)系統(tǒng),由電解槽1各間隔分解出來的氧氣匯集于總管，經(jīng)過氧側(cè)分離器8、洗滌器9、壓力調(diào)節(jié)器10和水封槽11后，排放大氣或存罐備用。,補(bǔ)給水系統(tǒng),圖中的虛線部分為補(bǔ)給水系統(tǒng) 在電解水的過程中，必須連續(xù)不斷地補(bǔ)充被消耗的純水。 各系統(tǒng)中的分離器、洗滌器和壓力調(diào)節(jié)器中分離和洗滌下來的KOH溶液也必須重新回到電解槽中，所以它

3、們都與補(bǔ)給水箱（平衡箱5）連通，以達(dá)到節(jié)省KOH的目的。,堿液系統(tǒng),雙點(diǎn)劃線部分為堿液系統(tǒng)。 在電解水裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由于漏泄、攜帶等原因，KOH溶液的濃度會逐漸降低，因此必須每隔一定時(shí)間向電解槽中補(bǔ)充堿液,電解槽,電解槽是制氫裝置的主體設(shè)備。發(fā)電廠廣泛使用壓濾式水電解槽 主要性能要求： 制得的氫氣純度高； 能耗低； 結(jié)構(gòu)簡單； 制造維修方便且使用壽命長； 材料的利用率高； 價(jià)格低廉。,電解槽中平行、直立地設(shè)置數(shù)塊至數(shù)十塊電極板，它們將整個(gè)電解槽分成若干個(gè)電解室，串聯(lián)相接。 電解槽的總電壓為各電解室電壓之和，總電流與各電解室電流相等。 電解液是以一根總管供給各電解室的。 每一電解室又用石棉布分

4、隔成氫側(cè)（陰極）和氧側(cè)（陽極）。 電解產(chǎn)生的氫氣和氧氣分別匯總于隔膜框上的氫氣總管和氧氣總管后導(dǎo)出。,極板與端極板,極板：電解槽中間的隔板。 極板由三片鋼板組成，中間一塊起分隔電解室及支持作用，無孔。其兩側(cè)分別鉚接一塊帶小孔的鋼板，一側(cè)為陽極，一側(cè)為陰極。 陽極的一側(cè)為防止氧腐蝕而鍍有鎳保護(hù)層。 端極板：電解槽兩端的極板。 陰、陽端極板內(nèi)側(cè)各焊不鍍鎳的陰極和一塊鍍鎳的陽極。 端極板除了起引入電流的作用外，也起緊固整個(gè)電解槽鋼板的作用，所以要厚一些。,隔膜框,隔膜框是構(gòu)成各電解室的主要部分，每一個(gè)隔膜框構(gòu)成一個(gè)電解室。 它是一種空心環(huán)狀厚鋼板，在里圈由壓環(huán)將石棉布固定在上面。 石棉布呈多微孔組織

5、，以便通過K+和OH-。 隔膜框上部在氫、氧兩側(cè)均開有小孔，稱為氣道圈，用以通過氫氣和氧氣。隔膜框下部設(shè)有液道圈，用以通過電解液。 氣體總出口和堿液進(jìn)口均設(shè)在電解槽中部，稱為中心隔膜框，它比其他隔膜框稍厚，這樣可以改善電解液的均勻性，并使各部分的溫差減小。,絕緣材料,隔膜框與極板之間設(shè)有難解難分緣墊圈。要求絕緣墊圈能夠耐堿、耐熱、耐壓力。它能起到絕緣作用，使隔膜框不帶電，而且有密封作用，以防止電解液外漏。,電解液,電解液中的雜質(zhì)對水的電解有很大的影響。 Cl-和SO42-能強(qiáng)烈地腐蝕鎳陽極； Fe3+附著于石棉布隔膜和陰極上，會增大電解池電壓， CO32+能惡化電解液的導(dǎo)電度，含量過高會析出結(jié)

6、晶； Ca2+、Mg2+有可能生成其碳酸鹽沉淀，堵塞進(jìn)液孔和出氣小孔，造成電解液循環(huán)不良。 在電解過程中不斷地補(bǔ)充水和堿都將可能引入上述雜質(zhì)離子。 為了保證電解槽的正常運(yùn)行和延長使用周期，固體堿、補(bǔ)充水和電解液應(yīng)當(dāng)符合要求。,氫氧化鉀的純度要求,電解質(zhì)KOH的純度，直接影響電解后產(chǎn)生氣體的品質(zhì)和對設(shè)備的腐蝕。 當(dāng)電解液含有碳酸鹽和氯化物時(shí)，陽極上會發(fā)生下列有害反應(yīng)：,上述反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致： 消耗電能， 使氧氣中混入氯氣等而降低其純度， 生成的二氧化碳立刻被堿液吸收，復(fù)原成碳酸鹽，致使CO的放電反應(yīng)反復(fù)進(jìn)行下去，耗費(fèi)掉大量電能。 反應(yīng)生成的氯氣也可被堿液吸收生成次氯酸鹽和氯酸鹽，它們又有被陰極還

7、原的可能，這也要消耗電能。,補(bǔ)充水質(zhì)量要求,電解液中的雜質(zhì)除來源于藥品之外，還可能來自不純凈的補(bǔ)充水常用的補(bǔ)充水是汽輪機(jī)的凝結(jié)水,電解液質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),電解液的主要質(zhì)量指標(biāo)是氫氧化鉀含量。 在配制和運(yùn)行監(jiān)督中，為方便起見，重點(diǎn)掌握其比重。,氣體分離器,電解槽產(chǎn)生的氫氣與氧氣由電解槽溢出時(shí)，攜帶了部分呈霧狀的電解液與氣體一同進(jìn)入各系統(tǒng)中。 分離器的作用： 利用冷卻和擴(kuò)容作用充分分離出電解液，并使之重新流回電解槽， 保證電解槽在滿負(fù)荷或空載時(shí)，始終充滿電解液。 由于電流通過電解液時(shí)有一部分電能變?yōu)闊崮芏闺娊庖簻囟壬?，分離器還有冷卻電解液的作用，使溫度保持在80以下。,分離器,分離器的外形為圓筒形立式

8、容器，內(nèi)部設(shè)有冷卻用蛇形管， 系統(tǒng)中有氫、氧分離器，,分離器液位,在運(yùn)行過程中要求分離器中的液位高于電解槽，以保證電解槽中充滿電解液，不使隔膜外露，并使分離器與電解槽之間電解液的正常循環(huán)和冷卻得到保證，否則會使陰陽極之間濃度差增大，降低電解效率，并形成濃差電池而腐蝕設(shè)備。,氣體洗滌器,從分離器送出的氫、氧氣體的溫度較高，其中仍然含有水蒸氣和少量電解液，所以必須再經(jīng)過氣體洗滌器進(jìn)一步冷卻、洗滌 在洗滌器中將氣體溫度降至常溫， 減少氣體中的含水量，洗去電解液，以滿足用氫設(shè)備的要求， 也減少了純水和電解液的消耗。,氣體洗滌器的結(jié)構(gòu),氣體洗滌器中部通入由補(bǔ)給水箱（平衡箱）送來的純水（凝結(jié)水），氫氣由上

9、部進(jìn)入，通過下部喇叭口，在穿過洗滌水時(shí)將殘留的電解液溶于水中，再由中上部排出，成為較純凈的氫氣。洗滌器的下部由于溶解了氣體中的微量堿液而排出稀堿液。這些稀堿液并入堿液循環(huán)系統(tǒng)作為補(bǔ)充水進(jìn)入電解槽。,壓力調(diào)節(jié)器,壓力調(diào)節(jié)器殼體上設(shè)有壓力表、安全閥與水位計(jì)，內(nèi)部有浮筒和針形閥。 氣體（氫或氧）進(jìn)入口與洗滌器相通，氣體排出量由針形閥控制。,氫、氧兩側(cè)各裝一臺壓力調(diào)節(jié)器，兩臺調(diào)節(jié)器的下部用水連通，以保證氫、氧兩側(cè)的壓力相等，防止電解槽中石棉布因壓差過大而破損 電解所產(chǎn)生的氫氣與氧氣的體積不等，氫氣體積為氧氣的2倍，若兩個(gè)調(diào)節(jié)器的下部不連通，則兩側(cè)壓力就會不等，這將造成電解室內(nèi)石棉布?xì)洹⒀鮾蓚?cè)氣壓不等，

10、氫氣則有通過石棉布混入氧氣的可能，導(dǎo)致電解工況被破壞，甚至發(fā)生事故。,壓力調(diào)節(jié)器的工作過程,當(dāng)氫側(cè)壓力升高時(shí)，調(diào)節(jié)器內(nèi)水位壓向氧側(cè)。氧側(cè)水位升高而引起浮筒上升，關(guān)閉針形閥，氧側(cè)壓力也隨之升高。當(dāng)氧側(cè)壓力與氫側(cè)壓力相等時(shí)，水位又回到原來狀態(tài)。氫側(cè)在壓力升高、水位下降的同時(shí)，浮筒隨之下降而使針形閥開啟，排出氣體。氧側(cè)同樣在壓力升高時(shí)排出氣體，這樣就調(diào)整了系統(tǒng)壓力，使之達(dá)到平衡。 這種平衡只是相對的、暫時(shí)的，常有瞬時(shí)不平衡的現(xiàn)象，但兩側(cè)壓差不能超過490590Pa。因?yàn)闅錃獾捏w積為氧氣體積的2倍，所以氫側(cè)壓力調(diào)節(jié)器的排氣動(dòng)作次數(shù)是氧側(cè)壓力調(diào)節(jié)器的2倍。 壓力調(diào)節(jié)器還有對氫氣和氧氣的冷卻凈化作用，所以

11、下部的水也是稀堿液，與補(bǔ)充水系統(tǒng)連通。,平衡箱,平衡箱又稱補(bǔ)水器，用于中壓制氫系統(tǒng)生產(chǎn)中向洗滌器補(bǔ)充純水,平衡箱的設(shè)置,從壓力調(diào)節(jié)器出來的氫氣經(jīng)管路由上部進(jìn)入平衡箱，氣體入口管伸入水下100mm，氫氣經(jīng)過水層出來，便再經(jīng)過一次洗滌，除去殘余的堿霧及雜質(zhì)。凝結(jié)水從平衡箱下部進(jìn)入，經(jīng)另一管路與補(bǔ)充水系統(tǒng)連通。 制氫設(shè)備在運(yùn)行中不斷地消耗純水，所以，要不斷地向電解槽內(nèi)補(bǔ)充水。由于系統(tǒng)中各設(shè)備內(nèi)部壓力是相同的，同時(shí)平衡箱在系統(tǒng)設(shè)備中的安裝標(biāo)高比其他設(shè)備高，所以，主要依靠平衡箱內(nèi)純水的壓差、自重而完成向洗滌器的自動(dòng)補(bǔ)水。平衡箱的安裝標(biāo)高的合理性是決定系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水的關(guān)鍵。平衡箱只在氫側(cè)設(shè)置。 平衡

12、水箱還起到對氫氣的緩沖作用，使氫氣壓力變得更均勻，因此又稱為緩沖水箱。,冷卻器,冷卻器的構(gòu)造與分離器的基本相同。 容器內(nèi)有蛇形管，冷卻水在容器內(nèi)由下至上進(jìn)行循環(huán)冷卻。 冷卻器與分離器的不同之處是氫氣走蛇形管，冷卻水走管外。冷卻器只在氫側(cè)系統(tǒng)中設(shè)置。,冷卻器的作用,分離和除掉由平衡箱出來的氫氣中所帶的少量水分，并使氣體得到冷卻， 可使氫氣中的水含量降低到5g/m3以下 冷凝后的水分可通過排污門定期排出。,干燥器,干燥器為圓形立式設(shè)備，其主要作用是利用干燥劑對氫氣進(jìn)一步干燥，以獲得更干燥的氫氣。 干燥器內(nèi)一般裝填5A的球形分子篩，其再生溫度為180250，再生時(shí)間為810h。,循環(huán)干燥器結(jié)構(gòu)圖,1

13、-過濾網(wǎng)； 2-頂蓋； 3-罐殼； 4-干燥劑； 5-窺視窗（水位計(jì)） 6-放水閥門,水封槽、檔火器,系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)為保障安全而設(shè)置水封槽和檔火器。 如果氣體出口處發(fā)生火災(zāi)，兩個(gè)設(shè)備可以阻止火焰延燒到系統(tǒng)內(nèi)部，避免造成重大事故。,水封槽,氧側(cè)系統(tǒng)中設(shè)有水封槽， 作用： 凈化氧氣， 擋火密封。 一般氧氣不收集而對空排放掉，因此，水封槽的重要性就更大了。,礫石擋火器,擋火器內(nèi)部充填粒度為1020mm的潔凈碎石，設(shè)置于氫氣放空出口處，三個(gè)氫氣儲罐在彈簧安全閥后面可以串聯(lián)起來，使用一個(gè)擋火器。,儲氣罐,電解產(chǎn)生的氫氣、氧氣，經(jīng)過一系列凈化和冷卻處理，最后存入儲氣罐備用。 儲氫罐的數(shù)量由發(fā)電機(jī)的氫冷容積確定，通常為35個(gè)。 為防止著火事故，儲氫罐與大氣間安有擋火器和彈簧安全閥。當(dāng)罐內(nèi)壓力超過規(guī)定值時(shí)，氣體可安全排出。,堿液過濾器