Меню Рубрики

Установка получения водорода паровой конверсией

Паровой риформинг метана — Производство водорода

Новости

Air Liquide Engineering & Construction предоставляет технологию парового риформинга метана (SMR) для производства водорода как в больших, там и в малых объемах. SMR – экономически и энергетически эффективный способ получения водорода. Высокая степень чистоты достигается за счет использования собственной установки водородной КЦА.

В процессе парового риформинга обессеренное углеводородное сырье (природный газ, отходящий газ, ШФЛУ или нафта) подогревается, смешивается с паром и опционально подвергается конверсии перед подачей на катализаторы в запатентованной установке парового риформинга с верхним пламенем. При этом получаются следующие продукты: водород, монооксид углерода (CO) и диоксид углерода (CO2). Смесь CO с паром подвергается конверсии, продуктами которой являются дополнительный водород и CO2. Затем водород отделяется путем адсорбции в водородной КЦА.

Преимущества от водородной технологии для заказчика

Наша технология позволяет гибко использовать сырье. В зависимости от целей заказчика установка может быть кастомизирована таким образом, что обеспечить оптимизацию операционных затрат (OPEX), максимальную эффективность или минимальную совокупную стоимость владения . Для удовлетворения требований проекта возможно применение различных степеней модульности и стандартизации. Основной акцент всегда делается на отличной эксплуатационной готовности и надежности установок. Несомненным преимуществом для наших заказчиков является богатый опыт Air Liquide в эксплуатации собственных установок парового риформинга.

В случае необходимости производства небольших объемов водорода Air Liquide Engineering & Construction предлагает подход к SMR с поставкой высокомодульного стандартизированного оборудования, основными чертами которого являются компактное расположение и исполнение в четырех типоразмерах с использованием заранее выбранного оборудования, разводки трубопроводов и модулей.

Преимущества

  • Возможности различной степени адаптации оборудования для удовлетворения требований заказчика
  • Упор на лучшую в данном классе эксплуатационную готовность и надежность установки, обеспечиваемые эксплуатационным опытом Air Liquide
  • Специальная стандартная программа для установок с малой производительностью водорода с высокой степенью модульности делает возможным срок исполнения менее 15 месяцев на условиях FOB

Основные показатели

  • Производительность: 10 000–200 000 нормальных кубических метров водорода в час (Нм³/ч) (10 000–40 000 Нм³/ч для стандартных небольших установок)
  • Сырье+топливо-пар: 12,3–13,2 мегаджоулей на нормальный кубический метр (МДж/Нм³)
  • Производство пара: 0,4–1,2 килограмма на нормальный кубический метр водорода (кг/Нм³)

источник

Технология получения синтез-газа паровой конверсией углеводородов

Авторы: С.В. Афанасьев (Тольяттинский государственный университет), О.С. Рощенко (ОАО «Тольяттиазот»), С.П. Сергеев (ОАО «ГИАП»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №6/2016

Cинтез-газ является смесью водорода и оксида углерода и широко используется в химической промышленности для получения базовых продуктов – аммиака, метанола, уксусной кислоты и др. Кроме того, он применяется в качестве экологически чистого источника тепловой энергии.

Сегодня существуют три основных метода производства синтез-газа. 1. Газификация угля. Данный процесс основан на взаимодействии каменного угля с водяным паром и протекает по формуле

Приведенная реакция является эндотермической, и равновесие при температуре 900…1000°С сдвигается вправо. Разработаны различные технологические процессы, использующие парокислородное дутье, благодаря которому наряду с упомянутой реакцией параллельно протекает экзотермический процесс сгорания угля, который обеспечивает необходимый тепловой баланс. 2. Конверсия метана – взаимодействие водяного пара и метана при повышенных значениях температуры и давлении в присутствии никелевых катализаторов (Ni–Al2O3):

Вместо метана можно использовать любое сырье, содержащее углеводороды. 3. Парциальное окисление углеводородов. Данный процесс, происходящий при температурах выше 1300°С, заключается в термическом окислении углеводородов:

CnH2n +2 + 1/2nO2 → nCO + (n + 1)H2.

Настоящее исследование посвящено усовершенствованию промышленного способа получения синтез-газа, обогащенного водородом и монооксидом углерода, путем каталитического риформинга углеводородсодержащего сырья в трубчатых реакторах с использованием катализаторов определенной конструктивной формы с целью внедрения на крупнотоннажных производствах аммиака, метанола, уксусной кислоты и водорода.

При осуществлении указанного процесса реализуются следующие эндои экзотермические реакции:

СnHm + nH2O → nCO + (n + m/2)H2 (–ΔHо 298 Способ осуществления парового риформинга Пеепад давления, МПа Температура, °С Содержание СН4 на выходе,

% Температура стенок труб, °С Удельный расход топливного газа на конверсию 1 м3 природного газа, м3/м3 Вход/Выход Пример №1 0,15 460/780 7,2 850 0,75 Пример №2 – прототип [6] 0,18 460/770 8,7 850 0,88 Пример №3 0,13 460/765 6,5 830 0,70 Пример №4 0,16 460/760 8,0 830 0,80

Как видно, по сравнению с известным методом наблюдается снижение содержания метана в вырабатываемом синтез-газе, что указывает на повышение активности катализатора.

Согласно выполненным кинетическим и теплофизическим расчетам, установка в печи риформинга реакционных труб с уменьшенным внутренним диаметром (101 мм) позволит снизить температуру конвертированного газа и содержание остаточного метана, существенно повысить производительность установки по синтезгазу (табл. 2).

Параметры работы печи риформинга с реакционными трубами разного диаметра

Производительность, т/сутки 1950…2000 1750…1800 1440 1440 (база)
Внутренний диаметр трубы, мм 101 101 102 89
Температура конвертированного газа, °С:
в центре трубы 718,5 721,1 732,1 732,9
у стенки 743,5 745,8 755,6 752,4
Линейная скорость, м/с:
в центре трубы 2,233 2,084 1,996 2,536
у стенки 2,288 2,126 2,002 2,549
Содержание метана в сухом газе на выходе из трубы, мол. % 13,2557 12,1942 11,7262 12,6346
Соотношение пар : газ на выходе из реакционной трубы 0,8831 0,8533 0,8009 0.8260

Выводы

Использование предлагаемого технического решения позволяет улучшить теплоперенос через стенку труб в печи риформинга и как результат снизить разность температур между их наружной поверхностью и выходящим синтез-газом. Одновременно с этим удается уменьшить перепад давления по катализаторному слою, сократить расход топливного газа на проведение конверсии, увеличить выработку синтез-газа на агрегатах аммиака.

источник

Паровой реформинг метана или нафты

Паровая конверсия — получение чистого водорода из лёгких углеводородов (например метана, пропан-бутановой фракции) путём каталитической конверсии углеводородов в присутствии водяного пара.
Знания специалистов нашей компании позволяют проектировать, строить и эксплуатировать установки по производству водорода для снабжения водородом Заказчика. Мы разрабатываем установки производства водорода методом парового реформинга от 300 до 200000 Нм3/час.

На рисунке показана стандартная технологическая схема для высокопроизводительной водородной установки.

Основные этапы процесса
1. Гидродесульфурация исходного сырья
2. Паровой риформинг
3. Утилизация тепла для генерации пара
4. Конверсия СО
5. Очистка водорода с помо¬щью короткоцикловой адсорбции

Описание процесса
Очистка сырья
Природный газ подается на установку, разделяясь на два потока: один служит топливом к горелкам печи риформинга, а второй служит сырьевым газом для технологического процесса. В последний поток дозируется водород из блока КЦА, после чего он подается на всас сырьевых компрессоров.
Альтернативным сырьем может служить жидкая нафта, испаренная за счет тепла технологического газа.
Гидродесульфуризация
После этого смесь сырьевого газа и водорода (сырьевой газ) проходит через секцию гидродесульфуризации. В блоке гидроочистки, с применением катализатора органические соединения серы преобразуются в H2S, с гидрогенизацией всех содержащихся олефинов. В секции десульфуризации полученный H2S оседает в виде сульфида цинка на катализаторе. H2S является ядом для катализатора риформинга.

Риформинг
Десульфурированный сырьевой газ смешивается с перегретым паром. Далее, эта смесь проходит по катализаторным трубам в печи риформинга с горелками.
В трубах печи риформинга углеводороды и пар дополнительно нагреваются в присутствии катализатора, с получением водорода, углекислого газа, угарного газа. Горячий технологический газ выходит из трубок с катализатором установки риформинга при температуре около 850°C и поступает в парогенератор отходящих продуктов установки риформинга при температуре около 820°C, где производится пар для процесса, а температура на выходе регулируется согласно заданной температуре на входе в блок конверсии СО.

Конверсия СО
Из парогенератора отходящих продуктов установки риформинга технологический газ выходит с температурой около 343°C и поступает в емкость преобразовательного конвектора. В конвертере происходит реакция пара и угарного газа в присутствии катализатора с образованием водорода и углекислого газа.
К моменту выхода из конвертера температура газа увеличивается приблизительно на 70°C; это увеличение температуры варьируется в зависимости от производительности установки. Технологический газ выходит из конвертера при температуре около 410°C; выходная температура варьируется в зависимости от производительности установки.
Выходящий из конвертера технологический газ поступает в технологическую часть подогревателя сырья, где технологический газ охлаждается, одновременно подогревая сырьевой газ. Часть синтез-газа может направляться в обход нагревателя сырья с целью поддержания заданной температуры сырья для установки гидроочистки.
Технологический газ с выхода подогревателя сырья может использоваться для испарения нафты, если таковая подается в качестве сырья в установку. Затем технологический газ пропускается парогенератором тепла продуктов конвертера и теплообменник котловой воды для рекуперации тепла. Излишки генерируемого пара могут отводиться в заводскую сеть Заказчика. Далее технологический газ охлаждается, содержащаяся в потоке влага конденсируется перед подачей в сепаратор холодного конденсата, где конденсат отделяется от потока технологического газа перед вводом технологического газа в систему КЦА.

Система очистки водорода
В системе очистки КЦА применяется процесс адсорбции для получения водорода высокой чистоты. В каждом адсорбере находится слой оксида алюминия, углерод и молекулярное сито. Система работает по повторяющемуся циклу из двух этапов: адсорбция и регенерация.
Во время адсорбции технологический газ проходит через емкость адсорбера, где адсорбенты удаляют из него примеси.
В конце этапа адсорбции адсорбент насыщается примесями, после чего начинается этап регенерации (снижение давления, продувка и восстановление давления). Полученный остаточный газ собирается в емкости остаточного газа и используются в качестве первичного топлива в установке риформинга.

Утилизация отходящего тепла
Весь получаемый пар вырабатывается за счет утилизации тепла. Пар вырабатывается парогенератором дымовых газов, парогенератором отходящих продуктов установки риформинга и парогенератором тепла продуктов конвертера, входящими в состав установки. Для защиты системы получения пара предусмотрена химическая обработка котловой воды.
Тепло дымовых газов используется также для перегрева технологического сырья и воздуха для горения для печи риформинга.

Читайте также:  Установка коллектора на два карбюратора

Установки производства водорода методом паровой конверсии метана широко используются в следующих отраслях промышленности
— Пищевая промышленность
— Сталелитейная промышленность
— Стекольная промышленность
— Производство удобрений
— Производство метанола
— Производства электроники
— Производство перекиси водорода
— Процессы нефтеперерабатывающих заводов
— Процессы гидрогенизации/Продукты переработки масел

источник

Получение водорода. Установки получения (производства) водорода.

Получение водорода. Изготовление, сборка, тестирование и испытание установок для получения водорода
производится на заводах в Швейцарии, Германии, Франции, Турции, США, Японии и Кореи

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию различные установки для получения водорода.

Общее описание и способы получения водорода

В свободном виде водород встречается на нашей планете лишь в очень ограниченных объёмах. Он может выделяться иногда при вулканических извержениях совместно с другими газами или из буровых скважин, где добывают нефть. Но весьма распространен водород в составе различных соединений.

Выбор имеющихся возможностей извлечения водорода зависит полностью от вида, в каком прибывает сырье, предназначенное для его получения. Учитывая распространение водорода в виде различных соединений, его выделение должно осуществляться в ходе реакций разложения с применением соответствующих химических методов:

а) реакция разложения метана при создании высокой температуры;
б) разложение воды также при поддержании высоких температур;
в) разложение сероводорода в высокотемпературных условиях;
г) при взаимодействии металла с кислотой (соляная кислота и цинк);
д) из гидрида натрия; е) извлечение из природного газа и пр.

Получение или выделение водорода в промышленности можно охарактеризовать с помощью ниже приведенных реакций, в виде которых может быть представлено производство водорода:

1. Процесс электролиза, которому подвергаются водные растворы солей:

2. Пропускание паров воды при 1000 °C над раскаленным коксом:

3. Способ получения из природного газа.

б) окисление кислородом в присутствии катализатора:

4. Риформинг и крекинг углеводородов при переработках нефти, при которых и происходит разложение этих углеводородов. В процессе крекинга нефти получается много водорода как побочного продукта. При возможном отделении этого водорода от других продуктов крекинга никакими другими методами можно не пользоваться вообще. Но, к сожалению, на нефтеперерабатывающих заводах в настоящее время сжигается водород напрасно, вместе с прочими отходами крекинга. Эти отходы, кстати, могут быть использованы с пользой.

Получение водорода в условиях промышленности связано с процессом выделения его из природного газа, вернее, из его основного компонента метана. Его смешивают с кислородом и паром воды. Выделение водорода происходит при высоких температурах. При нагревании смеси указанных газов до 800-900 °C происходит реакция в присутствии катализатора, которая схематически может быть представлена в виде уравнения:

Затем полученную газовую смесь разделяют. Выделенный при этом водород очищается и используется или на месте получения, или транспортируется в нужное место под повышенным давлением в стальных баллонах.

Не менее важным способом получения водорода в промышленности является его выделение из газов переработки нефти или из коксового газа. Благодаря глубокому охлаждению, свойственному данному методу, все газы сжижаются, кроме водорода.

При необходимости в промышленности можно осуществлять концентрирование водорода с помощью различных процессов:

  • криогенного;
  • короткоциклового;
  • мембранного.

Материальные затраты более рентабельны и эффективность процесса более высокая при концентрировании водорода мембранным способом.

При получении водорода в лабораториях выбирают те исходные продукты, водород из которых выделяется легче. Большей частью водород в лабораториях получают электролизом водных растворов KOH или NaOH. Концентрацию этих растворов подбирают в соответствии с максимальным показателем их электропроводности (34% для KOH и 25% для NaOH). На изготовление электродов идёт обычно листовой никель, ибо он не подвергается коррозии при погружении в раствор щелочи. Получение водорода или его выделение в лабораторных условиях можно охарактеризовать с помощью ниже следующих реакций:

1) При действии кислот на металлы (кислота разбавленная). Обычно используют цинк в гранулах и 20-30%-ый раствор серной кислоты, с добавлением 2–3 зёрнышек медного купороса для ускорения реакции, которую проводят, как правило, в аппарате Киппа. Чистота водорода обусловлена чистотой исходных продуктов. В водороде могут присутствовать следы примесей сероводорода, азота, арменоводорода, для удаления которых водород подвергают дополнительной очистке. Можно применять вместо цинка железо, например, в виде стружки, или другие металлы. Заменять серную кислоту на соляную нежелательно, ибо водород будет притягивать хлороводород. Для реализации этой реакции обычно используют цинк и серную кислоту. Ниже следует уравнение для реакции с применением серной кислоты:

2) При взаимодействии кальция и воды:

3) При гидролизе гидридов, при котором гидриды металлов легко разлагаются водой, образуя соответствующую щёлочь и водород, например, при гидролизе гидрида натрия:

4) При действии на алюминий или цинк щелочных растворов. Получаемый данным способом водород обладает высокой степенью чистоты. Листовой или амальгамированный алюминий или алюминиевую проволоку нарезают мелкими кусочками и опускают в аппарат Киппа, заполненный 10-15%-м раствором щелочи.

5) В ходе электролиза водных щелочных растворов или растворов кислот на катоде также происходит выделение водорода, например:

Катионы металлов с низким показателем электродного потенциала не восстанавливаются на катоде, они остаются в растворе. А на катоде же идёт электрохимический процесс восстановления водорода из молекул воды.

6) При электролитическом способе разложения воды:

Вода в своём чистом виде почти совсем не токопроводная, поэтому к ней добавляют электролиты, например, КОН. В ходе электролиза на катоде наблюдаем за выделением водорода, а на аноде, соответственно — кислорода. В данном методе кислород — продукт побочный, и выделяется он в том же количестве. Кислород легко удаляется при пропускании газа через определённые катализаторы, водород же, получаемый электролизом воды, представляет собой довольно дорогой продукт.

7) При взаимодействии пара воды и фиолетового фосфора:

Пары фосфора от восстановления в электрической печи фосфата кальция пропускают над катализатором с паром воды при 400-600 °С. Контакт образовавшейся в начале процесса Н3РО4 с фосфором при образовании РН3 и Н3РО3 в результате взаимодействия прерывают закалкой в ходе быстрого охлаждения. Данным методом, как и при сжижении (фракционном) коксового газа, получают идущий на синтез аммиака водород.

8) Водород получают разложением метана, однако это требует присутствия высокой температуры. Кроме водорода, побочным продуктом будет сажа, находящая также широкое применение в промышленном секторе:

В промышленности имеются и другие способы, реализуемые в процессах получения водорода: электролиз водных растворов солей, взаимодействием воды с металлами, окисление кислородом метана (при присутствии катализаторов) и некоторые другие. Исходными сырьевыми продуктами могут быть для производства водорода мусор и даже биологические отходы.

Наряду с электролизом, который требует значительных энергетических затрат, в промышленности существует и второе направление для получения водорода – плазмохимия. Метод плазмохимии гораздо производительнее, здесь в основе лежит химическая активность плазмы (ионизованного газа). Чрезмерно высокие температурные характеристики процесса и большие скорости прохождения химических реакций в фазе газового состояния обеспечивают гигантскую производительность плазмотрона. Прямое разложение водяного пара на водород и кислород плазмохимическим способом пока малоэффективно. Но водород можно получать данным методом в два этапа. Такой водород пригоден для применения в областях промышленности и энергетике, ибо он дешевле электролизного почти в 15 раз.

Установки получения водорода — компактные, надежные системы, непрерывно и успешно используются протяжении 15 лет. Эти системы были разработаны для легкой установки и для безопасной, надежной, полностью автоматической работы. Выработка газа происходит при давлении, пригодном для эксплуатации, и газ может быть сжат до фактически любого давления при выходе из генератора.

Выработка водорода под давлением, по требованию, сверхчистого без какой-либо дополнительной очистки.

Выработка сверхчистого кислорода под давлением, без углеводорода и других атмосферных загрязнителей.

Легкость установки на классифицированных участках.

Контроль технологического процесса и система обработки газов содержатся в одной установке, что требует меньше площади помещения по сравнению с другими подобными системами.

Система может устанавливаться и использоваться на участках Класс 1, Раздел 2, Группа В, классифицированных по ANSI/NFPA 70, Статья 500

Отдельный блок питания со встроенным выпрямителем для изолированной установки в обычном электротехническом помещении.

Установка для получения водорода поставляется полностью собранной, предварительно проходит предварительное тестирование.

Высокое качество / Доказанная надежность

Установка разрабатывается, производится, собирается и тестируется в соответствии с процедурами, сертифицированными по ISO 9001:2000.

Все установки разработаны в соответствии с кодами и стандартами NFPA (Национальная ассоциация пожарной безопасности) для электроустановок, что обеспечивает безопасность и надежность систем.

Безопасное, автоматическое функционирование

Полностью автоматическая работа, включающая непрерывный мониторинг всех критических параметров для безопасного функционирования без надзора оператора.

Установка поддерживает только небольшое количество газов в самой установке во время работы, что дает оптимальную безопасность на рабочем месте.

Снабжена источником бесперебойного электропитания для безопасного сброса давления в системе в случае нарушения электроснабжения и выключения.

Общее описание установки производства водорода в помещении

Установки по производству водорода представляют собой надежные, полностью автоматизированные экологически безопасные водородные генераторы, основанные на технологии неорганического мембранного (IMET) электролиза водных растворов щелочей. В щелочном электролизе, реакция протекает в растворе, состоящем из воды и жидкого электролита (30% KOH) между двумя электродами. При достаточном напряжение между двумя электродами, на катоде собираются молекулы Н2, а на аноде после прохождения ионов OH — через 30% раствор электролита KOH, собирается О2. Полученный водород подвергается дополнительной очистке от паров воды и кислорода, степень которой зависит от требований клиента чистота до 99,9998 %. (В атмосферу выделяется чистый кислород 99,7%). Примесями в нем являются только водород и пары воды. При необходимости он может использоваться для потребления. Чистота его также может быть доведена до 99,9998%.

Читайте также:  Установка карбюратора с ускорителем

Генераторы имеют следующие преимущества:

  • низкий удельный расход электроэнергии — 4,2 кВт.ч/нм 3
  • отсутствие обслуживающего персонала
  • отсутствие узла подготовки электролита (расход щелочи минимален)
  • отсутствие применения токсичных материалов
  • применение только нержавеющей стали для трубопроводов и оборудования
  • компактное размещение
  • быстрый пуск и регулирование производительности от 25 до 100% в течение 5-10 сек.

Оборудование по производству водорода размещается в шкафах или в специальном контейнере. Шкафы в помещении устанавливаются прямо на пол и подсоединяются к энергоносителям. Водородные генераторы, по желанию заказчика, могут быть помещены во взрывозащитный корпус (ATEX). Контейнерное исполнение предусматривает размещение оборудования в 20″ или 40″ контейнере на открытом воздухе. Контейнер оборудован вентиляцией, отоплением, теплоизоляцией и поставляется готовым к эксплуатации.

Генератор водорода разработан в соответствии с самыми высокими требованиями промышленной и экологической безопасности и международными стандартами. Все параметры, касающиеся безопасности, постоянно измеряются и контролируются микропроцессором. Более того, все контролируемые параметры фиксируются устройством, которое в случае сбоя автоматически останавливает производство газа.

Имеется разрешение на применение Ростехнадзора для всех установок.

Проектирование, изготовление контроль и испытания оборудования выполняются в соответствии с «Правилами безопасности при производстве водорода методом электролиза воды (ПБ 03-598-03, Госгортехнадзор 2003).

Основные технические характеристики

Раб. давление 10 бар (изб.)
Макс. производительность по водороду От 4 до 60 нм³/ч
Диапазон значений производительности 40-100 % (25 — 100 % по дополнительному запросу)
Чистота водорода (до СОВ) 99,9 %, насыщенный H2O, O2 менее 1000 ppm
Чистота водорода (после СОВ) 99,998% (99,999% по дополнительному заказу), O2 менее 2 ppm, N2 менее 12 ppm
Атм. точка росы: -60°C (-75°C в качестве опции)
Энергопотребление при полной комплектации 4,9 кВтч/нм³
Напряжение 3х400 В перемен. тока ±3%, 50 Гц
Установленная мощность 100 кВА – 270 кВА
Макс. T охлаждающей воды для электролизера 40°C
Номинальный поток охлаждающей воды для электролизера 2 – 7 м³/ч
Расход деминерализованной воды менее 1 литр/нм³ H2
Электролит H2O + 30% (по весу) KOH
Прибл. объем электролита 160 – 900 л
Помещение для установки Устанавливается внутри здания
Габариты генератора водорода (ДхШхВ) 1.7 x 1.85 x 2.6 м
3.22 x 1.81 x 2.53 м
Габариты блока питания (ДхШхВ) 1.0 x 0.5 x 2.1 м
2 шт. 0.9 x 0.9 x 2.3 м
Габариты блока управления (ДхШхВ) 1.0 x 0.5 x 2 м
Приблизительный пустой вес генератора водорода 1400 – 3600 кг

Примеры предлагаемых установок для получения водорода

Локальная установка генерации водорода высокой чистоты

  • 1 генератора водорода 80 м³/ч
  • 1 генератора водорода 40 м³/ч
  • 1 очиститель (один очиститель для обоих генераторов)
  • Соединительные трубы, кабели, анализаторы и дополнительные устройства
  • 1 установка деминерализации
Макс. поток водорода
Макс. поток кислорода
Макс давление
Напряжение
Выход водорода после очистки:
Чистота
Точка росы
Выход кислорода (не очищенный):
Чистота
120 м³/ч
60 м³/ч
5 бар
380 В перем.тока 3 фазы 50 Гц

  • Закрытое исполнение (в корпусе)
  • Трансформатор с гальванической изоляцией (между подающей линией и генератором)
  • Высокая производительность
  • Управление процессом при помощи ПК (программируемый контроллер)
  • Возможность дистанционного управления ПК / процессом

Установка получения водорода путем водного электролиза (электролизер)

Комплексная компактная система получения водорода путем водного электролиза.

Производительностью продукта водорода 500 Нм³/ч. Эта установка компактная, с высокими показателями эффективности и эксплуатационной стабильностью. Все оборудование/компоненты объединены в один контейнер.

Описание основных компонентов и их назначение в системе получения водорода путем водного электролиза.

Установка состоит из двух блоков основных компонентов, в блоке установки для получения водорода расположены: панель управления генератора водорода, выпрямитель, трансформатор, распределительная коробка и распределительное устройство, система деминерализованной воды и блок пополнения воды.

В электролизере деминерализованная вода расщепляется на водород и кислород внутри электролитической ячейки посредством постоянного тока. Водород собирается на катодной стороне, затем поднимается через отверстия в катодной стороне электродной пластины, а затем выходит из пластины. Кислород собирается на анодной стороне и выходит из пластины ячейки.

Водород и кислород поступают раздельно в сепаратор, где эти газы охлаждаются водой и отделяются от смеси под действием гравитационных сил. После этого, водород поступает в промыватель для удаления содержащихся в газе капель щелока посредством деминерализованной воды. Одновременно газ охлаждается змеевиком, встроенным в промыватель. В конце процесса, водород проходит через фильтр, расположенный на верху сепаратора, для удаления капель воды, и попадает в сушильную камеру.

Получаемый в процессе кислород поступает обратно в атмосферу.

Пополнение деминерализованной воды

Деминерализованная вода поступает в промыватель с помощью насоса подачи воды.

Функция щелока – улучшение электропроводности во время водного электролиза. При нормальных эксплуатационных условиях расход щелока находится около нуля. Пополнение щелока происходит только раз в год по необходимости, в небольших количествах.

Для подготовки щелока едкое кали в твердом виде помещается в резервуар для щелока, наполненный на две трети деминерализованной водой, а затем насос для щелока перемешивает и растворяет едкое кали в деминерализованной воде.

Охлаждающая вода служит для следующих целей:

1) Охлаждает щелок посредством охладителя щелока внутри сепаратора и таким образом, удерживает рабочую температуру электролизера в диапазоне 80-90 °C.
2) Охлаждает водород и кислород посредством охладителя и температура газов на выходе из охладителя не более 40 °C.

Проба водорода поступает в систему анализа водорода через пробоотборную трубу, в котором мелкие капли щелока отделяются в сепараторе газ-жидкость, затем газ поступает к анализатору, где после снижения давления газа проверяется содержания кислорода в водороде.Перед тем, как водород поступает в соответствующий резервуар для хранения, он отбирается в отдельный влагомер для измерения точки росы; соответствующий сигнал посылается в ПК для отображения и мониторинга. Программа управления решает, будет ли отсылаться водород в резервуар для хранения (в зависимости от определенных — заданных условий).

Система автоматического контроля

Шкаф управления – основная часть всей системы автоматического контроля, отвечающая за обеспечение безопасного и стабильного функционирования всего оборудования.

Регулировка и настройка рабочего давления установки получения водорода:

Регулировка рабочего давления установки для получения водорода обеспечивает функционирование генератора при необходимом рабочем давлении. Датчик давления измеряет давление в системе, данные о котором передаются к ПК для сравнения с заданным рабочим давлением. Результат, полученный на ПК, конвертируется в стандартный сигнал 4

20 мА постоянного тока, а затем преобразуется. Рабочее давление сохраняется на заданном значении.

Регулировка и корректировка рабочей температуры установки получения водорода:

Рабочая температура электролизера может регулироваться при помощи пневматического мембранного клапана. В ПК фактическая рабочая температура будет сравнена с заданной величиной рабочей температуры, разница будет подсчитана арифметическим блоком регулятора в ПЛК. Результат будет выведен в стандартный сигнал 4

Сигнализация и система блокировки

Для эксплуатации в безопасном, устойчивом и надежном состоянии и мониторинга рабочего процесса установлены сигнализация и система блокировки.

Система обнаружения утечки водорода

Утечка водорода в системе генерации водорода всегда должна обнаруживаться автоматически. Для отслеживания утечек водорода предусмотрено 2 детектора. В случае утечки водорода детектор немедленно направит сигнал программе управления, в результате чего установка генерации водорода будет отключена, и одновременно включится электрический вентилятор, который выветрит водород из помещения наружу. Кроме того, для оператора предусмотрен один переносной детектор утечки водорода. Эти меры надежно предохраняют помещение, в котором происходит генерация водорода от накопления водорода и обеспечивают безопасность и надежность.

Диссоциаторы для получения водорода

Диссоциатор (генератор водорода) средней-высокой мощности, отлично подходящий для термообработки; кислородной резки; пайки-сварки кусков большого размера; работ со стеклом и хрусталем; печей спекания и термообработки; охлаждающих генераторов переменного тока средней мощности; подачи автоматических многостанционных систем пайки-сварки. Высокая экономическая эффективность; трех-фазная работа; генерация газа при низком давлении; газ производится предварительно высушенным при помощи холодильной установки. Охлаждение при помощи встроенного теплообменника жидкость/вода; вспомогательного предварительного подогрева для холодных условий окружающей среды. Сигнал оповещения для подачи воды во внешний резервуар; электронный контроль с буквенно-цифровым дисплеем и простыми диагностическими сообщениями (многоязычные).

Пример (технические характеристики):

Производство водорода 40.000 л/ч
Производство кислорода 20.000 л/ч
Макс. давление 3 ÷ 8 бар
Потребление электроэнергии 228 кВт/ч
Потребление воды 38 л/ч
Охлаждающая вода Прим.

10 м³/ч макс. 30°C Питающее напряжение 400 В перем.тока
3 фазы Частота 50/60 Гц Размеры:
Д х Ш х В
Производящая установка
Блок управления
Трансформатор

300x170x300 см
80х70х230 см
110x95x125 см Общий вес:
Производящая установка
Блок управления
Трансформатор 3.200 кг
200 кг
900 кг Чистота газа водород более 99.5 % Точка росы до: 0°C

Пример технического решения для генератора водорода

Ниже представлены характеристики штатной установки скомплектованной для одного из наших заказчиков.

Производительность по водороду (3 блока по 80 нм³/ч) 240 нм³/ч
Производительность по кислороду (3 блока по 40 нм³/ч) 120 нм³/ч
Максимальное давление 4 бар (изб.)
Чистота продукта (водород) 99,5%
Максимальное содержание кислорода в продукте 0,5%
Точка росы ниже минус 60°C
Максимальное потребление деминерализованной воды 76 л/ч
Потребление охлаждающей воды около 10 м³/ч
Давление охлаждающей воды 1,5-5 бар
Перепад давления охлаждающей воды на входе/выходе (ΔР) ≥1,5 бар
Максимальная температура охлаждающей воды 30°C
Мутность охлаждающей воды 99 %
Давление регенерационного азота 4,5-9 бар
Расход регенерационного азота 34 м³/ч
Чистота регенерационного азота > 99,5 %
Температура регенерации 250°C
  • Установка производства водорода (3 шт.);
  • Осушитель (1 шт.);
  • Система для деминерализации воды (1 шт.)

Установка по производству (генерации) водорода

  • Генератор водорода
    • Установка оборудована 2 пакетами элементов для производства водорода 30 нм³/ч
    • Контейнер модернизирован и подготовлен для увеличения производительности в будущем до 45 нм³/ч. Так же если в будущем потребуется дополнительно увеличить мощность, то контейнер рассчитан на увеличение до 60 нм³/ч.
  • Общая номинальная производительность по водороду
45 нм³/ч
  • Чистота водорода
99.998%
  • Выходное давление
10 бар изб.
  • Стандарт проектирования оборудования
ГОСТ
  • Температура
от -40°C до +40°C
  • Установка
снаружи

Предложенная нами система включает стандартные встроенные системы безопасности, стандартное заводское приемочное испытание и комплект технической документации.

Услуги на месте включают: пуск системы, ввод в эксплуатацию и обучение на месте. Строительные работы и подготовка площадки, выполняемые на месте, осуществляются заказчиком в соответствии с требованиями.

Энергоисточники (вода, электричество, азот, воздух КИП,…) должны быть доступны на месте.

  • Полностью автоматическая работа
  • Полный контроль получения водорода
  • Производство под давлением (10 бар изб.) без установки компрессора
  • Высокая эффективность и надежность
  • Очень низкие затраты на техническое обслуживание (ограниченное число подвижных деталей, без насоса для электролита)
  • Водород не содержит углерода – без вредных выбросов
  • Производственный процесс сертифицирован по ISO 9001, 14001
  • Услуги по пуску и пост-продажному обслуживанию

Введение

Установка производства водорода в контейнерном исполнении для установки снаружи представляет собой комплексную установку производства водорода с производительностью по водороду 60 нм³/ч при чистоте 99,998% и давлении 10 бар (изб.)

Разработан модифицированный ISO контейнер повышенной вместимости для размещения генератора водорода и всего его питающего оборудования.

Ввод оборудования для наружного размещения в эксплуатацию на площадке заказчика тем самым значительно облегчен по сравнению с установкой в существующее помещение генератора на базе скида.

Надежность

Используя принцип внедрения технологического уровня эксплуатационной безопасности оборудования каждая установка помимо прочего обладает следующими характеристиками:

  • минимальное присутствие газа в системе
  • определение минимального давления для предотвращения попадания воздуха
  • система непрерывного мониторинга/обнаружения водорода в атмосфере
  • система защитной вентиляции зона II (только с кожухом или корпусом (каркасом) для наружного размещения)
  • надежная логическая схема для всех параметров
  • Система бесперебойного питания, обеспечивающая безопасное отключение в случае аварийного отключения питания
  • Система постоянного мониторинга, чистота производства О2 газа
  • Системы множественного / параллельного управления
  • Многократное резервирование параметров, которые являются критичными в рамках безопасности системы

Автоматизация

Надежность – это одно из наиболее значимых требований для наших заказчиков. Установка разработана для полностью непрерывной эксплуатации с минимальной потребностью в присутствии оператора, обеспечивая константный поток водорода.

  • Система контроля давления: Человеко-машинный интерфейс на панели управления позволяет операторы выбрать требуемое давление газа (между 8 и 10 бар изб.). Установка автоматически регулирует свою производительность с тем, чтобы обеспечить установленное давление.
  • Автоматизация охлаждения: охлаждающая вода поступает в теплообменники через клапан, регулируемый ПЛК. При повышении температуры клапан открывается, тем самым подавая большее количество охлаждающей воды в контур. В результате этого – стабильная производственная температура.
  • Автоматическая продувка азотом: следуя принципам системы, продувка азотом требуется перед запуском установки при внутреннем давлении ниже 15 кПа. Процесс продувки регулируется ПЛК системы путем активации клапана в последовательном процессе.
  • Удаленный I/O: используя современное соединение PROFIBUS, мы значительно уменьшили количество соединительных кабелей и соответственно время, необходимое на установку. Внедрение прокола в комбинации с безопасным ПЛК и безопасным I/O позволяет системе полностью соответствовать самым строгим актуальным нормам и стандартам безопасности. ПЛК автоматически диагностирует любые ошибки передачи данных, не только делая систему безопаснее, но также сокращая время и силы на устранения неполадок.

Объем поставки

Экран HMI расположен на панели управления и позволяет оператору контролировать и эксплуатировать электролизер либо с экрана, либо с удаленного соединения, через защищенное соединение VPN. Система мониторинга включает в себя запись данных на компактную флэш карту. Она также позволяет нашим техническим специалистам подключаться к электролизеру, для диагностики и исправления случаев неисправностей и тревожной сигнализации при необходимости.

ISO 40’ футовый контейнер спроектирован и модифицирован для размещения водородной установки 60 нм³/ч и включает:

  • изолированные стенки и перекрытия
  • пол из металлических листов
  • запираемые двери во внешних стенках
  • Освещение во всех отсеках
  • Все устройства полностью оснащены и установлены на место вкл. трубную обвязку и кабели, что значительно сокращает время и затраты на установку / межсоединения на месте.
  • Два вытяжных вентилятора, которые вытягивают воздух через технологическое помещение из помещения общего назначения. Первый обеспечивает минимальный поток и работает постоянно. Поток проверяется между помещением общего назначения и технологическим помещением и подается аварийный сигнал, если минимум не достигнут.

Второй вентилятор активируется, когда температура окружающего воздуха в технологическом помещении находится вне пределов спецификации или когда обнаружен водород.

Ключевым компонентов электролизного скида является пакет биполярных ячеек для электролиза воды под давлением. Пакет ячеек состоит из кольцевых электролизных ячеек, в каждой из которых содержатся два электрода и одна щелочная неорганическая ионообменная мембрана.

Генерация H2 и O2 происходит при подаче тока на пакет ячеек. Газы затем направляются на газовый сепаратор, который представляет собой двойной сосуд под давление из нержавеющей стали, после которого они промываются в специально спроектированном напорном сосуде, расположенном над газосепаратором.

Технологическая часть поставляется как полностью собранный скид, в который включено оборудование, например:

  • Пакеты ячеек
  • Газосепарторы, установка промывки газообразного водорода и коалесцирующие фильтры
  • Теплообменники для электролита и системы газового охлаждения
  • Лоток детектора утечек с реле уровня
  • Детектор водорода , панель анализатора для водорода в кислороде
  • Приборы кип и распределительные коробки: датчики, трансмиттеры, реле и т.д.
  • Клапаны и вентиляционные коллекторы (H2 и O2)

Шкаф панели управления включает в себя ПЛК и все соответствующее оборудования для обеспечения автоматической и надежной эксплуатации установки. Панель управления с помощью кабелей будет подсоединена как к технологической части, так и к силовой стойке. Характеристики:

  • Утвержденный электрический кожух с 2 запираемыми дверцами
  • Вентиляторы охлаждения + система фильтрации воздуха
  • ПЛК (Siemens S-7 программное обеспечение)
  • Снаружи: терминал с дисплеем для визуализации и HMI
  • Аварийный останов на дверце кожуха
  • Блок бесперебойного питания для безопасного отключения
  • Источник питания 24 В пост. тока
  • Автоматические выключатели и трансформаторы
  • Печатные платы и звуковая сигнализация

Блок питания конвертирует входящей 3х фазный переменный ток в стабилизированный постоянный ток, требуемый для процесса электролиза.

Каждый блок питания может питать до 2 пакетов элементов и состоит из:

  • Кожух с запираемой дверцей
  • Охлаждающие вентиляторы + система фильтрации воздуха
  • Защитная блокировка дверного переключателя
  • ПЛК контролируется тиристорами
  • Трансформатор
  • Выпрямительный диод
  • Автоматические выключатели, контакторы
  • Измерительный пакет элементов на дверце амперметр и вольтметр
  • Устройство проверки фазы

Система очистки водорода спроектирована для дальнейшей очистки водорода до минимального уровня в размере 99.998%. Данная чистота достигается в 2 этапа:

Этап 1. Деоксидизация: для уменьшения содержания O2 в потоке газообразного H2 с помощью каталитической реакции. Выход O2 в H2 составляет менее 10 ppm или опционально менее 2 ppm.

Этап 2. Осушка: для удаления влажности в 2 колоннах осушки. Одна колонна находится в работе, в то время как вторая находится в режиме резерва / регенерации. Водород на выходе будет иметь атмосферную точку росы менее -60 °C или опционально менее -75 °C.

Система очистка водорода сконструирована на скиде и располагается в технологическом помещении. Система очистки водорода управляется с помощью центрального ПЛК в панели управления и имеет следующие особенности:

  • Сосуд деокисидзации с катализатором для удаления О2 в H2 (с обогревом и изоляцией)
  • Теплообменник
  • Коалесцирующий фильтр
  • Система дренажного сосуда для удаления воды
  • Оборудование КИП
  • Две колонны осушки с молекулярным ситом (с обогревом и изоляцией) (с временной регенерацией)
  • Соединения до контура охлаждения газа
  • Соединение до вентиляционных коллекторов технологической части (H2 и O2)

Холодильник подает охлаждающую воду низкой температуры в замкнутый контур газообразного водорода и кислорода в сторону теплообменников при температуре 15 °C, вне зависимости от температуры окружающей среды. Охлажденная вода охлаждает газообразный водород и кислород, превращая водяной пар, появляющийся в процессе электролиза, в конденсат. Затем он фильтруется и удаляется из потока газа. Холодильник устанавливается внутри кожуха для применения внутри помещения и включает насос и расширительный бак.

Условия окружающей среды Диапазон температур окр. среды +5 до +45°C
Температура, охл. вода +15°C
Установка Размеры (ВхШхГ), м 1,35 х 0.88 х 0.8
Пустой вес 185 кг.

Данная система охлаждения, включающая в себя насосный скид и сухой охладитель, выводит тепло в окружающий воздух.

Охлаждающая вода, как правило, водный раствор этиленгликоль, циркулирует в закрытом контуре, через высокопроизводительный теплообменник по типу «электролит-вода», установленный в технологической части установки производства водорода.

Благодаря системе охлаждения закрытого цикла гарантируется полная выходная способность установки по водороду в диапазоне температуры окружающей среды от -40 до +40°C. Сухой охладитель и насосный скид регулируются с помощью центрального ПЛК в панели управления.

источник

Популярные записи

Добавить комментарий