क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस जल प्रणाली का विस्तृत विवरण

इलेक्ट्रोलाइटिकहाइड्रोजनउत्पादन इकाई में जल इलेक्ट्रोलिसिस का एक पूरा सेट शामिल हैहाइड्रोजनउत्पादन उपकरण, जिसमें मुख्य उपकरण शामिल हैं:

1. इलेक्ट्रोलाइटिक सेल

2. गैस तरल पृथक्करण उपकरण

3. सुखाने और शुद्धिकरण प्रणाली

4. विद्युत भाग में शामिल हैं: ट्रांसफार्मर, रेक्टिफायर कैबिनेट, पीएलसी नियंत्रण कैबिनेट, उपकरण कैबिनेट, वितरण कैबिनेट, ऊपरी कंप्यूटर, आदि

5. सहायक प्रणाली में मुख्य रूप से शामिल हैं: क्षार समाधान टैंक, कच्चे माल का पानी टैंक, मेक-अप पानी पंप, नाइट्रोजन सिलेंडर / बसबार, आदि / 6. उपकरण की समग्र सहायक प्रणाली में शामिल हैं: शुद्ध पानी की मशीन, चिलर टॉवर, चिलर, एयर कंप्रेसर, आदि

हाइड्रोजन और ऑक्सीजन कूलर, और पानी को नियंत्रण प्रणाली के नियंत्रण में बाहर भेजे जाने से पहले एक ड्रिप ट्रैप द्वारा एकत्र किया जाता है; इलेक्ट्रोलाइट गुजरता हैहाइड्रोजनऔर ऑक्सीजन क्षार फिल्टर, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन क्षार कूलर क्रमशः परिसंचरण पंप की कार्रवाई के तहत, और फिर आगे इलेक्ट्रोलिसिस के लिए इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में वापस आ जाता है।

डाउनस्ट्रीम प्रक्रियाओं और भंडारण की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए सिस्टम के दबाव को दबाव नियंत्रण प्रणाली और विभेदक दबाव नियंत्रण प्रणाली द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

जल इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन में उच्च शुद्धता और कम अशुद्धियाँ होने के लाभ हैं। आमतौर पर, जल इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन गैस में अशुद्धियाँ केवल ऑक्सीजन और पानी होती हैं, कोई अन्य घटक नहीं होता (जो कुछ उत्प्रेरकों के विषाक्तता से बच सकता है)। यह उच्च शुद्धता वाली हाइड्रोजन गैस के उत्पादन के लिए सुविधा प्रदान करता है, और शुद्ध गैस इलेक्ट्रॉनिक ग्रेड औद्योगिक गैसों के मानकों को पूरा कर सकती है।

हाइड्रोजन उत्पादन इकाई द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन एक बफर टैंक से होकर गुजरता है, जिससे सिस्टम का कार्य दबाव स्थिर हो जाता है और हाइड्रोजन से मुक्त जल निकल जाता है।

हाइड्रोजन शुद्धिकरण उपकरण में प्रवेश करने के बाद, जल इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन को आगे शुद्ध किया जाता है, हाइड्रोजन से ऑक्सीजन, पानी और अन्य अशुद्धियों को हटाने के लिए उत्प्रेरक प्रतिक्रिया और आणविक छलनी सोखना के सिद्धांतों का उपयोग किया जाता है।

उपकरण वास्तविक स्थिति के अनुसार स्वचालित हाइड्रोजन उत्पादन समायोजन प्रणाली स्थापित कर सकता है। गैस लोड में परिवर्तन हाइड्रोजन भंडारण टैंक के दबाव में उतार-चढ़ाव का कारण होगा। भंडारण टैंक पर स्थापित दबाव ट्रांसमीटर मूल सेट मूल्य के साथ तुलना के लिए पीएलसी को 4-20mA सिग्नल आउटपुट करेगा, और व्युत्क्रम परिवर्तन और पीआईडी ​​​​गणना के बाद, इलेक्ट्रोलिसिस वर्तमान के आकार को समायोजित करने के लिए रेक्टिफायर कैबिनेट को 20-4mA सिग्नल आउटपुट करेगा, जिससे हाइड्रोजन लोड में परिवर्तन के अनुसार हाइड्रोजन उत्पादन के स्वचालित समायोजन का उद्देश्य प्राप्त होगा।

जल इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन की प्रक्रिया में एकमात्र प्रतिक्रिया जल (H2O) है, जिसे जल पुनःपूर्ति पंप के माध्यम से लगातार कच्चे पानी की आपूर्ति की आवश्यकता होती है। पुनःपूर्ति स्थान हाइड्रोजन या ऑक्सीजन विभाजक पर स्थित है। इसके अलावा, सिस्टम से बाहर निकलते समय हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को थोड़ी मात्रा में पानी निकालने की आवश्यकता होती है। कम पानी की खपत वाले उपकरण 1L/Nm ³ H2 का उपभोग कर सकते हैं, जबकि बड़े उपकरण इसे 0.9L/Nm ³ H2 तक कम कर सकते हैं। सिस्टम लगातार कच्चे पानी की पुनःपूर्ति करता है, जो क्षारीय तरल स्तर और सांद्रता की स्थिरता को बनाए रख सकता है। यह क्षारीय घोल की सांद्रता को बनाए रखने के लिए समय पर प्रतिक्रिया वाले पानी की पुनःपूर्ति भी कर सकता है।

1. ट्रांसफार्मर रेक्टिफायर सिस्टम

इस सिस्टम में मुख्य रूप से दो डिवाइस होते हैं, एक ट्रांसफॉर्मर और एक रेक्टिफायर कैबिनेट। इसका मुख्य कार्य फ्रंट-एंड मालिक द्वारा प्रदान की गई 10/35 केवी एसी पावर को इलेक्ट्रोलाइटिक सेल द्वारा आवश्यक डीसी पावर में बदलना और इलेक्ट्रोलाइटिक सेल को डीसी पावर की आपूर्ति करना है। आपूर्ति की गई शक्ति का एक हिस्सा सीधे पानी के अणुओं को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विघटित करने के लिए उपयोग किया जाता है, और दूसरा हिस्सा गर्मी उत्पन्न करता है, जिसे क्षार कूलर द्वारा ठंडा पानी के माध्यम से बाहर निकाला जाता है।

अधिकांश ट्रांसफार्मर तेल प्रकार के होते हैं। यदि घर के अंदर या कंटेनर के अंदर रखा जाए, तो ड्राई-टाइप ट्रांसफार्मर का उपयोग किया जा सकता है। इलेक्ट्रोलाइटिक जल हाइड्रोजन उत्पादन उपकरण के लिए उपयोग किए जाने वाले ट्रांसफार्मर विशेष ट्रांसफार्मर हैं जिन्हें प्रत्येक इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के डेटा के अनुसार मिलान करने की आवश्यकता होती है, इसलिए वे अनुकूलित उपकरण हैं।

वर्तमान में, सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला रेक्टिफायर कैबिनेट थाइरिस्टर प्रकार है, जो अपने लंबे उपयोग समय, उच्च स्थिरता और कम कीमत के कारण उपकरण निर्माताओं द्वारा समर्थित है। हालांकि, बड़े पैमाने पर उपकरणों को फ्रंट-एंड अक्षय ऊर्जा के अनुकूल बनाने की आवश्यकता के कारण, थाइरिस्टर रेक्टिफायर कैबिनेट की रूपांतरण दक्षता अपेक्षाकृत कम है। वर्तमान में, विभिन्न रेक्टिफायर कैबिनेट निर्माता नए IGBT रेक्टिफायर कैबिनेट को अपनाने का प्रयास कर रहे हैं। IGBT पहले से ही पवन ऊर्जा जैसे अन्य उद्योगों में बहुत आम है, और यह माना जाता है कि भविष्य में IGBT रेक्टिफायर कैबिनेट का महत्वपूर्ण विकास होगा।

1. वितरण कैबिनेट प्रणाली

वितरण कैबिनेट का उपयोग मुख्य रूप से इलेक्ट्रोलाइटिक जल हाइड्रोजन उत्पादन उपकरण के पीछे हाइड्रोजन ऑक्सीजन पृथक्करण और शुद्धिकरण प्रणाली में मोटर्स के साथ विभिन्न घटकों को बिजली की आपूर्ति करने के लिए किया जाता है, जिसमें 400V या आमतौर पर 380V उपकरण के रूप में संदर्भित किया जाता है। उपकरण में हाइड्रोजन ऑक्सीजन पृथक्करण ढांचे में क्षार परिसंचरण पंप और सहायक प्रणाली में मेक-अप पानी पंप शामिल हैं; सुखाने और शुद्धिकरण प्रणाली में हीटिंग तारों के लिए बिजली की आपूर्ति, साथ ही पूरे सिस्टम के लिए आवश्यक सहायक प्रणालियाँ जैसे शुद्ध पानी की मशीन, चिलर, एयर कंप्रेशर्स, कूलिंग टॉवर और बैक-एंड हाइड्रोजन कंप्रेशर्स, हाइड्रोजनीकरण मशीन, आदि, पूरे स्टेशन की प्रकाश व्यवस्था, निगरानी और अन्य प्रणालियों के लिए बिजली की आपूर्ति भी शामिल है।

1. Cपरएल प्रणाली

नियंत्रण प्रणाली पीएलसी स्वचालित नियंत्रण को लागू करती है। पीएलसी आम तौर पर सीमेंस 1200 या 1500 को अपनाता है, और मानव-मशीन इंटरैक्शन इंटरफ़ेस टच स्क्रीन से लैस है। उपकरण के प्रत्येक सिस्टम के संचालन और पैरामीटर डिस्प्ले के साथ-साथ नियंत्रण तर्क का प्रदर्शन टच स्क्रीन पर महसूस किया जाता है।

5. क्षार समाधान परिसंचरण प्रणाली

इस प्रणाली में मुख्य रूप से निम्नलिखित मुख्य उपकरण शामिल हैं:

हाइड्रोजन ऑक्सीजन विभाजक – क्षार समाधान परिसंचरण पंप – वाल्व – क्षार समाधान फ़िल्टर – इलेक्ट्रोलाइटिक सेल

मुख्य प्रक्रिया इस प्रकार है: हाइड्रोजन ऑक्सीजन विभाजक में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के साथ मिश्रित क्षारीय घोल को गैस-तरल विभाजक द्वारा अलग किया जाता है और क्षारीय घोल परिसंचरण पंप में वापस प्रवाहित किया जाता है। हाइड्रोजन विभाजक और ऑक्सीजन विभाजक यहाँ जुड़े हुए हैं, और क्षारीय घोल परिसंचरण पंप पीछे के छोर पर वाल्व और क्षारीय घोल फ़िल्टर में वापस प्रवाहित क्षारीय घोल को प्रसारित करता है। फ़िल्टर द्वारा बड़ी अशुद्धियों को फ़िल्टर करने के बाद, क्षारीय घोल को इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के अंदर प्रसारित किया जाता है।

6.हाइड्रोजन प्रणाली

हाइड्रोजन गैस कैथोड इलेक्ट्रोड की तरफ से उत्पन्न होती है और क्षारीय घोल परिसंचरण प्रणाली के साथ विभाजक तक पहुँचती है। विभाजक के अंदर, हाइड्रोजन गैस अपेक्षाकृत हल्की होती है और क्षारीय घोल से स्वाभाविक रूप से अलग होकर विभाजक के ऊपरी हिस्से तक पहुँचती है। फिर, यह आगे के पृथक्करण के लिए पाइपलाइनों से गुज़रती है, ठंडा पानी से ठंडा होती है, और ड्रिप कैचर द्वारा एकत्र की जाती है ताकि बैक-एंड सुखाने और शुद्धिकरण प्रणाली तक पहुँचने से पहले लगभग 99% की शुद्धता प्राप्त हो सके।

निकासी: हाइड्रोजन गैस की निकासी का उपयोग मुख्य रूप से स्टार्ट-अप और शटडाउन अवधि, असामान्य संचालन, या जब शुद्धता मानकों के अनुरूप नहीं होती है, साथ ही समस्या निवारण के लिए किया जाता है।

7. ऑक्सीजन प्रणाली

ऑक्सीजन का मार्ग हाइड्रोजन के समान ही है, सिवाय इसके कि यह अलग-अलग विभाजकों द्वारा संचालित होता है।

खाली करना: वर्तमान में, अधिकांश परियोजनाएं ऑक्सीजन खाली करने की विधि का उपयोग करती हैं।

उपयोग: ऑक्सीजन का उपयोग मूल्य केवल विशेष परियोजनाओं में ही सार्थक है, जैसे कि ऐसे अनुप्रयोग जो हाइड्रोजन और उच्च शुद्धता वाले ऑक्सीजन दोनों का उपयोग कर सकते हैं, जैसे कि फाइबर ऑप्टिक निर्माता। कुछ बड़ी परियोजनाएँ भी हैं जिन्होंने ऑक्सीजन के उपयोग के लिए स्थान आरक्षित किया है। बैकएंड अनुप्रयोग परिदृश्य सुखाने और शुद्धिकरण के बाद तरल ऑक्सीजन के उत्पादन के लिए हैं, या फैलाव प्रणालियों के माध्यम से चिकित्सा ऑक्सीजन के लिए हैं। हालाँकि, इन उपयोग परिदृश्यों की सटीकता को अभी भी और पुष्टि की आवश्यकता है।

8. शीतल जल प्रणाली

पानी की इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया एक एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया है, और हाइड्रोजन उत्पादन प्रक्रिया को विद्युत ऊर्जा के साथ आपूर्ति की जानी चाहिए। हालांकि, पानी इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया में खपत विद्युत ऊर्जा पानी इलेक्ट्रोलिसिस प्रतिक्रिया के सैद्धांतिक गर्मी अवशोषण से अधिक है। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रोलिसिस सेल में उपयोग की जाने वाली बिजली का एक हिस्सा गर्मी में परिवर्तित हो जाता है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से शुरुआत में क्षारीय घोल परिसंचरण प्रणाली को गर्म करने के लिए किया जाता है, जिससे क्षारीय घोल का तापमान उपकरण के लिए आवश्यक तापमान सीमा 90 ± 5 ℃ तक बढ़ जाता है। यदि इलेक्ट्रोलिसिस सेल रेटेड तापमान तक पहुंचने के बाद भी काम करना जारी रखता है, तो उत्पन्न गर्मी को इलेक्ट्रोलिसिस प्रतिक्रिया क्षेत्र के सामान्य तापमान को बनाए रखने के लिए ठंडा पानी द्वारा किया जाना चाहिए। इलेक्ट्रोलिसिस प्रतिक्रिया क्षेत्र में उच्च तापमान ऊर्जा की खपत को कम कर सकता है, लेकिन यदि तापमान बहुत अधिक है, तो इलेक्ट्रोलिसिस कक्ष का डायाफ्राम क्षतिग्रस्त हो जाएगा, जो उपकरण के दीर्घकालिक संचालन के लिए भी हानिकारक होगा।

इस डिवाइस के लिए इष्टतम ऑपरेटिंग तापमान 95 ℃ से अधिक नहीं बनाए रखना आवश्यक है। इसके अलावा, उत्पन्न हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को भी ठंडा और नमी रहित करने की आवश्यकता होती है, और जल-शीतित थाइरिस्टर रेक्टिफायर डिवाइस भी आवश्यक शीतलन पाइपलाइनों से सुसज्जित है।

बड़े उपकरणों के पंप बॉडी को भी शीतलन जल की भागीदारी की आवश्यकता होती है।

1. नाइट्रोजन भरने और नाइट्रोजन शुद्धिकरण प्रणाली

डिवाइस को डीबग करने और संचालित करने से पहले, सिस्टम पर नाइट्रोजन कसाव परीक्षण किया जाना चाहिए। सामान्य स्टार्टअप से पहले, सिस्टम के गैस चरण को नाइट्रोजन से शुद्ध करना भी आवश्यक है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के दोनों तरफ गैस चरण स्थान में गैस ज्वलनशील और विस्फोटक सीमा से बहुत दूर है।

उपकरण बंद होने के बाद, नियंत्रण प्रणाली स्वचालित रूप से दबाव बनाए रखेगी और सिस्टम के अंदर हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की एक निश्चित मात्रा को बनाए रखेगी। यदि स्टार्टअप के दौरान दबाव अभी भी मौजूद है, तो शुद्धिकरण क्रिया करने की कोई आवश्यकता नहीं है। हालाँकि, यदि दबाव पूरी तरह से कम हो जाता है, तो नाइट्रोजन शुद्धिकरण क्रिया को फिर से करने की आवश्यकता होती है।

1. हाइड्रोजन सुखाने (शुद्धिकरण) प्रणाली (वैकल्पिक)

जल इलेक्ट्रोलिसिस से तैयार हाइड्रोजन गैस को समानांतर ड्रायर द्वारा डीह्यूमिडीफाई किया जाता है, और अंत में सिन्टरड निकेल ट्यूब फिल्टर द्वारा शुद्ध किया जाता है, जिससे सूखी हाइड्रोजन गैस प्राप्त होती है। उत्पाद हाइड्रोजन के लिए उपयोगकर्ता की आवश्यकताओं के अनुसार, सिस्टम एक शुद्धिकरण उपकरण जोड़ सकता है, जो शुद्धिकरण के लिए पैलेडियम प्लैटिनम बाईमेटेलिक उत्प्रेरक डीऑक्सीजनेशन का उपयोग करता है।

जल इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन इकाई द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन को बफर टैंक के माध्यम से हाइड्रोजन शुद्धिकरण इकाई में भेजा जाता है।

हाइड्रोजन गैस पहले एक डीऑक्सीजनेशन टावर से गुजरती है, और उत्प्रेरक की क्रिया के तहत, हाइड्रोजन गैस में मौजूद ऑक्सीजन हाइड्रोजन गैस के साथ प्रतिक्रिया करके पानी बनाती है।

प्रतिक्रिया सूत्र: 2H2+O2 2H2O.

इसके बाद, हाइड्रोजन गैस एक हाइड्रोजन कंडेनसर (जो गैस को ठंडा करके जल वाष्प को पानी में संघनित कर देता है, जिसे स्वचालित रूप से एक संग्राहक के माध्यम से सिस्टम के बाहर छोड़ दिया जाता है) से होकर गुजरती है और अवशोषण टावर में प्रवेश करती है।