क्षारीय विद्युत अपघटन जल प्रणाली की विस्तृत व्याख्या

इलेक्ट्रोलाइटिकहाइड्रोजनउत्पादन इकाई में जल विद्युत अपघटन का एक पूरा सेट शामिल हैहाइड्रोजनउत्पादन उपकरण, जिनमें मुख्य उपकरण निम्नलिखित हैं:

1. इलेक्ट्रोलाइटिक सेल

2. गैस-द्रव पृथक्करण उपकरण

3. सुखाने और शुद्धिकरण प्रणाली

4. विद्युत भाग में शामिल हैं: ट्रांसफार्मर, रेक्टिफायर कैबिनेट, पीएलसी कंट्रोल कैबिनेट, इंस्ट्रूमेंट कैबिनेट, डिस्ट्रीब्यूशन कैबिनेट, ऊपरी कंप्यूटर आदि।

5. सहायक प्रणाली में मुख्य रूप से शामिल हैं: क्षार विलयन टैंक, कच्चे माल का जल टैंक, मेक-अप जल पंप, नाइट्रोजन सिलेंडर/बसबार, आदि। 6. उपकरण की समग्र सहायक प्रणाली में शामिल हैं: शुद्ध जल मशीन, चिलर टावर, चिलर, वायु कंप्रेसर, आदि।

हाइड्रोजन और ऑक्सीजन कूलर लगे होते हैं, और पानी को ड्रिप ट्रैप द्वारा एकत्र किया जाता है, फिर नियंत्रण प्रणाली के नियंत्रण में बाहर भेजा जाता है; इलेक्ट्रोलाइट इससे होकर गुजरता है।हाइड्रोजनपरिसंचरण पंप की क्रिया के तहत ऑक्सीजन क्षार फिल्टर, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन क्षार कूलर से होकर गुजरता है, और फिर आगे की विद्युत अपघटन के लिए इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में वापस आ जाता है।

सिस्टम के दबाव को प्रेशर कंट्रोल सिस्टम और डिफरेंशियल प्रेशर कंट्रोल सिस्टम द्वारा नियंत्रित किया जाता है ताकि डाउनस्ट्रीम प्रक्रियाओं और भंडारण की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके।

जल विद्युत अपघटन द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन में उच्च शुद्धता और कम अशुद्धियों के लाभ होते हैं। आमतौर पर, जल विद्युत अपघटन द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन गैस में केवल ऑक्सीजन और जल ही अशुद्धियाँ होती हैं, अन्य कोई घटक नहीं होते (जिससे कुछ उत्प्रेरकों के दूषित होने से बचा जा सकता है)। इससे उच्च शुद्धता वाली हाइड्रोजन गैस का उत्पादन सुविधाजनक हो जाता है, और शुद्ध की गई गैस इलेक्ट्रॉनिक ग्रेड औद्योगिक गैसों के मानकों को पूरा करती है।

हाइड्रोजन उत्पादन इकाई द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन, सिस्टम के कार्यशील दबाव को स्थिर करने और हाइड्रोजन से मुक्त पानी को और अधिक हटाने के लिए एक बफर टैंक से होकर गुजरती है।

हाइड्रोजन शुद्धिकरण उपकरण में प्रवेश करने के बाद, जल विद्युत अपघटन द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन को उत्प्रेरक प्रतिक्रिया और आणविक छलनी सोखने के सिद्धांतों का उपयोग करके ऑक्सीजन, पानी और अन्य अशुद्धियों को दूर करके और शुद्ध किया जाता है।

यह उपकरण वास्तविक स्थिति के अनुसार स्वचालित हाइड्रोजन उत्पादन समायोजन प्रणाली स्थापित कर सकता है। गैस लोड में परिवर्तन से हाइड्रोजन भंडारण टैंक के दबाव में उतार-चढ़ाव होता है। भंडारण टैंक पर लगा प्रेशर ट्रांसमीटर मूल निर्धारित मान से तुलना करने के लिए पीएलसी को 4-20mA का सिग्नल आउटपुट करता है, और व्युत्क्रम रूपांतरण और पीआईडी ​​गणना के बाद, विद्युत अपघटन धारा के आकार को समायोजित करने के लिए रेक्टिफायर कैबिनेट को 20-4mA का सिग्नल आउटपुट करता है, जिससे हाइड्रोजन लोड में परिवर्तन के अनुसार हाइड्रोजन उत्पादन का स्वचालित समायोजन प्राप्त होता है।

जल विद्युत अपघटन द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन की प्रक्रिया में एकमात्र अभिक्रिया जल (H2O) है, जिसे जल पुनर्भरण पंप के माध्यम से कच्चे जल की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है। पुनर्भरण पंप हाइड्रोजन या ऑक्सीजन विभाजक पर स्थित होता है। इसके अतिरिक्त, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को सिस्टम से बाहर निकलते समय थोड़ी मात्रा में जल को अपने साथ ले जाना आवश्यक होता है। कम जल खपत वाले उपकरण 1 लीटर/न्यूनतम घन मीटर H2 की खपत कर सकते हैं, जबकि बड़े उपकरण इसे 0.9 लीटर/न्यूनतम घन मीटर H2 तक कम कर सकते हैं। सिस्टम कच्चे जल की निरंतर पुनर्भरण करता है, जिससे क्षारीय द्रव के स्तर और सांद्रता की स्थिरता बनी रहती है। यह क्षारीय विलयन की सांद्रता को बनाए रखने के लिए समय पर अभिक्रियाकृत जल की भी पुनर्भरण करता है।

1. ट्रांसफार्मर रेक्टिफायर सिस्टम

इस प्रणाली में मुख्य रूप से दो उपकरण होते हैं: एक ट्रांसफार्मर और एक रेक्टिफायर कैबिनेट। इसका मुख्य कार्य फ्रंट-एंड मालिक द्वारा प्रदान की गई 10/35KV एसी पावर को इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के लिए आवश्यक डीसी पावर में परिवर्तित करना और इलेक्ट्रोलाइटिक सेल को डीसी पावर की आपूर्ति करना है। आपूर्ति की गई पावर का एक हिस्सा पानी के अणुओं को सीधे हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विघटित करने के लिए उपयोग किया जाता है, और दूसरा हिस्सा ऊष्मा उत्पन्न करता है, जिसे क्षार कूलर द्वारा शीतलन जल के माध्यम से बाहर निकाला जाता है।

अधिकांश ट्रांसफार्मर तेल आधारित होते हैं। यदि इन्हें घर के अंदर या किसी कंटेनर के भीतर रखा जाए, तो शुष्क प्रकार के ट्रांसफार्मर का उपयोग किया जा सकता है। इलेक्ट्रोलाइटिक जल हाइड्रोजन उत्पादन उपकरण में उपयोग किए जाने वाले ट्रांसफार्मर विशेष प्रकार के होते हैं जिन्हें प्रत्येक इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के डेटा के अनुसार समायोजित करना आवश्यक होता है, इसलिए ये अनुकूलित उपकरण होते हैं।

वर्तमान में, सबसे अधिक उपयोग में आने वाला रेक्टिफायर कैबिनेट थायरिस्टर प्रकार का है, जिसे उपकरण निर्माता इसकी लंबी अवधि, उच्च स्थिरता और कम कीमत के कारण पसंद करते हैं। हालांकि, बड़े पैमाने पर उपकरणों को नवीकरणीय ऊर्जा के अनुकूल बनाने की आवश्यकता के कारण, थायरिस्टर रेक्टिफायर कैबिनेट की रूपांतरण दक्षता अपेक्षाकृत कम है। वर्तमान में, विभिन्न रेक्टिफायर कैबिनेट निर्माता नए आईजीबीटी रेक्टिफायर कैबिनेट को अपनाने का प्रयास कर रहे हैं। आईजीबीटी पवन ऊर्जा जैसे अन्य उद्योगों में पहले से ही काफी प्रचलित है, और यह माना जाता है कि भविष्य में आईजीबीटी रेक्टिफायर कैबिनेट का महत्वपूर्ण विकास होगा।

1. वितरण कैबिनेट प्रणाली

वितरण कैबिनेट का मुख्य उपयोग इलेक्ट्रोलाइटिक जल हाइड्रोजन उत्पादन उपकरण के पीछे स्थित हाइड्रोजन ऑक्सीजन पृथक्करण और शुद्धिकरण प्रणाली में मोटरों सहित विभिन्न घटकों को बिजली की आपूर्ति करने के लिए किया जाता है, जिसमें 400V या आमतौर पर 380V उपकरण शामिल हैं। इन उपकरणों में हाइड्रोजन ऑक्सीजन पृथक्करण ढांचे में क्षार परिसंचरण पंप और सहायक प्रणाली में मेक-अप जल पंप शामिल हैं; सुखाने और शुद्धिकरण प्रणाली में हीटिंग तारों के लिए बिजली की आपूर्ति, साथ ही संपूर्ण प्रणाली के लिए आवश्यक सहायक प्रणालियों जैसे शुद्ध जल मशीनें, चिलर, वायु कंप्रेसर, शीतलन टावर, बैक-एंड हाइड्रोजन कंप्रेसर, हाइड्रोजनीकरण मशीनें आदि के लिए भी बिजली की आपूर्ति की जाती है। इसके अलावा, यह पूरे स्टेशन की प्रकाश व्यवस्था, निगरानी और अन्य प्रणालियों के लिए भी बिजली की आपूर्ति करता है।

1. Cओंट्रोएल प्रणाली

नियंत्रण प्रणाली में पीएलसी स्वचालित नियंत्रण लागू किया गया है। पीएलसी आमतौर पर सीमेंस 1200 या 1500 का उपयोग करती है, और इसमें मानव-मशीन अंतःक्रिया इंटरफ़ेस टच स्क्रीन लगी होती है। उपकरण की प्रत्येक प्रणाली के संचालन और पैरामीटर प्रदर्शन के साथ-साथ नियंत्रण तर्क का प्रदर्शन भी टच स्क्रीन पर किया जाता है।

5. क्षार विलयन परिसंचरण प्रणाली

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

हाइड्रोजन ऑक्सीजन विभाजक – क्षार विलयन परिसंचरण पंप – वाल्व – क्षार विलयन फिल्टर – इलेक्ट्रोलाइटिक सेल

मुख्य प्रक्रिया इस प्रकार है: हाइड्रोजन-ऑक्सीजन विभाजक में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के साथ मिश्रित क्षारीय विलयन को गैस-तरल विभाजक द्वारा पृथक किया जाता है और क्षारीय विलयन परिसंचरण पंप में पुनः प्रवाहित किया जाता है। यहाँ हाइड्रोजन विभाजक और ऑक्सीजन विभाजक जुड़े होते हैं, और क्षारीय विलयन परिसंचरण पंप पुनः प्रवाहित क्षारीय विलयन को वाल्व और पिछले सिरे पर स्थित क्षारीय विलयन फिल्टर तक पहुंचाता है। फिल्टर द्वारा बड़ी अशुद्धियों को छानने के बाद, क्षारीय विलयन को इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के अंदर परिसंचारी किया जाता है।

6. हाइड्रोजन प्रणाली

कैथोड इलेक्ट्रोड की ओर से हाइड्रोजन गैस उत्पन्न होती है और क्षारीय विलयन परिसंचरण प्रणाली के साथ विभाजक तक पहुँचती है। विभाजक के अंदर, हाइड्रोजन गैस अपेक्षाकृत हल्की होती है और क्षारीय विलयन से स्वाभाविक रूप से अलग होकर विभाजक के ऊपरी भाग तक पहुँच जाती है। फिर, आगे पृथक्करण के लिए पाइपलाइनों से गुजरती है, शीतलन जल द्वारा ठंडी की जाती है, और ड्रिप कैचर द्वारा एकत्रित की जाती है, जिससे लगभग 99% शुद्धता प्राप्त होती है, जिसके बाद यह अंतिम सुखाने और शुद्धिकरण प्रणाली तक पहुँचती है।

निकासी: हाइड्रोजन गैस की निकासी मुख्य रूप से स्टार्टअप और शटडाउन अवधि के दौरान, असामान्य संचालन के दौरान, या जब शुद्धता मानकों को पूरा नहीं करती है, साथ ही समस्या निवारण के लिए उपयोग की जाती है।

7. ऑक्सीजन प्रणाली

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

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

उपयोग: ऑक्सीजन का उपयोग मूल्य केवल विशेष परियोजनाओं में ही सार्थक है, जैसे कि फाइबर ऑप्टिक निर्माताओं में हाइड्रोजन और उच्च-शुद्धता वाली ऑक्सीजन दोनों का उपयोग करने वाले अनुप्रयोग। कुछ बड़ी परियोजनाएं भी हैं जिनमें ऑक्सीजन के उपयोग के लिए स्थान आरक्षित है। बैकएंड अनुप्रयोग परिदृश्यों में सुखाने और शुद्धिकरण के बाद तरल ऑक्सीजन का उत्पादन, या फैलाव प्रणालियों के माध्यम से चिकित्सा ऑक्सीजन का उत्पादन शामिल है। हालांकि, इन उपयोग परिदृश्यों की सटीकता को अभी और पुष्टि की आवश्यकता है।

8. शीतलन जल प्रणाली

जल के विद्युत अपघटन की प्रक्रिया ऊष्माशोषी अभिक्रिया है, और हाइड्रोजन उत्पादन प्रक्रिया के लिए विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता होती है। हालांकि, जल विद्युत अपघटन प्रक्रिया में खपत होने वाली विद्युत ऊर्जा, जल विद्युत अपघटन अभिक्रिया की सैद्धांतिक ऊष्मा अवशोषण क्षमता से अधिक होती है। दूसरे शब्दों में, विद्युत अपघटन कक्ष में उपयोग की जाने वाली विद्युत का एक हिस्सा ऊष्मा में परिवर्तित हो जाता है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से शुरुआत में क्षारीय विलयन परिसंचरण प्रणाली को गर्म करने के लिए किया जाता है, जिससे क्षारीय विलयन का तापमान उपकरण के लिए आवश्यक 90 ± 5 ℃ के तापमान सीमा तक बढ़ जाता है। यदि विद्युत अपघटन कक्ष निर्धारित तापमान तक पहुँचने के बाद भी चलता रहता है, तो विद्युत अपघटन अभिक्रिया क्षेत्र के सामान्य तापमान को बनाए रखने के लिए उत्पन्न ऊष्मा को शीतलन जल द्वारा बाहर निकालना आवश्यक होता है। विद्युत अपघटन अभिक्रिया क्षेत्र में उच्च तापमान ऊर्जा खपत को कम कर सकता है, लेकिन यदि तापमान बहुत अधिक हो जाता है, तो विद्युत अपघटन कक्ष का डायाफ्राम क्षतिग्रस्त हो जाएगा, जो उपकरण के दीर्घकालिक संचालन के लिए भी हानिकारक होगा।

इस उपकरण के लिए इष्टतम परिचालन तापमान 95 ℃ से अधिक नहीं होना चाहिए। इसके अतिरिक्त, उत्पन्न हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को भी ठंडा और नमी रहित करना आवश्यक है, और जल-शीतित थायरिस्टर रेक्टिफायर उपकरण में आवश्यक शीतलन पाइपलाइन भी लगी होती हैं।

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

1. नाइट्रोजन भरने और नाइट्रोजन निकालने की प्रणाली

डिवाइस को डीबग करने और संचालित करने से पहले, सिस्टम पर नाइट्रोजन टाइटनेस टेस्ट 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 ओर गैस चरण स्थान में गैस ज्वलनशील और विस्फोटक सीमा से दूर है।

उपकरण बंद होने के बाद, नियंत्रण प्रणाली स्वचालित रूप से दबाव बनाए रखेगी और सिस्टम के भीतर एक निश्चित मात्रा में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को बरकरार रखेगी। यदि स्टार्टअप के दौरान भी दबाव बना रहता है, तो शुद्धिकरण की आवश्यकता नहीं है। हालांकि, यदि दबाव पूरी तरह से समाप्त हो जाता है, तो नाइट्रोजन शुद्धिकरण की प्रक्रिया दोबारा करनी होगी।

1. हाइड्रोजन सुखाने (शुद्धिकरण) प्रणाली (वैकल्पिक)

जल विद्युत अपघटन से प्राप्त हाइड्रोजन गैस को समानांतर ड्रायर द्वारा नमी रहित किया जाता है, और अंत में शुष्क हाइड्रोजन गैस प्राप्त करने के लिए सिंटर्ड निकेल ट्यूब फिल्टर द्वारा शुद्ध किया जाता है। उत्पाद हाइड्रोजन के लिए उपयोगकर्ता की आवश्यकताओं के अनुसार, सिस्टम में एक शुद्धिकरण उपकरण जोड़ा जा सकता है, जो शुद्धिकरण के लिए पैलेडियम प्लैटिनम द्विधात्विक उत्प्रेरक ऑक्सीजन अपघटन का उपयोग करता है।

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

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

अभिक्रिया सूत्र: 2H2+O2 → 2H2O.

इसके बाद, हाइड्रोजन गैस एक हाइड्रोजन कंडेंसर से गुजरती है (जो गैस को ठंडा करके जल वाष्प को पानी में संघनित करता है, जिसे एक संग्राहक के माध्यम से स्वचालित रूप से सिस्टम से बाहर निकाल दिया जाता है) और सोखने वाले टावर में प्रवेश करती है।