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알칼리 전해수 시스템 소개

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전기분해 수소 생산 장치는 완전한 수전해 수소 생산 설비 세트를 포함합니다. 주요 장비는 다음과 같습니다.
1. 전해조
2. 기체-액체 분리 장치
3. 건조 및 정화 시스템
4. 전기 부분에는 변압기, 정류기 캐비닛, PLC 프로그램 제어 캐비닛, 계측기 캐비닛, 배전 캐비닛, 호스트 컴퓨터 등이 포함됩니다.
5. 보조 시스템은 주로 알칼리 탱크, 원료수 탱크, 급수 펌프, 질소 병/버스 바 등으로 구성됩니다.
6. 장비의 전체 ​​보조 시스템에는 정수기, 냉각수탑, 칠러, 공기 압축기 등이 포함됩니다.
전해 수소 생산 장치에서는 직류 전류의 작용으로 전해조 내에서 물이 1:1 비율로 수소와 1/2 비율로 분해됩니다. 생성된 수소와 산소는 전해액과 함께 기액 분리기로 보내져 분리됩니다. 분리된 수소와 산소는 수소 및 산소 냉각기를 통해 냉각되고, 물방울 포집기가 수분을 포집하여 제거한 후 제어 시스템의 제어 하에 외부로 배출됩니다. 전해액은 순환 펌프의 작동 하에 수소, 산소, 알칼리 필터 등을 거쳐 냉각된 후 전해조로 되돌아가 전해 반응을 계속합니다.

시스템의 압력은 후속 공정 및 저장 요구 사항을 충족하기 위해 압력 제어 시스템과 차압 제어 시스템을 통해 조정됩니다.
물 전기분해로 생산된 수소는 순도가 높고 불순물이 적다는 장점이 있습니다. 일반적으로 물 전기분해로 생산된 수소에는 산소와 물 외에 다른 성분이 거의 없기 때문에(촉매의 피독 현상을 방지할 수 있음) 고순도 수소 생산에 유리합니다. 정제 과정을 거치면 생산된 가스는 전자 등급 산업용 가스의 기준을 충족할 수 있습니다.
수소 생산 장치에서 생성된 수소는 완충 탱크를 통과하여 시스템의 작동 압력을 안정화하고 수소 내의 자유수를 추가로 제거합니다.
수소가 수소 정제 장치에 들어가면, 물 전기분해로 생성된 수소는 촉매 반응과 분자체 흡착 원리를 이용하여 산소, 물 및 기타 불순물이 제거되면서 추가적으로 정제됩니다.
이 장비는 실제 상황에 따라 수소 생산량을 자동으로 조절하는 시스템을 구축할 수 있습니다. 가스 부하의 변화는 수소 저장 탱크의 압력 변동을 유발합니다. 저장 탱크에 설치된 압력 트랜스미터는 4~20mA 신호를 출력하여 PLC로 전송합니다. PLC는 설정값과 비교하여 역변환 및 PID 계산을 수행한 후 20~4mA 신호를 출력하여 정류기로 보내 전해 전류량을 조절합니다. 이로써 수소 부하 변화에 따른 수소 생산량 자동 조절이 가능해집니다.

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알칼리수 전기분해 수소 생산 설비는 주로 다음과 같은 시스템으로 구성됩니다.
(1)원료수 시스템

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수전해 수소 생산 공정에서 반응하는 물질은 오직 물(H2O)뿐이므로, 물 보충 펌프를 통해 원수를 지속적으로 보충해야 합니다. 물 보충 펌프는 수소 또는 산소 분리기에 위치합니다. 또한, 시스템에서 배출될 때 소량의 수소와 산소의 수분을 제거해야 합니다. 소형 장비의 물 소비량은 1L/Nm³H2이며, 대형 장비는 0.9L/Nm³H2까지 줄일 수 있습니다. 시스템은 원수를 지속적으로 보충합니다. 물 보충을 통해 알칼리 용액의 수위와 알칼리 농도를 안정적으로 유지하고, 반응 용액에 필요한 물을 적시에 보충하여 알칼리 농도를 일정하게 유지할 수 있습니다.

2) 변압기 정류 시스템
이 시스템은 주로 변압기와 정류기 캐비닛 두 가지 장치로 구성됩니다. 주요 기능은 프런트엔드 소유자가 제공하는 10/35kV 교류 ​​전력을 전해조에 필요한 직류 전력으로 변환하여 전해조에 공급하는 것입니다. 공급된 전력의 일부는 물을 직접 분해하여 수소와 산소 분자를 생성하는 데 사용되고, 나머지 부분은 열을 발생시켜 냉각수를 통해 알칼리 냉각기에서 방출합니다.
대부분의 변압기는 유입식입니다. 실내 또는 컨테이너 내부에 설치할 경우에는 건식 변압기를 사용할 수 있습니다. 전해수 수소 생산 설비에 사용되는 변압기는 특수 변압기이며, 각 전해조의 사양에 맞춰 선택해야 하므로 맞춤 제작 장비입니다.

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(3) 배전반 시스템
배전반은 주로 전해수 수소 생산 설비 후방의 수소 및 산소 분리 및 정화 시스템 내 모터를 비롯한 다양한 구성 요소에 400V(일반적으로 380V로 알려짐) 전원을 공급하는 데 사용됩니다. 이러한 장비에는 수소 및 산소 분리 시스템의 알칼리 순환 장치, 보조 시스템의 펌프 및 물 보충 펌프, 건조 및 정화 시스템의 가열선, 그리고 전체 시스템에 필요한 순수 생산기, 냉각기, 공기 압축기, 냉각탑, 후단 수소 압축기, 수소화 장치 등의 보조 시스템 장비가 포함됩니다. 또한, 전력 공급은 설비 전체의 조명, 모니터링 및 기타 시스템에도 전력을 공급합니다.
(4) 제어 시스템
제어 시스템은 PLC 자동 제어를 구현합니다. PLC는 일반적으로 지멘스 1200 또는 1500을 사용하며, 터치스크린 형태의 사용자 인터페이스를 갖추고 있어 장비의 각 시스템 작동 및 파라미터 표시와 제어 로직 표시가 터치스크린을 통해 이루어집니다.
5) 알칼리 순환계
이 시스템은 주로 다음과 같은 주요 장비로 구성됩니다.
수소 및 산소 분리기 - 알칼리 순환 펌프 - 밸브 - 알칼리 필터 - 전해조
주요 공정은 다음과 같습니다. 수소-산소 분리기에서 수소 및 산소와 혼합된 알칼리 용액은 기액 분리기를 통해 분리된 후 알칼리 용액 순환 펌프로 되돌아갑니다. 여기서 수소 분리기와 산소 분리기가 연결되어 알칼리 용액 순환 펌프가 환류합니다. 알칼리 용액은 후단의 밸브와 알칼리 용액 필터로 순환됩니다. 필터에서 큰 불순물이 걸러진 후, 알칼리 용액은 전해조 내부로 순환됩니다.
(6)수소계
수소는 음극 전극 측에서 생성되어 알칼리 용액 순환 시스템을 통해 분리막으로 이동합니다. 분리막에서 수소는 무게가 가볍기 때문에 알칼리 용액과 자연스럽게 분리되어 분리막 상부로 이동한 후 파이프라인을 통해 추가 분리 및 냉각 과정을 거칩니다. 수냉 후, 액적 포집기를 통해 약 99%의 순도로 정제된 수소는 후단의 건조 및 정제 시스템으로 보내집니다.
진공 배출: 수소 진공 배출은 주로 시동 및 정지 시, 비정상 작동 또는 순도 불량 시, 그리고 고장 시 진공 배출에 사용됩니다.
(7) 산소계
산소의 이동 경로는 수소의 이동 경로와 유사하지만, 다른 분리기를 사용합니다.
대피: 현재 대부분의 산소 프로젝트는 대피 방식으로 처리됩니다.
활용도: 산소의 활용 가치는 광섬유 제조업체와 같이 수소와 고순도 산소를 모두 사용할 수 있는 특수 프로젝트에서만 의미가 있습니다. 또한 산소 활용을 위한 공간을 확보해 둔 대규모 프로젝트도 있습니다. 후처리 활용 시나리오로는 건조 및 정제 후 액체 산소 생산이나 분산 시스템을 통한 의료용 산소 사용 등이 있습니다. 그러나 이러한 활용 시나리오의 세부적인 내용은 아직 확정되지 않았으며, 추가적인 확인이 필요합니다.
(8)냉각수 시스템
물의 전기분해 과정은 흡열 반응입니다. 수소 생산 공정에는 전력 공급이 필수적입니다. 그러나 물 전기분해 과정에서 소모되는 전력은 물 전기분해 반응의 이론적인 열 흡수량을 초과합니다. 즉, 전기분해 장치에서 사용되는 전력의 일부는 열로 변환됩니다. 이 열은 주로 초기 알칼리 순환 시스템을 가열하는 데 사용되어 알칼리 용액의 온도를 장비에 필요한 90±5°C 범위까지 상승시킵니다. 전기분해 장치가 정격 온도에 도달한 후에도 계속 작동할 경우, 발생하는 열을 이용하여 냉각수를 공급하여 전기분해 반응 영역의 온도를 정상 수준으로 유지해야 합니다. 전기분해 반응 영역의 고온은 에너지 소비를 줄이는 데 도움이 되지만, 온도가 너무 높으면 전기분해실의 막이 손상되어 장비의 장기 작동에 악영향을 미칠 수 있습니다.
이 장치는 작동 온도를 95°C 이하로 유지해야 합니다. 또한 생성된 수소와 산소는 냉각 및 제습되어야 하며, 수냉식 실리콘 제어 정류기 장치에는 필요한 냉각 배관이 장착되어 있습니다.
대형 장비의 펌프 본체에도 냉각수가 필요합니다.
(9) 질소 충전 및 질소 배출 시스템
장치를 디버깅하고 작동하기 전에 시스템에 질소를 채워 기밀성 테스트를 수행해야 합니다. 정상 시동 전에는 시스템의 기체상도 질소로 퍼지하여 수소와 산소 양쪽의 기체상 공간이 가연성 및 폭발성 범위에서 벗어나도록 해야 합니다.
장비가 정지된 후, 제어 시스템은 자동으로 압력을 유지하고 시스템 내부에 일정량의 수소와 산소를 유지합니다. 장비를 다시 켰을 때 압력이 여전히 유지되고 있으면 퍼징을 수행할 필요가 없습니다. 그러나 압력이 완전히 제거된 경우에는 다시 퍼징을 수행해야 합니다. 질소 퍼징 동작.
(10) 수소 건조(정제) 시스템(선택 사항)
물 전기분해로 생성된 수소는 병렬 건조기를 통해 제습되고, 최종적으로 소결 니켈 튜브 필터를 통해 먼지가 제거되어 건조 수소를 얻습니다. (사용자의 생산 수소 요구 사항에 따라 시스템에 정제 장치를 추가할 수 있으며, 이 경우 팔라듐-백금 이중 금속 촉매 탈산 방식을 사용합니다.)
물 전기분해 수소 생산 장치에서 생성된 수소는 완충 탱크를 거쳐 수소 정제 장치로 보내집니다.
수소는 먼저 탈산소탑을 통과합니다. 촉매의 작용으로 수소 속의 산소가 수소와 반응하여 물을 생성합니다.
반응식: 2H2+O2 → 2H2O.
그런 다음 수소는 수소 응축기(가스 중의 수증기를 응축시켜 물을 생성하는 장치이며, 응축된 물은 액체 집진기를 통해 시스템 밖으로 자동 배출됨)를 통과하여 흡착탑으로 들어갑니다.

이자형

게시 시간: 2024년 5월 14일