전해수소생산 단위에는 물 전기분해의 완전한 세트가 포함됩니다.수소생산 장비, 주요 장비는 다음과 같습니다.
1. 전해조
2. 기체 액체 분리 장치
3. 건조 및 정제 시스템
4. 전기 부분은 변압기, 정류기 캐비닛, PLC 제어 캐비닛, 계측 캐비닛, 배전 캐비닛, 상위 컴퓨터 등을 포함합니다.
5. 보조 시스템은 주로 알칼리 용액 탱크, 원료수 탱크, 보충수 펌프, 질소 실린더/버스바 등으로 구성됩니다. 6. 장비의 전체 보조 시스템은 순수 제조기, 냉각탑, 냉각기, 공기 압축기 등으로 구성됩니다.
수소 및 산소 냉각기, 그리고 물은 제어 시스템의 제어 하에 보내지기 전에 드립 트랩에 의해 수집됩니다. 전해질은 통과합니다.수소순환 펌프의 작용으로 각각 산소 알칼리 필터, 수소 및 산소 알칼리 냉각기를 거친 후, 추가 전기분해를 위해 전해조로 돌아갑니다.
시스템의 압력은 하류 공정 및 저장의 요구 사항을 충족시키기 위해 압력 제어 시스템과 차압 제어 시스템을 통해 조절됩니다.
물 전기분해로 생성된 수소는 순도가 높고 불순물이 적다는 장점이 있습니다. 일반적으로 물 전기분해로 생성된 수소 가스의 불순물은 산소와 물뿐이며, 다른 성분은 존재하지 않습니다(이는 특정 촉매의 중독을 방지할 수 있습니다). 이는 고순도 수소 가스 생산의 편의성을 제공하며, 정제된 가스는 전자 등급 산업용 가스 기준을 충족할 수 있습니다.
수소 생산 장치에서 생산된 수소는 버퍼 탱크를 통과하여 시스템의 작동 압력을 안정화하고 수소에서 자유수를 추가로 제거합니다.
물 전기분해로 생성된 수소는 수소 정제 장치에 들어간 후 촉매 반응과 분자체 흡착 원리를 사용하여 수소에서 산소, 물 및 기타 불순물을 제거하는 추가 정제 과정을 거칩니다.
본 장비는 실제 상황에 따라 자동 수소 생산 조절 시스템을 구축할 수 있습니다. 가스 부하 변화는 수소 저장 탱크의 압력 변동을 유발합니다. 저장 탱크에 설치된 압력 트랜스미터는 PLC로 4~20mA 신호를 출력하여 원래 설정값과 비교합니다. 역변환 및 PID 연산을 통해 정류기 캐비닛으로 20~4mA 신호를 출력하여 전기분해 전류 크기를 조절합니다. 이를 통해 수소 부하 변화에 따라 수소 생산량을 자동으로 조절하는 목적을 달성합니다.
물 전기분해를 통한 수소 생산 과정에서 유일한 반응은 물(H₂O)이며, 물 보충 펌프를 통해 원수를 지속적으로 공급해야 합니다. 보충 위치는 수소 또는 산소 분리기에 있습니다. 또한, 수소와 산소는 시스템 외부로 배출될 때 소량의 물을 제거해야 합니다. 물 소비량이 적은 장비는 1L/Nm³ H₂를 소비할 수 있으며, 대용량 장비는 0.9L/Nm³ H₂까지 줄일 수 있습니다. 시스템은 원수를 지속적으로 보충하여 알칼리성 용액의 수위와 농도를 안정적으로 유지합니다. 또한, 반응한 물을 적시에 보충하여 알칼리 용액의 농도를 유지할 수 있습니다.
- 변압기 정류 시스템
이 시스템은 주로 변압기와 정류기 캐비닛, 두 장치로 구성됩니다. 주요 기능은 프런트엔드 소유자가 공급하는 10/35KV 교류 전원을 전해조에 필요한 직류 전원으로 변환하여 전해조에 직류 전원을 공급하는 것입니다. 공급된 전력의 일부는 물 분자를 수소와 산소로 직접 분해하는 데 사용되고, 나머지 일부는 열을 발생시키는데, 이 열은 알칼리 냉각기에서 냉각수를 통해 전달됩니다.
대부분의 변압기는 오일형입니다. 실내 또는 용기 내부에 설치하는 경우에는 건식 변압기를 사용할 수 있습니다. 전해수소 생산 장비에 사용되는 변압기는 특수 변압기로, 각 전해셀의 데이터에 맞춰 조정해야 하므로 맞춤형 장비입니다.
현재 가장 널리 사용되는 정류 캐비닛은 사이리스터 방식이며, 긴 사용 시간, 높은 안정성, 그리고 저렴한 가격으로 장비 제조업체들의 지지를 받고 있습니다. 그러나 대규모 장비를 전방 재생 에너지에 맞춰야 하기 때문에 사이리스터 정류 캐비닛의 변환 효율은 상대적으로 낮습니다. 현재 여러 정류 캐비닛 제조업체들이 새로운 IGBT 정류 캐비닛을 채택하기 위해 노력하고 있습니다. IGBT는 풍력 발전과 같은 다른 산업 분야에서 이미 널리 사용되고 있으며, 앞으로 IGBT 정류 캐비닛이 크게 발전할 것으로 예상됩니다.
- 분배 캐비닛 시스템
분배 캐비닛은 주로 전해수소 생산 장비 후면의 수소산소 분리 및 정제 시스템에서 모터를 사용하는 다양한 구성 요소에 전원을 공급하는 데 사용되며, 여기에는 400V 또는 일반적으로 380V 장비가 포함됩니다. 이 장비에는 수소산소 분리 시스템의 알칼리 순환 펌프와 보조 시스템의 보급수 펌프가 포함됩니다. 건조 및 정제 시스템의 전열선과 순수 제조기, 냉각기, 공기 압축기, 냉각탑, 후단 수소 압축기, 수소화 장치 등 전체 시스템에 필요한 보조 시스템에 전원을 공급하고, 전체 스테이션의 조명, 모니터링 및 기타 시스템에 전원을 공급합니다.
- C온트로l 시스템
제어 시스템은 PLC 자동 제어를 구현합니다. PLC는 일반적으로 Siemens 1200 또는 1500을 사용하며, HMI(인간-기계 상호작용) 인터페이스 터치스크린을 갖추고 있습니다. 장비의 각 시스템 작동 및 파라미터 표시, 그리고 제어 로직 표시는 터치스크린을 통해 구현됩니다.
5. 알칼리 용액 순환 시스템
이 시스템은 주로 다음과 같은 주요 장비를 포함합니다.
수소산소 분리기 – 알칼리 용액 순환 펌프 – 밸브 – 알칼리 용액 필터 – 전해조
주요 공정은 다음과 같습니다. 수소-산소 분리기에서 수소와 산소가 혼합된 알칼리 용액은 기액 분리기를 통해 분리되어 알칼리 용액 순환 펌프로 환류됩니다. 수소 분리기와 산소 분리기는 여기에 연결되어 있으며, 알칼리 용액 순환 펌프는 환류된 알칼리 용액을 후단의 밸브와 알칼리 용액 필터로 순환시킵니다. 필터에서 큰 불순물이 걸러진 후, 알칼리 용액은 전해조 내부로 순환됩니다.
6.수소 시스템
수소 가스는 음극 전극 쪽에서 생성되어 알칼리 용액 순환 시스템을 따라 분리막에 도달합니다. 분리막 내부에서 수소 가스는 비교적 가벼워 알칼리 용액과 자연적으로 분리되어 분리막 상부에 도달합니다. 이후 파이프라인을 통해 추가 분리되고, 냉각수로 냉각된 후 드립 캐처를 통해 포집되어 약 99%의 순도를 달성한 후 후단 건조 및 정제 시스템에 도달합니다.
배기: 수소 가스 배기는 주로 시동 및 정지 기간, 비정상 작동 시 또는 순도가 기준을 충족하지 못할 때, 그리고 문제 해결에 사용됩니다.
7. 산소 시스템
산소의 경로는 수소의 경로와 비슷하지만, 다른 분리기에서 진행된다는 점이 다릅니다.
비우기: 현재 대부분의 프로젝트는 산소를 비우는 방법을 사용합니다.
활용: 산소 활용 가치는 광섬유 제조업체처럼 수소와 고순도 산소를 모두 사용할 수 있는 특수 프로젝트에서만 의미가 있습니다. 산소 활용을 위해 공간을 확보한 대규모 프로젝트도 있습니다. 백엔드 적용 시나리오는 건조 및 정제 후 액체 산소 생산이나 분산 시스템을 통한 의료용 산소입니다. 그러나 이러한 활용 시나리오의 정확도는 아직 추가 검증이 필요합니다.
8. 냉각수 시스템
물의 전기분해 공정은 흡열 반응이며, 수소 생산 공정에는 전기 에너지가 공급되어야 합니다.그러나 물 전기분해 공정에서 소비되는 전기 에너지는 물 전기분해 반응의 이론적인 열 흡수량을 초과합니다.즉, 전기분해 셀에서 사용되는 전기의 일부는 열로 변환되며, 이는 주로 초기에 알칼리 용액 순환 시스템을 가열하여 알칼리 용액의 온도를 장비에 필요한 온도 범위인 90±5℃까지 높이는 데 사용됩니다.전기분해 셀이 정격 온도에 도달한 후에도 계속 작동하는 경우, 생성된 열은 냉각수를 통해 전해 반응 영역의 정상 온도를 유지해야 합니다.전기분해 반응 영역의 고온은 에너지 소비를 줄일 수 있지만, 온도가 너무 높으면 전해 챔버의 다이어프램이 손상되어 장비의 장기 작동에도 해로울 수 있습니다.
이 장치의 최적 작동 온도는 95℃ 이하로 유지되어야 합니다. 또한, 생성된 수소와 산소는 냉각 및 제습되어야 하며, 수냉식 사이리스터 정류기 장치에는 필요한 냉각 파이프라인이 설치되어 있어야 합니다.
대형 장비의 펌프 본체에도 냉각수의 참여가 필요합니다.
- 질소 충전 및 질소 퍼징 시스템
장치의 디버깅 및 작동 전에 시스템에 대한 질소 기밀 시험을 수행해야 합니다. 정상 시동 전에 시스템의 기체 상태를 질소로 정화하여 수소와 산소 양쪽 기체 상태 공간의 가스가 가연성 및 폭발성 범위에서 멀리 떨어져 있는지 확인해야 합니다.
장비가 정지된 후, 제어 시스템은 자동으로 압력을 유지하고 시스템 내부에 일정량의 수소와 산소를 유지합니다. 시동 시 압력이 여전히 남아 있으면 퍼징 작업을 수행할 필요가 없습니다. 그러나 압력이 완전히 제거되면 질소 퍼징 작업을 다시 수행해야 합니다.
- 수소 건조(정화) 시스템(옵션)
물 전기분해로 생성된 수소 가스는 병렬 건조기로 제습되고, 최종적으로 소결 니켈 튜브 필터를 통해 정제되어 건조 수소 가스를 얻습니다. 사용자의 수소 생성 요구에 따라, 본 시스템은 팔라듐-백금 바이메탈 촉매 탈산소 반응을 이용하는 정제 장치를 추가할 수 있습니다.
물 전기분해 수소 생산 장치에서 생산된 수소는 버퍼 탱크를 통해 수소 정제 장치로 보내집니다.
수소 가스는 먼저 탈산소탑을 통과하고, 촉매의 작용으로 수소 가스 속의 산소가 수소 가스와 반응하여 물을 생성합니다.
반응식: 2H2+O2 2H2O.
그런 다음, 수소 가스는 수소 응축기(가스를 냉각하여 수증기를 물로 응축하고, 응축된 물은 수집기를 통해 자동으로 시스템 외부로 배출)를 통과한 후 흡착탑으로 들어갑니다.
게시 시간: 2024년 12월 3일
