전해액수소생산 설비에는 완전한 수전해 설비 세트가 포함되어 있습니다.수소생산 설비, 주요 장비는 다음과 같습니다:
1. 전해 전지
2. 기체-액체 분리 장치
3. 건조 및 정화 시스템
4. 전기 부품에는 변압기, 정류기함, PLC 제어함, 계측기함, 배전함, 상위 컴퓨터 등이 포함됩니다.
5. 보조 시스템은 주로 알칼리 용액 탱크, 원료수 탱크, 보충수 펌프, 질소 실린더/버스바 등으로 구성됩니다. 6. 장비의 전체 보조 시스템은 순수 정수기, 냉각탑, 냉각기, 공기 압축기 등으로 구성됩니다.
수소 및 산소 냉각기를 통과하고, 물은 드립 트랩에 모아 제어 시스템의 제어 하에 외부로 보내집니다. 전해액은 이 과정을 통과합니다.수소순환 펌프의 작용으로 산소 알칼리 필터, 수소 및 산소 알칼리 냉각기를 각각 거친 후, 추가 전기분해를 위해 전해조로 되돌아갑니다.
시스템의 압력은 하류 공정 및 저장 요구 사항을 충족하기 위해 압력 제어 시스템과 차압 제어 시스템에 의해 조절됩니다.
물 전기분해로 생산된 수소는 순도가 높고 불순물이 적다는 장점이 있습니다. 일반적으로 물 전기분해로 생성된 수소 가스에는 산소와 물 외에 다른 성분이 포함되어 있지 않습니다(따라서 특정 촉매의 피독을 방지할 수 있습니다). 이는 고순도 수소 가스 생산에 유리하며, 정제된 가스는 전자 등급 산업용 가스 기준을 충족할 수 있습니다.
수소 생산 장치에서 생산된 수소는 완충 탱크를 통과하여 시스템의 작동 압력을 안정화하고 수소에서 자유수를 추가로 제거합니다.
수소 정제 장치에 들어간 후, 물 전기분해로 생성된 수소는 촉매 반응 및 분자체 흡착 원리를 이용하여 산소, 물 및 기타 불순물을 제거함으로써 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 PLC에 4-20mA 신호를 출력하여 초기 설정값과 비교하고, 역변환 및 PID 계산을 거쳐 정류기에 20-4mA 신호를 출력하여 전해 전류량을 조절합니다. 이를 통해 수소 부하 변화에 따른 수소 생산량 자동 조절이 가능합니다.
수전해를 이용한 수소 생산 과정에서 일어나는 유일한 반응은 물(H2O)의 생성이며, 이를 위해 물 보충 펌프를 통해 원수를 지속적으로 공급해야 합니다. 물 보충 펌프는 수소 또는 산소 분리기에 설치되어 있습니다. 또한, 수소와 산소는 시스템을 빠져나갈 때 소량의 물을 함께 배출해야 합니다. 물 소비량이 적은 장비는 1Nm³ H2당 1L의 물을 소비할 수 있으며, 대형 장비는 0.9L/Nm³ H2까지 줄일 수 있습니다. 시스템은 원수를 지속적으로 보충하여 알칼리 용액의 수위와 농도를 안정적으로 유지합니다. 또한, 반응수를 적시에 보충하여 알칼리 용액의 농도를 일정하게 유지할 수 있습니다.
- 변압기 정류 시스템
이 시스템은 주로 변압기와 정류기 캐비닛 두 장치로 구성됩니다. 주요 기능은 프런트 엔드 소유자가 제공하는 10/35kV 교류 전력을 전해조에 필요한 직류 전력으로 변환하여 전해조에 공급하는 것입니다. 공급된 전력의 일부는 물 분자를 수소와 산소로 직접 분해하는 데 사용되고, 나머지 부분은 열을 발생시켜 알칼리 냉각기를 통해 냉각수로 방출합니다.
대부분의 변압기는 유입식입니다. 실내나 컨테이너 내부에 설치할 경우에는 건식 변압기를 사용할 수 있습니다. 전해수 수소 생산 설비에 사용되는 변압기는 각 전해조의 사양에 맞춰야 하는 특수 변압기이므로 맞춤 제작 장비입니다.
현재 가장 널리 사용되는 정류기 캐비닛은 사이리스터 방식입니다. 이는 긴 수명, 높은 안정성, 저렴한 가격 등의 장점으로 장비 제조업체들의 선호도가 높습니다. 그러나 신재생에너지 전처리 설비에 대규모 장비를 적용해야 하는 상황에서 사이리스터 정류기 캐비닛의 변환 효율은 상대적으로 낮은 한계를 보입니다. 이에 따라 여러 정류기 캐비닛 제조업체들이 새로운 IGBT 정류기 캐비닛 개발에 박차를 가하고 있습니다. IGBT는 풍력 발전 등 다른 산업 분야에서 이미 널리 사용되고 있으며, 향후 IGBT 정류기 캐비닛 시장의 성장이 기대됩니다.
- 배전반 시스템
배전반은 주로 전해수 수소 생산 설비 후방의 수소-산소 분리 및 정화 시스템에 있는 모터가 장착된 다양한 구성 요소에 전력을 공급하는 데 사용되며, 여기에는 400V 또는 일반적으로 380V 장비라고 불리는 것들이 포함됩니다. 이러한 장비에는 수소-산소 분리 시스템의 알칼리 순환 펌프와 보조 시스템의 보충수 펌프가 있습니다. 또한 건조 및 정화 시스템의 가열선, 순수 생산기, 냉각기, 공기 압축기, 냉각탑, 후단 수소 압축기, 수소화 장치 등 전체 시스템에 필요한 보조 시스템에도 전력을 공급합니다. 뿐만 아니라 설비 전체의 조명, 모니터링 및 기타 시스템에도 전력을 공급합니다.
- C온트로l 시스템
제어 시스템은 PLC 자동 제어를 구현합니다. PLC는 일반적으로 지멘스 1200 또는 1500을 사용하며, 터치스크린 형태의 사용자 인터페이스를 갖추고 있습니다. 장비의 각 시스템 작동 및 파라미터 표시뿐만 아니라 제어 로직 표시도 이 터치스크린을 통해 이루어집니다.
5. 알칼리 용액 순환 시스템
이 시스템은 주로 다음과 같은 주요 장비로 구성됩니다.
수소-산소 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 분리된 후 알칼리 용액 순환 펌프로 환류됩니다. 수소 분리기와 산소 분리기가 연결된 이 장치에서 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 측에서 발생하여 알칼리 용액 순환 시스템을 통해 분리막으로 이동합니다. 분리막 내부에서 수소 가스는 비교적 가볍기 때문에 알칼리 용액과 자연적으로 분리되어 분리막 상부로 이동합니다. 그 후, 파이프라인을 통해 추가 분리 과정을 거치면서 냉각수로 냉각되고, 드립 캐처에 포집되어 약 99%의 순도를 달성한 후 후단의 건조 및 정제 시스템으로 보내집니다.
진공 배출: 수소 가스 진공 배출은 주로 시동 및 정지 기간, 비정상 작동 시, 순도가 기준을 충족하지 못할 때, 그리고 문제 해결 시에 사용됩니다.
7. 산소 시스템
산소의 이동 경로는 수소의 이동 경로와 유사하지만, 서로 다른 분리기를 통과한다는 점이 다릅니다.
배출: 현재 대부분의 프로젝트에서는 산소를 배출하는 방식을 사용합니다.
활용도: 산소의 활용 가치는 수소와 고순도 산소를 모두 사용할 수 있는 특수 프로젝트, 예를 들어 광섬유 제조업체와 같은 분야에서만 의미가 있습니다. 또한 산소 활용을 위한 공간을 확보해 둔 대규모 프로젝트도 있습니다. 후처리 활용 시나리오로는 건조 및 정제 후 액체 산소 생산 또는 분산 시스템을 통한 의료용 산소 생산 등이 있습니다. 그러나 이러한 활용 시나리오의 구체적인 내용은 추가적인 검증이 필요합니다.
8. 냉각수 시스템
물의 전기분해 과정은 흡열 반응이며, 수소 생산 과정에는 반드시 전기 에너지가 공급되어야 합니다. 그러나 물 전기분해 과정에서 소모되는 전기 에너지는 물 전기분해 반응의 이론적인 열 흡수량을 초과합니다. 즉, 전기분해조에서 사용되는 전기의 일부는 열로 변환되는데, 이는 주로 초기 알칼리 용액 순환 시스템을 가열하여 알칼리 용액의 온도를 장비에 필요한 90±5℃ 범위로 올리는 데 사용됩니다. 전기분해조가 정격 온도에 도달한 후에도 계속 작동하는 경우, 발생한 열은 냉각수를 통해 제거하여 전기분해 반응 영역의 온도를 정상 수준으로 유지해야 합니다. 전기분해 반응 영역의 온도가 높으면 에너지 소비를 줄일 수 있지만, 온도가 너무 높으면 전기분해조의 격막이 손상되어 장비의 장기 작동에 악영향을 미칠 수 있습니다.
이 장치의 최적 작동 온도는 95℃ 이하로 유지되어야 합니다. 또한 생성된 수소와 산소는 냉각 및 제습이 필요하며, 수냉식 사이리스터 정류기 장치에는 필요한 냉각 배관도 갖추어져 있습니다.
대형 장비의 펌프 본체에도 냉각수가 필요합니다.
- 질소 충전 및 질소 배출 시스템
장치를 디버깅하고 작동하기 전에 시스템에 대한 질소 기밀성 테스트를 수행해야 합니다. 또한 정상 시동 전에 시스템의 기체상을 질소로 퍼지하여 수소와 산소 양쪽의 기체상 공간이 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 유지되는 경우 퍼징 작업을 수행할 필요가 없습니다. 그러나 압력이 완전히 제거된 경우에는 질소 퍼징 작업을 다시 수행해야 합니다.
- 수소 건조(정제) 시스템(선택 사항)
물 전기분해로 제조된 수소 가스는 병렬 건조기를 통해 제습되고, 최종적으로 소결 니켈 튜브 필터를 통해 정제되어 건조 수소 가스를 얻습니다. 생산 수소에 대한 사용자 요구 사항에 따라, 팔라듐-백금 이중 금속 촉매 탈산소화를 이용한 정제 장치를 시스템에 추가할 수 있습니다.
물 전기분해 수소 생산 장치에서 생산된 수소는 완충 탱크를 거쳐 수소 정제 장치로 보내집니다.
수소 가스는 먼저 탈산소탑을 통과하며, 촉매의 작용으로 수소 가스 내의 산소가 수소 가스와 반응하여 물을 생성합니다.
반응식: 2H2+O2 → 2H2O.
그런 다음 수소 가스는 수소 응축기(가스 냉각을 통해 수증기를 물로 응축시키고, 이 물은 집진기를 통해 시스템 외부로 자동 배출됨)를 통과하여 흡착탑으로 들어갑니다.
게시 시간: 2024년 12월 3일
