Alkali elektrolizör hidrojen üretim prosesinde, cihazın stabil çalışmasını nasıl sağlayacağınız, elektrolizörün kendisinin kalitesinin yanı sıra, ayarın alkali dolaşım miktarının da önemli bir etki faktörü olduğu için önemlidir.
Geçtiğimiz günlerde Çin Endüstriyel Gazlar Birliği Hidrojen Profesyonel Komitesi'nin Güvenlik Üretim Teknolojisi Değişim Toplantısı'nda, Hidrojen Su Elektrolizi Hidrojen İşletme ve Bakım Programı başkanı Huang Li, gerçek test ve işletme ve bakım sürecinde hidrojen ve kostik sirkülasyon hacminin ayarlanması konusundaki deneyimlerimizi paylaştı.
Aşağıda orijinal makale yer almaktadır.
——————
Ulusal çift karbon stratejisi temelinde, 25 yıldır hidrojen üretiminde uzmanlaşmış ve hidrojen enerjisi alanında ilk faaliyet gösteren Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd., elektroliz tankı yolluklarının tasarımı, ekipman imalatı, elektrot kaplama, elektroliz tankı test ve işletme ve bakımı da dahil olmak üzere yeşil hidrojen teknolojisi ve ekipmanlarının geliştirilmesini genişletmeye başladı.
BirAlkali Elektrolizör Çalışma Prensibi
Elektrolit dolu bir elektrolizörden doğru akım geçirilerek, su molekülleri elektrotlar üzerinde elektrokimyasal olarak reaksiyona sokulur ve hidrojen ve oksijene ayrıştırılır. Elektrolitin iletkenliğini artırmak için genel elektrolit, %30 potasyum hidroksit veya %25 sodyum hidroksit konsantrasyonuna sahip sulu bir çözeltidir.
Elektrolizör birkaç elektrolitik hücreden oluşur. Her elektroliz odası katot, anot, diyafram ve elektrolitten oluşur. Diyaframın temel işlevi gaz geçişini önlemektir. Elektrolizörün alt kısmında ortak bir giriş ve çıkış bulunur; üst kısımda ise alkali ve oksi-alkali gaz-sıvı karışımı akış kanalı bulunur. Belirli bir voltajda doğru akım geçirilir, voltaj suyun teorik ayrışma voltajını 1,23 V ve termal nötr voltajını 1,48 V aştığında, elektrot ve sıvı arayüzey redoks reaksiyonu gerçekleşir ve su hidrojen ve oksijene ayrışır.
İki Kostik nasıl dolaştırılır
1️⃣Hidrojen, Oksijen Tarafı Kostik Karışım Döngüsü
Bu sirkülasyon biçiminde, kostik, hidrojen ayırıcı ve oksijen ayırıcının altındaki bağlantı borusundan kostik sirkülasyon pompasına girer ve ardından soğutulup filtrelendikten sonra elektrolizörün katot ve anot bölmelerine girer. Karma sirkülasyonun avantajları basit yapı, kısa işlem süresi, düşük maliyet ve elektrolizörün katot ve anot bölmelerine aynı boyutta kostik sirkülasyonu sağlamasıdır; dezavantajı ise bir yandan hidrojen ve oksijenin saflığını etkileyebilmesi, diğer yandan hidrojen-oksijen ayırıcısının seviyesinin ayarsızlaşmasına neden olarak hidrojen-oksijen karışma riskini artırmasıdır. Şu anda, kostik karıştırma döngüsünün hidrojen-oksijen tarafı en yaygın işlemdir.
2️⃣Hidrojen ve oksijen yan suyunun ayrı sirkülasyonu
Bu sirkülasyon şekli, iki adet alkali sirkülasyon pompası, yani iki dahili sirkülasyon gerektirir. Hidrojen ayırıcının dibindeki alkali, hidrojen tarafındaki sirkülasyon pompasından geçer, soğutulur ve filtrelenir ve ardından elektrolizörün katot odasına girer; oksijen ayırıcının dibindeki alkali, oksijen tarafındaki sirkülasyon pompasından geçer, soğutulur ve filtrelenir ve ardından elektrolizörün anot odasına girer. Bağımsız alkali sirkülasyonunun avantajı, elektrolizle üretilen hidrojen ve oksijenin yüksek saflıkta olması ve hidrojen ve oksijen ayırıcının karışma riskini fiziksel olarak ortadan kaldırmasıdır; dezavantajı ise yapının ve işlemin karmaşık ve maliyetli olması ve ayrıca her iki taraftaki pompaların akış hızı, basma yüksekliği, güç ve diğer parametrelerinin tutarlılığını sağlamanın gerekli olmasıdır; bu da işlemin karmaşıklığını artırır ve sistemin her iki tarafının kararlılığını kontrol etme gereksinimini ortaya çıkarır.
Elektrolitik su ile hidrojen üretimi ve elektrolizörün çalışma koşulları üzerinde kostik sıvının dolaşım akış hızının üç etkisi
1️⃣Aşırı kostik dolaşımı
（1）Hidrojen ve oksijen saflığı üzerindeki etkisi
Hidrojen ve oksijenin kostikte belirli bir çözünürlüğü olduğundan, dolaşım hacmi çok büyüktür, böylece çözünmüş hidrojen ve oksijenin toplam miktarı artar ve kostikle birlikte her bir bölmeye girer, bu da elektrolizörün çıkışında hidrojen ve oksijenin saflığının azalmasına neden olur; dolaşım hacmi çok büyüktür, böylece hidrojen ve oksijen sıvı ayırıcısının tutulma süresi çok kısa olur ve tamamen ayrılmamış gaz kostikle birlikte elektrolizörün içine geri getirilir, bu da elektrolizörün elektrokimyasal reaksiyonunun verimliliğini ve hidrojen ve oksijenin saflığını etkiler ve ayrıca bu, elektrolizördeki elektrokimyasal reaksiyonun verimliliğini ve hidrojen ve oksijenin saflığını etkileyecek ve ayrıca hidrojen ve oksijen saflaştırma ekipmanının dehidrojenasyon ve deoksijenasyon yeteneğini etkileyecek, hidrojen ve oksijen saflaştırmasının zayıf etkisine ve ürünlerin kalitesinin etkilenmesine neden olacaktır.
（2） Tank sıcaklığı üzerindeki etkisi
Lye soğutucusunun çıkış sıcaklığının sabit kalması koşuluyla, çok fazla lye akışı elektrolizörden daha fazla ısıyı uzaklaştıracak, tank sıcaklığının düşmesine ve gücün artmasına neden olacaktır.
(3) Akım ve voltaj üzerindeki etkisi
Aşırı kostik sirkülasyonu, akım ve voltajın kararlılığını etkiler. Aşırı sıvı akışı, akım ve voltajın normal dalgalanmasını engelleyerek akım ve voltajın kolayca dengelenmesini engeller, bu da doğrultucu kabini ve trafonun çalışma koşullarında dalgalanmalara ve dolayısıyla hidrojen üretimi ve kalitesinin etkilenmesine neden olur.
（4）Artan enerji tüketimi
Aşırı alkali sirkülasyonu, enerji tüketiminin artmasına, işletme maliyetlerinin artmasına ve sistem enerji verimliliğinin düşmesine de yol açabilir. Özellikle yardımcı soğutma suyu iç sirkülasyon sistemi ve dış sirkülasyon spreyi ve fanı, soğutulmuş su yükü vb. gibi faktörler, güç tüketimini ve dolayısıyla toplam enerji tüketimini artırır.
（5）Ekipman arızasına neden olur
Aşırı alkali sirkülasyonu, alkali sirkülasyon pompası üzerindeki yükü artırır, bu da elektrolizördeki akış hızının, basıncın ve sıcaklık dalgalanmalarının artmasına neden olur, bu da elektrolizörün içindeki elektrotları, diyaframları ve contaları etkiler, bu da ekipman arızalarına veya hasarlarına ve bakım ve onarım iş yükünün artmasına yol açabilir.
2️⃣Kalsiyum klorür sirkülasyonu çok küçük
（1）Tank sıcaklığı üzerindeki etkisi
Dolaşımdaki kostik hacmi yetersiz olduğunda, elektrolizördeki ısı zamanında alınamaz ve bu da sıcaklığın artmasına neden olur. Yüksek sıcaklık ortamı, gaz fazındaki suyun doymuş buhar basıncının ve su içeriğinin artmasına neden olur. Su yeterince yoğunlaştırılamazsa, arıtma sisteminin yükü artacak ve arıtma etkisi olumsuz etkilenecek, ayrıca katalizör ve adsorbanın etkisi ve kullanım ömrü de etkilenecektir.
（2）Diyafram ömrü üzerindeki etkisi
Sürekli yüksek sıcaklık ortamı, diyaframın eskimesini hızlandıracak, performansının düşmesine ve hatta yırtılmasına neden olacak ve diyaframın her iki tarafında hidrojen ve oksijen karşılıklı geçirgenliğinin oluşmasına yol açarak hidrojen ve oksijenin saflığını etkileyecektir. Patlamanın alt sınırına yakın karşılıklı sızma, elektrolizör tehlikesi olasılığını büyük ölçüde artıracaktır. Aynı zamanda, sürekli yüksek sıcaklık, sızdırmazlık contasında sızıntı hasarına ve dolayısıyla hizmet ömrünün kısalmasına neden olacaktır.
（3）Elektrotlar üzerindeki etki
Dolaşan kostik miktarı çok az olursa, üretilen gaz elektrotun aktif merkezinden hızlı bir şekilde çıkamaz ve elektroliz verimi etkilenir; elektrot kostik ile tam temas kuramazsa, elektrokimyasal reaksiyonu gerçekleştiremez, kısmi deşarj anormalliği ve kuru yanma meydana gelir ve elektrot üzerindeki katalizörün dökülmesi hızlanır.
（4 ）Hücre voltajı üzerindeki etkisi
Elektrodun aktif merkezinde oluşan hidrojen ve oksijen kabarcıkları zamanında uzaklaştırılamadığından dolayı dolaşan kostik miktarı çok azdır ve elektrolit içindeki çözünmüş gaz miktarı artarak küçük haznenin voltajının yükselmesine ve güç tüketiminin artmasına neden olur.
Optimum kostik dolaşım akış hızını belirlemek için dört yöntem
Yukarıdaki sorunları çözmek için, normal çalışmasını sağlamak üzere alkalin dolaşım sisteminin düzenli olarak kontrol edilmesi, elektrolizörün etrafında iyi ısı dağılımı koşullarının sağlanması ve gerekirse çok büyük veya çok küçük alkalin dolaşım hacminin oluşmasını önlemek için elektrolizörün çalışma parametrelerinin ayarlanması gibi uygun önlemlerin alınması gerekir.
Optimum kostik sirkülasyon akış hızı, elektrolizör boyutu, oda sayısı, çalışma basıncı, reaksiyon sıcaklığı, ısı üretimi, kostik konsantrasyonu, kostik soğutucu, hidrojen-oksijen ayırıcı, akım yoğunluğu, gaz saflığı ve diğer gereksinimler, ekipman ve boru dayanıklılığı ve diğer faktörler gibi belirli elektrolizör teknik parametrelerine bağlı olarak belirlenmelidir.
Teknik Parametreler Boyutlar：
boyutları 4800x2240x2281mm
toplam ağırlık 40700Kg
Etkin hazne boyutu 1830, Hazne sayısı 238
Elektrolizör akım yoğunluğu 5000A/m²
çalışma basıncı 1.6Mpa
reaksiyon sıcaklığı 90℃±5℃
Tek set elektrolizör ürünü hidrojen hacmi 1300Nm³/h
Ürün Oksijen 650Nm³/h
doğru akım n13100A, DC voltajı 480V
Lye Soğutucu Φ700x4244mm
ısı değişim alanı 88,2 m²
Hidrojen ve oksijen ayırıcı Φ1300x3916mm
oksijen ayırıcı Φ1300x3916mm
Potasyum hidroksit çözeltisi konsantrasyonu %30
Saf su direnç değeri >5MΩ·cm
Potasyum hidroksit çözeltisi ile elektrolizör arasındaki ilişki：
Saf suyu iletken hale getirir, hidrojen ve oksijeni açığa çıkarır ve ısıyı uzaklaştırır. Soğutma suyu akışı, elektrolizör reaksiyon sıcaklığının nispeten sabit kalması için kostik sıcaklığını kontrol etmek için kullanılır ve elektrolizörün ısı üretimi ile soğutma suyu akışı, sistemin ısı dengesiyle uyumlu hale getirilerek en iyi çalışma koşulları ve en fazla enerji tasarrufu sağlayan çalışma parametreleri elde edilir.
Gerçek operasyonlara dayanarak：
60 m³/h'de Lye sirkülasyon hacmi kontrolü,
Soğutma suyu akışı yaklaşık %95'te açılır,
Elektrolizörün reaksiyon sıcaklığı tam yükte 90°C'de kontrol edilir.
Optimum durumdaki elektrolizörün DC güç tüketimi 4,56 kWh/Nm³H₂’dir.
Beşözetlemek
Özetle, su elektrolizi ile hidrojen üretim sürecinde kostik sirkülasyon hacmi, gaz saflığı, hazne voltajı, elektrolizör sıcaklığı ve diğer parametrelerle ilişkili önemli bir parametredir. Tanktaki kostik değişiminin 2~4 katı/saat/dakika olacak şekilde sirkülasyon hacmini kontrol etmek uygundur. Kostik sirkülasyon hacmini etkili bir şekilde kontrol ederek, su elektrolizi ile hidrojen üretim ekipmanının uzun süre istikrarlı ve güvenli bir şekilde çalışması sağlanır.
Alkali elektrolizörde su elektrolizi ile hidrojen üretim prosesinde, çalışma koşulu parametrelerinin optimizasyonu ve elektrolizör kanal tasarımı, elektrot malzemesi ve diyafram malzemesi seçimi ile birlikte, akımı artırmanın, tank voltajını düşürmenin ve enerji tüketimini azaltmanın anahtarıdır.
--Bize Ulaşın--
Tel: +86 028 6259 0080
Faks: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Gönderi zamanı: 09-Oca-2025
