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电解制氢工序操作规程2
发布时间:2024-03-06 11:11:27   作者: 半岛综合

  (一)发现触电后,应迅速使触电者脱离电源。..................

  (二)迅速对触电者的伤害情况作出简单诊断,一般可按下述情况处理:(三)口对口人工呼吸急救....................................

  (三)救治伤员、疏散非有关人员、减少财产损失................

  (三)救治伤员、疏散非有关人员、减少财产损失................

  (三)救治伤员、疏散非有关人员、减少财产损失................

  本规程适用于四川瑞能硅材料有限责任公司年产3000吨多晶硅项目水电解制氢装置的操作及维修.

  所谓电解就是借助直流电的作用,将溶解在水中的电解质分解成新物质的过程。而在一些电解质水溶液中通入直流电时,分解出的物质与原来的电解质绝对没关系,被分解的是作为溶剂的水,原来的电解质仍然留在水中。例如硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等均属于这类电解质。

  在电解水时,由于纯水的电离很小,导电能力低,属于典型的弱电解质,所以要加入前述电解质,以增加溶液的导电能力,使水能够顺利地电解成为氢气和氧气。

  (3)在金属活泼性顺序中,越活泼的金属越容易失去电子,否则反之。从电化学理论上看,容易得到电子的金属离子的电极电位高,而排在活泼性大小顺序前的金属离子,由于其电极电位低而难以得到电子变成原子。氢离子的电极电位为,而钾离子的电极电位为,所以,在水溶液中同时存在氢离子和钾离子时,氢离子将在阴极上首先得到电子而变成氢气,而钾离子则仍留在溶液中。

  (4)水是一种弱电解质,难以电离,而当水中溶有氢氧化钾时,在电离的钾离子周围则围绕着极性的水分子而成为水合钾离子,而且因钾离子的作用使水分子有了极性方向。在直流电作用下,钾离子带有极性方向的水合分子一同迁向阴极,这时氢离子首先得到电子而成为氢气。因此在以氢氧化钾为电解质的电解过程中,其实就是水被电解,产生氢气和氧气,而氢氧化钾只起运载电荷的作用。

  (5)在水电解制氢的生产中,采用KOH水溶液作为电解液,在直流电场的作用下,水分子在电解槽中发生电化学反应,最终生成氢气和氧气。其电极反应为:

  在电解水制氢的过程中每产生1标准立方米的氢气需要消耗1公斤纯水,为了补充电解过程中消耗的纯水,一般的情况下,根据氢、氧分离器液位的高低,补水泵自动补入纯水。

  含有微量氧气的氢气经氢气缓冲罐进入纯化装置的气水分离器分离,去除游离子水后进入脱氧器,在钯铂触媒催化剂的作用下,使原料氢中的杂质氧与氢反应生成水汽。其化学反应为:

  脱除杂质氧后的氢气,经氢气冷却冷凝器(使用7℃冷冻水),自动去掉游离的冷却冷凝水,

  然后进入干燥器,经分子筛(13x型)吸附去湿,通过压力调节阀调定纯化工作所承受的压力和通过高效过滤器除尘,获得纯氢产品。

  制氢装置采用DQ250/型水电解制氢装置及QCZ-1000/ 型氢气干燥装置,电解生成合格的氢气供给氯化氢合成单元及还原、氢化车间使用。装置采用4台DQ250/型水电解制氢装置并配套QCZ-1000/ 型氢气干燥装置,单台电解制氢装置制氢能力为250Nm3/h (20℃,1标准大气压),QCZ-1000/ 型氢气干燥装置干燥能力为1000 Nm3/h。

  1.从电解槽带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量;将补充的原料水送给电解槽;对电解槽内电解反应区域进行“搅拌”,以减少浓差极化,降低电耗。降低碱液中的含气度,降低小室电压,减少能耗等,以使电解槽在稳定条件下工作。

  2、碱液循环量的大小影响槽内小室电压和气体纯度。对于一个特定的电解槽,应有一

  个合适的循环量。一般循环量选择为槽内电解液更换次数每小时2~4次。碱液在氢分离器和氧分离器中,靠重力作用与氢、氧气体分离后,通过氢氧分离器的连通管汇总,经碱液泵打入碱液过滤器除去机械杂质再送入电解槽形成一个完整的电解循环系统。该系统包括如下路线:

  氢气从电解小室的阴极侧分解出来,借助于电解液的循环和气液比重差,在氢分离器中与电解液分离,氢气向上进入氢洗涤冷却器,经洗涤、冷却及除沫后,经在线氢中氧分析仪分析,不合格氢气通过三通阀经排空管(带阻火器)放空。合格氢气通过三通阀经氢气送出管到缓冲罐后再送入纯化框架纯化。其路线为:

  ┌储存(合格氢气)电解槽→氢水分离器→氢综合塔→氢冷却器→氢汽水分离器→薄膜调节阀

  电解槽→氧水分离器→氧综合塔→氧冷却器→氧汽水分离器→气动薄膜调节阀→排空氧气的排空除与氢气排空作同样考虑外,对于不利用氧气的用户,排空是常开状态。(四)原料水系统

  水电解制氢过程唯一的“原材料”是纯水。此外氢气和氧气在离开系统时要带走少量的水份。因此,必须给系统不断补充原料水。通过补水还维持了电解液液位和浓度的稳定性。补充水可以从氢侧补入也可同时从氢、氧两侧补入,这里按从两侧补入。原料水通过注入

  洗涤器然后再溢流到分离器,可以稀释洗涤器中的碱含量,降低产品气的含碱度。为保证水电解制氢装置压力系统中的气体和碱液在补水泵停转期间不外漏,在补水管道上均装有止回阀。

  水的电解过程是吸热反应,制氢过程必须供以电能,但水电解过程消耗的电能超过了水电解反应的理论电能,因此在电解过程中会放热而超出的热量主要由冷却水带走,以维持电解反应区正常的温度。电解反应区温度高,可降低能源消耗,但温度过高,电解小室里的隔膜(石棉材质)将被破坏。本装置要求工作时候的温度不超过90℃。此外,所生成的氢气、氧气也须冷却除湿。可控硅整流装置也设有必要的冷却管路。(整流装置的冷却管路管径较小且冷却水压力要求为如循环水水质较差易造成冷却管路堵塞,给生产带来不利影响。)循环水总管来的冷却水,一路通过气动薄膜调节阀进入氢、氧碱液换热器,冷却循环碱液,通过调节冷却水量,从而使电解槽的工作时候的温度保持在85±5℃;?另一路进入氢、氧气体洗涤器,用来冷却气体,确保出口气体的温度不高于40℃。第三路进入可控硅整流柜,使其在正常的温度下运转。

  装置在调试运行前,要对系统充氮作气密性试验。在正常开机前也要求对系统的气相管路和设备做充氮和吹扫,以保证氢氧两侧气相空间的气体远离可燃可爆范围。充氮口设在氢、氧分离器连通管的中间,氮气引入后流经

  根据法拉第定律,水电解制氢装置产品气的产量与小室电解电流成正比,通入的电流越大氢气产量越大。本装置额定电流为6600A(小室电流3300A),电解槽电压172V左右。详见整流系统说明书(暂没资料)。

  通过安装在氧侧分离器上的压力变送器进行压力测量并将测量信号变为4~20mA的直流信号送至PLC,经过与设定值的比较,通过PID运算,输出电信号给电气转换器,转换产生~的气信号,以此控制氧侧气动薄膜调节阀的开度来达到控制管理系统压力稳定的目的。系统的压力设定可以在人机交流界面行进行。

  在电解过程中,原料水不断消耗,使氢氧分离器液位不断下降,因此就需要通过补水泵补充原料水,以满足电解消耗需要。

  本系统是通过安装在氢侧的差压变送器进行液位高度测量,并产生标准的4~20mA电流信号,输入PLC;通过与设定的液位上下限报警及联锁报警。液位上下限报警及联锁值的设定可以在人机界面上进行。

  本系统的任务是控制电解槽氢、氧侧的压力平衡。由安装在氧侧分离器和氢侧分离器上的差压变器分别测量氢、氧侧的气、液相压差,两个4~20mA测量信号被送入PLC。氢侧压力作为测量,二者进行比较个经过PID运算(P:比例,I:积分,D:微分(可选项)正作用运算),运算结果输出给电气转换器,转换产生~的气信号,控制安装在氢气出口管道上的气动薄膜调节阀的开度,进而达到控制两侧压力平衡的目的。

  电解槽工作时候的温度是装置的一个重要参数,槽温的控制通过安装在氧侧分离器上温度变送器测量氧槽温,输出一个4~20mA信号送至PLC,在此输入PLC的槽温设定值作比较,并进行反作用PID运算,再输出信号给电气转换器产生~的气信号,控制安装在冷却水管道上的调节阀的开度,进而达到控制氧槽温度的目的。

  用气负荷的变化会带来氢气储罐压力的波动,安装在储罐上的压力变送器就会输出一个4~20mA信号送至PLC与原设定值作比较,并进行反变换及PID运算后,输出一个20~4mA 信号送至整流柜来调整电解电流的大小,从而根据用氢负荷变化的变化实现氢气产量自动调节的目的。

  1.由中压水电解制氢设备所制得氢气,经汽水分离器分离去除游离子水后进入脱氧器(温度控制在80-100℃),在钯铂触媒催化剂的作用下,使原料氢中的杂质氧与氢反应生成水汽。脱除杂质氧后,经氢气冷却冷凝器,分离去除游离态的凝水,然后经再生冷却器进入吸附干燥器去湿,再通过薄膜调节阀调定纯化系统运行压力,最后通过高效过滤器除尘,获得纯氢产品。

  2.干燥器内装有吸附容量大、耐温性好的干燥剂(分子筛)。三台干燥器交替工作、再生、吸附,以实现整套装置工作的连续性。

  ①工作状态:处理气量为全气量,干燥器内加热器不工作,介质为未脱水的原料氢气;

  ②再生状态:处理气量根据调试确定,可能为全气量,可能为部分气量:再生状态包括加热阶段和吹冷阶段;

  加热阶段—干燥器内加热器工作,当上部温度达到设定值或加热时间达到设定值后,自动停止加热;

  吹冷阶段—干燥器停止加热后,气流继续按原路流过干燥器,以使干燥器降温,直至干燥器切换至工作状态;

  经过脱氧、降温、滤水处理过的氢气经气动三通球阀V202进入再生冷却器1进一步除去里面的水汽,然后进入干燥器A,容器内氢气所含有的饱和水蒸气燥剂吸附,干燥的氢气由干燥器A流出,打开气动三通球阀V205后分为两路,一路流向干燥器B,另一路进入产品气管道;两路的气量分配通过薄膜调节阀自动调节,在负荷较小时,可全关薄膜调节阀,全部气量都流向干燥器B,当处于再生状态的干燥器加热连锁时间超过3h,并且电加热元件完好时,可适当调节薄膜调节阀开度,使加热连锁时间小于3h即可;

  由干燥器A流出的高纯干燥氢气经气动三通球阀V206从干燥器B上部接口进入时,在B内加热器元件自动启动,氢气经电加热器加热升温,然后流经干燥剂床层,干燥剂上吸附的水分与热的氢气接触,以水蒸气形式从干燥剂上脱附,随氢气一同经干燥器B的上部接口流出;打开V213较热的氢气和水蒸气混合气体进入再生冷却器2、3,被氢气带出的水蒸气被冷却冷凝,冷凝水定期自动经排水阀排出系统;被冷却的氢气进入干燥器C,氢气中含有的饱和水蒸气燥剂吸附,干燥后的氢气由干燥器C上部接口流出,经气动三通球阀V210、截止阀V241、流量计、截止阀V243后与A出来的产品气汇在一起进入高效除尘过滤器,氢气中含有的粉尘被滤除,最终合格的产品氢气经VT07流出纯化装置进入储罐而不合格的氢气通过VT08经阻火器排空。

  Z1状态中当干燥器B连锁温度达到设定温度值或加热维持的时间达到设定时间值后,电加热元件断电,不再加热氢气,干燥器B进入吹冷阶段。

  当Z1状态运行总时间达到24h,干燥器B再生结束;由程序控制,干燥器A、B、C自动切换为Z2状态,流程简述为:

  经过脱氧、降温、滤水处理过的氢气经气动三通球阀V203进入再生冷却器2进一步除去里面的水汽,然后进入干燥器B,容器内氢气所含有的饱和水蒸气燥剂吸附,干燥的氢气由干燥器B流出,打开气动三通球阀V206后分为两路,一路流向干燥器C,另一路氢进入产品气管道;由干燥器B流出的干燥氢气经气动三通球阀V207进入干燥器C,在C 内加热器元件自动启动,氢气经电加热器加热升温,然后流经干燥剂床层,干燥剂上吸附的水分与热的氢气接触,以水蒸气形式从干燥剂上脱附,随氢气一同经干燥器C的上部接口流出,打开V211较热的氢气和水蒸气混合气体进入再生冷却器3、1,被氢气带出的水蒸气被冷却冷凝,冷凝水定期自动经排水阀排出系统;被冷却的氢气进入干燥器A,氢气中含有的饱和水蒸气燥剂吸附,干燥后的氢气由干燥器A上部接口流出,经气动三通球阀V208、截止阀V241、流量计、截止阀V243后与B出来的产品气汇在一起进入高效除尘过滤器,氢气中含有的粉尘被滤除,最终合格的产品氢气经VT07流出纯化装置进入储罐而不合格的氢气通过VT08经阻火器排空。

  Z2状态中当干燥器C连锁温度达到设定温度值或加热维持的时间达到设定时间值后,电加热元件断电,不再加热氢气,干燥器C进入吹冷阶段。

  经过脱氧、降温、滤水处理过的氢气经气动三通球阀V204进入再生冷却器3进一步除去里面的水汽,然后进入干燥器C,容器内氢气所含有的饱和水蒸气燥剂吸附,干燥的氢气由干燥器C上部接口流出,经气动三通球阀V207一路流向干燥器A,另一路氢气进入产品气管道;由干燥器C流出的干燥氢气经气动三通球阀V205进入干燥器A,在A内加热器元件自动启动,氢气经电加热器加热升温,然后流经干燥剂床层,干燥剂上吸附的水分与热的氢气接触,以水蒸气形式从干燥剂上脱附,随氢气一同经干燥器A的上部接口流出,打开V212较热的氢气和水蒸气混合气体进入再生冷却器1、2,被氢气带出的水蒸气被冷却冷凝,冷凝水定期自动经排水阀排出系统;被冷却的氢气进入干燥器B,氢气中含有的饱和水蒸气燥剂吸附,干燥后的氢气由干燥器B上部接口流出,经气动三通球阀V209、截止阀V241、流量计、截止阀V243后与C出来的产品气汇在一起进入高效除尘过

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