Получение водорода. Установки получения (производства) водорода.

В свободном виде водород встречается на нашей планете лишь в очень ограниченных объёмах. Он может выделяться иногда при вулканических извержениях совместно с другими газами. Но весьма распространен водород в составе различных соединений.

Выбор имеющихся возможностей извлечения водорода зависит полностью от вида, в каком прибывает сырье, предназначенное для его получения. Учитывая распространение водорода в виде различных соединений, его выделение должно осуществляться в ходе реакций разложения с применением соответствующих химических методов:

а) реакция разложения метана при создании высокой температуры;
б) разложение воды также при поддержании высоких температур;
в) разложение сероводорода в высокотемпературных условиях;
г) при взаимодействии металла с кислотой (соляная кислота и цинк);
д) из гидрида натрия;
е) извлечение из природного газа и пр.

Получение или выделение водорода в промышленности можно охарактеризовать с помощью ниже приведенных реакций, в виде которых может быть представлено производство водорода:

1. Процесс электролиза, которому подвергаются водные растворы солей:

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + Cl₂ + H₂↑

2. Пропускание паров воды при 1000 °C над раскаленным коксом:

H₂O + C ⇔ CO↑ + H₂↑

3. Способ получения из природного газа.

а) конверсия с паром воды:

CH₄ + H₂O ⇔ CO + 3H₂ (при 1000 °C)

б) окисление кислородом в присутствии катализатора:

2CH₄ + O₂ ⇔ 2CO + 4H₂

Получение водорода в условиях промышленности связано с процессом выделения его из природного газа, вернее, из его основного компонента метана. Его смешивают с кислородом и паром воды. Выделение водорода происходит при высоких температурах. При нагревании смеси указанных газов до 800-900 °C происходит реакция в присутствии катализатора, которая схематически может быть представлена в виде уравнения:

2CH₄ + O₂ + 2H₂O → 2CO₂ + 6H₂

Затем полученную газовую смесь разделяют. Выделенный при этом водород очищается и используется или на месте получения, или транспортируется в нужное место под повышенным давлением в стальных баллонах.

Не менее важным способом получения водорода в промышленности является его выделение из коксового газа. Благодаря глубокому охлаждению, свойственному данному методу, все газы сжижаются, кроме водорода.

При необходимости в промышленности можно осуществлять концентрирование водорода с помощью различных процессов:

• криогенного;
• короткоциклового;
• мембранного.

Материальные затраты более рентабельны и эффективность процесса более высокая при концентрировании водорода мембранным способом.

При получении водорода в лабораториях выбирают те исходные продукты, водород из которых выделяется легче. Большей частью водород в лабораториях получают электролизом водных растворов KOH или NaOH. Концентрацию этих растворов подбирают в соответствии с максимальным показателем их электропроводности (34% для KOH и 25% для NaOH). На изготовление электродов идёт обычно листовой никель, ибо он не подвергается коррозии при погружении в раствор щелочи. Получение водорода или его выделение в лабораторных условиях можно охарактеризовать с помощью ниже следующих реакций:

1) При действии кислот на металлы (кислота разбавленная). Обычно используют цинк в гранулах и 20-30%-ый раствор серной кислоты, с добавлением 2–3 зёрнышек медного купороса для ускорения реакции, которую проводят, как правило, в аппарате Киппа. Чистота водорода обусловлена чистотой исходных продуктов. В водороде могут присутствовать следы примесей сероводорода, азота, арменоводорода, для удаления которых водород подвергают дополнительной очистке. Можно применять вместо цинка железо, например, в виде стружки, или другие металлы. Заменять серную кислоту на соляную нежелательно, ибо водород будет притягивать хлороводород. Для реализации этой реакции обычно используют цинк и серную кислоту. Ниже следует уравнение для реакции с применением серной кислоты:

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑

2) При взаимодействии кальция и воды:

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

3) При гидролизе гидридов, при котором гидриды металлов легко разлагаются водой, образуя соответствующую щёлочь и водород, например, при гидролизе гидрида натрия:

NaH + H₂O → NaOH + H₂↑

4) При действии на алюминий или цинк щелочных растворов. Получаемый данным способом водород обладает высокой степенью чистоты. Листовой или амальгамированный алюминий или алюминиевую проволоку нарезают мелкими кусочками и опускают в аппарат Киппа, заполненный 10-15%-м раствором щелочи.

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

Zn + 2KOH + 2H₂O → K₂[Zn(OH)₄] + H₂↑

5) В ходе электролиза водных щелочных растворов или растворов кислот на катоде также происходит выделение водорода, например:

2H₃O⁺ + 2e^- → 2H₂O + H₂↑

Катионы металлов с низким показателем электродного потенциала не восстанавливаются на катоде, они остаются в растворе. А на катоде же идёт электрохимический процесс восстановления водорода из молекул воды.

6) При электролитическом способе разложения воды:

2H₂O = 2H₂ + O₂

Вода в своём чистом виде почти совсем не токопроводная, поэтому к ней добавляют электролиты, например, КОН. В ходе электролиза на катоде наблюдаем за выделением водорода, а на аноде, соответственно - кислорода. В данном методе кислород - продукт побочный, и выделяется он в том же количестве. Кислород легко удаляется при пропускании газа через определённые катализаторы, водород же, получаемый электролизом воды, представляет собой довольно дорогой продукт.

7) При взаимодействии пара воды и фиолетового фосфора:

2Р + 8Н₂О = 2Н₃РО₄ + 5Н₂

Пары фосфора от восстановления в электрической печи фосфата кальция пропускают над катализатором с паром воды при 400-600 °С. Контакт образовавшейся в начале процесса Н₃РО₄ с фосфором при образовании РН₃ и Н₃РО₃ в результате взаимодействия прерывают закалкой в ходе быстрого охлаждения. Данным методом, как и при сжижении (фракционном) коксового газа, получают идущий на синтез аммиака водород.

8) Водород получают разложением метана, однако это требует присутствия высокой температуры. Кроме водорода, побочным продуктом будет сажа, находящая также широкое применение в промышленном секторе:

CH₄ = C + 2H₂

В промышленности имеются и другие способы, реализуемые в процессах получения водорода: электролиз водных растворов солей, взаимодействием воды с металлами, окисление кислородом метана (при присутствии катализаторов) и некоторые другие. Исходными сырьевыми продуктами могут быть для производства водорода мусор и даже биологические отходы.

Наряду с электролизом, который требует значительных энергетических затрат, в промышленности существует и второе направление для получения водорода – плазмохимия. Метод плазмохимии гораздо производительнее, здесь в основе лежит химическая активность плазмы (ионизованного газа). Чрезмерно высокие температурные характеристики процесса и большие скорости прохождения химических реакций в фазе газового состояния обеспечивают гигантскую производительность плазмотрона. Прямое разложение водяного пара на водород и кислород плазмохимическим способом пока малоэффективно. Но водород можно получать данным методом в два этапа. Такой водород пригоден для применения в областях промышленности и энергетике, ибо он дешевле электролизного почти в 15 раз.

Установки получения водорода - компактные, надежные системы, непрерывно и успешно используются протяжении 15 лет. Эти системы были разработаны для легкой установки и для безопасной, надежной, полностью автоматической работы. Выработка газа происходит при давлении, пригодном для эксплуатации, и газ может быть сжат до фактически любого давления при выходе из генератора.

Сверхчистый газ

Выработка водорода под давлением, по требованию, сверхчистого без какой-либо дополнительной очистки.

Выработка сверхчистого кислорода под давлением, без углеводорода и других атмосферных загрязнителей.

Легкость установки на классифицированных участках.

Контроль технологического процесса и система обработки газов содержатся в одной установке, что требует меньше площади помещения по сравнению с другими подобными системами.

Система может устанавливаться и использоваться на участках Класс 1, Раздел 2, Группа В, классифицированных по ANSI/NFPA 70, Статья 500

Отдельный блок питания со встроенным выпрямителем для изолированной установки в обычном электротехническом помещении.

Установка для получения водорода поставляется полностью собранной, предварительно проходит предварительное тестирование.

Высокое качество / Доказанная надежность

Установка разрабатывается, производится, собирается и тестируется в соответствии с процедурами, сертифицированными по ISO 9001:2000.

Все установки разработаны в соответствии с кодами и стандартами NFPA (Национальная ассоциация пожарной безопасности) для электроустановок, что обеспечивает безопасность и надежность систем.

Безопасное, автоматическое функционирование

Полностью автоматическая работа, включающая непрерывный мониторинг всех критических параметров для безопасного функционирования без надзора оператора.

Установка поддерживает только небольшое количество газов в самой установке во время работы, что дает оптимальную безопасность на рабочем месте.

Снабжена источником бесперебойного электропитания для безопасного сброса давления в системе в случае нарушения электроснабжения и выключения.

Установки по производству водорода представляют собой надежные, полностью автоматизированные экологически безопасные водородные генераторы, основанные на технологии неорганического мембранного (IMET) электролиза водных растворов щелочей. В щелочном электролизе, реакция протекает в растворе, состоящем из воды и жидкого электролита (30% KOH) между двумя электродами. При достаточном напряжение между двумя электродами, на катоде собираются молекулы Н₂, а на аноде после прохождения ионов OH^- через 30% раствор электролита KOH, собирается О₂. Полученный водород подвергается дополнительной очистке от паров воды и кислорода, степень которой зависит от требований клиента чистота до 99,9998 %. (В атмосферу выделяется чистый кислород 99,7%). Примесями в нем являются только водород и пары воды. При необходимости он может использоваться для потребления. Чистота его также может быть доведена до 99,9998%.

Генераторы имеют следующие преимущества:

• низкий удельный расход электроэнергии - 4,2 кВт.ч/нм³
• отсутствие обслуживающего персонала
• отсутствие узла подготовки электролита (расход щелочи минимален)
• отсутствие применения токсичных материалов
• применение только нержавеющей стали для трубопроводов и оборудования
• компактное размещение
• быстрый пуск и регулирование производительности от 25 до 100% в течение 5-10 сек.

Оборудование по производству водорода размещается в шкафах или в специальном контейнере. Шкафы в помещении устанавливаются прямо на пол и подсоединяются к энергоносителям. Водородные генераторы, по желанию заказчика, могут быть помещены во взрывозащитный корпус (ATEX). Контейнерное исполнение предусматривает размещение оборудования в 20" или 40" контейнере на открытом воздухе. Контейнер оборудован вентиляцией, отоплением, теплоизоляцией и поставляется готовым к эксплуатации.

Генератор водорода разработан в соответствии с самыми высокими требованиями промышленной и экологической безопасности и международными стандартами. Все параметры, касающиеся безопасности, постоянно измеряются и контролируются микропроцессором. Более того, все контролируемые параметры фиксируются устройством, которое в случае сбоя автоматически останавливает производство газа.

Имеется разрешение на применение Ростехнадзора для всех установок.

Проектирование, изготовление контроль и испытания оборудования выполняются в соответствии с «Правилами безопасности при производстве водорода методом электролиза воды (ПБ 03-598-03, Госгортехнадзор 2003).

Основные технические характеристики

Локальная установка генерации водорода высокой чистоты

Состоит из:

• 1 генератора водорода 80 м³/ч
• 1 генератора водорода 40 м³/ч
• 1 очиститель (один очиститель для обоих генераторов)
• Соединительные трубы, кабели, анализаторы и дополнительные устройства
• 1 установка деминерализации

Технические характеристики:

Преимущества:

• Закрытое исполнение (в корпусе)
• Трансформатор с гальванической изоляцией (между подающей линией и генератором)
• Высокая производительность
• Управление процессом при помощи ПК (программируемый контроллер)
• Возможность дистанционного управления ПК / процессом

Установка получения водорода путем водного электролиза (электролизер)

Комплексная компактная система получения водорода путем водного электролиза.

Производительностью продукта водорода 500 Нм³/ч. Эта установка компактная, с высокими показателями эффективности и эксплуатационной стабильностью. Все оборудование/компоненты объединены в один контейнер.

Описание основных компонентов и их назначение в системе получения водорода путем водного электролиза.

Установка состоит из двух блоков основных компонентов, в блоке установки для получения водорода расположены: панель управления генератора водорода, выпрямитель, трансформатор, распределительная коробка и распределительное устройство, система деминерализованной воды и блок пополнения воды.

Электролизер:

В электролизере деминерализованная вода расщепляется на водород и кислород внутри электролитической ячейки посредством постоянного тока. Водород собирается на катодной стороне, затем поднимается через отверстия в катодной стороне электродной пластины, а затем выходит из пластины. Кислород собирается на анодной стороне и выходит из пластины ячейки.

Водород и кислород поступают раздельно в сепаратор, где эти газы охлаждаются водой и отделяются от смеси под действием гравитационных сил. После этого, водород поступает в промыватель для удаления содержащихся в газе капель щелока посредством деминерализованной воды. Одновременно газ охлаждается змеевиком, встроенным в промыватель. В конце процесса, водород проходит через фильтр, расположенный на верху сепаратора, для удаления капель воды, и попадает в сушильную камеру.

Получаемый в процессе кислород поступает обратно в атмосферу.

Пополнение деминерализованной воды

Деминерализованная вода поступает в промыватель с помощью насоса подачи воды.

Подготовка щелока

Функция щелока – улучшение электропроводности во время водного электролиза. При нормальных эксплуатационных условиях расход щелока находится около нуля. Пополнение щелока происходит только раз в год по необходимости, в небольших количествах.

Для подготовки щелока едкое кали в твердом виде помещается в резервуар для щелока, наполненный на две трети деминерализованной водой, а затем насос для щелока перемешивает и растворяет едкое кали в деминерализованной воде.

Система охлаждающей воды

Охлаждающая вода служит для следующих целей:

1) Охлаждает щелок посредством охладителя щелока внутри сепаратора и таким образом, удерживает рабочую температуру электролизера в диапазоне 80-90 °C.
2) Охлаждает водород и кислород посредством охладителя и температура газов на выходе из охладителя не более 40 °C.

Система анализа газа

Проба водорода поступает в систему анализа водорода через пробоотборную трубу, в котором мелкие капли щелока отделяются в сепараторе газ-жидкость, затем газ поступает к анализатору, где после снижения давления газа проверяется содержания кислорода в водороде.Перед тем, как водород поступает в соответствующий резервуар для хранения, он отбирается в отдельный влагомер для измерения точки росы; соответствующий сигнал посылается в ПК для отображения и мониторинга. Программа управления решает, будет ли отсылаться водород в резервуар для хранения (в зависимости от определенных - заданных условий).

Система автоматического контроля

Шкаф управления

Шкаф управления – основная часть всей системы автоматического контроля, отвечающая за обеспечение безопасного и стабильного функционирования всего оборудования.

Регулировка и настройка рабочего давления установки получения водорода:

Регулировка рабочего давления установки для получения водорода обеспечивает функционирование генератора при необходимом рабочем давлении. Датчик давления измеряет давление в системе, данные о котором передаются к ПК для сравнения с заданным рабочим давлением. Результат, полученный на ПК, конвертируется в стандартный сигнал 4~20 мА постоянного тока, а затем преобразуется. Рабочее давление сохраняется на заданном значении.

Регулировка и корректировка рабочей температуры установки получения водорода:

Рабочая температура электролизера может регулироваться при помощи пневматического мембранного клапана. В ПК фактическая рабочая температура будет сравнена с заданной величиной рабочей температуры, разница будет подсчитана арифметическим блоком регулятора в ПЛК. Результат будет выведен в стандартный сигнал 4~20 мA.

Сигнализация и система блокировки

Для эксплуатации в безопасном, устойчивом и надежном состоянии и мониторинга рабочего процесса установлены сигнализация и система блокировки.

Система обнаружения утечки водорода

Утечка водорода в системе генерации водорода всегда должна обнаруживаться автоматически. Для отслеживания утечек водорода предусмотрено 2 детектора. В случае утечки водорода детектор немедленно направит сигнал программе управления, в результате чего установка генерации водорода будет отключена, и одновременно включится электрический вентилятор, который выветрит водород из помещения наружу. Кроме того, для оператора предусмотрен один переносной детектор утечки водорода. Эти меры надежно предохраняют помещение, в котором происходит генерация водорода от накопления водорода и обеспечивают безопасность и надежность.

Диссоциатор (генератор водорода) средней-высокой мощности, отлично подходящий для термообработки; кислородной резки; пайки-сварки кусков большого размера; работ со стеклом и хрусталем; печей спекания и термообработки; охлаждающих генераторов переменного тока средней мощности; подачи автоматических многостанционных систем пайки-сварки. Высокая экономическая эффективность; трех-фазная работа; генерация газа при низком давлении; газ производится предварительно высушенным при помощи холодильной установки. Охлаждение при помощи встроенного теплообменника жидкость/вода; вспомогательного предварительного подогрева для холодных условий окружающей среды. Сигнал оповещения для подачи воды во внешний резервуар; электронный контроль с буквенно-цифровым дисплеем и простыми диагностическими сообщениями (многоязычные).

Пример (технические характеристики):

Ниже представлены характеристики штатной установки скомплектованной для одного из наших заказчиков.

Технические характеристики

Характеристики электропитания:

Технические характеристики осушителя:

Объём комплектации:

• Установка производства водорода (3 шт.);
• Осушитель (1 шт.);
• Система для деминерализации воды (1 шт.)

Общее описание

• Генератор водорода
  • Установка оборудована 2 пакетами элементов для производства водорода 30 нм³/ч
  • Контейнер модернизирован и подготовлен для увеличения производительности в будущем до 45 нм³/ч. Так же если в будущем потребуется дополнительно увеличить мощность, то контейнер рассчитан на увеличение до 60 нм³/ч.

• Модуль хранения объемом 50 м³ по воде для хранения 450 нм³ водорода при 10 бар.

Предложенная нами система включает стандартные встроенные системы безопасности, стандартное заводское приемочное испытание и комплект технической документации.

Услуги на месте включают: пуск системы, ввод в эксплуатацию и обучение на месте. Строительные работы и подготовка площадки, выполняемые на месте, осуществляются заказчиком в соответствии с требованиями.

Энергоисточники (вода, электричество, азот, воздух КИП,…) должны быть доступны на месте.

Характеристики электролизера:

• Полностью автоматическая работа
• Полный контроль получения водорода
• Производство под давлением (10 бар изб.) без установки компрессора
• Высокая эффективность и надежность
• Очень низкие затраты на техническое обслуживание (ограниченное число подвижных деталей, без насоса для электролита)
• Водород не содержит углерода – без вредных выбросов
• Производственный процесс сертифицирован по ISO 9001, 14001
• Услуги по пуску и пост-продажному обслуживанию

Введение

Установка производства водорода в контейнерном исполнении для установки снаружи представляет собой комплексную установку производства водорода с производительностью по водороду 60 нм³/ч при чистоте 99,998% и давлении 10 бар (изб.)

Разработан модифицированный ISO контейнер повышенной вместимости для размещения генератора водорода и всего его питающего оборудования.

Ввод оборудования для наружного размещения в эксплуатацию на площадке заказчика тем самым значительно облегчен по сравнению с установкой в существующее помещение генератора на базе скида.

Надежность

Используя принцип внедрения технологического уровня эксплуатационной безопасности оборудования каждая установка помимо прочего обладает следующими характеристиками:

• минимальное присутствие газа в системе
• определение минимального давления для предотвращения попадания воздуха
• система непрерывного мониторинга/обнаружения водорода в атмосфере
• система защитной вентиляции зона II (только с кожухом или корпусом (каркасом) для наружного размещения)
• надежная логическая схема для всех параметров
• Система бесперебойного питания, обеспечивающая безопасное отключение в случае аварийного отключения питания
• Система постоянного мониторинга, чистота производства О₂ газа
• Системы множественного / параллельного управления
• Многократное резервирование параметров, которые являются критичными в рамках безопасности системы

Автоматизация

Надежность – это одно из наиболее значимых требований для наших заказчиков. Установка разработана для полностью непрерывной эксплуатации с минимальной потребностью в присутствии оператора, обеспечивая константный поток водорода.

• Система контроля давления: Человеко-машинный интерфейс на панели управления позволяет операторы выбрать требуемое давление газа (между 8 и 10 бар изб.). Установка автоматически регулирует свою производительность с тем, чтобы обеспечить установленное давление.
• Автоматизация охлаждения: охлаждающая вода поступает в теплообменники через клапан, регулируемый ПЛК. При повышении температуры клапан открывается, тем самым подавая большее количество охлаждающей воды в контур. В результате этого – стабильная производственная температура.
• Автоматическая продувка азотом: следуя принципам системы, продувка азотом требуется перед запуском установки при внутреннем давлении ниже 15 кПа. Процесс продувки регулируется ПЛК системы путем активации клапана в последовательном процессе.
• Удаленный I/O: используя современное соединение PROFIBUS, мы значительно уменьшили количество соединительных кабелей и соответственно время, необходимое на установку. Внедрение прокола в комбинации с безопасным ПЛК и безопасным I/O позволяет системе полностью соответствовать самым строгим актуальным нормам и стандартам безопасности. ПЛК автоматически диагностирует любые ошибки передачи данных, не только делая систему безопаснее, но также сокращая время и силы на устранения неполадок.

Объем поставки

Экран HMI расположен на панели управления и позволяет оператору контролировать и эксплуатировать электролизер либо с экрана, либо с удаленного соединения, через защищенное соединение VPN. Система мониторинга включает в себя запись данных на компактную флэш карту. Она также позволяет нашим техническим специалистам подключаться к электролизеру, для диагностики и исправления случаев неисправностей и тревожной сигнализации при необходимости.

ISO 40’ футовый контейнер спроектирован и модифицирован для размещения водородной установки 60 нм³/ч и включает:

• изолированные стенки и перекрытия
• пол из металлических листов
• запираемые двери во внешних стенках
• Освещение во всех отсеках
• Все устройства полностью оснащены и установлены на место вкл. трубную обвязку и кабели, что значительно сокращает время и затраты на установку / межсоединения на месте.
• Два вытяжных вентилятора, которые вытягивают воздух через технологическое помещение из помещения общего назначения. Первый обеспечивает минимальный поток и работает постоянно. Поток проверяется между помещением общего назначения и технологическим помещением и подается аварийный сигнал, если минимум не достигнут.

Второй вентилятор активируется, когда температура окружающего воздуха в технологическом помещении находится вне пределов спецификации или когда обнаружен водород.

Ключевым компонентов электролизного скида является пакет биполярных ячеек для электролиза воды под давлением. Пакет ячеек состоит из кольцевых электролизных ячеек, в каждой из которых содержатся два электрода и одна щелочная неорганическая ионообменная мембрана.

Генерация H₂ и O₂ происходит при подаче тока на пакет ячеек. Газы затем направляются на газовый сепаратор, который представляет собой двойной сосуд под давление из нержавеющей стали, после которого они промываются в специально спроектированном напорном сосуде, расположенном над газосепаратором.

Технологическая часть поставляется как полностью собранный скид, в который включено оборудование, например:

• Пакеты ячеек
• Газосепарторы, установка промывки газообразного водорода и коалесцирующие фильтры
• Теплообменники для электролита и системы газового охлаждения
• Лоток детектора утечек с реле уровня
• Детектор водорода , панель анализатора для водорода в кислороде
• Приборы кип и распределительные коробки: датчики, трансмиттеры, реле и т.д.
• Клапаны и вентиляционные коллекторы (H₂ и O₂)

Шкаф панели управления включает в себя ПЛК и все соответствующее оборудования для обеспечения автоматической и надежной эксплуатации установки. Панель управления с помощью кабелей будет подсоединена как к технологической части, так и к силовой стойке. Характеристики:

• Утвержденный электрический кожух с 2 запираемыми дверцами
• Вентиляторы охлаждения + система фильтрации воздуха
• ПЛК (Siemens S-7 программное обеспечение)
• Снаружи: терминал с дисплеем для визуализации и HMI
• Аварийный останов на дверце кожуха
• Блок бесперебойного питания для безопасного отключения
• Источник питания 24 В пост. тока
• Автоматические выключатели и трансформаторы
• Печатные платы и звуковая сигнализация

Блок питания конвертирует входящей 3х фазный переменный ток в стабилизированный постоянный ток, требуемый для процесса электролиза.

Каждый блок питания может питать до 2 пакетов элементов и состоит из:

• Кожух с запираемой дверцей
• Охлаждающие вентиляторы + система фильтрации воздуха
• Защитная блокировка дверного переключателя
• ПЛК контролируется тиристорами
• Трансформатор
• Выпрямительный диод
• Автоматические выключатели, контакторы
• Измерительный пакет элементов на дверце амперметр и вольтметр
• Устройство проверки фазы

Система очистки водорода спроектирована для дальнейшей очистки водорода до минимального уровня в размере 99.998%. Данная чистота достигается в 2 этапа:

Этап 1. Деоксидизация: для уменьшения содержания O₂ в потоке газообразного H₂ с помощью каталитической реакции. Выход O₂ в H₂ составляет менее 10 ppm или опционально менее 2 ppm.

Этап 2. Осушка: для удаления влажности в 2 колоннах осушки. Одна колонна находится в работе, в то время как вторая находится в режиме резерва / регенерации. Водород на выходе будет иметь атмосферную точку росы менее -60 °C или опционально менее -75 °C.

Система очистка водорода сконструирована на скиде и располагается в технологическом помещении. Система очистки водорода управляется с помощью центрального ПЛК в панели управления и имеет следующие особенности:

• Сосуд деокисидзации с катализатором для удаления О₂ в H₂ (с обогревом и изоляцией)
• Теплообменник
• Коалесцирующий фильтр
• Система дренажного сосуда для удаления воды
• Оборудование КИП
• Две колонны осушки с молекулярным ситом (с обогревом и изоляцией) (с временной регенерацией)
• Соединения до контура охлаждения газа
• Соединение до вентиляционных коллекторов технологической части (H₂ и O₂)

Холодильник подает охлаждающую воду низкой температуры в замкнутый контур газообразного водорода и кислорода в сторону теплообменников при температуре 15 °C, вне зависимости от температуры окружающей среды. Охлажденная вода охлаждает газообразный водород и кислород, превращая водяной пар, появляющийся в процессе электролиза, в конденсат. Затем он фильтруется и удаляется из потока газа. Холодильник устанавливается внутри кожуха для применения внутри помещения и включает насос и расширительный бак.

Спецификация на чиллер

Данная система охлаждения, включающая в себя насосный скид и сухой охладитель, выводит тепло в окружающий воздух.

Охлаждающая вода, как правило, водный раствор этиленгликоль, циркулирует в закрытом контуре, через высокопроизводительный теплообменник по типу «электролит-вода», установленный в технологической части установки производства водорода.

Благодаря системе охлаждения закрытого цикла гарантируется полная выходная способность установки по водороду в диапазоне температуры окружающей среды от -40 до +40°C. Сухой охладитель и насосный скид регулируются с помощью центрального ПЛК в панели управления.

Спецификация на сухой охладитель

Система подготовки питательной воды превращает водопроводную воду в чистую деминерализованную воду, необходимую для процесса электролиза. Осуществляется постоянный мониторинг за качеством воды, прежде чем она сможет поступить в процесс. Размеры ВхШхГ – 1,5х1,0х0,5 м

Система включает в себя такие фильтрационные очистные этапы как:

• Мембрана обратного осмоса
• Ионообменная система смешанного типа со смолой (2 резервуара, наполненные смолой)
• Система смягчения воды с цифровым дозирующим насосом (анти-накипь)
• Измеритель электропроводности
• Активированный уголь и предварительные фильтры для улавливания частиц
• Указатели давления и реле

Спецификация на питательную воду

Техническая спецификация

Вышеуказанные данные представлены только для информации и не могут быть использованы для гарантийных целей.

Общий вид

Дополнительные опции (по запросу)

Улучшение чистоты -75 °C 2ppm O₂

Данная опция снижает атмосферную точку росы произведенного H₂ с -60 °C до -75 °C, а содержание О₂ в произведенном H₂ с 10ppm до 2 ppm.

Уменьшенное содержание N₂ – распылительный разбрызгиватель

Распылительный разбрызгиватель – это устройство, устанавливаемое на входе деминерализованной воды установки производства водорода для уменьшения содержания N₂ менее 2 ppm произведенного H₂.

Замер чистоты в режиме реального времени

Производится непрерывный мониторинг произведенного H₂ в реальном времени как по содержанию воды («точка росы»), так и по содержанию кислорода. Данная опция может быть выбрана только в сочетании с системой очистки водорода.

Спускной клапан (только в комбинации с системой замера чистоты в режиме реального времени)

Данное устройство автоматически выпускает H₂ в атмосферу, в случае если его качество не соответствует спецификации. Данная опция может быть выбрана только в комбинации с системой замера чистоты H₂ в режиме реального времени.

Использование кислорода

Стандартно О₂ сбрасывается в атмосферу. Производитель может обеспечить опциональную систему для очистки О₂ и его подготовки для дальнейшего использования / очистки со стороны заказчика.

Система кондиционирования воздуха на панели управления

Это модульная установка кондиционирования воздуха, устанавливаемая на электропанелях. Данное устройство рекомендовано для систем, часто эксплуатируемых в температурах окруж. среды более +40 °C

Массовый расходомер

Массовый расходомер – это непосредственный замер объема H₂, идущего в линию заказчика.

Содержание кислорода в детекторе атмосферы

Трансмиттер кислорода в атмосфере может быть реализован в технологическом помещении для непрерывного мониторинга уровня O₂ в атмосфере технологического помещения. Система сигнализации срабатывает, если уровень кислорода падает ниже или поднимается выше безопасных предельных значений.

Автоматический перезапуск

Данная функция позволяет установке непрерывно определять актуальное давление в линии заказчика. Если установка находится в резервном режиме, то с помощью данной функции установка может быть автоматически повторно запущена, как только давление линии заказчика окажется ниже заданного порогового значения.

Опции по каркасу для наружной установки

Низкотемпературная опция:

Будут предприняты специальные действия, чтобы допустить работу при температуре окружающей среды до -40 °C. Например, адоптированная система охлаждения с закрытым контуром и усиленная система обогрева.

Аварийные огни:

В случае отключения сетевого питания аварийные огни в помещении с приборами управления будут светить до 30 минут.

Внешние огни:

Огни снаружи контейнера при входе в помещение с приборами управления / для инженерного оборудования и технологического помещения.

Вентиляционные трубы:

Две трубы из высококачественной нержавеющей стали с колпачками от дождя для безопасной вентиляции H₂ и О₂. Длина данных вентиляционных труб соответствует спецификации, для каркаса для наружного размещения, который установлен в зоне без прилегающих конструкций. Вентиляционные трубы должны быть вертикально соединены на месте к специально определенным фланцам на боковой стороне контейнера. Кабели обогрева для защиты труб от нулевых температур (точка замерзания) включены в данный объем.

Границы объема поставки

Границей установка электролиза является каркас для наружного размещения. На внешних стенках каркаса для наружного размещения имеются металлические пластины, которые включают следующие соединения:

• Пользователь водородного газа
• Вход питательной воды
• Вход воздуха КИП
• Вентиляционное отверстие кислорода (вентиляционная линия не включена)
• Вентиляционное отверстие водорода (вентиляционная линия не включена)
• Соединение дренажа конденсата
• Вход инертного газа (азот)
• Электрические межсоединения: включены внутри контейнера
• Механические межсоединения: включены внутри контейнера
• Энергопитание: автоматический прерыватель на стороне электролиза.
• Охлаждающая вода (2 контура):

Сухой охладитель (охлаждение электролита)

• Сухой охладитель поставляется в отдельной коробке. Он спроектирован для установки на крыше каркаса для наружного размещения, а объем поставки включает технические условия на крыше контейнера для их установки.
• Трубка обвязки и кабели для соединения контейнера к внутренней части контейнера включены, но монтаж сухого охладителя на крыше и осуществление соединений на месте осуществляются заказчиком.

Холодильник (охлаждение газа):

• Холодильник поставляется с полностью выполненными соединениями в каркасе для наружного размещения

Установка водоподготовки:

• Установка водоподготовки поставляется с полностью выполненными соединениями в каркасе для наружного размещения.

Технические характеристики:

Рабочие условия:

Размеры установки:

Опционально:

Введение

Установка производства водорода в исполнении для закрытых помещений представляет собой комплексную установку производства водорода с производительностью по водороду 30 нм³/ч при чистоте 99,998% и давлении 10 бар (изб.)

Установка полностью автоматизирована, что значительно уменьшает время присутствия (обслуживания) оператора. Спроектирована установка для полностью непрерывной эксплуатации, расход водорода на выходе автоматически регулируется под требования пользователя. Благодаря тщательному подбору используемых основных компонентов, требования по техническому обслуживанию сведены к минимуму.

Надежность

Были приложены специальные усилия, чтобы обеспечить высочайший уровень безопасности для наших заказчиков:

• Протокол обеспечивает безопасное отключение в случае сбоя в системе управления (ПЛК)
• Непрерывная система обнаружения водорода в атмосфере (HTA)
• Надежная логическая схема для всех параметров (контролируются более 30 параметров)
• Бесперебойный источник питания (UPS) обеспечивает отключение в случае отключения питания
• Непрерывный мониторинг чистоты газа (HTO)
• Исходно надежная конструкция (пассивная безопасность), что позволяет установке осуществлять аварийный сброс давления механически, в случае выхода из строя средств управления.
• Минимальное наличие газа в системе (только несколько нм³/ч при полном производстве)
• Многократное резервирование по критическим параметрам надежности. В дополнении к стандартным трансмиттерам, каждый параметр надежности также контролируется с помощью предохранительным реле, который запускает тревожную сигнализацию или останавливает установку в случае нарушения нормальной эксплуатации (например, уровень электролита, температура пакета/блока элементов, давление в системе, …).

Автоматизация

Установка производства водорода тщательно продумана, чтобы работать непрерывно с минимальной потребностью в человеческом участии при поддержании уровня надежности в соответствии с самым строгим промышленным стандартам.

Установка запускает и поддерживает производства водорода полностью автоматически, а основные параметры безопасности и производства в то же время непрерывно проверяются. Следующие функции включены в нашу установку как стандартные:

• Контроль давления водорода: HMI (Человеко-машинный интерфейс) на панели управления позволяет оператору выбирать необходимое давление газа (между 6 и 10 бар изб.). Установка автоматически регулирует коэффициент производительности, чтобы поддержать заданное давление (опционально возможно добавить клапан понижения давления, чтобы выполнить требования заказчика).
• Регулирование расхода водорода: основываясь на давлении, производство водорода и как следствие выходная производительность по водороду постоянно регулируется в рабочих пределах, чтобы следовать фактической потребности. Водород (частично) будет выпускаться в атмосферу в течение максимум 20 мин., в случае если потребность ниже минимальной производительности установки.
• Автоматизация охлаждения: Расход воды охлаждения, поступающей на теплообменники, постоянно регулируется при помощи ПЛК (термостатное управление). Данная функция обеспечивает постоянную рабочую температуру процесса электролиза.
• Удаленный I/O: используя современное соединение, мы значительно уменьшили количество соединительных кабелей и соответственно время, необходимое на установку. Внедрение прокола в комбинации с безопасным ПЛК и безопасным I/O позволяет системе полностью соответствовать самым строгим актуальным нормам и стандартам безопасности. ПЛК автоматически диагностирует любые ошибки передачи данных, не только делая систему безопаснее, но также сокращая время и силы на устранения неполадок.
• Полуавтоматическая продувка азотом: продувка азотом необходима перед пуском установки, когда внутреннее давление ниже 15 кПа. ПЛК системы последовательно активирует различные клапаны в системе, гарантируя, таким образом, что весь воздух перед производством водорода откачен. Единственное ручное действие, которое потребуется, – это изменить позицию двух клапанов. Данное действие можно автоматизировать опционально, чтобы данное действие выполнялось дистанционным оператором.

Контроль и мониторинг установки

Характеристики панели управления повышенного контроля и возможности мониторинга:

• Дистанционный мониторинг: дает оператору возможность доступа к экрану HMI, расположенному на панели управления, и эксплуатации электролизера с удаленного соединения. Он отображает технологические параметры, динамику, события, сигналы тревоги, и позволяет оператору включать/отключать индивидуальные пакеты элементов.
• Выключатель с ключом: позволяет оператору запускать/останавливать установку. По технике безопасности чтобы запустить установку необходимо, чтобы оба внутренний и внешний выключатель с ключом обязательно находились в положении ПУСК.
• Кнопка сброса:  сбрасывает цепь аварийной защиты после отключения. После нажатия кнопки сброса установка полностью автоматически переходит в процесс производства после выполнения процедуры безопасности по инициализации.
• Аварийное выключение: При нажатии этой кнопки система незамедлительно отключает от питания пакеты элементов и вспомогательные системы обеспечения и сбрасывает давление в системе. За счет этого система будет переведена в безопасный режим, чтобы избежать аварийной ситуации.
• Сенсорный экран с человеко-машинным интерфейсом (HMI: Экран HMI расположен на панели управления и позволяет оператору контролировать и эксплуатировать электролизер либо с экрана, либо с удаленного соединения. Система мониторинга включает в себя запись данных на компактную флэш карту. Она также позволяет нашим техническим специалистам подключаться к электролизеру, для диагностики и исправления случаев неисправностей и тревожной сигнализации при необходимости. ПЛК использует программное обеспечение Siemens S-7.

Объем поставки

Технологический скид

Ключевым компонентов электролизного скида является пакет биполярных ячеек для электролиза воды под давлением. Пакет ячеек состоит из кольцевых электролизных ячеек, в каждой из которых содержатся два электрода и одна щелочная неорганическая ионообменная мембрана.

Генерация H₂ и О₂ происходит при подаче тока на пакет ячеек. Газы затем направляются на газовый сепаратор, который представляет собой двойной сосуд под давление из нержавеющей стали, после которого они промываются в специально спроектированном напорном сосуде, расположенном над газосепаратором.

Оборудование технологической части изготовлено из материалов высокого качества и соответствует ATEX директивам.

Данное оборудование предназначено только для установки внутри помещений. Просим обратить внимание, что технологическая часть, производящая водород, классифицирована только для применения в зоне II. Но если технологическая часть защищена опциональным ATEX кожухом, то можно пренебречь этими требованиями зоны II. В данном случае требуется, чтобы место установки было «общего назначения».

Технологическая часть поставляется как полностью собранный скид, в который включено оборудование, например:

• Пакеты ячеек
• Газосепарторы, установка промывки газообразного водорода и коалесцирующие фильтры
• Теплообменники для электролита и системы газового охлаждения
• Лоток детектора утечек с реле уровня
• Детектор водорода (HTA), панель анализатора для водорода в кислороде (HTO)
• Приборы кип и распределительные коробки: датчики, трансмиттеры, реле и т.д.
• Клапаны и вентиляционные коллекторы (H₂ и O₂)

Панель управления

Шкаф панели управления включает в себя ПЛК и все соответствующее оборудования для обеспечения автоматической и надежной эксплуатации установки. Панель управления с помощью кабелей будет подсоединена как к технологической части, так и к силовой стойке. Характеристики:

• Утвержденный электрический кожух с 2 запираемыми дверцами
• Вентиляторы охлаждения + система фильтрации воздуха
• ПЛК (Siemens S-7 программное обеспечение)
• Снаружи: терминал с дисплеем для визуализации и HMI
• Аварийный останов на дверце кожуха
• Блок бесперебойного питания для безопасного отключения
• 24 В пост. тока блок питания
• Автоматические выключатели и трансформаторы
• Печатные платы и звуковая сигнализация

Силовая стойка

Силовая стойка конвертирует входящее 3х фазное AC питание в стабилизированный DC ток, требуемый для процесса электролиза. Она включает:

• Кожух с запираемой дверцей
• Охлаждающие вентиляторы + система фильтрации воздуха
• Защитная блокировка дверного переключателя
• Трансформатор
• Выпрямитель
• Автоматические выключатели, пускатели, тиристоры и мостовые выпрямители
• Замеры пакетов ячеек амперметром и вольтметром на дверце
• Устройство проверки фазы

Система очистки водорода

Система очистки водорода спроектирована для дальнейшей очистки водорода до минимального уровня в размере 99.998%. Данная чистота достигается в 2 этапа:

Этап 1: для уменьшения содержания О₂ в потоке газообразного H₂ с помощью каталитической реакции. Выход О₂ в H₂ составляет менее 10 ppm или опционально менее 2 ppm.

Этап 2: Осушка: для удаления влажности в 2 колоннах осушки. Одна колонна находится в работе, в то время как вторая находится в режиме резерва / регенерации. Водород на выходе будет иметь атмосферную точку росы менее -60 °C или опционально менее -75 °C.

Система очистка водорода сконструирована на скиде и располагается в технологическом помещении. Система очистки водорода управляется с помощью центрального ПЛК в панели управления и имеет следующие особенности:

• Deoxo сосуд с катализатором для удаления H₂ в О₂ (с обогревом и изоляцией)
• Теплообменник
• Коалесцирующий фильтр
• Система дренажного сосуда для удаления воды
• Оборудование КИП
• Две колонны осушки с молекулярным ситом (с обогревом и изоляцией) (с временной регенерацией)
• Соединения до контура охлаждения газа
• Соединение до вентиляционных коллекторов технологической части (H₂ и O₂)

Чиллер (охлаждение газа)

Чиллер подает охлаждающую воду низкойтемпературы в замкнутый контур в сторону теплообменников технологических газообразных водорода и кислорода установки при температуре 15 °C, вне зависимости от температуры окружающей среды. Охлажденная вода охлаждает газообразные водород и кислород, превращая водяной пар, появляющийся в процессе электролиза, в конденсат. Затем он фильтруется и удаляется из потока газа. Чиллер устанавливается внутри кожуха для применения внутри помещения и включает насос и расширительный бак.

Спецификация на чиллер

Система охлаждения электролита

Данная система охлаждения используется для охлаждения электролита и чиллера и включает насосный скид и сухой охладитель, выводящий тепло в окружающий воздух. Охлаждающая вода циркулирует в закрытом контуре, через высокопроизводительный теплообменника по типу «электролит-вода», установленный в технологической части установки производства водорода.

Благодаря системе охлаждения закрытого цикла гарантируется полная выходная способность установки по водороду в диапазоне от -20 °C и +40 °C (-40 °C или +50 °C опционально) температуры окружающей среды. Сухой охладитель и насосный скид регулируются с помощью центрального ПЛК в панели управления.

Спецификация на сухой охладитель

Система подготовки питательной воды

Система подготовки питательной воды (настенный монтаж) превращает водопроводную воду вчистую деминерализованную воду, необходимую для процесса электролиза. Осуществляется постоянный мониторинг за качеством воды, прежде чем она сможет поступить в процесс. Размеры ВхШхГ – 1,5х1,0х0,5 м

Система включает в себя такие фильтрационные очистные этапы как:

• Мембрана обратного осмоса
• Ионообменная система смешанного типа со смолой (2 резервуара, наполненные смолой)
• Система смягчения воды с цифровым дозирующим насосом (антинакипь)
• Измеритель электропроводности
• Предварительные фильтры с активированным углем и для улавливания частиц
• Указатели давления и реле

Водопроводная вода обеспечивается со стороны заказчика и должна соответствовать или же превосходить требования следующей спецификации. Просим обратить внимание, что 1.5 до 2 литров водопроводной воды дадут 1 литр чистой воды и что для электролитической реакции потребуется прим. 1 литр чистой технологической воды для производства 1 нм³ водорода. Просим учитывать, что часть водопроводной воды потребуется дренировать, для удаления минералов и часть будет возвращена на мембраны обратного осмоса.

Спецификация на питательную воду

Спецификация воды на входе системы подготовки питательной воды

Техническая спецификация

Выше указанные данные представлены только для информации и могут быть пересмотрены без уведомления. Технические данные не могут быть использованы для гарантийных целей.

(**) Использование кислорода требует опциональную функцию «использование кислорода»
(***) Применимо только, если опция «охлаждение закрытого цикла» не выбрана.
(****) Исходя из того, что Система подготовки питательной воды обратным осмосом включена в объем поставки.
(*****) Технологическая часть должны быть оборудована опциональным ATEX кожухом (ATEX зона II без кожуха).

Размеры:

Дополнительные (технологические) опции по запросу:

Улучшение чистоты -75 °C  2ppm O2

Данная опция снижает атмосферную точку росы произведенного H₂ с -60 °C до -75 °C, а содержание О₂ в произведенном H₂ с 10ppm до 2 ppm.

Уменьшенное содержание N2 – распылительный разбрызгиватель

Распылительный разбрызгиватель – это устройство, устанавливаемое на входе деминерализованной воды установки производства водорода для уменьшения содержания N₂ менее 2 ppm произведенного H₂. Это позволит достигнуть чистоты водорода 99,999%.

Замер чистоты в режиме реального времени

Производится непрерывный мониторинг произведенного H₂ в реальном времени как по содержанию воды («точка росы»), так и по содержанию кислорода. Данная опция может быть выбрана только в сочетании с системой очистки водорода.

Спускной клапан (только в комбинации с системой замера чистоты в режиме реального времени)

Данное устройство автоматически выпускает H₂ в атмосферу, в случае если его качество не соответствует спецификации. Данная опция может быть выбрана только в комбинации с системой замера чистоты H₂ в режиме реального времени.

Использование кислорода

Стандартно О₂ сбрасывается в атмосферу. Производитель может обеспечить опциональную систему для очистки О₂ и его подготовки для дальнейшего использования / очистки со стороны заказчика.

Система кондиционирования воздуха на панели управления

Это модульная установка кондиционирования воздуха, устанавливаемая на электропанелях. Данное устройство рекомендовано для систем, часто эксплуатируемых в температурах окруж. среды более +40 °C, но ниже 45 °C

Массовый расходомер

Массовый расходомер – это непосредственный замер объема H₂, идущего в линию заказчика.

Содержание кислорода в детекторе атмосферы

Трансмиттер кислорода в атмосфере может быть реализован в технологическом помещении для непрерывного мониторинга уровня O₂ в атмосфере технологического помещения. Система сигнализации срабатывает, если уровень кислорода падает ниже или поднимается выше безопасных предельных значений.

Регулятор противодавления

Гарантирует характеристики установки путем поддержания генератора и deoxo осушителя на стабильном давлении. Колебания в линии заказчика не будут влиять на давление в технологической части (будет добавлен в установку, если напрямую соединен к компрессору).

Компрессор воздуха КИП:

Компактный, но надежный компрессор воздуха кип, устанавливаемый в помещении общего назначения, для устранения необходимости внешней подачи воздуха кип.

Прямое соединение к источникам возобновляемой энергии:

Мы можем предложить специальные подходы для прямого соединения электролизера к возобновляемым энергоресурсам (например, электролизер с регулируемой мощностью), обеспечивая эффективную и высокопроизводительную систему, оптимизированную для конкретного применения.

Автоматический перезапуск

Данная функция позволяет установке непрерывно определять актуальное давление в линии заказчика. Если установка находится в резервном режиме, то с помощью данной функции установка может быть автоматически повторно запущена, как только давление линии заказчика окажется ниже заданного порогового значения.

Автоматическая N₂ продувка:

Позволяет осуществлять всю последовательность продувки N₂ и системы очистки водорода автоматически. Продувка азотом требуется перед запуском установки, если внутреннее давление ниже 15 кПа. ПЛК системы поэтапно активирует различные клапаны в системе, данным гарантируется удаление всего воздуха перед началом производства водорода.

Объем комплектации:

• Электролизер – 1 шт.
• Пакет элементов 15 нм³/ч – 2 шт.
• Панель управления с системой мониторинга – 1 шт.
• Силовая стойка- 1 шт.
• Соединительный кабель – 1 шт.
• Система очистки водорода -1 шт.
• Контроль качества входящей деминерализованной воды
• Чиллер для охлаждения газа – 1 шт.
• Система охлаждения с закрытым контуром – 1 шт.
• Система обнаружения водорода в атмосфере (HTA) – 1 шт.
• Система подготовки питательной воды – 1 шт.
• Резервуар объемом 20 м³ по воде – 1 шт.
• Запасные части
• Расходные материалы на 1 год
• Стандартный комплект инструментов
• Пусконаладочные работы

Качество водорода и кислорода:

Техническое описание системы

Система генерации водорода состоит из одного цикла/рамки (электролизера, газожидкостного отдельного и очистительного процессора, электрической управляющей системы и вспомогательного оборудования); включая полный набор инструментов и системы компьютерного управления.

Диаграмма потока:

Техническая спецификация

Общее описание

1. Система получения водорода методом электролиза обладает полной функцией получения и сушки водорода. При рабочей температуре 85±5°С выход водорода обеспечивается не менее 20 м³/ч, температура точки росы водорода ниже -65°С, пригодная для охлаждения системы генератора.
2. Рабочее давление системы водоподготовки электролиза составляет 1,6-0,8 МПа.
3. Система производства водорода контролируется системой ПЛК и компьютером. Имеется функция индикации параметров и сбоя, когда системы в старт-стоп, рабочих и аварийных случаях имеют функции автоматического управления и блокировки и могут предоставлять сигнал тревоги о неисправности посредством стандартного интерфейса связи с удаленной диспетчерской. Система автоматическая.
4. Трубопроводы и клапаны, контактирующие с водородом, кислородом, изготовлены из 1Cr18Ni9Ti.

Система контроля и управления

В системе применяется централизованный метод управления ПЛК, в её состав входят шкаф выпрямителя, шкаф распределения питания и шкаф управления.

Применяется два вида функций управления: ручное и автоматическое управление, а также комплексные меры безопасности. В состоянии автоматического управления можно реализовать автоматическую работу, автоматическую подачу H₂; автоматическое пополнение; автоматический источник водорода для генератора; автоматическая переключение сушилки A, B регенерация и рабочее состояние; давление электролизера, температура, давление водорода и кислородного сепаратора могут регулироваться автоматически. Контролируется чистота водорода и кислорода и точки росы на линии.

Применяется безотказная функция блокировки. В системе установлены аварийные сигналы и блокираторы относительно параметров безопасной работы, обеспечения безопасной работы, верхнего предела и нижнего предела регулировки, верхнего предела нижнего и нижнего предела тревоги, верхнего предела и нижнего предела блокировки. Все из них могут быть основаны на потребностях пользователей, и настроены в режиме онлайн.

В случае блокировки перегрузки системы, например: эскалации электролизера, переполнения давления, низкого расхода, низкого значения прерывания щелочной охлаждающей воды, низкого давления воздуха, электролитической подачи питания с низкой охлаждающей водой, перегрузки по току, аномального явления с быстрым плавким предохранителем, затем выключения выпрямителя и этапов для обеспечения безопасности системы, если неисправность устранена, система автоматически будет работать в нормальном режиме.

Устройство сигнализации утечки настраивается в помещении для производства водорода. Когда концентрация внутреннего водорода превышает 0,5%, автоматическое управление и электрическая блокировка будут отключены от установки для производства водорода и принудительно провентилируемы.

Техническое описание оборудования

1. Электролизер
   1. Нормальный выход электролизера составляет 20 м³/ч H₂, максимальный выход 20 м³/ч, рабочее давление составляет 1,6 МПа. Выход кислорода составляет 10 м³/ч (при 100% нагрузке). Если рабочее давление, рабочая температура и цветность щелочи находятся в нормальном режиме, срок службы электролизера составляет более 10 лет.
   2. При нормальном рабочем состоянии диапазон колебаний температуры электролизера не превышает ±5 Т.
   3. Электролизер, работающий в 0,8-1,6 МПа; давление может регулироваться от 50% до 100%.
   4. Текущая эффективность электролизера приближается к 100%.
   5. Электролизер из углеродистой стали и никелевого материала.
2. Процессор газожидкостного разделения
   1. Состоит из следующих компонентов: газовый сепаратор H₂, газовый сепаратор O₂, газоохладитель, фильтр щелочи, охладитель щелочи, газоводяной сепаратор, дренаж, воздушные фильтры, циркуляционный насос, разрядник, трубопроводы , клапаны и инструменты.
   2. Мощность обработки равна выходу электролизера H₂.
   3. Влажность H₂ после разделения, не превышает 4 г / нм³, температура не более 40° С.
   4. Разница в уровнях разделения водорода и кислорода не превышает 20 мм.
   5. В раме имеется комплект выхлопной трубы.
3. Процессор очистки водорода
   1. Система очистки водорода имеет три комплекта сушки, один рабочий, один резерв, резерв регенерации.
   2. Регенерация красителя сырым газом и в процессе без отвода H₂.
   3. Устройство содержит следующие компоненты: газожидкостный сепаратор, кулер, адсорбционные сушилки, фильтры, разрядники, трубопроводы, клапаны и инструменты.
   4. Рама испытана при давлении воздуха 1,6 МПа.
   5. Рабочее давление устройства равно рабочему давлению системы производства водорода.
   6. Сопротивление - потеря менее 0,1 МПа.
   7. Устройство может абсорбировать воду в газе.
   8. Сушилка 13X молекулярная.
   9. После сушильного устройства водород может достигать следующей специальности:
      Точка росы: -60°C
      Температура: 40°С
4. Блок вспомогательного оборудования:
   Блок вспомогательного оборудования включает следующие компоненты: резервуар для чистой воды, водяной насос, насос щелочи, трубопроводы, клапаны и фитинги.

Техническое описание электрооборудования

1. Система производства воды для электролиза воды использует AC 380V, 50Hz.
2. Параметры шкафа выпрямителя (включая сухой трансформатор) следующие:
   1. Выпрямительный шкаф
   2. Способ охлаждения выпрямителя: вода
   3. Электрические характеристики:
      Вход переменного тока (номинальное напряжение) 380 В
      Выходной ток: 1670A
      Выходное напряжение постоянного тока: 56 В
3. Контрольно-измерительная система

Функция управления:

1. Централизованная система контроля используется для всего устройства, используется комбинация дистанционного управления и местного управления, а также местный / удаленный коммутатор, дисплей состояния и цепная атрезия, когда это необходимо.
2. Программируемый контроллер (ПЛК), который базируется на микропроцессоре, используется в системе управления, схема управления спроектирована в соответствии с требованиями технологического устройства.
3. Предусмотрена полная система контроля и управления для производства и доставки водорода, включая панель управления, полный набор систем ПЛК, датчик, преобразователь, логический выключатель, индикатор, рекордер, переключатель управления, кнопка, местный инструмент, все соединительные трубы изготовлены из нержавеющей стали.
   К панели управления и системе управления ПЛК подключаются следующие сигналы:
   • Температура, влажность, влажность, давление в водопроводе.
   • Для управления электролитическим раствором, насосом и переключателем клапана и (или) кнопкой и сигнальным освещением.
   • Контроль питания
   • Электролитическое устройство высокого уровня
   • Низкоуровневое электролитическое устройство
   • Низкое давление в потоке водорода
   • Электролитическое устройство высокотемпературное
   • Устройства автоматического контроля уровня жидкости для предотвращения низкого уровня электролита.
   • Инструмент для измерения чистоты водорода
   • Сигнал о низкой степени чистоты водорода
   • Инструмент для определения точки росы водорода
   • Сигнал о высокой точке росы водорода
4. Комплект системы управления ПЛК находится рядом с оборудованием, которое обеспечивает контроль и управление всей производственной системой, включая управление в замкнутом контуре, управление пуском и остановкой, состояние пуска и останова, дистанционное / локальное переключение, мониторинг основных параметров процесса ( сбор данных, отображение экрана CRT, параметры обработки, аварийный сигнал тревоги, список печати и т. д.) и защита блокировки оборудования. При нормальной работе устройства оператор выполняет полную систему производства через экран ЭЛТ в диспетчерской только в ненормальном состоянии, проходя через панель управления или контролируя на месте.

Система ПЛК включает в себя соответствующий модуль обработки, модуль ввода / вывода, модуль связи, источник питания, кабинет и т.д., а также аппаратное и программное обеспечение, так как предусмотрен интерфейс связи ПЛК, стандартная база данных. Все модули в системе ПЛК вставляются, легко заменяются.

Объем поставки:

1. Электролизер
2. Устройство газожидкостного процесса (состав: газоводяные сепараторы, газоохладители, щелевой фильтр, дренаж, воздушный фильтр, трубопровод и клапаны в раме)
3. Оборудование для очистки водорода (состав: охладители, адсорбционные сушилки, фильтры, разрядники, трубопроводы, клапаны и инструменты).
4. Блок вспомогательных устройств (включая: резервуар для подачи воды, насос для вращения резервуара щелочи, насос питательной воды, трубопроводы, клапаны).
5. Электрический блок и блок управления
   • Выпрямитель
   • Панель управления
   • ПЛК-система
   • Сенсорный экран
6. Основной инструмент
   • Анализатор кислорода в водороде 0-2%
   • Анализатор водорода в кислороде 0-2%
   • Инструмент очистки водорода 0-2%
   • Инструмент измерения точки росы 20-80°С
   • Детектор утечки водорода 0-4%
7. Водоочиститель 100 л/ч
8. Емкость для водорода 1м³ 1,6МПа

Запасные части

Один комплект водно-электролизной водородной установки с производительностью по водороду 300 Нм³/ч, давление на выходе которой составляет 1,0-1,5 МПа. Конфигурация системы включает в себя несколько единиц оборудования: электролизер, систему разделения газов и щелочей, трансформатор, выпрямительный шкаф, шкаф управления, резервуар для воды, охладитель и так далее.

Входные вещества, необходимые для работы системы, включают воду высокой чистоты и электроэнергию для электролиза, азот для начальной продувки, сжатый воздух (или азот) для пневматического управления и охлаждающую воду для отвода тепла. Используя эти вещества, система будет подавать водород под давлением 10-15 кг/см².

Кислород, который может выходить в воздух, производится вполовину от скорости водорода.

Технические характеристики

Генератор водорода

Требования коммунальных услуг для каждой установки

Заказчик предоставляет следующие коммунальные услуги для установки:

Электропитание

• электропитание высокого напряжения для электролиза 10 кВ, 3 фазы, 50 Гц: 2100 кВА (мощность трансформатора для питания выпрямительного шкафа)
• электропитание низкого напряжения 400 В, 3 фазы, 50 Гц: 25 кВтч

Питательная деминерализованная вода

• Количество: прибл. 300 литров / час
• проводимость: Коэффициент сопротивления: ≥1 × 10^±6 Ом · см, хлорид-ион: ≤ 2 мг / л,
• PH: 7-8,
• Мутность: ≤1 мг / л
• Давление: для заполнения нашего бака для деминерализованной воды

Требование к охлаждающей воде

• Расход: 80 м³ / ч
• Давление питания: 3,5 бар
• Обратное давление 2,0 бар, изб
• Температура на входе: 32 °C
• Повышение температуры 8 °C
• Качество: PH: 7-8;
• Жесткость <4 немецких градуса

Инструментальный воздух

• Расход: 5 м³ / час
• Давление: 5 бар изб
• Точка росы: (-) 40 °C
• Содержание масла: безмасляный воздух

Газообразный азот для начальной продувки

• Количество: прибл. 20 Нм³ только для пусковой продувки
• Чистота: 99,995% (об)
• Давление: 6 бар изб
• Содержание O₂: <10 промилле
• Точка росы: <-60°C

Химическое наполнение

• КОН (щелочь): 3000 кг

Качество KOH: аналитическая чистота

Описание системы

Основной процесс

Подсистемы

а). Система циркуляции электролита (внутренний контур)

б). Водородная система

в). Кислородная система

г). Система питательной воды

д). Система охлаждающей воды

е). Система продувки N2

г). Сливная система

• Сток от электролизера
• Слив щелочного фильтра
• Слив воды из бака
• дренажный резервуар

ж). Система внешней циркуляции щелочи

Процесс производства водорода

Источник питания

а) Мы предоставим выпрямительный трансформатор высокого напряжения и выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный.
б) Выпрямительный трансформатор используется для изменения высокого напряжения переменного тока до требуемого низкого напряжения для исключительного использования электролизера.
в) Постоянный ток подается из шкафа выпрямителя в электролизер, где происходит процесс электролиза воды. Питание постоянного тока подается на электролизер на аноде в середине и катоде на обоих концах.
d) Клиент должен предоставить один отдельный источник питания низкого напряжения для питания другого оборудования водородной установки, например: насосы, панель управления ПЛК и т. д. Этим другим вспомогательным оборудованием следует управлять через наше распределение электроэнергии.

Электролизер

Основная часть генератора водорода - это электролизер, в котором происходит процесс электролиза. Основной процесс разделения H₂O на его элементарные компоненты происходит, когда приложенное напряжение и постоянный ток протекают через электроды, полностью погружаясь в щелочную воду. При электролизе щелочной воды используется сильный водно-щелочной раствор, чтобы обеспечить изобилие гидроксильных ионов (OH^-) и минимизировать электрическое сопротивление между электродами. Наша специальная конфигурация, обычно называемая биполярной или фильтр-прессовой конструкцией, приводит к компактному и эффективному электролизному модулю, вырабатывающему газы под высоким давлением 15 кг / см² (изб). Таким образом, водородный компрессор не требуется. Чистота водорода в этот момент составляет 99,9% с 0,1% макс. кислород.

Происходит отдельная полуэлементная электрохимическая реакция на каждом электроде:
На аноде: 4OH^- → O₂ + 2H₂O + 4E
На катоде: 4H₂O + 4E^- → 2H₂ + 4OH
Общая реакция: 2H₂O → 2H₂ + O₂
Водород и кислород выводятся отдельно от электролизера вместе с раствором щелочи.

Рама сепарации газа и щелока

Конфигурация рамы сепарации газов и щелочей включает в себя сепараторы водорода и кислорода, промывочную башню для водорода и кислорода, охладитель водорода и кислорода, охладитель щелочи, фильтр щелочи, циркуляционные насосы щелочи, пневматические регулирующие клапаны и т. д.

Водород и кислород поступают отдельно от электролизера в сепаратор водорода и сепаратор кислорода. Газы отделяются от электролита под действием силы тяжести на дне обоих газоотделителей и промываются в промывной башне деминерализованной водой, затем охлаждаются в охладителях газа и из них удаляется влага. Наконец, чистые газы выходят через два пневматических регулирующих клапана, которые контролируют давление в системе и уровень щелочи в газоотделителях. Водород подается в водородный резервуар или дополнительно очищается, в то время как кислород обычно выпускается.

Раствор щелочи остается на дне обоих сепараторов, затем соединяется и проходит через насос для щелочи, охладитель щелочи и фильтр для щелочи обратно в электролизер для дальнейшей рециркуляции.

Система автоматического управления

Предусмотрена система автоматического управления с ПЛК. Все важные рабочие параметры постоянно отслеживаются и отображаются на экране компьютера. Если условия внутри системы выходят за пределы допустимого диапазона, автоматически происходит аварийный сигнал и отключение системы.

а). Автоматическое управление предоставленным ПЛК:

• Регулирование и контроль давления в системе.
• Регулирование уровня жидкости в сепараторах водорода и кислорода.
• Регулирование рабочей температуры электролизера
• Автоматический контроль тока на силовом выпрямителе.
• Контроль впрыска деминерализованной воды

б). Аварийные сигналы и блокировки:

Для работы водородной установки в безопасном, надежном и устойчивом состоянии предусмотрена система аварийной сигнализации и блокировки для контроля работы установки, следующие параметры вызывают аварийные блокировки и блокировки отключения:

Емкости деминерализованной воды и щелока

а). Необходимо осуществить подачу 300 литров / час деминерализованной воды для этого генератора. Деминерализованной водой будет заполнен наш резервуар для деминерализованной воды. Насос подает деминерализованную воду в сепаратор водорода, а также в сепаратор кислорода. Работа насоса деминерализованной воды прерывистая, а запуск и останов контролируются в соответствии с уровнем щелочи в сепараторах водорода и кислорода автоматически.

б). Резервуар щелочи (временный) используется для регулировки раствора щелочи. Переключая клапан для формирования циркуляции для подготовки щелочи, состоящей из резервуара для щелочи, насоса для щелочи, охладителя щелочи и фильтра щелочи. КОН постоянно добавляется в емкость с щелоком, чтобы делать 28% раствор щелочи во время циркуляции. Этот шаг выполняется только при первоначальном запуске.

Кроме того, емкость для щелока используется для хранения щелочи во время технического обслуживания установки.

Другие подсистемы

а) Система охлаждающей воды:

Охлаждающая вода делится на два потока. Один поток охлаждает раствор щелочи и газы в раме газоотделителя, а другой поток используется для выпрямительного шкафа. Существует дополнительный выбор системы охлаждающей воды с замкнутым контуром для выпрямительного шкафа, которая использует деминерализованную воду, чтобы предотвратить образование накипи системы охлаждения выпрямительного шкафа в течение длительного срока службы.

Поток охлаждающей воды регулируется пневматическими мембранными регулирующими клапанами для достижения цели контролируемой рабочей температуры. Охлаждающая вода в основном используется для охлаждения раствора щелочи в охладителях щелочи. Она также передается в оба газоохладителя для охлаждения водорода и кислорода. Охлаждающая вода также необходима для охлаждения панели шкафа выпрямителя.

б) Инструментальный воздух:

Инструментальный воздух подается на управляющие клапаны основного измерительного прибора вспомогательных модулей, такие как пневматические мембранные регулирующие клапаны.

в) Продувка азотом:

Установка снабжена линией продувки азотом для очистки системы перед запуском установки. Обязательно выполнять продувку во время первоначального запуска или технического обслуживания, а также для проверки утечек перед запуском системы. Во время первого использования резервуара для хранения водорода (если применимо) или технического обслуживания перед его использованием необходимо провести продувку азотом и проверить на утечку.

г) Сливная система:

Сливные форсунки оборудованы на электролизере, фильтрах щелочи, резервуаре щелочи и резервуаре для деминерализованной воды.

д) Газоанализаторы:

Для мониторинга содержания H₂ в O₂ предусмотрен онлайн-анализатор водорода. Обычно содержание водорода в газообразном кислороде составляет менее 1,5%. Он также имеет встроенную сигнализацию заданного значения, если уровень водорода превышает 1,5%. В таком случае отключается вся водородная установка.

Предоставляется онлайн-анализатор O₂ в H₂, который анализирует образец газообразного водорода. Это цифровой анализатор с диапазоном содержания кислорода от 0 до 0,2%. Он также имеет сигнал тревоги, если содержание кислорода в газообразном водороде превышает 0,2%.

е) Детектор утечки водорода:

Два датчика утечки водорода предусмотрены в потолке контейнера над установкой по производству водорода. Эти детекторы постоянно обнаруживают водород в атмосфере. В случае утечки водорода, детектор немедленно отправит сигнал программе управления ПЛК для отключения системы генерации водорода. Это гарантирует защиту помещения водородной установки от накопленного H₂ для безопасности и надежности.

Границы установки

Все материалы / аксессуары, необходимые для пуско-наладки и бесперебойной работы установки, должны поставляться продавцом (за исключением снабжения коммунальных услуг до 1,5 м на установке по производству водорода одной строительной колонны, далее все распределение будет осуществляться в рамках объема поставки продавца).

Материалы для монтажа включают, но не ограничиваются: кабели, медную шину с наконечниками, сальники, обжимные кольца, трубопровод с клапанами и фланцами, но также включают все аксессуары в пределах возможностей продавца.

Точки врезки для системы генерации водорода на салазках как указано ниже.

Объем поставки

Генератор водорода:

Блок предохранительного клапана:

Измерительные приборы

Вспомогательное оборудование

1) водоочистка
2) Емкости с питательной водой и щелоком, объем= 3 м³, SS304
3) Система сжатого воздуха для управления ПЛК
4) Система градирни
5) Монтажные материалы
• Медные шины между трансформатором, выпрямителем и электролизером
• Электрические и контрольные кабели между салазками
• Трубопроводы и фитинги между салазками

ЗИП для ввода в эксплуатацию, которые будут поставляться с установкой

Тип установки: установка производства водорода с паровым риформингом серия 1000-10000 (нм3/ч)

Производительность: 7 000 нм3/ч (1,013 бар, 273,15 K)

Давление: 30 бар (абс.) на нагнетании компрессора Н2

Чистота: мин. 99,9 % об.

Исходное сырье: природный газ

Монтаж: частично на открытом воздухе, частично в помещении

Предложенная установка производства водорода блочной конструкции характеризуется эффективным энергопотреблением, высокой надежностью и безопасностью, является автоматизированной, требует минимального управления и обслуживания.

Компания обладает большим опытом производства и эксплуатации установок производства водорода с дистанционным управлением без постоянного присутствия обслуживающего персонала (работа в автоматическом режиме). Поэтому при необходимости может быть оказана услуга дистанционного управления установкой.

БЛОЧНАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Все установки предварительно собраны и поставляются как готовый сборный блок, что позволяет сократить время монтажа на месте и стоимость пусконаладочных работ. Компоненты системы по возможности устанавливаются на скиде (салазках), за исключением крупных компонентов, таких как печь риформинга. На строительной площадке необходимо будет установить только соединительные трубы и электропроводку.

ПОЛНОСТЬЮ АВТОМАТИЧЕСКОЕ, ВКЛЮЧ. СИСТЕМУ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Все установки предназначены для автоматической работы и работы без дежурного персонала. Все системы могут быть спроектированы для автоматического включения и выключения и автоматической регулировки нагрузки с больших расстояний с помощью системы дистанционного управления. Что возможно только благодаря продуманной концепции управления, контрольноизмерительной аппаратуры и безопасности всех систем.

ВЫСОКАЯ НАДЁЖНОСТЬ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

Многолетний опыт проектирования и производства оборудования гарантирует высокую надежность всех систем. Основные принципы компании: высокое качество и высокие стандарты безопасности, а также исполнение для длительного срока службы - были проверены и признаны во всех применимых отраслях промышленности.

• Печь риформинга с пламенем верхней части;
• Расположение труб риформинга в один ряд (меньше проблем с системой выпускного коллектора);
• Симметричное горение из-за расположения горелок с обеих сторон труб (чтобы избежать изгиба труб риформинга / уменьшить напряжение для труб риформинга → аналогичная конструкция, как для очень больших установок H2);
• Длительный срок службы труб риформинга и катализатора риформинга за счет установки противовесов для труб риформинга (компенсация примерно 90% от собственного веса);
• Эксплуатация установки риформинга при отрицательном давлении из соображений безопасности (при утечке горячий газ не может покинуть камеру риформинга и причинить вред персоналу или другому оборудованию);
• Разработка индивидуального технологического процесса для достижения оптимальных инвестиционных и эксплуатационных затрат;
• Благодаря установке нескольких горелок, эксплуатационная готовность установки повышается, т.к. установка может работать в течение короткого периода при частичной нагрузке, например, в случае выхода из строя одной из горелок;
• Низкий расход охлаждающей воды за счет оптимизированной рекуперации тепла в линии технологического газа с помощью ряда теплообменников.

Технология производства H2 включает следующие технологические этапы:

• Смешивание природного газа (сырьевой поток) с рециркулирующим потоком H2 и сжатие (опция);
• Предварительная обработка подаваемого продукта и смешивание с технологическим паром;
• Процесс парового риформинга природного газа паром под давлением;
• Конверсия CO: CO+H2O=CO2+H2;
• Очистка технологического газа в 4-х слойной адсорбционной установке с переменным давлением (КЦА) до чистоты мин. 99,9 об.-%. Итоговый продукт H2 генерируется с давлением 30 бар (абс.) на выходе из установки компрессорной установки.

Для экономии топлива применяется оптимизированная система утилизации отходящего тепла, в которой вырабатывается необходимый технологический пар. И поскольку отводить пар не требуется, воздух для горения будет предварительно нагрет до прибл. 350-400 °C в воздухоподогревателе (установлен в секции утилизации отходящего тепла. Таким образом будет сэкономлено топливо (природный газ).

Расчетный коэффициент работоспособности (надежности) установки производства H2 более 99% в, не учитывая периодов нормальных плановых остановов для технического обслуживания.

Установка производства H2 предназначена для работы в нормальном режиме непрерывно и полностью автоматически в диапазоне от 100% до 30%. Даже во время пуска и останова компьютерная программа безопасного пуска и останова позволяет выполнять операции из контейнера управления или из диспетчерской. Таким образом, горелки в верхней секции печи (пентхаусе) риформинга будут зажигаться из контейнера управления / диспетчерской. Необязательно, чтобы оператор вручную зажигал горелку внутри верхней секции печи (пентхауса) с помощью запальной трубки.

В случае сбоя установка автоматически переводится в безопасное состояние или останавливается, и срабатывает сигнализация. Наивысшим приоритетом является безопасность предприятия, за которым следует надежность работы. Это означает, что если есть какая-либо опасность для людей или какого-либо оборудования, установка переходит в безопасное состояние, если нет другой альтернативы. Концепция этого аварийного останова будет согласована с концепцией аварийного останова заказчика.

Профиль давления установки короткоцикловой адсорбции (КЦА) регулируется из контейнера управления или из диспетчерской. Мониторинг и управление установкой, а также запуск и остановка установки выполняются из контейнера управления или из диспетчерской.

При запуске или остановке установки, а также в случае отказа технологический газ / водород будет выброшен в атмосферу. Рекомендуется периодически совершать обходы установки производства H2.

Конструкция всей установки основана на стандарте в соответствии с применимыми немецкими / европейскими правилами, нормами и правилами (то есть DIN, VDE, UVV, CENELEC, PED, AD-Merkblatt). Что в полной мере соответствует/превосходит требования стандартов ГОСТ.

Установка монтируется в помещении, за исключением печи риформинга, дымовой трубы и емкости продувочного газа. Здание(я) / цех(а) должны быть оборудованы достаточной вентиляцией воздуха (детали будут предоставлены во время выполнения проекта), датчиками газа и отоплением в зимнее время. Диспетчерская будет располагаться внутри здания(й) / цеха(ов) рядом с установкой производства H2 (макс. расстояние 5 м).

Секция утилизации дымового газа / отходящего тепла, печь риформинга, секция деаэратора (если есть), воздуходувки / вентиляторы, контрольный контейнер, анализаторы, а также клеммные / распределительные коробки, электрообогрев и освещение классифицируются как / для невзрывоопасной зоны.

В случае, если заказчик, проектный институт или местные органы власти определят эти зоны как зоны опасности, оборудование необходимо модифицировать. Дополнительные расходы будут определены отдельно.

Все величины давления указаны в бар абс (1 бар = 14.506 psi = 1,02 кг/см2).

Предварительная обработка подаваемого сырья

Поступающий на границу установки природный газ под давлением 5 бар (абс.) будет разделен на два потока. Один поток будет использован в качестве топлива и направлен в горелку установки риформинга. Другой поток (сырье) будет смешиваться с рециркулирующим потоком H2. Сырье + рециркулирующи H2 сжимается компрессором природного газа до прибл. 20 бар (абс.), подогревается до прибл. 390 °C в подогревателе сырья W14001, а затем подается в реактор гидрогенизации. Реактор содержит катализатор гидрогенизации (слой CoMo), в котором химически неактивные соединения серы гидрируются до H2S. Ненасыщенные углеводороды гидрируются. Одновременно температура повышается в соответствии с их содержанием в подаваемом продукте (сырье). Следующий реактор десульфуризации содержит катализатор цинкоксида, в котором сероводород абсорбируется. Слой цинкоксида рассчитан на время работы мин. 3 месяца при общем содержании серы 56 мг/нм3 в природном газе при 100% нагрузке.

Печь риформинга и HT-CO-смещения

Затем десульфурированное сырье смешивается с технологическим паром из котла, нагретое до прибл. 520 °C в пароперегревателе и подается в печь парового риформинга.

Риформинг смеси сырье/пар происходит в нагретых трубах риформинга из высоколегированного сплава, которые заполнены катализатором на основе никеля. Основные химические реакции:

CnHm + n H2O = (n + m/2) H2 + n CO (эндотермическая) CO + H2O = CO2 + H2 (экзотермическая)

Общий тепловой баланс эндотермический. Реформированный газ покидает трубы при прибл. 850 °С.

Затем газ охлаждается в охладителе реформированного газа до прибл. 350 °C за счет выработки насыщенного пара ~ 22 бар (абс.).

Риформинговый газ проходит через высокотемпературный конвертер CO-слоя, где большая часть монооксида углерода реагирует с избыточным паром, присутствующим в потоке конвертированного (риформированного) газа для образования дополнительных водорода и диоксида углерода.

CO + H2O = CO2+ H2

Реакция является экзотермической, и преобразованный газ покидает реактор при температуре прибл. 410 °С.

Рекуперация тепла из преобразованного технологического газа

Тепло преобразованного технологического газа утилизируется в теплообменниках:

• В первом теплообменнике (подогревателе сырья) тепло преобразованного технологического газа рекуперируется путем нагревания потока сырья + рециркулирующего Н2 до прибл. 390 °С.
• Второй теплообменник используется в качестве экономайзера, где питательная вода котла (уже деаэрированная и содержащая химикаты) из дегазатора / деаэратора нагревается за счет рекуперативного тепла прибл. от 100 °C до прибл. 210 °С.
• Окончательное охлаждение преобразованного технологического газа до прибл. 35 °C происходит в охладителе воды.

В процессе охлаждения избыточный пар в преобразованном технологическом газе конденсируется и отделяется в газоотделителе. Конденсат может быть переработан и повторно использован в качестве питательной воды для котла.

Преобразованный технологический газ поступает в систему КЦА.

Установка короткоцикловой адсорбции

В системе КЦА водород отделяется от примесей, например, H2O, CO, CO2, N2 и непрореагировавшего CH4.

Система КЦА состоит из 4 адсорберов с разными типами адсорбентов.

Каждый адсорбер работает при следующих условиях:

• Адсорбция: на стадии адсорбции технологический газ поступает в нижнюю часть адсорбера. Примеси адсорбируются, и высокочистый H2 покидает адсорбер сверху. Давление в установке КЦА поддерживается на постоянном уровне с помощью клапана регулирования давления на линии H2.
• Регенерация: регенерация отработанного адсорбера начинается со сброса давления до низкого уровня. На этом этапе большая часть газа будет использоваться для восстановления давления и продувки адсорберов, которые находятся на разных стадиях регенерации. Газ для сброса давления подается в емкость для продувочного газа.
• Продувка: давление в адсорбере теперь находится на низком уровне, близком к атмосферному. Адсорбер продувается газом из другого адсорбера. Продувочный газ направляется в емкость для продувочного газа.
• Повторное давление (повторное повышение давления): давление в адсорбере после продувки будет увеличено до давления адсорбции. Это будет осуществляться за счет сброса давления газа из другого адсорбера и, наконец, за счет рециркулирующего потока продукта H2. Адсорбер регенерирован и будет переключен на адсорбцию.

В любой момент цикла один адсорбер системы с 4 слоями работает, а другие находятся на различных стадиях регенерации. Система управления КЦА реализована с помощью программируемой компьютеризированной логической системы управления (PLC), которая обеспечивает высокую эффективность системы КЦА.

Эта система автоматически регулирует продолжительность цикла адсорберов, таким образом, во всех случаях частичной нагрузки будет достигнуто оптимальное восстановление H2. Небольшой поток H2 будет рециркулировать и сжиматься вместе с подачей природного газа в компрессоре(ах) природного газа (предлагается в качестве опции). Продукт H2 отправляется к (в) водородной компрессорной станции.

Последующее сжатие продукта водорода до 30 бар (абс.) происходит в водородном компрессоре.

Продувочный газ из установки КЦА содержит примеси H2O, CO2, CO, N2, CH4 и некоторое количество H2. Продувочный газ подается в буферную емкость для продувочного газа, которая спроектирована для минимизации колебаний концентрации продувочного газа, теплотворной способности и числа Воббе. Продувочный газ возвращается в установку риформинга и используется в качестве топлива. Во время нормальной работы большая часть необходимого тепла в печи обеспечивается этим продувочным газом. Дополнительное необходимое тепло вырабатывается за счет сжигания природного газа (топлива), поступающего из-за границы установки.

При необходимости профиль давления можно отрегулировать из контейнера управления (или) из диспетчерской с помощью перепускных электромагнитных клапанов на клапанах адсорбера. Если КЦА останавливается, но может быть запущена и работать позже в той же последовательности, что и до остановки, нет необходимости заново регулировать профиль давления.

Система питательной котловой воды (BFW)

Питательная вода для котлов (предварительно дегазированная и обработанная хим. реагентами), поступающая из-за границы установки, нагревается прибл. до 210 °C в экономайзере перед подачей в котел дымовых газов.

Система рекуперации тепла дымовых газов

Горячий дымовой газ, поступающий из радиантной секции установки риформинга, используется следующим образом:

• Перегрев технологического пара и подаваемого сырья в перегревателе до прибл. 520 °С.
• Производство технологического пара в котле.
• Предварительный нагрев воздуха для горения прибл. 350 - 400 °C в подогревателе воздуха для горения.

Охладитель конвертированного (риформированного) газа встроен в котел дымовых газов. Правильная температура на выходе конвертированного (риформированного) газа контролируется внутренним байпасом для обеспечения оптимальных рабочих условий для всех случаев частичной нагрузки.

При необходимости будет предусмотрен глушитель на котле. Предусмотрен ручной байпас для дымовых газов.

В качестве стандартных условий для определения 1 нм3 принимаются следующие условия: температура 0 °C и давление 1,013 бар (стандартные условия). Указанные расчетные данные определены для номинальной работы установки при 100% нагрузке с температурой окружающей среды 20 °C и скорости ветра 2 м/с.

Условия окружающей среды

Условия в помещении:

Температура воздуха:

Установка снаружи: мин. + 5°C макс. + 40°C

Температура воздуха: мин. - 36°C макс. + 41°C

Расчетная температура: -32°C для оборудования, установленного снаружи

+20°C (для энергопотребителей)

Высота над уровнем моря: уровень моря

Загрязнение воздуха: нет

Сейсмический район: не учтено

Среднее барoметрическое давление: 765 мм рт ст

Снеговая нагрузка: 120 кг/м²

Влажность, средняя/относительная: 67% / 83%

Ветровая нагрузка: 2,4 м/с

Продукты производства УПВ

Отводимый Пар

Количество: не предусмотрено

Давление: примерно 22 бар (абс)

Температура: температура насыщения

Избыток образующегося пара (для регулирования давления в паровом барабане (коллекторе)) будет подаваться в существующую паровую сеть или отправляться в атмосферу.

Технологический конденсат

Количество: прибл. 3 700 кг/ч (расчетное)

Давление: макс. 14 бар (абс)

Температура: прибл. 30-70°C

Технологический конденсат будет направлен за границы УПВ в установку подготовки питательной воды заказчика. Конденсат содержит растворенные газы H2, CO, CO2, CH4 и N2. Значение pH прибл. равно 5.

Выброс дымовых газов

Количество: прибл. 18 000-18 500 нм³/ч

Температура: прибл. 300-400 °C

CO2 прибл. 18 об.%

H2O прибл. 19 об.%

Ar + N2 прибл. 61 об.%

O2 прибл. 2 об.%

NOХ < 150 мг/нм³ (расчетный)

< 200 мг/нм³ (гарантированный и в соотв. с законом о контроле загрязнения воздуха)

CO < 50 мг/нм³ (расчетный)

< 80 мг/нм³ (гарантированный и в соотв. с законом о контроле загрязнения воздуха)

SOХ < 20 мг/нм³ (расчетный, но зависит от содержания серы в природном газе)).

Природный газ

Состав (об.%):

Никакой пыли или частиц механических примесей.

Содержание H2S < 20 мг/Нм³

Меркаптаны (Mercaptane) < 36 мг/Нм³

→ среднее общее содержание серы:

Общее содержание серы для расчета 56 мг/Нм³

реактора десульфуризации: 56 мг/Нм³ природного газа на 3 месяца

Давление на границе установки: 5 бар (абс)

Температура:

Низшая теплотворная способность LHV окружающей среды

(типичное значение для газа): 8756 ккал/Нм³

Примечание:

Если доступен природный газ с характеристиками, немного отличающимися от вышеупомянутых предельных значений, это не повлияет на конструкцию установки. Показатели потребления могут быть рассчитаны приблизительно исходя из линейной зависимости относительно низшей теплотворной способности (LHV). При этом необходимо учитывать основные критерии:

a) содержание олефинов соответствующих ненасыщенных углеводородов: ноль

b) содержание S: если будет использоваться природный газ с более низким содержанием S, чем указано выше, абсорбционная способность и соответствующее время работы слоя цинкоксида будут увеличены.

c) Одоризация (ароматизация / THT) природного газа не учтена.

Потребление природного газа:

сырье + горючее: 3120 нм³/ч (основываясь на указанной выше спецификации газа).

Охлаждающая вода

Давление на границе установки:

(вход): мин. 6 бар (абс) макс. 9 бар (абс)

(выход): прибл. 4 бар (абс)

Температура: (вход): мин. 28 °C макс. 30 °C

Увеличение температуры:

∆T: 10 °C

Количество: прибл. 290 м³/ч (расчетное, для охлаждения технологического газа)

плюс: прибл. 18 м³/ч (расчетное, для компрессора природного газа)

плюс: прибл. 30 м³/ч (расчетное, для компрессора H2)

Качество: чистый, не коррозийный, без соленой воды

Значение pH 7 – 9

Общая жесткость < 12 °dH (°Ж)

Жесткость карбоната 3 – 10 °dH(°Ж)

Хлорид < 50 мг/л

Сульфат < 200 мг/л

Диссоциированная угольная кислота (H2CO3) 0 мг/л

Аммиак (NH3) 0 мг/л

Сульфид водорода (H2S) 0 мг/л

Масло, смазка < 5 мг/л

Содержание O2 4 – 6 мг/л

Содержание Fe < 0,2 мг/л

Взвешенные твёрдые частицы < 50 мг/л

Макс. размер частиц 0,1 мм

Фосфат < 0,1 мг/л

Нитрат < 30 мг/л

Марганец < 0,2 мг/л

Электропроводность < 1000 мкСм/см (µS/cm)

Питательная котловая вода

(подходит для образования пара мин. 25 бар (абс) в соответствии с DIN EN 12953-10; TRD 611; VdTÜV-TCh 1453).

Давление на границе установки: (вход): 29 бар (абс)

Температура: (вход): 105 °C

Спецификация питательной воды котла (в соответствии с DIN EN 12953-10; TRD 611; VdTÜV-TCh 1453) – дегазирована и обработана соответствующими хим. реагентами (поглотитель растворённого в воде кислорода и агент для ощелачивания, например сульфит и фосфат), для соответствия параметрам, указанным для котловой воды)

Качество: чистая, фильтрованная через 100 µм фильтр, бесцветная, без твердых частиц.

pH при 25 °C > 9,2

Общая жесткость < 0,05 °dH (°Ж)

(Ca2+ + Mg2+) (< 0,009 ммоль/л или < 0,9 ppm как CaCO3)

Итого щёлочноземельные металлы < 0,01 ммоль/л

Кислород O2 < 0,02 мг/л

Электропроводность прибл. 50 мкСм/см (µS/cm) при 25 °C

Двуокись углерода (связанный) < 25 мг/л (как HCO3- и CO32-)

Железо, итого (Fe) < 0,03 ppm (w/w) / мг/л

Медь, итого (Cu) < 0,005 ppm (w/w) / мг/л

Масло < 1 мг/л

Окисляемость /потребление KMnO4 < 10 мг/л

SiO2 < 1 мг/л

Потребление: прибл. 9 500 кг/ч

прибл. 11 900 кг/ч (расчетное)

Расход питательной воды котла между 100% и 50% будет изменяться практически линейно в зависимости от производительности по H2. Ниже 50% потребление остается постоянным.

Примечание: Технические характеристики подаваемой деминерализованной воды все еще находятся в стадии оценки. Необходимые изменения в конструкции должны быть обработаны отдельно / позже.

Воздух КИП

Качество: сухой, без содержания масла, без содержания пыли

Давление: мин. 7 бар (абс)

Температура: окружающей среды

Количество: прим. 70 нм³/ч

Температура насыщения: -40°C или меньше

Электроэнергия (расчет) (400 В, 50 Гц, 3 фазы)

Общее: прибл. 185 кВт на валу при нормальной эксплуатации при 100 % нагрузке

плюс: прибл. 235 кВт на валу компрессора природного газа прибл. 355 кВт на валу компрессора водорода

плюс: прибл. 5 кВт для климатического кондиционера в диспетчерской / контейнере управления

плюс: электроэнергия для освещения и сопроводительного обогрева, когда необходимо.

плюс: электроэнергия для электрического обогревателя энергоносителей (когда необходимо).

Дозирование химических веществ

Качество: нормальное промышленного значения, имеющийся в наличии

Количество: в зависимости от качества деминерализованной воды

Азот для продувки

Непрерывный поток азота для продувки анализаторов и продувочных линий (при необходимости).

Содержание N2: мин. 99,99 об.-%

Давление: мин. 7 бар (абс)

Температура: окружающей среды

Энергоносители, необходимые во время первичного пуска

Энергоносители для первоначального пуска (азот для продувки установки, водород для восстановления катализаторов (при необходимости) и т. д.) должны быть обеспечены Заказчиком бесплатно.

Энергоносители, необходимые во время нормальной пуско-наладки и останова

Азот (только для пуско-наладки и останова)

Количество: прибл. 1120 Нм3/ч

Содержание N2: мин. 99,99 об.-%

Время (продолжительность): прибл. 6-12 ч

Давление: мин. 7 бар (абс)

Температура: окружающей среды

H2 из емкостей или хранилища (для десульфуризации во время пуско-наладки)

Количество: прибл. 84 нм3/ч

Чистота: мин. 99,9 об.%

Время (продолжительность): прибл. 6-8 ч

Давление: 22 бар (абс)

Катализаторы и адсорбенты

Катализатор гидрогенизации

Ожидаемый срок службы CoMo-катализатора можно считать 4-6 лет.

Катализатор десульфуризации

Срок службы слоя цинкоксида зависит от содержания серы в сырье. Конструкция слоя рассчитана на работу не менее 3 месяцев при 100% нагрузке и содержании серы в природном газе не более 56 мг / нм3 природного газа.

Катализатор риформинга пара

Расчетный срок службы катализатора на никелевой основе составляет 4-6 лет.

HT-CO катализатор конверсии

Расчетный срок службы катализатора на основе железа составляет 4-6 лет.

Адсорбер в установке КЦА

Ожидаемый срок службы: более 10 лет.

Сверху и / или внизу каждого слоя катализатора в реакторе десульфурации и в реакторе конверсии будет установлен слой керамических шариков, чтобы не допустить попадания пыли в слои и обеспечить лучшее распределение потока через слой (слои).

Будет поставлено следующее оборудование:

Реакторы, барабаны (коллекторы), емкости

Теплообменники

Исполнение печи риформинга

Конструкция печи риформинга

Печь риформинга имеет прямоугольную форму. Стены и крыша футерованы керамическим волокном. Пол, нижняя часть стены и дымоход футерованы жаропрочным материалом и огнеупорным кирпичом. У печи риформинга будет верхняя часть печи (пентхаус) с разборной крышей. Топка оборудована смотровыми окошками, лестничной клеткой, одной взрывозащитной дверцей и одной дверцей для осмотра и обслуживания. Изоляция / огнеупор для печи риформинга будет поставляться отдельно и должен быть установлен на месте во время монтажа водородной установки.

Нагрев вырабатывается горелками с принудительной тягой с низким уровнем выбросов NOx, установленными в своде печи.

По соображениям безопасности печь риформинга будет работать при отрицательном давлении (от -2 до -3 мбар).

Система горелок и розжиг горелки

Система горелок с принудительной тягой предназначена для работы с природным газом и продувочным газом. Благодаря эксплуатационной гибкости системы горелок, работа установки может производиться в диапазоне от 100% до 30%.

Автоматический и дистанционный розжиг из диспетчерской или из контейнера управления осуществляется следующим образом. Система горелок оснащена УФ-ячейкой. Система горелок оборудована устройством розжига в соответствии с правилами EN.

Поскольку розжиг системы горелок осуществляется электрическими воспламенителями из диспетчерской, помощь второго оператора для установки производства H2 не требуется.

Трубы Риформинга

Трубы риформинга центробежного литья изготовлены из жаропрочного хромоникелевого сплава. Трубы приварены к выпускным коллекторам.

Разгрузка труб печи риформинга (до 90% от их собственного веса) осуществляется с помощью противовесов из стали / бетона, которые подвешиваются на роликовой системе в верхней части печи (пентхаусе).

Трубы расположены в один ряд, горелки установлены по обеим сторонам ряда труб, таким образом, трубы нагреваются симметрично и равномерно.

Трубы печи риформинга прочно приварены к выходному коллектору прямыми выходными трубами. Таким образом, утечки быть не может.

Секция рекуперации отходящего тепла

Дымовой газ выходит из топки внизу и попадает в секцию рекуперации тепла отходящих дымовых газов, которая устанавливается на уровне фундамента. Секция состоит из:

• перегреватель (пароперегреватель)
• котел дымовых газов с внутренним байпасом для регулирования температуры дымовых газов. Таким образом, во всех случаях частичной нагрузки можно отрегулировать оптимальные условия.
• охладитель реформированного (конвертированного) газа для охлаждения реформированного (конвертированного) газа от прибл. от 850 °C до 350 °C за счет генерации насыщенного пара. Охладитель реформированного (конвертированного) газа встроен в котел дымовых газов. Температура реформированного (конвертированного) газа на выходе регулируется внутренним байпасом, поэтому во всех случаях частичной нагрузки будут достигнуты оптимальные условия процесса.
• устройство предварительного подогрева воздуха для горения для нагрева воздуха для горения прибл. 350 - 400 °С.

Дымовой газ покидает секцию дымового газа через трубу. При необходимости предусмотрен глушитель на дымовом котле.

Для поддержания качества питательной воды в котельной системе предусмотрена система продувки котла. Фактический объем которой зависит от качества подаваемой воды. Обычно достаточно 2% - 2,5% от количества питательной воды котла. Система продувки котла работает автоматически.

Установка рекуперации отходящего тепла расположена на уровне земли, что значительно упрощает техническое обслуживание. Котел будет обеспечен достаточной водозадерживающей способностью, чтобы в случае сухого хода во время аварийного отключения трубы были защищены от перегрева в соответствии с правилами.

Машины (воздуходувки, компрессоры, насосы итд.)

Наименование	Тип	Среда
Компрессор природного газа	Плунжерный	Природный газ плюс водород
Устройство подачи воздуха на сгорание	Радиальный вентилятор с регулируемой частотой	воздух, поступающий на сгорание
Вентилятор дымового газа	Радиальный вентилятор с регулируемой частотой	Дымовой газ
Центральная воздуходувка	Радиальный вентилятор	Воздух
Компрессор водорода	плунжерный	Водород

КИП

Концепция КИП для предлагаемой установки производства водорода позволяет полностью автоматизировать работу в диапазоне от 30% до 100%. Для запуска и останова предусмотрена программа безопасности.

В качестве субпоставщиков будут выбраны только первоклассные производители.

Будут поставлены два ПК (SIEMENS), четыре TFT-экрана 21" и один принтер. Важные данные процесса будут храниться в виде трендов (графиков технологического процесса) в течение минимум одного года. Ежемесячные отчеты будут храниться мин. один год. Технологические графики контроллера контроллера, отчеты о последовательности сигналов и ежедневные журналы будут храниться в течение трех месяцев. Во время пуско-наладочных работ обе станции ПК будут установлены в контейнере управления. Позже станцию(ии) можно будет установить в существующей диспетчерской. Кабельная проводка для ПК между контейнером управления и диспетчерской на (существующих) кабельных лотках не входит в объем поставки.

Анализаторы (КИП)

Содержание O2 в дымовых газах непрерывно измеряется анализатором O2, (Принцип измерения: Zirkonium-Sonde – циркониевый зонд). Таким образом, во всех случаях частичной нагрузки гарантируется экономичная работа печи риформинга. Второй анализатор O2 (SIL1) предусмотрен из соображений безопасности.

Обычно, если содержание CO не превышает предельных в продукте H2, можно гарантировать, что все другие примеси также находятся в допустимых пределах. Поэтому постоянно работающий анализатор CO (на основе инфракрасного метода измерения) предлагается в качестве опции. Анализатор с газовым детектором будет установлен внутри контейнера управления или в шкафу. Сигнал (4-20 мА) от этого анализатора подается на ПЛК системы управления ПЛК. В случае, если качество вырабатываемого H2 является неудовлетворительным, продукт H2 может быть удален автоматически.

Сигнальное оповещение

Весь КИП, который влияет на рабочие параметры установки, оснащен сигнализацией. Эти аварийные сигналы указывают на отклонение от проектных условий и предупреждают оператора об изменении состояния какого-либо участка установки.

Там, где это возможно, сигналы на аварийное отключение снабжены предварительной сигнализацией. Это позволяет оператору в некоторых случаях устранить неисправность до того, как отключение действительно произойдет, и предотвратить останов установки. Концепция системы аварийной сигнализации состоит в том, чтобы дать оператору достаточное предупреждение о том, что произошло отклонение от проектных условий, чтобы он мог действовать соответствующим образом и, когда это возможно, предотвратить отключение установки. Охранная сигнализация оснащена указателями на экране ПК. Тип тревоги регистрируется в записях об аварийных сигналах.

Приборы аварийного отключения (система аварийного отключения) Несмотря на то, что трудно определить износ оборудования из-за быстрых остановов, считается (признается), что при каждом быстром отключении возникает некоторое напряжение материала. Поэтому упор делается на «ЧП». Там, где это возможно, каждое устройство останова оснащено системой предварительной сигнализации, которая предупреждает оператора о необходимости действий, которые могут предотвратить аварийный останов установки.

Любые параметры управления, отклонение которых от нормы может привести к повреждению катализаторов или оборудования, оснащается устройством отключения, которое автоматически отключает установку до достижения опасного состояния. Эта система аварийного останова переводит установку в безаварийное состояние.

Эксплуатационная Гибкость

Рабочий диапазон установки от 30% до 100%. При производительности менее 50% отношение пара к углероду будет увеличиваться для обеспечения достаточного потока через трубы риформинга. Для обеспечения правильного распределения дымовых газов в топке печи риформинга при низкой производительности процесс осуществляется с большим количеством воздуха.

Управление системой КЦА

Предлагаемая система КЦА состоит из 4 адсорберов и запрограммирована на автоматическое регулирование продолжительности цикла при изменении производительности установки. Для КЦА будут использоваться клапаны Samson.

Система управления подачи печи риформинга

Основное назначение системы управления подачей в печь риформинга - поддерживать правильное соотношение потока пара и углерода в сырье. Крайне необходимо, чтобы всегда, даже во время изменения нагрузки, в печь риформинга подавалось достаточное количество пара. Таким образом, система управления обеспечивает:

а) При увеличении производительности в первую очередь происходит увеличение количества пара, а затем - количество углерода;

б) При уменьшении производительности в первую очередь происходит уменьшение количества углерода, а затем - пара.

Система контроля топлива

В основе концепции системы контроля топлива лежит требование, что прежде всего необходимо сжигать продувочный газ из блока КЦА. Дополнительное тепло, необходимое для пополнения теплового баланса, поступает от топлива (например, природного газа).

Вкратце, весь продувочный газ из установки КЦА сжигается в печи риформинга, поток дополнительного топливного газа регулируется через каскадную систему с помощью температуры технологического газа, выходящего из печи риформинга.

Система контроля

Автоматическое управление осуществляется компьютеризированной системой марки: SIEMENS.

Надписи на экране будут на русском и английском языках.

Предусмотрена отказоустойчивая система ПЛК SIEMENS

Регулирующие клапаны

Регулирующие клапаны выбраны по критериям:

Высокая надежность

Простота обслуживания

Герметичность

Предохранительные устройства (предохранительные клапаны)

При необходимости устанавливаются предохранительные клапаны. На котле дымового газа будет установлен одинарный предохранительный клапан.

Электрооборудование

Поставляемое электрооборудование внутри границы установки состоит из:

• Двигатели для электрооборудования.
• Электрические кабели внутри скидов (блоков) к клеммным / распределительным коробкам в соответствии со стандартом
• Переключатели / шкафы
• Оцинкованный материал заземления над уровнем: «ноль»
• Клеммные / распределительные коробки на скидах (блоках)

Трубопровод, изоляция, конструкционная сталь, окраска, шумоподавление, обогрев

Трубопровод

Спецификация и конструкция классов материалов трубопроводов соответствуют стандарту, разработанному в соответствии со стандартом DIN. Материал трубы будет подвергнут пескоструйной очистке перед сваркой, а не после сварки. Трубопроводы, фитинги и т.д. будут расположены, рассчитаны и спроектированы таким образом, чтобы не было никаких отказов во время эксплуатации, чтобы рабочие коридоры не были загорожены и чтобы был обеспечен доступ ко всем установкам завода. Продольная деформация будет компенсироваться упругой деформацией труб таким образом, чтобы не возникла остаточная деформация или недопустимые напряжения. Соединительный трубопровод (поставляется незакрепленным на прямой длине) входит в объем поставки.

Радиография для 10% трубопроводов природного газа, трубопроводов технологического газа и трубопроводов водорода (не для охлаждающей воды, воздуха КИП и т.д.) входит в объем поставки.

Примечание: установка будет рассматриваться как единое целое, конструкция будет соответствовать применимым немецким / европейским правилам и нормам и правилам (см. пункт 5) с фланцами ANSI / ASME на границе установки.

Изоляция

Изоляционный материал для защиты от низких температур технологического оборудования / трубопроводов итд, установленного на открытом воздухе, и изоляционный материал для защиты от тепла должны быть предусмотрены заказчиком и установлены на месте. Для защиты изоляции необходимо использовать оцинкованный лист.

Конструкционная сталь, лестницы, решетка

Металлоконструкции, лестницы, решетки внутри границы установки входят в объем поставки.

Окраска и обработка поверхности Части из углеродистой стали будут: очищены от ржавчины в соответствии с DIN 55928 часть 4.

Части из нержавеющей стали будут: протравлены и пассивированны; сварные швы перед травлением очищаются щеткой.

Материл будет подвергнут пескоструйной очистке перед сваркой, а не после сварки. На оборудование (например, реакторы, сосуды, стальные конструкции и т. д.) будет нанесено грунтовочное покрытие (2 х 40мкм) и финишное покрытие (2 х 40мкм). На изоляционный материал с температурой процесса выше 60 °C наносится грунтовочный слой. Оборудование из нержавеющей стали окрашиваться не будет.

Машины, КИП, электрооборудование, и вспомогательные (второстепенные) компоненты будут окрашены в соответствии со стандартом производителя.

Шумоподавление

Уровень звукового давления ограничен в среднем 85 дБ (A) на расстоянии 1 м от границы установки при нормальной работе, за исключением компрессора(ов) природного газа, который может иметь до 87 дБ (A). Измерение необходимо проводить в свободной зоне.

Обогрев

Поскольку температура в помещении даже зимой выше +5 °C, электрообогрев не требуется / не предусматривается для оборудования, установленного внутри помещения. Поскольку температура наружного воздуха в зимнее время ниже +5 °C, для оборудования, установленного снаружи, необходимо предусмотреть электрообогрев.

Граница установки / зона УПВ

Приблизительная площадь для установки оборудования 45 м x 30 м плюс площадь для контейнера управления. Контейнер управления будет установлен на расстоянии 5 м от установки производства H2. Особых фундаментных работ не требуется. Достаточно бетонной плиты с расчетом 2,5 кг / см2. Самым тяжелым оборудованием является емкость для продувочного газа при испытании на водонепроницаемость.

УПВ будет частично установлена внутри помещения, а частично на открытом воздухе

Модульная установка получения водорода, представляет серию высокоэффективных установок повышенной безопасности. Она предназначена для автоматической работы с основным упором на надежность и гибкость эксплуатации при минимальном надзоре и техническом обслуживании и длительный срок службы.

По желанию возможна удаленное управление завода через интернет. Все оборудование установки предварительно собирается и доставляются в виде сборных единиц, что позволяет сократить время монтажа на месте и сэкономить затраты во время монтажа и ввода в эксплуатацию.

Особенности

• Печь риформинга с верхним пламенем
• Расположение труб риформинга в один ряд (меньше проблем с системой выпускного коллектора)
• Симметричное горение горелками с обеих сторон трубок, аналогичная конструкция, как для очень больших установок)
• Длительный срок службы трубок риформинга и катализатора риформинга, за счет установки противовесов для трубок риформинга (освобождая примерно 90% от его веса)
• Эксплуатация установки риформинга при отрицательном давлении из соображений безопасности (даже в случае любой утечки горячий газ не может покинуть камеру риформинга и причинить вред человеческому телу или другому оборудованию)
• Разработка индивидуального технологического процесса для достижения оптимальных инвестиционных и эксплуатационных затрат.
• Благодаря установке нескольких горелок, эксплуатационная готовность установки еще больше повышается, поскольку установка может работать в течение короткого периода при частичной нагрузке, например, в случае выхода из строя одной горелки.
• Низкий расход охлаждающей воды за счет оптимизированной рекуперации тепла в линии технологического газа с помощью ряда теплообменников.

Установка предназначена для работы в нормальном режиме непрерывно и полностью автоматическом диапазоне от 100% до 30%. Даже во время пуска и останова компьютерная программа пуска и останова позволяет выполнять операции управления. Таким образом, горелки в установки риформинга будут зажигаться из контрольного контейнера / диспетчерской, без вмешательства оператора.

Конструкция всей установки основана на стандарте в соответствии с применимыми европейскими нормами и правилами (например, DIN, VDE, UVV, CENELEC, PED.)

Преимущества

• Компактность, установка (очень) большой мощности с минимальной занимаемой площадью
• Производство водорода под давлением 30 бар и чистотой не менее 99,998%.
• Динамичность, с рабочим диапазоном. 5-100%, с возможностью расчета временной перегрузки • Возможность частых запусков / остановок, с ультра-коротким временем реакции на колебания нагрузки
• Имеют долгий срок службы (не менее 10 лет) при очень ограниченных требованиях к техническому обслуживанию
Технические характеристики
• Давление на выходе 30 бар
• Качество ≥ H2 99,998%
• Время разгона мин-макс 10 с
• Запуск системы из «холодного» состояния менее 2 мин.
• 5-100%, возможна временная перегрузка (в диапазоне 10-20%, но не более 15 мин)
• Удельный расход электроэнергии 5,2 кВтч /Нм³
• Рабочая температура ± 60 ° C (охлаждающая вода выделяется при 50 ° C макс.) Практическое правило: на каждый произведенный Нм³ H2 прибл. в охлаждающий контур выделяется 1 кВт · ч тепловой энергии.
• Удельный расход водопроводной воды ± 1,5 л / Нм³
• Температура окружающей среды от -20 до + 40 ° C (возможно от -40 до + 40 ° C)

Система производства водорода с использованием технологии PEM*.

Установленная мощность определяет объём вырабатываемого водорода, кислорода и тепла.

Конструкции стандартизированы вокруг двух серий: Компактное масштабирование (25, 50, 75, 100 и 150 кВт) и МВт-масштабирование (250, 500 кВт, 1 МВт, 2 МВт и 4 МВт).

* Протообменные мембраны

Производительность

Объём вырабатываемого водорода определяется установленной мощностью. Ряд компактных серий систем стандартизирован следующим образом:

Пример установки электролиза мощностью 25 кВт в специальном корпусе

Поступающая вода

Установка для производства водорода обычно поставляется с интегрированной секцией очистки воды для получения правильной чистоты и проводимости воды, которая необходима для электролизного стека.

Электроэнергия

Система может быть спроектирована в соответствии с имеющейся мощностью. Это включает в себя наличие переменной мощности из возобновляемых источников, таких как фотоэлектрические панели или ветровых установок. На данный момент предполагается наличие электропитания 400 В. переменного тока частотой 50 Гц.

Выход водорода

Водород может производиться с различными уровнями чистоты в зависимости от требований заказчика.

Пример осушительного блока TSA (с адсорбцией при переменной температуре) для подготовки водорода от предпочитаемого нами поставщика:

Выход кислорода

Отводимое тепло

Выделение тепла происходит в результате процесса. Для поддержания оптимальной рабочей температуры и эффективности системы технологический процесс должен освобождаться от выделяемого тепла. В зависимости от наличия системы подачи охлаждающей жидкости и/или существующего контура охлаждения заказчика может быть предусмотрена точка подключения для интеграции в существующие тепловые контуры. Для отвода тепла в окружающую атмосферу, как правило, используется сухой охладитель.

Корпус

Компактные установки электролиза интегрированы в большие транспортные контейнеры. Установки легко транспортируются и готовы к подключению и работе на месте. Для контейнеров и оборудования предусмотрено утепление (при необходимости) и газовый мониторинг в целях безопасности. Вентиляция снабжена контролем расхода для обеспечения работы оборудования в безопасных условиях зоны.

Выходные характеристики водорода измеряются и передаются в местную систему управления. Автоматизация, управление и защита установки будут осуществляться посредством ПЛК, установленным внутри контейнера.

Все необходимые контрольно-измерительные приборы включены в объём поставки и интегрированы в локальную систему управления (LCS).

Система с LCS предназначена для удалённой и автономной работы.

Сбор данных, ведение журнала и удалённый доступ включены в объём поставки для целей мониторинга и устранения неполадок.

Опционально возможна интеграция связи с системами управления заказчика.

ПЛК будет с симплексными каналами связи (вход/выход). ЧМИ установлен не будет.

Для устранения неполадок и технического обслуживания возможно получить доступ к ПЛК.

Все сигналы передатчика будут доступны на интерфейсе с системой управления заказчика.

Рычаги аварийного останова для системы - как снаружи, так и внутри контейнера - будут включены в объём поставки.

Персонал компании Интех ГмбХ (Intech GmbH) всегда готов предоставить дополнительную техническую информацию по установкам для получения водорода.