Совместными усилиями к общему успеху...

с 1997 года
Дистрибьютор производителей

Генеральный партнер компании
rus eng deu fra
ita esp lat lit
kaz ukr uzb turk
English (int.) Deutsch English (USA) English Español Français Italiano Português 日本語 简体中文

Получение водорода. Изготовление, сборка, тестирование и испытание установок для получения водорода
производится на заводах в Швейцарии, Германии, Франции, Турции, США, Японии и Кореи

Получение водорода. Установки получения (производства) водорода.
Пример нашего технического решения для генератора водорода

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию различные установки для получения водорода.

Общее описание и способы получения 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 или из буровых скважин, где добывают нефть. 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

4. Риформинг и крекинг углеводородов при переработках нефти, при которых и происходит разложение этих углеводородов. В процессе крекинга нефти получается много водорода как побочного продукта. При возможном отделении этого водорода от других продуктов крекинга никакими другими методами можно не пользоваться вообще. Но, к сожалению, на нефтеперерабатывающих заводах в настоящее время сжигается водород напрасно, вместе с прочими отходами крекинга. Эти отходы, кстати, могут быть использованы с пользой.

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 газов переработки нефти или 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

установка получения водорода

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 получения водорода

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.

Общее описание установки производства водорода в помещении

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

Раб. давление 10 бар (изб.)
Макс. производительность по водороду От 4 до 60 нм³/ч
Диапазон значений производительности 40-100 % (25 - 100 % по дополнительному запросу)
Чистота водорода (до СОВ) 99,9 %, насыщенный H2O, O2 менее 1000 ppm
Чистота водорода (после СОВ) 99,998% (99,999% по дополнительному заказу), O2 менее 2 ppm, N2 менее 12 ppm
Атм. точка росы: -60°C (-75°C в качестве опции)
Энергопотребление при полной комплектации 4,9 кВтч/нм³
Напряжение 3х400 В перемен. тока ±3%, 50 Гц
Установленная мощность 100 кВА – 270 кВА
Макс. T охлаждающей воды для электролизера 40°C
Номинальный поток охлаждающей воды для электролизера 2 – 7 м³/ч
Расход деминерализованной воды менее 1 литр/нм³ H2
Электролит H2O + 30% (по весу) KOH
Прибл. объем электролита 160 – 900 л
Помещение для установки Устанавливается внутри здания
Габариты генератора водорода (ДхШхВ) 1.7 x 1.85 x 2.6 м
3.22 x 1.81 x 2.53 м
Габариты блока питания (ДхШхВ) 1.0 x 0.5 x 2.1 м
2 шт. 0.9 x 0.9 x 2.3 м
Габариты блока управления (ДхШхВ) 1.0 x 0.5 x 2 м
Приблизительный пустой вес генератора водорода 1400 – 3600 кг

Примеры предлагаемых установок для получения водорода

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:

Макс. поток водорода
Макс. поток кислорода
Макс давление
Напряжение
Выход водорода после очистки:
Чистота
Точка росы
Выход кислорода (не очищенный):
Чистота
120 м³/ч
60 м³/ч
5 бар
380 В перем.тока 3 фазы 50 Гц

99,999%
менее -60°C

99,2%

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)

установка получения водорода

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.


Диссоциаторы для получения водорода

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):

Производство водорода 40.000 л/ч
Производство кислорода 20.000 л/ч
Макс. давление 3 ÷ 8 бар
Потребление электроэнергии 228 кВт/ч
Потребление воды 38 л/ч
Охлаждающая вода Прим. ~ 10 м³/ч макс. 30°C
Питающее напряжение 400 В перем.тока
3 фазы
Частота 50/60 Гц
Размеры:
Д х Ш х В
Производящая установка
Блок управления
Трансформатор


300x170x300 см
80х70х230 см
110x95x125 см
Общий вес:
Производящая установка
Блок управления
Трансформатор

3.200 кг
200 кг
900 кг
 
Чистота газа водород более 99.5 %
Точка росы до: 0°C

Пример технического решения для генератора водорода

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

генератор водорода

Технические характеристики

Производительность по водороду (3 блока по 80 нм³/ч) 240 нм³/ч
Производительность по кислороду (3 блока по 40 нм³/ч) 120 нм³/ч
Максимальное давление 4 бар (изб.)
Чистота продукта (водород) 99,5%
Максимальное содержание кислорода в продукте 0,5%
Точка росы ниже минус 60°C
Максимальное потребление деминерализованной воды 76 л/ч
Потребление охлаждающей воды около 10 м³/ч
Давление охлаждающей воды 1,5-5 бар
Перепад давления охлаждающей воды на входе/выходе (ΔР) ≥1,5 бар
Максимальная температура охлаждающей воды 30°C
Мутность охлаждающей воды <0,5‰
Расход азота на продувку 2-3 м³/ч
Давление азота на входе 4,5-8 бар
Температура окружающего воздуха от плюс 5 до плюс 35°C
Степень защиты IP 20
Максимальный уровень шума на расстоянии 1,6 м <70 дБА

Характеристики электропитания:

Установка производства водорода 380 В (переменный ток) / 3 ф / 50 Гц
Дополнительное оборудование 230 В (переменный ток) / 1 ф / 50 Гц
Максимальный ток 660 А
Максимальное потребление электроэнергии 456 кВт*ч

Технические характеристики осушителя:

Максимальное давление осушаемого газа 10 бар
Максимальная производительность 300 м³/ч
Электропитание 230 В / 50 Гц
Среднее потребление электроэнергии 2,5 кВт
Точка росы на выходе ниже минус 60°C
Точка росы на входе (рекомендуемая) 3°C
Чистота газа на входе (водород) > 99 %
Давление регенерационного азота 4,5-9 бар
Расход регенерационного азота 34 м³/ч
Чистота регенерационного азота > 99,5 %
Температура регенерации 250°C

генератор водорода
генератор водорода генератор водорода
Дисплей панели управления

Объём комплектации:

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

Установка по производству (генерации) водорода

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.
  • Общая номинальная производительность по водороду
45 нм³/ч
  • Чистота водорода
99.998%
  • Выходное давление
10 бар изб.
  • Стандарт проектирования оборудования
ГОСТ
  • Температура
от -40°C до +40°C
  • Установка
снаружи
  • 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

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, 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.

Исполнение контейнера

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.

установка производства водорода
Помещение общего назначения
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 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)
Блок 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
  • Источник питания 24 В пост. тока
  • Автоматические выключатели и трансформаторы
  • Печатные платы и звуковая сигнализация
Блок питания
установка производства водорода

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
установка производства водорода

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 (охлаждение газа)
установка производства водорода

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

Условия окружающей среды Диапазон температур окр. среды +5 до +45°C
Температура, охл. вода +15°C
Установка Размеры (ВхШхГ), м 1,35 х 0.88 х 0.8
Пустой вес 185 кг.
Система охлаждения электролита
установка производства водорода

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

Условия окр. среды Диапазон температур окр. среды -40°C до +40°C
Температура, выход охл. воды температура окруж. среды + 3°C
Макс. температура окр. Среды для 100% выхода +40°C
Уровень шума на 10м от вентилятора < 68 дБа
Установка Размеры (ДхШхВ), м 4.2 х 1.5 х 1.5
Пустой вес 580 кг.
Система подготовки питательной воды
установка производства водорода

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

Потребление водопроводной воды 1.5 – 2 л/нм³ водорода (H2) Ba2+ 0.05 мг/л макс.
Температура 10 гр. С – 30°C Ca2+ 20-50 мг/л макс.
Давление 2-4 бар изб Mg2+ 10-30 мг/л макс.
Микробиологическое загрязнение отсутствует - Cl- 150 мг/л макс.
Индекс Ланжелье 2.5 макс. SO42- 150 мг/л макс.
pH 7,0-8,5 HCO3- 100 мг/л макс.
Свободный хлор 0.02 мг/л макс. Fe (общ.) 0.5 мг/л макс.
Взвешенные твердые частицы 0.05 мг/л макс. Al (общ) 0.05 мг/л макс.
CO32- 0. 5 мг/л макс. Электропроводимость 1000µS/см макс.
Мутность NTU < 0,5 SiO2 0.5 мг/л макс.
Na+ 200 м г/л макс. Марганец 0.05 мг/л макс.
К+ 50 мг/л макс.    

Техническая спецификация

Выходные данные H2 производство Расход до 60 нм³/ч
Чистота (после системы очистки водорода) 99.998 %
Макс. Выходное давление 10 бар (изб.)
Количество пакетов элементов 4
Энергоэффективность при полной нагрузке с утилитами 5,4 кВтч/нм³
O2 производство (Опционально) Номинальный расход 50% от потока H2
Макс. Выходное давление 8 бар (изб.)
Чистота до системы очистки 99,0 %
Чистота после системы очистки 99,995%
Мощность Требования по мощности Напряжение 3 х 400 В ± 10%
Частота 50 Гц ± 3%
Установленная мощность 2 х 240 кВА + 50 кВА
Вспомогательные системы обеспечения выходные данные Азот для продувки Давление 4 до 10 бар изб
Количество на продувку прим. 2 нм³
Охлаждающая вода Контур охлаждения электролита Обеспечивается системой охлаждения с закрытым контуром
- макс. температура воды 40°C
- расход: 7 м³/ч.
- Давление от 2 до 4 бар (изб.)
Контур охлаждения газа Обеспечивается холодильником
- вода при 15°C
- макс. расход 0.5 м³/ч
- Давление от 2 до 4 бар (изб.)
Питательная вода Расход 60 л/ч
Качество Деминерализованная, <5µS/см
Давление 2 до 4 бар (изб.)
Воздух КИП Давление 6 бар
Потребление 100л/мин
Установка Условия окруж. среды Установка Снаружи
Мин/макс. Диапазон температуры окр. среды От -40°C до +40°C
Относительная влажность < 95%
Высотная отметка < 500 м

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

Общий вид

установка производства водорода
установка производства водорода

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.

Генератор водорода

Технические характеристики:

Производительность по водороду: 5,33 нм³/ч
Производительность по кислороду: 2,66 нм³/ч
Потребление деминерализованной водыпри полной мощности: 4,7 л/ч
Давление на выходе: 5 бар
Чистота водорода: 99,8%
Чистота водорода после системы очистки: 99,9995 %
Чистота кислорода: 99,5%
Чистота кислорода после системы очистки: 99,999 %

Рабочие условия:

Электропитание: 3 х 400 В перемен. Тока + нейтраль
Частота: 50 Гц
Номинальная мощность: 28,5 кВт
Деминерализованная вода: 5µS/см max
Условия установки: Защищенный от элементов
Рабочая температура: от +10 до +35°C
Классификация по EN 60079-14 Зона NC
Классификация по DPCM 1/3/91 Класс V 

Размеры установки:

Ширина 850 мм
Глубина 1200 мм
Высота 1800 мм
Вес 750 кг

Опционально:

Поз Наименование
1 Система очистки водорода
Чистота водорода после системы очистки: 99,9995 %
2 Система очистки кислорода
Чистота кислорода после системы очистки: 99,999 %

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

Информация о нашем генеральном партнере ENCE GmbH (Швейцария):
Центральный сайт и поставляемое оборудование
Представительства в России:
Москва Нижний Тагил Липецк Череповец
ООО Интех ГмбХООО "Интех ГмбХ"