精品氢气发生器说明书中文.docx

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精品氢气发生器说明书中文

CHE-5000氢气发生器

（原料氢气再生）

操作使用手册

编制:

校核:

审批:

扬州中电制氢设备有限公司

2010.04.12

1、简述

1.1、氢气的性质和用途：

氢是自然界分布最广的元素之一，它在地球上主要以化合状态存在于化合物中。

在大气层中的含量却很低，仅有约lppm（体积比）。

氢是最轻的气体。

它的粘度最小,导热系数很高，化学活性、渗透性和扩散性强（扩散系数为0.63cm7s,约为中烷的三倍），它是一种强的还原剂，可同许多物质进行不同程度的化学反应，生成各种类型的氢化物。

氢的着火、燃烧、爆炸性能是它的主要特性。

氢含量范围在4-75%（空气环境）、4.65-93.9%（氧气环境）时形成可爆燃气体，遇到明火或温度在583°C以上时可引起燃爆。

压力水电解制出的氢气具有压力高（1.6或3.2MP&）便于输送，纯度高（99.8%以上）可直接用于一般场合，还可以通过纯化（纯度提高到99.999%）和干燥（露点提高到-40〜-90°C）的后续加工，可以作为燃料、载气、还原或保护气、冷却介质，广泛应用于国民经济的各行各业。

1.2、水电解制氢原理：

利用电能使某电解质溶液分解为其他物质的单元装置称为电解池。

任何物质在电解过程中，在数量上的变化服从法拉第定律。

法拉第定律指出：

电解时，在电极上析出物质的数量，与通过溶液的电流强度和通电时间成正比；用相同的电量通过不同的电解质溶液时，各种溶液在两极上析出物质量与它的电化当量成正比，而析出1克当量的任何物质都需要1法拉第单位96500库仑（26.8安培小时）的电量。

水电解制氢符合法拉第电解定律，即在标准状态下，阴极析出1克分子的氢气，所需电量为53.6A/ho经过换算，生产Im?

氢气（副产品0.5m‘氧气）所需电量2390Ah,原料水消耗0.9kgo

将水电解为氢气和氧气的过程，其电极反应为:

阴极：

2H2O

+

2e

+2OIT

阳极：

20H-

—

2e

fh2o

+l/2O21

总反应：

2H20

f2H21

+021

山浸没在电解液中的一对电极，中间隔以防止气体渗透的隔膜而构成水电解池,通以一定电压（达到水的分解电压1.23V和热平衡电压1.47V以上）的直流电，水就发生电解。

根据用户产量需求，使用多组水电解池组合，减小体积和增加产量，就形成水电解槽的压滤型组合结构。

本公司生产的压力型水电解槽设计釆用左右槽并联型结构，中间极板接直流电源正极，两端极板接直流电源负极，并采用双极性极板和隔膜垫片组成多个电解池。

并在槽内下部形成共用的进液口和排污口，上部形成各自的氢碱和氧碱的气液体通道。

由于历史原因，由电解槽纵向看，A、B系列的氧气出口设计在中心线幕直流铜排一侧（氧铜侧），C、D、E、F系列的氢气出口设计在中心线黑直流铜排一侧（氢铜侧）。

我公司生产的压力型水电解槽，□前标准产品操作压力为1.6MPa和3.2MPa两种。

具有结构紧凑，运行安全，使用寿命长的特点，电解液釆用强制循环，电解消耗的原料水山柱塞泵自动补充，相关参数实现自动监测和控制。

正常生产时采用30%KOH水溶液作为电解液，槽温控制在85-90°C左右，兼顾隔膜垫片的使用寿命和降低能耗的要求。

水电解制氢的电解需要低电压、大电流的可调直流电源。

丄业上采用带平衡电抗器的双反星可控整流电路。

这种电路有两个特点：

第一，整流变压器有两组次极绕组,且都接成星形，为了消除变压器的直流磁化问题，两绕组的接线极性相反。

第二，为了解决变压器的两组次极绕组的电流平衡问题，两组次极绕组中点通过平衡电抗器连在一起。

歆+电解液（阳极产出）

歆+电解液（阴极产岀）

、*

■ill

六相双反星带平馳抗器整流变歸

2.主要技术性能和指标

2.1氢气产量:

5m3/h

2.2氧气产量：

2.5m3/h

2.3氢气纯度:

>99.99%（v/v）

2.4氧气纯度：

$99.2%（v/v）

W0.8MPa

2.5工作压力

2.6工作温度：

W85°C

2.7单位直流电耗：

W4.9KW・h/m蚀

2.8直流总电流:

400A

2.9直流总电压:

60V

3、工作条件

3.1.电解液:

30%K0H水溶液

3.2.原料水：

3.2.1用量5Kg/h

3.2.2水质要求：

3.2.2.1电阻率＞1.0X106欧姆・厘米

3.2.2.2铁离子含量＜lmg/L

3.2.2.3氯离子含量＜2mg/L

3.2.2.4干残渣含量＜7mg/L

3.2.2.5悬浮物含量＜lmg/L

3.3.冷却水

3.3.1温度W30°C

3.3.2用量2m3/h

3.3.3压力：

0.4〜0.6MPa

3.3.4水质：

除盐水

3.4.电源

3.4.1控制柜电源：

三相四线制AC380V,50HZ,75KW

40KVA

3.4.2可控硅整流柜控制电源：

三相四线制AC380V,50HZ,

6.4.5.控制气源

6.5.5.6.5.1压力：

0.5〜0.7MPa

5.2流量:

8m3/h

6.6.5.3露点低于环境温度10°C以下

5.4无油、无尘，含油量W5mg/m‘

4、工艺流程及子系统

系统简述：

在电解液的强制循环、电解槽通以直流电的条件下，氢气和氧气在电解槽产生,分离器气液分离后，产出的氢气和氧气源源不断送出系统。

当水电解制氢的气体纯度或露点达不到客户要求时，本公司进一步提供纯化干燥系统，以水电解氢气为原料，经催化脱氧、吸附干燥，过滤除尘，从而获得纯度较高的干燥氢气。

系统自动控制设定的系统压力、槽温、分离器液位平衡、及时补充电解所消耗的原料水。

各项运行参数实现自动监测和控制。

可按用户需求不同，提供气动仪表控制、电动仪表控制、PLC可编程控制、上位机控制、远程通讯等控制手段以及各类分析仪表。

制氢框架集成了制氢系统运行的主要设备（如分离器、洗涤器、冷却器、过滤器、碱液泵等，以及控制和调肖阀门，工况测量的在线和远传仪表）。

纯化干燥框架集成了纯化干燥系统运行的主要设备（如纯化器、干燥器等，以及控制和调节阀门，工况测量的在线和远传仪表）。

按电力系统客户的特殊需要设计，A、B系列的制氢框架集成了纯化干燥系统，框架二集成汇流排分配阀组（便于氢气储罐和用户供氢的特殊控制），框架三集成原料水箱、碱箱及补水泵（便于安装）。

每套制氢系统通常配备控制柜、整流柜、整流变压器以及氧中氢、氢中氧分析仪，每套（纯化）干燥系统通常配备控制柜以及露点仪、（微氧仪）。

每套A、B系列（电力系统）通常配备控制柜、整流柜（内含整流变压器）、配电动力柜以及氧中氢、氢中氧（配纯化时配微氧仪）、露点分析仪。

压力邇

节单元

冷却水进入丄

fJV04

JV05

补水泵

sx^oT

SXVO2

r

i厂［节单元

rar

—变送盏变送篙

品02■碱液箱-JX5MT

JXV03

压力变送爲

变送釜

SXV02水箱

SXV03

图一：

制氢系统工艺及控制简图

最瞬差压调|"I

点气

综合塔

tT—

m周节单元

氧气综合塔宀

JCIzf

碱液

过谑器

JV01

JV02

CHE-5000型制氢装置，由流程（系统）图可以看出，该装置可分为十个子系统。

1.电解液循环系统

电解液循环系统的作用是：

6.7.1.1从电解槽带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量；

1.2将补充的原料水送给电解槽；

6.5.5.7.1.3对电解槽内电解反应区域进行“搅拌”，以减少浓差极化，降低电耗。

该系统包括如下路线（内循环）

氧气

综合塔

氢气综合塔

碱液泵

GL0V01

JV02

JLQV02

碱液过滤器

电解橫

GL0V03

GV01

内循环

厂一氢分离洗涤器「

碱液泵一碱液过滤器一电解槽T卜一碱液泵

L-氧分离洗涤器」

6.5.2.氢气系统

氢气从电解小室的阴极一侧分解出来，借助于电解液的循环和气液比重差，在氢

分离洗涤器中与电解液分离形成产品气.其路线为：

厂干燥系统

电解槽一氢分离洗涤器一调节阀T

1•阻火器排空氢气的排空主要用于开停机期间，不正常操作或纯度不达标以及故障排空。

4.3.氧气系统

氧气作为水电解制氢装置的副产品具有综合利用价值•氧气系统与氢气系统有很

强的对称性.装置的工作压力和工作温度也都以氧侧为测试点.

它包括：

厂用户或储存

电解槽一氧分离洗涤器一T

1•或排空

氧气的排空除与氢气排空作同样考虑外，对于不利用氧气的用户，排空是常开状

态.

4.4.原料水系统

水电解制氢（氧）过程唯一的“原材料”是高纯度水，此外氢气和氧气在离开系统时要带走少量的水分。

因此，必须给系统不断补充原料水，同时通过补水还维持了电解液液位和浓度的稳定性。

补充水可以从氢侧进也可同时从氢、氧两侧补入，一般按从氢侧补入。

原料水箱一补水泵〜氢分离洗涤器一电解槽。

4.5.冷却水系统

水的电解过程是吸热反应，制氢过程必须供以电能，但水电解过程消耗的电能超过了水电解反应理论吸热量，超出部分主要山冷却水带走，以维持电解反应区正常的温度。

电解反应区温度高，可降低能源消耗，但温度过高，石棉质的电解小室隔膜将破坏。

本装置要求工作温度保持在不超过90°C为最佳。

此外，所生成的氢气、氧气也须冷却除湿，脱氧后的氢气须冷却。

可控硅整流装置也设有必要的冷却管路。

冷却水分五路流入系统：

厂温度调节阀一冷却器一出口

卜氢（氧）分离洗涤器一出口

冷却水入口H（蛇管冷却器一出口）

卜整流柜冷却管路一排放

1•再生冷却器一出止

4.6.充氮和氮气吹扫系统

装置在调试运行前，要对系统充氮作气密性试验。

在正常开机前也要求对系统的气相充氮吹扫，以保证氢氧两侧气相空间的气体远离可燃可爆范圉。

充氮口设在氢、氧分离洗涤器连通管的一侧，氮气引入后流经：

L氢分离洗涤器一阻火器一排空

充氮口T

1—氧分离洗涤器一排空

4.7氢气干燥（纯化）系统

从电解水制备的氢气经过并联的干燥器除湿，最后经烧结银管过滤器除尘获得干

燥的氢气。

（根据用户对产品氢气的要求，系统可能增加纯化装置，纯化采用耙钳双金属催化除氧）

冷別水出

氢气干燥系统

4.7.1系统组成：

本设备主要有两台干燥器，两只列管冷却器，一只过滤器和自动切换阀，管道等构成（有纯化的有一脱氧器）。

另外，还有附件：

一只阻火器，一只水封罐，分析仪等。

控制与制氢合一于PLC控制柜内。

其主要参数为：

4.7.1.1对含氧W0.5%,含湿W5g/m$的原料氢气（水电解氢气）

处理能力5m3/h

4.7.1.1工作压力：

1.6-3.2Mpa可调

4.7.1.2干燥温度：

常温

4.7.1.3再生温度（塔底温度）:

120-150°C

4.7.1.4耗电：

0.SKWH/m'H：

4.7.1.5冷却水耗量：

lt/h（W32°C,0.3Mpa）

4.7.1.6再生气：

原料

4.7.1.7切换周期:

24h

4.7.1.8露点：

W-60°C

4.7.1.9操作方式：

自动切换

4.7.2流程简述

水电解来的原料氢气，经原料氢入口阀LLJV01进入，在0-8小时，QZVIOa,QZVIOd,QZV10e自动打开，QZVIOb,QZVIOc,QZVIOf自动关闭。

这样，氢气经QZVIOd进入干燥器II里，在干燥器1【氢气被自动加热并