مقدمة عن أنظمة الماء القلوي المحلل كهربائياً

(3) نظام خزانة توزيع الطاقة
تُستخدم خزانة توزيع الطاقة بشكل أساسي لتزويد المعدات ذات المحركات في أنظمة فصل وتنقية الهيدروجين والأكسجين، الواقعة خلف معدات إنتاج الهيدروجين المائي بالتحليل الكهربائي، بجهد 400 فولت أو ما يُعرف عادةً بجهد 380 فولت. تشمل هذه المعدات نظام تدوير القلويات في إطار فصل الهيدروجين والأكسجين، والمضخات، ومضخات إعادة تعبئة المياه في الأنظمة المساعدة، وأسلاك التسخين في أنظمة التجفيف والتنقية، والأنظمة المساعدة الأخرى اللازمة للنظام بأكمله، مثل أجهزة تنقية المياه، والمبردات، وضواغط الهواء، وأبراج التبريد، وضواغط الهيدروجين الخلفية، وأجهزة الهدرجة، وغيرها من المعدات. كما يشمل إمداد الطاقة أيضًا أنظمة الإضاءة والمراقبة وغيرها من أنظمة المحطة بأكملها.
(4) نظام التحكم
يُطبّق نظام التحكم نظام تحكم آلي PLC. ويستخدم هذا النظام عادةً وحدات Siemens 1200 أو 1500. وهو مزود بشاشة لمس تفاعلية بين الإنسان والحاسوب، حيث يتم عرض عمليات كل نظام من أنظمة الجهاز ومعاييره، بالإضافة إلى عرض منطق التحكم، على شاشة اللمس.
5) نظام تدوير القلويات
يتضمن هذا النظام بشكل أساسي المعدات الرئيسية التالية:
فاصل الهيدروجين والأكسجين - مضخة تدوير القلويات - صمام - مرشح قلوي - محلل كهربائي
تتلخص العملية الرئيسية في: يُفصل السائل القلوي الممزوج بالهيدروجين والأكسجين في فاصل الهيدروجين والأكسجين بواسطة فاصل الغاز والسائل، ثم يعود إلى مضخة تدوير السائل القلوي. عند هذه النقطة، يتصل فاصل الهيدروجين بفاصل الأكسجين، وتعود مضخة تدوير السائل القلوي إلى وضع الارتداد. يدور السائل القلوي إلى الصمام ومرشح السائل القلوي في الطرف الخلفي. بعد أن يُرشح المرشح الشوائب الكبيرة، يعود السائل القلوي إلى داخل المحلل الكهربائي.
(6) نظام الهيدروجين
يُنتج الهيدروجين من جانب قطب الكاثود ويصل إلى الفاصل مع نظام تدوير السائل القلوي. في الفاصل، ولأن الهيدروجين خفيف الوزن نسبيًا، فإنه ينفصل تلقائيًا عن السائل القلوي ويصل إلى الجزء العلوي من الفاصل، ثم يمر عبر الأنابيب لمزيد من الفصل والتبريد. بعد التبريد بالماء، يلتقط جامع القطرات القطرات ويصل إلى نقاء يبلغ حوالي 99%، ثم يصل إلى نظام التجفيف والتنقية النهائي.
الإخلاء: يستخدم إخلاء الهيدروجين بشكل أساسي للإخلاء أثناء بدء التشغيل والإيقاف، والتشغيل غير الطبيعي أو فشل النقاء، وإخلاء الأعطال.
(7) نظام الأكسجين
إن مسار الأكسجين مشابه لمسار الهيدروجين، ولكن في فاصل مختلف.
الإخلاء: في الوقت الحالي، يتم التعامل مع معظم مشاريع الأكسجين عن طريق الإخلاء.
الاستخدام: لا تكتسب قيمة استخدام الأكسجين أهمية إلا في مشاريع خاصة، مثل بعض التطبيقات التي تستخدم كلاً من الهيدروجين والأكسجين عالي النقاء، كما هو الحال في مصانع الألياف الضوئية. وهناك أيضاً بعض المشاريع الكبيرة التي خصصت حيزاً لاستخدام الأكسجين. وتشمل تطبيقاته اللاحقة إنتاج الأكسجين السائل بعد التجفيف والتنقية، أو استخدامه في المجال الطبي عبر نظام التوزيع. ومع ذلك، لم يتم بعد تحديد تفاصيل هذه التطبيقات بدقة. يلزم إجراء المزيد من الدراسات لتأكيدها.
(8) نظام مياه التبريد
تُعدّ عملية التحليل الكهربائي للماء تفاعلاً ماصًا للحرارة. لذا، يتطلب إنتاج الهيدروجين تزويده بالطاقة الكهربائية. إلا أن الطاقة الكهربائية المستهلكة في هذه العملية تتجاوز الامتصاص النظري للحرارة اللازمة للتفاعل. بمعنى آخر، يتحول جزء من الكهرباء المستخدمة في المحلل الكهربائي إلى حرارة. يُستخدم هذا الجزء من الحرارة بشكل أساسي لتسخين نظام تدوير المحلول القلوي في البداية، لرفع درجة حرارة المحلول إلى النطاق المطلوب (90±5 درجة مئوية). إذا استمر المحلل الكهربائي في العمل بعد الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة، تُستخدم الحرارة المتولدة لتبريد منطقة التفاعل والحفاظ على درجة حرارتها ضمن المعدل الطبيعي. صحيح أن ارتفاع درجة الحرارة في منطقة التفاعل يُقلل من استهلاك الطاقة، إلا أن ارتفاعها المفرط قد يُتلف غشاء حجرة التحليل، مما يُؤثر سلبًا على تشغيل الجهاز على المدى الطويل.
يتطلب هذا الجهاز الحفاظ على درجة حرارة التشغيل عند 95 درجة مئوية كحد أقصى. بالإضافة إلى ذلك، يجب تبريد وتجفيف الهيدروجين والأكسجين الناتجين، كما أن جهاز مقوم السيليكون المبرد بالماء مزود بأنابيب التبريد اللازمة.
كما يتطلب جسم المضخة في المعدات الكبيرة استخدام مياه التبريد.
(9) نظام تعبئة النيتروجين وتفريغ النيتروجين
قبل إجراء عمليات تصحيح الأخطاء وتشغيل الجهاز، يجب ملء النظام بالنيتروجين لاختبار إحكام الهواء. وقبل بدء التشغيل العادي، يجب أيضًا تنقية الطور الغازي للنظام بالنيتروجين لضمان أن يكون الغاز الموجود في حيز الطور الغازي على جانبي الهيدروجين والأكسجين بعيدًا عن نطاق الاشتعال والانفجار.
بعد إيقاف تشغيل الجهاز، سيحافظ نظام التحكم تلقائيًا على الضغط ويحتفظ بكمية معينة من الهيدروجين والأكسجين داخل النظام. إذا بقي الضغط موجودًا عند تشغيل الجهاز، فلا داعي للتنظيف. أما إذا انخفض الضغط تمامًا، فسيلزم التنظيف مرة أخرى. عملية تنظيف النيتروجين.
(10) نظام تجفيف (تنقية) الهيدروجين (اختياري)
يُجفف الهيدروجين الناتج عن التحليل الكهربائي للماء بواسطة مجفف موازٍ، ثم يُنقى بواسطة مرشح أنبوبي من النيكل الملبّد للحصول على هيدروجين جاف. (وفقًا لمتطلبات المستخدم للهيدروجين الناتج، يمكن إضافة جهاز تنقية إلى النظام، وتستخدم عملية التنقية إزالة الأكسدة التحفيزية ثنائية المعدن من البلاديوم والبلاتين).
يتم إرسال الهيدروجين الناتج عن جهاز إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للماء إلى جهاز تنقية الهيدروجين من خلال خزان التخزين المؤقت.
يمر الهيدروجين أولاً عبر برج إزالة الأكسجين. وبفعل العامل الحفاز، يتفاعل الأكسجين الموجود في الهيدروجين مع الهيدروجين لتكوين الماء.
صيغة التفاعل: 2H2+O2 → 2H2O.
ثم يمر الهيدروجين عبر مكثف الهيدروجين (الذي يبرد الغاز لتكثيف بخار الماء الموجود في الغاز لتوليد الماء، ويتم تصريف الماء المكثف تلقائيًا خارج النظام من خلال جامع السوائل) ويدخل برج الامتزاز.