مقدمة عن أنظمة المياه القلوية المحللة كهربائيًا

(3) نظام خزانة توزيع الطاقة
تُستخدم خزانة توزيع الطاقة بشكل رئيسي لتزويد معدات 400 فولت، أو ما يُعرف عادةً بـ 380 فولت، بمكونات مختلفة مزودة بمحركات في أنظمة فصل وتنقية الهيدروجين والأكسجين، خلف معدات إنتاج الهيدروجين بالماء الكهربائي. 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 التي يحتاجها النظام بأكمله، مثل آلات تنقية المياه، والمبردات، وضواغط الهواء، وأبراج التبريد، وضواغط الهيدروجين الخلفية، وآلات الهدرجة، وغيرها من المعدات. كما تشمل إمدادات الطاقة أنظمة الإضاءة والمراقبة وغيرها من أنظمة المحطة بأكملها.
(4) نظام التحكم
يعتمد نظام التحكم على نظام تحكم آلي PLC. يستخدم نظام PLC عادةً معالجات Siemens 1200 أو 1500. وهو مزود بشاشة لمس تفاعلية، تعرض بيانات التشغيل والمعلمات لكل نظام من أنظمة المعدات، بالإضافة إلى منطق التحكم.
5) نظام تداول القلويات
يتضمن هذا النظام بشكل أساسي المعدات الرئيسية التالية:
فاصل الهيدروجين والأكسجين - مضخة دوران القلويات - صمام - مرشح قلوي - محلل كهربائي
العملية الرئيسية هي: يُفصل السائل القلوي المختلط بالهيدروجين والأكسجين في فاصل الهيدروجين والأكسجين بواسطة فاصل الغاز والسائل، ثم يعود إلى مضخة تدوير السائل القلوي. هنا، يتصل فاصل الهيدروجين بالأكسجين، وتتدفق مضخة تدوير السائل القلوي. يدور السائل القلوي إلى الصمام وفلتر السائل القلوي في الطرف الخلفي. بعد أن يُصفّي الفلتر الشوائب الكبيرة، يدور السائل القلوي إلى داخل المُحلِّل الكهربائي.
(6)نظام الهيدروجين
يُولَّد الهيدروجين من جانب قطب الكاثود، ويصل إلى الفاصل مع نظام تدوير السائل القلوي. ولأن الهيدروجين خفيف نسبيًا في الفاصل، فإنه ينفصل تلقائيًا عن السائل القلوي ويصل إلى الجزء العلوي منه، ثم يمر عبر خط الأنابيب لمزيد من الفصل والتبريد. بعد التبريد بالماء، يلتقط جهاز التقاط القطرات ويصل إلى درجة نقاء تبلغ حوالي 99%، ثم يصل إلى نظام التجفيف والتنقية الخلفي.
الإخلاء: يتم استخدام إخلاء الهيدروجين بشكل أساسي للإخلاء أثناء بدء التشغيل والإيقاف أو التشغيل غير الطبيعي أو فشل النقاء أو إخلاء الخطأ.
(7) نظام الأكسجين
المسار للأكسجين مماثل للمسار للهيدروجين، ولكن في فاصل مختلف.
الإخلاء: في الوقت الحاضر، تتم معالجة معظم مشاريع الأكسجين عن طريق الإخلاء.
الاستخدام: لا تُعدّ قيمة استخدام الأكسجين ذات دلالة إلا في مشاريع خاصة، مثل بعض سيناريوهات التطبيقات التي تستخدم كلاً من الهيدروجين والأكسجين عالي النقاء، مثل مُصنّعي الألياف الضوئية. كما تُخصّص بعض المشاريع الكبيرة مساحةً لاستخدام الأكسجين. وتشمل سيناريوهات التطبيقات الخلفية إنتاج الأكسجين السائل بعد التجفيف والتنقية، أو استخدام الأكسجين الطبي من خلال نظام توزيع. ومع ذلك، لم يُحدَّد بعدُ تحسين هذه السيناريوهات. مزيد من التأكيد.
(8) نظام مياه التبريد
عملية التحليل الكهربائي للماء هي تفاعل ماص للحرارة. يجب تزويد عملية إنتاج الهيدروجين بالطاقة الكهربائية. ومع ذلك، فإن الطاقة الكهربائية التي تستهلكها عملية التحليل الكهربائي للماء تتجاوز الامتصاص الحراري النظري لتفاعل التحليل الكهربائي للماء. وهذا يعني أن جزءًا من الكهرباء التي يستخدمها المحلل الكهربائي يتم تحويلها إلى حرارة. يتم استخدام هذا الجزء من الحرارة بشكل أساسي لتسخين نظام تداول القلويات في البداية، بحيث ترتفع درجة حرارة المحلول القلوي إلى نطاق درجة الحرارة 90 ± 5 درجة مئوية الذي تتطلبه المعدات. إذا استمر المحلل الكهربائي في العمل بعد الوصول إلى درجة الحرارة المقدرة، فيجب استخدام الحرارة المتولدة. يتم إخراج مياه التبريد للحفاظ على درجة الحرارة الطبيعية لمنطقة تفاعل التحليل الكهربائي. يمكن أن تقلل درجة الحرارة العالية في منطقة تفاعل التحليل الكهربائي من استهلاك الطاقة، ولكن إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا، فسيتم تدمير غشاء غرفة التحليل الكهربائي، مما سيضر أيضًا بالتشغيل طويل المدى للمعدات.
يتطلب هذا الجهاز الحفاظ على درجة حرارة تشغيل لا تتجاوز 95 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، يجب تبريد الهيدروجين والأكسجين المُولَّدين وإزالة الرطوبة منهما، كما أن جهاز المقوم المُتحكم به بالسيليكون والمُبرَّد بالماء مُزوَّد بأنابيب التبريد اللازمة.
يتطلب جسم المضخة للمعدات الكبيرة أيضًا مشاركة مياه التبريد.
(9) نظام تعبئة النيتروجين وتطهير النيتروجين
قبل تصحيح أخطاء الجهاز وتشغيله، يجب ملء النظام بالنيتروجين لاختبار إحكام الهواء. قبل التشغيل الطبيعي، يجب أيضًا تطهير الطور الغازي للنظام بالنيتروجين لضمان ابتعاد الغاز في حيز الطور الغازي على جانبي الهيدروجين والأكسجين عن نطاق المواد القابلة للاشتعال والانفجار.
بعد إيقاف تشغيل الجهاز، يحافظ نظام التحكم تلقائيًا على الضغط ويحتفظ بكمية معينة من الهيدروجين والأكسجين داخل النظام. إذا استمر الضغط عند تشغيل الجهاز، فلا حاجة لعملية التطهير. أما إذا انخفض الضغط تمامًا، فيجب إعادة التطهير. عملية تطهير النيتروجين.
(10) نظام تجفيف (تنقية) الهيدروجين (اختياري)
يتم تجفيف الهيدروجين الناتج عن التحليل الكهربائي للماء بواسطة مجفف موازٍ، ثم يُرشح بواسطة مرشح أنبوب النيكل المُلبَّد للحصول على الهيدروجين الجاف. (وفقًا لمتطلبات المستخدم للهيدروجين الناتج، قد يُضاف إلى النظام جهاز تنقية، وتستخدم عملية التنقية إزالة الأكسدة الحفزية ثنائية المعدن من البلاديوم والبلاتين).
يتم إرسال الهيدروجين المنتج بواسطة جهاز إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للماء إلى جهاز تنقية الهيدروجين من خلال خزان العازل.
يمرّ الهيدروجين أولاً عبر برج إزالة الأكسجين. وبفعل المحفّز، يتفاعل الأكسجين الموجود في الهيدروجين مع الهيدروجين لتوليد الماء.
صيغة التفاعل: 2H2+O2 2H2O.
بعد ذلك يمر الهيدروجين عبر مكثف الهيدروجين (الذي يقوم بتبريد الغاز لتكثيف بخار الماء الموجود في الغاز لتوليد الماء، ويتم تفريغ الماء المكثف تلقائيًا خارج النظام من خلال مجمع السائل) ويدخل برج الامتزاز.