Генераторы в­­одорода

У нас вы можете купить водородную станцию под "ключ" - выполняем проектирование, монтаж, сервис. Прямая поставка от производителей электролизных установок -  компаний JL и McPhy Energy  (сертификаты). 

Компания JL (КНР) выпускает промышленные генераторы водорода на основе электролиза. Особенностью конструкции является высокое (до 30 бар) давление водорода на выходе из установки. Это позволяет наполнять ресиверы для накопления запаса водорода без использования компрессоров, что существенно удешевляет решение в целом. Еще одним преимуществом является дублирование насосов циркуляции деионизованной воды и электролита, что повышает надёжность оборудования.

Реакция электролиза воды с получением водорода

Компания McPhy Energy (Франция) на своем заводе в Италии выпускает генераторы водорода небольшой мощности под маркой PIEL. Оборудование хорошо подходит для работы со средней интенсивностью, обладая при этом высоким качеством и привлекательной ценой. Важное преимущество – водородно-кислородная станция с электролизерами PIEL не требует регистрации в органах Ростехнадзора. Такая станция не является опасным производственным объектом - ОПО), иными словами, не будет поднадзорным объектом.

Водородная станция в контейнерном исполнении подразумевает размещение оборудования в автономном блок-контейнере (или иначе - блок-модуль), в габаритах стандартного 20 или 40 футового контейнера. Блок-контейнер надёжно утеплен и оснащён всеми необходимыми системами жизнеобеспечения: отопление, освещение, вентиляция, пожаротушения и сигнализации. Все электроборудование имеет взрывобезопасное исполнение. На фото справа - компактная водородная станция в контейнерном исполнении с генератором водорода PIEL.

В промышленности электролизные водородные установки применяются, если потребление водорода сравнительно невелико (до 300 Нм³/ч). Это самый гибкий способ получения водорода, и большинство промышленных предприятий-потребителей получают водород именно электролизом воды. Сердце установки – блок электролиза, в нем вода под действием электрического тока распадается на водород и кислород. Получаемые газы затем проходят через блоки очистки для получения водорода и кислорода высокой чистоты (подробнее об устройстве и принципе действия см. ниже).

Водородная станция PIEL в контейнерном исполнении
(нажмите для увеличения) 
Генератор водорода JL
 
Генератор водорода PIEL 
 
Водородная установка JL
Генератор водорода PIEL
Производительность 10 - 500 Нм³/ч
Давление до 30 бар
Чистота водорода до 99,999%
Уд. расход электроэнергии 5,0 кВт*ч
Производительность 1 - 10 Нм³/ч
Давление 3-8 бар
Чистота водорода до 99,999%
Уд. расход электроэнергии 6,2 кВт*ч
Компания "JL"

Компания "JL" была основана в 1993 году. С тех пор было поставлено более пятисот водородных установок различной мощности. В настоящее время компания производит промышленные генераторы водорода собственной конструкции, с учётом последних достижений в этой области. В конструкции используются комплектующие от ведущих мировых поставщиков (SIEMENS, SCHNEIDER, YOKOGAWA). Сейчас компания "JL" предлагает широчайшую линейку генераторов водорода, с производительностью до 500 Нм³/ч. Компания обладает собственным центром исследований и разработок и большим производственным комплексом. Производство ведётся по полному циклу, включая механообработку, сварку и конечную сборку.

Компания "McPhy Energy"

Компания McPhy Energy разрабатывает и выпускает генераторы водорода на своем заводе в Италии. Продукция компании хорошо известна в России. На сегодняшний день по всему миру установлено и работает более 3000 генераторов водорода McPhy. Кроме этого, компания активно развивает технологии для "зеленой" энергетики и водородных автозаправочных станций.

Схема генератора водорода­­ 

В этом разделе кратко описывается устройство и принцип действия генератора водорода на основе электролиза воды. Приведена общая схема водородной электролизной установки модели "TDQ" от компании "JL". На схеме показаны основные агрегаты и материальные потоки. Вспомогательные устройства и трубопроводы не показаны.

Схема генератора водорода на основе электролиза воды

Процесс начинается с подготовки воды. Для процесса электролиза требуется так называемая деионизованная вода (также называемая обессоленная, деминерализованная). Это совершенно чистая вода, очищенная от механических и химических загрязнений. Обычная водопроводная вода поступает в "Блок водоподготовки" по трубопроводу "Тр-4". Вода последовательно проходит несколько стадий очистки: механический фильтр, ионообменные смолы, обратный осмос. Насосный блок "Н-1" (включает два насоса – основной и резервный) подаёт готовую деионизованную воду в блок сепарации, через который вода попадает в "Блок электролиза".

"Блок электропитания" понижает сетевое напряжение и преобразует переменный ток в постоянный, который необходим для электролизера. Кроме того, блок обеспечивает электропитание для остального оборудования водородной установки.

В "Блоке электролиза" вода под действием постоянного электрического тока распадается в электролизере "Элз-1" на составляющие ее водород и кислород. Отметим, что деионизованная вода практически не проводит электрический ток. Поэтому для придания воде проводящих свойств в неё добавляют гидроксид калия (KOH). То есть в электролизере циркулирует не чистая вода, а электролит в виде 30%-го раствора KOH в воде. Кроме того, в электролит добавляют пентоксид ванадия (V₂O₅) для снижения поляризации электродов, что повышает эффективность процесса. Выделяющиеся газы (водород и кислород) далее идут по отдельным трактам. Далее рассматривается водородный тракт, кислородный тракт аналогичен водородному.

Водород из электролизера поступает в "Блок сепарации" по трубопроводу "Тр-1" в виде смеси с электролитом. Для выделения водорода от жидкости служит газожидкостный сепаратор "С-1". Сепаратор представляет собой сосуд, в который снизу подаётся электролит. Пузырьки газа выделяются из электролита, газ собирается в верхней части сосуда и уходит в трубопровод. Электролит сливается из сосуда и возвращается в блок электролиза по отдельному трубопроводу (на схеме не показан).

Водород на этом этапе содержит примеси щелочи. Для очистки от щелочи служит скруббер (промыватель) "Ск-1". Промыватель – это сосуд, в который снизу подаётся газ, а сверху из разбрызгивателя подаётся деионизованная вода. Капли воды падают вниз, очищая (промывая) встречный поток газа от капель щелочи. В верхней части сосуда установлен коалесцентный фильтр (пакет из мелкой металлической сетки). Мельчайшие капельки щелочи (туман) конденсируются в этом пакете и стекают  вниз. Таким образом водород практически полностью очищается от следов щелочи. Далее вода по отдельному трубопроводу (на схеме не показан) поступает в сепаратор "С-1", а оттуда – в блок электролиза.

На данном этапе водород насыщен водяным паром и имеет довольно высокую температуру (порядка 50°С. Для его удаления служит конденсатор "К-1". Конденсатор – это теплообменник, в котором газ охлаждается хладоносителем поступающим от "Рефрижератора". Рефрижератор может быть часть оборудования водородной станции, но возможен вариант, когда хладоноситель подаётся от внешней системы охлаждения. Водяной пар конденсируется в конденсаторе после чего отводится из системы с помощью конденсатоотводчика "Ко-1". Водород, полученный на этом этапе называется "сырой", так он все еще содержит примеси воды (точка росы не ниже +3°С) и кислорода (на уровне 0,1-0,5%). Для дальнейшей очистки водород по трубопроводу "Тр-2" подаётся в "Блок очистки". Заметим, что кислород, в случае, если он не нужен потребителю, на аналогичном этапе по трубопроводу "Тр-5" сбрасывается в атмосферу.

В "Блоке очистки" водород сначала поступает в реактор каталитической очистки "Кт-1". Реактор представляет собой сосуд, заполненный мелкими гранулами катализатора на основе благородных металлов (платина, палладий). В присутствии катализатора примеси кислорода активно реагируют с водородом, обращаясь в воду. Таким образом водород практически полностью очищается от  кислорода (содержание кислорода порядка 1-5 ppmv). Далее водород подаётся в осушитель "Осш-1". Осушитель действует на принципе короткоцикловой адсорбции (КЦА). В нем два попеременно работающий сосуда-адсорбера, заполненных специальным поглотителем (адсорбентом). Адсорбент поглощает влагу из газа. Сосуды-адсорберы работают попеременно – один находится в рабочем цикле, другой – в цикле регенерации. Таким образом водород осушается до точки росы -75°С, после чего подаётся потребителю.

 

Замечание по терминологии. В отечественной традиции используется термин "установка по производству водорода". Наравне с этим используется термин "генератор водорода", который является калькой с английского языка. Под генератором водорода обычно понимают установку, в состав которой входят: электролизер, блок сепарации, блок очистки водорода. Термином "водородная станция" обычно обозначают здание или автономный блок-контейнер, в котором размещены генератор водорода и вспомогательные агрегаты, такие как блок водоподготовки, блок электропитания, система охлаждения и прочее.