水电解制氢装置培训讲义(氢气纯化装置)
水电解制氢工艺课件
第二章 水电解制氢装置
• 电解液循环的目的在于向电极区域补充电解消耗的纯水，带走电解过 程中产生的氢气、氧气和热量，增加电极区域电解液的搅拌，减少浓 差极化电压，降低碱液中的含气度，降低小室电压，减少能耗等，以 使电解槽在稳定条件下工作。碱液循环的大小影响槽内小室电压和气 体纯度。对手一个特定的电解槽，应有一个合适的循环量。一般槽内 电解液更换次数为每小时2--4次。在常压电解系统中，通常用自然循 环，而在压力电解系统中，因电解装置体积小，管道细，气液流通阻 力大，加上电流密度较大，要求电解液更换的次数比较多，采用自然 循环难于达到，因而采用碱液循环泵来强制循环。
第一章 氢气的性质和用途
• 氢气在多晶硅生产中的应用
• H2 ＋ Cl2 ＝2HCl ＋ Q（燃烧） • Si＋3HCl＝ H2 ＋ SiHCl3 ＋ Q (280-330℃) • SiHCl3＋2H2＝Si＋3HCl↑ (1050-1100℃) • SiCl4＋2H2＝SiHCl3 ＋ 3HCl↑（1200 ℃ ）
第二章 水电解制氢装置
第二章 水电解制氢装置
气液处理器（包括氢氧分离器、气体洗涤器、
工控机是控制碱部分液的核心及。 气体冷却器、碱液过滤器、屏蔽泵等）
第三章 氢气纯化装置
于是，水溶液中就产生了大量的K+和OH-。
其中的杂质主要是O2 和H2O ，还有微量的N2、CH4等。
66V，所以，在水溶液中同时存在H+和K+时，H+将在阴极上首先得到电子而变成氢气，而K+则仍将留在溶液中。
第二章 水电解制氢装置
• 电解过程中，装置内的原料水一直不停地在消耗，因此， 为保证水电解的连续进行，需要定期向装置内补充原料 水。水箱中的水通过加水泵分别打入氢氧洗涤器，然后 通过溢流管注入分离器下部的液相部分和循环碱液一并 进入电解小室进行连续电解，同时使电解液中碱的浓度 保持在最佳使用范围。补水过程中，只开启单个补水回 路，即只开氢侧或氧侧补水回路。
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3 电解液循环量控制在正常值；
4 密切监视气体纯度；
5
按时测量小室电压，测电压时注意电极方向，且不能让电压
表某一极棒的触头同时接触两片极板造成短路；
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6
电解槽上一定要清理干净，不得有金属物和碱液等导电介
质，周围不能放置其它金属物品，以防不慎落在槽体上造成小室短
路；
7 定期清洗过滤器，清除滤网上的石棉绒毛和其它杂质；
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此时： 阳极反应：4 OH一—4e = 2 H2O + O2 阴极反应：4 H2O + 4e = 2 H2 ↑ + 4 OH总反应 2 H2O = 2 H2 ↑ + O2 ↑
从反应方程式得出： 1 水电解时，产生一份氧气和两份氢气。 2 加入KOH或NaOH只起导电作用，在电解过程中不被消耗。
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第二章 水电解制氢装置组成
一、电解槽分类：
1、单极性电解槽：单极电解槽是由外部并联若干个电解 槽组成的。而单元电解槽由若干个彼此交替的、彼此平行的 阳极版和阴极版组成。对于一个电极而言只能做阳极或阴极。 单极性电解槽安装、维修简便，效率低，体积大。
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9、在建筑材料和轻工业中，如玻璃和人造宝石的制造和加工， 氢气被广泛地用作燃烧气和保护气。 氢气优点：便于储存和运输，对环境无污染，被誉为“清洁”的新 能源。
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三、氢气制取方法
1、水电解：设备体积小，流程简单，纯度高，杂质少，无污染； 但能耗高，产量小。
2、氨分解：产气量大，但纯度不高。 3、甲醇、天然气裂解：能耗低，产气量大，杂质复杂，不易分 离。
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3 火灾风险
4 安全管理方法
在制氢站操作过程中，由于氢气具有极高 的燃烧性，一旦发生火灾，后果将不堪设 想，因此火灾防控非常重要。
为确保制氢站的安全运行，需要采取严格 的安全管理方法，包括安全培训、检查维 护和事故应急预案等。
制氢站的技术细节
主要设备
工艺流程
常见故障及排除方法
了解制氢站的主要设备，如氢 气发生器、纯化系统和储氢罐， 以及它们的工作原理和性能。
详细介绍制氢站的工艺流程， 包括反应步骤、气体分离和净 化过程，以及储氢和供气系统。
掌握制氢站的常见故障，并了 解如何快速诊断和解决问题， 确保制氢站的稳定运行。
制氢站的维护保养
1 日常维护
2 周期性维护
了解制氢站的日常维护工作，包括设备检 查、清洁、润滑和参数监测，确保设备的 良好运行。
指导制氢站的周期性维护，如更换部件、 校准仪器和进行性能测试，保证设备的长 期稳定性。
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本次课程将全面介绍制氢站的基础知识、安全问题、技术细节、维护保养以 及未来发展趋势，为您深入了解制氢站提供全方位指导。
制氢站基础知识
定义
制氢站是一种用于产生氢气的设施，可以应 用于多个领域，如能源产业和化工行业。
主要原理
制氢站利用化学反应或电解作用将水分解为 氢气和氧气，其中最常用的方法是蒸汽重整 和碱性电解。
分类
制氢站根据生产方式可分为化学法和电解法， 每种方法有不同的优缺点。
工作流程
制氢站的工作流程包括氢气产生、氢气纯化、 储存和供应，保证持续稳定的氢气供应。
制氢站的安全问题
1 爆炸风险
2 泄漏风险
制氢站因为涉及氢气的产生和储存，存在 爆炸风险，必须采取严格的安全措施来防 止事故发生。
氢气纯化装置讲义ppt课件
H φ 32X3
CHWS φ 76X4
W φ 14X2
W φ14X2 QZ1103 CHWS φ38X3 J 1104
CHWR φ 76X4
CHWR φ 38X3
CHWR φ 76X4
ef V E NT VE NT CHWR φ 76X4
g
冷 却 水回
D1501
113 0C
H φ 32X3
PI
11 60A
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的气，在极低的温度下吸附氢 气中的杂质。氢气纯度可达到99.9999%以上。
▪ 钯膜扩散法 利用氢气可透过钯膜的特性，可得到纯氢
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
氢气纯化方法
● 催化脱氧—变温吸附
目前电解水制氢普遍采取的氢气纯化方法
● 变压吸附
改变系统压力提纯氢气（ 增压吸附、降压解吸）
针对杂质种类较多的氢气，可一次性提纯氢气至 99.9999％，需消耗部分氢气。
TE
1 1 01 11 0 1
TS H 11 0 1
[ AL =3 0 ]
EH 110 1
1 110
CHWR φ 38X3
[ A L= 3 0]
113 0A
H φ 32X3
1140 B
CHWS φ38X 3
H φ 32X3
1 23
QS110 1
H φ 32X3
H φ 32X3
32 QS1102 1
水电解制氢装置培训讲义(制氢装置)
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2.2 碱液循环系统
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碱液循环系统
电解液循环的目的在于向电极区域补充电解消耗的纯水， 带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量，增加电极区域 电解液的搅拌，减少浓差极化电压，降低碱液中的含气度， 降低小室电压，减少能耗等，以使电解槽在稳定条件下工 作。 碱液循环量的大小影响槽内小室电压和气体纯度。对于一个 特定的电解槽，应有一个合适的循环量。一般槽内电解液 更换次数每小时2～4次。在常压电解系统中，通常用自然 循环，而在压力电解系统中，因电解装置体积小，管道细， 气液流通阻力大，加上电流密度较大，要求电解液更换的 次数比较多，采用自然循环难于达到，必须采用碱液循环 泵进行强制循环。
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一、制氢行业发展概况
4．氢能利用发展趋势预测 已在制氢技术、储氢材料和氢能利用等方面进行了开 创性的工作，拥有一批氢能领域的知识产权，其中有 些研究工作已达到国际先进水平。我国地域辽阔，能 源转换离不开氢能。我国有丰富的太阳能、风能资源， 通过电解水转换成氢气进行能量的转化和储存、运输， 有效的解决峰谷、传输和电网波动问题，可能是最佳 途径之一。我国南部和西南地区势能差大，水资源丰
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一、制氢行业发展概况
1．氢气的生产方法 1.5 甲醇分解制氢 1.6 水电解制氢 1.7 生物制氢 1.8 太阳能制氢
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一、制氢行业发展概况
2．水电解制氢的发展概况 自从1800年尼尔森等人成功的将水电解成氢气和
氧气以来，水电解制氢技术得到了飞速的发展。近20 年来，由于工业生产的飞速发展和能源的日渐短缺， 氢气的应用领域越来越广，对氢气的需求量也在也在 逐年的增加。据美国氢气协会分析，2007年全球年生 产氢气超过5000万吨，氢能作为低碳和零碳能源正在 脱颖而出。因此专家普遍认为，氢能的大量利用将
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图例
保温 （保 冷 ）标 示 材料 用途 厚度
[ AC = 10 0 ]
阀 门标 示
J
管 件标 示
H
仪表 信号 标示 盲通 两用 连接 变 径接 头 现 场指 示 远 传信 号 D CS /P LC 软联 锁停 车 硬 联锁 停车 法兰 连接 电加 热器 介质 标示 CH WS 低温 冷却 水给 水 CH WR 低 温冷 却水 回水 H 氢气 I A 仪表 气 W 污水 N 氮气 A E F H I L P Q R T V Y 自 控字 母标 示 首位 分析 流量 电流 液位 压力 质量 温度 电压 高限 指示 低限 次位 报警 元件
J1103
H φ 32X3
H φ 32X3
J110 1
J11 02
氮气
b
H φ32X3
PI 11 02
H φ32X3
3 QS1102 1
2
H φ32X3
1150
H φ32X3
Hφ 3 2X3 PV11 01 1
3
2 QS 1104
1.5 常压 1.5 常压 常压 1.0 1.0 常压
DN 1 0 DN 2 5 DN 2 5 DN 1 0 DN 1 0 DN 8 0 DN 8 0 DN 1 0
73
H φ 8X1.5
H φ32X3
114 0A
S
S
EH 11 03
1 120 B
QT 1 1 01
QI T 1 10 2
O 2 A NA LY Z ER Q S HH 1 1 02 Q AH 11 0 2 QI 1 1 02
73
Y110 2
Y1101
产品氢气出口 e 氢气露点仪放空口 f 微量氧 分析仪放空口 g 低温冷却水回水口 h 低温冷却水进水口 j 排污口
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氢气的制取和发电机的冷却第一节发电机的冷却方式1. 发电机冷却的重要性发电机运转时要发生能量消耗，这是有一种能（机械能）转变为另一种能（电能）时所不可避免的。
这些损耗的能量，最后都变成了热量，致使发电机的转子、定子、定子绕组等各部件的温度升高。
因为发电机的部件都是有铜质和铁质材料制成的，所以把这种能量消耗叫做铜损和铁损。
为了保证发电机能在绕组绝缘材料允许的温度下长期运行，必须及时地把铜损和铁损所产生的热量导出，使发电机各主要部件的温升经常保持在允许的范围内。
否则，发电机的温升就会继续升高，使绕组绝缘老化，出力降低，甚至烧坏，影响发电机的正常运行。
因此，必须连续不断地将发电机产生的热量导出，这就需要强制冷却。
2. 发电机常用的冷却方式发电机的冷却是通过冷却介质将热量传导出去来实现的。
常用的冷却方式有：2.1 空气冷却。
容量小的发电机（两万千瓦以下）多采用空气冷却，即使空气有发电机内部通过，将热量带出。
这种冷却方式效率差，随着发电机容量的增大已逐渐被淘汰。
2.2 水冷却。
把发电机转子和定子绕组线圈的铜线作成空心，运行中使高纯度的水通过铜线内部，带出热量使发电机冷却。
这种冷却方式比空气冷却效果好，但必须有一套水质处理系统和良好的机械密封装置。
目前，大型机组多采用这种冷却方式。
2.3 氢气冷却。
氢气对热的传导率是空气的六倍以上，加以它是最轻的一种气体，对发电机转子的阻力最小，所以大型发电机多采用氢气冷却方式，即将氢气密封在发电机内部，使其循环。
循环的氢气再由另设的冷却器通水冷却。
氢气冷却有可分为氢气与铜线直接接触的内冷式（直接冷却）和氢气不直接与铜线接触的外冷式两种。
当前除了小容量（25MW及以下）汽轮发电机仍采用空气冷却外，功率超过50MW的汽轮发电机都广泛采用了氢气冷却，氢气、水冷却介质混用的冷却方式。
在冷却系统中，冷却介质可以按照不同的方式组合，归纳起来一般有以下几种：2.3.1 定、转子绕组和定子铁芯都采用氢表面冷却，即氢外冷；2.3.2 定子绕组和定子铁芯采用氢表面冷却，转子绕组采用直接冷却（即氢内冷）；2.3.3 定、转子绕组采用氢内冷，定子铁芯采用氢外冷；2.3.4 定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯采用氢外冷，即水氢氢冷却方式；2.3.5 定、转子绕组水内冷，定子铁芯空气冷却，即水水空冷却方式；2.3.6 定、转子绕组水内冷，定子铁芯氢外冷，即水水氢冷却方式。
水电解工艺-培训资料
水电解工艺简介摘要：本文简要地叙述了水电解的原理，水电解制氢装置的组成，主要技术参数及其操作、维护等问题。
关键词：水电解水电解制氢装置一水电解原理1电解小室水电解制备氢和氧,这一电化学反应是在电解小室中完成的，电解小室是水电解槽的最基本的单元。
电极上通上直流电之后，电化学反应就发生了，水就被分解成了氢和氧。
电解槽的结构形式虽然很多（有单极性、双极性、箱式及压滤型等），但目前工业上使用的水电解槽几乎都是双极性压滤型结构,众多的电室串在一起，通过若干根拉紧螺杆，把这些电室紧紧地压在两块笨重的端压板之间,从而组成了一个完整的水电解槽。
那么电解小室由哪些部件组成的呢？它们的主要功能是什么呢？现简述如下：电解小室由三部份组成：即电极、隔膜和电解液。
1.1电极电极可分为主电极和副电极，实际上电化学反应主要发生在副电极上。
我公司生产的主电极的用材是08AL深冲型薄钢板,厚度为2㎜。
经水压机模压后，该薄板两面压出了数以百千计的乳头，该圆板被焊在圆环状的极框上。
环形框上设置有若干个通孔，这些通孔称作气液道孔，气液道孔通过沟槽与电极区相贯通，这样电化学反应生成的产品气氢、氧和电解液一起，通过这些气道孔送到电解槽外，同样，反应所需的原料水和电解液通过极框下部的液道孔也能从外界补充进去，从而使电解反应能持续地进行下去。
该组件整体镀镍，镀层厚度为40—80μ。
此主极板为双极性，即极板的一侧是负极，另一侧则是下一个电室的正极。
副电极的结构十分简单，我公司生产的副电极是用镍丝网经剪裁而成的，通常是用46目的镍丝网剪裁成圆片。
镍丝的直径约0.2㎜,大家都知道，丝网的表面积大大高于平板的表面积，这样电解槽可在较高的电流密度下运行时,不会增加电耗。
在组装成的电解槽中，副电极丝网被紧紧地压在主电极的乳头上，强大的电解电流就是这样被传送到副电极上的。
1.2隔膜垫片隔膜垫片的结构有整体式和分离式两种，我公司采用前者。
在制作时先将石棉布剪成圆片，再将此圆片放入塑模压机中，在其周边敷设了F46为主料的粉料，经加热模压成我们所要求的隔膜垫片。
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水电解制氢装置培训讲义
(纯化工艺部分)
•制氢工程部
2015-6-161
培训内容
概述
纯化流程
常见故障及排除方法
2015-6-162
概述
2015-6-163
1、催化脱氧
氢气中含有的氧杂质通常可采用催化转化的方法来去除。
脱氧催化剂大多是由具有高脱氧活性的金属（如钯脱氧的工作原理
脱氧催化剂大多是由具有高脱氧活性的金属（如钯、装置中使用的催化剂为钯金属--2015-6-164
装置中使用的催化剂为钯金属半导体体系，具有脱氧活性高、脱氧深度深、气体处理量大、强度高等特性，常温下即可催化反应发生，而且无需预处理（活化）和再生。
脱氧深度可达生。
脱氧深度可达1ppm 1ppm及以下。
及以下。
2、脱氧器的结构
¾内筒：电加热元件
电缆接入口
a 口（气体入口）
¾保温层
进入经电加热元
2015-6-165原料氢气从原料氢气从a a 口进入，经电加热元件加热后进入催化剂床层，氢气和氧气
在催化剂的作用下发生化合反应生成水，
水以气态的形式随氢气从水以气态的形式随氢气从b b 口流出脱氧
器。
3、温度控制
在催化剂床层的上部和下部各装有一个铂电阻。
分别用来检测催化剂床层上部和下部的温度。
下部铂电阻检测温度达到设定温度时，会暂停电加热元2015-6-166
如果电加热元件已开启而没有通气，那么电加热元件产生的热量就无法散发出去，并且没有气流的传导，测温元件也不能及时将电加热元件的真实温度传至控制系统停止加热，造成电加热元件自身过热，直至烧断。
干燥器的工作原理
1、变温吸附干燥
变温吸附干燥技术在气体制取工业应用广泛。
它是利解吸出来（即吸附剂的再生）。
从而达到循环工作的目的。
2015-6-167
解来即附剂从到循作
2、分子筛的吸附原理
分子筛是一类具有均匀微孔的硅铝酸盐化合物，其孔般
径相当于一般分子大小，由于微孔表面的分子或原子存在子的氢则不易被吸附而顺利通过微孔从而达到消除水分2015-6-168
子的氢则不易被吸附而顺利通过微孔，从而达到消除水分的目的。
分子筛的吸附作用属物理吸附，过程可逆。
3、干燥器的结构
¾内筒：电加热元件
电缆接入口
a 口（气体出入口）
¾外筒：分子筛
干燥过程
2015-6-169
4、干燥过程需要被干燥的气体从b 口进入
干燥器，流经吸附剂床层，气体
中的水分被吸附剂吸附，干燥后
的气体从a 口流出干燥器。
干燥
过程电加热元件不工作。
5、吸附剂的再生
当吸附剂吸附饱和时，需要进行再生处理，吸附水的解吸为吸热过程。
2015-6-1610
生结束。
再生温度越高，再生气的含水量越小，再生越完全。
6、再生时的温度控制
吸附剂床层的上部和下部各装有一个铂电阻。
分别检测吸附剂床层的上部和下部温度因为水分的解吸为吸检测吸附剂床层的上部和下部温度。
因为水分的解吸为吸元件，避免再生气流超温。
当检测值低于设定值后，再次2015-6-1611
启动电加热元件。
上部铂电阻（联锁铂电阻）的检测值达到设定值后，则停止加热，吸附剂的再生结束。
氢气纯化装置根据干燥器的数量可分为两塔流程和三塔流程两塔流程采用原料氢气作为再生气塔流程是纯化流程
塔流程。
两塔流程采用原料氢气作为再生气，三塔流程是2015-6-1612
2015-6-1613
1、QCYZ 型氢气纯化装置
脱氧器：内装脱氧催化剂，用来除去氢气中的氧气杂
质。
干燥器：内装分子筛，用来除去氢气中的水份。
冷却器：管壳式换热器，将高温氢气冷却至常温或低
积液器积存液体并排至水封
2015-6-1614
积液器：积存液体，并排至水封。
水封：安全排液、排气。
阻火器：设置在氢气放空管上，防止回火，保证生产
安全。
2015-6-1615冷却器结构图气水分离器（过滤器）结构图
2015-6-1616
2、QCNB 型氢气纯化装置
装置的工作状态干燥器A 的工作状态干燥器B 的工作状态干燥器C 的工作状态表4-1
Z1工作再生吸附加热阶段——干燥器内的电加热元件开始工作，干燥器内的温度逐渐上升吸附在分子筛上的水分被逐渐解吸当干2015-6-1617内的温度逐渐上升，吸附在分子筛上的水分被逐渐解吸，当干燥器上部温度达到联锁值后，认为再生完成，电加热元件自动停止加热；
吹冷阶段——干燥器停止加热后，气流继续按原路流过干燥器，以使干燥器降温，直至干燥器切换至工作状态；¾吸附状态：干燥器不加热，处理气量同再生气量。
2015-6-1618
2015-6-1619
序号故障现象原因排除方法
1产品氢气含氧量超标取样管道吹除不彻底或分析仪故障脱氧器工作温度低；彻底吹除取样管道或检修分析仪
提高脱氧器控制温度、联锁温度定
值；
常见故障及排除方法
催化剂性能下降。
更换催化剂。
干燥剂性能降低更换新的干燥剂2015-6-1620
干燥剂性能降低。
更换新的干燥剂。
3加热温度达不到要求测温元件或控制元件失灵。
再生气量不合适电加热元件损坏；检查、维修或更换测温元件、控制
元
件。
调整再生气量
更换新的电加热元件；
由于氢气的高渗透性、易燃性，应严格按照操作规程和安全规程来进行操作。
（对于新安装的氢气纯化装置或经过修理和长期闲置安全注意事项
的设备应进行：1、气密性检查：用氮气充压至工作压泄漏率的计算2015-6-1621
泄漏率的计算：（%/h ）
¾用电安全。
¾防止高温烫伤。
欢迎提出宝贵意见
2015-6-1622
谢谢大家！。