水电解制氢装置工作原理结构及工艺流程

水电解制氢装置 工作原理结构及工艺流程

1．水电解制氢装置工作原理

水电解制氢的原理是由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的水电解池 ,当通以一定

的直流电时,水就发生分解,在阴极析出氢气 ,阳极析出氧气。

其反应式如下:

阴 极： 2H 2O ＋2e →H 2↑＋2OH -

阳

极:

2OH -

－2e →H 2O ＋1/2O 2↑

直流额定电压（V ） 28 56

总反应:

2H 2O →2H 2↑＋O 2↑

产生的氢气进入干燥部分，由干燥剂吸附氢气携带的水 分，达到用户对氢气湿度的要求。

本装置干燥部分采用原料氢气再生，在一干燥塔再生的 同时，另一干燥塔继续进行工作。 2．水电解制氢装置的用途与技术参数

纯水耗量（kg/h） 5 10

主电源动力电源容量40 75

（KVA）

原料水水质要电导率≤5μs/cm 氯离子含量<2mg/l 悬浮求物<1mg/l

3

冷却水用量（m/h）

3

整流柜冷却水出口背压<0.1Mpa

电解槽直流电耗≤4.8KWh/m3H2

碱液浓度26～30%KOH 自控气源压力0.5～0.7Mpa

气源耗量 3.5m3/h

主电源动力电电压N380V50HzC相～220V50Hz

整流柜电源0.5KV380 三相四线50Hz

控制柜电源AC220V50Hz

冷却水温度≤32℃

冷却水压力0.4～0.6MPa

冷却水水质≤6德国度

氢气出口温度≤40℃

干燥温控温度250℃～350℃

干燥加热终止温度180℃

干燥器再生周期24h

环境温度0～45℃

表1 制氢装置主要技术参数表

2.1设备的用途

CNDQ系列水电解制氢干燥装置是中国船舶重工集团

公司第七一八研究所新研制

成功并独家生产的全自动操作的制氢干燥设备,其主要技术指标达到或超过九十年代末世界先进水平,适用于化工、冶金、电子、航天等对氢气质量要求高的部门,是目前国内最先进的并可替代进口的制氢设备。

2.2主要技术参数

CNDQ5～10/3.2型水电解制氢干燥装置的主要技术参数

如表1

本装置采用微机控制，对本装置的主要的主要参数：压力、温度、氢氧液位差可进行自动调节;对干燥器的再生时间及再生温度进行自动控制。对装置的工作压力、温度、氢

液位、氧液位、氢气纯度能集中显示；在干燥器再生开始及

结束事，有自动声光报警。若氢阀后压力、冷却水压力、气

源压力、氢氧液位上下限、氢氧纯度产生一定的偏差事能自

动声光报警；若装置的主要参数压力、温度、氢氧液位、碱

液循环量、气源压力偏离正常值太大，又不能及时处理事，

该装置能自动声光报警停车；为了进一步提高本装置的安全

运行系数，装置的主要参数压力，设置了双重独立系统，当

系统压力控制失灵，装置的运行状态达到危险值时，该独立

系统可使装置自动声光报警并停车。原料水补充有自动和手

动两种方式。

3水电解制氢装置结构

本装置由框架一、整流柜、控制柜、配电装置、计算机

管理系统、框架二、框架三等几部分组成。

3．1框架一

框架一由电解槽、氢、氧分离器、氢洗涤器、循环泵、

干燥器、冷却器、汽水分离器等组成，电解槽为压滤式双极

性结构，一端下部有进液管，另一端上部有氢气、氧气及碱

液出口管，中间极板为正极，两端极板为负极。

3.2整流柜

整流柜由整流变压器，整流装置组成，用于供给电解所

需直流电源。使用方法详见“可控硅整流装置使用说明书”。3．3控制柜及计算机管理系统

控制柜由下位机、电磁阀、安全栅、测量仪表及控制仪

表组成，计算机管理系统主要由上位机及打印机组成。能够

实现自动控制、自动检测、自动存罐。显示、故障报警、连

锁、自动开机与停机等功能。

3．4配电装置

配电装置一般由配电柜和动力柜组成，用于对制氢系

统所有动力装置的供电，对循环泵，加水泵、风机等动力设

备的启停进行控制。

3．5框架二

框架二为氢气分配装置，与制氢装置、储氢罐及发电

机供氢管道相连接。

3．6框架三

框架三用于碱液的配制和储存、原料水的储存以及为

制氢装置提供原料水及碱液。

4水电解制氢装置工艺流程

水电解制氢装置工艺流程详见附录一工艺流程图。

4.2电解液循环系统

从电解槽出来夹带氢气和氧气的碱液在氢分离器和氧

分离器中,在重力作用下分别与氢气、氧气分离，经蛇管冷

却后,电解液通过氢、氧分离器底部的连通管经过过滤器进

入循环泵,然后进入电解槽形成了电解液循环系统。

4.3补充系统

4.3.1补充原料水

水箱中的水通过加水泵经过止回阀H1、球阀Q5被注入氢洗涤器,先供冷却洗涤,然后通过溢流管流入氢分离器,经循环泵送入电解槽，不断地补充电解消耗的原料水。

4.3.2补充碱液

水电解过程中,碱起到增加电导作用,理论上不消耗碱, 正常运行中一般不需补充碱,如确需补充碱时,可通过加水泵经过止回阀H2、球阀Q1直接泵入碱液循环系统中。

注意:在补碱液时,应关闭补水阀Q1,避免碱液加入氢洗

涤器内。

4.4冷却水系统冷却

水共分四路

第一路:进入整流柜以冷却可控硅整流元件。

第二路:通过冷却水调节阀分别进入氢、氧分离器内部

蛇管,以冷却循环碱液,从而达到控制系统工作温度的目的。

第三路:通过球阀Q11进入气体冷却器内部蛇管,以冷却氢气,此冷却水为常流水,由Q11调节流量大小。

4.5氮气吹扫系统

通过J1，J7向系统内充氮气,用于系统的气密试验与开

机前的氮气吹扫。当使用氮气时用软管与氮气源临时连接, 不用金属管道与氮气管道气源固定连接。