制氫系統(tǒng)培訓(xùn)

1、L/O/G/O制氫系統(tǒng)培訓(xùn)制氫系統(tǒng)培訓(xùn)華電蒙能包頭發(fā)電有限公司化學專業(yè)氫氣的性質(zhì)和用途 氫是自然界分布最廣的元素之一，它在地球上主要以化合狀態(tài)存在于化合物中。在大氣層中的含量卻很低，僅有約1ppm（體積比）。氫是最輕的氣體,它的粘度最小，導(dǎo)熱系數(shù)很高，化學活性、滲透性和擴散性強（擴散系數(shù)為0.63cm2/s，約為甲烷的三倍），它是一種強的還原劑，可同許多物質(zhì)進行不同程度的化學反應(yīng)，生成各種類型的氫化物。 氫的著火、燃燒、爆炸性能是它的特性。氫含量范圍在4-75%（空氣環(huán)境）、4.65-93.9%（氧氣環(huán)境）時形成可爆燃氣體，遇到明火或溫度在585以上時可引起燃爆。 壓力水電解制出的氫氣具有壓力

2、高（1.6或3.2MPa）便于輸送，純度高（99.8%以上）可直接用于一般場合，還可以通過純化（純度提高到99.999%）和干燥（露點提高到-40-90）的后續(xù)加工，可以作為燃料、載氣、還原或保護氣、冷卻介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)。 氫氣制取方法氫氣制取方法 1、水電解：、水電解：設(shè)備體積小，流程簡單，純度高，雜質(zhì)少，無污染；但能耗高，產(chǎn)量小。 2、氨分解、氨分解：產(chǎn)氣量大，但純度不高。 3、甲醇、天然氣裂解甲醇、天然氣裂解：能耗低，產(chǎn)氣量大，雜質(zhì)復(fù)雜，不易分離。水的電解水的電解水存在下面的電離平衡: H2O = H+ + OH - 將一對電極插入水中，通以電流，氫離子逐漸向陰極移動，

3、在陰極上取得電子被還原為 H2 。Na+或 K+離子在電解液的濃度下，其析出要比氫析出電位負的多，因此陰極上H+先放電，析出氫；OH一逐漸移向陽極，陽極失去電子而被氧化為O2 。 純水是極弱的電解質(zhì)， H+ 及OH一離子濃度極少，在 25 時， OH = 1 10-7M可以說純水幾乎是不導(dǎo)電的。所以在水電解時必須加入其它的強電解質(zhì)，如 Na0H 或 KOH ，以增強導(dǎo)電能力。此時： 陽極反應(yīng)：4 OH一4e = 2 H2O + O2 陰極反應(yīng)：4 H2O + 4e = 2 H2 + 4 OH- 總反應(yīng) 2 H2O = 2 H2 + O2 從反應(yīng)方程式得出： （1）水電解時，產(chǎn)生一份氧氣和兩份氫

4、氣。 （2）加入KOH或NaOH只起導(dǎo)電作用，在電解過程中不被消耗。水電解制氫裝置的工作原理水電解制氫裝置的工作原理1 1、電解定律：、電解定律： 任何物質(zhì)在電解過程中，在數(shù)量上的變化都服從法拉第定律。 （1）電解時，在電極上析出的物質(zhì)的數(shù)量，與通過溶液的電流強度和通電時間成正比，也就是說與通過溶液的電量成正比。 G = KeIt 式中：G化學反應(yīng)生成物的量 I電流 T通電時間 Ke電化當量2）用相同的電量通過不同的電解質(zhì)溶液時，各種溶液在兩極上析出的物質(zhì)量與它的電化當量成正比，而析出1克當量的任何物質(zhì)都需要96500庫侖（C）的電量，以法拉第（F）表示。 1 1法拉第法拉第=96500=96

5、500庫侖庫侖=26.8=26.8安培安培小時小時 顯然，電化當量的數(shù)值應(yīng)等于化學當量e 被法拉第常數(shù)除所得的商，即 G = KeIt Ite/F因此在陰極上析出1mol分子的氫，所需的電量為： It = GF / e = 226.8 53.6 （安時）電解槽電解槽 雙極性壓濾式電解槽：雙極性壓濾式電解槽： 水電解槽是整個制氫裝置的核心裝置，目前世界各國的水電解槽大多采用雙極性壓濾型結(jié)構(gòu)，“雙極性壓濾型”的意思是：每塊極板（指主極板）在電性上具有雙極性，即一面是負極，反面則是下一個電室的正極。壓濾型是指每個電解槽是由許許多多電室組成的，它們是靠若干根拉緊螺桿的作用力，擠壓在兩塊笨重的端壓板之間

6、，形成一個緊湊的結(jié)構(gòu)體。 雙極性電解槽的極板也是垂直的，互相平行排列，電流只從一端極板導(dǎo)入，通過電極經(jīng)電解液，傳到下個一塊極板，由另一端極板輸出。 每個電極板即產(chǎn)生氫，又產(chǎn)生氧，每個電極既是陽極又是陰極。它使用有絕緣邊的隔膜作為電解小室的中間層，這樣具有壓濾機的結(jié)構(gòu)，所以稱雙極性壓力式電解槽。雙極性水電解槽中的每塊極板都傳導(dǎo)總的電流。槽內(nèi)電壓決定于相鄰兩電極的電位差。電解槽的總電壓為各個小室電壓之和。電解槽結(jié)構(gòu)電解槽結(jié)構(gòu)壓力型水電解槽采用左右槽并聯(lián)型結(jié)構(gòu)，中間極板接直流電源正極，兩端極板接直流電源負極，并采用雙極性極板和隔膜墊片組成多個電解池，并在槽內(nèi)下部形成共用的進液口和排污口，上部形成各自

7、的氫堿和氧堿的氣液體通道。 電解槽可以理解為兩組電解池的并聯(lián)。電解槽的最高電位處在槽體正中、最低電位處在電解槽的兩端，與地面等電位。一般工業(yè)用的水電解槽大部分是一端為正極，另一端為負極，為了對地絕緣，正極下端對地有極嚴格的絕緣要求，從正極端流出堿液氣體的接頭處也必須設(shè)有絕緣零件，而該裝置電解槽沒有這些弊病，槽體可以直接放在地上，但為防止偶然事件發(fā)生，在端板下墊有絕緣板。電解槽結(jié)構(gòu)電解槽結(jié)構(gòu)水電解槽排污電解液陰極陽極氫氣電解液（陰極產(chǎn)出）排污電解液陽極陰極氧氣電解液（陽極產(chǎn)出）電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 電解槽的每個小室由陽極板，陽付極網(wǎng)，氟塑料石棉隔膜布墊片，陰付極網(wǎng)，陰極板組成。在電解

8、槽中，每個左極板和每個右極板都是陰極，中間極板是陽極，左右端極板是陰極，左右極板的板都是陽極也都是陰極，中間極板是陽極，左右端極板是陰極，左右極板的板面面向中間極板的一側(cè)為陰極，另一側(cè)為陽極。左陰板上產(chǎn)生氫氣，在陽極上產(chǎn)生氧氣。在槽體上除了中間極板，左端極板，右端極板外，按極板所處位置不同又分為左極板和右極板，它們的區(qū)別在于出氣孔的位置不同。極板：2mm厚的08鋼板焊在極框上然后鍍鎳而成。因鎳是非消耗性電極，在堿液里不會造成腐蝕，超電壓又低，所以鍍鎳非常必要。極板上的乳頭起支承付極網(wǎng)和隔膜布的作用，電解液可以在乳頭與隔膜布形成的空間里流動，乳頭還有輸電作用。陽付極網(wǎng)：它是由純鎳絲編織而成的，電

9、化學反應(yīng)時，氧氣大部分在它表面產(chǎn)生。陰付極網(wǎng)：它是由純鎳絲編織而成的網(wǎng)，又用等離子噴上雷尼鎳活化層，使用前還要用稀堿液處理。電化學反應(yīng)時，氫氣大部分在它表面產(chǎn)生。氟塑料隔膜石棉布墊片：電解產(chǎn)生的氫氧氣體必須隔開，否則混在一起，后果不堪設(shè)想，但反應(yīng)時，電解液電離出的正負離子還要不斷運動，所以隔膜布還不能阻止離子運行，隔膜石棉布則能滿足以上兩個條件。隔膜石棉布是專門為電解而織成的，是由純溫石棉特級纖維織成布。 電解小室結(jié)構(gòu)電解小室結(jié)構(gòu) 電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)端極板端極板端壓板：左右端壓板是承受槽體內(nèi)部壓力的端蓋，因電端壓板：左右端壓板是承受槽體內(nèi)部壓力的端蓋，因電解槽將在解槽將在3.2M

10、pa3.2Mpa壓力下工作，端板中心處彎矩很大，所壓力下工作，端板中心處彎矩很大，所以中心設(shè)計得較厚。以中心設(shè)計得較厚。電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)極板極板極板：極板是由主極板和極框焊接后鍍鎳而成。鎳是非極板：極板是由主極板和極框焊接后鍍鎳而成。鎳是非消耗性電極，在堿液里不會被腐蝕。極板上的乳頭起支消耗性電極，在堿液里不會被腐蝕。極板上的乳頭起支承副極網(wǎng)、隔膜布和輸電的作用。承副極網(wǎng)、隔膜布和輸電的作用。電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)極板上乳突極板上乳突極板：極板是由主極板和極框焊接后鍍鎳而成。鎳是非極板：極板是由主極板和極框焊接后鍍鎳而成。鎳是非消耗性電極，在堿液里不會被腐蝕。極板上的

11、乳頭起支消耗性電極，在堿液里不會被腐蝕。極板上的乳頭起支承副極網(wǎng)、隔膜布和輸電的作用。承副極網(wǎng)、隔膜布和輸電的作用。電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)石棉墊片石棉墊片隔膜：現(xiàn)行工業(yè)水電解槽通常采用石棉布作為隔膜。隔隔膜：現(xiàn)行工業(yè)水電解槽通常采用石棉布作為隔膜。隔膜的作用是隔開電解時所產(chǎn)生的氫、氧氣體，而不阻止膜的作用是隔開電解時所產(chǎn)生的氫、氧氣體，而不阻止離子運動。石棉隔膜布在離子運動。石棉隔膜布在30 % 30 % KOHKOH溶液里長期使用時其溶液里長期使用時其工作溫度不得高于工作溫度不得高于90 90 。電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)石棉墊片石棉墊片電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)石棉墊

12、片石棉墊片電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)陰付極網(wǎng)陰付極網(wǎng)陰付極網(wǎng)：它是由純鎳絲編織而成的網(wǎng)，又用等離子噴上陰付極網(wǎng)：它是由純鎳絲編織而成的網(wǎng)，又用等離子噴上雷尼鎳活化層，使用前還要用稀堿液處理。電化學反應(yīng)時，雷尼鎳活化層，使用前還要用稀堿液處理。電化學反應(yīng)時，氫氣大部分在它表面產(chǎn)生。氫氣大部分在它表面產(chǎn)生。電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)陰付極網(wǎng)陰付極網(wǎng)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)絕緣密封墊絕緣密封墊絕緣密封墊：絕緣密封墊即起絕緣作用，又起密封作用，絕緣密封墊：絕緣密封墊即起絕緣作用，又起密封作用，它是采用特制的塑料模壓而成的，可與石棉布模壓在一它是采用特制的塑料模壓而成的，可與石棉布模

13、壓在一起，是比較理想的密封材料。起，是比較理想的密封材料。電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 組裝中的電解槽組裝中的電解槽付極網(wǎng)石棉布墊片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽的內(nèi)部圖片電解槽圖片電解槽圖片電解槽的圖片電解槽的圖片 我廠電解槽為并聯(lián)雙極性壓濾式結(jié)構(gòu)，由螺栓和兩塊端壓板把極板夾在一起，呈圓柱體結(jié)構(gòu)。 （1）大螺栓、大螺母、彈簧導(dǎo)套、蝶形彈簧等用來將各小室間的墊片壓緊，使槽體能承受內(nèi)壓，保證槽體不漏。必須使各螺

14、栓承受有一定的預(yù)緊力，而且各螺栓受力要均勻。 （2）端壓板：兩端的端壓板的作用是承受電解槽的內(nèi)部壓力及密封墊片的密封壓力。足夠的厚度，電解槽在1.53.2MPa 壓力下工作，承受的壓力很大，因此要有足夠的厚度，以免變形并保證槽體的密封性。 （3）輸電板：電解槽的中間極板和左右端極板上都焊有輸電板。中間極板接直流輸出正極，兩個端極板接直流輸出負極。一般工業(yè)上用的電解槽也可采用串聯(lián)型式，即一端為正極，另一端為負極。正負端極板與端壓板間有良好的絕緣。 電解槽的外部結(jié)構(gòu)電解槽的外部結(jié)構(gòu) （1）極板：極板是由主極板和極框焊接后鍍鎳而成。鎳是非消耗性電極，在堿液里不會被腐蝕。極板上的乳頭起支承副極網(wǎng)、隔膜布和輸電的作用。 （2）陰副極網(wǎng)：用純鎳絲編織而成的，又用等離子噴涂法涂上活化層，使用前要用 稀堿液進行活化處理。電化學反應(yīng)時，在其表面上產(chǎn)生氫氣。 （3）陽副極網(wǎng)：與陰副極網(wǎng)相同，電化學反應(yīng)時，在其表面上產(chǎn)生氧氣。 （4）隔膜：現(xiàn)行工業(yè)水電解槽通常采用石棉布作為隔膜。隔膜的作用是隔開電解時所產(chǎn)生的氫、氧氣體，而不阻止離子運動。石棉隔膜布在30 % KOH溶液里長期使用時其工作溫度不得高于90 。 電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu) （5）絕緣密封墊：絕緣密封墊即起絕緣作用，又起密封作用，它是采用特制的塑料模壓而成的，與石棉布模壓在一起，是比較理想的密封材料。 （6）壓