制氢站培训资料

制氢站培训教材******发电有限公司设备部制作2011年2月制氢站培训教材------第一版目录制氢站培训教材------第一版第一章水电解制氢装置第二章水电解制氢装置组成第三章气液处理器第四章水电解制氢工艺流程第五章氢气纯化干燥装置第六章其他设备第七章设备维护、安全事项与故障的排除第八章配制电解液第九章系统的操作规程第一章水电解制氢原理氢气是无色、无臭、无毒和无味的可燃气体。它同氮气、氩气、甲烷等气体一样，都是窒息气，扩散性强，还原性强，导热系数高。氢气的化学性质活泼，可与许多非金属化合。氢气是一种易燃、易爆的气体。在空气中的爆炸极限：上限75.5%，下限4%；在纯氧中的爆炸极限：上限94%，下限4％。氢气的着火性能随着温度和压力的不同而变化。爆炸条件：（1）在爆炸范围内。（2）有热源，着火点在20µj。一、氢气的性质制氢站培训教材------第一版氢气广泛应用于电力、化学、冶金、电子、等工业部门：1、在电力工业中，氢气可作为汽轮发电机的冷却剂，导热系数高。液态氢又是宇航和火箭的重要燃料；固态氢具有金属性并有超导性能。2、在化学化工方面，氢是合成氨、氯化氢、有机合成的氢化反应和油脂硬化等的原料。3、在尼龙、塑料、农药的生产中也都离不开氢，需加入一定纯度的氢气，生产相应的产品。4、在冶金工业中，氢气的使用颇为广泛。在有色金属—钨、钼、钛等的生产和加工中，使用高纯度的氢气作为还原气。二、氢气的用途制氢站培训教材------第一版制氢站培训教材------第一版5、在一些磁性材料、磁性合金的生产中，需要高纯度氢气作保护气，以提高其磁性和稳定性。6、在硅钢片的生产中，需要高纯度的氢气作保护气；在硬质合金、粉末冶金材料的生产中，也需要高纯度氢气作保护气。7、在一些薄板、带钢的轧制中常常使用氮气—氢气混合气，作为保护气。8、在电子工业中，也十分广泛地使用高纯度氢气，主要用于电子材料、半导体材料和器件、集成电路以及真空器件的生产。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。三、氢气制取方法制氢站培训教材------第一版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。制氢站培训教材------第一版1、电解定律：任何物质在电解过程中，在数量上的变化都服从法拉第定律。（1）电解时，在电极上析出的物质的数量，与通过溶液的电流强度和通电时间成正比，也就是说与通过溶液的电量成正比。G=KeIt式中：G—化学反应生成物的量I—电流T—通电时间Ke—电化当量四、水电解制氢装置的工作原理制氢站培训教材------第一版（2）用相同的电量通过不同的电解质溶液时，各种溶液在两极上析出的物质量与它的电化当量成正比，而析出1克当量的任何物质都需要96500库仑（C）的电量，以法拉第（F）表示。1法拉第=96500库仑=26.8安培·小时显然，电化当量的数值应等于化学当量e被法拉第常数除所得的商，即G=Ke·I·t＝I·t·e/F因此在阴极上析出1mol分子的氢，所需的电量为：It=G·F/e=2×26.8＝53.6（安·时）制氢站培训教材------第一版2、水的电解水存在下面的电离平衡:H2O=H++OH-将一对电极插入水中，通以电流，氢离子逐渐向阴极移动，在阴极上取得电子被还原为H2。Na+或K+离子在电解液的浓度下，其析出要比氢析出电位负的多，因此阴极上H+先放电，析出氢；OH一逐渐移向阳极，阳极失去电子而被氧化为O2。纯水是极弱的电解质，H+及OH一离子浓度极少，在25℃时，[OH—］=1×10-7M．可以说纯水几乎是不导电的。所以在水电解时必须加入其它的强电解质，如Na0H或KOH，以增强导电能力。此时：阳极反应：4OH一—4e=2H2O+O2阴极反应：4H2O+4e=2H2↑+4OH-总反应2H2O=2H2↑+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。制氢站培训教材------第一版制氢站培训教材------第一版第二章水电解制氢装置组成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。一、电解槽分类：制氢站培训教材------第一版2、双极性压滤式电解槽：双极性电解槽的极板也是垂直的，互相平行排列，电流只从一端极板导入，通过电极经电解液，传到下个一块极板，由另一端极板输出。每个电极板即产生氢，又产生氧，每个电极既是阳极又是阴极。它使用有绝缘边的隔膜作为电解小室的中间层，这样具有压滤机的结构，所以称双极性压力式电解槽。双极性水电解槽中的每块极板都传导总的电流。槽内电压决定于相邻两电极的电位差。电解槽的总电压为各个小室电压之和。工人在组装电解槽端极板和垫片，我厂采购的电解槽6根拉杆制氢站培训教材------第一版（1）串联式：电流小、电压大。制氢站培训教材------第一版（2）并联式：电流大、电压小。中间接正极，两端接地，本厂使用这种方式的电解槽，电解槽放在框架上，若用串联式，会与框架形成回路，产生电流，而并联式由于两端接地，消除了这种隐患。制氢站培训教材------第一版我厂电解槽为并联双极性压滤式结构，由螺栓和两块端压板把极板夹在一起，呈圆柱体结构。（1）大螺栓、大螺母、弹簧导套、蝶形弹簧等用来将各小室间的垫片压紧，使槽体能承受内压，保证槽体不漏。必须使各螺栓承受有一定的预紧力，而且各螺栓受力要均匀。（2）端压板：两端的端压板的作用是承受电解槽的内部压力及密封垫片的密封压力。足够的厚度，电解槽在1.5—3.2MPa压力下工作，承受的压力很大，因此要有足够的厚度，以免变形并保证槽体的密封性。（3）输电板：电解槽的中间极板和左右端极板上都焊有输电板。中间极板接直流输出正极，两个端极板接直流输出负极。一般工业上用的电解槽也可采用串联型式，即一端为正极，另一端为负极。正负端极板与端压板间有良好的绝缘。二、外部结构：制氢站培训教材------第一版三、内部结构：（1）极板：极板是由主极板和极框焊接后镀镍而成。镍是非消耗性电极，在碱液里不会被腐蚀。极板上的乳头起支承副极网、隔膜布和输电的作用。（2）阴副极网：用纯镍丝编织而成的，又用等离子喷涂法涂上活化层，使用前要用稀碱液进行活化处理。电化学反应时，在其表面上产生氢气。（3）阳副极网：与阴副极网相同，电化学反应时，在其表面上产生氧气。（4）隔膜：现行工业水电解槽通常采用石棉布作为隔膜。隔膜的作用是隔开电解时所产生的氢、氧气体，而不阻止离子运动。石棉隔膜布在30%KOH溶液里长期使用时其工作温度不得高于90℃。制氢站培训教材------第一版（5）绝缘密封垫：绝缘密封垫即起绝缘作用，又起密封作用，它是采用特制的塑料模压而成的，也可与石棉布模压在一起，是比较理想的密封材料。（6）压片：压片是用来保护极板上的进液孔和出气孔的。当垫片压紧时，保证各通道不被密封垫的塑料因填充而阻塞。（7）电解槽内各种孔道的设置：水电解后，各阳极小室生成的氧气和碱液一起通过出气孔经气体环道一同流出氧气出口管；各阴极室生成的氢气和碱液一同流出氢气出口管。（8）电解槽采用对角线循环路径，各电解小室碱液循环量均匀，小室电压均匀。制氢站培训教材------第一版四、注意事项电解槽是水电解制氢装置的核心，它的使用寿命与操作维护紧密相关。严格地按照操作说明书进行操作使用是电解槽经久耐用的关键所在。使用中必须注意下述各点：（1）槽温控制在90℃以下；（2）槽压控制在规定值范围内；‘（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；制氢站培训教材------第一版（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；（8）补充的原料水水质一定要符合要求。电解质为分析纯或优级纯KOH，定期测量碱液浓度，使浓度处于合适值。电解液中杂质的含量SO4—2＜100mg/L；Fe+3＜3mg/L:CI—＜800mg/L。（9）电解槽前放一橡胶板测量电压时踏于橡胶板上，以确保操作人员的安全。电解槽在热紧制氢站培训教材------第一版（1）电解槽小室电压不断增加到2.5V或者更高，这说明小室内电解液流通不畅，这时需要停车，清洗过滤器，打开电解槽下面的排污阀，排除污物，再开车。用碱液循环泵大流量循环碱液，通过冲刷作用把堵塞的小室通道疏通。如还不行，则要考虑相邻两片极板短路，使它们内部不产生气体。（2）法兰接口处漏碱：适当拧紧螺母或更换聚四氟垫片。（3）弹簧片碎裂：每根拉紧螺栓受力都是很大的，碟形弹簧长期处于工作状态，有可能由于加工质量不佳，出现碟片破裂现象，这时可先停车待温度恢复到常温状态时，在其它螺栓拧紧的情况下松开相应的螺栓，拆下损坏的弹簧片，换上备件重新拧紧。五、故障与维护：制氢站培训教材------第一版（4）气体纯度下降：当碱液循环量正常，差压和碱液温度控制正常情况下，如果气体纯度不断下降，氢气纯度很低，则要考虑石棉隔膜布可能破损，这时电解槽则需要大修。把槽体拆开，更换全部氟塑料隔膜石棉布垫片，重新组装。（5）电解槽温度过高，整流柜上电流表达不到额定值，如果整流柜本身没出问题，则要考虑电解液被不洁原料水所污染，电阻过大，至使电流达不到额定值，应更换电解液。制氢站培训教材------第一版制氢站培训教材------第一版第三章气液处理器（框架I)处理器是一个包含许多化工过程的多功能综合设备，它的作用如下：1、把从电解槽来的气液混合物在分离设备中进行气液分离。2、把分离出来的气体（氢气和氧气）气体夹带的液滴除去，以制成产品气。3、把分离后的碱液进行冷却以维持电解系统的适宜温度。4、通过碱液过滤器除去碱液杂质或绒毛。5、通过碱液循环泵提升碱液的压力以维持碱液以适量的流量在系统中流动，流量过低，热量不能及时带走；流量过高，产氢不纯。一、处理器的作用制氢站培训教材------第一版由于制氢装置的产氢量从5—300m3/h变化范围很大，因此要完成以上的综合功能，内部组成上有一些不同的构成。处理器分为卧式和立式。1、卧式分离器：是卧式圆筒结构，由筒体、左右封头焊接而成，在一端封头上装设液位计。我厂使用的是该类型分离器。洗涤器：容器由筒体，上下封头焊接而成并装有液位计、温度计。容器中下部设有蛇管冷却器，上部顶端设有捕滴网芯。（1）洗涤器的作用：除掉气体中的碱雾及液滴，通过洗涤器内设置的蛇管冷却洗涤液，并降低气体温度。二、处理器的结构制氢站培训教材------第一版（2）分离器作用：①借助于重力使水电解产生的氢气和氧气与循环碱液分离。②除掉气体中的碱雾及液滴并降低气体温度；③维持水电解过程中所需的电解液容量，并观察液位；④通过分离器内设置的蛇管冷却循环液，控制槽温。2、立式分离器：容器由筒体、上下封头焊接而成并装有液位计。下部的分离段和上部的洗涤段内设有蛇管冷却器，上、下段之间焊装隔板，隔板上安装U型通气管和气体分布器以及溢流管，上部洗涤段的顶端设有滤芯。其作用与卧式相同。制氢站培训教材------第一版3、使用与维护：（1）经常观察分离器上压力显示值和液位高度，看其工作压力、液位、液位差是否处于正常状态。超过规定范围，首先用手动放空阀将气体放空，使压力和液位维持正常状态。然后找出原因，排除故障、恢复正常。若原因一时找不到，或找到但不能很快在开车情况下排除，则停车处理，等恢复正常后再重新开车。注意：打开放空阀排空时，一定要慢慢开启，且要保持液位差趋于平衡。（2）若液面计进液孔堵塞