数控大功率水电解制氢电源控制系统地研究.pdf

东北大学倾士学位沦文 第幸绪论 cII。+H，O—二里型堕。CO+3H，--49，3(千卡) Ctt。+CO，—塑斗2CO+2H，一59．1(千卡) 2CH 4+O，一——_÷2CO+4H，+17(千卡) CO+H，O——————}CO，+H，+9．8f千卡) 为获得工业氢气可采用水蒸汽和纯氧的混合物作氧化剂。在制取合成气时， 可采用水蒸汽和富氧空气的混合物作氧化剂。在转化炉中制得含氢气体后，在经 过c0变换，去除cO：和各种硫化物后，可得到含氢量95％左右的气体。天然气 转化制氢时，由于原料气的组成，工艺流程及设备的不同，各种技术经济指标也 有所不同。据报导，若将天然气转化后再以变压吸附装置提纯制取的氢气纯度可 要的冷却水和电能等。 2、液态烃转化制取氢气 原油及其在精炼过程中所得到的轻油和重油都可以用蒸汽转化法和部分氧化 法制得含氢气体，其反应原理和生产过程基本与天然气转化法相同。一套氢气，“‘ 量为500Nm3／h的轻油蒸汽转化装置，采用管式转化炉，其工艺流程大体上是： 原料油一一予热汽化卜-一I脱硫I一一I管式转化炉l csoo℃催化剂，一一[蔓因一一臣亟因一一[叵困 一一[i!i盈一一95％左右的氢气。转化炉工作压力20ks／“n2。轻油 r—————————————————一 耗量115kg／h。 3、焦炉气及其他含氢气体的深冷分离法制取氢气 焦炉气分离装置，是使焦炉氢在一定压力下逐级冷却至低温，在不同的温度 范围，一次分离出丙烯、乙烯、甲烷等馏分，最后用99．998％的高纯液氮洗涤， 除去残留的甲烷、一氧化碳和氧等杂质，再进一步用低温吸附脱氮，即可制取高 纯度的氢气。水煤气分离装置，是使水煤气冷却并以液氮洗涤除去甲烷、一氧化 碳和氧等杂质后，再脱氮制取氢气(近年来，焦炉气、水煤气的深冷分离技术已 扩展到石脑油、天然气为原料的蒸汽转化法生产合成气和氢气)。 为使分离装置能长期安全运行，原料气在进入低温装置前应进行预净化，脱 除cO：、NO等杂质。这种分离装置一般适用于大型的制氢装置和合成气装置。 4、煤气化制取氢气 ．3。 兰型生竖堂塑兰望竺堕兰一 一 兰二兰竺堡 固体燃料的汽化是用蒸汽、氧气(富氧空气)或蒸汽一空气混合气通过灼热 的焦碳层、煤层，获得以CO、％为主要组份的各种煤气(CO+ff：在80％左有)。实 际生产的煤气成分和消耗指标以炉型、固体燃料的种类、性能和操作条件等不同 有所不同。 制取的煤气，经过CO变换和气体精制后可得氢气。其工艺流程与气态烃转化 制氢类似。 获得1000m3水煤气，约消耗0．67吨焦碳、7．1吨蒸汽、106kwh电能…m。 1．2．2水电解制氢 拉奇诺夹对他的第一台单极性水电解槽取得了专利权。约在二十世纪开始，德国 的Garuti和8chue Rert提出了第一台实用的单极性电解槽的设计；德国的 Schmidt--OeTl ikon提出了第一台双极性电解槽的设训。约在】927年及1939年 第7台大型压滤式电解槽及第一台大型箱式电解槽在挪威及加拿大安装。在1945 年后，世界f_：约有近十家有名的厂商生产许多大小不同的水电解设备，安装在世 界许多地区㈣。 过去数十年，由于用天然气和石油产品的气体转化法制氢的成本低于电解法， 因此水电解制氢设备在相当一段时J1j}：J内发展是缓慢的。 在1960年以前，水电解槽着重在安全性、可靠性和操作维护方便方面进行改 30kgf／cm?。 随着燃料电池技术的发展，使水电解技术亦瓦Jn,1得到改进。这种改进提高了 电流密度及延长实用寿命。其中典型的有0．E．固体聚合物电解质(SPE)水电解 梢。它的主要特征是使用一种离子交换膜作为电解质兼起隔膜作用，依靠此薄膜 Ih的水合氢离子的迁移提供离子导电，水既是反应物，又是冷却介质。这种电解 槽的特点是电流密度高，设备体积小，消除了有腐蚀的液体。当操作温度为80。C 体氧化物电解质电解槽，操作温度约在1000。C，在此高温下，理论分解电压仅为 09V