制氢装置

第十三章 制氢装置

第一节 制氢原理及设备

一、制氢原理

氢气（H2）是无色无味的气体。它是气体中最轻的(只有同体积空气重量的1/14.28)，具有最大的扩散速度，容易通过各种细小的空间。因而氢气具有高导热性，氢气的导热系数是空气的6.69倍，CO2的10.5倍，N2的6.2倍。在氢气中噪音较小，而且绝缘材料不易受氧化和电晕的危害。经过严格处理的氢气可以保证发动机内部的清洁。氢气的优良特性使它非常适合作为大型发电机的冷却介质。

工业上制取氢气的方法有以下几种：一是将水蒸气通过灼热的煤焦炭，可取纯度只有75%左右的氢气；二是将水蒸气通过灼热的铁，可制纯度在97%以下的氢气；三是由水煤气中提取氢气，它的纯度也较低；四是电解水制取氢气，它的纯度高达99%以上。因此，用于冷却发电机的氢气，都是由电解水制取的。

所谓电解，就是借助直流电的作用，将溶解在水中的电解质分解成新物质的过程。简单的说就是利用直流电分解物质的过程。有些溶有电解质的水溶液通电以后，分解出来的两种新物质，与原来的电解质完全没有关系，被分解的是作为溶剂的水。例如：硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等。这是因为纯水的电离度很小，导电能力极差，是弱电解质，没有以上的电解质，就不会被分离成氢气和氧气。当氢氧化钠水溶液通电时，在阴极上电解液中的H+（水电解后产生的）受阴极的吸引而移向阴极，最后接受电子析出氢气，就会有如下反应： 4H+ + 4e = 2H2↑

在阳极上，电解液中的OH受阳极吸引而向阳极移动，最后放出电子而成为水和氧气：

4OH- 4e = 2H2O + O2↑

阴阳合起来的总反应式为： 2H2O====2H2↑+ O2↑

从总反应式中可以看出，电解水制氢时每产出两体积的氢气，同时就会产生一体积的氧气。

-

_

1

二、制氢设备

河北电力设备厂生产的ZHDQ-32/10中压水电解制氢装置以其优良的性能在发电企业得到较广泛的应用。下面对这一系统作以简要介绍：

（一）制氢设备主要技术参数：

氢气产量：10Nm3

/h； 20℃，760mmHg 氧气产量：5N m3/h；

氢气纯度：≥99.8%（经干燥纯化后可达99.998%）； 氧气纯度：≥99.2%； 氢气湿度：<4g/Nm3H2

电解槽工作压力：3.14Mpa (可在0.8～3.14MPa之间任何压力下运行) 电解槽工作温度：≤90℃ 电解小室数：62个； 小室电流：370A

循环碱量：400～900L/h； 循环碱温：＜70℃； 分离器液位：600～800mm； 差压：-20～+20mm；

电解液：26%NaOH水溶液 或者 30%KOH水溶液 整流柜：电流≤740A，电压62~72V；

电解槽直流电耗：4.8KWh/Nm3Hz； 未含干燥器功率2.2KW 制氢机电源：AC380V50Hz；

干燥器工作压力：3.0Mpa/0.8～3.0Mpa (干燥/再生) 干燥器工作温度：室温/160～230℃ （干燥/再生） 干燥器电源：AC220V50Hz； 供氢母管压力：0.8～1.0MPa；

压缩空气气源：压力0.3～0.7MPa，含油量＜5mg/ m3，露点比环境温度低10℃；冷却水源：温度≤30℃，压力≥0.3MPa； 漏氢量：0.2～1.0%

（二）制氢设备规范：

2

表1－13－1 ZHDQ-32/10-W2制氢装置设备规范

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 设备名称 电解槽 框架Ⅰ 框架Ⅱ 送水泵 氢气贮罐 压缩空气贮罐 砾石阻火器 冷却水泵 除盐水罐 碱液罐 碱液循环泵 氮气瓶 微机控制装置 设备规格及型号 ZHDQ-32/10-W2 JZ200/40 φ1800,V14m3,P3.2MPa φ1800,V10m3,P0.8MPa GDS50-200，Q11.3m3/H，H41mH2O φ506，V219L φ506，V219L V44L，φ219，P2.94Ma 586型，带CRT显示 单位 数量 台 套 套 台 只 只 个 台 只 只 台 只 套 1 1 1 1 3 1 5 1 1 1 1 8 1 备注 配喷墨打印机 河北电力机械厂 14 15 16 氢气干燥装置 吸附器 可控硅电源装置 QG32/10-ⅡA型 KSZ-WJ 套 只 套 1 2 1 (三) 主要设备简介

1.电解槽

（1）电解槽的外形及各零部件的作用

电解槽是压滤式结构，由六（八）根大螺栓和二块端压板夹紧成一体，从外表正面看是圆柱体结构。大螺栓、大螺母、弹簧座、碟形弹簧等把各小室之间的垫片压紧，使槽体能承受内压力，为保证槽体不漏，必须使各碟形弹簧受有一定的力，而且各螺栓受力均匀。

端压板：左右端压板是承受槽体内部压力的端盖，因电解槽将在3.2Mpa压力下工作，端板中心处弯矩很大，所以中心设计得较厚。

3

输电板：从电解槽一侧上可以看到中间极板和左右端极板上都焊有钢质的厚板，这就是电解槽的正负输电板，中间极板处接上铜排或电缆与整流柜的直流输出正极相接、两个端极板用铜排或电缆连通后与整流柜的负极相接。

法兰孔：在左右端压板（或端压板）两侧各有六个法兰，对称而设，左右手端压板（或端极板）对应位置的法兰作用相同，端压板（端极板）下部有两个法兰，其中之一是盲板法兰，另一个法兰与阀门相接，阀门平时关闭，只有电解槽清洗检修时专门排放废液。

端板下部的两个法兰是电解槽的碱液进口，端板上方两个法兰是气体和碱液的出口。

(2)电解槽的输电特点

电解槽可以理解为两组电解池的并联。电解槽的最高电位处在槽体正中、最低电位处在电解槽的两端，与地面等电位。

一般工业用的水电解槽大部分是一端为正极，另一端为负极，为了对地绝缘，正极下端对地有极严格的绝缘要求，从正极端流出碱液气体的接头处也必须设有绝缘零件，而该装置电解槽没有这些弊病，槽体可以直接放在地上，但为防止偶然事件发生，在端板下垫有绝缘板。

(3)电解槽的内部结构

电解槽的每个小室由阳极板，阳付极网，氟塑料石棉隔膜布垫片，阴付极网，阴极板组成。在电解槽中，每个左极板和每个右极板都是阴极，中间极板是阳极，左右端极板是阴极，左右极板的板都是阳极也都是阴极，中间极板是阳极，左右端极板是阴极，左右极板的板面面向中间极板的一侧为阴极，另一侧为阳极。左阴板上产生氢气，在阳极上产生氧气。在槽体上除了中间极板，左端极板，右端极板外，按极板所处位置不同又分为左极板和右极板，它们的区别在于出气孔的位置不同。

极板：2mm厚的08钢板焊在极框上然后镀镍而成。因镍是非消耗性电极，在碱液里不会造成腐蚀，超电压又低，所以镀镍非常必要。极板上的乳头起支承付极网和隔膜布的作用，电解液可以在乳头与隔膜布形成的空间里流动，乳头还有输电作用。

阳付极网：它是由纯镍丝编织而成的，电化学反应时，氧气大部分在它表面产生。 阴付极网：它是由纯镍丝编织而成的网，又用等离子喷上雷尼镍活化层，使用前还要用稀碱液处理。电化学反应时，氢气大部分在它表面产生。

氟塑料隔膜石棉布垫片：电解产生的氢氧气体必须隔开，否则混在一起，后果不堪设想，但反应时，电解液电离出的正负离子还要不断运动，所以隔膜布还不能阻止离子运行，隔膜石棉布则能满足以上两个条件。隔膜石棉布是专门为电解而织成的，是由纯温石棉特级纤维

4

织成布。

工业石棉用处很大，如保温、耐火、绝热，很多地方都需要石棉制品，在水电解槽里是因为它具有一定的耐碱性和对碱液的浸润性。在烧碱溶液里耐碱性有一定的温度限制：能在90℃以下长期使用，若温度过高，则寿命大大缩短。实验证明，在25%NaOH溶液内煮沸五小时后。某些隔膜石棉布就会“烂掉”。电解槽内隔膜布的损坏会引起氢氧气体混合。

隔膜石棉布周边上有一圈厚度为4mm宽度一定的塑料边，这层塑料具有很好的耐热性，耐腐蚀性，弹性，介电性，是很理想的密封材料，它是用膜压的方法生产出来的。

压片：用来保护极板上的进液孔和出气孔，当垫片压紧时，如果没有压片支撑，各通道会被子垫片的塑料所填充阻塞。

电解槽内各种孔道的设置：在左右端极板的中下部有四个法兰接头，它们是电解槽的进口。电解液从端极板进入槽体，穿过左、右极板和氟塑料隔膜石棉布垫片工艺孔叠加形成的液道环到达中间极板内，再通过中间极板下部的孔，经极板下部液道环，通过进液孔分配到各小室里去。碱液电解后在阳极室生成氧气，碱液和氧气通过出气孔，经气道环一同流出氧气出口管；在阴极室生成的氢气和碱液一同流出氢气出口管。

2.氢气分离洗涤器、氧分离器 (1)分离器的作用

分离器借助于重力，使水电解产生的氢气、氧气与循环碱液分离。借助于氢、氧分离器的压力控制、保持电解小室中阴极侧和阳极侧的压力平衡。

氢分离洗涤器的筛板上有30mm高的水层，利用筛板上水层的优质洗涤作用，吸收氢气中一定的碱雾及液滴。维持水电局解过程中一定的碱液容量，利用分离器及其安装的仪表控制和调节电解过程中装置运行的各种参数。

通过分离器内设置的蛇管还可以冷却循环碱液。

(2)分离器的构造

由壳体、筛板、溢流管、布散管、蛇管、筒体法兰、液面计、外接管等焊接而成。 壳体：由筒体、封头、法兰等组焊而成一个压力容器。

筛板、溢流管：筛板上开有一定数量、一定规格、按一定方式排列的孔，孔的大小、数量与气体产量、水层厚度、介质性质有关，可通过有关资料计算求出，筛板中心焊有一根溢流管直插分离器液相下部，上面高出筛板30mm，以保持筛板上面液层厚度，水层的来源是电解过程中补充的电解纯水、通过柱塞泵、输送管道、布散管定时、定量地均匀地打进筛板上，通过溢流管不断更新上面液层、保证传质效率。

5

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库制氢装置在线全文阅读。