PEM質(zhì)子交換膜水電解制氫工作原理

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，世界"能源危機"日益加劇，尋找和開發(fā)可再生綠色能源已越來越引起人們的重視。

氫能作為一種清潔可再生的綠色能源，如今已備受世人的矚目?，F(xiàn)有的制氫技術(shù)以商品化的水電解制氫技術(shù)zui為成熟。水電解制氫主要有三種，堿性水電解制氫、質(zhì)子交換膜水電解制氫和固體氧化物水電解技術(shù)。固體氧化物電解技術(shù)因其工作溫度過高，限制了電解材料的選擇、密封和運行控制，為此始終無法得到應(yīng)用和推廣。堿性電解水是目前應(yīng)用zui為普遍的電解水制氫方法，但存在污染，效率低等問題。PEM水電解槽能在高電流密度下工作，體積小，效率高，生成的氫氣純度可高達(dá)99.999%，被認(rèn)為是zui有發(fā)展前景的水電解技術(shù)。

  加拿大氫能是在范圍內(nèi)設(shè)計、制造和安裝工業(yè)氫能系統(tǒng)和商業(yè)氫能系統(tǒng)的行業(yè)，在氫能源系統(tǒng)方面有60多年的經(jīng)驗，*有近3000套氫氣系統(tǒng)運行、使用業(yè)績。

PEM是加拿大氫能的一項新技術(shù)，是歷經(jīng)10年的項目研究成果。2014年加拿大氫能的MV級別的PEM電解槽正式投產(chǎn)，事實證明它有著非常優(yōu)異的性能。在PEM技術(shù)中，水中的氫離子穿過質(zhì)子交換膜與電子結(jié)合成為氫原子，氫原子相互結(jié)合形成氫分子。這項技術(shù)使電解槽可以在高電流密度和高壓下工作，適用于使用空間受限的情況下，或用可再生能源發(fā)電制氫時，電量不穩(wěn)定的情況下。下面對PEM工作原理進(jìn)行詳細(xì)剖解，以便大家對此有更好的了解。

外殼包含如下圖所示兩個獨立的房間。 每個房間的內(nèi)所包含的設(shè)施可在下面逐一介紹

- 房間?:  工藝室； 二 房間 ‚: 通用室

一、工藝室：

電解設(shè)備的核心部件是HyLYZER™PEM（聚合電解質(zhì)膜）電解槽。電解槽由電解室組成，每個小室包含兩個電極和一片質(zhì)子交換膜。

電解槽中注入經(jīng)處理/冷卻水和電流時，就可以生產(chǎn)氫氣和氧氣。然后氣體再通過除濕器，冷凝捕集器和氣體分離器，氣體被冷卻，其中包含的水汽也被凝結(jié)下來。

處理部分包含所有的傳感器、儀器、壓力變送器和溫度變送器等。此設(shè)備符合防爆指令，適合氫氣使用(SS316L/WN1.4571)

1.氣體純化部分：

氣體純化部分用于清潔氫氣，使其純度達(dá)99.999%。達(dá)到此純度需經(jīng)過兩個階段：

 階段一：除濕階段：由熱交換器中的液體冷卻氫氣，出去其中包含的水分。

 階段二：干燥階段：在冷凝器和氣體干燥器中去除氣體中的濕氣。（標(biāo)準(zhǔn)大氣露點少于-50°C）

 氣體干燥器放置在處理室中，由標(biāo)準(zhǔn)控制面板中的主PLC控制。

2.氣水分離器部分：

氣水分離器部分用于去除生產(chǎn)過程/冷卻水中的氣體，這些氣體來自陽極（氧）側(cè)。氧氣上升至頂部并流入氧氣干燥器。氣水分離器中的剩余的水循環(huán)回來，用于電解槽水分供給和冷卻。

反滲透系統(tǒng)中的自來水用于控制和補充水位。水的電阻率須時時測量和監(jiān)控，這是通過將水運送至排放收集處來實現(xiàn)的，同時也可以向氣水分離器中加入更多的自來水。

二、通用室

 通用室包含以下部分：

1.控制面板：

控制面板包含PLC和相關(guān)設(shè)備，以確保HyLYZER™自動化和安全操作。控制面板通過線纜與處理部分以及電源連接在一起。他的特點如下：

· 經(jīng)認(rèn)證的電氣外殼且含兩個可上鎖柜門。

 · 冷卻風(fēng)扇+氣體過濾系統(tǒng)

 · PLC（西門子 S-7 軟件）

 · 外部：可視化和人機界面終端

 · 外門上裝有緊急停機按鈕

 · 不間斷電源用于安全停機

 · 24VDC電源供應(yīng)

 · 斷路開關(guān)

 · 變壓器

 · 印刷電路板

 · 聲頻報警器

2.外部人機界面和監(jiān)控系統(tǒng)

 控制板裝有外部人機界面屏，操作員可通過屏幕或虛擬網(wǎng)遠(yuǎn)程連接控制和操作HyLYZER™電解設(shè)備。外部監(jiān)控系統(tǒng)包含閃卡，閃卡用于記錄數(shù)據(jù)。這樣技術(shù)人員可通過連接電解槽來診斷和排除故障并報警。

3. 電源柜

 電源柜將三相交流電轉(zhuǎn)化為電解過程需要的可調(diào)直流電流，外殼含可上鎖柜門

4.廢熱回路

廢熱冷卻回路包含泵和干燥冷卻器，將系統(tǒng)中的熱排放至大氣中。冷卻水在閉合回路中循環(huán)，通過熱交換器，安裝在HyLYZER™ 的處理部分。廢熱回路冷卻整流柜和供給PEM電解槽的純水。

當(dāng)HyLYZER™的冷卻系統(tǒng)閉合回路性能全部發(fā)揮時，需保證周圍環(huán)境溫度在-20°C 和+40°C之間。干燥冷卻器由控制板中的PLC控制。

5. 冷凍系統(tǒng)（氣體冷卻和反滲透冷卻）

不管環(huán)境溫度是多少，冷凍機始終為HyLYZER™冷卻水閉合回路提供15度的冷卻水，用于氫氣和氧氣的熱交換器。冷凍水冷卻氫氣和氧氣，將電解過程中產(chǎn)生的水蒸氣凝結(jié)，經(jīng)過濾后去除。冷凍機安裝在室外機的保護(hù)殼內(nèi)，包含泵和膨脹水箱

6.  給水處理系統(tǒng)

給水系統(tǒng)將自來水轉(zhuǎn)化為電解過程需要的純?nèi)ルx子水。在進(jìn)入電解過程前，他們的水質(zhì)一直受到持續(xù)監(jiān)控

客戶自行提供自來水，但必須滿足或超過以下標(biāo)準(zhǔn)。注意1.5-2升自來水才能生產(chǎn)出1升純水，電解過程需要約1升純水用于生產(chǎn)1立方米氫氣。

三、其他選項

 1.自動重啟

 在需求側(cè)操作模式下，HyLYZER™可以連續(xù)檢測用戶管路中的實際壓力。 如果本機處于待機模式，則允許用戶管路壓力低于預(yù)設(shè)閾值時自動重啟設(shè)備。

 2.電源設(shè)定值

 假定存儲空間足夠，且下游工廠需要消耗氫氣，此選項可控制電解槽的總能耗。

3.自動氮氣吹掃

 此選項可保證HyLYZER™設(shè)備自動執(zhí)行氮氣吹掃過程和氫氣純化。

4.電氣面板的空氣調(diào)節(jié)模塊

 電氣面板上安裝了空氣調(diào)節(jié)模塊，當(dāng)運行環(huán)境高于40度時，推薦此選項。

 5.質(zhì)量流量計

 質(zhì)量流量計可測量用戶生產(chǎn)線中氫氣含量。

 6.Emergency lights 緊急照明

 主電源發(fā)生故障時控制室內(nèi)的緊急照明可持續(xù)照明30分鐘。

 7.符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

 室外設(shè)備默認(rèn)情況下符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)

加拿大氫能公司和深圳文圣公司在中國地區(qū)的銷售業(yè)績近50臺氫氣發(fā)生器系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的堿水電解槽氫氣發(fā)生器hystat系列的基礎(chǔ)上，加拿大氫能發(fā)展了新型的純水電解，即質(zhì)子交換膜（pem）電解槽氫氣發(fā)生器hylyzer系列。除此以外，加拿大氫能還在加氫站、pem氫燃料電池及電轉(zhuǎn)氫儲能系統(tǒng)方面具有*的專業(yè)技術(shù)。