在“双碳”背景下,以光伏、风电等可再生能源发电方式获得了快速发展,同时因为氢气被认为是高效、绿色、清洁的未来能源,这使得以光伏、风电等可再生能源发电制氢的绿氢、绿氨产业也迎来快速发展。目前电解水制取绿氢技术主要有四种:碱性水电解(ALK)、质子交换膜水电解(PEM)、阴离子交换膜电解(AEM)和固体氧化物水电解(SOEC),因为成本、工艺等综合因素,目前碱性水电解制氢占主流地位。
碱性水电解制氢的主要原理是:在氢氧化钠、氢氧化钾等碱性电解质溶液中,通入直流电,因为Na+、K+等金属离子较为活泼,实际是水中的氢离子在阴极得到电子而变成氢气,氢氧根离子则在正极失去电子而变成氧气,最终分别得到氢气和氧气产品。
图1:典型 – 碱性水电解制氢原理图
对于碱性水电解制氢工艺而言,涉及氢气、氧气、碱性电解液、冷却水等多种介质的精确控制,包括整个生产工艺的压力、温度、流量等工艺参数的控制精度都要求比较高。目前针对电解水制氢整个工艺的流体控制,艾默生调节阀均有比较成熟、领先的应用解决方案。
图2:典型的电解水制氢关键调节阀位置
一、氢气\氧气压力调节阀
1.工艺过程影响
协助维持电解槽的压力:无压/低压会导致腐蚀性介质产生;高压则会抑制氢气产物的生成。
2.解决方案
艾默生GX\E系列\Baumann、 5100\5400等直通阀。
二、防喘振调节阀
1.工艺过程影响
在紧急情况下保护压缩机;在停机时保证氢气混合物的及时排放。
2.解决方案
艾默生E系列、5400等直通阀。
三、循环水流量\温度调节阀
1.工艺过程影响
冷却氢气,使得氢气中的水分冷凝,提高氢气纯度;如果冷却不充分,会产生湿氢。
2.解决方案
艾默生V150\V300、7200等V型调节阀。
四、氢气/氧气流量调节阀
1.工艺过程影响:
控制氢气\氧气流量;如果控制不当,会影响最终产品的压力。
2.解决方案
艾默生E系列\5400等直通阀、8580\6400等系列高性能蝶阀。
此外,因为碱性水电解制氢工艺产物为氢气和氧气,易燃、易爆,均是危险介质,对调节阀填料的逸散性要求较高,艾默生调节阀搭配有Fisher专利的ENVIRO-SEAL环保密封填料,通过T?V TA Luft、ISO 15848等国际权威认证,可以保证在设计和工作压力下介质逸散低于100ppm(百万分之一)以下。