Систематический обзор методов производства водорода
Thread Content
В настоящее время в стране применяются следующие основные технологии: первая — получение водорода из метанола. Для снижения энергопотребления и затрат в химической промышленности вместо технологии получения водорода путем электролиза воды, которая считается «энергозатратной», используется современная технология ректификации метанольных паров с применением метода адсорбции под изменяющимся давлением. Благодаря этому можно получить чистый водород, а также смесь газов, богатую CO2. После дальнейшей обработки можно получить как водород, так и углекислый газ. II. Получение водорода путем электролиза воды. Для электролиза растворов каустического калия или каустической соды часто используются серийные электролизеры, в которых в качестве катода выступает железо, а в качестве анода — никель (эти устройства по своей форме напоминают фильтры). На аноде образуется кислород, на катоде — водород. Этот метод имеет высокую стоимость, но обеспечивает высокую чистоту продукта, позволяя получать водород с чистотой более 99,7%. Водород такой чистоты обычно используется: ① в промышленности электроники, приборостроения и измерительной техники в качестве восстановителя, защитного газа и для термообработки палладиевых сплавов; ② в промышленности порошковой металлургии в качестве восстановителя при производстве вольфрама, молибдена, твердосплавов и т. д.; ③ для получения сырья для полупроводников, таких как поликристаллический кремний и германий; ④ для гидрирования жиров; ⑤ в качестве охлаждающего газа в генераторах с двойным водородным охлаждением. Такие предприятия, как Пекинский завод электронных ламп и Газовый завод Академии наук, производят водород с помощью метода электролиза. III. Получение водорода методом водяно-угольного газа. Используется антрацит или кокс в качестве сырья; при высокой температуре они реагируют с водяным паром с образованием водяно-угольного газа (C + H2O → CO + H2 – тепло). После очистки газ пропускают вместе с водяным паром через катализатор, в результате чего CO превращается в CO2 (CO + H2O → CO2 + H2). Таким образом получается газ с содержанием водорода более 80%. Затем его помещают в воду для удаления CO2. После этого оставшийся CO удаляется с помощью раствора цупрата аммиачного (или цупрата ацетата аммиачного), в результате чего получается более чистый водород. Этот метод позволяет получать водород по низкой стоимости при высоком объеме производства. Для его применения требуется много оборудования; этот метод широко используется на заводах по производству аммиака. В некоторых местах CO и H2 синтезируют метанол, а в ещё немногих местах используется не слишком чистый газ, содержащий 80% водорода, в качестве сырья для производства жидкого топлива. Этот метод часто используется в таких предприятиях, как Пекинский химико-технологический экспериментальный завод, а также во многих местных заводах по производству нитроглицерина. IV. Получение водорода из синтез-газа и природного газа путем термического разложения нефти. При термическом разложении нефти образуется большое количество водорода, который часто используется для гидрирования бензина, а также для нужд нефтехимической промышленности и производства удобрений. Этот способ получения водорода применяется во многих странах мира. В Китае он используется на нефтехимических предприятиях, таких как завод по производству удобрений в Цине, а также на нефтехимических объектах на месторождениях в Бохайском заливе. Этот метод также применяется в некоторых других странах (например, на заводах по гидрированию в США, таких как Bayway и Batan Rougo). V. Получение водорода путем охлаждения газа коксовых печей. Газ коксовых печей, предварительно очищенный, подвергается охлаждению и повышению давления; в результате другие газы конденсируются, а остается водород. Этот метод применяется в немногих местах (например, на заводе Ке Мепобо в бывшем Советском Союзе). VI. Водород как побочный продукт электролиза соленой воды. В химической промышленности производится большое количество довольно чистого водорода в качестве побочного продукта. Этот водород может использоваться для синтеза соляной кислоты; кроме того, имеется избыток водорода, который также можно очистить для получения обычного или чистого водорода. Водород, используемый на втором химическом заводе, является побочным продуктом электролиза соленой воды. VII. Побочный продукт пивоваренной промышленности. При ферментации кукурузы с получением пропилена и бутанола в отходящих газах из реакторов содержится более 1/3 водорода. После нескольких этапов очистки можно получить водород высокого качества (с содержанием более 97%). Если затем этот водород охладить до температуры ниже –100°C с помощью силикагельных трубок, то можно дальше устранить примеси (например, небольшое количество N2), что позволяет получить чистый водород с содержанием более 99,99%. Такой побочный продукт производится на пивоварнях в Пекине; его используют для обжига кварцевых изделий и поставляют другим предприятиям.
Обзор технологий получения водорода путем разложения метанола 【Аннотация】 Водород находит широкое применение в промышленности. В последние годы из-за быстрого развития таких областей, как тонкая химия, производство пероксида водорода с использованием антрахиноновой технологии, порошковая металлургия, гидрирование жиров, гидрирование лесных и сельскохозяйственных продуктов, биотехнологии, гидрирование при переработке нефти, а также автомобилей на водородном топливе, спрос на чистый водород резко возрос. Технология преобразования паров метанола в водород и углекислый газ 1. Введение. Водород находит широкое применение в промышленности. В последние годы из-за быстрого развития таких областей, как тонкая химия, производство пероксида водорода с использованием антрахиноновой технологии, порошковая металлургия, гидрирование жиров, гидрирование лесных и сельскохозяйственных продуктов, биотехнологии, гидрирование при переработке нефти, а также автомобилей на водородном топливе, спрос на чистый водород резко возрос. В регионах, где нет удобного источника водорода, для получения водорода путем традиционного производства газа на основе нефти, природного газа или угля требуются огромные инвестиции; это эквивалентно половине затрат на производство синтетического аммиака, поэтому такой метод подходит только для крупных потребителей. Для мелких и средних пользователей электролиз воды позволяет легко получать водород, однако этот процесс сопряжен с высокими энергозатратами: на производство одного кубического метра водорода требуется около 6 киловатт-часов электроэнергии. Кроме того, чистота водорода не является идеальной — в нем много примесей. Также существуют ограничения по масштабам производства. Поэтому в последние годы многие предприятия, ранее использовавшие метод электролиза для производства водорода, проводят технические модернизации и переходят на новые технологии получения водорода путем преобразования метанольных паров. 2. Принципы технологии и ее особенности
В данной технологии в качестве сырья используется метанол, легко доступный в больших количествах, а также деионизированная вода. При температуре от 220 до 280°C под действием специальных катализаторов происходит преобразование этих веществ в газ, состоящий в основном из водорода и углекислого газа. Принципы этого процесса следующие:
Основные реакции:
CH3OH → CO + 2H2; энергия реакции – 90,7 кДж/моль
CO + H2O → CO2 + H2; энергия реакции – 41,2 кДж/моль
Общая реакция:
CH3OH + H2O → CO2 + 3H2; энергия реакции – 49,5 кДж/моль
Побочные реакции:
2CH3OH → CH3OCH3 + H2O; энергия реакции – 24,9 кДж/моль
CO + 3H2 → CH4 + H2O; энергия реакции – 206,3 кДж/моль
Газ, полученный в результате этих реакций, после охлаждения и конденсации имеет следующий состав: 73–74% H2, 23–24,5% CO2, до 1,0% CH3OH, а также насыщение водой на уровне 300 ppm. Этот газ можно легко разделить с помощью таких методов, как адсорбция при изменении давления, для получения чистого водорода. В настоящее время в стране существует почти сто предприятий, использующих эту технологию. За несколько лет эксплуатации было доказано, что эта технология является зрелой, удобной в применении, обеспечивает стабильную работу и не вызывает загрязнения окружающей среды. Данная технология обладает следующими особенностями: 1. Разложение и преобразование пара метанола происходит за один шаг на специальном катализаторе. 2. Используется процесс с повышенным давлением; получаемый газ не требует дополнительного повышения давления и может быть непосредственно направлен в устройство для разделения с помощью трансформативной адсорбции, что снижает энергопотребление. 3. По сравнению с электролитическим методом расход электроэнергии снижается более чем на 90%, производственные затраты — на 40–50%, причем чистота водорода высока. По сравнению с производством газа из угля, данное технологическое оборудование более простое, а его эксплуатация — удобнее и стабильнее. Хотя стоимость сырья для производства газа из угля немного ниже, процесс его получения является сложным и требует значительных инвестиций. Кроме того, этот процесс сопровождается сильным загрязнением окружающей среды, присутствием большого количества примесей; необходимо также проводить процедуры десульфуризации для очистки газа. Поэтому такой способ не подходит для предприятий малого и среднего размера. 4. Специальные катализаторы обладают высокой активностью, хорошей селективностью, возможностью использования при низких температурах и длительным сроком службы. 5. Использование теплопередающей жидкости в качестве средства для циркуляции тепла позволяет соответствовать технологическим требованиям; кроме того, это снижает затраты на инвестиции, уменьшает энергопотребление и сокращает операционные расходы. 3. Технологический процесс. Процесс изготовления показан на рисунке. Метанол и деионизированная вода смешиваются в определенных пропорциях, затем предварительно нагреваются в теплообменнике перед подачей в камеру испарения. Испарившийся водяно-метанольный пар снова нагревается в котле, после чего поступает в конвертер, где происходит каталитическое разложение и преобразование под действием катализатора. В результате получается газ, содержащий примерно 74% водорода и 24% углекислого газа. После теплообмена и охлаждения газ конденсируется, после чего поступает в колонну для водной обработки. В нижней части колонны собирается непереработанный метанол и вода, которые используются повторно. Газ из верхней части колонны направляется в устройство для поглощения с помощью изменения давления с целью его очистки. В зависимости от требований к чистоте газа-продукта и содержанию микрокомпонентов применяется схема с четырьмя или более колоннами, что позволяет достичь чистоты от 99,9 до 99,999%. Разработан устройство на основе технологии псевдоосмоса с производительностью обработки 1500 Нм3/ч газа, получаемого в результате преобразования, и чистотой 99,9%; коэффициент восстановления водорода может достигать более 90%. Углекислый газ из конверсионного газа можно очистить до уровня, соответствующего стандартам пищевой промышленности, с помощью устройств на основе адсорбции при изменяющемся давлении; такой газ может использоваться в производстве напитков и алкогольных продуктов. Это позволяет **снизить производственные затраты. В процессе обработки сначала углекислый газ отделяется с помощью устройства трансформативной адсорбции; затем газ, богатый водородом, подается под давлением в это же устройство для дальнейшей очистки. В этом процессе сырье простое, а требования к вспомогательным технологическим установкам невысоки, их легко удовлетворить. На основе данных о работе промышленных установок за многие годы были определены следующие показатели расхода сырья и энергии: метан – 0,57 тонны; деионизированная вода – 0,32 тонны; электроэнергия – 220 В/380 В, 150 кВт·ч; инструментальный воздух – 80 Нм³/ч. Стоимость производства: стоимость производства 1 Нм³ чистого водорода составляет от 2,0 до 3,0 юаней. Если удастся перерабатывать углекислый газ и продавать его, то стоимость продукта может снизиться до 1,5–2,0 юаней за Нм³. (Затраты на производство варьируются в зависимости от масштабов установки и колебаний рыночных цен на метанол.) 5. Экологическая безопасность 5.1 Вредные газы: В данной технологии используется процесс внутреннего циклирования материалов, поэтому при нормальной работе устройства практически не происходит выбросов отходов. Из резервуаров с сырьевой жидкостью выделяется небольшое количество газов, содержащих CO2 и CH3OCH3. Например, в устройстве для производства водорода мощностью 1000 Нм3/ч объем таких газов составляет 1,0–1,7 Нм3/ч. Состав газов следующий: компоненты – CO2, CH3OCH3, H2, CH3OH, H2O; процентное содержание – 84,03%, 2,66%, 1,00%, 3,24%, 11,38%. Поскольку объем газов невелик, они практически не являются токсичными, поэтому их можно сразу выпускать в атмосферу. При технологии трансформационной адсорбции газы, образующиеся в процессе работы устройства, сначала проходят через пожарный предохранитель, после чего выбрасываются в атмосферу. В этих газах присутствует большое количество углекислого газа, а также небольшое количество водорода и крайне малое количество угарного газа и водяного пара. Это не вызывает загрязнения окружающей среды. 5.2 Отходные жидкости: В рамках данной технологии периодически с дна котла для испарения сбрасывается небольшое количество сточных вод, содержащих менее 0,5% метанола. После разбавления эти воды соответствуют стандартам выбросов загрязнителей второй категории, установленным в стандарте GB8978-88; их можно сразу сбрасывать в канализацию. 5.3 Отходы: В помещениях, где находятся котлы с теплоносителем на основе нефти, накапливается определенное количество золы от сгорания угля; её можно собирать вместе для дальнейшей обработки. Только в системах с теплоносителем на угольном топливе образуются отходы. ) 6. Степень внедрения. Ниже приведен список организаций, которые уже осуществили передачу технологии или предоставили готовые установки: Исследовательский институт химической промышленности юго-запада в настоящее время может поставлять установки для производства водорода путем конверсии метанола в паровой форме мощностью от 20 до 5000 Нм3/ч. Может заниматься такими техническими задачами, как проектирование, руководство при монтаже, обучение персонала, эксплуатация оборудования, а также предоставлять комплектные инженерные решения, включая оборудование, электрические схемы и приборы. После ввода устройства в эксплуатацию осуществляются долгосрочные услуги по мониторингу его работы, включая технический контроль, чтобы обеспечить стабильную работу устройства. 7 Заключение. Практика промышленного применения показывает, что данная технология является современной и достаточно зрелой ； Устройство простое, управление легкое, работает стабильно. Эта технология обладает хорошими рыночными перспективами, особенно для потребителей водорода среднего и малого масштаба. Катализаторы, предназначенные для этого процесса, постоянно совершенствуются: они сохраняют высокую активность и селективность, а также демонстрируют значительное увеличение срока службы. Срок службы катализаторов, используемых компанией Guangzhou Jinzhuzhou Chemical Co., Ltd., уже превысил 4 года. Описание технологического процесса. Процесс производства газа путем каталитического преобразования метанола можно разделить на четыре этапа: предварительное нагревание исходной жидкости, ее вспенивание, перегрев, реакция преобразования, охлаждение и конденсация получаемого газа, а также очистка газа. Данное устройство представляет собой две полностью независимые системы; в дальнейшем описании обозначения оборудования, клапанов, регулирующих клапанов и т. п. опускаются. Система. 1 Технологический процесс 1.1 Процессы предварительного нагрева, испарения и перегрева сырьевой смеси Смесь метанола и деионизированной воды смешивается в соответствии с установленными пропорциями; затем она под давлением помпы поступает в систему, где происходит её предварительный нагрев, испарение и перегрев до температуры, необходимой для реакции. Сфера его деятельности включает: резервуары для измерения количества метанола, резервуары для хранения циркулирующей жидкости, насосы для подачи сырья, теплообменники, котлы для испарения, надпроцессоры и другое оборудование, а также соответствующие приборы и клапаны. 1.2 Процесс каталитического преобразования В условиях определенной температуры и давления пар сырья проходит в каталитическом перегонном аппарате процесс каталитического преобразования из газообразного в твердое состояние. Область работ: один устройство конвертера, а также сопутствующие ему приборы и клапаны. Целью этой процедуры является завершение химической реакции с получением газа-продукта, основными компонентами которого являются водород и углекислый газ. 1.3 Процесс охлаждения и конденсации газа, полученного в результате преобразования. Это процесс, при котором высокотемпературный газ, выходящий из нижней части печи для преобразования, охлаждается и конденсируется до температуры ниже 40°C. Область его деятельности: теплообменники, два охладителя, а также сопутствующие им приборы и клапаны. 1.4 Процесс очистки газа, образовавшегося в результате преобразования. Низкотемпературный газ, содержащий водород, углекислый газ, а также небольшие количества монооксида углерода, метанола и воды, поступает в колонну для промывки, где нереагировавший метанол поглощается с помощью деионизированной воды. Область его деятельности включает: водоочистные башни, промежуточные резервуары для деионизированной воды, буферные резервуары для газа, пять насосов для подачи деионизированной воды, а также сопутствующие приборы и клапаны. 2.0 Основные показатели контроля процесса
2.1 Перегрев пара исходного сырья
2.1.1 Расход метанола в качестве исходного сырья: 1134 кг/ч
2.1.2 Расход жидкого сырья: ~2590 кг/ч
2.1.3 Температура входящей смеси в башню для перегрева пара: ~165 °C
2.1.4 Давление в нижней части башни для перегрева пара (по отношению к атмосферному давлению): 1,1 МПа
2.2 Процесс преобразования
2.2.1 Температура входящей смеси: 200–260 °C
2.2.2 Температура реакции: 220–280 °C
2.2.3 Температура теплоносителя: 235–290 °C
2.2.4 Температура газа после прохождения через теплообменник: 110–140 °C
2.2.5 Температура газа после прохождения через охладитель: <40 °C
2.2.6 Давление во время реакции (по отношению к атмосферному давлению): ~1,1 МПа
2.3 Очистка с помощью воды
2.3.1 Расход воды для десалинизации смеси перед её поступлением в башню: 636 кг/ч
2.3.2 Расход циркулирующей жидкости (после выхода из башни): ~1469 кг/ч
Состав циркулирующей жидкости (в % по весу): метанол – 0–25%
2.3.3 Расход газа после выхода из башни: ~3135 Нм³/ч
Состав газа (в % по объему): водород – 73–74,5%; углекислый газ – 23–24,5%; монооксид углерода – ~0,8%; метанол – 0,03%; метан – 0,20%
2.4 Восстановление катализатора
2.4.1 Расход газа, используемого для восстановления: ~2100 Нм³/ч
2.4.2 Содержание водорода в газе, используемом для восстановления: 0,5–10%
2.4.3 Температура восстановления: 110–230 °C
2.4.4 Давление во время восстановления: ~0,05 МПа
2.5 Прочее
2.5.1 Давление охлаждающей воды на входе в устройство: 0,3 МПа
2.5.2 Давление инструментального воздуха на входе в устройство: 0,4–0,60 МПа
2.5.3 Расход теплоносителя: ~160 м³/ч
Принцип химической реакции: Смесь метанола и водяного пара под давлением в каталитической печи претерпевает преобразование с образованием водорода и углекислого газа. Уравнения реакций следующие:
Основная реакция: CH3OH + H2O = CO2 + 3H2 + 49,5 кДж/моль
Побочные реакции:
CH3OH = CO + 2H2 + 90,7 кДж/моль
2CH3OH = CH3OCH3 + H2O – 24,90 кДж/моль
CO + 3H2 = CH4 + H2O – 206,3 кДж/моль
Основная реакция является эндотермической; для её проведения используется внешнее нагревание с помощью теплоносителя. Преобразованный газ после охлаждения и конденсации поступает в колонну для промывки. В нижней части колонны собирается не полностью преобразованный метанол и вода, которые затем используются повторно. Газ, находящийся в верхней части колонны, направляется в резервуар сбора, откуда он попадает в устройство для разделения водорода с помощью процесса адсорбции при изменении давления. Характеристики сырья и продуктов 1.1 Характеристики сырья ⑴ Характеристики сырья – метанола Химическое название – метанол; другие названия: метиловый спирт, древесный спирт, психрин. Химическая формула — CH3OH, молярная масса — 32,04. Это бесцветная, прозрачная, легковоспламеняющаяся и легко испаряющаяся жидкость с запахом, похожим на запах этанола. Плотность составляет 0,7915. Температура плавления – 97,80°C, температура кипения – 64,7°C. При температуре 20°C давление пара составляет 96,3 мм рт. ст. Вязкость – 0,5945 центиПа. Температура вспышки – 11,11°C; температура самовоспламенения – 385°C. Границы взрывоопасности в воздухе: от 6,0 до 36,5%. Метанол — один из наиболее часто используемых органических растворителей; он смешивается как с водой, так и с многими органическими растворителями. Метанол токсичен и оказывает негативное воздействие; он сильно влияет на зрительный нерв, а в тяжелых случаях может привести к слепоте. ⑵ Характеристики деионизированной воды-сырья (опущены). 1.2 Характеристики продукта. Продуктом, получаемым на этом оборудовании, является газ, полученный в результате каталитического преобразования метана. Основными компонентами этого газа являются водород и углекислый газ. Их характеристики следующие: ⑴ Характеристики водорода. Молекулярная формула – H2; молярная масса – 2,0158. Это бесцветный и беззапаховый газ. Безвреден и неагрессивен. Плотность газа составляет 0,0899 кг/м³. Температура плавления – 259,14°C, температура кипения – 252,8°C. Температура самовоспламенения – 400°C. Газ плохо растворяется в воде, спирте, эфире и других жидкостях. При комнатной температуре он стабилен; однако при высоких температурах в присутствии катализатора становится очень активным, легко воспламеняется и взрывается. Кроме того, он может вступать в реакции с многими неметаллами и металлами. ⑵ Свойства углекислого газа. Химическое название — углекислый газ; другие названия: карбоновый ангидрид, газообразный углекислый газ. Химическая формула CO2, молярная масса 44,01, бесцветный беззапаховый газ. Имеет кислый вкус; плотность газа составляет 1,977 кг/м³. Температура плавления – 56,6°C, температура кипения – 78,5°C (происходит сублимация). Легко растворяется в воде с образованием углекислоты; также растворим в этиловом спирте, метаноле, пропане, хлороформе, тетрахлорметане и бензине. Является негорючим газом; может использоваться в качестве средства для тушения пожаров. Спецификации сырья и продукции 2.1 Спецификации сырья Метанол: соответствует требованиям стандарта ГБ338-92 первого класса. Рекомендуется использовать установки для синтеза метанола мощностью 30 Кт/год и более, чтобы в процессе транспортировки не возникало загрязнения ； Использование восстановленного метанола строго запрещено. Одекагонизированная вода: соответствует требованиям **GB12145-89P (паровые котлы с постоянным током); содержание хлорид-ионов не превышает 3 ppm.
2.2 Технические характеристики продукта:
⑴ Состав газа после преобразования: H2 – 73–74,5%; CO2 – 23–24,5%; CO – <0,8%; CH3OH – 300 ppm; вода – в насыщенном состоянии.
⑵ Давление: 1,1 МПа.
⑶ Температура: <40°C.
Процедура эксплуатации:
1. Подготовка перед запуском:
1.1 Общая подготовка и проверка: необходимо проверить наличие воды, электроэнергии, пара, мягкой воды, воздуха для измерительных приборов, азота, водорода, топлива и т. д. Также необходимо связаться с соответствующими службами для уточнения количества и качества поставляемых ресурсов. 2. Закрыть все клапаны слива, клапаны удаления отходов, клапаны разгрузки, клапаны подачи и клапаны отбора проб. Откройте главные клапаны для подачи охлаждающей воды, приборного воздуха и т. д. в рабочий участок. 3. Уведомить котельную с теплопередающей жидкостью о необходимости начала работы, а также связаться с ними для определения конкретного времени запуска и требований к качеству и количеству (давление, температура, расход и т. д.). 4. Уведомить лабораторию анализа о необходимости подготовки к работам по контролю производства. 5. Проверьте состояние двигательного оборудования, убедитесь, что источники питания всех приборов, а также источники воздуха и сигналов работают нормально. 6. Обеспечение пользователей продуктом. Поскольку катализатор преобразования не выдерживает частых остановок, если пользователь ещё не подготовился, не стоит спешить с запуском двигателя. 7. Проверьте, находятся ли в полном порядке противопожарные и безопасностные устройства. 8. Операторы, аналитики, сотрудники управления и технического обслуживания могут приступить к работе только после прохождения технической подготовки и успешного сдачи экзаменов. 2 Процедура запуска двигателя. Процедура загрузки материалов и запуска должна выполняться сразу после завершения процесса восстановления катализатора, без каких-либо промежутков времени. Порядок запуска обычно следующий: запуск водяной колонны, запуск кипящей колонны, запуск конвертера, повышение давления в системе. После завершения восстановления закройте клапан системы восстановления, включите конвертер и откройте все клапаны в трубопроводах для сброса газов, затем закройте соответствующие клапаны и подготовьтесь к запуску системы. Примечание: нагрузка при вождении обычно составляет 30–60% от полной нагрузки; по мере стабилизации системы нагрузку постепенно увеличивают до полной. 2.1 Подготовка 1. Проверьте, наличны ли и в порядке ли инструменты и средства защиты. 2. Проверьте, работает ли силовое оборудование нормально, согласно инструкции залейте масло в точки смазки и несколько раз прокрутите двигатель. 3. Проверьте, не вышли ли из строя приборы измерения и управления, работают ли они корректно, а также включите питание и подачу газа к приборам. 4. Уведомить склад метанола и станцию обезвоживания воды о необходимости поставки сырья на данное оборудование. Довести уровень жидкости в промежуточном резервуаре с метанолом и в промежуточном резервуаре с деионизированной водой до ~90%, затем прекратить подачу. 5. Все клапаны и приборы системы восстановления катализатора остаются в том же состоянии, в котором находились при запуске оборудования. 6. Уведомить цех с котлами на теплопередающей жидкости о необходимости подготовки к запуску. 7. Определить количество материала, подлежащего загрузке во время работы оборудования, и уточнить связь между количеством загружаемого материала и различными параметрами. 2.2 Запуск водоочистной башни 1. Открыть клапан слива из промежуточного резервуара деионизированной воды, входной клапан насоса для подачи деионизированной воды и байпасный клапан; запустить насос для подачи воды, чтобы насос для деионизации работал нормально. 2. Открыть клапан входа деионизированной воды на насосе, закрыть байпасный клапан входа деионизированной воды; с помощью регулирующего клапана регулировать объем обратного потока, чтобы он соответствовал требуемому значению. 3. Как только в нижней части башни для промывки образуется уровень жидкости, необходимо открыть байпасный клапан регулирующего клапана для сброса жидкости и направить деионизированную воду в резервуар для циркуляционной жидкости. Затем следует открыть клапаны, расположенные перед и после регулирующего клапана, чтобы поддерживать уровень жидкости в башне для промывки на уровне 30–40%. 2.3 Запуск котла испарения 1. Открыть клапан на выходе из резервуара метанола, клапаны перед и после расходомера метанола, а также клапан на выходе из резервуара циркулирующей жидкости; это позволит смешать воду и метанол. Также необходимо открыть клапан на входе в насос для подачи метанола, а также байпасный клапан. После этого можно запустить насос, чтобы он начал нормально работать. 2. Открыть клапан на выходе насоса для подачи метанола, закрыть байпасный клапан этого насоса, отрегулировать регулятор насоса для подачи метанола в систему. Проводится анализ проб в точках отбора, при этом путем регулировки расхода сырого метанола достигается требуемое соотношение воды и метанола. 3. Когда уровень жидкости в нижней части котла для испарения достигает 10%, необходимо открыть клапан сброса пара в верхней части котла. Затем следует медленно открыть байпасные клапаны, а также передний и задний клапаны, расположенные рядом с клапаном подачи теплоносителя в котел. С помощью регулирующего клапана можно регулировать количество теплоносителя, поступающего в котел. Когда объем газов, выходящих с верхней части башни, становится стабильным, открывается клапан для слива осадка в нижней части перегревателя. Как только слив осадка прекращается, клапан закрывается, и можно приступать к запуску конвертера. 2.4 Запуск конвертера 1. Открыть входной клапан конвертера, закрыть клапан сброса на верхней части котла для газификации — тем самым начинается подача воды и газа метанола в конвертер. 2. Довести температуру котла с теплопроводящей жидкостью до 230°C, проверить, нормально ли работают оборудование, трубопроводы, клапаны, приборы и т. д., а также изучить взаимосвязь между различными технологическими параметрами. Если не наблюдается никаких аномалий, можно начинать повышение давления в системе. 2.5 Повышение давления в системе: 1. Открыть клапаны перед и после расходомера, закрыть клапан бокового прохода. Открыть регулирующий клапан давления в системе и клапаны перед и после него; затем снова закрыть клапан бокового прохода. Постепенно уменьшайте давление в клапане, позволяя системе повышать давление до 1,1 МПа. Внимание: необходимо обеспечить соответствующий приток исходного газа через каталитический слой, поэтому регулирующий клапан системы не должен находиться в полностью закрытом состоянии. 2. Регулировать степень открытия клапана регулировки давления в системе, чтобы обеспечить стабильность давления в системе и количества газа, образующегося в процессе преобразования. 3. Проверить объем подачи сырьевой жидкости и соотношение воды и метанола, чтобы они соответствовали установленным значениям ； Проверьте объем конвертированного газа, регулируйте через клапаны поток теплоносителя в нижнюю часть, контролируя уровень жидкости в нижней части колонны на уровне 15–40%. 4. Регулирование для стабилизации количества воды, используемой для десалинизации в турбине, до требуемого уровня, а также для стабилизации уровня жидкости. На этом этапе завершена работа по запуску системы с подачей сырья. Проверьте работу всей системы; если нет никаких аномалий, можно приступить к следующим действиям для возвращения системы в нормальное состояние. 2.6 Стабильность системы 1. Проверьте количество воды, используемой для охлаждения в охладителе, чтобы температура газа, поступающего в колонну для промывки, не превышала 40°C. 2. Проверить состав газа, выходящего из резервуара-буфера, скорректировать соотношение воды и метанола, чтобы уровень содержания углекислого газа, метанола, воды и других компонентов в газе на выходе соответствовал установленным значениям. 3. После стабилизации работы всей системы можно начать подачу преобразованного газа на установку PSA-H2 в следующем сегменте. 3 Нормальная эксплуатация После завершения запуска всей системы можно постепенно перейти к нормальной эксплуатации. 7.3.1 Установление и поддержание нормального режима работы 1. На основе количества поступающей сырой жидкости, объема газа, образующегося в процессе преобразования, соотношения воды и метанола, уровня жидкости в котле для испарения, температуры теплоносителя, состава газа, образующегося в процессе преобразования, состава циркулирующей жидкости, а также параметров различных контрольных точек осуществляется соответствующая настройка этих параметров, чтобы система работала в нормальных условиях. 2. Определите расход метанола исходя из необходимого объема газа для преобразования и соотношения воды и метанола, затем включите регулирующий клапан в режим автоматической регуляции. 3. В зависимости от необходимого расхода очищенной воды, включить регулирующий клапан в режим автоматической регуляции. 4. В зависимости от необходимого объема газа, образующегося в процессе преобразования, а также от соотношения воды и метанола, регулировать расход жидкости-сырья, поступающей в систему. 5. В зависимости от расхода циркулирующей жидкости регулирующий клапан переводится в режим автоматической регуляции. 6. Регулируйте клапан подачи воды в охладитель, чтобы температура газа после преобразования была ниже 40°C. 7. После того, как расход газа в системе стабилизируется, регулятор давления системы переводится в режим автоматической регулировки. 8. В зависимости от необходимого объема и состава газа, получаемого в результате преобразования, необходимо соответствующим образом регулировать температуру теплоносителя, поступающего в систему. 9. Небольшое количество сточных вод постоянно сбрасывается с помощью клапана для слива жидкости в нижней части котла на парообразование; объем сбрасываемой жидкости контролируется в пределах 15,0–20,0 кг/ч. Вся система работает в нормальном, стабильном режиме. Когда система работает в нормальном режиме, необходимо регулярно фиксировать значения всех параметров её работы, а также контролировать состояние всех узлов управления, оборудования, приборов, клапанов и т. д. При обнаружении каких-либо отклонений необходимо немедленно выяснить причины, своевременно устранить проблемы и сохранить нормальную работу системы. 3.2 Нормальная процедура остановки 1. Остановить нагревательную установку с теплопередающей жидкостью, сохранить циркуляцию теплопередающей жидкости. После того как температура реакции снизится ниже 200°C, прекратить подачу теплопередающей жидкости в устройство для производства газа, то есть открыть клапан короткого замыкания внутри устройства с теплопередающей жидкостью. Остановка котла с теплопередающей жидкостью осуществляется в соответствии с требованиями к такой остановке. 2. При охлаждении котла с теплопроводящей жидкостью вручную регулируйте клапан регулировки давления в системе, чтобы давление постепенно снизилось до 0,4 Мпа (или открыть буферный резервуар с газом; газ может быть использован в качестве замены в преобразовательном котле; также можно открыть клапан сброса на вершине водоочистительной башни для снижения давления). 3. Закрыть клапан, ведущий в конвертер, медленно открыть клапан сброса на верхней части котла для газификации; давление в системе перед котлом снизить до атмосферного. 4. При снижении давления в системе котла для испарения останавливается насос для подачи сырья, что приводит к прекращению подачи сырья в систему. 5. В системе после конвертера продолжается снижение давления; когда оно достигает уровня 0,2 МПа, закрываются передний и задний клапаны конвертера, а также боковой клапан. 6. Остановить насос для десалинизации воды, прекратить подачу десалинизированной воды в колонну для промывки. Закройте клапан слива из резервуара водной колонны. 7. Для замены газа в различных секциях конвертера используется азот или газ из буферных резервуаров. Учитывая влияние охлаждения на давление в системе, желательно поддерживать давление в каждой секции системы с помощью азота или водорода на уровне 0,2 Мпа. После того, как теплоноситель снизится до необходимой температуры, останавливается насос для циркуляции теплоносителя. При длительной остановке используется нагнетаемый азот для возвращения теплоносителя из системы обратно в резервуар. 8. Проводить защитные мероприятия или процедуры пассивации катализатора. 3.3 Процедура экстренной остановки 1. Необходимо применить процедуру экстренной остановки в следующих случаях: ⑴ Потеря электропитания. ⑵ Остановить охлаждающую воду. ⑶ Взрывы и разрывы оборудования и трубопроводов, пожары. ⑷ Серьезные утечки воздуха или жидкости из оборудования, трубопроводов или фланцев невозможно устранить. ⑸ Сбой в работе важных контрольных приборов. 2. Шаги операции: ⑴ Немедленно сообщить устройству для нагрева теплоносителя о необходимости прекращения работы. Открыть клапан короткого замыкания внутри устройства для нагрева теплоносителя, чтобы прекратить подачу теплоносителя в устройство для производства газа. ⑵ Закрыть предварительный клапан конвертера, отсоединить систему кипятильни от реакционной системы. Система после конвертера должна быть соответствующим образом снижена в давлении. Система испарения позволяет поддерживать стабильное давление. ⑶ Остановить насос подачи сырья. ⑷ Остановить насос подачи деионизированной воды. ⑸ Для катализатора применяются специальные меры защиты. ⑹ После выяснения причин аварии будут приняты дальнейшие меры. Инструкция по применению катализатора для производства водорода из метанола CNZ-1. Катализатор типа CNZ-1 содержит медь в качестве активного компонента. Новый тип катализатора, состоящий из оксидов меди, цинка, алюминия и т. д. Он обладает высокой активностью и хорошей селективностью в преобразовании паров метанола в водород и углекислый газ.
В данной технологии в качестве сырья используется метанол, легко доступный в больших количествах, а также деионизированная вода. При температуре от 220 до 280°C под действием специальных катализаторов происходит преобразование этих веществ в газ, состоящий в основном из водорода и углекислого газа. Принципы этого процесса следующие:
Основные реакции:
CH3OH → CO + 2H2; энергия реакции – 90,7 кДж/моль
CO + H2O → CO2 + H2; энергия реакции – 41,2 кДж/моль
Общая реакция:
CH3OH + H2O → CO2 + 3H2; энергия реакции – 49,5 кДж/моль
Побочные реакции:
2CH3OH → CH3OCH3 + H2O; энергия реакции – 24,9 кДж/моль
CO + 3H2 → CH4 + H2O; энергия реакции – 206,3 кДж/моль
Газ, полученный в результате этих реакций, после охлаждения и конденсации имеет следующий состав: 73–74% H2, 23–24,5% CO2, до 1,0% CH3OH, а также насыщение водой на уровне 300 ppm. Этот газ можно легко разделить с помощью таких методов, как адсорбция при изменении давления, для получения чистого водорода. В настоящее время в стране существует почти сто предприятий, использующих эту технологию. За несколько лет эксплуатации было доказано, что эта технология является зрелой, удобной в применении, обеспечивает стабильную работу и не вызывает загрязнения окружающей среды. Данная технология обладает следующими особенностями: 1. Разложение и преобразование пара метанола происходит за один шаг на специальном катализаторе. 2. Используется процесс с повышенным давлением; получаемый газ не требует дополнительного повышения давления и может быть непосредственно направлен в устройство для разделения с помощью трансформативной адсорбции, что снижает энергопотребление. 3. По сравнению с электролитическим методом расход электроэнергии снижается более чем на 90%, производственные затраты — на 40–50%, причем чистота водорода высока. По сравнению с производством газа из угля, данное технологическое оборудование более простое, а его эксплуатация — удобнее и стабильнее. Хотя стоимость сырья для производства газа из угля немного ниже, процесс его получения является сложным и требует значительных инвестиций. Кроме того, этот процесс сопровождается сильным загрязнением окружающей среды, присутствием большого количества примесей; необходимо также проводить процедуры десульфуризации для очистки газа. Поэтому такой способ не подходит для предприятий малого и среднего размера. 4. Специальные катализаторы обладают высокой активностью, хорошей селективностью, возможностью использования при низких температурах и длительным сроком службы. 5. Использование теплопередающей жидкости в качестве средства для циркуляции тепла позволяет соответствовать технологическим требованиям; кроме того, это снижает затраты на инвестиции, уменьшает энергопотребление и сокращает операционные расходы. 3. Технологический процесс. Процесс изготовления показан на рисунке. Метанол и деионизированная вода смешиваются в определенных пропорциях, затем предварительно нагреваются в теплообменнике перед подачей в камеру испарения. Испарившийся водяно-метанольный пар снова нагревается в котле, после чего поступает в конвертер, где происходит каталитическое разложение и преобразование под действием катализатора. В результате получается газ, содержащий примерно 74% водорода и 24% углекислого газа. После теплообмена и охлаждения газ конденсируется, после чего поступает в колонну для водной обработки. В нижней части колонны собирается непереработанный метанол и вода, которые используются повторно. Газ из верхней части колонны направляется в устройство для поглощения с помощью изменения давления с целью его очистки. В зависимости от требований к чистоте газа-продукта и содержанию микрокомпонентов применяется схема с четырьмя или более колоннами, что позволяет достичь чистоты от 99,9 до 99,999%. Разработан устройство на основе технологии псевдоосмоса с производительностью обработки 1500 Нм3/ч газа, получаемого в результате преобразования, и чистотой 99,9%; коэффициент восстановления водорода может достигать более 90%. Углекислый газ из конверсионного газа можно очистить до уровня, соответствующего стандартам пищевой промышленности, с помощью устройств на основе адсорбции при изменяющемся давлении; такой газ может использоваться в производстве напитков и алкогольных продуктов. Это позволяет **снизить производственные затраты. В процессе обработки сначала углекислый газ отделяется с помощью устройства трансформативной адсорбции; затем газ, богатый водородом, подается под давлением в это же устройство для дальнейшей очистки. В этом процессе сырье простое, а требования к вспомогательным технологическим установкам невысоки, их легко удовлетворить. На основе данных о работе промышленных установок за многие годы были определены следующие показатели расхода сырья и энергии: метан – 0,57 тонны; деионизированная вода – 0,32 тонны; электроэнергия – 220 В/380 В, 150 кВт·ч; инструментальный воздух – 80 Нм³/ч. Стоимость производства: стоимость производства 1 Нм³ чистого водорода составляет от 2,0 до 3,0 юаней. Если удастся перерабатывать углекислый газ и продавать его, то стоимость продукта может снизиться до 1,5–2,0 юаней за Нм³. (Затраты на производство варьируются в зависимости от масштабов установки и колебаний рыночных цен на метанол.) 5. Экологическая безопасность 5.1 Вредные газы: В данной технологии используется процесс внутреннего циклирования материалов, поэтому при нормальной работе устройства практически не происходит выбросов отходов. Из резервуаров с сырьевой жидкостью выделяется небольшое количество газов, содержащих CO2 и CH3OCH3. Например, в устройстве для производства водорода мощностью 1000 Нм3/ч объем таких газов составляет 1,0–1,7 Нм3/ч. Состав газов следующий: компоненты – CO2, CH3OCH3, H2, CH3OH, H2O; процентное содержание – 84,03%, 2,66%, 1,00%, 3,24%, 11,38%. Поскольку объем газов невелик, они практически не являются токсичными, поэтому их можно сразу выпускать в атмосферу. При технологии трансформационной адсорбции газы, образующиеся в процессе работы устройства, сначала проходят через пожарный предохранитель, после чего выбрасываются в атмосферу. В этих газах присутствует большое количество углекислого газа, а также небольшое количество водорода и крайне малое количество угарного газа и водяного пара. Это не вызывает загрязнения окружающей среды. 5.2 Отходные жидкости: В рамках данной технологии периодически с дна котла для испарения сбрасывается небольшое количество сточных вод, содержащих менее 0,5% метанола. После разбавления эти воды соответствуют стандартам выбросов загрязнителей второй категории, установленным в стандарте GB8978-88; их можно сразу сбрасывать в канализацию. 5.3 Отходы: В помещениях, где находятся котлы с теплоносителем на основе нефти, накапливается определенное количество золы от сгорания угля; её можно собирать вместе для дальнейшей обработки. Только в системах с теплоносителем на угольном топливе образуются отходы. ) 6. Степень внедрения. Ниже приведен список организаций, которые уже осуществили передачу технологии или предоставили готовые установки: Исследовательский институт химической промышленности юго-запада в настоящее время может поставлять установки для производства водорода путем конверсии метанола в паровой форме мощностью от 20 до 5000 Нм3/ч. Может заниматься такими техническими задачами, как проектирование, руководство при монтаже, обучение персонала, эксплуатация оборудования, а также предоставлять комплектные инженерные решения, включая оборудование, электрические схемы и приборы. После ввода устройства в эксплуатацию осуществляются долгосрочные услуги по мониторингу его работы, включая технический контроль, чтобы обеспечить стабильную работу устройства. 7 Заключение. Практика промышленного применения показывает, что данная технология является современной и достаточно зрелой ； Устройство простое, управление легкое, работает стабильно. Эта технология обладает хорошими рыночными перспективами, особенно для потребителей водорода среднего и малого масштаба. Катализаторы, предназначенные для этого процесса, постоянно совершенствуются: они сохраняют высокую активность и селективность, а также демонстрируют значительное увеличение срока службы. Срок службы катализаторов, используемых компанией Guangzhou Jinzhuzhou Chemical Co., Ltd., уже превысил 4 года. Описание технологического процесса. Процесс производства газа путем каталитического преобразования метанола можно разделить на четыре этапа: предварительное нагревание исходной жидкости, ее вспенивание, перегрев, реакция преобразования, охлаждение и конденсация получаемого газа, а также очистка газа. Данное устройство представляет собой две полностью независимые системы; в дальнейшем описании обозначения оборудования, клапанов, регулирующих клапанов и т. п. опускаются. Система. 1 Технологический процесс 1.1 Процессы предварительного нагрева, испарения и перегрева сырьевой смеси Смесь метанола и деионизированной воды смешивается в соответствии с установленными пропорциями; затем она под давлением помпы поступает в систему, где происходит её предварительный нагрев, испарение и перегрев до температуры, необходимой для реакции. Сфера его деятельности включает: резервуары для измерения количества метанола, резервуары для хранения циркулирующей жидкости, насосы для подачи сырья, теплообменники, котлы для испарения, надпроцессоры и другое оборудование, а также соответствующие приборы и клапаны. 1.2 Процесс каталитического преобразования В условиях определенной температуры и давления пар сырья проходит в каталитическом перегонном аппарате процесс каталитического преобразования из газообразного в твердое состояние. Область работ: один устройство конвертера, а также сопутствующие ему приборы и клапаны. Целью этой процедуры является завершение химической реакции с получением газа-продукта, основными компонентами которого являются водород и углекислый газ. 1.3 Процесс охлаждения и конденсации газа, полученного в результате преобразования. Это процесс, при котором высокотемпературный газ, выходящий из нижней части печи для преобразования, охлаждается и конденсируется до температуры ниже 40°C. Область его деятельности: теплообменники, два охладителя, а также сопутствующие им приборы и клапаны. 1.4 Процесс очистки газа, образовавшегося в результате преобразования. Низкотемпературный газ, содержащий водород, углекислый газ, а также небольшие количества монооксида углерода, метанола и воды, поступает в колонну для промывки, где нереагировавший метанол поглощается с помощью деионизированной воды. Область его деятельности включает: водоочистные башни, промежуточные резервуары для деионизированной воды, буферные резервуары для газа, пять насосов для подачи деионизированной воды, а также сопутствующие приборы и клапаны. 2.0 Основные показатели контроля процесса
2.1 Перегрев пара исходного сырья
2.1.1 Расход метанола в качестве исходного сырья: 1134 кг/ч
2.1.2 Расход жидкого сырья: ~2590 кг/ч
2.1.3 Температура входящей смеси в башню для перегрева пара: ~165 °C
2.1.4 Давление в нижней части башни для перегрева пара (по отношению к атмосферному давлению): 1,1 МПа
2.2 Процесс преобразования
2.2.1 Температура входящей смеси: 200–260 °C
2.2.2 Температура реакции: 220–280 °C
2.2.3 Температура теплоносителя: 235–290 °C
2.2.4 Температура газа после прохождения через теплообменник: 110–140 °C
2.2.5 Температура газа после прохождения через охладитель: <40 °C
2.2.6 Давление во время реакции (по отношению к атмосферному давлению): ~1,1 МПа
2.3 Очистка с помощью воды
2.3.1 Расход воды для десалинизации смеси перед её поступлением в башню: 636 кг/ч
2.3.2 Расход циркулирующей жидкости (после выхода из башни): ~1469 кг/ч
Состав циркулирующей жидкости (в % по весу): метанол – 0–25%
2.3.3 Расход газа после выхода из башни: ~3135 Нм³/ч
Состав газа (в % по объему): водород – 73–74,5%; углекислый газ – 23–24,5%; монооксид углерода – ~0,8%; метанол – 0,03%; метан – 0,20%
2.4 Восстановление катализатора
2.4.1 Расход газа, используемого для восстановления: ~2100 Нм³/ч
2.4.2 Содержание водорода в газе, используемом для восстановления: 0,5–10%
2.4.3 Температура восстановления: 110–230 °C
2.4.4 Давление во время восстановления: ~0,05 МПа
2.5 Прочее
2.5.1 Давление охлаждающей воды на входе в устройство: 0,3 МПа
2.5.2 Давление инструментального воздуха на входе в устройство: 0,4–0,60 МПа
2.5.3 Расход теплоносителя: ~160 м³/ч
Принцип химической реакции: Смесь метанола и водяного пара под давлением в каталитической печи претерпевает преобразование с образованием водорода и углекислого газа. Уравнения реакций следующие:
Основная реакция: CH3OH + H2O = CO2 + 3H2 + 49,5 кДж/моль
Побочные реакции:
CH3OH = CO + 2H2 + 90,7 кДж/моль
2CH3OH = CH3OCH3 + H2O – 24,90 кДж/моль
CO + 3H2 = CH4 + H2O – 206,3 кДж/моль
Основная реакция является эндотермической; для её проведения используется внешнее нагревание с помощью теплоносителя. Преобразованный газ после охлаждения и конденсации поступает в колонну для промывки. В нижней части колонны собирается не полностью преобразованный метанол и вода, которые затем используются повторно. Газ, находящийся в верхней части колонны, направляется в резервуар сбора, откуда он попадает в устройство для разделения водорода с помощью процесса адсорбции при изменении давления. Характеристики сырья и продуктов 1.1 Характеристики сырья ⑴ Характеристики сырья – метанола Химическое название – метанол; другие названия: метиловый спирт, древесный спирт, психрин. Химическая формула — CH3OH, молярная масса — 32,04. Это бесцветная, прозрачная, легковоспламеняющаяся и легко испаряющаяся жидкость с запахом, похожим на запах этанола. Плотность составляет 0,7915. Температура плавления – 97,80°C, температура кипения – 64,7°C. При температуре 20°C давление пара составляет 96,3 мм рт. ст. Вязкость – 0,5945 центиПа. Температура вспышки – 11,11°C; температура самовоспламенения – 385°C. Границы взрывоопасности в воздухе: от 6,0 до 36,5%. Метанол — один из наиболее часто используемых органических растворителей; он смешивается как с водой, так и с многими органическими растворителями. Метанол токсичен и оказывает негативное воздействие; он сильно влияет на зрительный нерв, а в тяжелых случаях может привести к слепоте. ⑵ Характеристики деионизированной воды-сырья (опущены). 1.2 Характеристики продукта. Продуктом, получаемым на этом оборудовании, является газ, полученный в результате каталитического преобразования метана. Основными компонентами этого газа являются водород и углекислый газ. Их характеристики следующие: ⑴ Характеристики водорода. Молекулярная формула – H2; молярная масса – 2,0158. Это бесцветный и беззапаховый газ. Безвреден и неагрессивен. Плотность газа составляет 0,0899 кг/м³. Температура плавления – 259,14°C, температура кипения – 252,8°C. Температура самовоспламенения – 400°C. Газ плохо растворяется в воде, спирте, эфире и других жидкостях. При комнатной температуре он стабилен; однако при высоких температурах в присутствии катализатора становится очень активным, легко воспламеняется и взрывается. Кроме того, он может вступать в реакции с многими неметаллами и металлами. ⑵ Свойства углекислого газа. Химическое название — углекислый газ; другие названия: карбоновый ангидрид, газообразный углекислый газ. Химическая формула CO2, молярная масса 44,01, бесцветный беззапаховый газ. Имеет кислый вкус; плотность газа составляет 1,977 кг/м³. Температура плавления – 56,6°C, температура кипения – 78,5°C (происходит сублимация). Легко растворяется в воде с образованием углекислоты; также растворим в этиловом спирте, метаноле, пропане, хлороформе, тетрахлорметане и бензине. Является негорючим газом; может использоваться в качестве средства для тушения пожаров. Спецификации сырья и продукции 2.1 Спецификации сырья Метанол: соответствует требованиям стандарта ГБ338-92 первого класса. Рекомендуется использовать установки для синтеза метанола мощностью 30 Кт/год и более, чтобы в процессе транспортировки не возникало загрязнения ； Использование восстановленного метанола строго запрещено. Одекагонизированная вода: соответствует требованиям **GB12145-89P (паровые котлы с постоянным током); содержание хлорид-ионов не превышает 3 ppm.
2.2 Технические характеристики продукта:
⑴ Состав газа после преобразования: H2 – 73–74,5%; CO2 – 23–24,5%; CO – <0,8%; CH3OH – 300 ppm; вода – в насыщенном состоянии.
⑵ Давление: 1,1 МПа.
⑶ Температура: <40°C.
Процедура эксплуатации:
1. Подготовка перед запуском:
1.1 Общая подготовка и проверка: необходимо проверить наличие воды, электроэнергии, пара, мягкой воды, воздуха для измерительных приборов, азота, водорода, топлива и т. д. Также необходимо связаться с соответствующими службами для уточнения количества и качества поставляемых ресурсов. 2. Закрыть все клапаны слива, клапаны удаления отходов, клапаны разгрузки, клапаны подачи и клапаны отбора проб. Откройте главные клапаны для подачи охлаждающей воды, приборного воздуха и т. д. в рабочий участок. 3. Уведомить котельную с теплопередающей жидкостью о необходимости начала работы, а также связаться с ними для определения конкретного времени запуска и требований к качеству и количеству (давление, температура, расход и т. д.). 4. Уведомить лабораторию анализа о необходимости подготовки к работам по контролю производства. 5. Проверьте состояние двигательного оборудования, убедитесь, что источники питания всех приборов, а также источники воздуха и сигналов работают нормально. 6. Обеспечение пользователей продуктом. Поскольку катализатор преобразования не выдерживает частых остановок, если пользователь ещё не подготовился, не стоит спешить с запуском двигателя. 7. Проверьте, находятся ли в полном порядке противопожарные и безопасностные устройства. 8. Операторы, аналитики, сотрудники управления и технического обслуживания могут приступить к работе только после прохождения технической подготовки и успешного сдачи экзаменов. 2 Процедура запуска двигателя. Процедура загрузки материалов и запуска должна выполняться сразу после завершения процесса восстановления катализатора, без каких-либо промежутков времени. Порядок запуска обычно следующий: запуск водяной колонны, запуск кипящей колонны, запуск конвертера, повышение давления в системе. После завершения восстановления закройте клапан системы восстановления, включите конвертер и откройте все клапаны в трубопроводах для сброса газов, затем закройте соответствующие клапаны и подготовьтесь к запуску системы. Примечание: нагрузка при вождении обычно составляет 30–60% от полной нагрузки; по мере стабилизации системы нагрузку постепенно увеличивают до полной. 2.1 Подготовка 1. Проверьте, наличны ли и в порядке ли инструменты и средства защиты. 2. Проверьте, работает ли силовое оборудование нормально, согласно инструкции залейте масло в точки смазки и несколько раз прокрутите двигатель. 3. Проверьте, не вышли ли из строя приборы измерения и управления, работают ли они корректно, а также включите питание и подачу газа к приборам. 4. Уведомить склад метанола и станцию обезвоживания воды о необходимости поставки сырья на данное оборудование. Довести уровень жидкости в промежуточном резервуаре с метанолом и в промежуточном резервуаре с деионизированной водой до ~90%, затем прекратить подачу. 5. Все клапаны и приборы системы восстановления катализатора остаются в том же состоянии, в котором находились при запуске оборудования. 6. Уведомить цех с котлами на теплопередающей жидкости о необходимости подготовки к запуску. 7. Определить количество материала, подлежащего загрузке во время работы оборудования, и уточнить связь между количеством загружаемого материала и различными параметрами. 2.2 Запуск водоочистной башни 1. Открыть клапан слива из промежуточного резервуара деионизированной воды, входной клапан насоса для подачи деионизированной воды и байпасный клапан; запустить насос для подачи воды, чтобы насос для деионизации работал нормально. 2. Открыть клапан входа деионизированной воды на насосе, закрыть байпасный клапан входа деионизированной воды; с помощью регулирующего клапана регулировать объем обратного потока, чтобы он соответствовал требуемому значению. 3. Как только в нижней части башни для промывки образуется уровень жидкости, необходимо открыть байпасный клапан регулирующего клапана для сброса жидкости и направить деионизированную воду в резервуар для циркуляционной жидкости. Затем следует открыть клапаны, расположенные перед и после регулирующего клапана, чтобы поддерживать уровень жидкости в башне для промывки на уровне 30–40%. 2.3 Запуск котла испарения 1. Открыть клапан на выходе из резервуара метанола, клапаны перед и после расходомера метанола, а также клапан на выходе из резервуара циркулирующей жидкости; это позволит смешать воду и метанол. Также необходимо открыть клапан на входе в насос для подачи метанола, а также байпасный клапан. После этого можно запустить насос, чтобы он начал нормально работать. 2. Открыть клапан на выходе насоса для подачи метанола, закрыть байпасный клапан этого насоса, отрегулировать регулятор насоса для подачи метанола в систему. Проводится анализ проб в точках отбора, при этом путем регулировки расхода сырого метанола достигается требуемое соотношение воды и метанола. 3. Когда уровень жидкости в нижней части котла для испарения достигает 10%, необходимо открыть клапан сброса пара в верхней части котла. Затем следует медленно открыть байпасные клапаны, а также передний и задний клапаны, расположенные рядом с клапаном подачи теплоносителя в котел. С помощью регулирующего клапана можно регулировать количество теплоносителя, поступающего в котел. Когда объем газов, выходящих с верхней части башни, становится стабильным, открывается клапан для слива осадка в нижней части перегревателя. Как только слив осадка прекращается, клапан закрывается, и можно приступать к запуску конвертера. 2.4 Запуск конвертера 1. Открыть входной клапан конвертера, закрыть клапан сброса на верхней части котла для газификации — тем самым начинается подача воды и газа метанола в конвертер. 2. Довести температуру котла с теплопроводящей жидкостью до 230°C, проверить, нормально ли работают оборудование, трубопроводы, клапаны, приборы и т. д., а также изучить взаимосвязь между различными технологическими параметрами. Если не наблюдается никаких аномалий, можно начинать повышение давления в системе. 2.5 Повышение давления в системе: 1. Открыть клапаны перед и после расходомера, закрыть клапан бокового прохода. Открыть регулирующий клапан давления в системе и клапаны перед и после него; затем снова закрыть клапан бокового прохода. Постепенно уменьшайте давление в клапане, позволяя системе повышать давление до 1,1 МПа. Внимание: необходимо обеспечить соответствующий приток исходного газа через каталитический слой, поэтому регулирующий клапан системы не должен находиться в полностью закрытом состоянии. 2. Регулировать степень открытия клапана регулировки давления в системе, чтобы обеспечить стабильность давления в системе и количества газа, образующегося в процессе преобразования. 3. Проверить объем подачи сырьевой жидкости и соотношение воды и метанола, чтобы они соответствовали установленным значениям ； Проверьте объем конвертированного газа, регулируйте через клапаны поток теплоносителя в нижнюю часть, контролируя уровень жидкости в нижней части колонны на уровне 15–40%. 4. Регулирование для стабилизации количества воды, используемой для десалинизации в турбине, до требуемого уровня, а также для стабилизации уровня жидкости. На этом этапе завершена работа по запуску системы с подачей сырья. Проверьте работу всей системы; если нет никаких аномалий, можно приступить к следующим действиям для возвращения системы в нормальное состояние. 2.6 Стабильность системы 1. Проверьте количество воды, используемой для охлаждения в охладителе, чтобы температура газа, поступающего в колонну для промывки, не превышала 40°C. 2. Проверить состав газа, выходящего из резервуара-буфера, скорректировать соотношение воды и метанола, чтобы уровень содержания углекислого газа, метанола, воды и других компонентов в газе на выходе соответствовал установленным значениям. 3. После стабилизации работы всей системы можно начать подачу преобразованного газа на установку PSA-H2 в следующем сегменте. 3 Нормальная эксплуатация После завершения запуска всей системы можно постепенно перейти к нормальной эксплуатации. 7.3.1 Установление и поддержание нормального режима работы 1. На основе количества поступающей сырой жидкости, объема газа, образующегося в процессе преобразования, соотношения воды и метанола, уровня жидкости в котле для испарения, температуры теплоносителя, состава газа, образующегося в процессе преобразования, состава циркулирующей жидкости, а также параметров различных контрольных точек осуществляется соответствующая настройка этих параметров, чтобы система работала в нормальных условиях. 2. Определите расход метанола исходя из необходимого объема газа для преобразования и соотношения воды и метанола, затем включите регулирующий клапан в режим автоматической регуляции. 3. В зависимости от необходимого расхода очищенной воды, включить регулирующий клапан в режим автоматической регуляции. 4. В зависимости от необходимого объема газа, образующегося в процессе преобразования, а также от соотношения воды и метанола, регулировать расход жидкости-сырья, поступающей в систему. 5. В зависимости от расхода циркулирующей жидкости регулирующий клапан переводится в режим автоматической регуляции. 6. Регулируйте клапан подачи воды в охладитель, чтобы температура газа после преобразования была ниже 40°C. 7. После того, как расход газа в системе стабилизируется, регулятор давления системы переводится в режим автоматической регулировки. 8. В зависимости от необходимого объема и состава газа, получаемого в результате преобразования, необходимо соответствующим образом регулировать температуру теплоносителя, поступающего в систему. 9. Небольшое количество сточных вод постоянно сбрасывается с помощью клапана для слива жидкости в нижней части котла на парообразование; объем сбрасываемой жидкости контролируется в пределах 15,0–20,0 кг/ч. Вся система работает в нормальном, стабильном режиме. Когда система работает в нормальном режиме, необходимо регулярно фиксировать значения всех параметров её работы, а также контролировать состояние всех узлов управления, оборудования, приборов, клапанов и т. д. При обнаружении каких-либо отклонений необходимо немедленно выяснить причины, своевременно устранить проблемы и сохранить нормальную работу системы. 3.2 Нормальная процедура остановки 1. Остановить нагревательную установку с теплопередающей жидкостью, сохранить циркуляцию теплопередающей жидкости. После того как температура реакции снизится ниже 200°C, прекратить подачу теплопередающей жидкости в устройство для производства газа, то есть открыть клапан короткого замыкания внутри устройства с теплопередающей жидкостью. Остановка котла с теплопередающей жидкостью осуществляется в соответствии с требованиями к такой остановке. 2. При охлаждении котла с теплопроводящей жидкостью вручную регулируйте клапан регулировки давления в системе, чтобы давление постепенно снизилось до 0,4 Мпа (или открыть буферный резервуар с газом; газ может быть использован в качестве замены в преобразовательном котле; также можно открыть клапан сброса на вершине водоочистительной башни для снижения давления). 3. Закрыть клапан, ведущий в конвертер, медленно открыть клапан сброса на верхней части котла для газификации; давление в системе перед котлом снизить до атмосферного. 4. При снижении давления в системе котла для испарения останавливается насос для подачи сырья, что приводит к прекращению подачи сырья в систему. 5. В системе после конвертера продолжается снижение давления; когда оно достигает уровня 0,2 МПа, закрываются передний и задний клапаны конвертера, а также боковой клапан. 6. Остановить насос для десалинизации воды, прекратить подачу десалинизированной воды в колонну для промывки. Закройте клапан слива из резервуара водной колонны. 7. Для замены газа в различных секциях конвертера используется азот или газ из буферных резервуаров. Учитывая влияние охлаждения на давление в системе, желательно поддерживать давление в каждой секции системы с помощью азота или водорода на уровне 0,2 Мпа. После того, как теплоноситель снизится до необходимой температуры, останавливается насос для циркуляции теплоносителя. При длительной остановке используется нагнетаемый азот для возвращения теплоносителя из системы обратно в резервуар. 8. Проводить защитные мероприятия или процедуры пассивации катализатора. 3.3 Процедура экстренной остановки 1. Необходимо применить процедуру экстренной остановки в следующих случаях: ⑴ Потеря электропитания. ⑵ Остановить охлаждающую воду. ⑶ Взрывы и разрывы оборудования и трубопроводов, пожары. ⑷ Серьезные утечки воздуха или жидкости из оборудования, трубопроводов или фланцев невозможно устранить. ⑸ Сбой в работе важных контрольных приборов. 2. Шаги операции: ⑴ Немедленно сообщить устройству для нагрева теплоносителя о необходимости прекращения работы. Открыть клапан короткого замыкания внутри устройства для нагрева теплоносителя, чтобы прекратить подачу теплоносителя в устройство для производства газа. ⑵ Закрыть предварительный клапан конвертера, отсоединить систему кипятильни от реакционной системы. Система после конвертера должна быть соответствующим образом снижена в давлении. Система испарения позволяет поддерживать стабильное давление. ⑶ Остановить насос подачи сырья. ⑷ Остановить насос подачи деионизированной воды. ⑸ Для катализатора применяются специальные меры защиты. ⑹ После выяснения причин аварии будут приняты дальнейшие меры. Инструкция по применению катализатора для производства водорода из метанола CNZ-1. Катализатор типа CNZ-1 содержит медь в качестве активного компонента. Новый тип катализатора, состоящий из оксидов меди, цинка, алюминия и т. д. Он обладает высокой активностью и хорошей селективностью в преобразовании паров метанола в водород и углекислый газ.
Технология получения водорода из метанола уже совершенна, поэтому она должна находить широкое применение в отраслях, не связанных с нефтехимией. В нефтехимической промышленности чаще используется метод получения водорода из сухого газа, при этом одновременно получается топливный газ
Описание процесса получения водорода путем электролиза воды. Производство водорода и кислорода с помощью электролиза воды — это довольно развитый процесс. Его основные компоненты включают: электролизер, резервуар для разделения газа и воды, резервуар для добавления щелочи, резервуар для промывки, резервуар для обезвоживания, буферный резервуар, резервуар с водой для охлаждения и т. д. Среди электрических и измерительных устройств, а также сопутствующих компонентов можно выделить: источник постоянного тока для электролиза (сокращенно — источник питания), насос для охлаждения источника питания (сокращенно — насос для охлаждения или питательный насос), насос для циркуляции электролита (сокращенно — циркуляционный насос), насос для охлаждения электролитической системы (сокращенно — насос для охлаждения электролиза или охлаждающий насос), насос для подачи воды, электромагнитные клапаны, датчики давления, датчики температуры, датчики разницы давлений, расходомеры, манометры, клапаны для снижения давления, устройства для предотвращения зажигания, установки для производства чистой воды и т. д. Схема технологического процесса получения водорода путем электролиза воды приведена на рисунке 1. Рисунок 1. Схема технологического процесса получения водорода путем электролиза воды. Единица измерения давления — МПа; после запятой указывается 3 знака. Единица измерения разницы давлений — кПа; после запятой указываются 2 знака. Единица измерения расхода — м³/ч; также после запятой указываются 2 знака. Единица измерения температуры — °C; после запятой сохраняется 1 знак. Единица измерения суммарного объема потока — м³; также после запятой сохраняется 1 знак. Единица измерения суммарного времени работы — часы; после запятой также сохраняется 1 знак. Все электромагнитные клапаны являются электрическими клапанами: они открываются при подаче электричества и закрываются при его отсутствии. I. Управление электролитическим источником питания DDY, насосом для охлаждения источника питания DLB, циркуляционным насосом XHB и насосом для охлаждения LQB. Таблица 1. Сводная таблица входных и выходных сигналов в системе электролиза и системе охлаждения. Источник сигнала, Объект управления, Описание. Номер входа, Название источника сигнала, Номер выхода, Название объекта управления. AI1 (PT101) – давление водорода PH; DO1, DO2 (дискретные сигналы). Электролитический источник питания DDY, насос для охлаждения источника питания DLB, циркуляционный насос XHB, насос для охлаждения LQB. Управление включением/выключением электролитического источника питания DDY, насоса для охлаждения источника питания DLB и циркуляционного насоса XHB осуществляется на основе значения давления водорода PH. Включение и выключение охлаждающего насоса LQB контролируется в зависимости от температуры системы TE. Температура системы AI2 (TT101): TE (температура электролита). 1. Давление водорода PH передается с помощью датчика давления PT101 в виде сигнала постоянного тока 4–20 мА. На основе значения давления водорода PH контролируется работа источника питания для процесса электролиза DDY (работа источника питания DDY регулируется с помощью сигнала типа «включено/выключено»); также контролируется работа насоса для охлаждения источника питания DLB и циркуляционного насоса XHB (оба насоса работают синхронно с источником питания DDY под воздействием давления водорода PH). Значение давления водорода можно установить на сенсорном экране: ○ Максимальное значение давления водорода (сокращенно – предел давления) PHH. Диапазон значений: 0–3,00 Мпа (рекомендуемое значение – 0,40 Мпа) ； ○Диапазон настройки нижнего предела давления водорода (сокращенно — нижний предел настройки давления) PHL составляет 0–3,00 МПа (эталонное значение — 0,35 МПа). Значение по умолчанию — это значение, рекомендуемое к использованию при первой настройке устройства (или при потере данных из-за длительной отсутствия питания). ○3. Когда давление водорода PH превышает максимально допустимое значение PHH (PH > PHH), сигнал DO1 становится OFF; электролитический источник питания DDY, насос питания DLB и циркуляционный насос XHB прекращают свою работу ； ○4. Если давление водорода PH ниже минимально допустимого значения PHL (PH < PHL), то сигнал DO1 становится активным; при этом электролитический источник питания DDY, насос питания DLB и циркуляционный насос XHB начинают работу. 2. Когда температура электролитической системы (фактически — температура электролита в этой системе, сокращенно — температура электролиза) TE преобразуется датчиком температуры TT101 в сигнал постоянного тока 4–20 мА, то в зависимости от этой температуры контролируется включение/выключение источника питания для процесса электролиза DDY. Значение температуры электролиза можно задать на сенсорном экране: ○ Максимальное значение температуры электролитической системы (сокращенно — верхний предел температуры электролиза) TEH может находиться в диапазоне от 55 до 95°C (рекомендуемое значение — 90°C) ； ○2. Минимальное значение температуры в электролитической системе (сокращенно — минимальный уровень контроля температуры электролиза). Диапазон настроек TEL: 50–90°C (рекомендуемое значение — 85°C). ○3. Когда температура электролитической системы TE превышает верхний предел контроля температуры TEH (TE > TEH), срабатывает сигнал тревоги: выход DO9 становится в состояние ON, а выход DO1 — в состояние OFF. Электропитание для процесса электролиза DDY, насос питания DLB и циркуляционный насос XHB прекращают свою работу. Однако остальные системы продолжают функционировать в нормальном режиме. ○4. Когда температура электролитической системы TE ниже нижнего предела регулирования температуры TEL (TE < TEL), сигнал тревоги отключается, DO9 становится в состояние OFF, и электролитическая система возвращается к нормальной работе. 3. Режим работы охлаждающего насоса LQB контролируется в зависимости от температуры электролиза TE; верхние и нижние пределы температуры охлаждения можно установить на сенсорном экране: ○1 Максимальное значение температуры охлаждения электролиза (сокращенно — верхний предел температуры охлаждения) TCH; диапазон настроек — от 30 до 90°C (рекомендуемое значение — 90°C) ； ○2. Минимальное значение температуры электролитического охлаждения (сокращенно — минимальный лимит температуры охлаждения) TCL: диапазон настроек — от 30 до 90°C (рекомендуемое значение — 85°C). ○3 Когда температура электролиза TE превышает верхний предел температуры охлаждения TCH (TE > TCH), сигнал DO2 становится OFF, а насос охлаждения LQB прекращает свою работу. ○4. Когда температура электролиза TE ниже нижнего предела температуры охлаждения TCL, то TE＜TCL; сигнал тревоги отключается, состояние DO9 становится OFF, и система электролиза возвращается к нормальной работе. Схема контроля процессов электролиза и охлаждения приведена ниже:
II. Контроль подачи воды в резервуар для разделения газа и воды
Таблица 2. Сводная таблица входных и выходных параметров контроля подачи воды в резервуар для разделения газа и воды
Источник сигнала | Содержание контроля | Пояснение
--- | --- | ---
Номер входа | Название источника сигнала | Номер выхода | Название объекта управления
DI1 (L1L) | Нижний предел уровня жидкости в резервуаре для добавления щелочи к водороду | DO3, DO4 | Электромагнитные клапаны для подачи воды в резервуар для добавления щелочи к водороду BV1, BV2
DI2 (L1H) | Верхний предел уровня жидкости в резервуаре для добавления щелочи к водороду | DI3 (L2L) | Нижний предел уровня жидкости в резервуаре для добавления щелочи к кислороду
DI4 (L2H) | Верхний предел уровня жидкости в резервуаре для добавления щелочи к кислороду | — | —
В резервуарах для добавления щелочи к водороду и кислороду установлены датчики уровня жидкости, которые контролируют работу электромагнитных клапанов BV1 и BV2. Нижний контакт выключателя уровня жидкости в резервуаре для добавления водорода и щелочи обозначается как L1L (числовой индекс входа — DI1); верхний контакт этого выключателя — L1H (DI2). Нижний контакт выключателя уровня жидкости в резервуаре для добавления кислорода и щелочи обозначается как L2L (DI3); верхний контакт — L2H (DI4). 1. Условия включения электромагнитных клапанов для подачи воды BV1, BV2 (одновременное включение): переключатель уровня жидкости L1L в состоянии «вкл», (DI1 = ON), или переключатель уровня жидкости L2L в состоянии «вкл» (DI3 = ON); выходы DO3, DO4 находятся в состоянии «вкл», в результате чего одновременно включаются электромагнитные клапаны BV1 и BV2. 2. Условия закрытия электромагнитных клапанов подачи воды BV1, BV2 (закрытие отдельно): когда выключатель уровня жидкости в резервуаре с щелочью L1H отключается (DI2 находится в состоянии OFF), сигнал DO3 становится OFF, в результате чего электромагнитный клапан BV1 закрывается. Когда выключатель уровня жидкости в резервуаре для добавления щелочи L2H отключается (DI4 находится в состоянии OFF), сигнал DO4 становится OFF, в результате чего электромагнитный клапан для подачи воды BV2 закрывается. 3. Состояние уровня жидкости в резервуаре для водорода и щелочи отображается в трех режимах: низкий уровень, нормальный уровень, высокий уровень. Низкий уровень: переключатель уровня L1L включен (DI1 = ON) + переключатель уровня L1H включен (DI2 = ON). Нормально: выключатель уровня жидкости L1L отключен (DI1 — OFF) + выключатель уровня жидкости L1H включен (DI2 — ON). Высокий уровень жидкости: выключатель уровня жидкости L1L отключен (DI1 — OFF) + выключатель уровня жидкости L1H отключен (DI2 — OFF). 4. Состояние уровня жидкости в резервуаре для кислорода и щелочи отображается в трех режимах: низкий уровень, нормальный уровень, высокий уровень. Низкий уровень: переключатель уровня L2L включен (DI3 = ON) + переключатель уровня L2H включен (DI4 = ON). Нормально: выключатель уровня жидкости L2L отключен (DI3 — OFF) + выключатель уровня жидкости L2H включен (DI4 — ON). Высокий уровень жидкости: выключатель уровня L2L отключен (DI3 — OFF) + выключатель уровня L2H отключен (DI4 — OFF). Схема процесса пополнения воды в резервуаре для разделения газа и воды приведена ниже: • III. Управление насосом для пополнения воды BSB, а также электромагнитными клапанами BV3 и BV4. В резервуарах для очистки воды от водорода и кислорода установлены датчики уровня. Для резервуара для очистки от водорода нижний предел уровня обозначен как L3L (DI5), а верхний — как L3H (DI6). Для резервуара для очистки от кислорода нижний предел уровня — L4L (DI7), а верхний — L4H (DI8). Эти датчики используются для управления насосом BSB и электромагнитными клапанами BV3 и BV4. Таблица 3. Соответствие между входными и выходными сигналами для управления подачей воды в резервуары для промывки
Источник сигнала | Содержание управления | Примечания
--- | --- | ---
Номер входного сигнала | Название источника сигнала | Номер выходного сигнала | Название объекта управления
DI5 (L3L) | Нижняя граница уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом (низкий уровень) | DO5, DO6, DO7 | Электромагнитные клапаны для подачи воды в резервуары для промывки водородом и кислородом; насос BSB
BV3 | Электромагнитный клапан для подачи воды в резервуар для промывки водородом | BV4 | Электромагнитный клапан для подачи воды в резервуар для промывки кислородом; насос BSB
BSB | Управление запуском/остановкой насоса BSB, а также открытием/закрытием электромагнитных клапанов BV3 и BV4 в зависимости от уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом
DI6 (L3H) | Верхняя граница уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом (высокий уровень)
DI7 (L4L) | Нижняя граница уровня жидкости в резервуаре для промывки кислородом
DI8 (L4H) | Верхняя граница уровня жидкости в резервуаре для промывки кислородом
1. Условия запуска насоса и клапанов: насос и оба электромагнитных клапана включаются одновременно. Для этого достаточно, чтобы либо один из датчиков нижней границы уровня жидкости (DI5 или DI7) был включен, либо оба. При этом включается питание насоса BSB (DO7 становится в состояние ON), а также открываются электромагнитные клапаны BV3 и BV4 (DO5, DO6 также становятся в состояние ON). 2. Условия закрытия клапанов и насосов: когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом L3H (DI6) отключается, закрывается электромагнитный клапан для подачи воды BV3 (DO5 находится в состоянии OFF). Когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для охлаждения кислородом L4H (DI8) отключается, электромагнитный клапан для подачи воды BV4 закрывается (DO6 находится в состоянии OFF). После полного закрытия обоих электромагнитных клапанов BV3, BV4 — выключается насос для подачи воды (DO7 в состоянии OFF). 3. Состояние уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом отображается в трех режимах: низкий уровень, нормальный уровень, высокий уровень. Низкий уровень: переключатель уровня L3L включен (DI5 = ON) + переключатель уровня L3H включен (DI6 = ON). Нормально: выключатель уровня жидкости L3L отключен (DI5 — OFF) + выключатель уровня жидкости L3H включен (DI6 — ON). Высокий уровень жидкости: выключатель уровня жидкости L3L отключен (DI5 — OFF) + выключатель уровня жидкости L3H отключен (DI6 — OFF). 4. Состояние уровня жидкости в резервуаре для очистки кислорода отображается в трех режимах: низкий уровень, нормальный уровень, высокий уровень. Низкий уровень: переключатель уровня L4L включен (DI7 = ON) + переключатель уровня L4H включен (DI8 = ON). Нормально: выключатель уровня жидкости L4L отключен (DI7 — OFF) + выключатель уровня жидкости L4H включен (DI8 — ON). Высокий уровень жидкости: выключатель уровня жидкости L4L отключен (DI7 — OFF) + выключатель уровня жидкости L4H отключен (DI8 — OFF). Схема процесса пополнения воды в резервуаре для промывки представлена ниже: IV. Система регулирования разницы давлений (баланс давления водорода и кислорода). Разница давлений кислорода и водорода Pd преобразуется датчиком давления PdT101 в сигнал постоянного тока 4–20 мА; на основе этого сигнала контролируется включение/выключение электромагнитного клапана для выпуска кислорода PV1. Таблица 4. Сводная таблица соответствия входов и выходов управляющего электромагнитного клапана для выпуска кислорода PV1
Источник сигнала | Содержание управления | Примечания
Номер входа | Название источника сигнала | Номер выхода | Название объекта управления
AI3 | Разница давлений кислорода и водорода Pd (ΔP) | DO8 | Управляющий электромагнитный клапан PV1 для снижения давления при выпуске кислорода
Управление работой управляющего электромагнитного клапана PV1 осуществляется на основе значения разницы давлений кислорода и водорода Pd. Значение Pd рассчитывается как давление кислорода минус давление водорода. Максимально допустимое значение этой разницы давлений (минимальное значение для настройки разницы давлений) обозначается как PdH, а минимально допустимое значение – как PdL. Эти значения можно задать на сенсорном экране. Диапазон значений PdH составляет от -3 кПа до +3 кПа; рекомендуемое значение – 0,50 кПа ； ○Диапазон настройки нижнего предела разницы давлений PdL составляет от -3 кПа до +3 кПа; значение по умолчанию — -0,50 кПа ； ○3 Когда разница давлений Pd превышает установленный верхний предел PdH (Pd > PdH), сигнал DO8 становится активным, и электромагнитный клапан для выпуска кислорода PV1 открывается. ○4. Когда разница давлений Pd ниже минимального установленного значения PdL (то есть Pd > PdL), сигнал на выходе DO8 становится OFF, а электромагнитный клапан для удаления кислорода PV1 закрывается. ⑤Диапазон настройки значения давления, при котором срабатывает сигнал тревоги, PdA, составляет от 3,00 до 5,00 кПа; рекомендуемое значение — 3,50 кПа. Когда абсолютное значение разницы давлений кислорода и водорода Pd превышает значение PdA, срабатывает сигнал тревоги: DO9 становится в состояние ON, а DO1 — в состояние OFF. Схема блоков системы регулирования разницы давлений приведена ниже: V. Мгновенный и суммарный расход. Расход водорода QH преобразуется передатчиком расхода FT101 в сигнал постоянного тока 4–20 мА; необходимо отображать на сенсорном экране как мгновенный расход QH, так и суммарный расход QA. Таблица 5. Сводная таблица соответствия сигналов расхода водорода и параметров входа/выхода
Источник сигнала | Объект управления | Примечания
Номер входа | Название источника сигнала | Номер выхода | Название объекта управления
AI4 | Датчик расхода FT101 | Нет | Нет
Отображение мгновенного расхода QH и суммарного расхода QA
VI. Показ сообщений об ошибках, запись и поиск информации
Необходимо создать на сенсорном экране страницу для отображения и поиска записей об ошибках. Все сообщения об ошибках должны записываться в хронологическом порядке; их можно просматривать на сенсорном экране. Когда память заполняется, старые записи автоматически удаляются. На этой же странице должна быть кнопка для отмены сообщений об ошибках; при нажатии на нее сообщения прекращаются, а параметр DO9 становится OFF. Однако, если условия для возникновения ошибок по-прежнему соблюдаются, сообщения будут появляться снова через 60 секунд (параметр DO9 становится ON). Для предотвращения частого срабатывания реле в моменты, когда достигается критический уровень тревоги, а также для исключения срабатывания из-за помех, требуется, чтобы условия для срабатывания тревоги сохранялись не менее 3 секунд, прежде чем будет отправлен сигнал тревоги (DO9 становится в состояние ON). Между двумя срабатываниями одного источника тревоги должно проходить 3 секунды. То есть, как только условия для срабатывания тревоги исчезают, сигнал тревоги автоматически прекращается. Если же условия для срабатывания тревоги снова возникают, сигнал тревоги может быть отправлен только через минимум 3 секунды. В случае ручного отключения сигнала тревоги, между двумя срабатываниями одного источника тревоги должно проходить 60 секунд. 1. При давлении водорода PH > (PHH + 0,05 МПа) срабатывает сигнализация: DO9 находится в состоянии ON, а DO1 — в состоянии OFF ； Название сигнала при срабатывании аларма — «Чрезмерное давление водорода». 2. При том, что температура системы (AI1) превышает установленный верхний предел, срабатывает сигнал тревоги. Название сигнала: «Чрезмерно высокая температура электролита».
3. При том, что уровень жидкости в резервуаре для водорода с щелочью слишком низок, а уровень жидкости в резервуаре для кислорода с щелочью слишком высок, срабатывает сигнал тревоги. DO9 находится в состоянии ON, а DO1 — в состоянии OFF. Поскольку резервуары для щелочи соединены с резервуарами для разделения газов и жидкостей, уровень жидкости в них одинаков. Название сигнала: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах для разделения газов и жидкостей (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода)».
4. При том, что уровень жидкости в резервуаре для кислорода с щелочью слишком низок, а уровень жидкости в резервуаре для водорода с щелочью слишком высок, срабатывает сигнал тревоги. DO9 находится в состоянии ON, а DO1 — в состоянии OFF. Название сигнала: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах для разделения газов и жидкостей (низкий уровень кислорода, высокий уровень водорода)». 5. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для промывки водородом и одновременно слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для промывки кислородом срабатывает сигнал тревоги. DO9 находится в состоянии ON; при этом отключается питание электролизера, а DO1 — в состоянии OFF. Название сигнала тревоги: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах для промывки (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода)». 6. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для охлаждения кислородом и одновременно слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для охлаждения водородом срабатывает сигнал тревоги: DO9 находится в состоянии ON, а DO1 — в состоянии OFF. Название сигнала тревоги: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах (низкий уровень кислорода, высокий уровень водорода)». 7. Когда абсолютное значение разницы давлений кислорода и водорода Pd превышает установленное значение для сигнализации PdA, т. е. │Pd│＞PdA, подается сигнал тревоги: DO9 становится в состояние ON, а DO1 — в состояние OFF. Название сигнала тревоги: «Чрезмерная разница давлений кислорода и водорода». 8. При сбое в высокомощном постоянноточечном электролитическом источнике питания DDY он отправляет сигнал об ошибке (DI13 в состоянии ON), что приводит к активации сигнала тревоги; DO9 также находится в состоянии ON. В то же время электролитический источник питания отключается, а DO1 — в состоянии OFF. Название сигнала тревоги — «Сбой в постоянноточечном электролитическом источнике питания». Схема процедуры сигнализации приведена ниже: VII. Содержимое главного экрана PLC. VIII. Таблица точек ввода/вывода системы разделения водорода и кислорода. 1. Аналоговые входы (AI) — всего 4 точки, см. таблицу 5. Таблица 5. Таблица точек аналогового входа (AI)
Номер | Количество | Источник и тип сигнала | Место установки | Примечания
---|---|---|---|---
1 | 1 | Датчик давления PT101 | Верхняя часть сепаратора воды и водорода | Давление в системе водорода; диапазон измерений 0–1,0 МПа
2 | 1 | Датчик температуры TT101 | Верхняя часть сепаратора кислорода и воды | Температура в электролитической системе; диапазон измерений 0–150°C
3 | 1 | Датчик разницы давлений PdT101 | Между двумя сепараторами | Разница давлений кислорода и водорода; диапазон измерений от –5 кПа до +5 кПа
4 | 1 | Датчик расхода FT101 | На трубопроводе водорода после резервуара для удаления воды | Расход водорода; диапазон измерения мгновенного расхода – 0–45 м³
Всего: 4 точки. Все сигналы соответствуют стандарту 4–20 мА.
2. Числовые входы (DI): всего 14 точек, см. таблицу 6. Таблица 6. Таблица точек цифрового входа (DI)
Номер | Количество | Источник сигнала | Место установки | Описание
---|---|---|---|---
1 | 1 | С датчика уровня L1, на резервуаре для добавления щелочи в системе водорода | Уровень жидкости слишком низкий; контакт L1L включается
2 | 1 | С датчика уровня L1, на резервуаре для добавления щелочи в системе водорода | Уровень жидкости слишком высокий; контакт L1H отключается
3 | 1 | С датчика уровня L2, на резервуаре для добавления щелочи в системе кислорода | Уровень жидкости слишком низкий; контакт L2L включается
4 | 1 | С датчика уровня L2, на резервуаре для добавления щелочи в системе кислорода | Уровень жидкости слишком высокий; контакт L2H отключается
5 | 1 | С датчика уровня L3, на резервуаре для промывки в системе водорода | Уровень жидкости слишком низкий; контакт L3L включается
6 | 1 | С датчика уровня L3, на резервуаре для промывки в системе водорода | Уровень жидкости слишком высокий; контакт L3H отключается
7 | 1 | С датчика уровня L4, на резервуаре для промывки в системе кислорода | Уровень жидкости слишком низкий; контакт L4L включается
8 | 1 | С датчика уровня L4, на резервуаре для промывки в системе кислорода | Уровень жидкости слишком высокий; контакт L4H отключается
9 | 1 | От контактора насоса циркуляции электролита, внутри пульта управления | Насос циркуляции электролита работает; вспомогательные контакты контактора KM1 включены
10 | 1 | От контактора насоса охлаждения электролиза, внутри пульта управления | Насос охлаждения электролиза работает; вспомогательные контакты контактора KM2 включены
11 | 1 | От контактора насоса охлаждения источника питания, внутри пульта управления | Насос охлаждения источника питания работает; вспомогательные контакты контактора KM3 включены
12 | 1 | От контактора насоса дополнительного подачи воды, внутри пульта управления | Насос дополнительной подачи воды работает; вспомогательные контакты контактора KM4 включены
13 | 1 | От источника постоянного тока для электролиза DDY, внутри коробки с источником питания | Наступила неисправность источника постоянного тока DDY; контакты, связанные с неисправностью питания, включены
14 | 1 | Датчик расхода, на трубопроводе водорода после резервуара для обезвоживания | Датчик расхода передает сигналы о расходе жидкости, что используется для подсчета общего объема прошедшей жидкости
Итого: 14
3. Аналоговый выход (AO): В этот раз он не использовался. 4. Числовые выходы (DO) — всего 9 точек, см. таблицу 7. Таблица 7. Таблица точек цифрового выхода (DO). Номер, количество, назначение сигнала, место установки, примечания. 1: 1. (1) Управление высокомощным постоянноточечным электролизатором DDY; (2) Управление насосом для циркуляции электролита XHB; (3) Управление насосом для охлаждения источника питания DLB. На самом электролизаторе предусмотрен контакт для управления. Насос XHB устанавливается в трубопроводе для циркуляции электролита. Насос DLB устанавливается в трубопроводе системы охлаждения электролизатора DDY. Когда давление водорода (AI1) PH ниже минимально установленного значения PHL, электролитический источник питания DDY начинает работу и происходит процесс электролиза. В то же время включаются насос циркуляции XHB и насос охлаждения источника питания DLB (DO1 находится в состоянии ON). Когда давление водорода превышает максимально установленное значение, электролитический источник питания DY прекращает подачу тока; при этом выключаются насос циркуляции XHB и насос охлаждения источника питания DLB (DO1 находится в состоянии OFF). Насос для циркуляции воды, используемой в процессе охлаждения электролизера (сокращенно — насос охлаждения), обозначается как LQB. Этот насос установлен в трубопроводах, через которые циркулирует вода для охлаждения электролизера. Когда температура электролита (AI3) TE превышает установленный верхний предел охлаждения, DO2 становится в состоянии ON, и включается насос охлаждения LQB. Когда температура электролита ниже установленного нижнего предела охлаждения, DO2 становится в состоянии OFF, и подача питания на насос охлаждения LQB прекращается. 3 1 Электромагнитный клапан для подачи воды в резервуар для разделения воды и водорода BV3. Клапан BV3 установлен на трубопроводе между резервуаром для разделения воды и водорода и резервуаром для очистки водорода. Когда срабатывает хотя бы один или оба датчика низкого уровня жидкости в резервуаре для разделения воды и водорода и резервуаре для разделения воды и кислорода, одновременно открываются клапаны BV3 и BV4 (состояние DO3, DO4 – ON). Когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для разделения воды и водорода отключается, закрывается электромагнитный клапан для подачи воды в систему водорода BV3 (DO3 становится OFF). Когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для разделения воды и кислорода отключается, закрывается электромагнитный клапан для подачи воды в систему кислорода BV4 (DO4 становится OFF). 4 1 Электромагнитный клапан для подачи воды в резервуар для разделения кислорода и воды BV4. Клапан BV4 установлен на трубопроводе между резервуаром для разделения кислорода и воды и резервуаром для очистки кислорода. 5 1 Насос для подачи воды BSB. Устанавливается на водопроводных линиях резервуаров для промывки водорода и кислорода. Когда один или оба контакта, сигнализирующих о низком уровне жидкости в резервуарах для промывки водородом и кислородом, активируются одновременно, запускаются насосы для подачи жидкости BSB, BV1, BV2 (DO5, DO6, DO7 также активируются одновременно). Когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом отключается, закрывается электромагнитный клапан для подачи воды в резервуар для промывки водородом BV1 (DO6 находится в состоянии OFF). Когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для промывки кислородом отключается, закрывается электромагнитный клапан BV2 (DO7 находится в состоянии OFF). Когда оба контакта высокого уровня жидкости отключены, закрывается насос для подачи воды BSB (DO5 находится в состоянии OFF). 6 1 Электромагнитный клапан для контроля подачи воды в резервуар для очистки водорода BV1. BV1 установлен на трубопроводе между резервуаром для очистки водорода и насосом для подачи воды. 7 1 Электромагнитный клапан для контроля подачи воды в резервуар для очистки кислорода BV2. BV2 установлен на трубопроводе между резервуаром для очистки кислорода и насосом для подачи воды. 8 1 Электромагнитный клапан для снижения давления кислорода PV1. Этот клапан установлен на выходном трубопроводе, расположенном после устройства для разделения кислорода и воды. Pd = давление кислорода – давление водорода. Когда разница давлений Pd превышает установленный лимит, открывается электромагнитный клапан PV1 (состояние DO8 – ON). Когда разница давлений Pd меньше нижнего установленного значения, электромагнитный клапан для сброса давления PV1 закрывается (DO8 находится в состоянии OFF). 9 1 Выход сигнала тревоги: сигнал подается на световой индикатор тревоги; при этом на сенсорном экране отображается причина тревоги. Всего существует 8 возможных причин тревоги: 1. Чрезмерное давление водорода. 2. Чрезмерная температура электролита. 3. Слишком большая разница уровня жидкости в двух резервуарах для разделения газа и воды (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода). 4. Слишком большая разница уровня жидкости в двух резервуарах для разделения газа и воды (низкий уровень кислорода, высокий уровень водорода). 5. Слишком большая разница уровня жидкости в двух резервуарах для промывки (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода). 6. Слишком большая разница уровня жидкости в резервуарах для промывки (высокий уровень водорода). 7. Слишком большая разница давлений кислорода и водорода. 8. Неисправность мощного постоянного тока электролизера. Световой индикатор тревоги установлен на панели управления устройством для производства кислорода и водорода. При возникновении тревоги контакт DO9 становится активным; одновременно с этим срабатывает световой индикатор, а также издается звуковой сигнал. Кроме того, прекращается подача электроэнергии на электролизер (контакт DO1 становится неактивным). Примечание: на сенсорном экране необходимо предусмотреть кнопку для отмены сигнала тревоги. 1. При давлении водорода PH > (PHH + 0,05 Мпа) срабатывает сигнал тревоги; название сигнала — «Чрезмерно высокое давление водорода». 2. При том, что температура системы (AI1) превышает установленный верхний предел, срабатывает сигнал тревоги; название сигнала — «Чрезмерно высокая температура электролита».
3. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для водорода и слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для кислорода также срабатывает сигнал тревоги; название сигнала — «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах для разделения газов и воды (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода)». 4. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для кислорода с щелочью и одновременно слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для водорода с щелочью срабатывает сигнал тревоги. Название сигнала: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах для разделения газов и воды (низкий уровень кислорода, высокий уровень водорода)». 5. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для промывки водородом и одновременно слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для промывки кислородом подается сигнал тревоги. Название сигнала: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода)». 6. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для охлаждения кислородом и одновременно слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для охлаждения водородом подается сигнал тревоги. Название сигнала: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах (низкий уровень кислорода, высокий уровень водорода)». 7. Когда абсолютное значение разницы давлений кислорода и водорода Pd превышает установленное значение для сигнализации PdA, т. е. │Pd│＞PdA, подается сигнал тревоги. Название сигнала: «Чрезмерная разница давлений кислорода и водорода». 8. При сбое электролитического источника питания (DI13 в состоянии ON) срабатывает сигнал тревоги; название сигнала — «Сбой электролитического источника постоянного тока». Итого 9, фактически используется 9 единиц. Рекомендуется при проектировании аппаратного обеспечения выделить 1–2 точки DO, 2–4 точки DI и 1 точку AI (4–20 мА). 5. Для 4 аналоговых величин необходимо отрисовать кривые параметров и зафиксировать их. Нажмите «Тренды» — появится соответствующий экран. Нажмите на кривую, и откроется диалоговое окно (см. рисунок 2). Рисунок 2. График тенденций аналоговых величин
II. Контроль подачи воды в резервуар для разделения газа и воды
Таблица 2. Сводная таблица входных и выходных параметров контроля подачи воды в резервуар для разделения газа и воды
Источник сигнала | Содержание контроля | Пояснение
--- | --- | ---
Номер входа | Название источника сигнала | Номер выхода | Название объекта управления
DI1 (L1L) | Нижний предел уровня жидкости в резервуаре для добавления щелочи к водороду | DO3, DO4 | Электромагнитные клапаны для подачи воды в резервуар для добавления щелочи к водороду BV1, BV2
DI2 (L1H) | Верхний предел уровня жидкости в резервуаре для добавления щелочи к водороду | DI3 (L2L) | Нижний предел уровня жидкости в резервуаре для добавления щелочи к кислороду
DI4 (L2H) | Верхний предел уровня жидкости в резервуаре для добавления щелочи к кислороду | — | —
В резервуарах для добавления щелочи к водороду и кислороду установлены датчики уровня жидкости, которые контролируют работу электромагнитных клапанов BV1 и BV2. Нижний контакт выключателя уровня жидкости в резервуаре для добавления водорода и щелочи обозначается как L1L (числовой индекс входа — DI1); верхний контакт этого выключателя — L1H (DI2). Нижний контакт выключателя уровня жидкости в резервуаре для добавления кислорода и щелочи обозначается как L2L (DI3); верхний контакт — L2H (DI4). 1. Условия включения электромагнитных клапанов для подачи воды BV1, BV2 (одновременное включение): переключатель уровня жидкости L1L в состоянии «вкл», (DI1 = ON), или переключатель уровня жидкости L2L в состоянии «вкл» (DI3 = ON); выходы DO3, DO4 находятся в состоянии «вкл», в результате чего одновременно включаются электромагнитные клапаны BV1 и BV2. 2. Условия закрытия электромагнитных клапанов подачи воды BV1, BV2 (закрытие отдельно): когда выключатель уровня жидкости в резервуаре с щелочью L1H отключается (DI2 находится в состоянии OFF), сигнал DO3 становится OFF, в результате чего электромагнитный клапан BV1 закрывается. Когда выключатель уровня жидкости в резервуаре для добавления щелочи L2H отключается (DI4 находится в состоянии OFF), сигнал DO4 становится OFF, в результате чего электромагнитный клапан для подачи воды BV2 закрывается. 3. Состояние уровня жидкости в резервуаре для водорода и щелочи отображается в трех режимах: низкий уровень, нормальный уровень, высокий уровень. Низкий уровень: переключатель уровня L1L включен (DI1 = ON) + переключатель уровня L1H включен (DI2 = ON). Нормально: выключатель уровня жидкости L1L отключен (DI1 — OFF) + выключатель уровня жидкости L1H включен (DI2 — ON). Высокий уровень жидкости: выключатель уровня жидкости L1L отключен (DI1 — OFF) + выключатель уровня жидкости L1H отключен (DI2 — OFF). 4. Состояние уровня жидкости в резервуаре для кислорода и щелочи отображается в трех режимах: низкий уровень, нормальный уровень, высокий уровень. Низкий уровень: переключатель уровня L2L включен (DI3 = ON) + переключатель уровня L2H включен (DI4 = ON). Нормально: выключатель уровня жидкости L2L отключен (DI3 — OFF) + выключатель уровня жидкости L2H включен (DI4 — ON). Высокий уровень жидкости: выключатель уровня L2L отключен (DI3 — OFF) + выключатель уровня L2H отключен (DI4 — OFF). Схема процесса пополнения воды в резервуаре для разделения газа и воды приведена ниже: • III. Управление насосом для пополнения воды BSB, а также электромагнитными клапанами BV3 и BV4. В резервуарах для очистки воды от водорода и кислорода установлены датчики уровня. Для резервуара для очистки от водорода нижний предел уровня обозначен как L3L (DI5), а верхний — как L3H (DI6). Для резервуара для очистки от кислорода нижний предел уровня — L4L (DI7), а верхний — L4H (DI8). Эти датчики используются для управления насосом BSB и электромагнитными клапанами BV3 и BV4. Таблица 3. Соответствие между входными и выходными сигналами для управления подачей воды в резервуары для промывки
Источник сигнала | Содержание управления | Примечания
--- | --- | ---
Номер входного сигнала | Название источника сигнала | Номер выходного сигнала | Название объекта управления
DI5 (L3L) | Нижняя граница уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом (низкий уровень) | DO5, DO6, DO7 | Электромагнитные клапаны для подачи воды в резервуары для промывки водородом и кислородом; насос BSB
BV3 | Электромагнитный клапан для подачи воды в резервуар для промывки водородом | BV4 | Электромагнитный клапан для подачи воды в резервуар для промывки кислородом; насос BSB
BSB | Управление запуском/остановкой насоса BSB, а также открытием/закрытием электромагнитных клапанов BV3 и BV4 в зависимости от уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом
DI6 (L3H) | Верхняя граница уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом (высокий уровень)
DI7 (L4L) | Нижняя граница уровня жидкости в резервуаре для промывки кислородом
DI8 (L4H) | Верхняя граница уровня жидкости в резервуаре для промывки кислородом
1. Условия запуска насоса и клапанов: насос и оба электромагнитных клапана включаются одновременно. Для этого достаточно, чтобы либо один из датчиков нижней границы уровня жидкости (DI5 или DI7) был включен, либо оба. При этом включается питание насоса BSB (DO7 становится в состояние ON), а также открываются электромагнитные клапаны BV3 и BV4 (DO5, DO6 также становятся в состояние ON). 2. Условия закрытия клапанов и насосов: когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом L3H (DI6) отключается, закрывается электромагнитный клапан для подачи воды BV3 (DO5 находится в состоянии OFF). Когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для охлаждения кислородом L4H (DI8) отключается, электромагнитный клапан для подачи воды BV4 закрывается (DO6 находится в состоянии OFF). После полного закрытия обоих электромагнитных клапанов BV3, BV4 — выключается насос для подачи воды (DO7 в состоянии OFF). 3. Состояние уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом отображается в трех режимах: низкий уровень, нормальный уровень, высокий уровень. Низкий уровень: переключатель уровня L3L включен (DI5 = ON) + переключатель уровня L3H включен (DI6 = ON). Нормально: выключатель уровня жидкости L3L отключен (DI5 — OFF) + выключатель уровня жидкости L3H включен (DI6 — ON). Высокий уровень жидкости: выключатель уровня жидкости L3L отключен (DI5 — OFF) + выключатель уровня жидкости L3H отключен (DI6 — OFF). 4. Состояние уровня жидкости в резервуаре для очистки кислорода отображается в трех режимах: низкий уровень, нормальный уровень, высокий уровень. Низкий уровень: переключатель уровня L4L включен (DI7 = ON) + переключатель уровня L4H включен (DI8 = ON). Нормально: выключатель уровня жидкости L4L отключен (DI7 — OFF) + выключатель уровня жидкости L4H включен (DI8 — ON). Высокий уровень жидкости: выключатель уровня жидкости L4L отключен (DI7 — OFF) + выключатель уровня жидкости L4H отключен (DI8 — OFF). Схема процесса пополнения воды в резервуаре для промывки представлена ниже: IV. Система регулирования разницы давлений (баланс давления водорода и кислорода). Разница давлений кислорода и водорода Pd преобразуется датчиком давления PdT101 в сигнал постоянного тока 4–20 мА; на основе этого сигнала контролируется включение/выключение электромагнитного клапана для выпуска кислорода PV1. Таблица 4. Сводная таблица соответствия входов и выходов управляющего электромагнитного клапана для выпуска кислорода PV1
Источник сигнала | Содержание управления | Примечания
Номер входа | Название источника сигнала | Номер выхода | Название объекта управления
AI3 | Разница давлений кислорода и водорода Pd (ΔP) | DO8 | Управляющий электромагнитный клапан PV1 для снижения давления при выпуске кислорода
Управление работой управляющего электромагнитного клапана PV1 осуществляется на основе значения разницы давлений кислорода и водорода Pd. Значение Pd рассчитывается как давление кислорода минус давление водорода. Максимально допустимое значение этой разницы давлений (минимальное значение для настройки разницы давлений) обозначается как PdH, а минимально допустимое значение – как PdL. Эти значения можно задать на сенсорном экране. Диапазон значений PdH составляет от -3 кПа до +3 кПа; рекомендуемое значение – 0,50 кПа ； ○Диапазон настройки нижнего предела разницы давлений PdL составляет от -3 кПа до +3 кПа; значение по умолчанию — -0,50 кПа ； ○3 Когда разница давлений Pd превышает установленный верхний предел PdH (Pd > PdH), сигнал DO8 становится активным, и электромагнитный клапан для выпуска кислорода PV1 открывается. ○4. Когда разница давлений Pd ниже минимального установленного значения PdL (то есть Pd > PdL), сигнал на выходе DO8 становится OFF, а электромагнитный клапан для удаления кислорода PV1 закрывается. ⑤Диапазон настройки значения давления, при котором срабатывает сигнал тревоги, PdA, составляет от 3,00 до 5,00 кПа; рекомендуемое значение — 3,50 кПа. Когда абсолютное значение разницы давлений кислорода и водорода Pd превышает значение PdA, срабатывает сигнал тревоги: DO9 становится в состояние ON, а DO1 — в состояние OFF. Схема блоков системы регулирования разницы давлений приведена ниже: V. Мгновенный и суммарный расход. Расход водорода QH преобразуется передатчиком расхода FT101 в сигнал постоянного тока 4–20 мА; необходимо отображать на сенсорном экране как мгновенный расход QH, так и суммарный расход QA. Таблица 5. Сводная таблица соответствия сигналов расхода водорода и параметров входа/выхода
Источник сигнала | Объект управления | Примечания
Номер входа | Название источника сигнала | Номер выхода | Название объекта управления
AI4 | Датчик расхода FT101 | Нет | Нет
Отображение мгновенного расхода QH и суммарного расхода QA
VI. Показ сообщений об ошибках, запись и поиск информации
Необходимо создать на сенсорном экране страницу для отображения и поиска записей об ошибках. Все сообщения об ошибках должны записываться в хронологическом порядке; их можно просматривать на сенсорном экране. Когда память заполняется, старые записи автоматически удаляются. На этой же странице должна быть кнопка для отмены сообщений об ошибках; при нажатии на нее сообщения прекращаются, а параметр DO9 становится OFF. Однако, если условия для возникновения ошибок по-прежнему соблюдаются, сообщения будут появляться снова через 60 секунд (параметр DO9 становится ON). Для предотвращения частого срабатывания реле в моменты, когда достигается критический уровень тревоги, а также для исключения срабатывания из-за помех, требуется, чтобы условия для срабатывания тревоги сохранялись не менее 3 секунд, прежде чем будет отправлен сигнал тревоги (DO9 становится в состояние ON). Между двумя срабатываниями одного источника тревоги должно проходить 3 секунды. То есть, как только условия для срабатывания тревоги исчезают, сигнал тревоги автоматически прекращается. Если же условия для срабатывания тревоги снова возникают, сигнал тревоги может быть отправлен только через минимум 3 секунды. В случае ручного отключения сигнала тревоги, между двумя срабатываниями одного источника тревоги должно проходить 60 секунд. 1. При давлении водорода PH > (PHH + 0,05 МПа) срабатывает сигнализация: DO9 находится в состоянии ON, а DO1 — в состоянии OFF ； Название сигнала при срабатывании аларма — «Чрезмерное давление водорода». 2. При том, что температура системы (AI1) превышает установленный верхний предел, срабатывает сигнал тревоги. Название сигнала: «Чрезмерно высокая температура электролита».
3. При том, что уровень жидкости в резервуаре для водорода с щелочью слишком низок, а уровень жидкости в резервуаре для кислорода с щелочью слишком высок, срабатывает сигнал тревоги. DO9 находится в состоянии ON, а DO1 — в состоянии OFF. Поскольку резервуары для щелочи соединены с резервуарами для разделения газов и жидкостей, уровень жидкости в них одинаков. Название сигнала: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах для разделения газов и жидкостей (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода)».
4. При том, что уровень жидкости в резервуаре для кислорода с щелочью слишком низок, а уровень жидкости в резервуаре для водорода с щелочью слишком высок, срабатывает сигнал тревоги. DO9 находится в состоянии ON, а DO1 — в состоянии OFF. Название сигнала: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах для разделения газов и жидкостей (низкий уровень кислорода, высокий уровень водорода)». 5. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для промывки водородом и одновременно слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для промывки кислородом срабатывает сигнал тревоги. DO9 находится в состоянии ON; при этом отключается питание электролизера, а DO1 — в состоянии OFF. Название сигнала тревоги: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах для промывки (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода)». 6. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для охлаждения кислородом и одновременно слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для охлаждения водородом срабатывает сигнал тревоги: DO9 находится в состоянии ON, а DO1 — в состоянии OFF. Название сигнала тревоги: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах (низкий уровень кислорода, высокий уровень водорода)». 7. Когда абсолютное значение разницы давлений кислорода и водорода Pd превышает установленное значение для сигнализации PdA, т. е. │Pd│＞PdA, подается сигнал тревоги: DO9 становится в состояние ON, а DO1 — в состояние OFF. Название сигнала тревоги: «Чрезмерная разница давлений кислорода и водорода». 8. При сбое в высокомощном постоянноточечном электролитическом источнике питания DDY он отправляет сигнал об ошибке (DI13 в состоянии ON), что приводит к активации сигнала тревоги; DO9 также находится в состоянии ON. В то же время электролитический источник питания отключается, а DO1 — в состоянии OFF. Название сигнала тревоги — «Сбой в постоянноточечном электролитическом источнике питания». Схема процедуры сигнализации приведена ниже: VII. Содержимое главного экрана PLC. VIII. Таблица точек ввода/вывода системы разделения водорода и кислорода. 1. Аналоговые входы (AI) — всего 4 точки, см. таблицу 5. Таблица 5. Таблица точек аналогового входа (AI)
Номер | Количество | Источник и тип сигнала | Место установки | Примечания
---|---|---|---|---
1 | 1 | Датчик давления PT101 | Верхняя часть сепаратора воды и водорода | Давление в системе водорода; диапазон измерений 0–1,0 МПа
2 | 1 | Датчик температуры TT101 | Верхняя часть сепаратора кислорода и воды | Температура в электролитической системе; диапазон измерений 0–150°C
3 | 1 | Датчик разницы давлений PdT101 | Между двумя сепараторами | Разница давлений кислорода и водорода; диапазон измерений от –5 кПа до +5 кПа
4 | 1 | Датчик расхода FT101 | На трубопроводе водорода после резервуара для удаления воды | Расход водорода; диапазон измерения мгновенного расхода – 0–45 м³
Всего: 4 точки. Все сигналы соответствуют стандарту 4–20 мА.
2. Числовые входы (DI): всего 14 точек, см. таблицу 6. Таблица 6. Таблица точек цифрового входа (DI)
Номер | Количество | Источник сигнала | Место установки | Описание
---|---|---|---|---
1 | 1 | С датчика уровня L1, на резервуаре для добавления щелочи в системе водорода | Уровень жидкости слишком низкий; контакт L1L включается
2 | 1 | С датчика уровня L1, на резервуаре для добавления щелочи в системе водорода | Уровень жидкости слишком высокий; контакт L1H отключается
3 | 1 | С датчика уровня L2, на резервуаре для добавления щелочи в системе кислорода | Уровень жидкости слишком низкий; контакт L2L включается
4 | 1 | С датчика уровня L2, на резервуаре для добавления щелочи в системе кислорода | Уровень жидкости слишком высокий; контакт L2H отключается
5 | 1 | С датчика уровня L3, на резервуаре для промывки в системе водорода | Уровень жидкости слишком низкий; контакт L3L включается
6 | 1 | С датчика уровня L3, на резервуаре для промывки в системе водорода | Уровень жидкости слишком высокий; контакт L3H отключается
7 | 1 | С датчика уровня L4, на резервуаре для промывки в системе кислорода | Уровень жидкости слишком низкий; контакт L4L включается
8 | 1 | С датчика уровня L4, на резервуаре для промывки в системе кислорода | Уровень жидкости слишком высокий; контакт L4H отключается
9 | 1 | От контактора насоса циркуляции электролита, внутри пульта управления | Насос циркуляции электролита работает; вспомогательные контакты контактора KM1 включены
10 | 1 | От контактора насоса охлаждения электролиза, внутри пульта управления | Насос охлаждения электролиза работает; вспомогательные контакты контактора KM2 включены
11 | 1 | От контактора насоса охлаждения источника питания, внутри пульта управления | Насос охлаждения источника питания работает; вспомогательные контакты контактора KM3 включены
12 | 1 | От контактора насоса дополнительного подачи воды, внутри пульта управления | Насос дополнительной подачи воды работает; вспомогательные контакты контактора KM4 включены
13 | 1 | От источника постоянного тока для электролиза DDY, внутри коробки с источником питания | Наступила неисправность источника постоянного тока DDY; контакты, связанные с неисправностью питания, включены
14 | 1 | Датчик расхода, на трубопроводе водорода после резервуара для обезвоживания | Датчик расхода передает сигналы о расходе жидкости, что используется для подсчета общего объема прошедшей жидкости
Итого: 14
3. Аналоговый выход (AO): В этот раз он не использовался. 4. Числовые выходы (DO) — всего 9 точек, см. таблицу 7. Таблица 7. Таблица точек цифрового выхода (DO). Номер, количество, назначение сигнала, место установки, примечания. 1: 1. (1) Управление высокомощным постоянноточечным электролизатором DDY; (2) Управление насосом для циркуляции электролита XHB; (3) Управление насосом для охлаждения источника питания DLB. На самом электролизаторе предусмотрен контакт для управления. Насос XHB устанавливается в трубопроводе для циркуляции электролита. Насос DLB устанавливается в трубопроводе системы охлаждения электролизатора DDY. Когда давление водорода (AI1) PH ниже минимально установленного значения PHL, электролитический источник питания DDY начинает работу и происходит процесс электролиза. В то же время включаются насос циркуляции XHB и насос охлаждения источника питания DLB (DO1 находится в состоянии ON). Когда давление водорода превышает максимально установленное значение, электролитический источник питания DY прекращает подачу тока; при этом выключаются насос циркуляции XHB и насос охлаждения источника питания DLB (DO1 находится в состоянии OFF). Насос для циркуляции воды, используемой в процессе охлаждения электролизера (сокращенно — насос охлаждения), обозначается как LQB. Этот насос установлен в трубопроводах, через которые циркулирует вода для охлаждения электролизера. Когда температура электролита (AI3) TE превышает установленный верхний предел охлаждения, DO2 становится в состоянии ON, и включается насос охлаждения LQB. Когда температура электролита ниже установленного нижнего предела охлаждения, DO2 становится в состоянии OFF, и подача питания на насос охлаждения LQB прекращается. 3 1 Электромагнитный клапан для подачи воды в резервуар для разделения воды и водорода BV3. Клапан BV3 установлен на трубопроводе между резервуаром для разделения воды и водорода и резервуаром для очистки водорода. Когда срабатывает хотя бы один или оба датчика низкого уровня жидкости в резервуаре для разделения воды и водорода и резервуаре для разделения воды и кислорода, одновременно открываются клапаны BV3 и BV4 (состояние DO3, DO4 – ON). Когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для разделения воды и водорода отключается, закрывается электромагнитный клапан для подачи воды в систему водорода BV3 (DO3 становится OFF). Когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для разделения воды и кислорода отключается, закрывается электромагнитный клапан для подачи воды в систему кислорода BV4 (DO4 становится OFF). 4 1 Электромагнитный клапан для подачи воды в резервуар для разделения кислорода и воды BV4. Клапан BV4 установлен на трубопроводе между резервуаром для разделения кислорода и воды и резервуаром для очистки кислорода. 5 1 Насос для подачи воды BSB. Устанавливается на водопроводных линиях резервуаров для промывки водорода и кислорода. Когда один или оба контакта, сигнализирующих о низком уровне жидкости в резервуарах для промывки водородом и кислородом, активируются одновременно, запускаются насосы для подачи жидкости BSB, BV1, BV2 (DO5, DO6, DO7 также активируются одновременно). Когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для промывки водородом отключается, закрывается электромагнитный клапан для подачи воды в резервуар для промывки водородом BV1 (DO6 находится в состоянии OFF). Когда контакт высокого уровня жидкости в резервуаре для промывки кислородом отключается, закрывается электромагнитный клапан BV2 (DO7 находится в состоянии OFF). Когда оба контакта высокого уровня жидкости отключены, закрывается насос для подачи воды BSB (DO5 находится в состоянии OFF). 6 1 Электромагнитный клапан для контроля подачи воды в резервуар для очистки водорода BV1. BV1 установлен на трубопроводе между резервуаром для очистки водорода и насосом для подачи воды. 7 1 Электромагнитный клапан для контроля подачи воды в резервуар для очистки кислорода BV2. BV2 установлен на трубопроводе между резервуаром для очистки кислорода и насосом для подачи воды. 8 1 Электромагнитный клапан для снижения давления кислорода PV1. Этот клапан установлен на выходном трубопроводе, расположенном после устройства для разделения кислорода и воды. Pd = давление кислорода – давление водорода. Когда разница давлений Pd превышает установленный лимит, открывается электромагнитный клапан PV1 (состояние DO8 – ON). Когда разница давлений Pd меньше нижнего установленного значения, электромагнитный клапан для сброса давления PV1 закрывается (DO8 находится в состоянии OFF). 9 1 Выход сигнала тревоги: сигнал подается на световой индикатор тревоги; при этом на сенсорном экране отображается причина тревоги. Всего существует 8 возможных причин тревоги: 1. Чрезмерное давление водорода. 2. Чрезмерная температура электролита. 3. Слишком большая разница уровня жидкости в двух резервуарах для разделения газа и воды (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода). 4. Слишком большая разница уровня жидкости в двух резервуарах для разделения газа и воды (низкий уровень кислорода, высокий уровень водорода). 5. Слишком большая разница уровня жидкости в двух резервуарах для промывки (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода). 6. Слишком большая разница уровня жидкости в резервуарах для промывки (высокий уровень водорода). 7. Слишком большая разница давлений кислорода и водорода. 8. Неисправность мощного постоянного тока электролизера. Световой индикатор тревоги установлен на панели управления устройством для производства кислорода и водорода. При возникновении тревоги контакт DO9 становится активным; одновременно с этим срабатывает световой индикатор, а также издается звуковой сигнал. Кроме того, прекращается подача электроэнергии на электролизер (контакт DO1 становится неактивным). Примечание: на сенсорном экране необходимо предусмотреть кнопку для отмены сигнала тревоги. 1. При давлении водорода PH > (PHH + 0,05 Мпа) срабатывает сигнал тревоги; название сигнала — «Чрезмерно высокое давление водорода». 2. При том, что температура системы (AI1) превышает установленный верхний предел, срабатывает сигнал тревоги; название сигнала — «Чрезмерно высокая температура электролита».
3. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для водорода и слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для кислорода также срабатывает сигнал тревоги; название сигнала — «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах для разделения газов и воды (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода)». 4. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для кислорода с щелочью и одновременно слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для водорода с щелочью срабатывает сигнал тревоги. Название сигнала: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах для разделения газов и воды (низкий уровень кислорода, высокий уровень водорода)». 5. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для промывки водородом и одновременно слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для промывки кислородом подается сигнал тревоги. Название сигнала: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах (высокий уровень кислорода, низкий уровень водорода)». 6. При слишком низком уровне жидкости в резервуаре для охлаждения кислородом и одновременно слишком высоком уровне жидкости в резервуаре для охлаждения водородом подается сигнал тревоги. Название сигнала: «Чрезмерная разница уровней жидкости в двух резервуарах (низкий уровень кислорода, высокий уровень водорода)». 7. Когда абсолютное значение разницы давлений кислорода и водорода Pd превышает установленное значение для сигнализации PdA, т. е. │Pd│＞PdA, подается сигнал тревоги. Название сигнала: «Чрезмерная разница давлений кислорода и водорода». 8. При сбое электролитического источника питания (DI13 в состоянии ON) срабатывает сигнал тревоги; название сигнала — «Сбой электролитического источника постоянного тока». Итого 9, фактически используется 9 единиц. Рекомендуется при проектировании аппаратного обеспечения выделить 1–2 точки DO, 2–4 точки DI и 1 точку AI (4–20 мА). 5. Для 4 аналоговых величин необходимо отрисовать кривые параметров и зафиксировать их. Нажмите «Тренды» — появится соответствующий экран. Нажмите на кривую, и откроется диалоговое окно (см. рисунок 2). Рисунок 2. График тенденций аналоговых величин
Производство водорода путем электролиза воды, производство водорода путем разложения аммиака, производство водорода с использованием катализатора для обработки сухого газа, производство водорода путем расщепления метанола, производство водорода путем преобразования природного газа, производство водорода из газов, получаемых при производстве кокса. . Только что закончил это дело, но нельзя передавать большие файлы
Нет, наверное, оно зашифровано