Odată cu creșterea gradului de interes global pentru energia curată și dezvoltarea durabilă, energia pe bază de hidrogen, ca purtător de energie eficient și curat, intră treptat în viziunea oamenilor. Fiind o verigă cheie în lanțul industriei energiei pe bază de hidrogen, tehnologia de purificare a hidrogenului nu numai că se referă la siguranța și fiabilitatea energiei pe bază de hidrogen, dar afectează în mod direct domeniul de aplicare și beneficiile economice ale energiei pe bază de hidrogen.
1. Cerințe pentru hidrogenul produs
Hidrogenul, ca materie primă chimică și purtător de energie, are cerințe diferite privind puritatea și conținutul de impurități în funcție de scenariile de aplicare. În producția de amoniac sintetic, metanol și alte produse chimice, pentru a preveni otrăvirea catalizatorului și a asigura calitatea produsului, sulfurile și alte substanțe toxice din gazul de alimentare trebuie eliminate în prealabil pentru a reduce conținutul de impurități și a îndeplini cerințele. În domenii industriale precum metalurgia, ceramica, sticla și semiconductorii, hidrogenul gazos intră în contact direct cu produsele, iar cerințele privind puritatea și conținutul de impurități sunt mai stricte. De exemplu, în industria semiconductorilor, hidrogenul este utilizat pentru procese precum pregătirea cristalelor și a substraturilor, oxidarea, recoacerea etc., care au limitări extrem de mari privind impuritățile precum oxigenul, apa, hidrocarburile grele, hidrogenul sulfurat etc. din hidrogen.
2. Principiul de funcționare al dezoxigenării
Sub acțiunea unui catalizator, o cantitate mică de oxigen din hidrogen poate reacționa cu hidrogenul pentru a produce apă, atingând scopul dezoxigenării. Reacția este o reacție exotermă, iar ecuația reacției este următoarea:
2H₂+O₂ (catalizator) -2H₂O+Q
Deoarece compoziția, proprietățile chimice și calitatea catalizatorului în sine nu se modifică înainte și după reacție, catalizatorul poate fi utilizat continuu fără regenerare.
Dezoxidatorul are o structură de cilindru interior și unul exterior, cu catalizatorul încărcat între cilindrul exterior și cel interior. Componenta de încălzire electrică antiexplozie este instalată în interiorul cilindrului interior, iar doi senzori de temperatură sunt amplasați în partea superioară și inferioară a ambalajului catalizatorului pentru a detecta și controla temperatura de reacție. Cilindrul exterior este învelit într-un strat izolator pentru a preveni pierderea de căldură și a evita arsurile. Hidrogenul brut intră în cilindrul interior prin orificiul superior de admisie al dezoxidatorului, este încălzit de un element de încălzire electrică și curge prin patul de catalizator de jos în sus. Oxigenul din hidrogenul brut reacționează cu hidrogenul sub acțiunea catalizatorului pentru a produce apă. Conținutul de oxigen din hidrogenul care curge prin orificiul inferior poate fi redus la sub 1 ppm. Apa generată de această combinație curge din dezoxidator sub formă gazoasă împreună cu hidrogenul gazos, se condensează în răcitorul de hidrogen ulterior, se filtrează în separatorul aer-apă și este evacuată din sistem.
3. Principiul de funcționare al uscăciunii
Uscarea hidrogenului gazos adoptă metoda de adsorbție, utilizând site moleculare ca adsorbanți. După uscare, punctul de rouă al hidrogenului gazos poate ajunge sub -70 ℃. Sita moleculară este un tip de compus aluminosilicat cu o rețea cubică, care formează multe cavități de aceeași dimensiune în interior după deshidratare și are o suprafață foarte mare. Sitele moleculare sunt numite site moleculare deoarece pot separa molecule cu forme, diametre, polarități, puncte de fierbere și niveluri de saturație diferite.
Apa este o moleculă foarte polară, iar sitele moleculare au o afinitate puternică pentru apă. Adsorbția sitelor moleculare este o adsorbție fizică, iar atunci când adsorbția este saturată, durează o perioadă de timp pentru a se încălzi și regenera înainte de a putea fi adsorbită din nou. Prin urmare, cel puțin două uscătoare sunt incluse într-un dispozitiv de purificare, unul funcționând în timp ce celălalt regenerează, pentru a asigura producția continuă de hidrogen gazos stabil la punct de rouă.
Uscătorul are o structură de cilindru interior și unul exterior, cu adsorbantul încărcat între cilindrul exterior și cel interior. Componenta de încălzire electrică antiexplozie este instalată în interiorul cilindrului interior, iar doi senzori de temperatură sunt amplasați în partea superioară și inferioară a umpluturii sitei moleculare pentru a detecta și controla temperatura de reacție. Cilindrul exterior este învelit într-un strat izolator pentru a preveni pierderile de căldură și a evita arsurile. Fluxul de aer în starea de adsorbție (inclusiv stările de funcționare primară și secundară) și starea de regenerare sunt inversate. În starea de adsorbție, conducta superioară este ieșirea de gaz, iar conducta inferioară este intrarea de gaz. În starea de regenerare, conducta superioară este intrarea de gaz, iar conducta inferioară este ieșirea de gaz. Sistemul de uscare poate fi împărțit în două uscătoare turn și trei uscătoare turn, în funcție de numărul de uscătoare.
4. Procesul cu două turnuri
În dispozitiv sunt instalate două uscătoare, care alternează și se regenerează într-un ciclu (48 de ore) pentru a realiza funcționarea continuă a întregului dispozitiv. După uscare, punctul de rouă al hidrogenului poate ajunge sub -60 ℃. În timpul unui ciclu de funcționare (48 de ore), uscătoarele A și B intră în stare de funcționare, respectiv de regenerare.
Într-un ciclu de comutare, uscătorul trece prin două stări: starea de funcționare și starea de regenerare.
· Stare de regenerare: Volumul de gaz de procesare este volumul maxim de gaz. Starea de regenerare include etapa de încălzire și etapa de răcire prin suflare;
1) Etapa de încălzire – încălzitorul din interiorul uscătorului funcționează și oprește automat încălzirea când temperatura superioară atinge valoarea setată sau timpul de încălzire atinge valoarea setată;
2) Etapa de răcire – După ce uscătorul se oprește din încălzire, fluxul de aer continuă să curgă prin uscător pe traseul inițial pentru a-l răci până când uscătorul trece în modul de funcționare.
·Stare de funcționare: Volumul de aer de procesare este la capacitate maximă, iar încălzitorul din interiorul uscătorului nu funcționează.
5. Flux de lucru cu trei turnuri
În prezent, procesul cu trei turnuri este utilizat pe scară largă. În dispozitiv sunt instalate trei uscătoare, care conțin desicanți (site moleculare) cu o capacitate mare de adsorbție și o bună rezistență la temperatură. Trei uscătoare alternează între funcționare, regenerare și adsorbție pentru a realiza funcționarea continuă a întregului dispozitiv. După uscare, punctul de rouă al hidrogenului gazos poate ajunge sub -70 ℃.
În timpul unui ciclu de comutare, uscătorul trece prin trei stări: funcționare, adsorbție și regenerare. Pentru fiecare stare, se află primul uscător în care intră hidrogenul gazos brut după dezoxigenare, răcire și filtrare a apei:
1) Stare de funcționare: Volumul de gaz de procesare este la capacitate maximă, încălzitorul din interiorul uscătorului nu funcționează, iar mediul este hidrogen gazos brut care nu a fost deshidratat;
Al doilea uscător care intră este situat la:
2) Stare de regenerare: 20% volum de gaz: Starea de regenerare include etapa de încălzire și etapa de răcire prin suflare;
Etapa de încălzire – încălzitorul din interiorul uscătorului funcționează și oprește automat încălzirea atunci când temperatura superioară atinge valoarea setată sau timpul de încălzire atinge valoarea setată;
Etapa de răcire – După ce uscătorul se oprește din încălzire, fluxul de aer continuă să curgă prin uscător pe traseul inițial pentru a-l răci până când uscătorul trece în modul de funcționare; Când uscătorul se află în etapa de regenerare, mediul este hidrogen gazos uscat deshidratat;
Al treilea uscător care intră este situat la:
3) Stare de adsorbție: Volumul gazului de procesare este de 20%, încălzitorul din uscător nu funcționează, iar mediul este hidrogen gazos pentru regenerare.
Data publicării: 19 decembrie 2024
