Odată cu creșterea eforturilor globale de energie curată și dezvoltare durabilă, energia hidrogenului, ca purtător de energie eficient și curat, intră treptat în viziunea oamenilor. Fiind o verigă cheie în lanțul industriei energetice cu hidrogen, tehnologia de purificare a hidrogenului nu se referă numai la siguranța și fiabilitatea energiei cu hidrogen, ci afectează în mod direct domeniul de aplicare și beneficiile economice ale energiei cu hidrogen.
1.Cerințe pentru produs hidrogen
Hidrogenul, ca materie primă chimică și purtător de energie, are cerințe diferite pentru puritatea și conținutul de impurități în diferite scenarii de aplicare. În producția de amoniac sintetic, metanol și alte produse chimice, pentru a preveni otrăvirea catalizatorului și pentru a asigura calitatea produsului, sulfurile și alte substanțe toxice din gazul de alimentare trebuie îndepărtate în avans pentru a reduce conținutul de impurități pentru a îndeplini cerințele. În domenii industriale precum metalurgie, ceramică, sticlă și semiconductori, hidrogenul gazos intră în contact direct cu produsele, iar cerințele privind puritatea și conținutul de impurități sunt mai stricte. De exemplu, în industria semiconductoarelor, hidrogenul este utilizat pentru procese precum prepararea cristalelor și a substratului, oxidare, recoacere etc., care au limitări extrem de mari asupra impurităților precum oxigenul, apa, hidrocarburile grele, hidrogenul sulfurat etc. în 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, realizând 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.
Dezoxidantul are o structură de cilindru interior și exterior, cu catalizatorul încărcat între cilindrii exterior și interior. Componenta de încălzire electrică rezistentă la explozie este instalată în interiorul cilindrului interior, iar doi senzori de temperatură sunt amplasați în partea de sus și de jos a ambalajului catalizatorului pentru a detecta și controla temperatura de reacție. Cilindrul exterior este învelit cu un strat de izolație pentru a preveni pierderile de căldură și pentru a evita arsurile. Hidrogenul brut intră în cilindrul interior de la intrarea superioară a dezoxidatorului, este încălzit de un element de încălzire electric și curge prin patul de catalizator de jos în sus. Oxigenul din hidrogenul brut reacţionează cu hidrogenul sub acţiunea catalizatorului pentru a produce apă. Conținutul de oxigen din hidrogenul care curge din ieșirea inferioară poate fi redus la sub 1 ppm. Apa generată de combinația curge din dezoxidant în formă gazoasă cu hidrogenul gazos, se condensează în răcitorul de hidrogen ulterior, se filtrează în separatorul aer-apă și este evacuată din sistem.
3.Principiul de lucru al uscăciunii
Uscarea hidrogenului gazos adoptă metoda de adsorbție, folosind 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 în interior multe cavități de aceeași dimensiune după deshidratare și are o suprafață foarte mare. Sitele moleculare sunt numite site moleculare deoarece pot separa molecule cu diferite forme, diametre, polarități, puncte de fierbere și niveluri de saturație.
Apa este o moleculă extrem de polară, iar sitele moleculare au o afinitate puternică pentru apă. Adsorbția sitelor moleculare este o adsorbție fizică, iar atunci când adsorbția este saturată, este nevoie de o perioadă de timp pentru a se încălzi și a se regenera înainte de a putea fi adsorbită din nou. Prin urmare, cel puțin două uscătoare sunt incluse într-un dispozitiv de purificare, unul lucrând în timp ce celălalt se regenerează, pentru a asigura producția continuă de hidrogen gazos stabil la punctul de rouă.
Uscătorul are o structură cilindrică interioară și exterioară, cu adsorbantul încărcat între cilindrii exterior și interior. Componenta de încălzire electrică rezistentă la explozie este instalată în interiorul cilindrului interior, iar doi senzori de temperatură sunt amplasați în partea de sus și de jos a ambalajului sitei moleculare pentru a detecta și controla temperatura de reacție. Cilindrul exterior este învelit cu un strat de izolație pentru a preveni pierderile de căldură și pentru a evita arsurile. Fluxul de aer în starea de adsorbție (inclusiv stările de lucru primară și secundară) și starea de regenerare este inversată. În starea de adsorbție, țeava de la capătul superior este ieșirea gazului, iar țeava de la capătul inferior este intrarea de gaz. În starea de regenerare, țeava de la capătul superior este intrarea gazului, iar țeava de la capătul inferior este ieșirea de gaz. Sistemul de uscare poate fi împărțit în două uscătoare turn și trei uscătoare turn în funcție de numărul de uscători.
4. Procesul cu două turnuri
În dispozitiv sunt instalate două uscătoare, care alternează și se regenerează într-un singur ciclu (48 de ore) pentru a obține funcționarea continuă a întregului dispozitiv. După uscare, punctul de rouă al hidrogenului poate ajunge sub -60 ℃. În timpul unui ciclu de lucru (48 de ore), uscătoarele A și B trec în stare de lucru și, respectiv, de regenerare.
Într-un ciclu de comutare, uscătorul are două stări: stare de lucru și stare de regenerare.
· Stare de regenerare: volumul de gaz de procesare este volumul de gaz complet. Starea de regenerare include etapa de încălzire și etapa de răcire prin suflare;
1) Treapta 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 calea inițială pentru a-l răci până când uscătorul trece în modul de lucru.
· Stare de funcționare: volumul de aer de procesare este la capacitate maximă, iar încălzitorul din interiorul uscătorului nu funcționează.
5. Flux de lucru în trei turnuri
În prezent, procesul cu trei turnuri este utilizat pe scară largă. În aparat sunt instalate trei uscătoare, care conțin desicanți (site moleculare) cu capacitate mare de adsorbție și rezistență bună la temperatură. Trei uscătoare alternează între funcționare, regenerare și adsorbție pentru a obține 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, primul uscător în care intră hidrogenul brut după deoxigenare, răcire și filtrare a apei se află:
1) Stare de funcționare: Volumul de gaz de procesare este la capacitate maximă, încălzitorul din interiorul uscătorului nu funcționează, iar mediul este gaz hidrogen brut care nu a fost deshidratat;
Al doilea uscător care intră este situat la:
2) Starea de regenerare: 20% volum de gaz: Starea de regenerare include etapa de încălzire și etapa de răcire cu suflare;
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;
Etapa de răcire – După ce uscătorul se oprește din încălzire, fluxul de aer continuă să curgă prin uscător pe calea inițială pentru a-l răci până când uscătorul trece în modul de lucru; Când uscătorul este în stadiul de regenerare, mediul este gaz hidrogen uscat deshidratat;
Al treilea uscător care intră este situat la:
3) Starea de adsorbție: Volumul gazului de procesare este de 20%, încălzitorul din uscător nu funcționează, iar mediul este hidrogen gazos pentru regenerare.
Ora postării: 19-12-2024
