Med den økende globale jakten på ren energi og bærekraftig utvikling, blir hydrogenenergi, som en effektiv og ren energibærer, gradvis mer og mer i folks øyne. Som et sentralt ledd i hydrogenenergikjeden, angår hydrogenrensingsteknologi ikke bare sikkerheten og påliteligheten til hydrogenenergi, men påvirker også direkte bruksområdet og de økonomiske fordelene ved hydrogenenergi.
1. Krav til produkthydrogen
Hydrogen, som kjemisk råmateriale og energibærer, har ulike krav til renhet og urenhetsinnhold i ulike bruksscenarier. I produksjonen av syntetisk ammoniakk, metanol og andre kjemiske produkter, for å forhindre katalysatorforgiftning og sikre produktkvalitet, må sulfider og andre giftige stoffer i tilførselsgassen fjernes på forhånd for å redusere urenhetsinnholdet og oppfylle kravene. Innen industrielle felt som metallurgi, keramikk, glass og halvledere kommer hydrogengass i direkte kontakt med produkter, og kravene til renhet og urenhetsinnhold er strengere. For eksempel, i halvlederindustrien brukes hydrogen til prosesser som krystall- og substratforberedelse, oksidasjon, gløding osv., som har ekstremt høye begrensninger på urenheter som oksygen, vann, tunge hydrokarboner, hydrogensulfid osv. i hydrogen.
2. Prinsippet for deoksygenering
Under påvirkning av en katalysator kan en liten mengde oksygen i hydrogen reagere med hydrogen for å produsere vann, og dermed oppnå deoksygenering. Reaksjonen er en eksoterm reaksjon, og reaksjonsligningen er som følger:
2H₂+O₂ (katalysator) -2H₂O+Q
Fordi sammensetningen, de kjemiske egenskapene og kvaliteten til selve katalysatoren ikke endres før og etter reaksjonen, kan katalysatoren brukes kontinuerlig uten regenerering.
Deoksidasjonsapparatet har en indre og en ytre sylinderstruktur, med katalysatoren plassert mellom de ytre og indre sylinderene. Den eksplosjonssikre elektriske varmekomponenten er installert inne i den indre sylinderen, og to temperatursensorer er plassert øverst og nederst på katalysatorpakningen for å detektere og kontrollere reaksjonstemperaturen. Den ytre sylinderen er pakket inn i et isolasjonslag for å forhindre varmetap og unngå brannskader. Råhydrogenet kommer inn i den indre sylinderen fra det øvre innløpet til deoksidasjonsapparatet, varmes opp av et elektrisk varmeelement og strømmer gjennom katalysatorsjiktet nedenfra og opp. Oksygenet i råhydrogenet reagerer med hydrogenet under påvirkning av katalysatoren for å produsere vann. Oksygeninnholdet i hydrogenet som strømmer ut fra det nedre utløpet kan reduseres til under 1 ppm. Vannet som genereres av kombinasjonen strømmer ut av deoksidasjonsapparatet i gassform med hydrogengassen, kondenserer i den påfølgende hydrogenkjøleren, filtreres i luft-vann-separatoren og tømmes ut av systemet.
3. Arbeidsprinsipp for tørrhet
Tørking av hydrogengass benytter adsorpsjonsmetode, med molekylsikt som adsorbenter. Etter tørking kan duggpunktet til hydrogengass nå under -70 ℃. Molekylsikt er en type aluminosilikatforbindelse med et kubisk gitter, som danner mange hulrom av samme størrelse innvendig etter dehydrering og har et veldig stort overflateareal. Molekylsikt kalles molekylsikt fordi de kan separere molekyler med forskjellige former, diametre, polariteter, kokepunkter og metningsnivåer.
Vann er et svært polart molekyl, og molekylsikter har en sterk affinitet for vann. Adsorpsjonen av molekylsikter er fysisk adsorpsjon, og når adsorpsjonen er mettet, tar det en periode å varmes opp og regenereres før den kan adsorberes igjen. Derfor er minst to tørkere inkludert i en renseanordning, hvor den ene jobber mens den andre regenererer, for å sikre kontinuerlig produksjon av duggpunktstabil hydrogengass.
Tørketrommelen har en indre og en ytre sylinderstruktur, med adsorbenten lastet mellom den ytre og indre sylinderen. Den eksplosjonssikre elektriske varmekomponenten er installert inne i den indre sylinderen, og to temperatursensorer er plassert øverst og nederst på molekylsiktpakningen for å detektere og kontrollere reaksjonstemperaturen. Den ytre sylinderen er pakket inn i et isolasjonslag for å forhindre varmetap og unngå brannskader. Luftstrømmen i adsorpsjonstilstand (inkludert primær og sekundær arbeidstilstand) og regenereringstilstand er reversert. I adsorpsjonstilstand er det øvre enderøret gassutløpet og det nedre enderøret er gassinnløpet. I regenereringstilstand er det øvre enderøret gassinnløpet og det nedre enderøret er gassutløpet. Tørkesystemet kan deles inn i to tårntørkere og tre tårntørkere i henhold til antall tørkere.
4. To tårnprosess
To tørkere er installert i enheten, som veksler og regenererer i løpet av én syklus (48 timer) for å oppnå kontinuerlig drift av hele enheten. Etter tørking kan duggpunktet for hydrogen synke under -60 ℃. I løpet av en arbeidssyklus (48 timer) gjennomgår tørkere A og B henholdsvis arbeids- og regenereringstilstander.
I én koblingssyklus opplever tørketrommelen to tilstander: arbeidstilstand og regenereringstilstand.
· Regenereringstilstand: Prosessgassvolumet er fullt gassvolum. Regenereringstilstanden inkluderer oppvarmingstrinn og blåsekjølingstrinn;
1) Oppvarmingstrinn – varmeelementet inne i tørketrommelen fungerer og stopper automatisk oppvarmingen når den øvre temperaturen når den innstilte verdien eller oppvarmingstiden når den innstilte verdien;
2) Avkjølingsfase – Etter at tørketrommelen har sluttet å varme opp, fortsetter luftstrømmen å strømme gjennom tørketrommelen i den opprinnelige banen for å kjøle den ned til tørketrommelen går over i arbeidsmodus.
·Arbeidsstatus: Prosessluftvolumet er på full kapasitet, og varmeelementet inne i tørketrommelen fungerer ikke.
5. Arbeidsflyt med tre tårn
For tiden er tretårnprosessen mye brukt. Tre tørkere er installert i enheten, som inneholder tørkemidler (molekylsikter) med stor adsorpsjonskapasitet og god temperaturbestandighet. Tre tørkere veksler mellom drift, regenerering og adsorpsjon for å oppnå kontinuerlig drift av hele enheten. Etter tørking kan duggpunktet for hydrogengass nå under -70 ℃.
Under en koblingssyklus går tørkeren gjennom tre tilstander: drift, adsorpsjon og regenerering. For hver tilstand befinner den første tørkeren seg der den rå hydrogengassen kommer inn etter deoksygenering, avkjøling og vannfiltrering:
1) Arbeidsstatus: Prosessgassvolumet er på full kapasitet, varmeren inne i tørketrommelen fungerer ikke, og mediet er rå hydrogengass som ikke har blitt dehydrert;
Den andre tørketrommelen som kommer inn er plassert på:
2) Regenereringstilstand: 20 % gassvolum: Regenereringstilstanden inkluderer oppvarmingstrinn og blåse- og kjøletrinn;
Oppvarmingstrinn – varmeelementet inne i tørketrommelen fungerer og stopper automatisk oppvarmingen når den øvre temperaturen når den innstilte verdien eller oppvarmingstiden når den innstilte verdien;
Kjøletrinn – Etter at tørkeren har sluttet å varme opp, fortsetter luftstrømmen å strømme gjennom tørkeren i den opprinnelige banen for å kjøle den ned til tørkeren går over i arbeidsmodus. Når tørkeren er i regenereringstrinnet, er mediet dehydrert tørr hydrogengass.
Den tredje tørketrommelen som kommer inn er plassert på:
3) Adsorpsjonstilstand: Prosessgassvolumet er 20 %, varmeren i tørketrommelen fungerer ikke, og mediet er hydrogengass for regenerering.
Publisert: 19. desember 2024
