S rastućom globalnom težnjom za čistom energijom i održivim razvojem, energija vodonika, kao efikasan i čist nosilac energije, postepeno ulazi u vidokrug ljudi. Kao ključna karika u lancu industrije energije vodonika, tehnologija prečišćavanja vodonika ne odnosi se samo na sigurnost i pouzdanost energije vodonika, već i direktno utiče na opseg primjene i ekonomske koristi energije vodonika.
1. Zahtjevi za proizvod vodik
Vodonik, kao hemijska sirovina i nosilac energije, ima različite zahtjeve za čistoću i sadržaj nečistoća u različitim scenarijima primjene. U proizvodnji sintetičkog amonijaka, metanola i drugih hemijskih proizvoda, kako bi se spriječilo trovanje katalizatora i osigurao kvalitet proizvoda, sulfidi i druge otrovne supstance u ulaznom gasu moraju se unaprijed ukloniti kako bi se smanjio sadržaj nečistoća i ispunili zahtjevi. U industrijskim oblastima kao što su metalurgija, keramika, staklo i poluprovodnici, vodonik dolazi u direktan kontakt s proizvodima, a zahtjevi za čistoću i sadržaj nečistoća su stroži. Na primjer, u industriji poluprovodnika, vodonik se koristi za procese kao što su priprema kristala i supstrata, oksidacija, žarenje itd., koji imaju izuzetno visoka ograničenja u pogledu nečistoća kao što su kiseonik, voda, teški ugljikovodici, vodonik sulfid itd. u vodoniku.
2. Princip rada deoksigenacije
Pod djelovanjem katalizatora, mala količina kisika u vodiku može reagirati s vodikom i proizvoditi vodu, čime se postiže cilj deoksigenacije. Reakcija je egzotermna reakcija, a jednačina reakcije je sljedeća:
2H ₂+O ₂ (katalizator) -2H ₂ O+Q
Budući da se sastav, hemijska svojstva i kvalitet samog katalizatora ne mijenjaju prije i poslije reakcije, katalizator se može kontinuirano koristiti bez regeneracije.
Deoksidator ima unutrašnju i vanjsku cilindričnu strukturu, s katalizatorom smještenim između vanjskog i unutrašnjeg cilindra. Električni grijač otporan na eksploziju ugrađen je unutar unutrašnjeg cilindra, a dva temperaturna senzora nalaze se na vrhu i dnu katalitičkog pakiranja kako bi se detektirala i kontrolirala temperatura reakcije. Vanjski cilindar je obložen izolacijskim slojem kako bi se spriječio gubitak topline i izbjegle opekotine. Sirovi vodik ulazi u unutrašnji cilindar kroz gornji ulaz deoksidatora, zagrijava se električnim grijaćim elementom i struji kroz sloj katalizatora od dna prema vrhu. Kisik u sirovom vodiku reagira s vodikom pod djelovanjem katalizatora i proizvodi vodu. Sadržaj kisika u vodiku koji izlazi iz donjeg izlaza može se smanjiti ispod 1 ppm. Voda koja nastaje kombinacijom izlazi iz deoksidatora u plinovitom obliku s plinovitim vodikom, kondenzira se u sljedećem hladnjaku vodika, filtrira se u separatoru zraka i vode i ispušta se iz sistema.
3. Princip rada suhoće
Sušenje vodikovog plina primjenjuje metodu adsorpcije, korištenjem molekularnih sita kao adsorbensa. Nakon sušenja, tačka rose vodikovog plina može pasti ispod -70 ℃. Molekularno sito je vrsta aluminosilikatnog spoja s kubnom rešetkom, koji nakon dehidracije formira mnogo šupljina iste veličine unutra i ima vrlo veliku površinu. Molekularna sita se nazivaju molekularnim sitima jer mogu odvojiti molekule različitih oblika, promjera, polariteta, tačaka ključanja i nivoa zasićenja.
Voda je visoko polarna molekula, a molekularna sita imaju snažan afinitet prema vodi. Adsorpcija molekularnih sita je fizička adsorpcija i kada je adsorpcija zasićena, potrebno je određeno vrijeme da se zagriju i regeneriraju prije nego što se ponovo mogu adsorbovati. Stoga su u uređaj za prečišćavanje uključena najmanje dva sušača, pri čemu jedan radi dok se drugi regenerira, kako bi se osigurala kontinuirana proizvodnja vodonikovog gasa stabilnog na tački rose.
Sušač ima unutrašnju i vanjsku cilindričnu strukturu, s adsorbentom upunjenim između vanjskog i unutrašnjeg cilindra. Električni grijač otporan na eksploziju ugrađen je unutar unutrašnjeg cilindra, a dva temperaturna senzora nalaze se na vrhu i dnu molekularnog sita za detekciju i kontrolu temperature reakcije. Vanjski cilindar je obložen izolacijskim slojem kako bi se spriječio gubitak topline i izbjegle opekotine. Protok zraka u stanju adsorpcije (uključujući primarno i sekundarno radno stanje) i stanju regeneracije je obrnut. U stanju adsorpcije, gornja cijev je izlaz za plin, a donja cijev je ulaz za plin. U stanju regeneracije, gornja cijev je ulaz za plin, a donja cijev je izlaz za plin. Sistem sušenja može se podijeliti na dvije toranjske sušilice i tri toranjske sušilice prema broju sušilica.
4. Proces s dva tornja
U uređaju su ugrađena dva sušača koji se naizmjenično regeneriraju u jednom ciklusu (48 sati) kako bi se postigao kontinuirani rad cijelog uređaja. Nakon sušenja, tačka rose vodika može pasti ispod -60 ℃. Tokom radnog ciklusa (48 sati), sušači A i B prolaze kroz radno i regenerativno stanje, respektivno.
U jednom ciklusu prebacivanja, sušač prolazi kroz dva stanja: radno stanje i stanje regeneracije.
· Stanje regeneracije: Volumen procesnog plina je pun volumen plina. Stanje regeneracije uključuje fazu zagrijavanja i fazu hlađenja duvanjem;
1) Faza zagrijavanja – grijač unutar sušilice radi i automatski zaustavlja zagrijavanje kada gornja temperatura dostigne postavljenu vrijednost ili vrijeme zagrijavanja dostigne postavljenu vrijednost;
2) Faza hlađenja – Nakon što sušilica prestane s zagrijavanjem, protok zraka nastavlja teći kroz sušilicu u originalnom smjeru kako bi je ohladio sve dok se sušilica ne prebaci u radni način rada.
·Radno stanje: Kapacitet obrade zraka je pun, a grijač unutar sušilice ne radi.
5. Radni proces sa tri tornja
Trenutno se široko koristi proces s tri tornja. U uređaju su instalirana tri sušača koji sadrže desikante (molekularna sita) s velikim kapacitetom adsorpcije i dobrom otpornošću na temperature. Tri sušača naizmjenično rade, regeneriraju i adsorpciju kako bi se postigao kontinuirani rad cijelog uređaja. Nakon sušenja, tačka rose plinovitog vodika može pasti ispod -70 ℃.
Tokom ciklusa prebacivanja, sušač prolazi kroz tri stanja: rad, adsorpcija i regeneracija. Za svako stanje, prvi sušač u koji ulazi sirovi vodonik nakon deoksigenacije, hlađenja i filtracije vode nalazi se:
1) Radno stanje: Zapremina procesnog plina je u punom kapacitetu, grijač unutar sušare ne radi, a medij je sirovi vodikov plin koji nije dehidriran;
Drugi ulaz u sušilicu se nalazi na adresi:
2) Stanje regeneracije: 20% zapremine gasa: Stanje regeneracije uključuje fazu zagrijavanja i fazu hlađenja duvanjem;
Faza zagrijavanja – grijač unutar sušilice radi i automatski zaustavlja zagrijavanje kada gornja temperatura dostigne postavljenu vrijednost ili vrijeme zagrijavanja dostigne postavljenu vrijednost;
Faza hlađenja – Nakon što sušač prestane sa zagrijavanjem, protok zraka nastavlja teći kroz sušač u prvobitnom smjeru kako bi ga ohladio sve dok se sušač ne prebaci u radni režim; Kada je sušač u fazi regeneracije, medij je dehidrirani suhi plinoviti vodik;
Treći ulaz za sušaru se nalazi na adresi:
3) Stanje adsorpcije: Zapremina procesnog gasa je 20%, grijač u sušači ne radi, a medij za regeneraciju je vodonik.
Vrijeme objave: 19. decembar 2024.
