Wraz z rosnącym światowym dążeniem do czystej energii i zrównoważonego rozwoju, energia wodorowa, jako wydajny i czysty nośnik energii, stopniowo wkracza w wizję ludzi. Jako kluczowe ogniwo w łańcuchu przemysłu energii wodorowej, technologia oczyszczania wodoru dotyczy nie tylko bezpieczeństwa i niezawodności energii wodorowej, ale także bezpośrednio wpływa na zakres zastosowania i korzyści ekonomiczne energii wodorowej.
1.Wymagania dotyczące wodoru produktowego
Wodór, jako surowiec chemiczny i nośnik energii, ma różne wymagania dotyczące czystości i zawartości zanieczyszczeń w różnych scenariuszach zastosowań. Aby zapobiec zatruciu katalizatora i zapewnić jakość produktu przy produkcji syntetycznego amoniaku, metanolu i innych produktów chemicznych, należy wcześniej usunąć siarczki i inne toksyczne substancje z gazu zasilającego, aby zmniejszyć zawartość zanieczyszczeń i spełnić wymagania. W dziedzinach przemysłu, takich jak metalurgia, ceramika, szkło i półprzewodniki, wodór wchodzi w bezpośredni kontakt z produktami, a wymagania dotyczące czystości i zawartości zanieczyszczeń są bardziej rygorystyczne. Na przykład w przemyśle półprzewodników wodór wykorzystuje się w procesach takich jak przygotowanie kryształów i podłoża, utlenianie, wyżarzanie itp., które wiążą się z niezwykle wysokimi ograniczeniami dotyczącymi zanieczyszczeń, takich jak tlen, woda, ciężkie węglowodory, siarkowodór itp. w wodorze.
2.Zasada działania odtleniania
Pod działaniem katalizatora niewielka ilość tlenu w wodorze może reagować z wodorem, tworząc wodę, osiągając cel odtlenienia. Reakcja jest reakcją egzotermiczną, a równanie reakcji jest następujące:
2H ₂+O ₂ (katalizator) -2H ₂ O+Q
Ponieważ skład, właściwości chemiczne i jakość samego katalizatora nie zmieniają się przed i po reakcji, katalizator może być używany w sposób ciągły bez regeneracji.
Odtleniacz ma strukturę cylindra wewnętrznego i zewnętrznego, z katalizatorem umieszczonym pomiędzy cylindrem zewnętrznym i wewnętrznym. Wewnątrz cylindra wewnętrznego zainstalowano przeciwwybuchowy elektryczny element grzejny, a na górze i na dole opakowania katalizatora znajdują się dwa czujniki temperatury, których zadaniem jest wykrywanie i kontrolowanie temperatury reakcji. Zewnętrzny cylinder jest owinięty warstwą izolacyjną, aby zapobiec utracie ciepła i poparzeniom. Surowy wodór wchodzi do wewnętrznego cylindra przez górny wlot odtleniacza, jest podgrzewany przez elektryczny element grzejny i przepływa przez złoże katalizatora od dołu do góry. Tlen zawarty w surowym wodorze reaguje z wodorem pod działaniem katalizatora, tworząc wodę. Zawartość tlenu w wodorze wypływającym z dolnego wylotu można zmniejszyć do wartości poniżej 1 ppm. Woda powstająca w wyniku tej kombinacji wypływa z odtleniacza w postaci gazowej wraz z gazowym wodorem, skrapla się w kolejnej chłodnicy wodoru, filtruje w separatorze powietrze-woda i jest odprowadzana z układu.
3.Zasada działania suchości
Suszenie gazowego wodoru odbywa się metodą adsorpcji, wykorzystując sita molekularne jako adsorbenty. Po wysuszeniu punkt rosy wodoru może osiągnąć poniżej -70 ℃. Sita molekularne to rodzaj związku glinokrzemianowego o sześciennej siatce, który po odwodnieniu tworzy wewnątrz wiele wnęk o tej samej wielkości i ma bardzo dużą powierzchnię. Sita molekularne nazywane są sitami molekularnymi, ponieważ mogą oddzielać cząsteczki o różnych kształtach, średnicach, polarnościach, temperaturach wrzenia i poziomach nasycenia.
Woda jest cząsteczką wysoce polarną, a sita molekularne wykazują silne powinowactwo do wody. Adsorpcja sit molekularnych jest adsorpcją fizyczną, a gdy adsorpcja jest nasycona, ogrzanie i regeneracja zajmuje trochę czasu, zanim będzie można ją ponownie zaadsorbować. Dlatego w urządzeniu oczyszczającym znajdują się co najmniej dwie suszarki, z których jedna pracuje, a druga regeneruje, aby zapewnić ciągłą produkcję wodoru o stabilnej temperaturze punktu rosy.
Suszarka ma konstrukcję cylindryczną wewnętrzną i zewnętrzną, z adsorbentem umieszczonym pomiędzy cylindrem zewnętrznym i wewnętrznym. Wewnątrz wewnętrznego cylindra zainstalowano przeciwwybuchowy elektryczny element grzejny, a na górze i na dole opakowania sita molekularnego znajdują się dwa czujniki temperatury, których zadaniem jest wykrywanie i kontrolowanie temperatury reakcji. Zewnętrzny cylinder jest owinięty warstwą izolacyjną, aby zapobiec utracie ciepła i poparzeniom. Przepływ powietrza w stanie adsorpcji (w tym pierwotnym i wtórnym stanie pracy) oraz stanie regeneracji jest odwrócony. W stanie adsorpcji górna rura końcowa jest wylotem gazu, a dolna rura końcowa jest wlotem gazu. W stanie regeneracji górna rura końcowa jest wlotem gazu, a dolna rura końcowa jest wylotem gazu. System suszenia można podzielić na dwie suszarki wieżowe i trzy suszarki wieżowe w zależności od liczby suszarek.
4. Proces dwuwieżowy
W urządzeniu zamontowane są dwie suszarki, które naprzemiennie i regenerują się w ciągu jednego cyklu (48 godzin), aby zapewnić ciągłą pracę całego urządzenia. Po wyschnięciu punkt rosy wodoru może osiągnąć poniżej -60 ℃. Suszarki A i B w trakcie cyklu pracy (48 godzin) przechodzą odpowiednio stany pracy i regeneracji.
W jednym cyklu przełączania suszarka przechodzi dwa stany: stan pracy i stan regeneracji.
·Stan regeneracji: Objętość gazu procesowego to pełna objętość gazu. Stan regeneracji obejmuje etap ogrzewania i etap chłodzenia z nadmuchem;
1) Etap nagrzewania – grzałka wewnątrz suszarki pracuje i automatycznie przestaje nagrzewać, gdy górna temperatura osiągnie zadaną wartość lub czas nagrzewania osiągnie zadaną wartość;
2) Etap chłodzenia – gdy suszarka przestanie się nagrzewać, strumień powietrza nadal przepływa przez suszarkę oryginalną ścieżką, aby ją ochłodzić, aż suszarka przejdzie w tryb pracy.
·Stan pracy: Objętość powietrza procesowego jest na pełnej wydajności, a grzałka wewnątrz suszarki nie działa.
5. Przepływ pracy z trzema wieżami
Obecnie szeroko stosowany jest proces trzech wież. W urządzeniu zamontowane są trzy suszarki, w których znajdują się środki osuszające (sita molekularne) o dużej zdolności adsorpcyjnej i dobrej odporności temperaturowej. Trzy suszarki naprzemiennie pracują, regenerują i adsorpcji, aby zapewnić ciągłą pracę całego urządzenia. Po wysuszeniu punkt rosy wodoru może osiągnąć poniżej -70 ℃.
Podczas cyklu przełączania osuszacz przechodzi przez trzy stany: pracę, adsorpcję i regenerację. Dla każdego stanu zlokalizowana jest pierwsza suszarnia, do której trafia surowy wodór po odtlenieniu, ochłodzeniu i filtracji wody:
1) Stan pracy: Objętość gazu procesowego jest pełna, grzałka wewnątrz suszarki nie działa, a medium jest surowy wodór, który nie został odwodniony;
Drugie wejście do suszarni zlokalizowane jest pod adresem:
2) Stan regeneracji: 20% objętości gazu: Stan regeneracji obejmuje etap ogrzewania i etap chłodzenia z nadmuchem;
Stopień nagrzewania – grzałka znajdująca się wewnątrz suszarki pracuje i automatycznie przestaje nagrzewać, gdy górna temperatura osiągnie ustawioną wartość lub czas nagrzewania osiągnie zadaną wartość;
Etap chłodzenia – gdy suszarka przestanie się nagrzewać, strumień powietrza nadal przepływa przez suszarkę oryginalną ścieżką, aby ją schłodzić, aż suszarka przejdzie w tryb pracy; Gdy suszarka znajduje się na etapie regeneracji, ośrodkiem jest odwodniony suchy wodór;
Trzecie wejście do suszarni zlokalizowane jest pod adresem:
3) Stan adsorpcji: Objętość gazu procesowego wynosi 20%, grzałka w suszarce nie działa, a medium do regeneracji jest wodór.
Czas publikacji: 19 grudnia 2024 r
