Wraz z rosnącym globalnym dążeniem do czystej energii i zrównoważonego rozwoju, energia wodorowa, jako wydajny i czysty nośnik energii, stopniowo wkracza do świadomości społecznej. Jako kluczowe ogniwo w łańcuchu energetyki wodorowej, technologia oczyszczania wodoru nie tylko wpływa na bezpieczeństwo i niezawodność energii wodorowej, ale także bezpośrednio wpływa na zakres zastosowań 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. W produkcji syntetycznego amoniaku, metanolu i innych produktów chemicznych, aby zapobiec zatruciu katalizatora i zapewnić jakość produktu, siarczki i inne substancje toksyczne w gazie zasilającym muszą zostać usunięte z wyprzedzeniem, aby zmniejszyć zawartość zanieczyszczeń i spełnić wymagania. W dziedzinach przemysłu, takich jak metalurgia, ceramika, szkło i półprzewodniki, wodór ma bezpośredni kontakt z produktami, a wymagania dotyczące czystości i zawartości zanieczyszczeń są bardziej rygorystyczne. Na przykład w przemyśle półprzewodników wodór jest wykorzystywany w procesach takich jak przygotowanie kryształów i substratów, utlenianie, wyżarzanie itp., które charakteryzują się ekstremalnie wysokimi ograniczeniami dotyczącymi zanieczyszczeń, takich jak tlen, woda, ciężkie węglowodory, siarkowodór itp. w wodorze.
2. Zasada działania deoksygenacji
Pod wpływem katalizatora niewielka ilość tlenu w wodorze może reagować z wodorem, wytwarzając wodę, co prowadzi do odtlenienia. Reakcja jest reakcją egzotermiczną, a równanie reakcji przedstawia się następująco:
2H ₂+O ₂ (katalizator) -2H ₂ O+Q
Ponieważ skład, właściwości chemiczne i jakość samego katalizatora nie ulegają zmianie ani przed, ani po reakcji, katalizator może być stosowany w sposób ciągły, bez konieczności regeneracji.
Odtleniacz ma konstrukcję cylindra wewnętrznego i zewnętrznego, a katalizator umieszczony jest pomiędzy cylindrem zewnętrznym i wewnętrznym. Wewnątrz cylindra wewnętrznego zainstalowany jest przeciwwybuchowy element grzejny, a dwa czujniki temperatury znajdują się u góry i u dołu wypełnienia katalizatora, aby mierzyć i kontrolować temperaturę reakcji. Cylinder zewnętrzny jest owinięty warstwą izolacji, aby zapobiec utracie ciepła i uniknąć oparzeń. Surowy wodór wpływa do cylindra wewnętrznego 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 wpływem działania katalizatora, wytwarzając wodę. Zawartość tlenu w wodorze wypływającym z dolnego wylotu można zmniejszyć do poniżej 1 ppm. Woda wytworzona w wyniku połączenia wypływa z odtleniacza w postaci gazowej z gazowym wodorem, skrapla się w kolejnej chłodnicy wodoru, filtruje się w separatorze powietrza i wody i jest odprowadzana z układu.
3. Zasada działania suszenia
Osuszanie wodoru odbywa się metodą adsorpcji, wykorzystując sita molekularne jako adsorbenty. Po osuszeniu temperatura rosy wodoru może spaść poniżej -70°C. Sita molekularne to rodzaj związku glinokrzemianowego o sieci sześciennej, który po odwodnieniu tworzy wewnątrz wiele wnęk o tej samej wielkości i charakteryzuje się bardzo dużą powierzchnią. Sita molekularne nazywane są sitami molekularnymi, ponieważ umożliwiają rozdzielanie cząsteczek o różnych kształtach, średnicach, polarnościach, temperaturach wrzenia i stopniach nasycenia.
Woda jest cząsteczką silnie polarną, a sita molekularne wykazują silne powinowactwo do wody. Adsorpcja sit molekularnych jest adsorpcją fizyczną, a gdy adsorpcja jest nasycona, jej podgrzanie i regeneracja zajmuje pewien czas, zanim będzie mogła zostać ponownie zaadsorbowana. Dlatego w urządzeniu oczyszczającym znajdują się co najmniej dwa osuszacze, z których jeden pracuje, a drugi się regeneruje, aby zapewnić ciągłą produkcję wodoru o stabilnym punkcie rosy.
Suszarka ma konstrukcję cylindra wewnętrznego i zewnętrznego, a adsorbent znajduje się pomiędzy cylindrem zewnętrznym i wewnętrznym. Wewnątrz cylindra wewnętrznego zainstalowany jest przeciwwybuchowy element grzejny, a dwa czujniki temperatury znajdują się u góry i u dołu wypełnienia sita molekularnego, aby wykrywać i kontrolować temperaturę reakcji. Cylinder zewnętrzny jest owinięty warstwą izolacji, aby zapobiec utracie ciepła i uniknąć oparzeń. Przepływ powietrza w stanie adsorpcji (w tym w stanie roboczym pierwotnym i wtórnym) oraz w stanie regeneracji jest odwrócony. W stanie adsorpcji rura górna jest wylotem gazu, a rura dolna jest wlotem gazu. W stanie regeneracji rura górna jest wlotem gazu, a rura dolna 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 zamontowano dwie suszarki, które naprzemiennie pracują i regenerują się w ciągu jednego cyklu (48 godzin), zapewniając ciągłą pracę całego urządzenia. Po osuszeniu temperatura punktu rosy wodoru może spaść poniżej -60°C. Podczas cyklu roboczego (48 godzin) suszarki A i B przechodzą odpowiednio w stan roboczy i regeneracyjny.
W jednym cyklu przełączania suszarka przechodzi przez dwa stany: stan pracy i stan regeneracji.
·Stan regeneracji: Objętość gazu procesowego jest równa pełnej objętości gazu. Stan regeneracji obejmuje etap nagrzewania i etap chłodzenia przez nadmuch;
1) Etap grzania – grzałka wewnątrz suszarki pracuje i automatycznie zatrzymuje grzanie, gdy górna temperatura osiągnie ustawioną wartość lub czas grzania osiągnie ustawioną wartość;
2) Etap chłodzenia – po zakończeniu grzania przez suszarkę, strumień powietrza nadal przepływa przez suszarkę tą samą drogą, aby ją schłodzić, aż do momentu przełączenia suszarki w tryb roboczy.
·Status roboczy: Objętość powietrza procesowego jest pełna, a grzałka wewnątrz suszarki nie działa.
5. Przepływ pracy w trzech wieżach
Obecnie powszechnie stosowany jest proces trójwieżowy. W urządzeniu zainstalowane są trzy osuszacze, które zawierają pochłaniacze wilgoci (sita molekularne) o dużej pojemności adsorpcyjnej i dobrej odporności na temperaturę. Trzy osuszacze naprzemiennie pracują, regenerują się i adsorpują, aby zapewnić ciągłą pracę całego urządzenia. Po osuszeniu temperatura punktu rosy wodoru może spaść poniżej -70°C.
Podczas cyklu przełączania osuszacz przechodzi przez trzy stany: roboczy, adsorpcyjny i regeneracyjny. W każdym stanie znajduje się pierwszy osuszacz, do którego trafia surowy wodór po odtlenieniu, schłodzeniu i filtracji wody:
1) Stan roboczy: Objętość gazu przetwarzającego jest pełna, grzałka wewnątrz suszarki nie pracuje, a medium jest surowym gazem wodorowym, który nie został odwodniony;
Drugie wejście do suszarni zlokalizowane jest w:
2) Stan regeneracji: 20% objętości gazu: Stan regeneracji obejmuje etap podgrzewania i etap chłodzenia przez nadmuch;
Etap grzania – grzałka wewnątrz suszarki pracuje i automatycznie zatrzymuje grzanie, gdy górna temperatura osiągnie ustawioną wartość lub czas grzania osiągnie ustawioną wartość;
Etap chłodzenia – po zakończeniu grzania przez suszarkę strumień powietrza nadal przepływa przez suszarkę tą samą drogą, aby ją schłodzić, aż do momentu przełączenia suszarki w tryb roboczy; gdy suszarka znajduje się w etapie regeneracji, medium jest odwodnionym suchym gazem wodorowym;
Trzecia suszarka wejściowa zlokalizowana jest w:
3) Stan adsorpcji: Objętość gazu przetwarzającego wynosi 20%, grzałka w suszarce nie pracuje, a medium jest gaz wodorowy do regeneracji.
Czas publikacji: 19 grudnia 2024 r.
