Із зростанням глобального прагнення до чистої енергії та сталого розвитку воднева енергетика, як ефективний і чистий носій енергії, поступово входить у бачення людей. Будучи ключовою ланкою в ланцюзі водневої енергетики, технологія очищення водню не тільки стосується безпеки та надійності водневої енергії, але й безпосередньо впливає на сферу застосування та економічні переваги водневої енергії.
1. Вимоги до продукту водню
Водень, як хімічна сировина та енергоносій, має різні вимоги щодо чистоти та вмісту домішок у різних сценаріях застосування. У виробництві синтетичного аміаку, метанолу та інших хімічних продуктів, щоб запобігти отруєнню каталізатора та забезпечити якість продукту, сульфіди та інші токсичні речовини у вихідному газі повинні бути видалені заздалегідь, щоб зменшити вміст домішок для задоволення вимог. У таких галузях промисловості, як металургія, кераміка, скло та напівпровідники, водень безпосередньо контактує з продуктами, і вимоги до чистоти та вмісту домішок є більш суворими. Наприклад, у напівпровідниковій промисловості водень використовується для таких процесів, як підготовка кристала та підкладки, окислення, відпал тощо, які мають надзвичайно високі обмеження щодо таких домішок, як кисень, вода, важкі вуглеводні, сірководень тощо у водні.
2. Принцип роботи деоксигенації
Під дією каталізатора невелика кількість кисню у водні може реагувати з воднем, утворюючи воду, досягаючи мети деоксигенації. Реакція є екзотермічною, і рівняння реакції має такий вигляд:
2H ₂+O ₂ (каталізатор) -2H ₂ O+Q
Оскільки склад, хімічні властивості та якість самого каталізатора не змінюються до та після реакції, каталізатор можна використовувати постійно без регенерації.
Розкислювач має структуру внутрішнього та зовнішнього циліндрів, із завантаженим каталізатором між зовнішнім та внутрішнім циліндрами. Вибухозахищений електричний нагрівальний компонент встановлений усередині внутрішнього циліндра, а два датчики температури розташовані у верхній і нижній частині упаковки каталізатора для визначення та контролю температури реакції. Зовнішній циліндр обгорнутий ізоляційним шаром, щоб запобігти втраті тепла та уникнути опіків. Неочищений водень надходить у внутрішній циліндр з верхнього входу розкислювача, нагрівається електричним нагрівальним елементом і протікає через шар каталізатора знизу вгору. Кисень у сирому водні реагує з воднем під дією каталізатора з утворенням води. Вміст кисню у водні, що витікає з нижнього вихідного отвору, можна знизити до рівня нижче 1 частки на мільйон. Вода, утворена сумішшю, витікає з розкислювача в газоподібному стані разом із газоподібним воднем, конденсується в наступному водневому охолоджувачі, фільтрується в повітряно-водяному сепараторі та скидається із системи.
3. Принцип роботи сухості
Сушіння газоподібного водню приймає метод адсорбції з використанням молекулярних сит як адсорбентів. Після висихання точка роси газоподібного водню може досягати нижче -70 ℃. Молекулярне сито - це тип алюмосилікатної сполуки з кубічною решіткою, яка утворює багато порожнин однакового розміру всередині після дегідратації та має дуже велику площу поверхні. Молекулярні сита називаються молекулярними ситами, оскільки вони можуть розділяти молекули з різною формою, діаметром, полярністю, температурою кипіння та рівнем насичення.
Вода є високополярною молекулою, і молекулярні сита мають сильну спорідненість до води. Адсорбція молекулярних сит є фізичною адсорбцією, і коли адсорбція насичена, потрібен період часу для нагрівання та регенерації, перш ніж її можна буде знову адсорбувати. Таким чином, щонайменше два осушувачі включені в очисний пристрій, причому один працює, а інший регенерує, щоб забезпечити безперервне виробництво водню, стабільного до точки роси.
Сушарка має структуру внутрішнього та зовнішнього циліндрів із завантаженням адсорбенту між зовнішнім та внутрішнім циліндрами. Вибухозахищений електричний нагрівальний компонент встановлений усередині внутрішнього циліндра, а два датчики температури розташовані у верхній і нижній частині упаковки молекулярного сита для визначення та контролю температури реакції. Зовнішній циліндр обгорнутий ізоляційним шаром, щоб запобігти втраті тепла та уникнути опіків. Потік повітря в стані адсорбції (включаючи первинний і вторинний робочі стани) і стані регенерації змінюється. У стані адсорбції верхня кінцева труба є вихідним отвором для газу, а нижня кінцева труба є входом для газу. У стані регенерації верхня кінцева труба є входом газу, а нижня кінцева труба є вихідним отвором газу. Систему сушіння можна розділити на дві баштові сушарки та три баштові сушарки відповідно до кількості сушарок.
4. Двобаштовий процес
У пристрої встановлені дві сушарки, які чергуються та регенерують протягом одного циклу (48 годин) для досягнення безперервної роботи всього пристрою. Після висихання точка роси водню може досягати нижче -60 ℃. Протягом робочого циклу (48 годин) сушарки А і В переходять відповідно в робочий і регенераційний стани.
Під час одного циклу перемикання сушарка перебуває у двох станах: робочий стан і стан регенерації.
· Стан регенерації: об’єм газу для обробки є повним об’ємом газу. Стан регенерації включає стадію нагріву та стадію охолодження продуванням;
1) Ступінь нагрівання – нагрівач всередині сушарки працює і автоматично припиняє нагрівання, коли верхня температура досягає заданого значення або час нагрівання досягає встановленого значення;
2) Етап охолодження – після того, як сушильна машина припиняє нагріватися, повітряний потік продовжує текти через сушильну машину за початковим шляхом, щоб охолодити її, доки сушильна машина не перейде в робочий режим.
·Робочий стан: об’єм повітря для обробки працює на повну потужність, а нагрівач всередині сушарки не працює.
5. Робочий процес із трьома вежами
В даний час широко використовується трибаштовий процес. В апараті встановлені три сушарки, які містять сиканти (молекулярні сита) з великою адсорбційною здатністю і хорошою термостійкістю. Три осушувачі чергуються між роботою, регенерацією та адсорбцією для досягнення безперервної роботи всього пристрою. Після висихання точка роси газоподібного водню може досягати нижче -70 ℃.
Під час циклу перемикання осушувач проходить три стани: робочий, адсорбційний і регенераційний. Для кожного стану розташована перша сушарка, в яку надходить сирий газоподібний водень після деоксигенації, охолодження та фільтрації води:
1) Робочий стан: об’єм оброблюваного газу працює на повну потужність, нагрівач всередині сушарки не працює, а середовищем є сирий водень, який не був зневоднений;
Другий вхід сушарки знаходиться за адресою:
2) Стан регенерації: 20% об’єму газу: стан регенерації включає стадію нагріву та стадію охолодження продуванням;
Ступінь нагріву – нагрівач всередині сушарки працює і автоматично припиняє нагрівання, коли верхня температура досягає встановленого значення або час нагрівання досягає встановленого значення;
Етап охолодження – після того, як сушильна машина припиняє нагріватися, повітряний потік продовжує текти через сушильну машину за початковим шляхом, щоб охолодити її, доки сушильна машина не перейде в робочий режим; Коли сушарка знаходиться на стадії регенерації, середовище зневоднюється сухим газоподібним воднем;
Третій вхід сушарки знаходиться за адресою:
3) Стан адсорбції: об’єм газу для обробки становить 20%, нагрівач у сушарці не працює, а середовищем є водень для регенерації.
Час публікації: 19 грудня 2024 р
