Зі зростанням глобального прагнення до чистої енергії та сталого розвитку, воднева енергетика, як ефективний та чистий енергоносій, поступово входить у поле зору людей. Як ключова ланка в ланцюжку воднево-енергетичної галузі, технологія очищення водню стосується не лише безпеки та надійності водневої енергії, але й безпосередньо впливає на сферу застосування та економічні переваги водневої енергії.
1. Вимоги до продукту водень
Водень, як хімічна сировина та енергоносій, має різні вимоги до чистоти та вмісту домішок у різних сценаріях застосування. Під час виробництва синтетичного аміаку, метанолу та інших хімічних продуктів, щоб запобігти отруєнню каталізатора та забезпечити якість продукції, сульфіди та інші токсичні речовини у вихідному газі необхідно попередньо видалити, щоб зменшити вміст домішок для відповідності вимогам. У таких промислових галузях, як металургія, кераміка, скло та напівпровідники, газоподібний 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 кристалів та підкладок, окислення, відпал тощо, які мають надзвичайно високі обмеження щодо домішок, таких як кисень, вода, важкі вуглеводні, сірководень тощо у водні.
2. Принцип роботи дезоксигенації
Під дією каталізатора невелика кількість кисню у водні може реагувати з воднем, утворюючи воду, досягаючи мети дезоксигенації. Реакція є екзотермічною реакцією, а рівняння реакції має наступний 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 безперервно без регенерації.
Розкислювач має внутрішню та зовнішню циліндричну структуру, при цьому каталізатор завантажено між зовнішнім та внутрішнім циліндрами. Вибухобезпечний електричний нагрівальний компонент встановлено всередині внутрішнього циліндра, а два датчики температури розташовані зверху та знизу каталізаторної упаковки для виявлення та контролю температури реакції. Зовнішній циліндр обгорнутий шаром ізоляції для запобігання втратам тепла та уникнення опіків. Неочищений водень надходить у внутрішній циліндр через верхній вхід розкислювача, нагрівається електричним нагрівальним елементом та протікає через шар каталізатора знизу вгору. Кисень у неочищеному водні реагує з воднем під дією каталізатора, утворюючи воду. Вміст кисню у водні, що витікає з нижнього виходу, може бути знижений до рівня нижче 1 ppm. Вода, що утворюється в результаті поєднання, витікає з розкислювача в газоподібному вигляді з воднем, конденсується в наступному охолоджувачі водню, фільтрується у водоповітряному сепараторі та видаляється з системи.
3. Принцип роботи сухості
Сушіння газоподібного водню здійснюється методом адсорбції з використанням молекулярних сит як адсорбентів. Після сушіння точка роси газоподібного водню може опускатися нижче -70 ℃. Молекулярне сито - це тип алюмосилікатної сполуки з кубічною решіткою, яка після зневоднення утворює всередині багато порожнин однакового розміру та має дуже велику площу поверхні. Молекулярні сита називаються молекулярними ситами, оскільки вони можуть розділяти молекули різної форми, діаметра, полярності, точки кипіння та рівня насичення.
Вода — це високополярна молекула, а молекулярні сита мають сильну спорідненість до води. Адсорбція молекулярними ситами є фізичною адсорбцією, і коли адсорбція насичується, потрібен певний період часу для нагрівання та регенерації, перш ніж вона знову може адсорбуватися. Тому в очисному пристрої є щонайменше два осушувачі, один з яких працює, поки інший регенерує, щоб забезпечити безперервне виробництво газоподібного водню, стабільного до точки роси.
Сушарка має внутрішню та зовнішню циліндричну структуру, причому адсорбент завантажений між зовнішнім та внутрішнім циліндрами. Вибухобезпечний електричний нагрівальний компонент встановлено всередині внутрішнього циліндра, а два датчики температури розташовані у верхній та нижній частинах молекулярного сита для виявлення та контролю температури реакції. Зовнішній циліндр обгорнутий шаром ізоляції для запобігання втратам тепла та уникнення опіків. Потік повітря в стані адсорбції (включаючи основний та вторинний робочі стани) та стані регенерації є зворотним. У стані адсорбції верхня кінцева труба є виходом для газу, а нижня кінцева труба - входом для газу. У стані регенерації верхня кінцева труба є входом для газу, а нижня кінцева труба - виходом для газу. Систему сушіння можна розділити на дві баштові сушарки та три баштові сушарки залежно від кількості сушарок.
4. Процес двох веж
У пристрої встановлено два осушувачі, які чергуються та регенеруються протягом одного циклу (48 годин) для забезпечення безперервної роботи всього пристрою. Після сушіння точка роси водню може опускатися нижче -60 ℃. Протягом робочого циклу (48 годин) осушувачі A та B відповідно перебувають у робочому та регенеруючому станах.
За один цикл перемикання сушарка перебуває у двох станах: робочий стан та стан регенерації.
·Стан регенерації: Об'єм оброблюваного газу дорівнює повному об'єму газу. Стан регенерації включає етап нагрівання та етап продувки з охолодженням;
1) Етап нагрівання – нагрівач усередині сушарки працює та автоматично припиняє нагрівання, коли верхня температура досягає встановленого значення або час нагрівання досягає встановленого значення;
2) Стадія охолодження – Після того, як сушарка припиняє нагрівання, повітряний потік продовжує проходити через сушарку початковим шляхом, охолоджуючи її, доки сушарка не перейде в робочий режим.
·Робочий стан: Об'єм оброблюваного повітря працює на повну потужність, а нагрівач усередині сушарки не працює.
5. Робочий процес з трьома вежами
Наразі широко використовується трибашневий процес. У пристрої встановлено три сушарки, які містять осушувачі (молекулярні сита) з великою адсорбційною здатністю та гарною термостійкістю. Три сушарки чергуються між роботою, регенерацією та адсорбцією для забезпечення безперервної роботи всього пристрою. Після сушіння точка роси газоподібного водню може опускатися нижче -70 ℃.
Під час циклу перемикання сушарка проходить три стани: робочий, адсорбційний та регенераційний. Для кожного стану перша сушарка, в яку потрапляє неочищений газоподібний водень після дезоксигенації, охолодження та фільтрації води, розташована:
1) Робочий стан: Об'єм технологічного газу працює на повну потужність, нагрівач усередині сушарки не працює, а середовищем є неочищений водень, який не був зневоднений;
Другий вхід до сушарки розташований за адресою:
2) Стан регенерації: 20% об'єму газу: стан регенерації включає етап нагрівання та етап охолодження продувкою;
Етап нагрівання – нагрівач усередині сушарки працює та автоматично припиняє нагрівання, коли верхня температура досягає встановленого значення або час нагрівання досягає встановленого значення;
Стадія охолодження – після того, як сушарка припиняє нагрівання, повітряний потік продовжує проходити через сушарку початковим шляхом, охолоджуючи її, доки сушарка не перейде в робочий режим; коли сушарка знаходиться на стадії регенерації, середовищем є зневоднений газоподібний водень;
Третій вхід до сушарки розташований за адресою:
3) Стан адсорбції: Об'єм оброблюваного газу становить 20%, нагрівач у сушарці не працює, а середовищем для регенерації є газоподібний водень.
Час публікації: 19 грудня 2024 р.
