Pieaugot globālajai tieksmei pēc tīras enerģijas un ilgtspējīgas attīstības, ūdeņraža enerģija kā efektīvs un tīrs enerģijas nesējs pakāpeniski ienāk cilvēku redzeslokā. Kā galvenā saikne ūdeņraža enerģijas nozares ķēdē, ūdeņraža attīrīšanas tehnoloģija ne tikai attiecas uz ūdeņraža enerģijas drošību un uzticamību, bet arī tieši ietekmē ūdeņraža enerģijas pielietojuma jomu un ekonomiskos ieguvumus.
1. Prasības attiecībā uz produkta ūdeņradi
Ūdeņradim kā ķīmiskai izejvielai un enerģijas nesējam ir atšķirīgas tīrības un piemaisījumu satura prasības dažādos pielietojuma scenārijos. Sintētiskā amonjaka, metanola un citu ķīmisko produktu ražošanā, lai novērstu katalizatora saindēšanos un nodrošinātu produkta kvalitāti, iepriekš ir jānoņem sulfīdi un citas toksiskas vielas padeves gāzē, lai samazinātu piemaisījumu saturu atbilstoši prasībām. Rūpniecības jomās, piemēram, metalurģijā, keramikas, stikla un pusvadītāju ražošanā, ūdeņraža gāze nonāk tiešā saskarē ar produktiem, un tīrības un piemaisījumu satura prasības ir stingrākas. Piemēram, pusvadītāju rūpniecībā ūdeņradi izmanto tādos procesos kā kristālu un substrātu sagatavošana, oksidēšana, atkvēlināšana utt., kuros ir ārkārtīgi augsti ierobežojumi attiecībā uz tādiem piemaisījumiem kā skābeklis, ūdens, smagie ogļūdeņraži, sērūdeņradis utt. ūdeņradī.
2. Deoksigenācijas darbības princips
Katalizatora iedarbībā neliels skābekļa daudzums ūdeņradī var reaģēt ar ūdeņradi, veidojot ūdeni, tādējādi panākot deoksigenācijas mērķi. Reakcija ir eksotermiska, un reakcijas vienādojums ir šāds:
2H₂+O₂ (katalizators) -2H₂ O+Q
Tā kā katalizatora sastāvs, ķīmiskās īpašības un kvalitāte nemainās pirms un pēc reakcijas, katalizatoru var izmantot nepārtraukti bez reģenerācijas.
Deoksidatoram ir iekšējā un ārējā cilindra struktūra, un katalizators atrodas starp ārējo un iekšējo cilindru. Iekšējā cilindra iekšpusē ir uzstādīta sprādziendroša elektriskā sildīšanas sastāvdaļa, un katalizatora iepakojuma augšpusē un apakšā ir izvietoti divi temperatūras sensori, lai noteiktu un kontrolētu reakcijas temperatūru. Ārējais cilindrs ir ietīts ar izolācijas slāni, lai novērstu siltuma zudumus un izvairītos no apdegumiem. Neapstrādāts ūdeņradis nonāk iekšējā cilindrā no deoksidatora augšējās ieplūdes atveres, tiek uzsildīts ar elektrisko sildīšanas elementu un plūst caur katalizatora slāni no apakšas uz augšu. Neapstrādātā ūdeņraža skābeklis katalizatora iedarbībā reaģē ar ūdeņradi, veidojot ūdeni. Skābekļa saturu ūdeņradī, kas izplūst no apakšējās izplūdes atveres, var samazināt līdz zem 1 ppm. Kombinācijas radītais ūdens gāzveida formā izplūst no deoksidatora kopā ar ūdeņraža gāzi, kondensējas nākamajā ūdeņraža dzesētājā, filtrējas gaisa-ūdens separatorā un tiek izvadīts no sistēmas.
3. Sausuma darbības princips
Ūdeņraža gāzes žāvēšanai izmanto adsorbcijas metodi, izmantojot molekulāros sietus kā adsorbentus. Pēc žāvēšanas ūdeņraža gāzes rasas punkts var sasniegt zem -70 ℃. Molekulārais siets ir aluminosilikāta savienojuma veids ar kubisku režģi, kas pēc dehidratācijas iekšpusē veido daudz vienāda izmēra dobumu un kam ir ļoti liela virsmas platība. Molekulāros sietus sauc par molekulārajiem sietiem, jo tie var atdalīt molekulas ar dažādu formu, diametru, polaritāti, viršanas temperatūru un piesātinājuma līmeni.
Ūdens ir ļoti polāra molekula, un molekulārajiem sietiem ir spēcīga afinitāte pret ūdeni. Molekulāro sietu adsorbcija ir fizikāla adsorbcija, un, kad adsorbcija ir piesātināta, ir nepieciešams laiks, lai uzkarst un reģenerētos, pirms to var atkal adsorbēt. Tāpēc attīrīšanas ierīcē ir iekļauti vismaz divi žāvētāji, viens darbojas, kamēr otrs reģenerējas, lai nodrošinātu nepārtrauktu rasas punkta stabilas ūdeņraža gāzes ražošanu.
Žāvētājam ir iekšējā un ārējā cilindra struktūra, un adsorbents ir ievietots starp ārējo un iekšējo cilindru. Iekšējā cilindra iekšpusē ir uzstādīta sprādziendroša elektriskā sildīšanas sastāvdaļa, un molekulārā sieta iepakojuma augšpusē un apakšā ir izvietoti divi temperatūras sensori, lai noteiktu un kontrolētu reakcijas temperatūru. Ārējais cilindrs ir ietīts ar izolācijas slāni, lai novērstu siltuma zudumus un izvairītos no apdegumiem. Gaisa plūsma adsorbcijas stāvoklī (ieskaitot primāro un sekundāro darba stāvokli) un reģenerācijas stāvoklī ir apgriezta. Adsorbcijas stāvoklī augšējā gala caurule ir gāzes izvade, bet apakšējā gala caurule ir gāzes ieplūde. Reģenerācijas stāvoklī augšējā gala caurule ir gāzes ieplūde, bet apakšējā gala caurule ir gāzes izvade. Žāvēšanas sistēmu var iedalīt divos torņu žāvētājos un trīs torņu žāvētājos atkarībā no žāvētāju skaita.
4. Divu torņu process
Ierīcē ir uzstādīti divi žāvētāji, kas viena cikla (48 stundu) laikā pārmaiņus darbojas un reģenerējas, lai nodrošinātu visas ierīces nepārtrauktu darbību. Pēc žāvēšanas ūdeņraža rasas punkts var sasniegt zem -60 ℃. Darba cikla (48 stundu) laikā žāvētāji A un B attiecīgi atrodas darba un reģenerācijas stāvoklī.
Vienā pārslēgšanas ciklā žāvētājs atrodas divos stāvokļos: darba stāvoklī un reģenerācijas stāvoklī.
·Reģenerācijas stāvoklis: Apstrādes gāzes tilpums ir pilns gāzes tilpums. Reģenerācijas stāvoklis ietver sildīšanas posmu un pūšanas dzesēšanas posmu;
1) Sildīšanas posms — žāvētāja iekšpusē esošais sildītājs darbojas un automātiski pārtrauc sildīšanu, kad augšējā temperatūra sasniedz iestatīto vērtību vai sildīšanas laiks sasniedz iestatīto vērtību;
2) Dzesēšanas fāze — Pēc tam, kad žāvētājs pārtrauc sildīšanu, gaisa plūsma turpina plūst caur žāvētāju pa sākotnējo ceļu, lai to atdzesētu, līdz žāvētājs pārslēdzas darba režīmā.
·Darba statuss: Apstrādes gaisa apjoms ir pilns, un žāvētāja iekšpusē esošais sildītājs nedarbojas.
5. Trīs torņu darbplūsma
Pašlaik plaši tiek izmantots trīs torņu process. Ierīcē ir uzstādīti trīs žāvētāji, kas satur desikantu (molekulāro sietu) ar lielu adsorbcijas spēju un labu temperatūras izturību. Trīs žāvētāji pārmaiņus darbojas, reģenerē un adsorbē, lai nodrošinātu visas ierīces nepārtrauktu darbību. Pēc žāvēšanas ūdeņraža gāzes rasas punkts var sasniegt zem -70 ℃.
Pārslēgšanas cikla laikā žāvētājs iziet cauri trim stāvokļiem: darbības, adsorbcijas un reģenerācijas. Katrā stāvoklī pirmais žāvētājs, kurā pēc deoksigenācijas, dzesēšanas un ūdens filtrēšanas nonāk neapstrādāta ūdeņraža gāze, atrodas:
1) Darba stāvoklis: Apstrādes gāzes tilpums ir pilns, žāvētāja iekšpusē esošais sildītājs nedarbojas, un vide ir neapstrādāta ūdeņraža gāze, kas nav dehidrēta;
Otrā žāvētāja ieeja atrodas:
2) Reģenerācijas stāvoklis: 20% gāzes tilpums: Reģenerācijas stāvoklis ietver sildīšanas posmu un pūšanas dzesēšanas posmu;
Sildīšanas posms — žāvētāja iekšpusē esošais sildītājs darbojas un automātiski pārtrauc sildīšanu, kad augšējā temperatūra sasniedz iestatīto vērtību vai sildīšanas laiks sasniedz iestatīto vērtību;
Dzesēšanas fāze — pēc tam, kad žāvētājs pārtrauc sildīšanu, gaisa plūsma turpina plūst caur žāvētāju pa sākotnējo ceļu, lai to atdzesētu, līdz žāvētājs pārslēdzas darba režīmā; Kad žāvētājs atrodas reģenerācijas fāzē, vide ir dehidrēta, sausa ūdeņraža gāze;
Trešās žāvētāja ieeja atrodas:
3) Adsorbcijas stāvoklis: Apstrādes gāzes tilpums ir 20%, žāvētāja sildītājs nedarbojas, un vide ir ūdeņraža gāze reģenerācijai.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 19. decembris
