Līdz ar pieaugošo globālo tiekšanos pēc tīras enerģijas un ilgtspējīgas attīstības, ūdeņraža enerģija kā efektīvs un tīrs enerģijas nesējs pamazām nonāk cilvēku redzeslokā. Kā galvenais posms ūdeņraža enerģijas nozares ķēdē, ūdeņraža attīrīšanas tehnoloģija attiecas ne tikai uz ūdeņraža enerģijas drošību un uzticamību, bet arī tieši ietekmē ūdeņraža enerģijas izmantošanas jomu un ekonomiskos ieguvumus.
1.Prasības produktam ūdeņradim
Ūdeņradim kā ķīmiskai izejvielai un enerģijas nesējam ir atšķirīgas prasības attiecībā uz tīrību un piemaisījumu saturu dažādos pielietojuma scenārijos. Sintētiskā amonjaka, metanola un citu ķīmisko produktu ražošanā, lai novērstu saindēšanos ar katalizatoru un nodrošinātu produkta kvalitāti, sulfīdi un citas toksiskās vielas, kas atrodas padeves gāzē, ir iepriekš jāizņem, lai samazinātu piemaisījumu saturu, lai tas atbilstu prasībām. Rūpniecības jomās, piemēram, metalurģijā, keramikā, stiklā un pusvadītājos, ūdeņraža gāze nonāk tiešā saskarē ar produktiem, un prasības attiecībā uz tīrību un piemaisījumu saturu ir stingrākas. Piemēram, pusvadītāju rūpniecībā ūdeņradi izmanto tādos procesos kā kristālu un substrāta sagatavošana, oksidēšana, atkausēšana utt., kam ir ārkārtīgi lieli ierobežojumi attiecībā uz piemaisījumiem, piemēram, skābeklis, ūdens, smagie ogļūdeņraži, sērūdeņradis utt.
2. Deoksigenācijas darbības princips
Katalizatora iedarbībā neliels skābekļa daudzums ūdeņradi var reaģēt ar ūdeņradi, veidojot ūdeni, tādējādi sasniedzot deoksigenācijas mērķi. Reakcija ir eksotermiska reakcija, un reakcijas vienādojums ir šāds:
2H2+O2 (katalizators) -2H2O+Q
Tā kā paša katalizatora sastāvs, ķīmiskās īpašības un kvalitāte nemainās pirms un pēc reakcijas, katalizatoru var izmantot nepārtraukti bez reģenerācijas.
Deoksidētājam ir iekšējā un ārējā cilindra struktūra, katalizators ir ielādēts starp ārējo un iekšējo cilindru. Sprādziendrošā elektriskā sildīšanas sastāvdaļa ir uzstādīta iekšējā cilindra iekšpusē, un divi temperatūras sensori atrodas katalizatora iepakojuma augšpusē un apakšā, lai noteiktu un kontrolētu reakcijas temperatūru. Ārējais cilindrs ir ietīts ar izolācijas slāni, lai novērstu siltuma zudumus un izvairītos no apdegumiem. Neapstrādāts ūdeņradis nokļūst iekšējā cilindrā no deoksidētāja augšējās ieejas, tiek uzkarsēts ar elektrisko sildelementu un plūst caur katalizatora slāni no apakšas uz augšu. Neapstrādātā ūdeņraža skābeklis katalizatora ietekmē reaģē ar ūdeņradi, veidojot ūdeni. Skābekļa saturu ūdeņradi, kas izplūst no apakšējās izplūdes atveres, var samazināt līdz 1 ppm. Kombinācijas radītais ūdens gāzveida veidā izplūst no deoksidētāja kopā ar ūdeņraža gāzi, kondensējas nākamajā ūdeņraža dzesētājā, filtrējas gaisa-ūdens separatorā un tiek izvadīts no sistēmas.
3.Darba princips sausums
Ūdeņraža gāzes žāvēšana izmanto adsorbcijas metodi, izmantojot molekulāros sietus kā adsorbentus. Pēc žāvēšanas ūdeņraža gāzes rasas punkts var sasniegt zem -70 ℃. Molekulārais siets ir alumīnija silikāta savienojuma veids ar kubisku režģi, kas pēc dehidratācijas veido daudzus vienāda izmēra dobumus un kam ir ļoti liels virsmas laukums. 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 fiziska adsorbcija, un, kad adsorbcija ir piesātināta, ir nepieciešams laiks, lai to uzsildītu un atjaunotu, pirms to var atkal adsorbēt. Tāpēc attīrīšanas ierīcē ir iekļauti vismaz divi žāvētāji, no kuriem viens darbojas, bet otrs atjaunojas, lai nodrošinātu nepārtrauktu rasas punktā stabilas ūdeņraža gāzes ražošanu.
Žāvētam ir iekšējā un ārējā cilindra struktūra, kur adsorbents ir ielādēts starp ārējo un iekšējo cilindru. Sprādziendrošā elektriskā sildīšanas sastāvdaļa ir uzstādīta iekšējā cilindra iekšpusē, un divi temperatūras sensori atrodas molekulārā sieta iepakojuma augšpusē un apakšā, 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 stāvoklis ir apgriezta. Adsorbcijas stāvoklī augšējā gala caurule ir gāzes izplūde un apakšējā caurule ir gāzes ieplūde. Reģenerācijas stāvoklī augšējā gala caurule ir gāzes ieplūde un apakšējā caurule ir gāzes izplūde. Žāvēšanas sistēmu pēc kaltes skaita var iedalīt divās torņu kaltēs un trīs torņu kaltēs.
4.Divu torņu process
Ierīcē ir uzstādīti divi žāvētāji, kas viena cikla (48 stundu) laikā maina un atjaunojas, lai nodrošinātu nepārtrauktu visas ierīces darbību. Pēc žāvēšanas ūdeņraža rasas punkts var sasniegt zem -60 ℃. Darba cikla laikā (48 stundas) žāvētāji A un B tiek attiecīgi darba un reģenerācijas stāvoklī.
Vienā pārslēgšanas ciklā žāvētājs piedzīvo divus stāvokļus: darba stāvokli un reģenerācijas stāvokli.
·Reģenerācijas stāvoklis: Apstrādes gāzes tilpums ir pilns gāzes tilpums. Reģenerācijas stāvoklis ietver sildīšanas stadiju un pūšanas dzesēšanas stadiju;
1) Sildīšanas stadija – darbojas sildītājs žāvētājā un automātiski pārtrauc sildīšanu, kad augšējā temperatūra sasniedz iestatīto vērtību vai sildīšanas laiks sasniedz iestatīto vērtību;
2) Dzesēšanas posms – pēc tam, kad žāvētājs pārstāj karsēt, gaisa plūsma turpina plūst caur žāvētāju sākotnējā ceļā, lai to atdzesētu, līdz žāvētājs pārslēdzas darba režīmā.
·Darba statuss: apstrādes gaisa apjoms ir pilns, un žāvētāja iekšpusē nedarbojas sildītājs.
5.Trīs torņu darbplūsma
Pašlaik plaši tiek izmantots trīs torņu process. Ierīcē ir uzstādīti trīs žāvētāji, kas satur desikanti (molekulārie sieti) ar lielu adsorbcijas spēju un labu temperatūras izturību. Trīs žāvētāji pārmaiņus veic darbību, reģenerāciju un adsorbciju, lai nodrošinātu nepārtrauktu visas ierīces darbību. Pēc žāvēšanas ūdeņraža gāzes rasas punkts var sasniegt zem -70 ℃.
Pārslēgšanas cikla laikā žāvētājs iziet trīs stāvokļus: darba, adsorbcijas un reģenerācijas. Katram stāvoklim pirmais žāvētājs, kurā pēc deoksigenācijas, dzesēšanas un ūdens filtrēšanas nonāk neapstrādāta ūdeņraža gāze, atrodas:
1) Darba stāvoklis: apstrādes gāzes tilpums ir pilnā jaudā, sildītājs žāvētājā nedarbojas, un vide ir neapstrādāta ūdeņraža gāze, kas nav dehidrēta;
Otrā ienākošā žāvētava atrodas:
2) Reģenerācijas stāvoklis: 20% gāzes tilpuma: Reģenerācijas stāvoklis ietver sildīšanas stadiju un pūšanas dzesēšanas stadiju;
Sildīšanas stadija – darbojas sildītājs kaltes iekšpusē, un automātiski pārtrauc sildīšanu, kad augšējā temperatūra sasniedz iestatīto vērtību vai sildīšanas laiks sasniedz iestatīto vērtību;
Dzesēšanas posms – pēc tam, kad žāvētājs pārtrauc sildīšanu, gaisa plūsma turpina plūst caur žāvētāju sākotnējā ceļā, lai to atdzesētu, līdz žāvētājs pārslēdzas darba režīmā; Kad žāvētājs ir reģenerācijas stadijā, barotne ir dehidrēta sausa ūdeņraža gāze;
Trešā ienākošā žāvētava atrodas:
3) Adsorbcijas stāvoklis: apstrādes gāzes tilpums ir 20%, sildītājs žāvētājā nedarbojas, un vide ir ūdeņraža gāze reģenerācijai.
Izlikšanas laiks: 19. decembris 2024
