Amb la creixent recerca global d'energia neta i desenvolupament sostenible, l'energia de l'hidrogen, com a vector d'energia eficient i neta, està entrant gradualment en la visió de la gent. Com a enllaç clau en la cadena de la indústria de l'energia de l'hidrogen, la tecnologia de purificació d'hidrogen no només es preocupa per la seguretat i la fiabilitat de l'energia de l'hidrogen, sinó que també afecta directament l'abast de l'aplicació i els beneficis econòmics de l'energia de l'hidrogen.
1. Requisits per a l'hidrogen del producte
L'hidrogen, com a matèria primera química i portador d'energia, té diferents requisits de puresa i contingut d'impureses en diferents escenaris d'aplicació. En la producció d'amoníac sintètic, metanol i altres productes químics, per tal de prevenir la intoxicació per catalitzadors i garantir la qualitat del producte, els sulfurs i altres substàncies tòxiques del gas d'alimentació s'han d'eliminar prèviament per reduir el contingut d'impureses i complir els requisits. En camps industrials com la metal·lúrgia, la ceràmica, el vidre i els semiconductors, l'hidrogen gasós entra en contacte directe amb els productes i els requisits de puresa i contingut d'impureses són més estrictes. Per exemple, a la indústria dels semiconductors, l'hidrogen s'utilitza per a processos com la preparació de cristalls i substrats, l'oxidació, el recuit, etc., que tenen limitacions extremadament altes pel que fa a les impureses com l'oxigen, l'aigua, els hidrocarburs pesants, el sulfur d'hidrogen, etc. en l'hidrogen.
2. El principi de funcionament de la desoxigenació
Sota l'acció d'un catalitzador, una petita quantitat d'oxigen de l'hidrogen pot reaccionar amb l'hidrogen per produir aigua, aconseguint així la desoxigenació. La reacció és exotèrmica i l'equació de reacció és la següent:
2H₂+O₂ (catalitzador) -2H₂O+Q
Com que la composició, les propietats químiques i la qualitat del catalitzador en si no canvien abans ni després de la reacció, el catalitzador es pot utilitzar contínuament sense regeneració.
El desoxidant té una estructura de cilindre interior i exterior, amb el catalitzador carregat entre els cilindres exterior i interior. El component de calefacció elèctrica a prova d'explosió està instal·lat dins del cilindre interior, i dos sensors de temperatura estan situats a la part superior i inferior de l'embalatge del catalitzador per detectar i controlar la temperatura de reacció. El cilindre exterior està embolicat amb una capa d'aïllament per evitar la pèrdua de calor i cremades. L'hidrogen brut entra al cilindre interior des de l'entrada superior del desoxidant, s'escalfa mitjançant un element calefactor elèctric i flueix a través del llit catalitzador de baix a dalt. L'oxigen de l'hidrogen brut reacciona amb l'hidrogen sota l'acció del catalitzador per produir aigua. El contingut d'oxigen de l'hidrogen que surt de la sortida inferior es pot reduir a menys d'1 ppm. L'aigua generada per la combinació surt del desoxidant en forma gasosa amb el gas hidrogen, es condensa al refrigerador d'hidrogen posterior, es filtra al separador aire-aigua i es descarrega del sistema.
3. Principi de funcionament de la sequedat
L'assecatge del gas hidrogen adopta el mètode d'adsorció, utilitzant tamisos moleculars com a adsorbents. Després de l'assecatge, el punt de rosada del gas hidrogen pot arribar a menys de -70 ℃. El tamis molecular és un tipus de compost d'aluminosilicat amb una xarxa cúbica, que forma moltes cavitats de la mateixa mida a l'interior després de la deshidratació i té una superfície molt gran. Els tamisos moleculars s'anomenen tamisos moleculars perquè poden separar molècules amb diferents formes, diàmetres, polaritats, punts d'ebullició i nivells de saturació.
L'aigua és una molècula altament polar, i els tamisos moleculars tenen una forta afinitat per l'aigua. L'adsorció dels tamisos moleculars és una adsorció física, i quan l'adsorció està saturada, triga un període de temps a escalfar-se i regenerar-se abans de poder ser adsorbida de nou. Per tant, s'inclouen almenys dos assecadors en un dispositiu de purificació, un funcionant mentre l'altre es regenera, per garantir la producció contínua de gas hidrogen estable en el punt de rosada.
L'assecador té una estructura de cilindre interior i exterior, amb l'adsorbent carregat entre els cilindres exterior i interior. El component de calefacció elèctrica a prova d'explosió està instal·lat dins del cilindre interior, i dos sensors de temperatura estan situats a la part superior i inferior de l'embalatge del tamís molecular per detectar i controlar la temperatura de reacció. El cilindre exterior està embolicat amb una capa d'aïllament per evitar la pèrdua de calor i evitar cremades. El flux d'aire en l'estat d'adsorció (inclosos els estats de treball primari i secundari) i l'estat de regeneració s'inverteix. En l'estat d'adsorció, el tub de l'extrem superior és la sortida de gas i el tub de l'extrem inferior és l'entrada de gas. En l'estat de regeneració, el tub de l'extrem superior és l'entrada de gas i el tub de l'extrem inferior és la sortida de gas. El sistema d'assecat es pot dividir en dos assecadors de torre i tres assecadors de torre segons el nombre d'assecadors.
4. Procés de dues torres
El dispositiu està equipat amb dos assecadors que s'alternen i regeneren en un cicle (48 hores) per aconseguir un funcionament continu de tot el dispositiu. Després de l'assecat, el punt de rosada de l'hidrogen pot baixar de -60 ℃. Durant un cicle de treball (48 hores), els assecadors A i B passen per estats de treball i regeneració, respectivament.
En un cicle de commutació, l'assecador experimenta dos estats: estat de funcionament i estat de regeneració.
·Estat de regeneració: El volum de gas de processament és el volum de gas complet. L'estat de regeneració inclou la fase d'escalfament i la fase de refredament per bufat;
1) Fase d'escalfament: l'escalfador dins de l'assecadora funciona i atura automàticament l'escalfament quan la temperatura superior arriba al valor configurat o el temps d'escalfament arriba al valor configurat;
2) Fase de refredament: després que l'assecadora deixi d'escalfar-se, el flux d'aire continua circulant per l'assecadora pel camí original per refredar-la fins que l'assecadora canvia al mode de funcionament.
·Estat de funcionament: El volum d'aire de processament està a plena capacitat i l'escalfador de l'interior de l'assecadora no funciona.
5. Flux de treball de tres torres
Actualment, el procés de tres torres s'utilitza àmpliament. El dispositiu té tres assecadors instal·lats, que contenen dessecants (tamisos moleculars) amb una gran capacitat d'adsorció i bona resistència a la temperatura. Tres assecadors alternen entre el funcionament, la regeneració i l'adsorció per aconseguir un funcionament continu de tot el dispositiu. Després de l'assecat, el punt de rosada del gas hidrogen pot arribar a menys de -70 ℃.
Durant un cicle de commutació, l'assecador passa per tres estats: funcionament, adsorció i regeneració. Per a cada estat, es troba el primer assecador en què entra el gas hidrogen brut després de la desoxigenació, el refredament i la filtració d'aigua:
1) Estat de funcionament: el volum de gas de processament està a plena capacitat, l'escalfador de l'assecador no funciona i el medi és gas hidrogen cru que no s'ha deshidratat;
La segona assecadora que entra es troba a:
2) Estat de regeneració: 20% del volum de gas: l'estat de regeneració inclou l'etapa d'escalfament i l'etapa de refredament per bufat;
Fase d'escalfament: l'escalfador dins de l'assecadora funciona i atura automàticament l'escalfament quan la temperatura superior arriba al valor configurat o el temps d'escalfament arriba al valor configurat;
Fase de refredament: després que l'assecador deixi d'escalfar-se, el flux d'aire continua fluint a través de l'assecador en la trajectòria original per refredar-lo fins que l'assecador canvia al mode de funcionament; Quan l'assecador es troba en la fase de regeneració, el medi és gas hidrogen sec deshidratat;
La tercera assecadora que entra es troba a:
3) Estat d'adsorció: el volum de gas de processament és del 20%, l'escalfador de l'assecador no funciona i el medi és gas hidrogen per a la regeneració.
Data de publicació: 19 de desembre de 2024
