Z naraščajočim globalnim prizadevanjem za čisto energijo in trajnostni razvoj vodikova energija kot učinkovit in čist nosilec energije postopoma vstopa v vizijo ljudi. Kot ključni člen v verigi industrije vodikove energije tehnologija čiščenja vodika ne zadeva le varnosti in zanesljivosti vodikove energije, temveč tudi neposredno vpliva na obseg uporabe in gospodarske koristi vodikove energije.
1. Zahteve za produkt vodik
Vodik kot kemična surovina in nosilec energije ima različne zahteve glede čistosti in vsebnosti nečistoč v različnih scenarijih uporabe. Pri proizvodnji sintetičnega amoniaka, metanola in drugih kemičnih izdelkov, da bi preprečili zastrupitev s katalizatorjem in zagotovili kakovost izdelka, je treba vnaprej odstraniti sulfide in druge strupene snovi v dovodnem plinu, da bi zmanjšali vsebnost nečistoč, da bi izpolnili zahteve. Na industrijskih področjih, kot so metalurgija, keramika, steklo in polprevodniki, vodikov plin pride v neposreden stik z izdelki, zato so zahteve glede čistosti in vsebnosti nečistoč strožje. Na primer, v industriji polprevodnikov se vodik uporablja za postopke, kot so priprava kristalov in substratov, oksidacija, žarjenje itd., ki imajo izjemno visoke omejitve glede nečistoč, kot so kisik, voda, težki ogljikovodiki, vodikov sulfid itd.
2. Načelo delovanja deoksigenacije
Pod delovanjem katalizatorja lahko majhna količina kisika v vodiku reagira z vodikom, da proizvede vodo, s čimer se doseže namen deoksigenacije. Reakcija je eksotermna reakcija, reakcijska enačba pa je naslednja:
2H ₂+O ₂ (katalizator) -2H ₂ O+Q
Ker se sestava, kemijske lastnosti in kakovost samega katalizatorja ne spremenijo pred in po reakciji, se katalizator lahko uporablja neprekinjeno brez regeneracije.
Dezoksidator ima notranjo in zunanjo cilindrično strukturo, pri čemer je katalizator naložen med zunanjim in notranjim valjem. Eksplozijsko varna električna grelna komponenta je nameščena znotraj notranjega cilindra, dva temperaturna senzorja pa sta nameščena na vrhu in dnu embalaže katalizatorja za zaznavanje in nadzor reakcijske temperature. Zunanji valj je ovit z izolacijsko plastjo, ki preprečuje izgubo toplote in preprečuje opekline. Surovi vodik vstopi v notranji valj iz zgornjega dovoda dezoksidatorja, segreva ga električni grelni element in teče skozi katalizatorsko plast od spodaj navzgor. Kisik v surovem vodiku reagira z vodikom pod delovanjem katalizatorja, da nastane voda. Vsebnost kisika v vodiku, ki teče iz spodnje odprtine, se lahko zmanjša pod 1 ppm. Voda, ki nastane s kombinacijo, teče iz dezoksidatorja v plinasti obliki z vodikovim plinom, kondenzira v naslednjem hladilniku vodika, filtrira v separatorju zrak-voda in se izpusti iz sistema.
3. Delovni princip suhosti
Sušenje vodikovega plina sprejme adsorpcijsko metodo z uporabo molekularnih sit kot adsorbentov. Po sušenju lahko rosišče vodikovega plina doseže pod -70 ℃. Molekularno sito je vrsta aluminosilikatne spojine s kubično mrežo, ki po dehidraciji v notranjosti tvori številne votline enake velikosti in ima zelo veliko površino. Molekularna sita se imenujejo molekularna sita, ker lahko ločijo molekule različnih oblik, premerov, polarnosti, vrelišč in stopenj nasičenosti.
Voda je zelo polarna molekula in molekularna sita imajo močno afiniteto do vode. Adsorpcija molekularnih sit je fizikalna adsorpcija in ko je adsorpcija nasičena, traja nekaj časa, da se segreje in regenerira, preden se lahko ponovno adsorbira. Zato sta v čistilno napravo vključena vsaj dva sušilnika, pri čemer eden deluje, drugi pa regenerira, da se zagotovi neprekinjena proizvodnja vodikovega plina, ki je stabilen pri rosišču.
Sušilnik ima strukturo notranjega in zunanjega cilindra, pri čemer je adsorbent naložen med zunanji in notranji valj. Eksplozijsko varna električna grelna komponenta je nameščena znotraj notranjega cilindra, dva temperaturna senzorja pa sta nameščena na vrhu in dnu embalaže molekularnega sita za zaznavanje in nadzor reakcijske temperature. Zunanji valj je ovit z izolacijsko plastjo, ki preprečuje izgubo toplote in preprečuje opekline. Pretok zraka v stanju adsorpcije (vključno s primarnim in sekundarnim delovnim stanjem) in stanju regeneracije je obrnjen. V stanju adsorpcije je zgornja končna cev izhod plina, spodnja končna cev pa je dovod plina. V stanju regeneracije je zgornja končna cev dovod plina, spodnja končna cev pa izhod plina. Sušilni sistem lahko razdelimo na dva stolpna sušilnika in tri stolpne sušilnike glede na število sušilnikov.
4. Postopek dveh stolpov
V napravi sta nameščena dva sušilnika, ki se izmenjujeta in regenerirata v enem ciklu (48 ur) in tako dosežeta neprekinjeno delovanje celotne naprave. Po sušenju lahko rosišče vodika doseže pod -60 ℃. Med delovnim ciklom (48 ur) gresta sušilnika A in B v delovno in regeneracijsko stanje.
V enem preklopnem ciklu sušilnik doživi dve stanji: delovno stanje in stanje regeneracije.
· Stanje regeneracije: prostornina plina za obdelavo je polna prostornina plina. Stanje regeneracije vključuje stopnjo ogrevanja in stopnjo hlajenja s pihanjem;
1) Stopnja ogrevanja – grelec znotraj sušilnega stroja deluje in samodejno preneha z ogrevanjem, ko zgornja temperatura doseže nastavljeno vrednost ali čas ogrevanja doseže nastavljeno vrednost;
2) Stopnja hlajenja – Ko se sušilni stroj preneha segrevati, zračni tok še naprej teče skozi sušilni stroj po prvotni poti, da se ohladi, dokler sušilni stroj ne preklopi v način delovanja.
·Delovni status: prostornina zraka za obdelavo je polna, grelnik v sušilniku pa ne deluje.
5. Potek dela s tremi stolpi
Trenutno se široko uporablja postopek treh stolpov. V napravi so nameščeni trije sušilniki, ki vsebujejo sušilna sredstva (molekularna sita) z veliko adsorpcijsko kapaciteto in dobro temperaturno obstojnostjo. Trije sušilniki izmenjujejo delovanje, regeneracijo in adsorpcijo, da dosežejo neprekinjeno delovanje celotne naprave. Po sušenju lahko rosišče vodikovega plina doseže pod -70 ℃.
Med preklopnim ciklom gre sušilnik skozi tri stanja: delovanje, adsorpcija in regeneracija. Za vsako državo se nahaja prvi sušilnik, v katerega vstopi surovi vodikov plin po deoksigenaciji, hlajenju in filtraciji vode:
1) Delovni status: prostornina plina za obdelavo je polna, grelnik v sušilniku ne deluje, medij pa je surovi vodikov plin, ki ni bil dehidriran;
Drugi vhod sušilnice se nahaja na naslovu:
2) Stanje regeneracije: 20 % volumna plina: Stanje regeneracije vključuje stopnjo ogrevanja in stopnjo hlajenja s pihanjem;
Grelna stopnja – grelec v sušilnem stroju deluje in samodejno preneha z gretjem, ko zgornja temperatura doseže nastavljeno vrednost ali čas ogrevanja doseže nastavljeno vrednost;
Stopnja hlajenja – Ko se sušilni stroj preneha segrevati, zračni tok še naprej teče skozi sušilni stroj po prvotni poti, da se ohladi, dokler sušilni stroj ne preklopi v delovni način; Ko je sušilnik v fazi regeneracije, je medij dehidriran suh vodikov plin;
Tretji vhod sušilnice se nahaja na naslovu:
3) Stanje adsorpcije: prostornina plina za obdelavo je 20 %, grelec v sušilniku ne deluje, medij pa je vodikov plin za regeneracijo.
Čas objave: 19. december 2024
