Z naraščajočim globalnim prizadevanjem za čisto energijo in trajnostni razvoj vodikova energija kot učinkovit in čist nosilec energije postopoma vstopa v vidno polje ljudi. Kot ključni člen v verigi industrije vodikove energije tehnologija čiščenja vodika ne zadeva le varnosti in zanesljivosti vodikove energije, temveč neposredno vpliva tudi na obseg uporabe in gospodarske koristi vodikove energije.
1. Zahteve za proizvodni vodik
Vodik kot kemična surovina in nosilec energije ima v različnih scenarijih uporabe različne zahteve glede čistosti in vsebnosti nečistoč. Pri proizvodnji sintetičnega amoniaka, metanola in drugih kemičnih izdelkov je treba za preprečevanje zastrupitve katalizatorja in zagotavljanje kakovosti izdelka predhodno odstraniti sulfide in druge strupene snovi v dovodnem plinu, da se zmanjša vsebnost nečistoč in izpolnijo zahteve. V 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 polprevodniški industriji se vodik uporablja za procese, 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. v vodiku.
2. Načelo delovanja deoksigenacije
Pod delovanjem katalizatorja lahko majhna količina kisika v vodiku reagira z vodikom in tvori 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 pred in po reakciji ne spreminjajo, se katalizator lahko uporablja neprekinjeno brez regeneracije.
Deoksidator ima notranjo in zunanjo cilindrično strukturo, katalizator pa je nameščen med zunanjim in notranjim valjem. V notranjem valju je nameščena eksplozijsko varna električna grelna komponenta, na vrhu in dnu katalizatorskega polnila pa sta nameščena dva temperaturna senzorja za zaznavanje in nadzor reakcijske temperature. Zunanji val je ovit z izolacijsko plastjo, ki preprečuje izgubo toplote in opekline. Surovi vodik vstopi v notranji val skozi zgornji vhod deoksidatorja, segreva ga električni grelni element in teče skozi katalizatorsko plast od spodaj navzgor. Kisik v surovem vodiku pod delovanjem katalizatorja reagira z vodikom in tvori vodo. Vsebnost kisika v vodiku, ki izteka iz spodnjega izhoda, se lahko zmanjša pod 1 ppm. Voda, ki nastane pri tej kombinaciji, izteka iz deoksidatorja v plinasti obliki z vodikovim plinom, se kondenzira v naslednjem hladilniku vodika, filtrira v separatorju zraka in vode ter se izpusti iz sistema.
3. Načelo delovanja suhosti
Sušenje vodikovega plina poteka z metodo adsorpcije, pri čemer se kot adsorbenti uporabljajo molekularna sita. Po sušenju lahko rosišče vodikovega plina pade pod -70 ℃. Molekularno sito je vrsta aluminosilikatne spojine s kubično mrežo, ki po dehidraciji tvori številne votline enake velikosti in ima zelo veliko površino. Molekularna sita se imenujejo molekularna sita, ker lahko ločujejo molekule različnih oblik, premerov, polarnosti, vrelišča in stopenj nasičenosti.
Voda je zelo polarna molekula, molekularna sita pa imajo močno afiniteto do vode. Adsorpcija molekularnih sit je fizikalna adsorpcija in ko je adsorpcija nasičena, traja nekaj časa, da se voda segreje in regenerira, preden se jo lahko ponovno adsorbira. Zato sta v čistilno napravo vključena vsaj dva sušilnika, pri čemer eden deluje, medtem ko se drugi regenerira, da se zagotovi neprekinjena proizvodnja vodikovega plina, stabilnega glede na rosišče.
Sušilnik ima notranjo in zunanjo cilindrično strukturo, adsorbent pa je naložen med zunanjim in notranjim valjem. V notranjem valju je nameščena eksplozijsko varna električna grelna komponenta, na vrhu in dnu molekularnega sita pa sta nameščena dva temperaturna senzorja za zaznavanje in nadzor reakcijske temperature. Zunanji val je ovit z izolacijsko plastjo, ki preprečuje izgubo toplote in opekline. Pretok zraka v adsorpcijskem stanju (vključno s primarnim in sekundarnim delovnim stanjem) in regeneracijskem stanju je obrnjen. V adsorpcijskem stanju je zgornja cev izhod za plin, spodnja cev pa vhod za plin. V regeneracijskem stanju je zgornja cev vhod za plin, spodnja cev pa izhod za plin. Sušilni sistem lahko glede na število sušilnikov razdelimo na dva stolpna sušilnika in tri stolpne sušilnike.
4. Postopek z dvema stolpoma
V napravi sta nameščena dva sušilnika, ki se izmenično regenerirata v enem ciklu (48 ur), da se doseže neprekinjeno delovanje celotne naprave. Po sušenju lahko rosišče vodika pade pod -60 ℃. Med delovnim ciklom (48 ur) sušilnika A in B prehajata v delovno oziroma regeneracijsko stanje.
V enem preklopnem ciklu sušilnik preide v dve stanji: delovno stanje in stanje regeneracije.
· Stanje regeneracije: Prostornina procesnega plina je polna prostornina plina. Stanje regeneracije vključuje fazo segrevanja in fazo vpihovanja in hlajenja;
1) Faza ogrevanja – grelec v sušilniku deluje in samodejno ustavi ogrevanje, ko zgornja temperatura doseže nastavljeno vrednost ali čas ogrevanja doseže nastavljeno vrednost;
2) Faza hlajenja – Ko sušilnik preneha segrevati, pretok zraka še naprej teče skozi sušilnik po prvotni poti, da ga ohladi, dokler sušilnik ne preklopi v delovni način.
· Delovno stanje: Prostornina procesnega zraka je polna in grelec v sušilniku ne deluje.
5. Delovni tok s tremi stolpi
Trenutno se široko uporablja postopek s tremi stolpi. V napravi so nameščeni trije sušilniki, ki vsebujejo sušilna sredstva (molekularna sita) z veliko adsorpcijsko zmogljivostjo in dobro temperaturno odpornostjo. Trije sušilniki izmenično delujejo, regenerirajo in adsorpcijo, da se doseže neprekinjeno delovanje celotne naprave. Po sušenju lahko rosišče vodikovega plina pade pod -70 ℃.
Med preklopnim ciklom sušilnik preide skozi tri stanja: delovanje, adsorpcijo in regeneracijo. Za vsako stanje se nahaja prvi sušilnik, v katerega po deoksigenaciji, hlajenju in filtraciji vode vstopi surovi vodikov plin:
1) Delovno stanje: Prostornina procesnega plina je polna, grelec v sušilniku ne deluje, medij pa je surov vodikov plin, ki ni bil dehidriran;
Drugi vhod v sušilnico se nahaja na naslovu:
2) Stanje regeneracije: 20 % prostornine plina: Stanje regeneracije vključuje fazo ogrevanja in fazo hlajenja z vpihovanjem;
Faza ogrevanja – grelec v sušilniku deluje in samodejno ustavi ogrevanje, ko zgornja temperatura doseže nastavljeno vrednost ali čas ogrevanja doseže nastavljeno vrednost;
Faza hlajenja – Ko sušilnik preneha z ogrevanjem, pretok zraka še naprej teče skozi sušilnik po prvotni poti, da ga ohladi, dokler sušilnik ne preklopi v delovni način; Ko je sušilnik v fazi regeneracije, je medij dehidriran suhi vodikov plin;
Tretji vhod sušilnice se nahaja na naslovu:
3) Stanje adsorpcije: Prostornina procesnega plina je 20 %, grelec v sušilniku ne deluje, medij za regeneracijo pa je vodikov plin.
Čas objave: 19. dec. 2024
