С нарастващото глобално търсене на чиста енергия и устойчиво развитие, водородната енергия, като ефикасен и чист енергиен носител, постепенно навлиза в полезрението на хората. Като ключово звено във веригата на водородната енергийна индустрия, технологията за пречистване на водород не само се отнася до безопасността и надеждността на водородната енергия, но и пряко влияе върху обхвата на приложение и икономическите ползи от водородната енергия.
1. Изисквания за продукта водород
Водородът, като химическа суровина и енергиен носител, има различни изисквания за чистота и съдържание на примеси в различните сценарии на приложение. При производството на синтетичен амоняк, метанол и други химични продукти, за да се предотврати отравяне на катализатора и да се гарантира качеството на продукта, сулфидите и други токсични вещества в захранващия газ трябва да бъдат предварително отстранени, за да се намали съдържанието на примеси и да се отговори на изискванията. В индустриални области като металургия, керамика, стъкло и полупроводници, водородният газ влиза в директен контакт с продуктите и изискванията за чистота и съдържание на примеси са по-строги. Например, в полупроводниковата промишленост водородът се използва за процеси като подготовка на кристали и субстрати, окисление, отгряване и др., които имат изключително високи ограничения за примеси като кислород, вода, тежки въглеводороди, сероводород и др. във водорода.
2. Принципът на действие на деоксигенацията
Под действието на катализатор, малко количество кислород във водорода може да реагира с водорода, за да се получи вода, постигайки целта на деоксигениране. Реакцията е екзотермична реакция и реакционното уравнение е следното:
2H ₂+O ₂ (катализатор) -2H ₂ O+Q
Тъй като съставът, химичните свойства и качеството на самия катализатор не се променят преди и след реакцията, той може да се използва непрекъснато без регенерация.
Дезоксидаторът има вътрешна и външна цилиндрична структура, като катализаторът е разположен между външния и вътрешния цилиндър. Вътре във вътрешния цилиндър е монтиран взривобезопасен електрически нагревателен компонент, а два температурни сензора са разположени в горната и долната част на катализаторната опаковка, за да откриват и контролират температурата на реакцията. Външният цилиндър е обвит с изолационен слой, за да се предотвратят загубите на топлина и изгарянията. Суровият водород постъпва във вътрешния цилиндър през горния вход на дезоксидатора, нагрява се от електрически нагревателен елемент и преминава през катализаторния слой отдолу нагоре. Кислородът в суровия водород реагира с водорода под действието на катализатора, за да се получи вода. Съдържанието на кислород във водорода, изтичащ от долния изход, може да бъде намалено до под 1 ppm. Водата, генерирана от комбинацията, излиза от дезоксидатора в газообразна форма с водородния газ, кондензира в следващия охладител на водорода, филтрира се във въздушно-водния сепаратор и се изхвърля от системата.
3. Принцип на работа на сухотата
Сушенето на водороден газ се извършва чрез адсорбционен метод, като се използват молекулни сита като адсорбенти. След сушене, точката на оросяване на водородния газ може да достигне под -70 ℃. Молекулярното сито е вид алумосиликатно съединение с кубична решетка, което след дехидратация образува много кухини с еднакъв размер вътре и има много голяма повърхност. Молекулярните сита се наричат молекулни сита, защото могат да разделят молекули с различни форми, диаметри, полярности, точки на кипене и нива на насищане.
Водата е силно полярна молекула и молекулните сита имат силен афинитет към нея. Адсорбцията на молекулните сита е физическа адсорбция и когато адсорбцията е наситена, е необходим период от време за нагряване и регенерация, преди водата да може да бъде адсорбирана отново. Следователно, в пречиствателното устройство са включени поне два сушилни, като единият работи, докато другият регенерира, за да се осигури непрекъснато производство на водороден газ, стабилен по точката на оросяване.
Сушилнята има вътрешна и външна цилиндрична структура, като адсорбентът е зареден между външния и вътрешния цилиндър. Вътре във вътрешния цилиндър е монтиран взривобезопасен електрически нагревателен компонент, а два температурни сензора са разположени в горната и долната част на молекулно-ситовия пакет за откриване и контрол на температурата на реакцията. Външният цилиндър е обвит с изолационен слой, за да се предотвратят загубите на топлина и изгаряния. Въздушният поток в състояние на адсорбция (включително основното и вторичното работно състояние) и състояние на регенерация е обърнат. В състояние на адсорбция горната тръба е изходът за газ, а долната тръба е входът за газ. В състояние на регенерация горната тръба е входът за газ, а долната тръба е изходът за газ. Системата за сушене може да бъде разделена на две кулови сушилни и три кулови сушилни според броя на сушилните.
4. Процес с две кули
В устройството са инсталирани два сушилни, които се редуват и регенерират в рамките на един цикъл (48 часа), за да се постигне непрекъсната работа на цялото устройство. След сушене, точката на оросяване на водорода може да достигне под -60 ℃. По време на един работен цикъл (48 часа), сушилните A и B преминават съответно в работно и регенериращо състояние.
В един цикъл на превключване, сушилнята преминава в две състояния: работно състояние и състояние на регенерация.
·Състояние на регенерация: Обемът на обработвания газ е пълен обем газ. Състоянието на регенерация включва етап на нагряване и етап на обдухване с охлаждане;
1) Етап на нагряване – нагревателят вътре в сушилнята работи и автоматично спира нагряването, когато горната температура достигне зададената стойност или времето за нагряване достигне зададената стойност;
2) Етап на охлаждане – След като сушилнята спре да нагрява, въздушният поток продължава да тече през нея по първоначалния път, за да я охлади, докато не превключи в работен режим.
·Работно състояние: Обемът на обработвания въздух е с пълен капацитет и нагревателят вътре в сушилнята не работи.
5. Работен процес с три кули
В момента трикулозен процес се използва широко. В устройството са инсталирани три сушилни, които съдържат десиканти (молекулни сита) с голям адсорбционен капацитет и добра температурна устойчивост. Три сушилни се редуват между работа, регенерация и адсорбция, за да се постигне непрекъсната работа на цялото устройство. След изсушаване точката на оросяване на водородния газ може да достигне под -70 ℃.
По време на цикъл на превключване, сушилнята преминава през три състояния: работа, адсорбция и регенерация. За всяко състояние се намира първата сушилня, в която нерегенерираният водороден газ постъпва след деоксигениране, охлаждане и филтриране на водата:
1) Работно състояние: Обемът на обработващия газ е с пълен капацитет, нагревателят вътре в сушилнята не работи и средата е суров водороден газ, който не е дехидратиран;
Вторият вход на сушилнята се намира на адрес:
2) Състояние на регенерация: 20% обем на газа: Състоянието на регенерация включва етап на нагряване и етап на охлаждане с обдухване;
Етап на нагряване – нагревателят вътре в сушилнята работи и автоматично спира нагряването, когато горната температура достигне зададената стойност или времето за нагряване достигне зададената стойност;
Етап на охлаждане – След като сушилнята спре да нагрява, въздушният поток продължава да тече през нея по първоначалния път, за да я охлади, докато сушилнята не превключи в работен режим; Когато сушилнята е в етап на регенерация, средата е дехидратиран сух водороден газ;
Третият вход на сушилнята се намира на адрес:
3) Състояние на адсорбция: Обемът на обработвания газ е 20%, нагревателят в сушилнята не работи и средата е водороден газ за регенерация.
Време на публикуване: 19 декември 2024 г.
