S rastućom globalnom težnjom za čistom energijom i održivim razvojem, vodikova energija, kao učinkovit i čist nositelj energije, postupno ulazi u vidokrug ljudi. Kao ključna karika u lancu industrije vodikove energije, tehnologija pročišćavanja vodika ne odnosi se samo na sigurnost i pouzdanost vodikove energije, već izravno utječe i na opseg primjene i ekonomske koristi vodikove energije.
1. Zahtjevi za proizvod vodik
Vodik, kao kemijska sirovina i nosač energije, ima različite zahtjeve za čistoću i sadržaj nečistoća u različitim scenarijima primjene. U proizvodnji sintetičkog amonijaka, metanola i drugih kemijskih proizvoda, kako bi se spriječilo trovanje katalizatora i osigurala kvaliteta proizvoda, sulfidi i druge otrovne tvari u ulaznom plinu moraju se unaprijed ukloniti kako bi se smanjio sadržaj nečistoća i zadovoljili zahtjevi. U industrijskim područjima poput metalurgije, keramike, stakla i poluvodiča, vodikov plin dolazi u izravan kontakt s proizvodima, a zahtjevi za čistoću i sadržaj nečistoća su stroži. Na primjer, u poluvodičkoj industriji vodik se koristi za procese kao što su priprema kristala i podloge, oksidacija, žarenje itd., koji imaju izuzetno visoka ograničenja za nečistoće poput kisika, vode, teških ugljikovodika, sumporovodika itd. u vodiku.
2. Princip rada deoksigenacije
Pod djelovanjem katalizatora, mala količina kisika u vodiku može reagirati s vodikom i stvarati vodu, čime se postiže cilj deoksigenacije. Reakcija je egzotermna reakcija, a jednadžba reakcije je sljedeća:
2H ₂+O ₂ (katalizator) -2H ₂ O+Q
Budući da se sastav, kemijska svojstva i kvaliteta samog katalizatora ne mijenjaju prije i nakon reakcije, katalizator se može kontinuirano koristiti bez regeneracije.
Deoksidator ima unutarnju i vanjsku cilindričnu strukturu, s katalizatorom smještenim između vanjskog i unutarnjeg cilindra. Električni grijač otporan na eksploziju ugrađen je unutar unutarnjeg cilindra, a dva temperaturna senzora nalaze se na vrhu i dnu pakiranja katalizatora za detekciju i kontrolu temperature reakcije. Vanjski cilindar je omotan izolacijskim slojem kako bi se spriječio gubitak topline i izbjegle opekline. Sirovi vodik ulazi u unutarnji cilindar iz gornjeg ulaza deoksidatora, zagrijava se električnim grijaćim elementom i struji kroz sloj katalizatora od dna prema vrhu. Kisik u sirovom vodiku reagira s vodikom pod djelovanjem katalizatora i stvara vodu. Sadržaj kisika u vodiku koji izlazi iz donjeg izlaza može se smanjiti ispod 1 ppm. Voda koja nastaje kombinacijom izlazi iz deoksidatora u plinovitom obliku s vodikom, kondenzira se u sljedećem hladnjaku vodika, filtrira se u separatoru zraka i vode te se ispušta iz sustava.
3. Princip rada suhoće
Sušenje vodikovog plina provodi se metodom adsorpcije, korištenjem molekularnih sita kao adsorbensa. Nakon sušenja, rosište vodikovog plina može pasti ispod -70 ℃. Molekularno sito je vrsta aluminosilikatnog spoja s kubnom rešetkom, koji nakon dehidracije tvori mnogo šupljina iste veličine unutra i ima vrlo veliku površinu. Molekularna sita nazivaju se molekularnim sitima jer mogu odvojiti molekule različitih oblika, promjera, polariteta, vrelišta i razina zasićenja.
Voda je visoko polarna molekula, a molekularna sita imaju snažan afinitet za vodu. Adsorpcija molekularnih sita je fizička adsorpcija i kada je adsorpcija zasićena, potrebno je određeno vrijeme za zagrijavanje i regeneraciju prije nego što se voda ponovno može adsorbirati. Stoga su u uređaj za pročišćavanje uključena najmanje dva sušača, pri čemu jedan radi dok se drugi regenerira, kako bi se osigurala kontinuirana proizvodnja vodikovog plina stabilnog na točki rosišta.
Sušilica ima unutarnju i vanjsku cilindričnu strukturu, s adsorbentom umetnutim između vanjskog i unutarnjeg cilindra. Električna grijaća komponenta otporna na eksploziju ugrađena je unutar unutarnjeg cilindra, a dva temperaturna senzora nalaze se na vrhu i dnu molekularnog sita za detekciju i kontrolu temperature reakcije. Vanjski cilindar je omotan izolacijskim slojem kako bi se spriječio gubitak topline i izbjegle opekline. Protok zraka u stanju adsorpcije (uključujući primarno i sekundarno radno stanje) i stanju regeneracije je obrnut. U stanju adsorpcije, gornja cijev je izlaz plina, a donja cijev je ulaz plina. U stanju regeneracije, gornja cijev je ulaz plina, a donja cijev je izlaz plina. Sustav sušenja može se podijeliti na dvije toranjske sušilice i tri toranjske sušilice prema broju sušilica.
4. Postupak s dva tornja
U uređaju su ugrađena dva sušača koji se izmjenjuju i regeneriraju unutar jednog ciklusa (48 sati) kako bi se postigao kontinuirani rad cijelog uređaja. Nakon sušenja, točka rosišta vodika može pasti ispod -60 ℃. Tijekom radnog ciklusa (48 sati), sušači A i B prolaze kroz radno odnosno regeneracijsko stanje.
U jednom ciklusu prebacivanja, sušilica prolazi kroz dva stanja: radno stanje i stanje regeneracije.
· Stanje regeneracije: Volumen procesnog plina je puni volumen plina. Stanje regeneracije uključuje fazu zagrijavanja i fazu hlađenja puhanjem;
1) Faza zagrijavanja – grijač unutar sušilice radi i automatski zaustavlja grijanje kada gornja temperatura dosegne zadanu vrijednost ili vrijeme zagrijavanja dosegne zadanu vrijednost;
2) Faza hlađenja – Nakon što sušilica prestane s grijanjem, protok zraka nastavlja teći kroz sušilicu u izvornom smjeru kako bi je ohladio sve dok se sušilica ne prebaci u radni način rada.
·Radno stanje: Volumen obradnog zraka je na punom kapacitetu, a grijač unutar sušilice ne radi.
5. Tijek rada s tri tornja
Trenutno se široko koristi postupak s tri tornja. U uređaju su ugrađena tri sušača koja sadrže desikante (molekularna sita) s velikim adsorpcijskim kapacitetom i dobrom temperaturnom otpornošću. Tri sušača naizmjenično rade, regeneriraju i adsorpciju kako bi se postigao kontinuirani rad cijelog uređaja. Nakon sušenja, rosište vodikovog plina može pasti ispod -70 ℃.
Tijekom ciklusa prebacivanja, sušilica prolazi kroz tri stanja: rad, adsorpciju i regeneraciju. Za svako stanje, prva sušilica u koju ulazi sirovi vodikov plin nakon deoksigenacije, hlađenja i filtracije vode nalazi se:
1) Radno stanje: Volumen procesnog plina je na punom kapacitetu, grijač unutar sušilice ne radi, a medij je sirovi vodikov plin koji nije dehidriran;
Drugi ulaz za sušilicu nalazi se na adresi:
2) Stanje regeneracije: 20% volumena plina: Stanje regeneracije uključuje fazu zagrijavanja i fazu hlađenja puhanjem;
Faza zagrijavanja – grijač unutar sušilice radi i automatski zaustavlja grijanje kada gornja temperatura dosegne zadanu vrijednost ili vrijeme zagrijavanja dosegne zadanu vrijednost;
Faza hlađenja – Nakon što sušilica prestane s zagrijavanjem, protok zraka nastavlja teći kroz sušilicu u izvornom smjeru kako bi je ohladio sve dok se sušilica ne prebaci u radni način rada; Kada je sušilica u fazi regeneracije, medij je dehidrirani suhi plinoviti vodik;
Treći ulaz za sušilicu nalazi se na adresi:
3) Stanje adsorpcije: Volumen procesnog plina je 20%, grijač u sušilici ne radi, a medij za regeneraciju je vodikov plin.
Vrijeme objave: 19. prosinca 2024.
