Με την αυξανόμενη παγκόσμια επιδίωξη για καθαρή ενέργεια και βιώσιμη ανάπτυξη, η ενέργεια υδρογόνου, ως αποτελεσματικός και καθαρός φορέας ενέργειας, εισέρχεται σταδιακά στο όραμα των ανθρώπων. Ως βασικός κρίκος στην αλυσίδα της βιομηχανίας ενέργειας υδρογόνου, η τεχνολογία καθαρισμού υδρογόνου δεν αφορά μόνο την ασφάλεια και την αξιοπιστία της ενέργειας υδρογόνου, αλλά επηρεάζει επίσης άμεσα το πεδίο εφαρμογής και τα οικονομικά οφέλη της ενέργειας υδρογόνου.
1.Απαιτήσεις για το υδρογόνο του προϊόντος
Το υδρογόνο, ως χημική πρώτη ύλη και φορέας ενέργειας, έχει διαφορετικές απαιτήσεις για καθαρότητα και περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες σε διαφορετικά σενάρια εφαρμογής. Κατά την παραγωγή συνθετικής αμμωνίας, μεθανόλης και άλλων χημικών προϊόντων, προκειμένου να αποφευχθεί η δηλητηρίαση από τον καταλύτη και να διασφαλιστεί η ποιότητα του προϊόντος, τα σουλφίδια και άλλες τοξικές ουσίες στο αέριο τροφοδοσίας πρέπει να αφαιρούνται εκ των προτέρων για να μειωθεί η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες για να πληρούνται οι απαιτήσεις. Σε βιομηχανικούς τομείς όπως η μεταλλουργία, η κεραμική, το γυαλί και οι ημιαγωγοί, το αέριο υδρογόνο έρχεται σε άμεση επαφή με προϊόντα και οι απαιτήσεις για καθαρότητα και περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες είναι πιο αυστηρές. Για παράδειγμα, στη βιομηχανία ημιαγωγών, το υδρογόνο χρησιμοποιείται για διαδικασίες όπως η προετοιμασία κρυστάλλων και υποστρώματος, η οξείδωση, η ανόπτηση κ.λπ., οι οποίες έχουν εξαιρετικά υψηλούς περιορισμούς σε ακαθαρσίες όπως οξυγόνο, νερό, βαρείς υδρογονάνθρακες, υδρόθειο κ.λπ. στο υδρογόνο
2.Η αρχή λειτουργίας της αποοξυγόνωσης
Κάτω από τη δράση ενός καταλύτη, μια μικρή ποσότητα οξυγόνου στο υδρογόνο μπορεί να αντιδράσει με το υδρογόνο για να παράγει νερό, επιτυγχάνοντας τον σκοπό της αποοξυγόνωσης. Η αντίδραση είναι μια εξώθερμη αντίδραση και η εξίσωση της αντίδρασης είναι η εξής:
2H2+O2 (καταλύτης) -2H2O+Q
Επειδή η σύνθεση, οι χημικές ιδιότητες και η ποιότητα του ίδιου του καταλύτη δεν αλλάζουν πριν και μετά την αντίδραση, ο καταλύτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί συνεχώς χωρίς αναγέννηση.
Ο αποοξειδωτής έχει μια εσωτερική και εξωτερική δομή κυλίνδρου, με τον καταλύτη να φορτώνεται μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού κυλίνδρου. Το αντιεκρηκτικό εξάρτημα ηλεκτρικής θέρμανσης είναι εγκατεστημένο μέσα στον εσωτερικό κύλινδρο και δύο αισθητήρες θερμοκρασίας βρίσκονται στο επάνω και στο κάτω μέρος της συσκευασίας του καταλύτη για την ανίχνευση και τον έλεγχο της θερμοκρασίας της αντίδρασης. Ο εξωτερικός κύλινδρος είναι τυλιγμένος με μονωτικό στρώμα για την αποφυγή απώλειας θερμότητας και την αποφυγή εγκαυμάτων. Το ακατέργαστο υδρογόνο εισέρχεται στον εσωτερικό κύλινδρο από την άνω είσοδο του αποοξειδωτή, θερμαίνεται από ένα ηλεκτρικό θερμαντικό στοιχείο και ρέει μέσω της κλίνης του καταλύτη από κάτω προς τα πάνω. Το οξυγόνο στο ακατέργαστο υδρογόνο αντιδρά με το υδρογόνο υπό τη δράση του καταλύτη για την παραγωγή νερού. Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο υδρογόνο που ρέει από την κάτω έξοδο μπορεί να μειωθεί κάτω από 1 ppm. Το νερό που παράγεται από τον συνδυασμό ρέει έξω από τον αποοξειδωτή σε αέρια μορφή με το αέριο υδρογόνο, συμπυκνώνεται στον επόμενο ψύκτη υδρογόνου, φιλτράρεται στον διαχωριστή αέρα-νερού και απορρίπτεται από το σύστημα.
3.Αρχή λειτουργίας ξηρότητας
Η ξήρανση του αερίου υδρογόνου υιοθετεί τη μέθοδο προσρόφησης, χρησιμοποιώντας μοριακά κόσκινα ως προσροφητικά. Μετά την ξήρανση, το σημείο δρόσου του αερίου υδρογόνου μπορεί να φτάσει κάτω από -70 ℃. Το μοριακό κόσκινο είναι ένας τύπος αργιλοπυριτικής ένωσης με κυβικό πλέγμα, που σχηματίζει στο εσωτερικό του πολλές κοιλότητες ίδιου μεγέθους μετά την αφυδάτωση και έχει πολύ μεγάλη επιφάνεια. Τα μοριακά κόσκινα ονομάζονται μοριακά κόσκινα επειδή μπορούν να διαχωρίσουν μόρια με διαφορετικά σχήματα, διαμέτρους, πολικότητες, σημεία βρασμού και επίπεδα κορεσμού.
Το νερό είναι ένα πολύ πολικό μόριο και τα μοριακά κόσκινα έχουν ισχυρή συγγένεια με το νερό. Η προσρόφηση των μοριακών κόσκινων είναι φυσική προσρόφηση και όταν η προσρόφηση είναι κορεσμένη, χρειάζεται ένα χρονικό διάστημα για να θερμανθεί και να αναγεννηθεί πριν μπορέσει να απορροφηθεί ξανά. Ως εκ τούτου, τουλάχιστον δύο στεγνωτήρια περιλαμβάνονται σε μια συσκευή καθαρισμού, με το ένα να λειτουργεί ενώ το άλλο να αναγεννάται, ώστε να διασφαλίζεται η συνεχής παραγωγή σταθερού αερίου υδρογόνου στο σημείο δρόσου.
Το στεγνωτήριο έχει μια δομή εσωτερικού και εξωτερικού κυλίνδρου, με το προσροφητικό να φορτώνεται μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού κυλίνδρου. Το αντιεκρηκτικό εξάρτημα ηλεκτρικής θέρμανσης είναι εγκατεστημένο μέσα στον εσωτερικό κύλινδρο και δύο αισθητήρες θερμοκρασίας βρίσκονται στο πάνω και στο κάτω μέρος της συσκευασίας μοριακού κόσκινου για την ανίχνευση και τον έλεγχο της θερμοκρασίας της αντίδρασης. Ο εξωτερικός κύλινδρος είναι τυλιγμένος με μονωτικό στρώμα για την αποφυγή απώλειας θερμότητας και την αποφυγή εγκαυμάτων. Η ροή αέρα στην κατάσταση προσρόφησης (συμπεριλαμβανομένων των πρωτογενών και δευτερογενών καταστάσεων εργασίας) και στην κατάσταση αναγέννησης αντιστρέφεται. Στην κατάσταση προσρόφησης, ο άνω ακραίος σωλήνας είναι η έξοδος αερίου και ο κάτω ακραίος σωλήνας είναι η είσοδος αερίου. Στην κατάσταση αναγέννησης, ο άνω ακραίος σωλήνας είναι η είσοδος αερίου και ο κάτω ακραίος σωλήνας είναι η έξοδος αερίου. Το σύστημα ξήρανσης μπορεί να χωριστεί σε δύο στεγνωτήρια πύργου και τρία στεγνωτήρια πύργου ανάλογα με τον αριθμό των στεγνωτηρίων.
4.Διαδικασία δύο πύργων
Στη συσκευή είναι εγκατεστημένα δύο στεγνωτήρια, τα οποία εναλλάσσονται και αναγεννώνται μέσα σε έναν κύκλο (48 ώρες) για να επιτευχθεί συνεχής λειτουργία ολόκληρης της συσκευής. Μετά την ξήρανση, το σημείο δρόσου του υδρογόνου μπορεί να φτάσει κάτω από -60 ℃. Κατά τη διάρκεια ενός κύκλου εργασίας (48 ώρες), οι ξηραντήρες Α και Β υφίστανται καταστάσεις λειτουργίας και αναγέννησης, αντίστοιχα.
Σε έναν κύκλο μεταγωγής, το στεγνωτήριο βιώνει δύο καταστάσεις: κατάσταση λειτουργίας και κατάσταση αναγέννησης.
·Κατάσταση αναγέννησης: Ο όγκος αερίου επεξεργασίας είναι πλήρης όγκος αερίου. Η κατάσταση αναγέννησης περιλαμβάνει το στάδιο θέρμανσης και το στάδιο ψύξης με εμφύσηση.
1) Στάδιο θέρμανσης – ο θερμαντήρας μέσα στο στεγνωτήριο λειτουργεί και διακόπτει αυτόματα τη θέρμανση όταν η ανώτερη θερμοκρασία φτάσει την καθορισμένη τιμή ή ο χρόνος θέρμανσης φτάσει την καθορισμένη τιμή.
2) Στάδιο ψύξης – Αφού σταματήσει η θέρμανση του στεγνωτηρίου, η ροή αέρα συνεχίζει να ρέει μέσω του στεγνωτηρίου στην αρχική διαδρομή για να κρυώσει μέχρι να περάσει το στεγνωτήριο σε λειτουργία λειτουργίας.
·Κατάσταση λειτουργίας: Ο όγκος του αέρα επεξεργασίας είναι σε πλήρη χωρητικότητα και ο θερμαντήρας μέσα στο στεγνωτήριο δεν λειτουργεί.
5. Τρεις πύργος ροή εργασίας
Επί του παρόντος, η διαδικασία των τριών πύργων χρησιμοποιείται ευρέως. Στη συσκευή είναι εγκατεστημένα τρία στεγνωτήρια, τα οποία περιέχουν αποξηραντικά (μοριακά κόσκινα) με μεγάλη ικανότητα προσρόφησης και καλή αντοχή στη θερμοκρασία. Τρεις στεγνωτήρες εναλλάσσονται μεταξύ λειτουργίας, αναγέννησης και προσρόφησης για την επίτευξη συνεχούς λειτουργίας ολόκληρης της συσκευής. Μετά την ξήρανση, το σημείο δρόσου του αερίου υδρογόνου μπορεί να φτάσει κάτω από -70 ℃.
Κατά τη διάρκεια ενός κύκλου μεταγωγής, το στεγνωτήριο περνά από τρεις καταστάσεις: εργασία, προσρόφηση και αναγέννηση. Για κάθε κατάσταση, βρίσκεται το πρώτο στεγνωτήριο στο οποίο εισέρχεται το ακατέργαστο αέριο υδρογόνο μετά από αποοξυγόνωση, ψύξη και διήθηση νερού:
1) Κατάσταση λειτουργίας: Ο όγκος του αερίου επεξεργασίας είναι σε πλήρη χωρητικότητα, ο θερμαντήρας μέσα στο στεγνωτήριο δεν λειτουργεί και το μέσο είναι ακατέργαστο αέριο υδρογόνο που δεν έχει αφυδατωθεί.
Το δεύτερο στεγνωτήριο που εισέρχεται βρίσκεται στη διεύθυνση:
2) Κατάσταση αναγέννησης: 20% όγκος αερίου: Η κατάσταση αναγέννησης περιλαμβάνει το στάδιο θέρμανσης και το στάδιο ψύξης εμφύσησης.
Στάδιο θέρμανσης – ο θερμαντήρας στο εσωτερικό του στεγνωτηρίου λειτουργεί και διακόπτει αυτόματα τη θέρμανση όταν η ανώτερη θερμοκρασία φτάσει την καθορισμένη τιμή ή ο χρόνος θέρμανσης φτάσει την καθορισμένη τιμή.
Στάδιο ψύξης – Μετά τη διακοπή της θέρμανσης του στεγνωτηρίου, η ροή αέρα συνεχίζει να ρέει μέσω του στεγνωτηρίου στην αρχική διαδρομή για να κρυώσει έως ότου το στεγνωτήριο μεταβεί σε λειτουργία λειτουργίας. Όταν το στεγνωτήριο βρίσκεται στο στάδιο της αναγέννησης, το μέσο είναι αφυδατωμένο ξηρό αέριο υδρογόνο.
Το τρίτο στεγνωτήριο που εισέρχεται βρίσκεται στη διεύθυνση:
3) Κατάσταση προσρόφησης: Ο όγκος αερίου επεξεργασίας είναι 20%, ο θερμαντήρας στο στεγνωτήριο δεν λειτουργεί και το μέσο είναι αέριο υδρογόνο για αναγέννηση.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-19-2024
