S rastúcim globálnym úsilím o čistú energiu a trvalo udržateľný rozvoj sa vodíková energia ako efektívny a čistý nosič energie postupne dostáva do povedomia ľudí. Ako kľúčový článok v reťazci vodíkovej energie sa technológia čistenia vodíka netýka len bezpečnosti a spoľahlivosti vodíkovej energie, ale priamo ovplyvňuje aj rozsah jej použitia a ekonomické výhody.
1. Požiadavky na produktový vodík
Vodík ako chemická surovina a nosič energie má v rôznych aplikačných scenároch rôzne požiadavky na čistotu a obsah nečistôt. Pri výrobe syntetického amoniaku, metanolu a iných chemických produktov sa musia sulfidy a iné toxické látky v privádzanom plyne vopred odstrániť, aby sa znížil obsah nečistôt a splnili požiadavky. V priemyselných oblastiach, ako je metalurgia, keramika, sklo a polovodiče, prichádza plynný vodík do priameho kontaktu s výrobkami a požiadavky na čistotu a obsah nečistôt sú prísnejšie. Napríklad v polovodičovom priemysle sa vodík používa na procesy, ako je príprava kryštálov a substrátov, oxidácia, žíhanie atď., ktoré majú extrémne vysoké obmedzenia na obsah nečistôt, ako je kyslík, voda, ťažké uhľovodíky, sírovodík atď. vo vodíku.
2. Princíp fungovania deoxygenácie
Pôsobením katalyzátora môže malé množstvo kyslíka vo vodíku reagovať s vodíkom za vzniku vody, čím sa dosiahne cieľ deoxygenácie. Reakcia je exotermická a reakčná rovnica je nasledovná:
2H ₂+O ₂ (katalyzátor) -2H ₂ O+Q
Pretože zloženie, chemické vlastnosti a kvalita samotného katalyzátora sa pred reakciou ani po nej nemenia, katalyzátor sa môže používať nepretržite bez regenerácie.
Deoxidátor má vnútornú a vonkajšiu valcovú štruktúru, pričom katalyzátor je umiestnený medzi vonkajším a vnútorným valcom. Vo vnútri vnútorného valca je nainštalovaný elektrický vykurovací prvok odolný voči výbuchu a dva teplotné senzory sú umiestnené v hornej a dolnej časti katalytického balenia na detekciu a reguláciu reakčnej teploty. Vonkajší valec je obalený izolačnou vrstvou, aby sa zabránilo tepelným stratám a popáleninám. Surový vodík vstupuje do vnútorného valca z horného vstupu deoxidátora, je ohrievaný elektrickým vykurovacím prvkom a prúdi cez katalytické lôžko zdola nahor. Kyslík v surovom vodíku reaguje s vodíkom pôsobením katalyzátora za vzniku vody. Obsah kyslíka vo vodíku vytekajúcom zo spodného výstupu sa dá znížiť pod 1 ppm. Voda generovaná kombináciou vyteká z deoxidátora v plynnej forme s vodíkom, kondenzuje v následnom chladiči vodíka, filtruje sa v odlučovači vzduchu a vody a je vypúšťaná zo systému.
3. Princíp fungovania suchosti
Sušenie plynného vodíka sa vykonáva adsorpčnou metódou s použitím molekulárnych sít ako adsorbentov. Po vysušení môže rosný bod plynného vodíka klesnúť pod -70 ℃. Molekulárne sito je typ hlinitokremičitanovej zlúčeniny s kubickou mriežkou, ktorá po dehydratácii vytvára vo vnútri veľa dutín rovnakej veľkosti a má veľmi veľký povrch. Molekulárne sitá sa nazývajú molekulárne sitá, pretože dokážu oddeliť molekuly s rôznymi tvarmi, priemermi, polaritami, bodmi varu a úrovňami nasýtenia.
Voda je vysoko polárna molekula a molekulárne sitá majú silnú afinitu k vode. Adsorpcia molekulárnych sít je fyzikálna adsorpcia a keď je adsorpcia nasýtená, trvá určitý čas, kým sa zahreje a regeneruje, kým sa voda môže opäť adsorbovať. Preto sú v čistiacom zariadení zahrnuté aspoň dve sušičky, pričom jedna pracuje, zatiaľ čo druhá regeneruje, aby sa zabezpečila nepretržitá produkcia vodíkového plynu stabilného pri rosnom bode.
Sušička má vnútornú a vonkajšiu valcovú štruktúru, pričom adsorbent je umiestnený medzi vonkajším a vnútorným valcom. Vo vnútri vnútorného valca je nainštalovaný elektrický vykurovací prvok odolný voči výbuchu a dva teplotné senzory sú umiestnené v hornej a dolnej časti molekulárneho sita na detekciu a reguláciu reakčnej teploty. Vonkajší valec je obalený izolačnou vrstvou, aby sa zabránilo tepelným stratám a popáleninám. Prúdenie vzduchu v adsorpčnom stave (vrátane primárneho a sekundárneho pracovného stavu) a regeneračnom stave je obrátené. V adsorpčnom stave je horné potrubie výstupom plynu a spodné potrubie vstupom plynu. V regeneračnom stave je horné potrubie vstupom plynu a spodné potrubie výstupom plynu. Sušiaci systém možno rozdeliť na dve vežové sušičky a tri vežové sušičky podľa počtu sušičiek.
4. Proces s dvoma vežami
V zariadení sú nainštalované dva sušiče, ktoré sa striedajú a regenerujú v rámci jedného cyklu (48 hodín), aby sa dosiahla nepretržitá prevádzka celého zariadenia. Po vysušení môže rosný bod vodíka klesnúť pod -60 ℃. Počas pracovného cyklu (48 hodín) prechádzajú sušiče A a B do pracovného a regeneračného stavu.
Počas jedného spínacieho cyklu sa sušička nachádza v dvoch stavoch: prevádzkovom stave a stave regenerácie.
· Stav regenerácie: Objem procesného plynu je plný objem plynu. Stav regenerácie zahŕňa fázu ohrevu a fázu prefukovania a chladenia;
1) Fáza ohrevu – ohrievač vo vnútri sušičky pracuje a automaticky zastaví ohrev, keď horná teplota dosiahne nastavenú hodnotu alebo čas ohrevu dosiahne nastavenú hodnotu;
2) Fáza chladenia – Po prerušení ohrevu sušičky prúdenie vzduchu pokračuje v pôvodnej dráhe, aby sa sušička ochladila, až kým sa sušička neprepne do prevádzkového režimu.
· Prevádzkový stav: Objem spracovateľského vzduchu je na plný výkon a ohrievač vo vnútri sušičky nefunguje.
5. Pracovný postup s tromi vežami
V súčasnosti sa široko používa trojvežový proces. V zariadení sú nainštalované tri sušičky, ktoré obsahujú desikanty (molekulárne sitá) s veľkou adsorpčnou kapacitou a dobrou teplotnou odolnosťou. Tri sušičky striedavo pracujú v režime prevádzky, regenerácie a adsorpcie, aby sa dosiahla nepretržitá prevádzka celého zariadenia. Po vysušení môže rosný bod plynného vodíka klesnúť pod -70 ℃.
Počas spínacieho cyklu prechádza sušička tromi stavmi: pracovný, adsorpčný a regeneračný. Pre každý stav sa nachádza prvá sušička, do ktorej vstupuje surový plynný vodík po deoxygenácii, ochladení a filtrácii vody:
1) Prevádzkový stav: Objem procesného plynu je na plný výkon, ohrievač vo vnútri sušičky nefunguje a médium je surový vodíkový plyn, ktorý nebol dehydratovaný;
Druhý vstup do sušičky sa nachádza na adrese:
2) Stav regenerácie: 20 % objemu plynu: Stav regenerácie zahŕňa fázu ohrevu a fázu chladenia fúkaním;
Fáza ohrevu – ohrievač vo vnútri sušičky pracuje a automaticky zastaví ohrev, keď horná teplota dosiahne nastavenú hodnotu alebo čas ohrevu dosiahne nastavenú hodnotu;
Fáza chladenia – Po prerušení ohrevu sušičky prúd vzduchu pokračuje v prúdení sušičkou v pôvodnej dráhe, aby ju ochladil, až kým sa sušička neprepne do prevádzkového režimu; Keď je sušička vo fáze regenerácie, médiom je dehydrovaný suchý plynný vodík;
Tretí vstup do sušičky sa nachádza na adrese:
3) Stav adsorpcie: Objem spracovateľského plynu je 20 %, ohrievač v sušičke nefunguje a regeneračným médiom je vodík.
Čas uverejnenia: 19. decembra 2024
