С ростом глобального стремления к чистой энергии и устойчивому развитию водородная энергия как эффективный и чистый энергоноситель постепенно входит в поле зрения людей. Являясь ключевым звеном в цепочке водородной энергетики, технология очистки водорода не только касается безопасности и надежности водородной энергии, но и напрямую влияет на сферу применения и экономические выгоды водородной энергии.
1.Требования к получаемому водороду
Водород, как химическое сырье и энергоноситель, имеет различные требования к чистоте и содержанию примесей в различных сценариях применения. При производстве синтетического аммиака, метанола и других химических продуктов, чтобы предотвратить отравление катализатора и обеспечить качество продукции, сульфиды и другие токсичные вещества в сырьевом газе должны быть удалены заранее, чтобы снизить содержание примесей до соответствия требованиям. В таких промышленных областях, как металлургия, керамика, стекло и полупроводники, водородный газ вступает в прямой контакт с продуктами, и требования к чистоте и содержанию примесей более строгие. Например, в полупроводниковой промышленности водород используется для таких процессов, как подготовка кристаллов и подложек, окисление, отжиг и т. д., которые имеют чрезвычайно высокие ограничения по примесям, таким как кислород, вода, тяжелые углеводороды, сероводород и т. д. в водороде
2. Принцип работы дезоксигенации
Под действием катализатора небольшое количество кислорода в водороде может реагировать с водородом, образуя воду, достигая цели дезоксигенации. Реакция является экзотермической, и уравнение реакции выглядит следующим образом:
2H ₂+O ₂ (катализатор) -2H ₂ O+Q
Поскольку состав, химические свойства и качество самого катализатора не изменяются до и после реакции, катализатор можно использовать непрерывно без регенерации.
Раскислитель имеет внутреннюю и внешнюю цилиндрическую структуру, причем катализатор загружен между внешним и внутренним цилиндрами. Взрывозащищенный электрический нагревательный компонент установлен внутри внутреннего цилиндра, а два температурных датчика расположены в верхней и нижней части упаковки катализатора для определения и контроля температуры реакции. Внешний цилиндр обернут изоляционным слоем для предотвращения потери тепла и избежания ожогов. Сырой водород поступает во внутренний цилиндр через верхний вход раскислителя, нагревается электрическим нагревательным элементом и протекает через слой катализатора снизу вверх. Кислород в сыром водороде реагирует с водородом под действием катализатора с образованием воды. Содержание кислорода в водороде, вытекающем из нижнего выхода, может быть снижено до менее 1 ppm. Вода, образующаяся в результате комбинации, вытекает из раскислителя в газообразной форме с водородным газом, конденсируется в последующем охладителе водорода, фильтруется в сепараторе воздух-вода и выводится из системы.
3.Принцип работы сухого
Сушка газообразного водорода осуществляется методом адсорбции с использованием молекулярных сит в качестве адсорбентов. После сушки точка росы газообразного водорода может опускаться ниже -70 ℃. Молекулярное сито — это тип алюмосиликатного соединения с кубической решеткой, которое после дегидратации образует внутри множество полостей одинакового размера и имеет очень большую площадь поверхности. Молекулярные сита называются молекулярными ситами, потому что они могут разделять молекулы с различной формой, диаметром, полярностью, точками кипения и уровнями насыщения.
Вода — высокополярная молекула, а молекулярные сита имеют сильное сродство к воде. Адсорбция молекулярных сит — это физическая адсорбция, и когда адсорбция насыщается, требуется некоторое время для нагрева и регенерации, прежде чем она сможет адсорбироваться снова. Поэтому в очистное устройство включаются по крайней мере два осушителя, один из которых работает, а другой регенерируется, чтобы обеспечить непрерывное производство стабильного по точке росы газообразного водорода.
Сушилка имеет внутреннюю и внешнюю цилиндрическую структуру, с адсорбентом, загруженным между внешним и внутренним цилиндрами. Взрывозащищенный электрический нагревательный компонент установлен внутри внутреннего цилиндра, а два датчика температуры расположены в верхней и нижней части насадки молекулярного сита для определения и контроля температуры реакции. Внешний цилиндр обернут изоляционным слоем для предотвращения потери тепла и избежания ожогов. Воздушный поток в состоянии адсорбции (включая первичное и вторичное рабочие состояния) и состоянии регенерации меняет направление. В состоянии адсорбции верхняя концевая труба является выходом газа, а нижняя концевая труба является входом газа. В состоянии регенерации верхняя концевая труба является входом газа, а нижняя концевая труба является выходом газа. Система сушки может быть разделена на две башенные сушилки и три башенные сушилки в зависимости от количества сушилок.
4.Двухбашенный процесс
В устройстве установлены два осушителя, которые чередуются и регенерируются в течение одного цикла (48 часов) для достижения непрерывной работы всего устройства. После сушки точка росы водорода может опускаться ниже -60 ℃. В течение рабочего цикла (48 часов) осушители A и B находятся в рабочем и регенерирующем состояниях соответственно.
За один цикл переключения осушитель находится в двух состояниях: рабочем состоянии и состоянии регенерации.
·Состояние регенерации: Объем газа обработки равен полному объему газа. Состояние регенерации включает стадию нагрева и стадию охлаждения продувкой;
1) Стадия нагрева – нагреватель внутри сушилки работает и автоматически прекращает нагрев, когда верхняя температура достигает установленного значения или время нагрева достигает установленного значения;
2) Стадия охлаждения. После того, как сушилка перестает нагреваться, поток воздуха продолжает проходить через сушилку по первоначальному пути, охлаждая ее, пока сушилка не переключится в рабочий режим.
·Рабочее состояние: объем обрабатываемого воздуха достигает полной мощности, а нагреватель внутри сушилки не работает.
5. Рабочий процесс с тремя башнями
В настоящее время широко используется трехбашенный процесс. В устройстве установлены три сушилки, которые содержат осушители (молекулярные сита) с большой адсорбционной способностью и хорошей термостойкостью. Три сушилки чередуют работу, регенерацию и адсорбцию для достижения непрерывной работы всего устройства. После сушки точка росы газообразного водорода может опускаться ниже -70 ℃.
В течение цикла переключения осушитель проходит три состояния: рабочее, адсорбционное и регенерационное. Для каждого состояния первый осушитель, в который поступает сырой водородный газ после дезоксигенации, охлаждения и фильтрации воды, расположен:
1) Рабочее состояние: объем обрабатываемого газа достигает полной мощности, нагреватель внутри сушилки не работает, а среда представляет собой сырой водородный газ, который не был обезвожен;
Второй вход сушилки расположен по адресу:
2) Состояние регенерации: 20% объема газа: Состояние регенерации включает стадию нагрева и стадию охлаждения продувкой;
Стадия нагрева – нагреватель внутри сушилки работает и автоматически прекращает нагрев, когда верхняя температура достигает установленного значения или время нагрева достигает установленного значения;
Стадия охлаждения – после того, как сушилка прекращает нагрев, поток воздуха продолжает проходить через сушилку по первоначальному пути, охлаждая ее до тех пор, пока сушилка не перейдет в рабочий режим; Когда сушилка находится на стадии регенерации, среда представляет собой обезвоженный сухой газообразный водород;
Третий вход сушилки расположен по адресу:
3) Состояние адсорбции: объем обрабатываемого газа составляет 20%, нагреватель в сушилке не работает, а средой для регенерации является газообразный водород.
Время публикации: 19 декабря 2024 г.
