В условиях растущего глобального стремления к чистой энергии и устойчивому развитию водородная энергетика как эффективный и экологически чистый энергоноситель постепенно попадает в поле зрения людей. Являясь ключевым звеном в цепочке водородной энергетики, технология очистки водорода не только касается безопасности и надежности водородной энергетики, но также напрямую влияет на сферу применения и экономические выгоды водородной энергетики.
1.Требования к продуктовому водороду
Водород как химическое сырье и энергоноситель предъявляет разные требования к чистоте и содержанию примесей в разных 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 заранее удалены, чтобы снизить содержание примесей для удовлетворения требований. В таких отраслях промышленности, как металлургия, керамика, стекло и полупроводники, газообразный водород 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 вступать в реакцию с водородом с образованием воды, 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 структуру внутреннего и внешнего цилиндра, при этом катализатор загружен между внешним и внутренним цилиндрами. Взрывозащищенный электронагревательный элемент установлен внутри внутреннего цилиндра, а два датчика температуры расположены сверху и снизу насадки катализатора для определения и контроля температуры реакции. Внешний цилиндр обернут изоляционным слоем, чтобы предотвратить потери тепла и избежать ожогов. Неочищенный водород поступает во внутренний цилиндр через верхний вход раскислителя, нагревается электрическим нагревательным элементом и проходит через слой катализатора снизу вверх. Кислород в сыром водороде реагирует с водородом под действием катализатора с образованием воды. Содержание кислорода в водороде, выходящем из нижнего выпускного отверстия, можно снизить до уровня ниже 1 ppm. Вода, вырабатываемая комбинацией, выходит из раскислителя в газообразном виде с газообразным водородом, конденсируется в последующем охладителе водорода, фильтруется в водовоздушном сепараторе и выводится из системы.
3. Принцип работы сухости
При сушке газообразного водорода применяется метод адсорбции с использованием молекулярных сит в качестве адсорбентов. После высыхания точка росы газообразного водорода может опускаться ниже -70 ℃. Молекулярное сито — разновидность алюмосиликатного соединения с кубической решеткой, которое после обезвоживания образует внутри множество полостей одинакового размера и имеет очень большую площадь поверхности. Молекулярные сита называются молекулярными ситами, потому что они могут разделять молекулы различной формы, диаметра, полярности, температуры кипения и уровня насыщения.
Вода — высокополярная молекула, и молекулярные сита обладают сильным сродством к воде. Адсорбция молекулярных сит представляет собой физическую адсорбцию, и когда адсорбция насыщена, требуется период времени для нагрева и регенерации, прежде чем она сможет снова адсорбироваться. Поэтому в устройство очистки включены по меньшей мере две сушилки, одна из которых работает, а другая регенерирует, чтобы обеспечить непрерывное производство газообразного водорода со стабильной точкой росы.
Сушилка имеет внутреннюю и внешнюю цилиндрическую конструкцию, при этом адсорбент загружается между внешним и внутренним цилиндрами. Взрывозащищенный электрический нагревательный элемент установлен внутри внутреннего цилиндра, а два датчика температуры расположены сверху и снизу насадки молекулярного сита для определения и контроля температуры реакции. Внешний цилиндр обернут изоляционным слоем, чтобы предотвратить потери тепла и избежать ожогов. Поток воздуха в состоянии адсорбции (включая первичное и вторичное рабочее состояния) и состоянии регенерации меняется на противоположный. 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. Систему сушки можно разделить на две башенные сушилки и три башенные сушилки в зависимости от количества сушилок.
4. Процесс с двумя башнями
В устройстве установлены два осушителя, которые чередуются и регенерируют в течение одного цикла (48 часов) для достижения непрерывной работы всего устройства. После высыхания точка росы водорода может опускаться ниже -60 ℃. В течение рабочего цикла (48 часов) сушилки А и Б находятся в рабочем и регенеративном состояниях соответственно.
За один цикл переключения осушитель находится в двух состояниях: рабочем состоянии и состоянии регенерации.
·Состояние регенерации: Объем обрабатываемого газа равен полному объему газа. Состояние регенерации включает стадию нагрева и стадию обдувочного охлаждения;
1) Стадия нагрева – нагреватель внутри сушилки работает и автоматически прекращает нагрев, когда верхняя температура достигает заданного значения или время нагрева достигает заданного значения;
2) Стадия охлаждения – после того, как сушилка перестает нагреваться, поток воздуха продолжает проходить через сушилку по первоначальному пути, охлаждая ее, пока сушилка не перейдет в рабочий режим.
·Рабочее состояние: Объем обрабатываемого воздуха загружен на полную мощность, а нагреватель внутри сушилки не работает.
5. Рабочий процесс с тремя башнями
В настоящее время широко используется трехбашенный процесс. В аппарате установлены три осушителя, которые содержат влагопоглотители (молекулярные сита) с большой адсорбционной способностью и хорошей термостойкостью. Три сушилки попеременно работают, регенерации и адсорбции, чтобы обеспечить непрерывную работу всего устройства. После высыхания точка росы газообразного водорода может опускаться ниже -70 ℃.
Во время цикла переключения осушитель проходит три состояния: рабочее, адсорбционное и регенерационное. Для каждого состояния расположена первая сушилка, в которую поступает сырой водород после деоксигенации, охлаждения и фильтрации воды:
1) Рабочее состояние: объем технологического газа загружен на полную мощность, нагреватель внутри сушилки не работает, а среда представляет собой неочищенный газообразный водород, который не был обезвожен;
Второй вход сушилки расположен по адресу:
2) Состояние регенерации: 20% объема газа: Состояние регенерации включает этап нагрева и этап охлаждения продувкой;
Стадия нагрева – нагреватель внутри сушилки работает и автоматически прекращает нагрев, когда верхняя температура достигает заданного значения или время нагрева достигает заданного значения;
Стадия охлаждения – после того, как сушилка перестает нагреваться, поток воздуха продолжает проходить через сушилку по первоначальному пути для ее охлаждения, 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 технологического газа составляет 20%, нагреватель в сушилке не работает, а средой является газообразный водород для регенерации.
Время публикации: 19 декабря 2024 г.
