Üha suureneva ülemaailmse puhta energia ja säästva arengu poole püüdlemisega on vesinikenergia kui tõhus ja puhas energiakandja järk-järgult inimeste nägemusse jõudmas. Vesinikuenergia tööstusahela võtmelülina ei puuduta vesiniku puhastamise tehnoloogia mitte ainult vesinikenergia ohutust ja töökindlust, vaid mõjutab otseselt ka vesinikenergia rakendusala ja majanduslikku kasu.
1. Toote vesiniku nõuded
Vesinikul kui keemilisel toorainel ja energiakandjal on erinevates rakendustingimustes erinevad puhtuse ja lisandite sisalduse nõuded. Sünteetilise ammoniaagi, metanooli ja muude keemiatoodete tootmisel tuleb katalüsaatori mürgistuse vältimiseks ja toote kvaliteedi tagamiseks eelnevalt eemaldada söötmisgaasis olevad sulfiidid ja muud mürgised ained, et vähendada lisandite sisaldust vastavalt nõuetele. Tööstusvaldkondades, nagu metallurgia, keraamika, klaas ja pooljuhid, puutub vesinikgaas otseselt kokku toodetega ning puhtuse ja lisandite sisalduse nõuded on rangemad. Näiteks pooljuhtide tööstuses kasutatakse vesinikku sellistes protsessides nagu kristallide ja substraatide ettevalmistamine, oksüdeerimine, lõõmutamine jne, millel on vesinikus sisalduvate lisandite, näiteks hapniku, vee, raskete süsivesinike, vesiniksulfiidi jne, osas äärmiselt kõrged piirangud.
2. Deoksügenatsiooni tööpõhimõte
Katalüsaatori toimel reageerib väike kogus vesinikus olevat hapnikku vesinikuga, moodustades vett ja saavutades deoksüdatsiooni eesmärgi. Reaktsioon on eksotermiline ja reaktsioonivõrrand on järgmine:
2H₂+O₂ (katalüsaator) -2H₂ O+Q
Kuna katalüsaatori enda koostis, keemilised omadused ja kvaliteet enne reaktsiooni ja pärast seda ei muutu, saab katalüsaatorit pidevalt kasutada ilma regenereerimiseta.
Deoksüdeerijal on sisemine ja välimine silindriline struktuur, kusjuures katalüsaator on paigutatud välimise ja sisemise silindri vahele. Plahvatuskindel elektriline küttekomponent on paigaldatud sisemise silindri sisse ja katalüsaatori pakendi üla- ja alaosas on kaks temperatuuriandurit reaktsioonitemperatuuri tuvastamiseks ja reguleerimiseks. Välimine silinder on mähitud isolatsioonikihiga, et vältida soojuskadu ja põletusi. Toores vesinik siseneb sisemisse silindrisse deoksüdeerija ülemisest sisselaskeava kaudu, seda kuumutatakse elektrilise kütteelemendi abil ja see voolab läbi katalüsaatorikihi alt üles. Toores vesinikus olev hapnik reageerib katalüsaatori toimel vesinikuga, moodustades vett. Alumisest väljalaskeava kaudu voolava vesiniku hapnikusisaldust saab vähendada alla 1 ppm. Kombinatsiooni teel tekkiv vesi voolab deoksüdeerijast välja gaasilises vormis koos vesinikgaasiga, kondenseerub järgnevas vesinikujahutis, filtreerub õhk-vesi eraldajas ja juhitakse süsteemist välja.
3. Kuivuse tööpõhimõte
Vesinikgaasi kuivatatakse adsorptsioonimeetodil, kasutades adsorbentidena molekulaarsõelu. Pärast kuivatamist võib vesinikgaasi kastepunkt langeda alla -70 ℃. Molekulaarsõel on kuubilise võrega alumiiniumsilikaatühend, mille sisemusse pärast dehüdratsiooni tekib palju sama suurusega õõnsusi ja millel on väga suur pindala. Molekulaarsõelu nimetatakse molekulaarsõeladeks, kuna need suudavad eraldada erineva kuju, läbimõõdu, polaarsuse, keemistemperatuuri ja küllastusastmega molekule.
Vesi on väga polaarne molekul ja molekulaarsõeladel on vee suhtes tugev afiinsus. Molekulaarsõelte adsorptsioon on füüsikaline adsorptsioon ja kui adsorptsioon on küllastunud, kulub enne uuesti adsorbeerumist kuumutamiseks ja regenereerimiseks teatud aeg. Seetõttu on puhastusseadmes vähemalt kaks kuivatit, millest üks töötab, samal ajal kui teine regenereerib, et tagada kastepunkti stabiilse vesinikgaasi pidev tootmine.
Kuivatil on sisemine ja välimine silindriline struktuur, kus adsorbent on paigutatud välimise ja sisemise silindri vahele. Plahvatuskindel elektriline küttekomponent on paigaldatud sisemise silindri sisse ja molekulaarsõela pakendi üla- ja alaosas on kaks temperatuuriandurit reaktsioonitemperatuuri tuvastamiseks ja reguleerimiseks. Välimine silinder on mähitud isolatsioonikihiga, et vältida soojuskadu ja põletusi. Õhuvool adsorptsiooniolekus (sealhulgas primaarses ja sekundaarses tööolekus) ja regeneratsiooniolekus on vastupidine. Adsorptsiooniolekus on ülemine ots toru gaasi väljalaskeava ja alumine ots toru gaasi sisselaskeava. Regeneratsiooniolekus on ülemine ots toru gaasi sisselaskeava ja alumine ots toru gaasi väljalaskeava. Kuivatussüsteemi saab jagada kaheks ja kolmeks tornkuivatiks vastavalt kuivatite arvule.
4. Kahe torni protsess
Seadmesse on paigaldatud kaks kuivatit, mis ühe tsükli (48 tunni) jooksul vaheldumisi töötavad ja regenereeruvad, et saavutada kogu seadme pidev töö. Pärast kuivatamist võib vesiniku kastepunkt langeda alla -60 ℃. Töötsükli (48 tunni) jooksul läbivad kuivatid A ja B vastavalt töö- ja regenereerimisoleku.
Ühe lülitustsükli jooksul on kuivati kahes olekus: tööolekus ja regenereerimisolekus.
·Regenereerimise olek: töötlemisgaasi maht on täisgaasi maht. Regenereerimise olek hõlmab kuumutamisetappi ja puhumis-jahutusetappi;
1) Küttefaas – kuivati sees olev kütteseade töötab ja lõpetab automaatselt kuumutamise, kui ülemine temperatuur saavutab seatud väärtuse või kui kuumutusaeg saavutab seatud väärtuse;
2) Jahutusfaas – Pärast kuivati kuumutamise lõpetamist jätkab õhuvool jahutamiseks läbi kuivati algset rada pidi, kuni kuivati lülitub töörežiimile.
·Tööolek: Töötleva õhu maht on täisvõimsusel ja kuivati sees olev kütteseade ei tööta.
5. Kolme torni töövoog
Praegu kasutatakse laialdaselt kolme torni meetodit. Seadmesse on paigaldatud kolm kuivatit, mis sisaldavad suure adsorptsioonivõime ja hea temperatuurikindlusega kuivatusaineid (molekulaarsõelu). Kolm kuivatit vahelduvad töö, regenereerimise ja adsorptsiooni režiimis, et tagada kogu seadme pidev töö. Pärast kuivatamist võib vesinikgaasi kastepunkt langeda alla -70 ℃.
Lülitustsükli ajal läbib kuivati kolm olekut: töö, adsorptsioon ja regenereerimine. Iga oleku jaoks asub esimene kuivati, kuhu toores vesinikgaas pärast hapnikuvabastust, jahutamist ja vee filtreerimist siseneb:
1) Tööolek: töötlemisgaasi maht on täisvõimsusel, kuivati sees olev kütteseade ei tööta ja keskkond on toores vesinikgaas, mida pole dehüdreeritud;
Teine kuivati sissepääs asub aadressil:
2) Regenereerimisolek: 20% gaasimahust: regenereerimisolek hõlmab kuumutamisetappi ja puhumisjahutusetappi;
Küttefaas – kuivati sees olev kütteseade töötab ja lõpetab automaatselt kuumutamise, kui ülemine temperatuur saavutab seatud väärtuse või kui kuumutusaeg saavutab seatud väärtuse;
Jahutusfaas – Pärast kuivati kuumutamise lõpetamist jätkab õhuvool kuivatist algsel teel voolamist, et seda jahutada, kuni kuivati lülitub töörežiimile; Kui kuivati on regenereerimisfaasis, on keskkonnaks dehüdreeritud kuiv vesinikgaas;
Kolmas kuivati sisenemiskoht asub aadressil:
3) Adsorptsiooniolek: töötlemisgaasi maht on 20%, kuivati kütteseade ei tööta ja keskkond on regenereerimiseks vesinikgaas.
Postituse aeg: 19. detsember 2024
