Seoses kasvava ülemaailmse puhta energia ja säästva arengu poole püüdlemisega on vesinikenergia kui tõhus ja puhas energiakandja järk-järgult jõudmas inimeste nägemusesse. Vesinikuenergiatööstuse ahela võtmelülina ei puuduta vesiniku puhastustehnoloogia mitte ainult vesinikuenergia ohutust ja töökindlust, vaid mõjutab otseselt ka vesinikuenergia rakendusala ja majanduslikku kasu.
1.Nõuded toote vesinikule
Vesinikul kui keemilisel toorainel ja energiakandjal on erinevates kasutusstsenaariumides erinevad nõuded puhtuse ja lisandite sisaldusele. Sünteetiliste ammoniaagi, metanooli ja muude keemiatoodete tootmisel tuleb katalüsaatorimürgituse vältimiseks ja toote kvaliteedi tagamiseks eelnevalt eemaldada toitegaasist sulfiidid ja muud mürgised ained, et vähendada lisandite sisaldust nõuetele vastavaks. Tööstusvaldkondades, nagu metallurgia, keraamika, klaas ja pooljuhid, puutub gaas vesinikuga otse kokku toodetega ning nõuded puhtuse ja lisandite sisaldusele on rangemad. Näiteks pooljuhtide tööstuses kasutatakse vesinikku sellistes protsessides nagu kristallide ja substraadi ettevalmistamine, oksüdeerimine, lõõmutamine jne, millel on äärmiselt kõrged piirangud vesinikus sisalduvatele lisanditele, nagu hapnik, vesi, rasked süsivesinikud, vesiniksulfiid jne.
2. Deoksügeenimise tööpõhimõte
Katalüsaatori toimel võib väike kogus vesinikus sisalduvat hapnikku reageerida vesinikuga, tekitades vett, saavutades hapniku eemaldamise eesmärgi. Reaktsioon on eksotermiline reaktsioon ja reaktsioonivõrrand on järgmine:
2H ₂+O 2 (katalüsaator) -2H 2 O+Q
Kuna katalüsaatori enda koostis, keemilised omadused ja kvaliteet ei muutu enne ega pärast reaktsiooni, saab katalüsaatorit kasutada pidevalt ilma regenereerimiseta.
Deoksüdeerijal on sisemine ja välimine silindri struktuur, kusjuures katalüsaator on laetud välimise ja sisemise silindri vahele. Plahvatuskindel elektriline küttekomponent on paigaldatud sisemise silindri sisse ja kaks temperatuuriandurit asuvad katalüsaatoripakendi üla- ja alaosas, et tuvastada ja kontrollida reaktsioonitemperatuuri. Välimine silinder on mähitud isolatsioonikihiga, et vältida soojuskadu ja põletusi. Toores vesinik siseneb desoksüdeerija ülemisest sisselaskeavast sisemisse silindrisse, soojendatakse elektrilise kütteelemendiga ja voolab läbi katalüsaatorikihi alt üles. Toores vesinikus olev hapnik reageerib katalüsaatori toimel vesinikuga, tekitades vett. Alumisest väljalaskeavast väljavoolava vesiniku hapnikusisaldust saab vähendada alla 1 ppm. Kombinatsioonis tekkiv vesi voolab koos vesinikgaasiga gaasilisel kujul välja desoksüdeerijast, kondenseerub järgnevas vesiniku jahutis, filtreerib õhk-vesi separaatoris ja juhitakse süsteemist välja.
3.Kuivuse tööpõhimõte
Vesinikgaasi kuivatamisel kasutatakse adsorptsioonimeetodit, kasutades adsorbentidena molekulaarsõelu. Pärast kuivatamist võib gaasilise vesiniku kastepunkt ulatuda alla -70 ℃. Molekulaarsõel on kuupvõrega alumiiniumsilikaatühend, mis moodustab pärast dehüdratsiooni sees palju ühesuuruseid õõnsusi ja millel on väga suur pindala. Molekulaarsõelu nimetatakse molekulaarsõeladeks, kuna need suudavad eraldada erineva kuju, läbimõõdu, polaarsuse, keemispunktide ja küllastustasemega molekule.
Vesi on väga polaarne molekul ja molekulaarsõeltel on vee suhtes tugev afiinsus. Molekulaarsõelte adsorptsioon on füüsiline adsorptsioon ja kui adsorptsioon on küllastunud, kulub kuumutamiseks ja regenereerimiseks aega, enne kui seda saab uuesti adsorbeerida. Seetõttu on puhastusseadmes vähemalt kaks kuivatit, millest üks töötab ja teine regenereerub, et tagada kastepunkti stabiilse vesinikgaasi pidev tootmine.
Kuivatil on sisemine ja välimine silindri struktuur, adsorbent on laetud välimise ja sisemise silindri vahele. Plahvatuskindel elektriline küttekomponent on paigaldatud sisemise silindri sisse ja kaks temperatuuriandurit asuvad molekulaarsõela pakendi üla- ja alaosas, et tuvastada ja kontrollida reaktsioonitemperatuuri. Välimine silinder on mähitud isolatsioonikihiga, et vältida soojuskadu ja põletusi. Õhuvool adsorptsiooniolekus (kaasa arvatud esmane ja sekundaarne tööseisund) ja regeneratsiooni olek on vastupidine. Adsorptsiooni olekus on ülemise otsa toru gaasi väljalaskeava ja alumise otsa toru gaasi sisselaskeava. Regenereerimisolekus on ülemise otsa toru gaasi sisselaskeava ja alumine toru gaasi väljalaskeava. Kuivatussüsteemi saab vastavalt kuivatite arvule jagada kaheks tornkuivatiks ja kolmeks tornkuivatiks.
4.Kahe torni protsess
Seadmesse on paigaldatud kaks kuivatit, mis vahelduvad ja regenereeruvad ühe tsükli (48 tunni) jooksul, et saavutada kogu seadme pidev töö. Pärast kuivatamist võib vesiniku kastepunkt ulatuda alla -60 ℃. Töötsükli jooksul (48 tundi) läbivad kuivatid A ja B vastavalt töö- ja regenereerimisoleku.
Ühe lülitustsükli jooksul kogeb kuivati kahte olekut: tööolekut ja regenereerimisolekut.
·Regeneratsiooni olek: töötlemisgaasi maht on täisgaasimaht. Regeneratsiooni olek sisaldab kuumutamise etappi ja puhumisjahutuse etappi;
1) Soojendusaste – kuivati sees olev küttekeha töötab ja lõpetab kuumutamise automaatselt, kui ülemine temperatuur saavutab seatud väärtuse või kütteaeg jõuab seatud väärtuseni;
2) Jahutusaste – pärast kuivati kuumutamise lõpetamist jätkab õhuvool läbi kuivati algset rada pidi, et see jahtuda, kuni kuivati lülitub töörežiimile.
·Tööolek: töötlemisõhu maht on täisvõimsusel ja kuivati sees olev kütteseade ei tööta.
5.Kolme torni töövoog
Praegu kasutatakse laialdaselt kolme torni protsessi. Seadmesse on paigaldatud kolm kuivatit, mis sisaldavad suure adsorptsioonivõimega ja hea temperatuuritaluvusega kuivatusaineid (molekulaarsõelu). Kolm kuivatit vahelduvad töö, regenereerimise ja adsorptsiooni vahel, et saavutada kogu seadme pidev töö. Pärast kuivatamist võib gaasilise vesiniku kastepunkt ulatuda alla -70 ℃.
Lülitustsükli jooksul läbib kuivati kolm olekut: töötamine, adsorptsioon ja regenereerimine. Iga oleku jaoks asub esimene kuivati, kuhu siseneb toorvesinikgaas pärast hapniku eemaldamist, jahutamist ja vee filtreerimist:
1) Tööolek: töötlemisgaasi maht on täisvõimsusel, kuivati sees olev kütteseade ei tööta ja keskkond on toores vesinikgaas, mida pole dehüdreeritud;
Teine sisenev kuivati asub aadressil:
2) Regeneratsiooni olek: 20% gaasimahust: regeneratsiooni olek sisaldab kuumutamise ja puhumisjahutuse etappi;
Kütteaste – kuivati sees olev küttekeha töötab ja lõpetab kuumutamise automaatselt, kui ülemine temperatuur saavutab seatud väärtuse või kütteaeg jõuab seatud väärtuseni;
Jahutusaste – pärast kuivati kütmise lõpetamist jätkab õhuvool läbi kuivati algset rada pidi, et see jahutada, kuni kuivati lülitub töörežiimile; Kui kuivati on regenereerimisetapis, on keskkonnaks dehüdreeritud kuiv vesinikgaas;
Kolmas sisenev kuivati asub aadressil:
3) Adsorptsiooni olek: töötlemisgaasi maht on 20%, kuivati kütteseade ei tööta ja keskkond on regenereerimiseks vesinikgaas.
Postitusaeg: 19. detsember 2024
