Con la crescente ricerca globale di energia pulita e sviluppo sostenibile, l’energia dell’idrogeno, come vettore energetico efficiente e pulito, sta gradualmente entrando nella visione delle persone. Essendo un anello chiave nella catena industriale dell’energia dell’idrogeno, la tecnologia di purificazione dell’idrogeno non riguarda solo la sicurezza e l’affidabilità dell’energia dell’idrogeno, ma influisce anche direttamente sull’ambito di applicazione e sui vantaggi economici dell’energia dell’idrogeno.
1.Requisiti per l'idrogeno prodotto
L'idrogeno, come materia prima chimica e vettore energetico, ha requisiti diversi di purezza e contenuto di impurità in diversi scenari applicativi. Nella produzione di ammoniaca sintetica, metanolo e altri prodotti chimici, al fine di prevenire l'avvelenamento del catalizzatore e garantire la qualità del prodotto, i solfuri e altre sostanze tossiche nel gas di alimentazione devono essere rimossi in anticipo per ridurre il contenuto di impurità e soddisfare i requisiti. In settori industriali come la metallurgia, la ceramica, il vetro e i semiconduttori, l’idrogeno gassoso entra in contatto diretto con i prodotti e i requisiti di purezza e contenuto di impurità sono più rigorosi. Ad esempio, nell'industria dei semiconduttori, l'idrogeno viene utilizzato per processi come la preparazione di cristalli e substrati, l'ossidazione, la ricottura, ecc., che hanno limitazioni estremamente elevate sulle impurità come ossigeno, acqua, idrocarburi pesanti, idrogeno solforato, ecc. nell'idrogeno
2.Il principio di funzionamento della deossigenazione
Sotto l'azione di un catalizzatore, una piccola quantità di ossigeno nell'idrogeno può reagire con l'idrogeno per produrre acqua, raggiungendo lo scopo della deossigenazione. La reazione è una reazione esotermica e l'equazione di reazione è la seguente:
2H ₂+O ₂ (catalizzatore) -2H ₂ O+Q
Poiché la composizione, le proprietà chimiche e la qualità del catalizzatore stesso non cambiano prima e dopo la reazione, il catalizzatore può essere utilizzato continuamente senza rigenerazione.
Il disossidante ha una struttura a cilindro interno ed esterno, con il catalizzatore caricato tra i cilindri esterno ed interno. Il componente di riscaldamento elettrico antideflagrante è installato all'interno del cilindro interno e due sensori di temperatura sono posizionati nella parte superiore e inferiore dell'imballaggio del catalizzatore per rilevare e controllare la temperatura di reazione. Il cilindro esterno è avvolto con uno strato isolante per prevenire perdite di calore ed evitare ustioni. L'idrogeno grezzo entra nel cilindro interno dall'ingresso superiore del disossidante, viene riscaldato da un elemento riscaldante elettrico e scorre attraverso il letto catalitico dal basso verso l'alto. L'ossigeno nell'idrogeno grezzo reagisce con l'idrogeno sotto l'azione del catalizzatore per produrre acqua. Il contenuto di ossigeno nell'idrogeno che esce dall'uscita inferiore può essere ridotto al di sotto di 1 ppm. L'acqua generata dalla combinazione esce dal disossidante in forma gassosa con l'idrogeno gassoso, condensa nel successivo refrigeratore a idrogeno, filtra nel separatore aria-acqua e viene scaricata dall'impianto.
3. Principio di funzionamento della secchezza
L'essiccazione del gas idrogeno adotta il metodo di adsorbimento, utilizzando setacci molecolari come adsorbenti. Dopo l'essiccazione, il punto di rugiada dell'idrogeno gassoso può scendere al di sotto di -70 ℃. Il setaccio molecolare è un tipo di composto di alluminosilicato con un reticolo cubico, che forma all'interno molte cavità della stessa dimensione dopo la disidratazione e ha una superficie molto ampia. I setacci molecolari sono chiamati setacci molecolari perché possono separare molecole con forme, diametri, polarità, punti di ebollizione e livelli di saturazione diversi.
L'acqua è una molecola altamente polare e i setacci molecolari hanno una forte affinità con l'acqua. L'adsorbimento dei setacci molecolari è un adsorbimento fisico e, quando l'adsorbimento è saturo, è necessario un periodo di tempo per riscaldarsi e rigenerarsi prima che possa essere nuovamente adsorbito. Pertanto, in un dispositivo di purificazione sono inclusi almeno due essiccatori, uno dei quali funziona mentre l'altro si rigenera, per garantire la produzione continua di gas idrogeno stabile al punto di rugiada.
L'essiccatore ha una struttura a cilindro interno ed esterno, con l'adsorbente caricato tra il cilindro esterno e quello interno. Il componente di riscaldamento elettrico antideflagrante è installato all'interno del cilindro interno e due sensori di temperatura sono posizionati nella parte superiore e inferiore della confezione del setaccio molecolare per rilevare e controllare la temperatura di reazione. Il cilindro esterno è avvolto con uno strato isolante per prevenire perdite di calore ed evitare ustioni. Il flusso d'aria nello stato di adsorbimento (compresi gli stati di funzionamento primario e secondario) e nello stato di rigenerazione è invertito. Nello stato di assorbimento, il tubo all'estremità superiore è l'uscita del gas e il tubo all'estremità inferiore è l'ingresso del gas. Nello stato di rigenerazione, il tubo all'estremità superiore è l'ingresso del gas e il tubo all'estremità inferiore è l'uscita del gas. Il sistema di essiccazione può essere suddiviso in due essiccatori a torre e tre essiccatori a torre in base al numero di essiccatori.
4.Processo a due torri
Nel dispositivo sono installati due essiccatori, che si alternano e si rigenerano in un ciclo (48 ore) per ottenere un funzionamento continuo dell'intero dispositivo. Dopo l'essiccazione, il punto di rugiada dell'idrogeno può scendere al di sotto di -60 ℃. Durante un ciclo di lavoro (48 ore), gli essiccatori A e B subiscono rispettivamente lo stato di lavoro e quello di rigenerazione.
In un ciclo di commutazione, l'asciugatrice presenta due stati: stato di funzionamento e stato di rigenerazione.
·Stato di rigenerazione: il volume del gas di lavorazione è il volume totale del gas. Lo stato di rigenerazione comprende la fase di riscaldamento e la fase di raffreddamento con soffiaggio;
1) Fase di riscaldamento – il riscaldatore all'interno dell'asciugatrice funziona e interrompe automaticamente il riscaldamento quando la temperatura superiore raggiunge il valore impostato o il tempo di riscaldamento raggiunge il valore impostato;
2) Fase di raffreddamento – Dopo che l'asciugatrice smette di riscaldarsi, il flusso d'aria continua a fluire attraverso l'asciugatrice nel percorso originale per raffreddarla finché l'asciugatrice non passa alla modalità di lavoro.
·Stato di funzionamento: il volume dell'aria di trattamento è a piena capacità e il riscaldatore all'interno dell'asciugatrice non funziona.
5. Flusso di lavoro a tre torri
Attualmente, il processo delle tre torri è ampiamente utilizzato. Nel dispositivo sono installati tre essiccatori che contengono essiccanti (setacci molecolari) con grande capacità di assorbimento e buona resistenza alla temperatura. Tre essiccatori alternano funzionamento, rigenerazione e adsorbimento per ottenere il funzionamento continuo dell'intero dispositivo. Dopo l'essiccazione, il punto di rugiada dell'idrogeno gassoso può scendere al di sotto di -70 ℃.
Durante un ciclo di commutazione, l'essiccatore attraversa tre stati: funzionamento, assorbimento e rigenerazione. Per ciascuno stato, si trova il primo essiccatore in cui entra l'idrogeno gassoso dopo la deossigenazione, il raffreddamento e la filtrazione dell'acqua:
1) Stato di funzionamento: il volume del gas di lavorazione è a piena capacità, il riscaldatore all'interno dell'essiccatore non funziona e il mezzo è gas idrogeno grezzo non disidratato;
Il secondo essiccatoio in ingresso si trova a:
2) Stato di rigenerazione: 20% volume di gas: lo stato di rigenerazione comprende la fase di riscaldamento e la fase di raffreddamento con soffiaggio;
Fase di riscaldamento – il riscaldatore all'interno dell'asciugatrice funziona e interrompe automaticamente il riscaldamento quando la temperatura superiore raggiunge il valore impostato o il tempo di riscaldamento raggiunge il valore impostato;
Fase di raffreddamento – Dopo che l'asciugatrice smette di riscaldarsi, il flusso d'aria continua a fluire attraverso l'asciugatrice nel percorso originale per raffreddarla finché l'asciugatrice non passa alla modalità di lavoro; Quando l'essiccatore è in fase di rigenerazione, il mezzo è gas idrogeno secco disidratato;
Il terzo essiccatoio in ingresso si trova a:
3) Stato di adsorbimento: il volume del gas di lavorazione è del 20%, il riscaldatore nell'essiccatore non funziona e il mezzo è gas idrogeno per la rigenerazione.
Orario di pubblicazione: 19 dicembre 2024
