Met het toenemende mondiale streven naar schone energie en duurzame ontwikkeling komt waterstofenergie, als efficiënte en schone energiedrager, geleidelijk in de visie van mensen terecht. Als belangrijke schakel in de keten van de waterstofenergie-industrie heeft waterstofzuiveringstechnologie niet alleen betrekking op de veiligheid en betrouwbaarheid van waterstofenergie, maar heeft het ook rechtstreeks invloed op de toepassingsmogelijkheden en economische voordelen van waterstofenergie.
1. Eisen aan product waterstof
Waterstof, als chemische grondstof en energiedrager, stelt in verschillende toepassingsscenario’s verschillende eisen aan de zuiverheid en het onzuiverheidsgehalte. Bij de productie van synthetische ammoniak, methanol en andere chemische producten moeten, om katalysatorvergiftiging te voorkomen en de productkwaliteit te garanderen, sulfiden en andere giftige stoffen in het voedingsgas vooraf worden verwijderd om het gehalte aan onzuiverheden te verminderen om aan de eisen te voldoen. Op industriële gebieden zoals de metallurgie, keramiek, glas en halfgeleiders komt waterstofgas in direct contact met producten en zijn de vereisten voor zuiverheid en onzuiverheidsgehalte strenger. In de halfgeleiderindustrie wordt waterstof bijvoorbeeld gebruikt voor processen zoals kristal- en substraatvoorbereiding, oxidatie, gloeien, enz., die extreem hoge beperkingen hebben op onzuiverheden zoals zuurstof, water, zware koolwaterstoffen, waterstofsulfide, enz. in waterstof
2.Het werkingsprincipe van deoxygenatie
Onder invloed van een katalysator kan een kleine hoeveelheid zuurstof in waterstof reageren met waterstof om water te produceren, waardoor het doel van deoxygenatie wordt bereikt. De reactie is een exotherme reactie en de reactievergelijking is als volgt:
2H₂+O₂ (katalysator) -2H₂ O+Q
Omdat de samenstelling, chemische eigenschappen en kwaliteit van de katalysator zelf voor en na de reactie niet veranderen, kan de katalysator continu worden gebruikt zonder regeneratie.
De deoxidatiemiddel heeft een binnen- en buitencilinderstructuur, waarbij de katalysator tussen de buiten- en binnencilinders is geladen. De explosieveilige elektrische verwarmingscomponent is in de binnencilinder geïnstalleerd en aan de boven- en onderkant van de katalysatorpakking bevinden zich twee temperatuursensoren om de reactietemperatuur te detecteren en te regelen. De buitenste cilinder is omwikkeld met een isolatielaag om warmteverlies en brandwonden te voorkomen. De ruwe waterstof komt de binnencilinder binnen via de bovenste inlaat van de deoxidatie-inrichting, wordt verwarmd door een elektrisch verwarmingselement en stroomt van onder naar boven door het katalysatorbed. De zuurstof in de ruwe waterstof reageert met de waterstof onder invloed van de katalysator om water te produceren. Het zuurstofgehalte in de waterstof die uit de onderste uitlaat stroomt, kan worden verlaagd tot minder dan 1 ppm. Het door de combinatie gegenereerde water stroomt in gasvorm met het waterstofgas uit de desoxidator, condenseert in de daaropvolgende waterstofkoeler, filtert in de lucht-waterafscheider en wordt uit het systeem afgevoerd.
3. Werkingsprincipe van droogte
Bij het drogen van waterstofgas wordt gebruik gemaakt van een adsorptiemethode, waarbij moleculaire zeven als adsorbentia worden gebruikt. Na het drogen kan het dauwpunt van waterstofgas onder de -70 ℃ komen. Moleculaire zeef is een soort aluminosilicaatverbinding met een kubisch rooster, dat na uitdroging binnenin vele holtes van dezelfde grootte vormt en een zeer groot oppervlak heeft. Moleculaire zeven worden moleculaire zeven genoemd omdat ze moleculen met verschillende vormen, diameters, polariteiten, kookpunten en verzadigingsniveaus kunnen scheiden.
Water is een zeer polair molecuul en moleculaire zeven hebben een sterke affiniteit voor water. De adsorptie van moleculaire zeven is fysische adsorptie, en wanneer de adsorptie verzadigd is, duurt het een tijdje voordat deze is opgewarmd en geregenereerd voordat deze weer kan worden geadsorbeerd. Daarom zijn er in een zuiveringsapparaat ten minste twee drogers opgenomen, waarvan er één werkt terwijl de andere regenereert, om een continue productie van dauwpuntstabiel waterstofgas te garanderen.
De droger heeft een binnen- en buitencilinderstructuur, waarbij het adsorbens tussen de buiten- en binnencilinders is geladen. De explosieveilige elektrische verwarmingscomponent is in de binnencilinder geïnstalleerd en twee temperatuursensoren bevinden zich aan de boven- en onderkant van de moleculaire zeefpakking om de reactietemperatuur te detecteren en te regelen. De buitenste cilinder is omwikkeld met een isolatielaag om warmteverlies en brandwonden te voorkomen. De luchtstroom in de adsorptietoestand (inclusief de primaire en secundaire werktoestanden) en de regeneratietoestand is omgekeerd. In de adsorptietoestand is de bovenste eindpijp de gasuitlaat en de onderste eindpijp de gasinlaat. In de regeneratietoestand is de bovenste eindpijp de gasinlaat en de onderste eindpijp de gasuitlaat. Het droogsysteem kan worden onderverdeeld in twee torendrogers en drie torendrogers, afhankelijk van het aantal drogers.
4. Twee torenproces
In het apparaat zijn twee drogers geïnstalleerd, die binnen één cyclus (48 uur) afwisselen en regenereren om een continue werking van het hele apparaat te bereiken. Na het drogen kan het dauwpunt van waterstof onder de -60 ℃ komen. Tijdens een werkcyclus (48 uur) ondergaan drogers A en B respectievelijk een werk- en een regenererende toestand.
In één schakelcyclus ervaart de droger twee toestanden: werktoestand en regeneratietoestand.
·Regeneratiestatus: het verwerkingsgasvolume is het volledige gasvolume. De regeneratiestatus omvat een verwarmingsfase en een blaaskoelfase;
1) Verwarmingsfase – de verwarming in de droger werkt en stopt automatisch met verwarmen wanneer de bovenste temperatuur de ingestelde waarde bereikt of de verwarmingstijd de ingestelde waarde bereikt;
2) Afkoelfase – Nadat de droger stopt met verwarmen, blijft de luchtstroom via het oorspronkelijke pad door de droger stromen om deze af te koelen totdat de droger overschakelt naar de werkmodus.
·Werkstatus: het procesluchtvolume is op volle capaciteit en de verwarming in de droger werkt niet.
5. Workflow met drie torens
Momenteel wordt het drietorenproces veel gebruikt. In het apparaat zijn drie drogers geïnstalleerd, die droogmiddelen (moleculaire zeven) bevatten met een groot adsorptievermogen en een goede temperatuurbestendigheid. Drie drogers wisselen tussen werking, regeneratie en adsorptie om een continue werking van het hele apparaat te bereiken. Na het drogen kan het dauwpunt van waterstofgas onder de -70 ℃ komen.
Tijdens een schakelcyclus doorloopt de droger drie toestanden: werking, adsorptie en regeneratie. Voor elke staat bevindt zich de eerste droger waarin het ruwe waterstofgas binnenkomt na deoxygenatie, koeling en waterfiltratie:
1) Werkstatus: het verwerkingsgasvolume is op volle capaciteit, de verwarming in de droger werkt niet en het medium is ruw waterstofgas dat niet is uitgedroogd;
De tweede droger die binnenkomt bevindt zich op:
2) Regeneratiestatus: 20% gasvolume: Regeneratiestatus omvat verwarmingsfase en blaaskoelfase;
Verwarmingsfase – de verwarming in de droger werkt en stopt automatisch met verwarmen wanneer de bovenste temperatuur de ingestelde waarde bereikt of de verwarmingstijd de ingestelde waarde bereikt;
Afkoelfase – Nadat de droger stopt met verwarmen, blijft de luchtstroom via het oorspronkelijke pad door de droger stromen om deze af te koelen totdat de droger overschakelt naar de werkmodus; Wanneer de droger zich in de regeneratiefase bevindt, is het medium gedehydrateerd, droog waterstofgas;
De derde droger die binnenkomt bevindt zich op:
3) Adsorptiestatus: het verwerkingsgasvolume is 20%, de verwarming in de droger werkt niet en het medium is waterstofgas voor regeneratie.
Posttijd: 19 december 2024
