Met de toenemende wereldwijde zoektocht naar schone energie en duurzame ontwikkeling, komt waterstofenergie, als efficiënte en schone energiedrager, steeds meer in beeld. Als belangrijke schakel in de waterstofenergieketen is waterstofzuiveringstechnologie niet alleen van belang voor de veiligheid en betrouwbaarheid van waterstofenergie, maar heeft ze ook direct invloed op de toepassingsmogelijkheden en economische voordelen van waterstofenergie.
1. Vereisten voor productwaterstof
Waterstof, als chemische grondstof en energiedrager, stelt verschillende eisen aan zuiverheid en het gehalte aan onzuiverheden in verschillende toepassingsscenario's. Om katalysatorvergiftiging te voorkomen en de productkwaliteit te waarborgen, moeten bij de productie van synthetische ammoniak, methanol en andere chemische producten sulfiden en andere giftige stoffen uit het gas worden verwijderd om het gehalte aan onzuiverheden te verlagen en aan de eisen te voldoen. In industriële sectoren zoals de metallurgie, keramiek, glas en halfgeleiders komt waterstofgas direct in contact met producten en zijn de eisen aan zuiverheid en het gehalte aan onzuiverheden strenger. In de halfgeleiderindustrie wordt waterstof bijvoorbeeld gebruikt voor processen zoals kristal- en substraatvoorbereiding, oxidatie, gloeien, enz., die extreem hoge beperkingen kennen wat betreft onzuiverheden zoals zuurstof, water, zware koolwaterstoffen, waterstofsulfide, enz. in waterstof.
2. Het werkprincipe van zuurstofverwijdering
Onder invloed van een katalysator kan een kleine hoeveelheid zuurstof in waterstof reageren met waterstof om water te produceren, waardoor het doel van zuurstofverwijdering wordt bereikt. De reactie is een exotherme reactie en de reactievergelijking is als volgt:
2H ₂+O ₂ (katalysator) -2H ₂ 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 deoxidator heeft een binnen- en buitencilinderstructuur, met de katalysator tussen de buiten- en binnencilinder. Het explosieveilige elektrische verwarmingselement is in de binnencilinder geïnstalleerd en twee temperatuursensoren bevinden zich aan de boven- en onderkant van de katalysatorpakking om de reactietemperatuur te detecteren en te regelen. De buitencilinder is omwikkeld met een isolatielaag om warmteverlies en brandwonden te voorkomen. De ruwe waterstof komt de binnencilinder binnen via de bovenste inlaat van de deoxidator, wordt verwarmd door een elektrisch verwarmingselement en stroomt van onder naar boven door het katalysatorbed. De zuurstof in de ruwe waterstof reageert onder invloed van de katalysator met de waterstof 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 uit de deoxidator met het waterstofgas, condenseert in de daaropvolgende waterstofkoeler, filtert in de lucht-waterscheider en wordt uit het systeem afgevoerd.
3. Werkingsprincipe van droogheid
Het drogen van waterstofgas gebeurt via adsorptie, waarbij moleculaire zeven als adsorbens worden gebruikt. Na het drogen kan het dauwpunt van waterstofgas dalen tot onder -70 °C. Een moleculaire zeef is een aluminosilicaatverbinding met een kubisch rooster, die na dehydratie 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 met water. De adsorptie van moleculaire zeven is fysische adsorptie. Wanneer de adsorptie verzadigd is, duurt het enige tijd om te verwarmen en te regenereren voordat het opnieuw geadsorbeerd kan worden. Daarom zijn er in een zuiveringsinstallatie ten minste twee drogers opgenomen, waarvan er één in werking is terwijl de andere regenereert, om een continue productie van dauwpuntstabiel waterstofgas te garanderen.
De droger heeft een binnen- en buitencilinderstructuur, met het adsorbens tussen de buiten- en binnencilinders. Het explosieveilige elektrische verwarmingselement 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 buitencilinder is omwikkeld met een isolatielaag om warmteverlies en brandwonden te voorkomen. De luchtstroom in de adsorptietoestand (inclusief de primaire en secundaire werktoestand) en de regeneratietoestand is omgekeerd. In de adsorptietoestand is de bovenste buis de gasuitlaat en de onderste buis de gasinlaat. In de regeneratietoestand is de bovenste buis de gasinlaat en de onderste buis 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) afwisselend regenereren om een continue werking van het gehele apparaat te garanderen. Na het drogen kan het dauwpunt van waterstof dalen tot onder -60 °C. Tijdens een werkcyclus (48 uur) ondergaan drogers A en B respectievelijk een werk- en een regenererende toestand.
Tijdens één schakelcyclus kent de droger twee toestanden: de werktoestand en de regeneratietoestand.
·Regeneratiestatus: Het verwerkingsgasvolume is het volledige gasvolume. De regeneratiestatus omvat de verwarmingsfase en de blaas-koelfase;
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) Koelfase – Nadat de droger stopt met verwarmen, blijft de luchtstroom door de droger stromen in de oorspronkelijke richting om deze af te koelen totdat de droger overschakelt naar de werkmodus.
·Werkstatus: Het verwerkingsluchtvolume 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 grote adsorptiecapaciteit en een goede temperatuurbestendigheid. Drie drogers wisselen werking, regeneratie en adsorptie af om een continue werking van het gehele apparaat te garanderen. Na het drogen kan het dauwpunt van waterstofgas dalen tot onder -70 °C.
Tijdens een schakelcyclus doorloopt de droger drie fasen: werken, adsorptie en regeneratie. Voor elke fase bevindt zich de eerste droger waarin het ruwe waterstofgas na zuurstofverwijdering, koeling en waterfiltratie binnenkomt:
1) Werkstatus: Het verwerkingsgasvolume is op volle capaciteit, de verwarming in de droger werkt niet en het medium is ruw waterstofgas dat niet is gedehydrateerd;
De tweede drogeringang bevindt zich op:
2) Regeneratiestatus: 20% gasvolume: Regeneratiestatus omvat verwarmingsfase en blaas-koelfase;
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;
Koelfase – Nadat de droger stopt met verwarmen, blijft de luchtstroom door de droger stromen in het oorspronkelijke pad 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 drogeringang bevindt zich op:
3) Adsorptiestatus: het verwerkingsgasvolume is 20%, de verwarming in de droger werkt niet en het medium is waterstofgas voor regeneratie.
Plaatsingstijd: 19-12-2024
