S rostoucím globálním úsilím o čistou energii a udržitelný rozvoj se vodíková energie jako efektivní a čistý nosič energie postupně dostává do povědomí lidí. Technologie čištění vodíku, klíčový článek v řetězci vodíkové energie, se nejen týká bezpečnosti a spolehlivosti vodíkové energie, ale také přímo ovlivňuje rozsah jejího využití a ekonomické přínosy.
1. Požadavky na produktový vodík
Vodík jako chemická surovina a nosič energie má v různých aplikačních scénářích různé požadavky na čistotu a obsah nečistot. Při výrobě syntetického amoniaku, methanolu a dalších chemických produktů je nutné, aby se zabránilo otravě katalyzátoru a zajistila se kvalita produktu, předem odstranit sulfidy a další toxické látky ze vstupního plynu, aby se snížil obsah nečistot a splnily se požadavky. V průmyslových oblastech, jako je metalurgie, keramika, sklo a polovodiče, přichází plynný vodík do přímého kontaktu s produkty a požadavky na čistotu a obsah nečistot jsou přísnější. Například v polovodičovém průmyslu se vodík používá pro procesy, jako je příprava krystalů a substrátů, oxidace, žíhání atd., které mají extrémně vysoká omezení na nečistoty, jako je kyslík, voda, těžké uhlovodíky, sirovodík atd. ve vodíku.
2. Princip fungování deoxygenace
Působením katalyzátoru může malé množství kyslíku ve vodíku reagovat s vodíkem za vzniku vody, čímž se dosáhne cíle deoxygenace. Reakce je exotermická a reakční rovnice je následující:
2H ₂+O ₂ (katalyzátor) -2H ₂ O+Q
Protože se složení, chemické vlastnosti a kvalita samotného katalyzátoru nemění před reakcí ani po ní, lze katalyzátor používat nepřetržitě bez regenerace.
Deoxidační zařízení má vnitřní a vnější válcovou konstrukci s katalyzátorem umístěným mezi vnějším a vnitřním válcem. Uvnitř vnitřního válce je instalován elektrický topný prvek odolný proti výbuchu a v horní a dolní části katalyzátorového obalu jsou umístěny dva teplotní senzory pro detekci a regulaci reakční teploty. Vnější válec je obalen izolační vrstvou, aby se zabránilo tepelným ztrátám a popáleninám. Surový vodík vstupuje do vnitřního válce horním vstupem deoxidačního zařízení, je ohříván elektrickým topným tělesem a proudí katalyzátorovým ložem zdola nahoru. Kyslík v surovém vodíku reaguje s vodíkem působením katalyzátoru za vzniku vody. Obsah kyslíku ve vodíku vytékajícím ze spodního výstupu lze snížit pod 1 ppm. Voda generovaná touto kombinací vytéká z deoxidačního zařízení v plynné formě s vodíkem, kondenzuje v následném chladiči vodíku, filtruje se v odlučovači vzduch-voda a je odváděna ze systému.
3. Princip fungování suchosti
Sušení plynného vodíku se provádí adsorpční metodou s využitím molekulárních sít jako adsorbentů. Po vysušení může rosný bod plynného vodíku klesnout pod -70 °C. Molekulární síto je typ hlinitokřemičité sloučeniny s kubickou mřížkou, která po dehydrataci vytváří uvnitř mnoho dutin stejné velikosti a má velmi velký povrch. Molekulární síta se nazývají molekulární síta, protože dokáží oddělovat molekuly s různými tvary, průměry, polaritami, body varu a stupni nasycení.
Voda je vysoce polární molekula a molekulární síta mají k vodě silnou afinitu. Adsorpce molekulárních sít je fyzikální adsorpce a když je adsorpce nasycená, trvá určitou dobu, než se voda zahřeje a regeneruje, než se může znovu adsorbovat. Proto jsou v čisticím zařízení zahrnuty alespoň dva sušiče, přičemž jeden pracuje, zatímco druhý regeneruje, aby byla zajištěna nepřetržitá produkce vodíkového plynu stabilního při rosném bodu.
Sušička má vnitřní a vnější válcovou konstrukci, přičemž adsorbent je uložen mezi vnějším a vnitřním válcem. Uvnitř vnitřního válce je instalován elektrický topný prvek odolný proti výbuchu a v horní a dolní části molekulárního sítového obalu jsou umístěny dva teplotní senzory pro detekci a regulaci reakční teploty. Vnější válec je obalen izolační vrstvou, aby se zabránilo tepelným ztrátám a popáleninám. Proudění vzduchu v adsorpčním stavu (včetně primárního a sekundárního pracovního stavu) a regeneračním stavu je obrácené. V adsorpčním stavu je horní konec trubky výstupem plynu a spodní konec trubky vstupem plynu. V regeneračním stavu je horní konec trubky vstupem plynu a spodní konec trubky výstupem plynu. Sušicí systém lze podle počtu sušiček rozdělit na dvě věžové sušičky a tři věžové sušičky.
4. Proces se dvěma věžemi
V zařízení jsou instalovány dva sušiče, které se střídají a regenerují v rámci jednoho cyklu (48 hodin), aby se dosáhlo nepřetržitého provozu celého zařízení. Po sušení může rosný bod vodíku klesnout pod -60 °C. Během pracovního cyklu (48 hodin) procházejí sušiče A a B provozním a regeneračním stavem.
Během jednoho spínacího cyklu se sušička nachází ve dvou stavech: provozním stavu a regeneračním stavu.
· Stav regenerace: Objem procesního plynu je plný objem plynu. Stav regenerace zahrnuje fázi ohřevu a fázi chlazení dmýcháním;
1) Fáze ohřevu – topné těleso uvnitř sušičky pracuje a automaticky zastaví ohřev, když horní teplota dosáhne nastavené hodnoty nebo doba ohřevu dosáhne nastavené hodnoty;
2) Fáze chlazení – Po ukončení ohřevu sušičky proudí vzduch nadále původní cestou, aby ji ochladil, dokud se sušička nepřepne do provozního režimu.
·Provozní stav: Objem procesního vzduchu je na plný výkon a topné těleso uvnitř sušičky nefunguje.
5. Pracovní postup se třemi věžemi
V současné době se široce používá třívěžový proces. V zařízení jsou instalovány tři sušičky, které obsahují vysoušecí činidla (molekulární síta) s velkou adsorpční kapacitou a dobrou teplotní odolností. Tři sušičky se střídají v provozu, regeneraci a adsorpci, aby se dosáhlo nepřetržitého provozu celého zařízení. Po sušení může rosný bod plynného vodíku klesnout pod -70 ℃.
Během spínacího cyklu prochází sušička třemi stavy: provozní, adsorpční a regenerační. Pro každý stav se nachází první sušička, do které vstupuje surový plynný vodík po deoxygenaci, ochlazení a filtraci vody:
1) Provozní stav: Objem procesního plynu je na plný výkon, ohřívač uvnitř sušičky nefunguje a médiem je surový vodíkový plyn, který nebyl dehydratován;
Druhý vstup do sušičky se nachází na adrese:
2) Stav regenerace: 20 % objemu plynu: Stav regenerace zahrnuje fázi ohřevu a fázi chlazení s profukováním;
Fáze ohřevu – topné těleso uvnitř sušičky pracuje a automaticky zastaví ohřev, když horní teplota dosáhne nastavené hodnoty nebo doba ohřevu dosáhne nastavené hodnoty;
Fáze chlazení – Po ukončení ohřevu sušičky proudí vzduch nadále původní cestou, aby ji ochladil, dokud se sušička nepřepne do provozního režimu; Když je sušička ve fázi regenerace, médiem je dehydratovaný suchý plynný vodík;
Třetí vstup do sušičky se nachází na adrese:
3) Stav adsorpce: Objem procesního plynu je 20 %, ohřívač v sušičce nefunguje a regeneračním médiem je vodík.
Čas zveřejnění: 19. prosince 2024
