Med den stigende globale stræben efter ren energi og bæredygtig udvikling, bliver brintenergi, som en effektiv og ren energibærer, gradvist mere og mere populært. Som et centralt led i brintenergiindustrien vedrører brintrensningsteknologi ikke kun sikkerheden og pålideligheden af brintenergi, men påvirker også direkte anvendelsesområdet og de økonomiske fordele ved brintenergi.
1. Krav til produkthydrogen
Hydrogen, som kemisk råmateriale og energibærer, har forskellige krav til renhed og urenhedsindhold i forskellige anvendelsesscenarier. Ved produktion af syntetisk ammoniak, methanol og andre kemiske produkter skal sulfider og andre giftige stoffer i fødegassen fjernes på forhånd for at forhindre katalysatorforgiftning og sikre produktkvaliteten for at reducere urenhedsindholdet og opfylde kravene. Inden for industrielle områder som metallurgi, keramik, glas og halvledere kommer hydrogengas i direkte kontakt med produkter, og kravene til renhed og urenhedsindhold er strengere. For eksempel anvendes hydrogen i halvlederindustrien til processer som krystal- og substratforberedelse, oxidation, udglødning osv., som har ekstremt høje begrænsninger for urenheder som ilt, vand, tunge kulbrinter, hydrogensulfid osv. i hydrogen.
2. Funktionsprincippet for deoxygenering
Under påvirkning af en katalysator kan en lille mængde ilt i hydrogen reagere med hydrogen for at producere vand, hvilket opnår formålet med deoxygenering. Reaktionen er en eksoterm reaktion, og reaktionsligningen er som følger:
2H₂+O₂ (katalysator) -2H₂O+Q
Fordi katalysatorens sammensætning, kemiske egenskaber og kvalitet ikke ændrer sig før og efter reaktionen, kan katalysatoren anvendes kontinuerligt uden regenerering.
Deoxideringsapparatet har en indre og en ydre cylinderstruktur, hvor katalysatoren er placeret mellem den ydre og indre cylinder. Den eksplosionssikre elektriske varmekomponent er installeret inde i den indre cylinder, og to temperatursensorer er placeret øverst og nederst på katalysatorpakningen for at detektere og kontrollere reaktionstemperaturen. Den ydre cylinder er indpakket i et isoleringslag for at forhindre varmetab og undgå forbrændinger. Den rå brint kommer ind i den indre cylinder fra deoxideringsapparatets øvre indløb, opvarmes af et elektrisk varmeelement og strømmer gennem katalysatorlejet fra bund til top. Ilten i den rå brint reagerer med brinten under katalysatorens påvirkning for at producere vand. Iltindholdet i den brint, der strømmer ud fra det nederste udløb, kan reduceres til under 1 ppm. Vandet, der genereres af kombinationen, strømmer ud af deoxideringsapparatet i gasform med brintgassen, kondenserer i den efterfølgende brintkøler, filtreres i luft-vand-separatoren og udledes fra systemet.
3. Arbejdsprincip for tørhed
Tørring af hydrogengas anvender adsorptionsmetode med molekylsigter som adsorbenter. Efter tørring kan hydrogengassens dugpunkt nå under -70 ℃. En molekylsigte er en type aluminosilikatforbindelse med et kubisk gitter, der danner mange hulrum af samme størrelse indeni efter dehydrering og har et meget stort overfladeareal. Molekylsigter kaldes molekylsigter, fordi de kan adskille molekyler med forskellige former, diametre, polariteter, kogepunkter og mætningsniveauer.
Vand er et meget polært molekyle, og molekylsigter har en stærk affinitet for vand. Adsorptionen af molekylsigter er fysisk adsorption, og når adsorptionen er mættet, tager det et stykke tid at opvarme og regenerere, før den kan adsorberes igen. Derfor er mindst to tørreanlæg inkluderet i en rensningsenhed, hvor den ene arbejder, mens den anden regenererer, for at sikre kontinuerlig produktion af dugpunktsstabil hydrogengas.
Tørretumbleren har en indre og en ydre cylinderstruktur, hvor adsorbenten er placeret mellem den ydre og indre cylinder. Den eksplosionssikre elektriske varmekomponent er installeret inde i den indre cylinder, og to temperatursensorer er placeret øverst og nederst på molekylsigtepakningen for at detektere og kontrollere reaktionstemperaturen. Den ydre cylinder er indpakket i et isoleringslag for at forhindre varmetab og undgå forbrændinger. Luftstrømmen i adsorptionstilstanden (inklusive den primære og sekundære arbejdstilstand) og regenereringstilstanden er omvendt. I adsorptionstilstanden er det øvre enderør gasudløbet, og det nedre enderør er gasindløbet. I regenereringstilstanden er det øvre enderør gasindløbet, og det nedre enderør er gasudløbet. Tørresystemet kan opdeles i to tårntørrere og tre tårntørrere i henhold til antallet af tørrere.
4. To-tårnsproces
Der er installeret to tørrere i enheden, som skiftevis regenererer inden for én cyklus (48 timer) for at opnå kontinuerlig drift af hele enheden. Efter tørring kan dugpunktet for hydrogen nå under -60 ℃. I løbet af en arbejdscyklus (48 timer) gennemgår tørrerne A og B henholdsvis en arbejds- og en regenereringstilstand.
I én tænd/sluk-cyklus oplever tørretumbleren to tilstande: driftstilstand og regenereringstilstand.
· Regenereringstilstand: Processens gasvolumen er fuldt gasvolumen. Regenereringstilstanden omfatter opvarmningstrin og blæse- og køletrin;
1) Opvarmningstrin – varmelegemet i tørretumbleren starter og stopper automatisk opvarmningen, når den øvre temperatur når den indstillede værdi, eller opvarmningstiden når den indstillede værdi;
2) Kølefase – Når tørretumbleren er stoppet med at varme op, fortsætter luftstrømmen med at strømme gennem tørretumbleren i den oprindelige bane for at køle den ned, indtil tørretumbleren skifter til driftstilstand.
·Arbejdsstatus: Procesluftmængden er ved fuld kapacitet, og varmelegemet inde i tørretumbleren fungerer ikke.
5. Arbejdsgang med tre tårne
I øjeblikket er tre-tårnsprocessen meget udbredt. Der er installeret tre tørreapparater i enheden, som indeholder tørremidler (molekylsigter) med stor adsorptionskapacitet og god temperaturbestandighed. Tre tørreapparater skifter mellem drift, regenerering og adsorption for at opnå kontinuerlig drift af hele enheden. Efter tørring kan dugpunktet for hydrogengas nå under -70 ℃.
Under en skiftcyklus gennemgår tørretumbleren tre tilstande: drift, adsorption og regenerering. For hver tilstand er den første tørretumbler placeret, hvor den rå brintgas kommer ind efter deoxygenering, afkøling og vandfiltrering:
1) Arbejdsstatus: Forarbejdningsgasvolumenet er ved fuld kapacitet, varmelegemet inde i tørretumbleren fungerer ikke, og mediet er rå brintgas, der ikke er blevet dehydreret;
Den anden tørretumbler, der kommer ind, er placeret på:
2) Regenereringstilstand: 20 % gasvolumen: Regenereringstilstanden omfatter opvarmningstrin og blæse- og køletrin;
Opvarmningstrin – varmelegemet i tørretumbleren fungerer og stopper automatisk opvarmningen, når den øvre temperatur når den indstillede værdi, eller opvarmningstiden når den indstillede værdi.
Kølefase – Når tørretumbleren er stoppet med at varme op, fortsætter luftstrømmen med at strømme gennem tørretumbleren i den oprindelige bane for at køle den ned, indtil tørretumbleren skifter til driftstilstand; Når tørretumbleren er i regenereringsfasen, er mediet dehydreret tør hydrogengas;
Den tredje tørretumbler, der kommer ind, er placeret på:
3) Adsorptionstilstand: Forarbejdningsgasvolumenet er 20%, varmelegemet i tørretumbleren fungerer ikke, og mediet er hydrogengas til regenerering.
Opslagstidspunkt: 19. dec. 2024
