Temiz enerji ve sürdürülebilir kalkınmaya yönelik artan küresel arayışla birlikte, verimli ve temiz bir enerji taşıyıcısı olarak hidrojen enerjisi, yavaş yavaş insanların vizyonuna giriyor. Hidrojen enerjisi endüstri zincirinin önemli bir halkası olan hidrojen arıtma teknolojisi, yalnızca hidrojen enerjisinin güvenliği ve güvenilirliği ile ilgili olmakla kalmaz, aynı zamanda hidrojen enerjisinin uygulama kapsamını ve ekonomik faydalarını da doğrudan etkiler.
1. Hidrojen ürünü için gereklilikler
Hidrojen, kimyasal bir hammadde ve enerji taşıyıcısı olarak, farklı uygulama senaryolarında saflık ve safsızlık içeriği açısından farklı gereksinimlere sahiptir. Sentetik amonyak, metanol ve diğer kimyasal ürünlerin üretiminde, katalizör zehirlenmesini önlemek ve ürün kalitesini sağlamak amacıyla, gereksinimleri karşılamak için safsızlık içeriğini azaltmak amacıyla besleme gazındaki sülfitler ve diğer toksik maddelerin önceden uzaklaştırılması gerekir. Metalurji, seramik, cam ve yarı iletkenler gibi endüstriyel alanlarda hidrojen gazı ürünlerle doğrudan temas eder ve saflık ve safsızlık içeriğine ilişkin gereksinimler daha sıkıdır. Örneğin, yarı iletken endüstrisinde hidrojen, hidrojendeki oksijen, su, ağır hidrokarbonlar, hidrojen sülfür vb. safsızlıklar konusunda son derece yüksek sınırlamalara sahip olan kristal ve substrat hazırlama, oksidasyon, tavlama vb. işlemler için kullanılır.
2. Deoksijenasyonun çalışma prensibi
Bir katalizörün etkisi altında, hidrojendeki az miktarda oksijen, hidrojen ile reaksiyona girerek su üretebilir ve deoksijenasyon amacına ulaşabilir. Reaksiyon ekzotermik bir reaksiyondur ve reaksiyon denklemi aşağıdaki gibidir:
2H ₂+O ₂ (katalizör) -2H ₂ O+Q
Katalizörün bileşimi, kimyasal özellikleri ve kalitesi reaksiyondan önce ve sonra değişmediğinden, katalizör rejenerasyona gerek kalmadan sürekli olarak kullanılabilir.
Oksijen giderici, katalizörün dış ve iç silindirler arasına yüklendiği bir iç ve dış silindir yapısına sahiptir. Patlamaya dayanıklı elektrikli ısıtma bileşeni iç silindirin içine yerleştirilmiştir ve reaksiyon sıcaklığını tespit etmek ve kontrol etmek için katalizör paketinin üst ve alt kısmına iki sıcaklık sensörü yerleştirilmiştir. Dış silindir, ısı kaybını önlemek ve yanıkları önlemek için yalıtım katmanıyla sarılır. Ham hidrojen, deoksidantörün üst girişinden iç silindire girer, elektrikli bir ısıtma elemanı tarafından ısıtılır ve katalizör yatağından aşağıdan yukarıya doğru akar. Ham hidrojendeki oksijen, katalizörün etkisi altında hidrojenle reaksiyona girerek su üretir. Alt çıkıştan çıkan hidrojendeki oksijen içeriği 1 ppm'in altına düşürülebilir. Kombinasyonla üretilen su, hidrojen gazıyla birlikte gaz halindeki deoksidantatörden dışarı akar, ardından gelen hidrojen soğutucusunda yoğunlaşır, hava-su ayırıcısında filtrelenir ve sistemden boşaltılır.
3. Kuruluk çalışma prensibi
Hidrojen gazının kurutulması, adsorban olarak moleküler eleklerin kullanıldığı adsorpsiyon yöntemini benimser. Kuruduktan sonra hidrojen gazının çiğlenme noktası -70 ° C'nin altına ulaşabilir. Moleküler elek, dehidrasyondan sonra içeride aynı boyutta birçok boşluk oluşturan ve çok geniş bir yüzey alanına sahip olan kübik kafesli bir tür alüminosilikat bileşiğidir. Moleküler elekler farklı şekillere, çaplara, polaritelere, kaynama noktalarına ve doyma seviyelerine sahip molekülleri ayırabildiğinden moleküler elekler olarak adlandırılır.
Su oldukça polar bir moleküldür ve moleküler eleklerin suya karşı güçlü bir ilgisi vardır. Moleküler eleklerin adsorpsiyonu fiziksel adsorpsiyondur ve adsorpsiyon doyduğunda, tekrar adsorbe edilebilmesi için ısınması ve yenilenmesi bir süre alır. Bu nedenle, çiğlenme noktasında stabil hidrojen gazının sürekli üretimini sağlamak için biri çalışırken diğeri yenilenen en az iki kurutucu bir arıtma cihazına dahil edilir.
Kurutucu, adsorbanın dış ve iç silindirler arasına yüklendiği bir iç ve dış silindir yapısına sahiptir. Patlamaya dayanıklı elektrikli ısıtma bileşeni iç silindirin içine yerleştirilmiştir ve reaksiyon sıcaklığını tespit etmek ve kontrol etmek için moleküler elek paketinin üst ve alt kısmına iki sıcaklık sensörü yerleştirilmiştir. Dış silindir, ısı kaybını önlemek ve yanıkları önlemek için yalıtım katmanıyla sarılır. Adsorpsiyon durumundaki (birincil ve ikincil çalışma durumları dahil) ve rejenerasyon durumundaki hava akışı tersine çevrilir. Adsorpsiyon durumunda üst uçtaki boru gaz çıkışı, alt uçtaki boru ise gaz girişidir. Rejenerasyon durumunda üst uçtaki boru gaz girişi, alt uçtaki boru ise gaz çıkışıdır. Kurutma sistemi, kurutucu sayısına göre iki kuleli kurutucuya ve üç kuleli kurutucuya bölünebilir.
4.İki kule süreci
Cihaza, tüm cihazın sürekli çalışmasını sağlamak için bir döngüde (48 saat) dönüşümlü ve yenilenen iki kurutucu yerleştirilmiştir. Kuruduktan sonra hidrojenin çiğlenme noktası -60 ° C'nin altına ulaşabilir. Bir çalışma döngüsü sırasında (48 saat), A ve B kurutucuları sırasıyla çalışma ve yenilenme durumlarına girer.
Bir anahtarlama döngüsünde kurutucu iki durumu deneyimler: çalışma durumu ve rejenerasyon durumu.
·Rejenerasyon durumu: İşleme gazı hacmi tam gaz hacmidir. Rejenerasyon durumu, ısıtma aşamasını ve üflemeli soğutma aşamasını içerir;
1) Isıtma aşaması – kurutucunun içindeki ısıtıcı çalışır ve üst sıcaklık ayarlanan değere ulaştığında veya ısıtma süresi ayarlanan değere ulaştığında ısıtmayı otomatik olarak durdurur;
2) Soğutma aşaması – Kurutucu ısıtmayı durdurduktan sonra, kurutucu çalışma moduna geçene kadar hava akışı, kurutucuyu soğutmak için orijinal yolundan kurutucunun içinden akmaya devam eder.
·Çalışma durumu: İşleme havası hacmi tam kapasitede ve kurutucunun içindeki ısıtıcı çalışmıyor.
5.Üç kule iş akışı
Şu anda üç kule işlemi yaygın olarak kullanılmaktadır. Cihaza, büyük adsorpsiyon kapasitesine ve iyi sıcaklık direncine sahip kurutucular (moleküler elekler) içeren üç kurutucu monte edilmiştir. Tüm cihazın sürekli çalışmasını sağlamak için üç kurutucu çalışma, rejenerasyon ve adsorpsiyon arasında geçiş yapar. Kuruduktan sonra hidrojen gazının çiğlenme noktası -70 ° C'nin altına ulaşabilir.
Bir anahtarlama döngüsü sırasında kurutucu üç durumdan geçer: çalışma, adsorpsiyon ve rejenerasyon. Her durum için, ham hidrojen gazının deoksijenasyon, soğutma ve su filtreleme sonrasında girdiği ilk kurutucu bulunur:
1) Çalışma durumu: İşleme gazı hacmi tam kapasitede, kurutucunun içindeki ısıtıcı çalışmıyor ve ortam, kurutulmamış ham hidrojen gazıdır;
Giren ikinci kurutucu şu adreste bulunur:
2) Rejenerasyon durumu: %20 gaz hacmi: Rejenerasyon durumu, ısıtma aşamasını ve üflemeli soğutma aşamasını içerir;
Isıtma aşaması – kurutucunun içindeki ısıtıcı çalışır ve üst sıcaklık ayarlanan değere ulaştığında veya ısıtma süresi ayarlanan değere ulaştığında ısıtmayı otomatik olarak durdurur;
Soğutma aşaması – Kurutucu ısıtmayı durdurduktan sonra, kurutucu çalışma moduna geçene kadar hava akışı, kurutucuyu soğutmak için orijinal yolundan kurutucunun içinden akmaya devam eder; Kurutucu rejenerasyon aşamasındayken, ortam dehidre edilmiş kuru hidrojen gazıdır;
Üçüncü kurutucunun girişi şu adreste bulunmaktadır:
3)Adsorpsiyon durumu: İşleme gazı hacmi %20'dir, kurutucudaki ısıtıcı çalışmıyor ve ortam, rejenerasyon için hidrojen gazıdır.
Gönderim zamanı: 19 Aralık 2024
