Puhtaan energian ja kestävän kehityksen maailmanlaajuisen pyrkimyksen kasvaessa vetyenergia tehokkaana ja puhtaana energiankantajana on vähitellen tulossa ihmisten visioon. Vetyenergiateollisuuden ketjun keskeisenä lenkkinä vedynpuhdistustekniikka ei ainoastaan koske vetyenergian turvallisuutta ja luotettavuutta, vaan vaikuttaa myös suoraan vetyenergian sovellusalaan ja taloudellisiin hyötyihin.
1. Tuotevetyä koskevat vaatimukset
Vedyllä, kemiallisena raaka-aineena ja energiankantajana, on erilaiset puhtaus- ja epäpuhtauspitoisuusvaatimukset eri sovellustilanteissa. Synteettisen ammoniakin, metanolin ja muiden kemiallisten tuotteiden tuotannossa katalyytin myrkytyksen estämiseksi ja tuotteen laadun varmistamiseksi syöttökaasun sulfidit ja muut myrkylliset aineet on poistettava etukäteen epäpuhtauspitoisuuden vähentämiseksi vaatimusten täyttämiseksi. Teollisuuden aloilla, kuten metallurgiassa, keramiikassa, lasissa ja puolijohteissa, vetykaasu joutuu suoraan kosketuksiin tuotteiden kanssa, ja puhtaus- ja epäpuhtauspitoisuusvaatimukset ovat tiukemmat. Esimerkiksi puolijohdeteollisuudessa vetyä käytetään prosesseissa, kuten kiteiden ja substraattien valmistuksessa, hapetuksessa, hehkuttamisessa jne., joissa on erittäin korkeat rajoitukset vedyn epäpuhtauksille, kuten hapelle, vedelle, raskaille hiilivedyille, rikkivedylle jne.
2. Hapenpoiston toimintaperiaate
Katalyytin vaikutuksesta pieni määrä vedyssä olevaa happea voi reagoida vedyn kanssa muodostaen vettä, jolloin saavutetaan hapettumisen tarkoitus. Reaktio on eksoterminen reaktio, ja reaktioyhtälö on seuraava:
2H₂+O₂ (katalyytti) -2H₂ O+Q
Koska katalyytin koostumus, kemialliset ominaisuudet ja laatu eivät muutu ennen reaktiota eivätkä sen jälkeen, katalyyttiä voidaan käyttää jatkuvasti ilman regenerointia.
Deoksidipoistolaitteessa on sisä- ja ulkosylinterirakenne, ja katalyytti on ladattu ulomman ja sisemmän sylinterin väliin. Räjähdyssuojattu sähkölämmityskomponentti on asennettu sisemmän sylinterin sisään, ja katalyytin pakkauksen ylä- ja alaosassa on kaksi lämpötila-anturia reaktiolämpötilan havaitsemiseksi ja säätämiseksi. Ulompi sylinteri on päällystetty eristekerroksella lämpöhäviöiden estämiseksi ja palovammojen välttämiseksi. Raakavety tulee sisempään sylinteriin deoksidipoistimen ylemmästä sisääntulosta, sitä lämmitetään sähköisellä lämmityselementillä ja se virtaa katalyyttipedin läpi alhaalta ylöspäin. Raakavedyn happi reagoi vedyn kanssa katalyytin vaikutuksesta ja tuottaa vettä. Alemmasta ulostulosta ulos virtaavan vedyn happipitoisuus voidaan vähentää alle 1 ppm:ään. Yhdistelmän tuottama vesi virtaa deoksidipoistolaitteesta kaasumaisena vetykaasun kanssa, tiivistyy seuraavassa vetyjäähdyttimessä, suodattuu ilma-vesierottimessa ja poistuu järjestelmästä.
3. Kuivuuden toimintaperiaate
Vetykaasun kuivaus tapahtuu adsorptiomenetelmällä käyttäen molekyyliseuloja adsorbentteina. Kuivauksen jälkeen vetykaasun kastepiste voi laskea alle -70 ℃:n. Molekyyliseula on kuutiollinen alumiinisilikaattiyhdiste, jonka sisään muodostuu kuivumisen jälkeen useita saman kokoisia onteloita ja jonka pinta-ala on erittäin suuri. Molekyyliseuloja kutsutaan molekyyliseuloiksi, koska ne pystyvät erottamaan erimuotoisia, -halkaisijoita, -polaarisuuksia, -kiehumispisteitä ja -kyllästymisasteita omaavia molekyylejä.
Vesi on erittäin polaarinen molekyyli, ja molekyyliseuloilla on voimakas affiniteetti veteen. Molekyyliseulojen adsorptio on fysikaalista adsorptiota, ja kun adsorptio on kyllästynyt, sen lämpeneminen ja regeneroituminen vie tietyn ajan ennen kuin se voidaan adsorboida uudelleen. Siksi puhdistuslaitteeseen kuuluu vähintään kaksi kuivainta, joista toinen toimii toisen regeneroituessa, jotta kastepistestabiilin vetykaasun jatkuva tuotanto varmistetaan.
Kuivausrummussa on sisä- ja ulkosylinterirakenne, jossa adsorbentti on ladattu ulko- ja sisäsylinterien väliin. Räjähdyssuojattu sähkölämmityskomponentti on asennettu sisäsylinterin sisään, ja kaksi lämpötila-anturia sijaitsee molekyyliseulapakkauksen ylä- ja alaosassa reaktiolämpötilan havaitsemiseksi ja säätämiseksi. Ulkosylinteri on päällystetty eristekerroksella lämpöhäviöiden estämiseksi ja palovammojen välttämiseksi. Ilman virtaus adsorptiotilassa (mukaan lukien ensisijainen ja toissijainen toimintatila) ja regenerointitilassa on päinvastainen. Adsorptiotilassa ylempi putki on kaasun ulostulo ja alempi putki on kaasun sisääntulo. Regenerointitilassa ylempi putki on kaasun sisääntulo ja alempi putki on kaasun ulostulo. Kuivausjärjestelmä voidaan jakaa kahteen ja kolmeen tornikuivaajaan kuivaajien lukumäärän mukaan.
4. Kaksi torniprosessia
Laitteeseen on asennettu kaksi kuivainta, jotka vuorottelevat ja regeneroivat yhden syklin (48 tuntia) aikana koko laitteen jatkuvan toiminnan saavuttamiseksi. Kuivauksen jälkeen vedyn kastepiste voi laskea alle -60 ℃:n. Työsyklin (48 tuntia) aikana kuivaimet A ja B ovat vastaavasti työ- ja regenerointitilassa.
Yhden kytkentäjakson aikana kuivausrumpu on kahdessa tilassa: toimintatilassa ja regenerointitilassa.
·Regenerointitila: Käsittelykaasun tilavuus on täysi kaasutilavuus. Regenerointitilaan kuuluvat lämmitysvaihe ja puhallusjäähdytysvaihe.
1) Lämmitysvaihe – kuivurin sisällä oleva lämmitin toimii ja lopettaa lämmityksen automaattisesti, kun ylälämpötila saavuttaa asetetun arvon tai lämmitysaika saavuttaa asetetun arvon;
2) Jäähdytysvaihe – Kun kuivausrumpu lopettaa lämmityksen, ilmavirta jatkaa virtausta kuivausrummun läpi alkuperäistä reittiä jäähdyttäen sitä, kunnes kuivausrumpu kytkeytyy toimintatilaan.
·Toimintatila: Käsittelyilman tilavuus on täydellä teholla, eikä kuivaimen sisällä oleva lämmitin toimi.
5. Kolmen tornin työnkulku
Tällä hetkellä kolmen tornin prosessia käytetään laajalti. Laitteeseen on asennettu kolme kuivainta, jotka sisältävät suuren adsorptiokyvyn ja hyvän lämmönkeston omaavia kuivausaineita (molekyyliseuloja). Kolme kuivainta vuorottelevat toiminnan, regeneroinnin ja adsorption välillä, jotta koko laite toimisi jatkuvasti. Kuivauksen jälkeen vetykaasun kastepiste voi laskea alle -70 ℃:n.
Kytkentäsyklin aikana kuivain käy läpi kolme tilaa: toiminta, adsorptio ja regenerointi. Jokaisessa tilassa sijaitsee ensimmäinen kuivain, johon raakavetykaasu tulee hapenpoiston, jäähdytyksen ja veden suodatuksen jälkeen:
1) Toimintatila: Käsittelykaasun tilavuus on täydellä teholla, kuivaimen sisällä oleva lämmitin ei toimi ja väliaine on raakaa vetykaasua, jota ei ole kuivattu;
Kuivausrummun toinen sisäänkäynti sijaitsee osoitteessa:
2) Regenerointitila: 20 % kaasun tilavuudesta: Regenerointitila sisältää lämmitysvaiheen ja puhallusjäähdytysvaiheen;
Lämmitysvaihe – kuivurin sisällä oleva lämmitin toimii ja lopettaa lämmityksen automaattisesti, kun ylälämpötila saavuttaa asetetun arvon tai lämmitysaika saavuttaa asetetun arvon;
Jäähdytysvaihe – Kun kuivausrumpu on lopettanut lämmityksen, ilmavirtaus jatkaa virtausta kuivaimen läpi alkuperäistä reittiä jäähdyttäen sitä, kunnes kuivausrumpu kytkeytyy toimintatilaan. Kun kuivausrumpu on regenerointivaiheessa, väliaineena on dehydratoitua vetykaasua.
Kolmannen kuivurin sisäänkäynti sijaitsee osoitteessa:
3) Adsorptiotila: Käsittelykaasun tilavuus on 20 %, kuivaimen lämmitin ei toimi ja väliaine on vetykaasua regenerointia varten.
Julkaisun aika: 19.12.2024
