Med den ökande globala strävan efter ren energi och hållbar utveckling blir vätgas, som en effektiv och ren energibärare, gradvis alltmer allmänt känd. Som en viktig länk i vätgasindustrins kedja handlar vätreningstekniken inte bara om säkerheten och tillförlitligheten hos vätgas, utan påverkar också direkt tillämpningsområdet och de ekonomiska fördelarna med vätgas.
1. Krav för produktväte
Väte, som kemisk råvara och energibärare, har olika krav på renhet och föroreningsinnehåll i olika tillämpningsscenarier. Vid produktion av syntetisk ammoniak, metanol och andra kemiska produkter, för att förhindra katalysatorförgiftning och säkerställa produktkvalitet, måste sulfider och andra giftiga ämnen i matargasen avlägsnas i förväg för att minska föroreningsinnehållet och uppfylla kraven. Inom industriområden som metallurgi, keramik, glas och halvledare kommer vätgas i direkt kontakt med produkter, och kraven på renhet och föroreningsinnehåll är strängare. Till exempel används väte inom halvledarindustrin för processer som kristall- och substratberedning, oxidation, glödgning etc., vilka har extremt höga begränsningar för föroreningar som syre, vatten, tunga kolväten, vätesulfid etc. i väte.
2. Funktionsprincipen för deoxygenering
Under inverkan av en katalysator kan en liten mängd syre i väte reagera med väte för att producera vatten, vilket uppnår syftet med deoxygenering. Reaktionen är en exoterm reaktion, och reaktionsekvationen är följande:
2H₂+O₂ (katalysator) -2H₂O+Q
Eftersom katalysatorns sammansättning, kemiska egenskaper och kvalitet inte förändras före och efter reaktionen kan katalysatorn användas kontinuerligt utan regenerering.
Deoxideringsanordningen har en inre och en yttre cylinderstruktur, där katalysatorn är placerad mellan de yttre och inre cylindrarna. Den explosionssäkra elektriska värmekomponenten är installerad inuti den inre cylindern, och två temperatursensorer är placerade högst upp och längst ner på katalysatorpackningen för att detektera och kontrollera reaktionstemperaturen. Den yttre cylindern är insvept i ett isoleringsskikt för att förhindra värmeförlust och brännskador. Den råa väten kommer in i den inre cylindern från deoxideringsanordningens övre inlopp, värms upp av ett elektriskt värmeelement och strömmar genom katalysatorbädden nerifrån och upp. Syret i den råa väten reagerar med väten under katalysatorns inverkan för att producera vatten. Syrehalten i väten som strömmar ut från det nedre utloppet kan reduceras till under 1 ppm. Vattnet som genereras av kombinationen strömmar ut ur deoxideringsanordningen i gasform med vätgasen, kondenserar i den efterföljande vätgaskylaren, filtreras i luft-vattenseparatorn och släpps ut från systemet.
3. Torrhetens arbetsprincip
Torkning av vätgas använder adsorptionsmetoden med molekylsiktar som adsorbenter. Efter torkning kan daggpunkten för vätgasen nå under -70 ℃. Molekylsikt är en typ av aluminosilikatförening med ett kubiskt gitter, som bildar många hålrum av samma storlek inuti efter dehydrering och har en mycket stor yta. Molekylsiktar kallas molekylsiktar eftersom de kan separera molekyler med olika former, diametrar, polariteter, kokpunkter och mättnadsnivåer.
Vatten är en mycket polär molekyl, och molekylsiktar har en stark affinitet för vatten. Adsorptionen av molekylsiktar är fysisk adsorption, och när adsorptionen är mättad tar det en tid att värmas upp och regenerera innan den kan adsorberas igen. Därför ingår minst två torkare i en reningsanordning, där en arbetar medan den andra regenererar, för att säkerställa kontinuerlig produktion av daggpunktsstabil vätgas.
Torken har en inre och en yttre cylinderstruktur, där adsorbenten är laddad mellan de yttre och inre cylindrarna. Den explosionssäkra elektriska värmekomponenten är installerad inuti den inre cylindern, och två temperatursensorer är placerade högst upp och längst ner på molekylsiktspackningen för att detektera och kontrollera reaktionstemperaturen. Den yttre cylindern är insvept i ett isoleringsskikt för att förhindra värmeförlust och brännskador. Luftflödet i adsorptionstillståndet (inklusive primärt och sekundärt arbetstillstånd) och regenereringstillståndet är omvänt. I adsorptionstillståndet är det övre ändröret gasutloppet och det nedre ändröret gasinloppet. I regenereringstillståndet är det övre ändröret gasinloppet och det nedre ändröret gasutloppet. Torksystemet kan delas in i två torntorkar och tre torntorkar beroende på antalet torkar.
4. Två tornprocess
Två torkar är installerade i enheten, vilka växlar och regenererar inom en cykel (48 timmar) för att uppnå kontinuerlig drift av hela enheten. Efter torkning kan daggpunkten för väte sjunka under -60 ℃. Under en arbetscykel (48 timmar) genomgår torkarna A och B arbets- respektive regenereringstillstånd.
Under en omkopplingscykel upplever torken två tillstånd: arbetstillstånd och regenereringstillstånd.
· Regenereringstillstånd: Processgasvolymen är full gasvolym. Regenereringstillståndet inkluderar uppvärmningssteg och blåsnings-kylningssteg;
1) Uppvärmningssteg – värmaren inuti torktumlaren fungerar och stoppar automatiskt uppvärmningen när den övre temperaturen når det inställda värdet eller uppvärmningstiden når det inställda värdet;
2) Kylningsfas – Efter att torktumlaren slutat värmas fortsätter luftflödet att flöda genom torktumlaren i den ursprungliga vägen för att kyla ner den tills torktumlaren växlar till arbetsläge.
·Arbetsstatus: Processluftvolymen är vid full kapacitet och värmaren inuti torktumlaren fungerar inte.
5. Arbetsflöde med tre torn
För närvarande används tretornsprocessen i stor utsträckning. Tre torkar är installerade i anordningen, vilka innehåller torkmedel (molekylsiktar) med stor adsorptionskapacitet och god temperaturbeständighet. Tre torkar växlar mellan drift, regenerering och adsorption för att uppnå kontinuerlig drift av hela anordningen. Efter torkning kan daggpunkten för vätgas sjunka under -70 ℃.
Under en omkopplingscykel går torken igenom tre tillstånd: drift, adsorption och regenerering. För varje tillstånd finns den första torken där den råa vätgasen kommer in efter deoxygenering, kylning och vattenfiltrering:
1) Arbetsstatus: Processgasvolymen är vid full kapacitet, värmaren inuti torken fungerar inte och mediet är rå vätgas som inte har dehydrerats;
Den andra torktumlaren som går in finns på:
2) Regenereringstillstånd: 20 % gasvolym: Regenereringstillståndet inkluderar uppvärmningssteg och blåsnings- och kylningssteg;
Uppvärmningssteg – värmaren inuti torktumlaren fungerar och stoppar automatiskt uppvärmningen när den övre temperaturen når det inställda värdet eller uppvärmningstiden når det inställda värdet;
Kylningssteg – Efter att torken slutat värma fortsätter luftflödet att flöda genom torken i den ursprungliga vägen för att kyla ner den tills torken växlar till arbetsläge; När torken är i regenereringssteget är mediet dehydrerad torr vätgas;
Den tredje torktumlaren som går in finns på:
3) Adsorptionstillstånd: Processgasvolymen är 20 %, värmaren i torken fungerar inte och mediet är vätgas för regenerering.
Publiceringstid: 19 dec 2024
