Са све већом глобалном тежњом ка чистој енергији и одрживом развоју, водонична енергија, као ефикасан и чист носилац енергије, постепено улази у видокруг људи. Као кључна карика у ланцу индустрије водоничне енергије, технологија пречишћавања водоника не само да се тиче безбедности и поузданости водоничне енергије, већ и директно утиче на обим примене и економске користи водоничне енергије.
1. Захтеви за производ водоник
Водоник, као хемијска сировина и носилац енергије, има различите захтеве за чистоћу и садржај нечистоћа у различитим сценаријима примене. У производњи синтетичког амонијака, метанола и других хемијских производа, како би се спречило тровање катализатора и осигурао квалитет производа, сулфиди и друге токсичне супстанце у доводном гасу морају се претходно уклонити како би се смањио садржај нечистоћа и испунили захтеви. У индустријским областима као што су металургија, керамика, стакло и полупроводници, водоник долази у директан контакт са производима, а захтеви за чистоћу и садржај нечистоћа су строжи. На пример, у полупроводничкој индустрији, водоник се користи за процесе као што су припрема кристала и подлоге, оксидација, жарење итд., који имају изузетно висока ограничења у погледу нечистоћа као што су кисеоник, вода, тешки угљоводоници, водоник-сулфид итд. у водонику.
2. Принцип рада деоксигенације
Под дејством катализатора, мала количина кисеоника у водонику може реаговати са водоником и производити воду, постижући циљ деоксигенације. Реакција је егзотермна реакција, а једначина реакције је следећа:
2H ₂+O ₂ (катализатор) -2H ₂ O+Q
Пошто се састав, хемијска својства и квалитет самог катализатора не мењају пре и после реакције, катализатор се може континуирано користити без регенерације.
Деоксидатор има унутрашњу и спољашњу цилиндричну структуру, са катализатором постављеним између спољашњег и унутрашњег цилиндра. Електрична грејна компонента отпорна на експлозију је инсталирана унутар унутрашњег цилиндра, а два температурна сензора се налазе на врху и дну каталитичког паковања како би се детектовала и контролисала температура реакције. Спољашњи цилиндар је обмотан изолационим слојем како би се спречио губитак топлоте и избегле опекотине. Сирови водоник улази у унутрашњи цилиндар са горњег улаза деоксидатора, загрева се електричним грејним елементом и протиче кроз слој катализатора одоздо нагоре. Кисеоник у сировом водонику реагује са водоником под дејством катализатора и производи воду. Садржај кисеоника у водонику који излази из доњег излаза може се смањити испод 1ppm. Вода генерисана комбинацијом излази из деоксидатора у гасовитом облику са водоником, кондензује се у следећем хладњаку водоника, филтрира се у сепаратору ваздух-вода и испушта се из система.
3. Принцип рада сувоће
Сушење водоничног гаса се врши методом адсорпције, користећи молекуларна сита као адсорбенте. Након сушења, тачка росе водоничног гаса може пасти испод -70 ℃. Молекуларно сито је врста алуминосиликатног једињења са кубном решетком, које након дехидрације формира много шупљина исте величине унутра и има веома велику површину. Молекуларна сита се називају молекуларна сита јер могу да раздвоје молекуле различитих облика, пречника, поларитета, тачака кључања и нивоа засићења.
Вода је високо поларни молекул, а молекуларна сита имају јак афинитет према води. Адсорпција молекуларних сита је физичка адсорпција и када је адсорпција засићена, потребно је време да се загреје и регенерише пре него што се поново може адсорбовати. Стога су у уређај за пречишћавање укључена најмање два сушача, при чему један ради док се други регенерише, како би се осигурала континуирана производња водоничног гаса стабилног на тачки росе.
Сушач има унутрашњу и спољашњу цилиндричну структуру, са адсорбентом утовареним између спољашњег и унутрашњег цилиндра. Електрична грејна компонента отпорна на експлозију је инсталирана унутар унутрашњег цилиндра, а два температурна сензора се налазе на врху и дну молекуларног ситастог паковања како би се детектовала и контролисала температура реакције. Спољашњи цилиндар је обмотан изолационим слојем како би се спречио губитак топлоте и избегле опекотине. Проток ваздуха у стању адсорпције (укључујући примарно и секундарно радно стање) и стању регенерације је обрнут. У стању адсорпције, горња цев је излаз за гас, а доња цев је улаз за гас. У стању регенерације, горња цев је улаз за гас, а доња цев је излаз за гас. Систем сушења се може поделити на две торњеве сушаче и три торњеве сушаче према броју сушача.
4. Процес са две куле
У уређају су инсталирана два сушача, који се смењују и регенеришу у једном циклусу (48 сати) како би се постигао континуирани рад целог уређаја. Након сушења, тачка росе водоника може пасти испод -60 ℃. Током радног циклуса (48 сати), сушачи А и Б пролазе кроз радно и регенеративно стање, респективно.
У једном циклусу пребацивања, сушач доживљава два стања: радно стање и стање регенерације.
· Стање регенерације: Запремина гаса за обраду је пуна запремина гаса. Стање регенерације укључује фазу загревања и фазу хлађења дувањем;
1) Фаза загревања – грејач унутар сушаре ради и аутоматски зауставља грејање када горња температура достигне подешену вредност или време загревања достигне подешену вредност;
2) Фаза хлађења – Након што сушач престане да се греје, проток ваздуха наставља да тече кроз сушач у оригиналној путањи како би га охладио док се сушач не пребаци у радни режим.
· Радно стање: Запремина обраде ваздуха је на пуном капацитету, а грејач унутар сушаре не ради.
5. Радни ток са три куле
Тренутно се широко користи процес са три торња. У уређају су инсталирана три сушача, који садрже десиканте (молекуларна сита) са великим капацитетом адсорпције и добром отпорношћу на температуру. Три сушача наизменично раде, раде регенерацију и адсорпцију како би се постигао континуирани рад целог уређаја. Након сушења, тачка росе водоничног гаса може пасти испод -70 ℃.
Током циклуса пребацивања, сушач пролази кроз три стања: радно, адсорпционо и регенерационо. За свако стање, први сушач у који улази сирови водоник након деоксигенације, хлађења и филтрације воде налази се:
1) Радно стање: Запремина гаса за обраду је пуна, грејач унутар сушаре не ради, а медијум је сирови водоник који није дехидриран;
Други улаз у сушару се налази на адреси:
2) Стање регенерације: 20% запремине гаса: Стање регенерације укључује фазу загревања и фазу хлађења дувањем;
Фаза загревања – грејач унутар сушаре ради и аутоматски зауставља грејање када горња температура достигне подешену вредност или време загревања достигне подешену вредност;
Фаза хлађења – Након што сушач престане да се загрева, проток ваздуха наставља да тече кроз сушач у оригиналној путањи да би га охладио док се сушач не пребаци у режим рада; Када је сушач у фази регенерације, медијум је дехидрирани суви водоник;
Трећи улаз у сушару се налази на адреси:
3) Стање адсорпције: Запремина гаса за обраду је 20%, грејач у сушачи не ради, а медијум је водоник за регенерацију.
Време објаве: 19. децембар 2024.
