با افزایش توجه جهانی به انرژی پاک و توسعه پایدار، انرژی هیدروژن، به عنوان یک حامل انرژی کارآمد و پاک، به تدریج در دیدگاه مردم قرار می‌گیرد. به عنوان یک حلقه کلیدی در زنجیره صنعت انرژی هیدروژن، فناوری تصفیه هیدروژن نه تنها به ایمنی و قابلیت اطمینان انرژی هیدروژن مربوط می‌شود، بلکه مستقیماً بر دامنه کاربرد و مزایای اقتصادی انرژی هیدروژن نیز تأثیر می‌گذارد.
۱. الزامات مربوط به هیدروژن محصول
هیدروژن، به عنوان یک ماده اولیه شیمیایی و حامل انرژی، در سناریوهای کاربردی مختلف، الزامات متفاوتی برای خلوص و محتوای ناخالصی دارد. در تولید آمونیاک مصنوعی، متانول و سایر محصولات شیمیایی، برای جلوگیری از مسمومیت کاتالیزور و اطمینان از کیفیت محصول، سولفیدها و سایر مواد سمی موجود در گاز خوراک باید از قبل حذف شوند تا محتوای ناخالصی برای برآورده کردن الزامات کاهش یابد. در زمینه‌های صنعتی مانند متالورژی، سرامیک، شیشه و نیمه‌رساناها، گاز هیدروژن در تماس مستقیم با محصولات قرار می‌گیرد و الزامات مربوط به خلوص و محتوای ناخالصی سختگیرانه‌تر است. به عنوان مثال، در صنعت نیمه‌رساناها، هیدروژن برای فرآیندهایی مانند آماده‌سازی کریستال و زیرلایه، اکسیداسیون، آنیل و غیره استفاده می‌شود که محدودیت‌های بسیار بالایی در مورد ناخالصی‌هایی مانند اکسیژن، آب، هیدروکربن‌های سنگین، سولفید هیدروژن و غیره در هیدروژن دارند.
۲. اصل کار اکسیژن‌زدایی
تحت عمل یک کاتالیزور، مقدار کمی اکسیژن موجود در هیدروژن می‌تواند با هیدروژن واکنش داده و آب تولید کند و به هدف اکسیژن‌زدایی دست یابد. این واکنش یک واکنش گرمازا است و معادله واکنش به شرح زیر است:
2H₂+O₂ (کاتالیزور) -2H₂ O+Q
از آنجا که ترکیب، خواص شیمیایی و کیفیت خود کاتالیزور قبل و بعد از واکنش تغییر نمی‌کند، کاتالیزور می‌تواند بدون نیاز به بازسازی به طور مداوم مورد استفاده قرار گیرد.
اکسیدزدا دارای ساختار سیلندر داخلی و خارجی است و کاتالیزور بین سیلندرهای خارجی و داخلی قرار دارد. قطعه گرمایش الکتریکی ضد انفجار در داخل سیلندر داخلی نصب شده است و دو حسگر دما در بالا و پایین بسته کاتالیزور قرار دارند تا دمای واکنش را تشخیص داده و کنترل کنند. سیلندر خارجی با لایه عایق پوشانده شده است تا از اتلاف گرما و سوختگی جلوگیری شود. هیدروژن خام از ورودی بالایی اکسیدزدا وارد سیلندر داخلی می‌شود، توسط یک المنت گرمایش الکتریکی گرم می‌شود و از پایین به بالا از بستر کاتالیزور جریان می‌یابد. اکسیژن موجود در هیدروژن خام تحت تأثیر کاتالیزور با هیدروژن واکنش می‌دهد و آب تولید می‌کند. میزان اکسیژن موجود در هیدروژنی که از خروجی پایینی خارج می‌شود را می‌توان به کمتر از 1ppm کاهش داد. آب تولید شده توسط این ترکیب به صورت گازی با گاز هیدروژن از اکسیدزدا خارج می‌شود، در خنک‌کننده هیدروژن بعدی متراکم می‌شود، در جداکننده هوا-آب فیلتر می‌شود و از سیستم تخلیه می‌شود.
3. اصل کار خشکی
خشک کردن گاز هیدروژن با استفاده از روش جذب سطحی و با استفاده از غربال‌های مولکولی به عنوان جاذب انجام می‌شود. پس از خشک شدن، نقطه شبنم گاز هیدروژن می‌تواند به زیر -70 ℃ برسد. غربال مولکولی نوعی ترکیب آلومینوسیلیکات با شبکه مکعبی است که پس از آبگیری، حفره‌های زیادی با اندازه یکسان در داخل تشکیل می‌دهد و سطح بسیار بزرگی دارد. غربال‌های مولکولی به این دلیل غربال مولکولی نامیده می‌شوند که می‌توانند مولکول‌هایی با شکل‌ها، قطرها، قطبیت‌ها، نقاط جوش و سطوح اشباع مختلف را از هم جدا کنند.
آب یک مولکول بسیار قطبی است و غربال‌های مولکولی میل ترکیبی زیادی با آب دارند. جذب غربال‌های مولکولی از نوع جذب فیزیکی است و وقتی جذب اشباع می‌شود، مدتی طول می‌کشد تا گرم و احیا شود و دوباره جذب شود. بنابراین، حداقل دو خشک‌کن در یک دستگاه تصفیه وجود دارد که یکی در حین کار دیگری احیا می‌شود تا تولید مداوم گاز هیدروژن پایدار در نقطه شبنم تضمین شود.
خشک‌کن دارای ساختار استوانه‌ای داخلی و خارجی است که جاذب بین استوانه‌های خارجی و داخلی بارگذاری می‌شود. قطعه گرمایش الکتریکی ضد انفجار در داخل استوانه داخلی نصب شده است و دو حسگر دما در بالا و پایین بسته‌بندی غربال مولکولی قرار دارند تا دمای واکنش را تشخیص داده و کنترل کنند. استوانه خارجی با لایه عایق پوشانده شده است تا از اتلاف گرما و سوختگی جلوگیری شود. جریان هوا در حالت جذب (شامل حالت‌های کار اولیه و ثانویه) و حالت احیا برعکس می‌شود. در حالت جذب، لوله انتهای بالایی خروجی گاز و لوله انتهای پایینی ورودی گاز است. در حالت احیا، لوله انتهای بالایی ورودی گاز و لوله انتهای پایینی خروجی گاز است. سیستم خشک‌کن را می‌توان با توجه به تعداد خشک‌کن‌ها به دو خشک‌کن برجی و سه خشک‌کن برجی تقسیم کرد.
4. دو فرآیند برج
دو خشک‌کن در دستگاه نصب شده‌اند که به طور متناوب و در یک چرخه (۴۸ ساعت) برای دستیابی به عملکرد مداوم کل دستگاه، عمل احیا و بازسازی را انجام می‌دهند. پس از خشک شدن، نقطه شبنم هیدروژن می‌تواند به زیر ۶۰- درجه سانتیگراد برسد. در طول یک چرخه کاری (۴۸ ساعت)، خشک‌کن‌های A و B به ترتیب در حالت کار و احیا قرار می‌گیرند.
در یک چرخه تعویض، خشک‌کن دو حالت را تجربه می‌کند: حالت کار و حالت بازسازی.
· حالت احیا: حجم گاز فرآوری شده، حجم کامل گاز است. حالت احیا شامل مرحله گرمایش و مرحله سرمایش دمشی است.
۱) مرحله گرمایش - بخاری داخل خشک‌کن کار می‌کند و هنگامی که دمای بالا به مقدار تعیین‌شده می‌رسد یا زمان گرمایش به مقدار تعیین‌شده می‌رسد، گرمایش را به‌طور خودکار متوقف می‌کند.
۲) مرحله خنک‌سازی - پس از اینکه خشک‌کن گرمایش را متوقف کرد، جریان هوا همچنان در مسیر اصلی خود از طریق خشک‌کن جریان می‌یابد تا آن را خنک کند تا زمانی که خشک‌کن به حالت کار تغییر حالت دهد.
وضعیت کار: حجم هوای پردازشی در ظرفیت کامل است و بخاری داخل خشک کن کار نمی کند.
گردش کار برج 5.Three
در حال حاضر، فرآیند سه برج به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. سه خشک‌کن در دستگاه نصب شده است که حاوی مواد جاذب رطوبت (غربال‌های مولکولی) با ظرفیت جذب بالا و مقاومت دمایی خوب هستند. سه خشک‌کن به طور متناوب بین عملیات، احیا و جذب کار می‌کنند تا عملکرد مداوم کل دستگاه حاصل شود. پس از خشک شدن، نقطه شبنم گاز هیدروژن می‌تواند به زیر -70 ℃ برسد.
در طول یک چرخه تعویض، خشک‌کن سه حالت را طی می‌کند: کار، جذب و احیا. برای هر حالت، اولین خشک‌کنی که گاز هیدروژن خام پس از اکسیژن‌زدایی، خنک‌سازی و تصفیه آب وارد آن می‌شود، قرار دارد:
۱) وضعیت کار: حجم گاز فرآوری شده با ظرفیت کامل است، بخاری داخل خشک‌کن کار نمی‌کند و محیط، گاز هیدروژن خام است که آب آن گرفته نشده است.
ورودی خشک کن دوم در آدرس زیر قرار دارد:
۲) حالت بازسازی: ۲۰٪ حجم گاز: حالت بازسازی شامل مرحله گرمایش و مرحله خنک‌سازی با دمیدن است؛
مرحله گرمایش - بخاری داخل خشک‌کن کار می‌کند و هنگامی که دمای بالا به مقدار تعیین‌شده می‌رسد یا زمان گرمایش به مقدار تعیین‌شده می‌رسد، گرمایش را به‌طور خودکار متوقف می‌کند.
مرحله خنک‌سازی - پس از اینکه خشک‌کن گرمایش را متوقف کرد، جریان هوا همچنان در مسیر اصلی خود از طریق خشک‌کن جریان می‌یابد تا آن را خنک کند تا زمانی که خشک‌کن به حالت کار تغییر حالت دهد. هنگامی که خشک‌کن در مرحله احیا است، محیط خشک‌شده، گاز هیدروژن خشک دهیدراته شده است.
سومین ورودی خشک‌کن در آدرس زیر واقع شده است:
۳) وضعیت جذب: حجم گاز فرآوری شده ۲۰٪ است، بخاری در خشک کن کار نمی‌کند و محیط برای احیا گاز هیدروژن است.
زمان ارسال: ۱۹ دسامبر ۲۰۲۴
