دستگاه تصفیه هیدروژن آب الکترولیتی

با افزایش تلاش جهانی برای انرژی پاک و توسعه پایدار، انرژی هیدروژنی به عنوان یک حامل انرژی کارآمد و پاک به تدریج وارد چشم انداز مردم می شود. به عنوان یک حلقه کلیدی در زنجیره صنعت انرژی هیدروژن، فناوری تصفیه هیدروژن نه تنها به ایمنی و قابلیت اطمینان انرژی هیدروژن مربوط می شود، بلکه مستقیماً بر دامنه کاربرد و مزایای اقتصادی انرژی هیدروژن تأثیر می گذارد.

1. الزامات هیدروژن محصول

هیدروژن به عنوان یک ماده خام شیمیایی و حامل انرژی، دارای الزامات متفاوتی برای خلوص و محتوای ناخالصی در سناریوهای کاربردی مختلف است. در تولید آمونیاک مصنوعی، متانول و سایر محصولات شیمیایی، به منظور جلوگیری از مسمومیت کاتالیست و اطمینان از کیفیت محصول، سولفیدها و سایر مواد سمی موجود در گاز خوراک باید از قبل حذف شوند تا محتوای ناخالصی کاهش یابد تا نیازها برآورده شود. در زمینه های صنعتی مانند متالورژی، سرامیک، شیشه و نیمه هادی ها، گاز هیدروژن مستقیماً با محصولات تماس پیدا می کند و الزامات خلوص و محتوای ناخالصی سختگیرانه تر است. به عنوان مثال در صنعت نیمه هادی از هیدروژن برای فرآیندهایی مانند آماده سازی کریستال و بستر، اکسیداسیون، بازپخت و غیره استفاده می شود که محدودیت های بسیار بالایی در ناخالصی هایی مانند اکسیژن، آب، هیدروکربن های سنگین، سولفید هیدروژن و غیره در هیدروژن دارند.

2. اصل کار اکسیژن زدایی

تحت عمل یک کاتالیزور، مقدار کمی از اکسیژن موجود در هیدروژن می تواند با هیدروژن واکنش داده و آب تولید کند و به هدف اکسیژن زدایی دست یابد. واکنش یک واکنش گرمازا است و معادله واکنش به شرح زیر است:

2H2+O2 (کاتالیزور) -2H2O+Q

از آنجایی که ترکیب، خواص شیمیایی و کیفیت خود کاتالیزور قبل و بعد از واکنش تغییر نمی کند، می توان از کاتالیزور به طور مداوم و بدون بازسازی استفاده کرد.

دی اکسید کننده دارای ساختار سیلندر داخلی و خارجی است که کاتالیزور بین سیلندرهای بیرونی و داخلی بارگذاری می شود. جزء گرمایش الکتریکی ضد انفجار در داخل سیلندر داخلی نصب شده است و دو سنسور دما در بالا و پایین بسته بندی کاتالیزور برای تشخیص و کنترل دمای واکنش قرار دارند. سیلندر بیرونی با لایه عایق پیچیده شده است تا از اتلاف گرما و جلوگیری از سوختگی جلوگیری شود. هیدروژن خام از ورودی بالایی دی اکسیدکننده وارد سیلندر داخلی می شود، توسط یک عنصر گرمایش الکتریکی گرم می شود و از پایین به بالا در بستر کاتالیزور جریان می یابد. اکسیژن موجود در هیدروژن خام تحت اثر کاتالیزور با هیدروژن واکنش داده و آب تولید می کند. محتوای اکسیژن در هیدروژنی که از خروجی پایینی خارج می شود را می توان به کمتر از 1ppm کاهش داد. آب تولید شده توسط این ترکیب به صورت گازی با گاز هیدروژن از دی اکسید کننده خارج می شود، در خنک کننده هیدروژن بعدی متراکم می شود، در جداکننده هوا و آب فیلتر می شود و از سیستم تخلیه می شود.

3.اصل کار خشکی

خشک کردن گاز هیدروژن از روش جذب با استفاده از غربال های مولکولی به عنوان جاذب استفاده می کند. پس از خشک شدن، نقطه شبنم گاز هیدروژن می تواند به زیر -70 ℃ برسد. الک مولکولی نوعی ترکیب آلومینوسیلیکات با شبکه مکعبی است که پس از آبگیری حفره های زیادی به یک اندازه در داخل ایجاد می کند و سطح بسیار زیادی دارد. غربال‌های مولکولی را غربال‌های مولکولی می‌گویند زیرا می‌توانند مولکول‌هایی را با شکل، قطر، قطبیت، نقطه جوش و سطوح اشباع متفاوت جدا کنند.

آب یک مولکول بسیار قطبی است و غربال های مولکولی تمایل زیادی به آب دارند. جذب الک های مولکولی، جذب فیزیکی است و زمانی که جذب اشباع می شود، مدت زمانی طول می کشد تا گرم شود و دوباره تولید شود تا بتواند دوباره جذب شود. بنابراین، حداقل دو خشک کن در یک دستگاه تصفیه گنجانده شده است که یکی کار می کند در حالی که دیگری بازسازی می شود تا از تولید مداوم گاز هیدروژن پایدار نقطه شبنم اطمینان حاصل شود.

خشک کن دارای ساختار سیلندر داخلی و خارجی است که جاذب بین سیلندر بیرونی و داخلی بارگذاری می شود. جزء گرمایش الکتریکی ضد انفجار در داخل سیلندر داخلی نصب شده است و دو سنسور دما در بالا و پایین بسته بندی غربال مولکولی برای تشخیص و کنترل دمای واکنش قرار دارند. سیلندر بیرونی با لایه عایق پیچیده شده است تا از اتلاف گرما و جلوگیری از سوختگی جلوگیری شود. جریان هوا در حالت جذب (شامل حالت کار اولیه و ثانویه) و حالت بازسازی معکوس می شود. در حالت جذب، لوله انتهای بالایی خروجی گاز و لوله انتهایی پایینی ورودی گاز است. در حالت بازسازی، لوله انتهای بالایی ورودی گاز و لوله انتهایی پایینی خروجی گاز است. سیستم خشک کن را می توان با توجه به تعداد خشک کن ها به دو برج خشک کن و سه برج خشک کن تقسیم کرد.

4. فرآیند دو برج

دو خشک کن در دستگاه تعبیه شده است که در یک چرخه (48 ساعت) به طور متناوب و احیا می شوند تا عملکرد مداوم کل دستگاه حاصل شود. پس از خشک شدن، نقطه شبنم هیدروژن می تواند به زیر -60 ℃ برسد. در طول یک چرخه کاری (48 ساعت)، خشک کن های A و B به ترتیب تحت حالت کار و احیا قرار می گیرند.

در یک چرخه سوئیچینگ، خشک کن دو حالت را تجربه می کند: حالت کار و حالت بازسازی.

· حالت بازسازی: حجم گاز پردازشی حجم گاز کامل است. حالت بازسازی شامل مرحله گرمایش و مرحله خنک کننده دمیدن است.

1) مرحله گرمایش - بخاری داخل خشک کن کار می کند و هنگامی که دمای بالا به مقدار تنظیم شده یا زمان گرمایش به مقدار تنظیم شده برسد، به طور خودکار گرمایش را متوقف می کند.

2) مرحله خنک کننده - پس از اینکه خشک کن گرمایش را متوقف کرد، جریان هوا از طریق خشک کن در مسیر اصلی به جریان می افتد تا خنک شود تا زمانی که خشک کن به حالت کار تبدیل شود.

· وضعیت کار: حجم هوای پردازش در ظرفیت کامل است و بخاری داخل خشک کن کار نمی کند.

5. گردش کار سه برج

در حال حاضر، فرآیند سه برج به طور گسترده ای استفاده می شود. سه خشک کن در دستگاه تعبیه شده است که حاوی مواد خشک کن (الک مولکولی) با ظرفیت جذب بالا و مقاومت دمایی خوب است. سه خشک کن به طور متناوب بین عملیات، بازسازی و جذب برای دستیابی به عملکرد مداوم کل دستگاه. پس از خشک شدن، نقطه شبنم گاز هیدروژن می تواند به زیر -70 ℃ برسد.

در طول چرخه سوئیچینگ، خشک کن سه حالت را طی می کند: کار، جذب و بازسازی. برای هر حالت، اولین خشک کن که گاز هیدروژن خام پس از اکسیژن زدایی، خنک سازی و فیلتراسیون آب وارد آن می شود قرار دارد:

1) وضعیت کار: حجم گاز پردازش در ظرفیت کامل است، بخاری داخل خشک کن کار نمی کند، و محیط گاز هیدروژن خام است که آب نشده است.

ورودی دوم خشک کن در آدرس زیر قرار دارد:

2) حالت بازسازی: 20٪ حجم گاز: حالت بازسازی شامل مرحله گرمایش و مرحله خنک کننده دمیدن است.

مرحله گرمایش - بخاری داخل خشک کن کار می کند و هنگامی که دمای بالا به مقدار تنظیم شده یا زمان گرمایش به مقدار تنظیم شده برسد، به طور خودکار گرمایش را متوقف می کند.

مرحله خنک کننده - پس از توقف گرمایش خشک کن، جریان هوا از طریق خشک کن در مسیر اصلی به جریان می افتد تا خنک شود تا زمانی که خشک کن به حالت کار تبدیل شود. هنگامی که خشک کن در مرحله بازسازی است، محیط گاز هیدروژن خشک کم آب است.

سومین ورودی خشک کن در آدرس زیر قرار دارد:

3) حالت جذب: حجم گاز پردازش 20٪ است، بخاری در خشک کن کار نمی کند، و محیط گاز هیدروژن برای بازسازی است.