Mit dem zunehmenden weltweiten Streben nach sauberer Energie und nachhaltiger Entwicklung rückt Wasserstoffenergie als effizienter und sauberer Energieträger allmählich in die Vision der Menschen. Als wichtiges Glied in der Kette der Wasserstoffenergieindustrie betrifft die Wasserstoffreinigungstechnologie nicht nur die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Wasserstoffenergie, sondern wirkt sich auch direkt auf den Anwendungsbereich und die wirtschaftlichen Vorteile der Wasserstoffenergie aus.
1.Anforderungen an Produktwasserstoff
Wasserstoff als chemischer Rohstoff und Energieträger stellt in verschiedenen Anwendungsszenarien unterschiedliche Anforderungen an Reinheit und Verunreinigungsgehalt. Bei der Herstellung von synthetischem Ammoniak, Methanol und anderen chemischen Produkten müssen Sulfide und andere giftige Substanzen im Speisegas vorab entfernt werden, um eine Katalysatorvergiftung zu verhindern und die Produktqualität sicherzustellen, um den Verunreinigungsgehalt entsprechend den Anforderungen zu reduzieren. In Industriebereichen wie der Metallurgie, Keramik, Glas und Halbleiter kommt Wasserstoffgas in direkten Kontakt mit Produkten und die Anforderungen an Reinheit und Verunreinigungsgehalt sind strenger. In der Halbleiterindustrie wird Wasserstoff beispielsweise für Prozesse wie Kristall- und Substratvorbereitung, Oxidation, Glühen usw. verwendet, bei denen extrem hohe Einschränkungen hinsichtlich Verunreinigungen wie Sauerstoff, Wasser, schwere Kohlenwasserstoffe, Schwefelwasserstoff usw. im Wasserstoff gelten
2. Das Funktionsprinzip der Desoxygenierung
Unter der Wirkung eines Katalysators kann eine kleine Menge Sauerstoff im Wasserstoff mit Wasserstoff reagieren, um Wasser zu erzeugen, wodurch der Zweck der Sauerstoffentzugung erreicht wird. Die Reaktion ist eine exotherme Reaktion und die Reaktionsgleichung lautet wie folgt:
2H ₂+O ₂ (Katalysator) -2H ₂ O+Q
Da sich die Zusammensetzung, die chemischen Eigenschaften und die Qualität des Katalysators selbst vor und nach der Reaktion nicht ändern, kann der Katalysator kontinuierlich ohne Regeneration verwendet werden.
Der Desoxidator hat eine innere und äußere Zylinderstruktur, wobei der Katalysator zwischen den äußeren und inneren Zylindern geladen ist. Die explosionsgeschützte elektrische Heizkomponente ist im Innenzylinder installiert, und zwei Temperatursensoren befinden sich oben und unten an der Katalysatorpackung, um die Reaktionstemperatur zu erfassen und zu steuern. Der äußere Zylinder ist mit einer Isolierschicht umwickelt, um Wärmeverluste und Verbrennungen zu verhindern. Der Rohwasserstoff gelangt über den oberen Einlass des Desoxidators in den Innenzylinder, wird von einem elektrischen Heizelement erhitzt und durchströmt das Katalysatorbett von unten nach oben. Der Sauerstoff im Rohwasserstoff reagiert unter der Wirkung des Katalysators mit dem Wasserstoff zu Wasser. Der Sauerstoffgehalt im aus dem unteren Auslass ausströmenden Wasserstoff kann auf unter 1 ppm gesenkt werden. Das durch die Kombination erzeugte Wasser strömt gasförmig mit dem Wasserstoffgas aus dem Desoxidator, kondensiert im nachfolgenden Wasserstoffkühler, filtert im Luft-Wasser-Abscheider und wird aus dem System ausgetragen.
3. Funktionsprinzip der Trockenheit
Bei der Trocknung von Wasserstoffgas kommt die Adsorptionsmethode zum Einsatz, bei der Molekularsiebe als Adsorptionsmittel verwendet werden. Nach dem Trocknen kann der Taupunkt von Wasserstoffgas unter -70 °C liegen. Molekularsieb ist eine Art Alumosilikatverbindung mit kubischem Gitter, die nach der Dehydrierung viele gleich große Hohlräume im Inneren bildet und eine sehr große Oberfläche aufweist. Molekularsiebe werden Molekularsiebe genannt, weil sie Moleküle mit unterschiedlichen Formen, Durchmessern, Polaritäten, Siedepunkten und Sättigungsniveaus trennen können.
Wasser ist ein hochpolares Molekül und Molekularsiebe haben eine starke Affinität zu Wasser. Die Adsorption von Molekularsieben ist eine physikalische Adsorption, und wenn die Adsorption gesättigt ist, dauert es eine gewisse Zeit, bis sie erhitzt und regeneriert ist, bevor sie wieder adsorbiert werden kann. Daher sind in einer Reinigungsvorrichtung mindestens zwei Trockner enthalten, von denen einer arbeitet, während der andere regeneriert, um eine kontinuierliche Produktion von taupunktstabilem Wasserstoffgas sicherzustellen.
Der Trockner verfügt über eine innere und äußere Zylinderstruktur, wobei das Adsorptionsmittel zwischen den äußeren und inneren Zylindern geladen wird. Die explosionsgeschützte elektrische Heizkomponente ist im Innenzylinder installiert, und zwei Temperatursensoren befinden sich oben und unten an der Molekularsiebpackung, um die Reaktionstemperatur zu erfassen und zu steuern. Der äußere Zylinder ist mit einer Isolierschicht umwickelt, um Wärmeverluste und Verbrennungen zu verhindern. Der Luftstrom im Adsorptionszustand (einschließlich des primären und sekundären Arbeitszustands) und im Regenerationszustand ist umgekehrt. Im Adsorptionszustand ist das obere Endrohr der Gasauslass und das untere Endrohr der Gaseinlass. Im Regenerationszustand ist das obere Endrohr der Gaseinlass und das untere Endrohr der Gasauslass. Die Trocknungsanlage kann je nach Anzahl der Trockner in zwei Turmtrockner und drei Turmtrockner unterteilt werden.
4.Zweiturmverfahren
Im Gerät sind zwei Trockner verbaut, die sich abwechseln und innerhalb eines Zyklus (48 Stunden) regenerieren, um einen kontinuierlichen Betrieb des gesamten Gerätes zu erreichen. Nach dem Trocknen kann der Taupunkt von Wasserstoff unter -60 °C liegen. Während eines Arbeitszyklus (48 Stunden) durchlaufen die Trockner A und B einen Arbeits- bzw. Regenerationszustand.
In einem Schaltzyklus durchläuft der Trockner zwei Zustände: den Arbeitszustand und den Regenerationszustand.
·Regenerationszustand: Das Prozessgasvolumen ist das volle Gasvolumen. Der Regenerationszustand umfasst die Heizphase und die Blaskühlphase;
1) Heizphase – die Heizung im Trockner arbeitet und stoppt automatisch den Heizvorgang, wenn die obere Temperatur den eingestellten Wert erreicht oder die Heizzeit den eingestellten Wert erreicht;
2) Kühlphase – Nachdem der Trockner aufgehört hat zu heizen, strömt der Luftstrom weiter auf dem ursprünglichen Weg durch den Trockner, um ihn abzukühlen, bis der Trockner in den Arbeitsmodus wechselt.
·Betriebsstatus: Die Prozessluftmenge ist voll ausgelastet und die Heizung im Trockner funktioniert nicht.
5. Arbeitsablauf mit drei Türmen
Derzeit ist das Dreiturmverfahren weit verbreitet. Im Gerät sind drei Trockner eingebaut, die Trockenmittel (Molekularsiebe) mit großer Adsorptionskapazität und guter Temperaturbeständigkeit enthalten. Drei Trockner wechseln zwischen Betrieb, Regeneration und Adsorption, um einen kontinuierlichen Betrieb des gesamten Gerätes zu gewährleisten. Nach dem Trocknen kann der Taupunkt von Wasserstoffgas unter -70 °C liegen.
Während eines Schaltzyklus durchläuft der Trockner drei Zustände: Betrieb, Adsorption und Regeneration. Für jeden Bundesstaat befindet sich der erste Trockner, in den das Rohwasserstoffgas nach der Sauerstoffentfernung, Kühlung und Wasserfiltration gelangt:
1) Arbeitsstatus: Das Prozessgasvolumen ist voll ausgelastet, die Heizung im Trockner funktioniert nicht und das Medium ist rohes Wasserstoffgas, das nicht entwässert wurde;
Der zweite Trocknereingang befindet sich an:
2) Regenerationszustand: 20 % Gasvolumen: Der Regenerationszustand umfasst die Heizphase und die Blaskühlphase;
Heizphase – die Heizung im Trockner arbeitet und stoppt automatisch das Heizen, wenn die obere Temperatur den eingestellten Wert erreicht oder die Heizzeit den eingestellten Wert erreicht;
Kühlphase – Nachdem der Trockner aufgehört hat zu heizen, strömt der Luftstrom weiter auf dem ursprünglichen Weg durch den Trockner, um ihn abzukühlen, bis der Trockner in den Arbeitsmodus wechselt; Wenn sich der Trockner in der Regenerationsphase befindet, ist das Medium dehydriertes trockenes Wasserstoffgas;
Der dritte Trocknereingang befindet sich an:
3) Adsorptionszustand: Das Verarbeitungsgasvolumen beträgt 20 %, die Heizung im Trockner funktioniert nicht und das Medium ist Wasserstoffgas zur Regeneration.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. Dezember 2024
