Dengan meningkatnya upaya global terhadap energi bersih dan pembangunan berkelanjutan, energi hidrogen, sebagai pembawa energi yang efisien dan ramah lingkungan, secara bertahap memasuki visi masyarakat. Sebagai mata rantai utama dalam rantai industri energi hidrogen, teknologi pemurnian hidrogen tidak hanya menyangkut keamanan dan keandalan energi hidrogen, namun juga secara langsung mempengaruhi cakupan penerapan dan manfaat ekonomi energi hidrogen.
1.Persyaratan untuk produk hidrogen
Hidrogen, sebagai bahan baku kimia dan pembawa energi, memiliki persyaratan kemurnian dan pengotor yang berbeda dalam skenario aplikasi yang berbeda. Dalam produksi amonia sintetik, metanol, dan produk kimia lainnya, untuk mencegah keracunan katalis dan memastikan kualitas produk, sulfida dan zat beracun lainnya dalam gas umpan harus dihilangkan terlebih dahulu untuk mengurangi kandungan pengotor agar memenuhi persyaratan. Di bidang industri seperti metalurgi, keramik, kaca, dan semikonduktor, gas hidrogen bersentuhan langsung dengan produk, dan persyaratan kemurnian dan kandungan pengotor lebih ketat. Misalnya, dalam industri semikonduktor, hidrogen digunakan untuk proses seperti persiapan kristal dan substrat, oksidasi, anil, dll., yang memiliki batasan sangat tinggi terhadap pengotor seperti oksigen, air, hidrokarbon berat, hidrogen sulfida, dll. dalam hidrogen
2. Prinsip kerja deoksigenasi
Di bawah aksi katalis, sejumlah kecil oksigen dalam hidrogen dapat bereaksi dengan hidrogen menghasilkan air, sehingga mencapai tujuan deoksigenasi. Reaksi tersebut merupakan reaksi eksotermik, dan persamaan reaksinya adalah sebagai berikut:
2H ₂+O ₂ (katalis) -2H ₂ O+Q
Karena komposisi, sifat kimia, dan kualitas katalis itu sendiri tidak berubah sebelum dan sesudah reaksi, maka katalis dapat digunakan terus menerus tanpa regenerasi.
Deoxidizer memiliki struktur silinder dalam dan luar, dengan katalis dimuat di antara silinder luar dan dalam. Komponen pemanas listrik tahan ledakan dipasang di dalam silinder bagian dalam, dan dua sensor suhu terletak di bagian atas dan bawah kemasan katalis untuk mendeteksi dan mengontrol suhu reaksi. Silinder luar dibungkus dengan lapisan insulasi untuk mencegah kehilangan panas dan menghindari luka bakar. Hidrogen mentah memasuki silinder bagian dalam dari saluran masuk atas deoxidizer, dipanaskan oleh elemen pemanas listrik, dan mengalir melalui lapisan katalis dari bawah ke atas. Oksigen dalam hidrogen mentah bereaksi dengan hidrogen di bawah aksi katalis untuk menghasilkan air. Kandungan oksigen dalam hidrogen yang mengalir keluar dari saluran keluar bawah dapat dikurangi hingga di bawah 1 ppm. Air yang dihasilkan oleh kombinasi tersebut mengalir keluar dari deoxidizer dalam bentuk gas dengan gas hidrogen, mengembun di pendingin hidrogen berikutnya, disaring di pemisah udara-air, dan dibuang dari sistem.
3. Prinsip kerja kekeringan
Pengeringan gas hidrogen menggunakan metode adsorpsi, menggunakan saringan molekuler sebagai adsorben. Setelah dikeringkan, titik embun gas hidrogen bisa mencapai di bawah -70 ℃. Saringan molekuler merupakan salah satu jenis senyawa aluminosilikat dengan kisi kubik, yang di dalamnya membentuk banyak rongga dengan ukuran yang sama setelah dehidrasi dan memiliki luas permukaan yang sangat besar. Saringan molekuler disebut saringan molekuler karena dapat memisahkan molekul dengan bentuk, diameter, polaritas, titik didih, dan tingkat kejenuhan yang berbeda-beda.
Air adalah molekul yang sangat polar, dan saringan molekuler memiliki afinitas yang kuat terhadap air. Adsorpsi saringan molekuler adalah adsorpsi fisik, dan ketika adsorpsi jenuh, diperlukan waktu untuk memanas dan beregenerasi sebelum dapat diadsorpsi kembali. Oleh karena itu, setidaknya dua pengering disertakan dalam perangkat pemurnian, yang satu berfungsi sementara yang lain melakukan regenerasi, untuk memastikan produksi gas hidrogen yang stabil pada titik embun secara terus-menerus.
Pengering memiliki struktur silinder dalam dan luar, dengan adsorben dimuat di antara silinder luar dan dalam. Komponen pemanas listrik tahan ledakan dipasang di dalam silinder bagian dalam, dan dua sensor suhu terletak di bagian atas dan bawah kemasan saringan molekuler untuk mendeteksi dan mengontrol suhu reaksi. Silinder luar dibungkus dengan lapisan insulasi untuk mencegah kehilangan panas dan menghindari luka bakar. Aliran udara dalam keadaan adsorpsi (termasuk keadaan kerja primer dan sekunder) dan keadaan regenerasi dibalik. Dalam keadaan adsorpsi, pipa ujung atas adalah saluran keluar gas dan pipa ujung bawah adalah saluran masuk gas. Dalam keadaan regenerasi, pipa ujung atas adalah saluran masuk gas dan pipa ujung bawah adalah saluran keluar gas. Sistem pengeringan dapat dibagi menjadi dua menara pengering dan tiga menara pengering sesuai dengan jumlah pengering.
4. Proses dua menara
Dua pengering dipasang di perangkat, yang bergantian dan beregenerasi dalam satu siklus (48 jam) untuk mencapai pengoperasian berkelanjutan seluruh perangkat. Setelah kering, titik embun hidrogen bisa mencapai di bawah -60 ℃. Selama siklus kerja (48 jam), pengering A dan B masing-masing menjalani kondisi kerja dan regenerasi.
Dalam satu siklus peralihan, pengering mengalami dua keadaan: keadaan kerja dan keadaan regenerasi.
·Keadaan regenerasi: Volume gas pemrosesan adalah volume gas penuh. Keadaan regenerasi meliputi tahap pemanasan dan tahap pendinginan hembusan;
1) Tahap pemanasan – pemanas di dalam pengering bekerja, dan secara otomatis menghentikan pemanasan ketika suhu atas mencapai nilai yang ditetapkan atau waktu pemanasan mencapai nilai yang ditetapkan;
2) Tahap pendinginan – Setelah pengering berhenti memanas, aliran udara terus mengalir melalui pengering pada jalur aslinya untuk mendinginkannya hingga pengering beralih ke mode kerja.
·Status kerja: Volume udara pemrosesan berada pada kapasitas penuh, dan pemanas di dalam pengering tidak berfungsi.
5. Alur kerja tiga menara
Saat ini, proses tiga menara banyak digunakan. Tiga pengering dipasang di perangkat, yang mengandung pengering (saringan molekuler) dengan kapasitas adsorpsi besar dan ketahanan suhu yang baik. Tiga pengering bergantian antara pengoperasian, regenerasi, dan adsorpsi untuk mencapai pengoperasian berkelanjutan seluruh perangkat. Setelah dikeringkan, titik embun gas hidrogen bisa mencapai di bawah -70 ℃.
Selama siklus peralihan, pengering melewati tiga keadaan: kerja, adsorpsi, dan regenerasi. Untuk setiap keadaan, pengering pertama tempat gas hidrogen mentah masuk setelah deoksigenasi, pendinginan, dan penyaringan air berada:
1) Status kerja: Volume gas pemrosesan berada pada kapasitas penuh, pemanas di dalam pengering tidak berfungsi, dan medianya adalah gas hidrogen mentah yang belum mengalami dehidrasi;
Pintu masuk pengering kedua terletak di:
2) Status regenerasi: 20% volume gas: Status regenerasi mencakup tahap pemanasan dan tahap pendinginan hembusan;
Tahap pemanasan – pemanas di dalam pengering bekerja, dan secara otomatis menghentikan pemanasan ketika suhu atas mencapai nilai yang ditetapkan atau waktu pemanasan mencapai nilai yang ditetapkan;
Tahap pendinginan – Setelah pengering berhenti memanas, aliran udara terus mengalir melalui pengering pada jalur aslinya untuk mendinginkannya hingga pengering beralih ke mode kerja; Ketika pengering berada dalam tahap regenerasi, medianya adalah gas hidrogen kering yang mengalami dehidrasi;
Pintu masuk pengering ketiga terletak di:
3) Keadaan adsorpsi: Volume gas pemrosesan 20%, pemanas di pengering tidak berfungsi, dan medianya adalah gas hidrogen untuk regenerasi.
Waktu posting: 19 Des-2024
