Seiring dengan meningkatnya upaya global untuk mendapatkan energi bersih dan pembangunan berkelanjutan, energi hidrogen, sebagai pembawa energi yang efisien dan bersih, secara bertahap mulai masuk ke dalam visi masyarakat. Sebagai mata rantai utama dalam rantai industri energi hidrogen, teknologi pemurnian hidrogen tidak hanya menyangkut keamanan dan keandalan energi hidrogen, tetapi juga secara langsung memengaruhi cakupan aplikasi dan manfaat ekonomi energi hidrogen.
1.Persyaratan untuk produk hidrogen
Hidrogen, sebagai bahan baku kimia dan pembawa energi, memiliki persyaratan yang berbeda untuk kemurnian dan kandungan pengotor dalam skenario aplikasi yang berbeda. Dalam produksi amonia sintetis, 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. Dalam bidang industri seperti metalurgi, keramik, kaca, dan semikonduktor, gas hidrogen bersentuhan langsung dengan produk, dan persyaratan untuk 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 yang sangat tinggi pada 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 untuk menghasilkan air, mencapai tujuan deoksigenasi. Reaksi tersebut merupakan reaksi eksotermik, dan persamaan reaksinya adalah sebagai berikut:
2H₂+O₂ (katalis) -2H₂O+Q
Karena komposisi, sifat kimia, dan kualitas katalis itu sendiri tidak berubah sebelum dan sesudah reaksi, katalis dapat digunakan terus menerus tanpa regenerasi.
Deoxidizer memiliki struktur silinder bagian dalam dan luar, dengan katalis yang dimuat di antara silinder bagian luar dan dalam. Komponen pemanas listrik antiledakan dipasang di dalam silinder bagian dalam, dan dua sensor suhu terletak di bagian atas dan bawah kemasan katalis untuk mendeteksi dan mengendalikan suhu reaksi. Silinder bagian 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 1ppm. Air yang dihasilkan oleh kombinasi tersebut mengalir keluar dari deoxidizer dalam bentuk gas dengan gas hidrogen, mengembun dalam pendingin hidrogen berikutnya, menyaring dalam pemisah udara-air, dan dibuang dari sistem.
3.Prinsip kerja kekeringan
Pengeringan gas hidrogen menggunakan metode adsorpsi, dengan menggunakan saringan molekuler sebagai adsorben. Setelah pengeringan, titik embun gas hidrogen dapat mencapai di bawah -70 ℃. Saringan molekuler adalah jenis senyawa aluminosilikat dengan kisi kubik, yang membentuk banyak rongga dengan ukuran yang sama di dalamnya 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 saturasi yang berbeda.
Air adalah molekul yang sangat polar, dan saringan molekuler memiliki afinitas yang kuat terhadap air. Penyerapan saringan molekuler adalah penyerapan fisik, dan ketika penyerapan jenuh, diperlukan waktu untuk memanaskan dan meregenerasi sebelum dapat diserap lagi. Oleh karena itu, setidaknya dua pengering disertakan dalam perangkat pemurnian, dengan satu bekerja sementara yang lain meregenerasi, 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 antiledakan dipasang di dalam silinder dalam, dan dua sensor suhu terletak di bagian atas dan bawah pengepakan 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 pengering menara dan tiga pengering menara sesuai dengan jumlah pengering.
4.Proses dua menara
Dua pengering dipasang di perangkat, yang bergantian dan beregenerasi dalam satu siklus (48 jam) untuk mencapai operasi berkelanjutan dari seluruh perangkat. Setelah pengeringan, titik embun hidrogen dapat mencapai di bawah -60 ℃. Selama siklus kerja (48 jam), pengering A dan B mengalami kondisi kerja dan regenerasi, masing-masing.
Dalam satu siklus peralihan, pengering mengalami dua keadaan: keadaan kerja dan keadaan regenerasi.
·Status regenerasi: Volume gas pemrosesan adalah volume gas penuh. Status regenerasi meliputi tahap pemanasan dan tahap pendinginan tiup;
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 memanaskan, aliran udara terus mengalir melalui pengering di jalur awal 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 berisi bahan penyerap (saringan molekuler) dengan kapasitas penyerapan besar dan ketahanan suhu yang baik. Tiga pengering bergantian antara operasi, regenerasi, dan penyerapan untuk mencapai operasi berkelanjutan dari seluruh perangkat. Setelah pengeringan, titik embun gas hidrogen dapat mencapai di bawah -70 ℃.
Selama siklus peralihan, pengering melewati tiga tahap: bekerja, menyerap, dan meregenerasi. Untuk setiap tahap, pengering pertama yang dimasuki gas hidrogen mentah setelah deoksigenasi, pendinginan, dan penyaringan air berada:
1) Status kerja: Volume gas pemrosesan berada pada kapasitas penuh, pemanas di dalam pengering tidak bekerja, dan medianya adalah gas hidrogen mentah yang belum mengalami dehidrasi;
Pengering kedua yang masuk terletak di:
2) Keadaan regenerasi: volume gas 20%: Keadaan regenerasi meliputi tahap pemanasan dan tahap pendinginan tiup;
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 memanaskan, aliran udara terus mengalir melalui pengering di jalur asli untuk mendinginkannya hingga pengering beralih ke mode kerja; Saat pengering berada dalam tahap regenerasi, medianya adalah gas hidrogen kering yang mengalami dehidrasi;
Pengering ketiga yang masuk terletak di:
3) Keadaan adsorpsi: Volume gas pemrosesan adalah 20%, pemanas dalam pengering tidak berfungsi, dan medianya adalah gas hidrogen untuk regenerasi.
Waktu posting: 19-Des-2024
