Dengan meningkatnya upaya global untuk mencapai energi bersih dan pembangunan berkelanjutan, energi hidrogen, sebagai pembawa energi yang efisien dan bersih, secara bertahap mulai dikenal masyarakat. Sebagai mata rantai utama dalam industri energi hidrogen, teknologi pemurnian hidrogen tidak hanya menyangkut keamanan dan keandalan energi hidrogen, tetapi juga secara langsung memengaruhi ruang lingkup aplikasi dan manfaat ekonomi dari energi hidrogen.
1. Persyaratan untuk hidrogen produk
Hidrogen, sebagai bahan baku kimia dan pembawa energi, memiliki persyaratan kemurnian dan kandungan pengotor yang berbeda dalam berbagai skenario aplikasi. 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. Di bidang industri seperti metalurgi, keramik, kaca, dan semikonduktor, gas hidrogen bersentuhan langsung dengan produk, dan persyaratan kemurnian dan kandungan pengotornya lebih ketat. Misalnya, dalam industri semikonduktor, hidrogen digunakan untuk proses seperti persiapan kristal dan substrat, oksidasi, anil, dll., yang memiliki batasan yang sangat tinggi terhadap pengotor seperti oksigen, air, hidrokarbon berat, hidrogen sulfida, dll. dalam hidrogen.
2. Prinsip kerja deoksigenasi
Dengan bantuan katalis, sejumlah kecil oksigen dalam hidrogen dapat bereaksi dengan hidrogen untuk menghasilkan air, sehingga mencapai tujuan deoksigenasi. Reaksi ini 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 secara terus menerus tanpa regenerasi.
Deoksidator memiliki struktur silinder dalam dan luar, dengan katalis dimuat di antara silinder luar dan dalam. Komponen pemanas listrik tahan ledakan dipasang di dalam silinder dalam, dan dua sensor suhu terletak di bagian atas dan bawah kemasan katalis untuk mendeteksi dan mengontrol suhu reaksi. Silinder luar dibungkus dengan lapisan isolasi untuk mencegah kehilangan panas dan menghindari luka bakar. Hidrogen mentah masuk ke silinder dalam dari saluran masuk atas deoksidator, 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 dari kombinasi tersebut mengalir keluar dari deoksidator dalam bentuk gas bersama 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, 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 kejenuhan yang berbeda.
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, dibutuhkan waktu untuk pemanasan dan regenerasi sebelum dapat diadsorpsi kembali. Oleh karena itu, setidaknya dua pengering disertakan dalam perangkat pemurnian, dengan satu bekerja sementara yang lain melakukan regenerasi, untuk memastikan produksi gas hidrogen stabil titik embun secara terus menerus.
Pengering ini memiliki struktur silinder dalam dan luar, dengan adsorben dimuat di antara silinder luar dan dalam. Komponen pemanas listrik tahan ledakan dipasang di dalam silinder 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 isolasi 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 pengering dua menara dan pengering tiga menara sesuai dengan jumlah pengering.
4. Proses dua menara
Dua pengering dipasang di dalam perangkat, yang secara bergantian dan melakukan regenerasi dalam satu siklus (48 jam) untuk mencapai pengoperasian berkelanjutan dari seluruh perangkat. Setelah pengeringan, titik embun hidrogen dapat mencapai di bawah -60 ℃. Selama satu siklus kerja (48 jam), pengering A dan B masing-masing mengalami kondisi kerja dan regenerasi.
Dalam satu siklus pergantian, pengering mengalami dua keadaan: keadaan bekerja dan keadaan regenerasi.
• Tahap regenerasi: Volume gas pemrosesan adalah volume gas penuh. Tahap regenerasi meliputi tahap pemanasan dan tahap pendinginan dengan hembusan udara;
1) Tahap pemanasan – pemanas di dalam pengering bekerja, dan secara otomatis berhenti memanaskan ketika suhu maksimum mencapai nilai yang ditetapkan atau waktu pemanasan mencapai nilai yang ditetapkan;
2) Tahap pendinginan – Setelah pengering berhenti memanaskan, aliran udara terus mengalir melalui pengering pada jalur semula untuk mendinginkannya hingga pengering beralih ke mode kerja.
•Status pengoperasian: 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 dalam perangkat, yang berisi desikan (saringan molekuler) dengan kapasitas adsorpsi besar dan ketahanan suhu yang baik. Tiga pengering bergantian antara operasi, regenerasi, dan adsorpsi untuk mencapai operasi berkelanjutan dari seluruh perangkat. Setelah pengeringan, titik embun gas hidrogen dapat mencapai di bawah -70 ℃.
Selama siklus peralihan, pengering melewati tiga keadaan: bekerja, adsorpsi, dan regenerasi. Untuk setiap keadaan, pengering pertama tempat gas hidrogen mentah masuk setelah deoksigenasi, pendinginan, dan penyaringan air terletak:
1) Status pengoperasian: Volume gas pemrosesan berada pada kapasitas penuh, pemanas di dalam pengering tidak berfungsi, dan media yang digunakan adalah gas hidrogen mentah yang belum mengalami dehidrasi;
Pengering kedua yang masuk terletak di:
2) Tahap regenerasi: volume gas 20%: Tahap regenerasi meliputi tahap pemanasan dan tahap pendinginan dengan hembusan udara;
Tahap pemanasan – pemanas di dalam pengering bekerja, dan secara otomatis berhenti memanaskan ketika suhu maksimum mencapai nilai yang ditetapkan atau waktu pemanasan mencapai nilai yang ditetapkan;
Tahap pendinginan – Setelah pengering berhenti memanaskan, aliran udara terus mengalir melalui pengering pada jalur semula untuk mendinginkannya hingga pengering beralih ke mode kerja; Ketika pengering berada pada tahap regenerasi, media yang digunakan adalah gas hidrogen kering yang telah mengalami dehidrasi;
Pengering ketiga yang masuk terletak di:
3) Kondisi adsorpsi: Volume gas pemrosesan adalah 20%, pemanas di dalam pengering tidak berfungsi, dan medium yang digunakan adalah gas hidrogen untuk regenerasi.
Waktu posting: 19 Desember 2024
