Didėjant pasauliniam švarios energijos ir tvaraus vystymosi siekiui, vandenilio energija, kaip efektyvus ir švarus energijos nešėjas, pamažu skverbiasi į žmonių akiratį. Vandenilio valymo technologija, kaip pagrindinė vandenilio energijos pramonės grandinės grandis, ne tik susijusi su vandenilio energijos saugumu ir patikimumu, bet ir tiesiogiai veikia vandenilio energijos taikymo sritį bei ekonominę naudą.
1. Produkto vandenilio reikalavimai
Vandeniui, kaip cheminei žaliavai ir energijos nešėjui, skirtingose taikymo srityse keliami skirtingi grynumo ir priemaišų kiekio reikalavimai. Gaminant sintetinį amoniaką, metanolį ir kitus cheminius produktus, siekiant išvengti katalizatoriaus apsinuodijimo ir užtikrinti produkto kokybę, iš anksto reikia pašalinti sulfidus ir kitas toksiškas medžiagas iš tiekiamų dujų, kad būtų sumažintas priemaišų kiekis ir atitiktų reikalavimus. Pramonės srityse, tokiose kaip metalurgija, keramika, stiklas ir puslaidininkiai, vandenilio dujos tiesiogiai liečiasi su produktais, todėl grynumo ir priemaišų kiekio reikalavimai yra griežtesni. Pavyzdžiui, puslaidininkių pramonėje vandenilis naudojamas tokiuose procesuose kaip kristalų ir substratų paruošimas, oksidacija, atkaitinimas ir kt., kuriuose yra itin dideli apribojimai dėl tokių priemaišų kaip deguonis, vanduo, sunkieji angliavandeniliai, vandenilio sulfidas ir kt. vandenilyje.
2. Deoksigenacijos veikimo principas
Veikiant katalizatoriui, nedidelis deguonies kiekis vandenilyje gali reaguoti su vandeniliu ir susidaryti vanduo, taip pasiekiant deoksigenacijos tikslą. Reakcija yra egzoterminė, o reakcijos lygtis yra tokia:
2H₂+O₂ (katalizatorius) -2H₂ O+Q
Kadangi paties katalizatoriaus sudėtis, cheminės savybės ir kokybė prieš reakciją ir po jos nesikeičia, katalizatorių galima naudoti nuolat be regeneracijos.
Deoksidatorius turi vidinio ir išorinio cilindrų struktūrą, o katalizatorius yra tarp išorinio ir vidinio cilindrų. Sprogimui atsparus elektrinis šildymo komponentas yra sumontuotas vidinio cilindro viduje, o du temperatūros jutikliai yra katalizatoriaus įdėklo viršuje ir apačioje, skirti reakcijos temperatūrai aptikti ir kontroliuoti. Išorinis cilindras yra apvyniotas izoliaciniu sluoksniu, kad būtų išvengta šilumos nuostolių ir nudegimų. Neapdorotas vandenilis patenka į vidinį cilindrą per viršutinį deoksidatoriaus įleidimo angą, yra kaitinamas elektrinio kaitinimo elemento ir teka per katalizatoriaus sluoksnį iš apačios į viršų. Neapdoroto vandenilio deguonis, veikiant katalizatoriui, reaguoja su vandeniliu ir susidaro vanduo. Deguonies kiekis vandenilyje, ištekančiame iš apatinio išleidimo angos, gali būti sumažintas iki mažiau nei 1 ppm. Derinio metu susidaręs vanduo dujinėje formoje išteka iš deoksidatoriaus kartu su vandenilio dujomis, kondensuojasi vėlesniame vandenilio aušintuve, filtruojamas oro ir vandens separatoriuje ir išleidžiamas iš sistemos.
3. Sausumo veikimo principas
Vandenilio dujos džiovinamos adsorbcijos metodu, naudojant molekulinius sietus kaip adsorbentus. Po džiovinimo vandenilio dujų rasos taškas gali nukristi žemiau -70 ℃. Molekulinis sietas yra aliuminio silikato junginys su kubine gardele, kuri po dehidratacijos viduje sudaro daug vienodo dydžio ertmių ir turi labai didelį paviršiaus plotą. Molekuliniai sietai vadinami molekuliniais sietais, nes jie gali atskirti skirtingų formų, skersmenų, poliškumo, virimo taškų ir soties lygių molekules.
Vanduo yra labai polinė molekulė, o molekuliniai sietai turi stiprų afinitetą vandeniui. Molekulinių sietų adsorbcija yra fizinė adsorbcija, ir kai adsorbcija prisotinama, reikia laiko, kol ji įkaista ir regeneruojasi, kol vėl gali būti adsorbuojama. Todėl valymo įrenginyje yra bent du džiovintuvai, vienas iš kurių veikia, o kitas regeneruoja, kad būtų užtikrinta nuolatinė rasos taško stabilių vandenilio dujų gamyba.
Džiovintuvas turi vidinio ir išorinio cilindrų struktūrą, o adsorbentas yra tarp išorinio ir vidinio cilindrų. Sprogimui atsparus elektrinis šildymo komponentas yra sumontuotas vidinio cilindro viduje, o du temperatūros jutikliai yra molekulinio sieto įdėklo viršuje ir apačioje, skirti reakcijos temperatūrai aptikti ir kontroliuoti. Išorinis cilindras yra apvyniotas izoliaciniu sluoksniu, kad būtų išvengta šilumos nuostolių ir nudegimų. Oro srautas adsorbcijos būsenoje (įskaitant pirminę ir antrinę darbo būsenas) ir regeneracijos būsenoje yra apverstas. Adsorbcijos būsenoje viršutinis vamzdžio galas yra dujų išleidimo anga, o apatinis – dujų įleidimo anga. Regeneracijos būsenoje viršutinis vamzdžio galas yra dujų įleidimo anga, o apatinis – dujų išleidimo anga. Džiovinimo sistemą galima suskirstyti į dvi ir tris bokštines džiovyklas pagal džiovyklių skaičių.
4. Dviejų bokštų procesas
Įrenginyje sumontuoti du džiovintuvai, kurie pakaitomis per vieną ciklą (48 valandas) regeneruojasi, kad būtų užtikrintas nepertraukiamas viso įrenginio veikimas. Po džiovinimo vandenilio rasos taškas gali nukristi žemiau -60 ℃. Darbo ciklo (48 valandų) metu džiovintuvai A ir B atitinkamai pereina į darbo ir regeneracijos būsenas.
Vieno perjungimo ciklo metu džiovintuvas pereina į dvi būsenas: darbinę ir regeneravimo būsenas.
· Regeneracijos būsena: apdorojimo dujų tūris yra pilnas dujų tūris. Regeneracijos būsena apima šildymo etapą ir pūtimo aušinimo etapą;
1) Šildymo etapas – džiovyklės viduje esantis šildytuvas veikia ir automatiškai nustoja šildyti, kai viršutinė temperatūra pasiekia nustatytą vertę arba kaitinimo laikas pasiekia nustatytą vertę;
2) Aušinimo etapas – Džiovyklei nustojus šildyti, oro srautas toliau teka per džiovyklę pradine trajektorija, kad ją atvėsintų, kol džiovyklė persijungia į darbo režimą.
·Darbinė būsena: Apdorojamo oro tūris yra pilnas, o džiovyklės viduje esantis šildytuvas neveikia.
5. Trijų bokštų darbo eiga
Šiuo metu plačiai naudojamas trijų bokštų procesas. Įrenginyje sumontuoti trys džiovintuvai, kuriuose yra didelės adsorbcijos talpos ir atsparumo temperatūrai sausiklių (molekulinių sietų). Trys džiovintuvai pakaitomis veikia, regeneruoja ir adsorbuoja, kad būtų užtikrintas nepertraukiamas viso įrenginio veikimas. Po džiovinimo vandenilio dujų rasos taškas gali nukristi žemiau -70 ℃.
Perjungimo ciklo metu džiovintuvas pereina tris būsenas: darbo, adsorbcijos ir regeneracijos. Kiekvienoje būsenoje pirmasis džiovintuvas, į kurį patenka neapdorotos vandenilio dujos po deguonies pašalinimo, aušinimo ir vandens filtravimo, yra:
1) Darbinė būsena: apdorojimo dujų tūris yra pilnas, džiovintuvo viduje esantis šildytuvas neveikia, o terpė yra neapdorotos vandenilio dujos, kurios nebuvo dehidratuotos;
Antroji džiovyklės įėjimo vieta yra:
2) Regeneracijos būsena: 20 % dujų tūrio: regeneracijos būsena apima kaitinimo ir pūtimo bei aušinimo etapus;
Šildymo etapas – džiovyklės viduje esantis šildytuvas veikia ir automatiškai nustoja šildyti, kai viršutinė temperatūra pasiekia nustatytą vertę arba kaitinimo laikas pasiekia nustatytą vertę;
Aušinimo etapas – Džiovyklei nustojus šildyti, oro srautas toliau teka per džiovyklę pradiniu keliu, kad ją atvėsintų, kol džiovintuvas persijungia į darbo režimą; Kai džiovintuvas yra regeneracijos etape, terpė yra dehidratuotos sausos vandenilio dujos;
Trečiasis džiovyklos įvadas yra adresu:
3) Adsorbcijos būsena: apdorojimo dujų tūris yra 20 %, džiovintuvo šildytuvas neveikia, o terpė yra vandenilio dujos regeneracijai.
Įrašo laikas: 2024 m. gruodžio 19 d.
