Avec la recherche mondiale croissante d'énergie propre et de développement durable, l'énergie hydrogène, en tant que vecteur d'énergie efficace et propre, entre progressivement dans la vision des gens. En tant que maillon clé de la chaîne industrielle de l'énergie hydrogène, la technologie de purification de l'hydrogène concerne non seulement la sécurité et la fiabilité de l'énergie hydrogène, mais affecte également directement le champ d'application et les avantages économiques de l'énergie hydrogène.
1.Exigences relatives à l'hydrogène produit
L'hydrogène, en tant que matière première chimique et vecteur d'énergie, a des exigences différentes en matière de pureté et de teneur en impuretés selon les scénarios d'application. Dans la production d'ammoniac synthétique, de méthanol et d'autres produits chimiques, afin de prévenir l'empoisonnement du catalyseur et de garantir la qualité du produit, les sulfures et autres substances toxiques présentes dans le gaz d'alimentation doivent être éliminés à l'avance afin de réduire la teneur en impuretés afin de répondre aux exigences. Dans les domaines industriels tels que la métallurgie, la céramique, le verre et les semi-conducteurs, l'hydrogène gazeux entre en contact direct avec les produits et les exigences en matière de pureté et de teneur en impuretés sont plus strictes. Par exemple, dans l'industrie des semi-conducteurs, l'hydrogène est utilisé pour des processus tels que la préparation des cristaux et des substrats, l'oxydation, le recuit, etc., qui ont des limites extrêmement élevées sur les impuretés telles que l'oxygène, l'eau, les hydrocarbures lourds, le sulfure d'hydrogène, etc.
2.Le principe de fonctionnement de la désoxygénation
Sous l'action d'un catalyseur, une petite quantité d'oxygène dans l'hydrogène peut réagir avec l'hydrogène pour produire de l'eau, atteignant ainsi l'objectif de désoxygénation. La réaction est une réaction exothermique et l’équation de la réaction est la suivante :
2H ₂+O ₂ (catalyseur) -2H ₂ O+Q
Étant donné que la composition, les propriétés chimiques et la qualité du catalyseur lui-même ne changent pas avant et après la réaction, le catalyseur peut être utilisé en continu sans régénération.
Le désoxydant a une structure de cylindre interne et externe, le catalyseur étant chargé entre les cylindres externe et interne. Le composant chauffant électrique antidéflagrant est installé à l'intérieur du cylindre intérieur et deux capteurs de température sont situés en haut et en bas de l'emballage du catalyseur pour détecter et contrôler la température de réaction. Le cylindre extérieur est enveloppé d'une couche isolante pour éviter les pertes de chaleur et éviter les brûlures. L'hydrogène brut pénètre dans le cylindre intérieur par l'entrée supérieure du désoxydant, est chauffé par un élément chauffant électrique et circule à travers le lit catalytique de bas en haut. L'oxygène présent dans l'hydrogène brut réagit avec l'hydrogène sous l'action du catalyseur pour produire de l'eau. La teneur en oxygène dans l'hydrogène s'écoulant de la sortie inférieure peut être réduite à moins de 1 ppm. L'eau générée par la combinaison s'écoule du désoxydant sous forme gazeuse avec l'hydrogène gazeux, se condense dans le refroidisseur d'hydrogène ultérieur, est filtrée dans le séparateur air-eau et est évacuée du système.
3. Principe de fonctionnement de la sécheresse
Le séchage de l'hydrogène gazeux adopte une méthode d'adsorption, utilisant des tamis moléculaires comme adsorbants. Après séchage, le point de rosée de l’hydrogène gazeux peut descendre en dessous de -70 ℃. Le tamis moléculaire est un type de composé aluminosilicate avec un réseau cubique, qui forme de nombreuses cavités de même taille à l'intérieur après déshydratation et a une très grande surface. Les tamis moléculaires sont appelés tamis moléculaires car ils peuvent séparer des molécules de formes, diamètres, polarités, points d'ébullition et niveaux de saturation différents.
L'eau est une molécule hautement polaire et les tamis moléculaires ont une forte affinité pour l'eau. L'adsorption des tamis moléculaires est une adsorption physique, et lorsque l'adsorption est saturée, il faut un certain temps pour chauffer et se régénérer avant de pouvoir être à nouveau adsorbée. Par conséquent, au moins deux séchoirs sont inclus dans un dispositif de purification, l'un fonctionnant pendant que l'autre se régénère, pour assurer une production continue d'hydrogène gazeux stable au point de rosée.
Le séchoir possède une structure de cylindres intérieur et extérieur, l'adsorbant étant chargé entre les cylindres extérieur et intérieur. Le composant chauffant électrique antidéflagrant est installé à l’intérieur du cylindre intérieur et deux capteurs de température sont situés en haut et en bas de l’emballage du tamis moléculaire pour détecter et contrôler la température de réaction. Le cylindre extérieur est enveloppé d'une couche isolante pour éviter les pertes de chaleur et éviter les brûlures. Le flux d'air dans l'état d'adsorption (y compris les états de fonctionnement primaire et secondaire) et l'état de régénération est inversé. À l'état d'adsorption, le tuyau d'extrémité supérieure est la sortie de gaz et le tuyau d'extrémité inférieure est l'entrée de gaz. Dans l'état de régénération, le tuyau d'extrémité supérieur est l'entrée de gaz et le tuyau d'extrémité inférieur est la sortie de gaz. Le système de séchage peut être divisé en deux séchoirs à tour et trois séchoirs à tour en fonction du nombre de séchoirs.
4. Processus à deux tours
Deux séchoirs sont installés dans l'appareil, qui alternent et se régénèrent en un cycle (48 heures) pour obtenir un fonctionnement continu de l'ensemble de l'appareil. Après séchage, le point de rosée de l'hydrogène peut descendre en dessous de -60 ℃. Pendant un cycle de travail (48 heures), les séchoirs A et B passent respectivement par des états de travail et de régénération.
Au cours d'un cycle de commutation, le sèche-linge connaît deux états : l'état de fonctionnement et l'état de régénération.
·État de régénération : le volume de gaz de traitement est un volume de gaz complet. L'état de régénération comprend une étape de chauffage et une étape de refroidissement par soufflage ;
1) Étape de chauffage – le chauffage à l’intérieur du sèche-linge fonctionne et arrête automatiquement le chauffage lorsque la température supérieure atteint la valeur définie ou que le temps de chauffage atteint la valeur définie ;
2) Étape de refroidissement – Une fois que le sèche-linge arrête de chauffer, le flux d'air continue de circuler à travers le sèche-linge selon le chemin d'origine pour le refroidir jusqu'à ce que le sèche-linge passe en mode de fonctionnement.
·État de fonctionnement : le volume d'air de traitement est à pleine capacité et le chauffage à l'intérieur du sécheur ne fonctionne pas.
5. Flux de travail à trois tours
Actuellement, le procédé à trois tours est largement utilisé. Trois séchoirs sont installés dans l'appareil, qui contiennent des dessicants (tamis moléculaires) ayant une grande capacité d'adsorption et une bonne résistance à la température. Trois sécheurs alternent entre fonctionnement, régénération et adsorption pour obtenir un fonctionnement continu de l'ensemble de l'appareil. Après séchage, le point de rosée de l’hydrogène gazeux peut descendre en dessous de -70 ℃.
Lors d'un cycle de commutation, le sécheur passe par trois états : fonctionnement, adsorption et régénération. Pour chaque état, se trouve le premier séchoir dans lequel l'hydrogène gazeux brut entre après désoxygénation, refroidissement et filtration de l'eau :
1) État de fonctionnement : le volume de gaz de traitement est à pleine capacité, le chauffage à l'intérieur du séchoir ne fonctionne pas et le milieu est de l'hydrogène gazeux brut qui n'a pas été déshydraté ;
Le deuxième séchoir entrant est situé à :
2) État de régénération : 20 % du volume de gaz : L’état de régénération comprend l’étape de chauffage et l’étape de refroidissement par soufflage ;
Étape de chauffage – le chauffage à l'intérieur du sèche-linge fonctionne et arrête automatiquement le chauffage lorsque la température supérieure atteint la valeur définie ou que le temps de chauffage atteint la valeur définie ;
Étape de refroidissement – Une fois que le sèche-linge arrête de chauffer, le flux d'air continue de circuler à travers le sèche-linge dans le chemin d'origine pour le refroidir jusqu'à ce que le sèche-linge passe en mode de fonctionnement ; Lorsque le séchoir est en phase de régénération, le milieu est de l'hydrogène gazeux sec déshydraté ;
Le troisième séchoir entrant se situe à :
3) État d'adsorption : le volume de gaz de traitement est de 20 %, le chauffage du séchoir ne fonctionne pas et le milieu est de l'hydrogène gazeux pour la régénération.
Heure de publication : 19 décembre 2024
