Com a crescente busca global por energia limpa e desenvolvimento sustentável, a energia do hidrogênio, como um vetor de energia eficiente e limpo, está gradualmente se tornando parte da visão das pessoas. Como um elo fundamental na cadeia da indústria de energia do hidrogênio, a tecnologia de purificação de hidrogênio não se preocupa apenas com a segurança e a confiabilidade da energia do hidrogênio, mas também afeta diretamente o escopo de aplicação e os benefícios econômicos da energia do hidrogênio.
1. Requisitos para o produto hidrogênio
O hidrogênio, como matéria-prima química e transportador de energia, possui diferentes requisitos de pureza e teor de impurezas em diferentes cenários de aplicação. Na produção de amônia sintética, metanol e outros produtos químicos, para evitar o envenenamento do catalisador e garantir a qualidade do produto, os sulfetos e outras substâncias tóxicas presentes no gás de alimentação devem ser removidos previamente para reduzir o teor de impurezas e atender aos requisitos. Em setores industriais como metalurgia, cerâmica, vidro e semicondutores, o gás hidrogênio entra em contato direto com os produtos, e os requisitos de pureza e teor de impurezas são mais rigorosos. Por exemplo, na indústria de semicondutores, o hidrogênio é utilizado em processos como preparação de cristais e substratos, oxidação, recozimento, etc., que apresentam limitações extremamente altas em relação às impurezas, como oxigênio, água, hidrocarbonetos pesados, sulfeto de hidrogênio, etc., presentes no hidrogênio.
2. O princípio de funcionamento da desoxigenação
Sob a ação de um catalisador, uma pequena quantidade de oxigênio no hidrogênio pode reagir com o hidrogênio para produzir água, alcançando o objetivo da desoxigenação. A reação é exotérmica, e a equação da reação é a seguinte:
2H ₂+O ₂ (catalisador) -2H ₂ O+Q
Como a composição, as propriedades químicas e a qualidade do catalisador em si não mudam antes e depois da reação, o catalisador pode ser usado continuamente sem regeneração.
O desoxidador possui uma estrutura de cilindro interno e externo, com o catalisador carregado entre os cilindros externo e interno. O componente de aquecimento elétrico à prova de explosão é instalado dentro do cilindro interno, e dois sensores de temperatura estão localizados na parte superior e inferior da embalagem do catalisador para detectar e controlar a temperatura da reação. O cilindro externo é envolto em uma camada isolante para evitar perda de calor e queimaduras. O hidrogênio bruto entra no cilindro interno pela entrada superior do desoxidador, é aquecido por um elemento de aquecimento elétrico e flui através do leito do catalisador de baixo para cima. O oxigênio no hidrogênio bruto reage com o hidrogênio sob a ação do catalisador para produzir água. O teor de oxigênio no hidrogênio que flui pela saída inferior pode ser reduzido para menos de 1 ppm. A água gerada pela combinação flui para fora do desoxidador na forma gasosa com o gás hidrogênio, condensa no resfriador de hidrogênio subsequente, filtra no separador ar-água e é descarregada do sistema.
3. Princípio de funcionamento da secura
A secagem do gás hidrogênio utiliza o método de adsorção, utilizando peneiras moleculares como adsorventes. Após a secagem, o ponto de orvalho do gás hidrogênio pode atingir temperaturas abaixo de -70 ℃. A peneira molecular é um tipo de composto de aluminossilicato com estrutura cúbica, que forma diversas cavidades do mesmo tamanho em seu interior após a desidratação e possui uma área superficial muito grande. As peneiras moleculares são chamadas de peneiras moleculares porque conseguem separar moléculas com diferentes formas, diâmetros, polaridades, pontos de ebulição e níveis de saturação.
A água é uma molécula altamente polar, e as peneiras moleculares têm forte afinidade por ela. A adsorção das peneiras moleculares é uma adsorção física e, quando a adsorção está saturada, leva um tempo para aquecer e regenerar antes de poder ser adsorvida novamente. Portanto, pelo menos dois secadores são incluídos em um dispositivo de purificação, com um funcionando enquanto o outro regenera, para garantir a produção contínua de hidrogênio gasoso com ponto de orvalho estável.
O secador possui uma estrutura de cilindro interno e externo, com o adsorvente carregado entre os cilindros externo e interno. O componente de aquecimento elétrico à prova de explosão é instalado dentro do cilindro interno, e dois sensores de temperatura estão localizados na parte superior e inferior da embalagem da peneira molecular para detectar e controlar a temperatura da reação. O cilindro externo é envolto em uma camada isolante para evitar perda de calor e queimaduras. O fluxo de ar no estado de adsorção (incluindo os estados de trabalho primário e secundário) e o estado de regeneração são invertidos. No estado de adsorção, o tubo da extremidade superior é a saída de gás e o tubo da extremidade inferior é a entrada de gás. No estado de regeneração, o tubo da extremidade superior é a entrada de gás e o tubo da extremidade inferior é a saída de gás. O sistema de secagem pode ser dividido em secadores de duas torres e secadores de três torres de acordo com o número de secadores.
4. Processo de duas torres
Dois secadores são instalados no dispositivo, que se alternam e regeneram em um ciclo (48 horas) para garantir a operação contínua de todo o dispositivo. Após a secagem, o ponto de orvalho do hidrogênio pode atingir abaixo de -60 °C. Durante um ciclo de trabalho (48 horas), os secadores A e B passam pelos estados de trabalho e regeneração, respectivamente.
Em um ciclo de comutação, o secador passa por dois estados: estado de trabalho e estado de regeneração.
·Estado de regeneração: O volume do gás de processamento é o volume total do gás. O estado de regeneração inclui os estágios de aquecimento e resfriamento por sopro;
1) Estágio de aquecimento – o aquecedor dentro da secadora funciona e para automaticamente o aquecimento quando a temperatura superior atinge o valor definido ou o tempo de aquecimento atinge o valor definido;
2) Estágio de resfriamento – Depois que o secador para de aquecer, o fluxo de ar continua a fluir através do secador no caminho original para resfriá-lo até que o secador mude para o modo de trabalho.
·Status de funcionamento: O volume de ar de processamento está na capacidade máxima e o aquecedor dentro da secadora não está funcionando.
5. Fluxo de trabalho de três torres
Atualmente, o processo de três torres é amplamente utilizado. Três secadores são instalados no dispositivo, que contêm dessecantes (peneiras moleculares) com grande capacidade de adsorção e boa resistência à temperatura. Os três secadores alternam entre operação, regeneração e adsorção para garantir a operação contínua de todo o dispositivo. Após a secagem, o ponto de orvalho do gás hidrogênio pode atingir abaixo de -70 ℃.
Durante um ciclo de comutação, o secador passa por três estados: operação, adsorção e regeneração. Para cada estado, o primeiro secador, no qual o gás hidrogênio bruto entra após a desoxigenação, o resfriamento e a filtragem da água, está localizado:
1) Status de trabalho: O volume de gás de processamento está na capacidade máxima, o aquecedor dentro do secador não está funcionando e o meio é gás hidrogênio bruto que não foi desidratado;
O segundo secador que entra está localizado em:
2) Estado de regeneração: 20% do volume de gás: O estado de regeneração inclui estágio de aquecimento e estágio de resfriamento por sopro;
Estágio de aquecimento – o aquecedor dentro da secadora funciona e para automaticamente o aquecimento quando a temperatura superior atinge o valor definido ou o tempo de aquecimento atinge o valor definido;
Estágio de resfriamento – Após o secador parar de aquecer, o fluxo de ar continua a fluir através do secador no caminho original para resfriá-lo até que o secador mude para o modo de trabalho; Quando o secador está no estágio de regeneração, o meio é gás hidrogênio seco desidratado;
O terceiro secador de entrada está localizado em:
3) Estado de adsorção: o volume do gás de processamento é de 20%, o aquecedor no secador não está funcionando e o meio é gás hidrogênio para regeneração.
Horário da publicação: 19/12/2024
