Với việc toàn cầu ngày càng theo đuổi năng lượng sạch và phát triển bền vững, năng lượng hydro, với tư cách là nguồn cung cấp năng lượng sạch và hiệu quả, đang dần đi vào tầm nhìn của mọi người. Là mắt xích quan trọng trong chuỗi công nghiệp năng lượng hydro, công nghệ lọc hydro không chỉ liên quan đến sự an toàn và độ tin cậy của năng lượng hydro mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến phạm vi ứng dụng và lợi ích kinh tế của năng lượng hydro.
1.Yêu cầu đối với sản phẩm hydro
Hydro, với tư cách là chất mang năng lượng và nguyên liệu thô hóa học, có các yêu cầu khác nhau về độ tinh khiết và hàm lượng tạp chất trong các tình huống ứng dụng khác nhau. Trong quá trình sản xuất amoniac tổng hợp, metanol và các sản phẩm hóa học khác, để ngăn ngừa ngộ độc chất xúc tác và đảm bảo chất lượng sản phẩm, sunfua và các chất độc hại khác trong khí cấp phải được loại bỏ trước để giảm hàm lượng tạp chất nhằm đáp ứng yêu cầu. Trong các lĩnh vực công nghiệp như luyện kim, gốm sứ, thủy tinh và chất bán dẫn, khí hydro tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm và các yêu cầu về độ tinh khiết và hàm lượng tạp chất nghiêm ngặt hơn. Ví dụ, trong ngành công nghiệp bán dẫn, hydro được sử dụng cho các quá trình như chuẩn bị tinh thể và chất nền, oxy hóa, ủ, v.v., có hạn chế cực kỳ cao đối với các tạp chất như oxy, nước, hydrocacbon nặng, hydro sunfua, v.v. trong hydro
2. Nguyên lý hoạt động của quá trình khử oxy
Dưới tác dụng của chất xúc tác, một lượng nhỏ oxy trong hydro có thể phản ứng với hydro để tạo ra nước, đạt được mục đích khử oxy. Phản ứng này là phản ứng tỏa nhiệt và phương trình phản ứng như sau:
2H ₂+O ₂ (chất xúc tác) -2H ₂ O+Q
Do thành phần, tính chất hóa học và chất lượng của chất xúc tác không thay đổi trước và sau phản ứng nên chất xúc tác có thể được sử dụng liên tục mà không cần tái sinh.
Bộ khử oxy có cấu trúc hình trụ bên trong và bên ngoài, với chất xúc tác được nạp giữa xi lanh bên ngoài và bên trong. Bộ phận làm nóng bằng điện chống cháy nổ được lắp đặt bên trong xi lanh bên trong và hai cảm biến nhiệt độ được đặt ở phía trên và phía dưới lớp xúc tác đóng gói để phát hiện và kiểm soát nhiệt độ phản ứng. Xi lanh bên ngoài được bọc bằng lớp cách nhiệt để tránh thất thoát nhiệt và tránh bị bỏng. Hydro thô đi vào xi lanh bên trong từ đầu vào phía trên của bộ khử oxy, được làm nóng bằng bộ phận làm nóng bằng điện và chảy qua lớp xúc tác từ dưới lên trên. Oxy trong hydro thô phản ứng với hydro dưới tác dụng của chất xúc tác để tạo ra nước. Hàm lượng oxy trong hydro chảy ra từ đầu ra phía dưới có thể giảm xuống dưới 1ppm. Nước được tạo ra bởi sự kết hợp chảy ra khỏi thiết bị khử oxy ở dạng khí cùng với khí hydro, ngưng tụ trong bộ làm mát hydro tiếp theo, lọc trong bộ tách không khí-nước và được thải ra khỏi hệ thống.
3. Nguyên lý làm việc khô
Việc làm khô khí hydro áp dụng phương pháp hấp phụ, sử dụng sàng phân tử làm chất hấp phụ. Sau khi sấy khô, điểm sương của khí hydro có thể đạt dưới -70oC. Sàng phân tử là một loại hợp chất aluminosilicate có mạng tinh thể, tạo thành nhiều khoang có cùng kích thước bên trong sau khi khử nước và có diện tích bề mặt rất lớn. Sàng phân tử được gọi là sàng phân tử vì chúng có thể tách các phân tử có hình dạng, đường kính, độ phân cực, điểm sôi và mức bão hòa khác nhau.
Nước là một phân tử có độ phân cực cao và các sàng phân tử có ái lực mạnh với nước. Sự hấp phụ của sàng phân tử là sự hấp phụ vật lý, khi quá trình hấp phụ bão hòa, phải mất một khoảng thời gian để làm nóng và tái sinh trước khi có thể hấp phụ trở lại. Do đó, ít nhất hai máy sấy được đưa vào thiết bị lọc, một máy hoạt động trong khi máy kia tái sinh, để đảm bảo sản xuất liên tục khí hydro ổn định điểm sương.
Máy sấy có cấu trúc hình trụ bên trong và bên ngoài, với chất hấp phụ được nạp vào giữa xi lanh bên ngoài và bên trong. Bộ phận làm nóng bằng điện chống cháy nổ được lắp đặt bên trong xi lanh bên trong và hai cảm biến nhiệt độ được đặt ở phía trên và phía dưới của bao bì rây phân tử để phát hiện và kiểm soát nhiệt độ phản ứng. Xi lanh bên ngoài được bọc bằng lớp cách nhiệt để tránh thất thoát nhiệt và tránh bị bỏng. Luồng khí ở trạng thái hấp phụ (bao gồm trạng thái làm việc sơ cấp và thứ cấp) và trạng thái tái sinh bị đảo ngược. Ở trạng thái hấp phụ, ống đầu trên là cửa thoát khí và ống đầu dưới là cửa nạp khí. Ở trạng thái tái sinh, ống đầu trên là đầu vào khí và ống đầu dưới là đầu ra khí. Hệ thống sấy có thể được chia thành hai máy sấy tháp và ba máy sấy tháp theo số lượng máy sấy.
4. Quá trình hai tháp
Hai máy sấy được lắp đặt trong thiết bị, luân phiên và tái tạo trong một chu kỳ (48 giờ) để toàn bộ thiết bị có thể hoạt động liên tục. Sau khi sấy khô, điểm sương của hydro có thể đạt tới dưới -60oC. Trong một chu kỳ làm việc (48 giờ), máy sấy A và B lần lượt trải qua trạng thái làm việc và tái sinh.
Trong một chu kỳ chuyển đổi, máy sấy trải qua hai trạng thái: trạng thái làm việc và trạng thái tái sinh.
·Trạng thái tái sinh: Thể tích khí xử lý là thể tích khí đầy. Trạng thái tái sinh bao gồm giai đoạn gia nhiệt và giai đoạn làm mát thổi;
1) Giai đoạn gia nhiệt - bộ gia nhiệt bên trong máy sấy hoạt động và tự động dừng gia nhiệt khi nhiệt độ trên đạt đến giá trị cài đặt hoặc thời gian gia nhiệt đạt đến giá trị cài đặt;
2) Giai đoạn làm mát – Sau khi máy sấy ngừng gia nhiệt, luồng khí tiếp tục đi qua máy sấy theo đường dẫn ban đầu để làm mát máy cho đến khi máy sấy chuyển sang chế độ làm việc.
·Tình trạng hoạt động: Lượng khí xử lý đạt công suất tối đa, bộ phận làm nóng bên trong máy sấy không hoạt động.
5. Quy trình làm việc của ba tháp
Hiện nay, quy trình ba tháp được sử dụng rộng rãi. Ba máy sấy được lắp đặt trong thiết bị, chứa chất hút ẩm (sàng phân tử) có khả năng hấp phụ lớn và chịu nhiệt độ tốt. Ba máy sấy luân phiên giữa vận hành, tái sinh và hấp phụ để đạt được hoạt động liên tục của toàn bộ thiết bị. Sau khi sấy khô, điểm sương của khí hydro có thể đạt dưới -70oC.
Trong chu kỳ chuyển mạch, máy sấy trải qua ba trạng thái: làm việc, hấp phụ và tái sinh. Đối với mỗi trạng thái, máy sấy đầu tiên trong đó khí hydro thô đi vào sau quá trình khử oxy, làm mát và lọc nước được đặt:
1) Trạng thái làm việc: Thể tích khí xử lý đạt công suất tối đa, bộ gia nhiệt bên trong máy sấy không hoạt động và môi trường là khí hydro thô chưa bị khử nước;
Lối vào máy sấy thứ hai được đặt tại:
2) Trạng thái tái sinh: 20% thể tích khí: Trạng thái tái sinh bao gồm giai đoạn gia nhiệt và giai đoạn làm mát thổi;
Giai đoạn gia nhiệt - bộ gia nhiệt bên trong máy sấy hoạt động và tự động dừng gia nhiệt khi nhiệt độ trên đạt đến giá trị cài đặt hoặc thời gian gia nhiệt đạt đến giá trị cài đặt;
Giai đoạn làm mát – Sau khi máy sấy ngừng gia nhiệt, luồng khí tiếp tục đi qua máy sấy theo đường dẫn ban đầu để làm mát máy cho đến khi máy sấy chuyển sang chế độ làm việc; Khi máy sấy ở giai đoạn tái sinh, môi trường là khí hydro khô đã khử nước;
Lối vào máy sấy thứ ba được đặt tại:
3) Trạng thái hấp phụ: Thể tích khí xử lý là 20%, bộ gia nhiệt trong máy sấy không hoạt động và môi trường là khí hydro để tái sinh.
Thời gian đăng: 19-12-2024
