Với sự theo đuổi ngày càng tăng của năng lượng sạch và phát triển bền vững trên toàn cầu, năng lượng hydro, với tư cách là nguồn năng lượng sạch và hiệu quả, đang dần đi vào tầm nhìn của mọi người. Là một mắt xích quan trọng trong chuỗi ngành công nghiệp năng lượng hydro, công nghệ tinh chế hydro không chỉ liên quan đến tính 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 nguyên liệu thô hóa học và chất mang năng lượng, 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 đầu vào phải được loại bỏ trước để giảm hàm lượng tạp chất nhằm đáp ứng các 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 quy trình như chuẩn bị tinh thể và chất nền, oxy hóa, ủ, v.v., có giới hạn 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 thành nước, đạt được mục đích khử oxy. Phản ứng này là phản ứng tỏa nhiệt, 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 xi lanh bên trong và bên ngoài, với chất xúc tác được nạp giữa các xi lanh bên ngoài và bên trong. Bộ phận gia nhiệt điện chống nổ được lắp bên trong xi lanh bên trong và hai cảm biến nhiệt độ nằm ở trên cùng và dưới cùng của bộ phận đóng gói chất xúc tác để phát hiện và kiểm soát nhiệt độ phản ứng. Xi lanh bên ngoài được bọc bằng lớp cách nhiệt để tránh mất 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 một bộ phận gia nhiệt điện và chảy qua lớp xúc tác từ dưới lên trên. Oxy trong hydro thô phản ứng với hydro dưới tác động 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 bộ khử oxy ở dạng khí với khí hydro, ngưng tụ trong bộ làm mát hydro tiếp theo, lọc trong bộ tách khí-nước và được thải ra khỏi hệ thống.
3. Nguyên lý hoạt động của quá trình sấy khô
Quá trình sấy khí hydro áp dụng phương pháp hấp phụ, sử dụng rây phân tử làm chất hấp phụ. Sau khi sấy, điểm sương của khí hydro có thể đạt dưới -70 ℃. Rây phân tử là một loại hợp chất aluminosilicate có mạng lập phương, tạo thành nhiều khoang có cùng kích thước bên trong sau khi mất nước và có diện tích bề mặt rất lớn. Rây phân tử được gọi là rây phân tử vì chúng có thể tách các phân tử có hình dạng, đường kính, độ phân cực, điểm sôi và mức độ bão hòa khác nhau.
Nước là một phân tử có độ phân cực cao và rây phân tử có ái lực mạnh với nước. Sự hấp phụ của rây phân tử là sự hấp phụ vật lý và khi sự hấp phụ bão hòa, cần một khoảng thời gian để làm nóng và tái sinh trước khi có thể hấp phụ lại. Do đó, ít nhất hai máy sấy được đưa vào một thiết bị lọc, một máy hoạt động trong khi máy kia tái sinh, để đảm bảo sản xuất liên tục khí hydro ổn định ở điểm sương.
Máy sấy có cấu trúc xi lanh bên trong và bên ngoài, với chất hấp phụ được nạp giữa các xi lanh bên ngoài và bên trong. Bộ phận gia nhiệt điện chống nổ được lắp bên trong xi lanh bên trong và hai cảm biến nhiệt độ được đặt ở trên cùng và dưới cùng của lớp sàng phân tử để phát hiện và kiểm soát nhiệt độ phản ứng. Xi lanh bên ngoài được bọc bằng lớp cách nhiệt để tránh mất nhiệt và tránh bị bỏng. Luồng khí ở trạng thái hấp phụ (bao gồm trạng thái làm việc chính và phụ) và trạng thái tái sinh được đảo ngược. Ở trạng thái hấp phụ, ống đầu trên là cửa thoát khí và ống đầu dưới là cửa vào khí. Ở trạng thái tái sinh, ống đầu trên là cửa vào khí và ống đầu dưới là cửa 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.Quy trình hai tháp
Thiết bị lắp hai máy sấy, luân phiên và tái sinh trong một chu kỳ (48 giờ) để đạt được hoạt động liên tục của toàn bộ thiết bị. Sau khi sấy, điểm sương của hydro có thể đạt dưới -60 ℃. 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 mạch, máy sấy trải qua hai trạng thái: trạng thái hoạt động và trạng thái tái sinh.
·Trạng thái tái sinh: Thể tích khí xử lý là thể tích khí đầy đủ. 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 chảy qua máy sấy theo đường dẫn ban đầu để làm mát máy cho đến khi máy sấy chuyển sang chế độ hoạt động.
·Trạng thái hoạt động: Lượng khí xử lý đạt công suất tối đa và bộ phận gia nhiệt bên trong máy sấy không hoạt động.
5. Quy trình làm việc 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 (rây phân tử) có khả năng hấp phụ lớn và khả năng chịu nhiệt tốt. Ba máy sấy luân phiên giữa hoạt động, tái sinh và hấp phụ để đạt được hoạt động liên tục của toàn bộ thiết bị. Sau khi sấy, điểm sương của khí hydro có thể đạt dưới -70 ℃.
Trong chu kỳ chuyển mạch, máy sấy trải qua ba trạng thái: hoạt động, hấp phụ và tái sinh. Đối với mỗi trạng thái, máy sấy đầu tiên mà khí hydro thô đi vào sau khi khử oxy, làm mát và lọc nước được đặt:
1) Trạng thái làm việc: Lượng khí xử lý đạt công suất tối đa, bộ phận gia nhiệt bên trong máy sấy không hoạt động, môi trường là khí hydro thô chưa được tách nước;
Máy sấy thứ hai đi vào nằm ở vị trí:
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 vẫn tiếp tục chảy 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 mất nước;
Máy sấy thứ ba đi vào nằm ở vị trí:
3) Trạng thái hấp phụ: Thể tích khí xử lý là 20%, bộ phận gia nhiệt trong máy sấy không hoạt động, môi trường tái sinh là khí hydro.
Thời gian đăng: 19-12-2024
