อุปกรณ์ทำน้ำให้บริสุทธิ์ไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้า

จากการแสวงหาพลังงานสะอาดและการพัฒนาที่ยั่งยืนทั่วโลกเพิ่มมากขึ้น พลังงานไฮโดรเจนในฐานะผู้ให้บริการพลังงานสะอาดที่มีประสิทธิภาพและกำลังค่อยๆ เข้าสู่วิสัยทัศน์ของผู้คน ในฐานะตัวเชื่อมโยงหลักในห่วงโซ่อุตสาหกรรมพลังงานไฮโดรเจน เทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์ด้วยไฮโดรเจนไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของพลังงานไฮโดรเจนเท่านั้น แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อขอบเขตการใช้งานและผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจของพลังงานไฮโดรเจนอีกด้วย

1.ข้อกำหนดสำหรับผลิตภัณฑ์ไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนในฐานะวัตถุดิบทางเคมีและตัวพาพลังงาน มีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับปริมาณความบริสุทธิ์และสิ่งเจือปนในสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน ในการผลิตแอมโมเนียสังเคราะห์ เมทานอล และผลิตภัณฑ์เคมีอื่นๆ เพื่อป้องกันพิษจากตัวเร่งปฏิกิริยาและรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ซัลไฟด์และสารพิษอื่นๆ ในก๊าซป้อนจะต้องถูกกำจัดออกล่วงหน้าเพื่อลดปริมาณสิ่งเจือปนเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนด ในสาขาอุตสาหกรรม เช่น โลหะวิทยา เซรามิก แก้ว และเซมิคอนดักเตอร์ ก๊าซไฮโดรเจนจะต้องสัมผัสโดยตรงกับผลิตภัณฑ์ และข้อกำหนดสำหรับปริมาณความบริสุทธิ์และสิ่งเจือปนนั้นเข้มงวดมากขึ้น ตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ไฮโดรเจนถูกใช้สำหรับกระบวนการต่างๆ เช่น การเตรียมคริสตัลและซับสเตรต การออกซิเดชั่น การหลอมเหลว ฯลฯ ซึ่งมีข้อจำกัดที่สูงมากเกี่ยวกับสิ่งเจือปน เช่น ออกซิเจน น้ำ ไฮโดรคาร์บอนหนัก ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ฯลฯ ในไฮโดรเจน

2.หลักการทำงานของการลดออกซิเจน

ภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา ออกซิเจนจำนวนเล็กน้อยในไฮโดรเจนสามารถทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเพื่อผลิตน้ำ ซึ่งบรรลุวัตถุประสงค์ของการขจัดออกซิเจน ปฏิกิริยาคือปฏิกิริยาคายความร้อน และสมการของปฏิกิริยามีดังนี้:

2H ₂+O ₂ (ตัวเร่งปฏิกิริยา) -2H ₂ O+Q

เนื่องจากองค์ประกอบ คุณสมบัติทางเคมี และคุณภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาไม่เปลี่ยนแปลงทั้งก่อนและหลังปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาจึงสามารถใช้ได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องสร้างใหม่

เครื่องกำจัดออกซิไดซ์มีโครงสร้างกระบอกสูบด้านในและด้านนอก โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาโหลดอยู่ระหว่างกระบอกสูบด้านนอกและด้านใน ส่วนประกอบเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าป้องกันการระเบิดได้รับการติดตั้งภายในกระบอกสูบด้านใน และมีเซ็นเซอร์อุณหภูมิสองตัวอยู่ที่ด้านบนและด้านล่างของบรรจุภัณฑ์ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อตรวจจับและควบคุมอุณหภูมิของปฏิกิริยา กระบอกด้านนอกถูกหุ้มด้วยชั้นฉนวนเพื่อป้องกันการสูญเสียความร้อนและป้องกันการไหม้ ไฮโดรเจนดิบจะเข้าสู่กระบอกสูบด้านในจากทางเข้าด้านบนของตัวกำจัดออกซิไดเซอร์ ถูกทำให้ร้อนด้วยองค์ประกอบความร้อนไฟฟ้า และไหลผ่านเตียงตัวเร่งปฏิกิริยาจากล่างขึ้นบน ออกซิเจนในไฮโดรเจนดิบจะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนภายใต้การทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อผลิตน้ำ ปริมาณออกซิเจนในไฮโดรเจนที่ไหลออกจากทางออกด้านล่างสามารถลดลงเหลือต่ำกว่า 1ppm น้ำที่เกิดจากการผสมผสานจะไหลออกจากเครื่องกำจัดออกซิไดซ์ในรูปก๊าซพร้อมกับก๊าซไฮโดรเจน ควบแน่นในตัวทำความเย็นไฮโดรเจนที่ตามมา กรองในตัวแยกอากาศและน้ำ และถูกระบายออกจากระบบ

3.หลักการทำงานของความแห้ง

การอบแห้งก๊าซไฮโดรเจนใช้วิธีการดูดซับโดยใช้ตะแกรงโมเลกุลเป็นตัวดูดซับ หลังจากการอบแห้ง จุดน้ำค้างของก๊าซไฮโดรเจนสามารถอยู่ต่ำกว่า -70 ℃ ตะแกรงโมเลกุลเป็นสารประกอบอลูมิโนซิลิเกตชนิดหนึ่งที่มีลูกบาศก์ขัดแตะ ซึ่งก่อตัวเป็นโพรงหลายช่องที่มีขนาดเท่ากันภายในหลังจากการคายน้ำ และมีพื้นที่ผิวที่ใหญ่มาก ตะแกรงโมเลกุลเรียกว่าตะแกรงโมเลกุลเนื่องจากสามารถแยกโมเลกุลที่มีรูปร่าง เส้นผ่านศูนย์กลาง ขั้ว จุดเดือด และระดับความอิ่มตัวที่แตกต่างกัน

น้ำเป็นโมเลกุลที่มีขั้วสูงและตะแกรงโมเลกุลมีความสัมพันธ์กับน้ำสูง การดูดซับของตะแกรงโมเลกุลคือการดูดซับทางกายภาพ และเมื่อการดูดซับอิ่มตัว จะต้องใช้เวลาช่วงหนึ่งเพื่อให้ความร้อนและงอกใหม่ก่อนจึงจะสามารถดูดซับได้อีกครั้ง ดังนั้น เครื่องอบแห้งอย่างน้อยสองเครื่องจึงรวมอยู่ในอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์ โดยเครื่องหนึ่งทำงานในขณะที่อีกเครื่องหนึ่งกำลังสร้างใหม่ เพื่อให้แน่ใจว่าจะมีการผลิตก๊าซไฮโดรเจนที่เสถียรที่จุดน้ำค้างได้อย่างต่อเนื่อง

เครื่องทำลมแห้งมีโครงสร้างกระบอกสูบด้านในและด้านนอก โดยมีตัวดูดซับโหลดอยู่ระหว่างกระบอกสูบด้านนอกและด้านใน ส่วนประกอบเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าป้องกันการระเบิดได้รับการติดตั้งภายในกระบอกสูบด้านใน และมีเซ็นเซอร์อุณหภูมิสองตัวอยู่ที่ด้านบนและด้านล่างของบรรจุภัณฑ์ตะแกรงโมเลกุลเพื่อตรวจจับและควบคุมอุณหภูมิของปฏิกิริยา กระบอกด้านนอกถูกหุ้มด้วยชั้นฉนวนเพื่อป้องกันการสูญเสียความร้อนและป้องกันการไหม้ การไหลของอากาศในสถานะการดูดซับ (รวมถึงสถานะการทำงานหลักและรอง) และสถานะการฟื้นฟูจะกลับกัน ในสถานะการดูดซับ ท่อปลายบนคือช่องจ่ายแก๊ส และท่อปลายล่างคือช่องจ่ายแก๊ส ในสถานะการฟื้นฟู ท่อปลายด้านบนคือทางเข้าก๊าซ และท่อปลายล่างคือทางออกของก๊าซ ระบบอบแห้งสามารถแบ่งออกเป็นเครื่องอบแห้งแบบทาวเวอร์สองเครื่องและเครื่องอบแห้งแบบทาวเวอร์สามเครื่องตามจำนวนเครื่องอบผ้า

4. กระบวนการสองหอ

มีการติดตั้งเครื่องอบผ้า 2 เครื่องในอุปกรณ์ ซึ่งจะสลับและสร้างใหม่ภายในหนึ่งรอบ (48 ชั่วโมง) เพื่อให้อุปกรณ์ทั้งหมดทำงานได้อย่างต่อเนื่อง หลังจากการอบแห้ง จุดน้ำค้างของไฮโดรเจนสามารถอยู่ต่ำกว่า -60 ℃ ในระหว่างรอบการทำงาน (48 ชั่วโมง) เครื่องทำลมแห้ง A และ B จะเข้าสู่สภาวะการทำงานและการสร้างใหม่ตามลำดับ

ในรอบการสลับวงจรหนึ่ง เครื่องทำลมแห้งจะพบกับสองสถานะ: สถานะการทำงานและสถานะการฟื้นฟู

·สถานะการฟื้นฟู:ปริมาตรก๊าซในการประมวลผลคือปริมาตรก๊าซเต็ม สถานะการฟื้นฟูประกอบด้วยขั้นตอนการให้ความร้อนและขั้นตอนการเป่าความเย็น

1) ขั้นตอนการทำความร้อน – เครื่องทำความร้อนภายในเครื่องอบผ้าทำงาน และหยุดทำความร้อนโดยอัตโนมัติเมื่ออุณหภูมิด้านบนถึงค่าที่ตั้งไว้ หรือเวลาในการทำความร้อนถึงค่าที่ตั้งไว้

2) ขั้นตอนการทำความเย็น – หลังจากเครื่องอบผ้าหยุดให้ความร้อน ลมจะยังคงไหลผ่านเครื่องอบผ้าในเส้นทางเดิมเพื่อทำให้เครื่องเย็นลงจนกว่าเครื่องอบผ้าจะเปลี่ยนเข้าสู่โหมดการทำงาน

· สถานะการทำงาน: ปริมาณอากาศในการประมวลผลอยู่ที่ความจุเต็ม และเครื่องทำความร้อนภายในเครื่องเป่าไม่ทำงาน

5. เวิร์กโฟลว์สามทาวเวอร์

ปัจจุบันกระบวนการทรีทาวเวอร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย มีการติดตั้งเครื่องอบผ้า 3 เครื่องในอุปกรณ์ซึ่งประกอบด้วยสารดูดความชื้น (ตะแกรงโมเลกุล) ที่มีความสามารถในการดูดซับสูงและทนต่ออุณหภูมิได้ดี เครื่องทำลมแห้งสามเครื่องสลับกันระหว่างการทำงาน การสร้างใหม่ และการดูดซับ เพื่อให้อุปกรณ์ทั้งหมดทำงานได้อย่างต่อเนื่อง หลังจากการอบแห้ง จุดน้ำค้างของก๊าซไฮโดรเจนสามารถอยู่ต่ำกว่า -70 ℃

ในระหว่างรอบการสลับ เครื่องทำลมแห้งจะผ่านสามสถานะ: การทำงาน การดูดซับ และการสร้างใหม่ สำหรับแต่ละรัฐ จะมีเครื่องอบแห้งเครื่องแรกที่ก๊าซไฮโดรเจนดิบเข้าไปหลังจากการขจัดออกซิเจน การทำความเย็น และการกรองน้ำ:

1) สถานะการทำงาน: ปริมาณก๊าซในการประมวลผลอยู่ที่ความจุเต็ม เครื่องทำความร้อนภายในเครื่องอบแห้งไม่ทำงาน และตัวกลางคือก๊าซไฮโดรเจนดิบที่ยังไม่ถูกทำให้แห้ง

เครื่องอบผ้าเครื่องที่สองที่เข้ามาจะอยู่ที่:

2) สถานะการฟื้นฟู: ปริมาณก๊าซ 20%: สถานะการฟื้นฟูรวมถึงขั้นตอนการทำความร้อนและขั้นตอนการเป่าความเย็น

ขั้นตอนการทำความร้อน – เครื่องทำความร้อนภายในเครื่องอบผ้าทำงาน และหยุดทำความร้อนโดยอัตโนมัติเมื่ออุณหภูมิด้านบนถึงค่าที่ตั้งไว้ หรือเวลาในการทำความร้อนถึงค่าที่ตั้งไว้

ขั้นตอนการทำความเย็น – หลังจากที่เครื่องอบผ้าหยุดให้ความร้อน ลมจะยังคงไหลผ่านเครื่องอบผ้าในเส้นทางเดิมเพื่อทำให้เครื่องเย็นลงจนกว่าเครื่องอบผ้าจะเข้าสู่โหมดการทำงาน เมื่อเครื่องอบแห้งอยู่ในขั้นตอนการงอกใหม่ ตัวกลางจะเป็นก๊าซไฮโดรเจนแห้งที่ถูกทำให้ขาดน้ำ

เครื่องอบผ้าเครื่องที่สามที่เข้ามาอยู่ที่:

3)สถานะการดูดซับ: ปริมาณก๊าซในการประมวลผลคือ 20% เครื่องทำความร้อนในเครื่องอบแห้งไม่ทำงาน และตัวกลางคือก๊าซไฮโดรเจนสำหรับการฟื้นฟู