อุปกรณ์ฟอกน้ำไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้า

จากการแสวงหาพลังงานสะอาดและการพัฒนาอย่างยั่งยืนทั่วโลกที่เพิ่มมากขึ้น พลังงานไฮโดรเจนในฐานะผู้ให้บริการพลังงานที่มีประสิทธิภาพและสะอาดจึงค่อยๆ เข้ามาอยู่ในวิสัยทัศน์ของผู้คน เทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์ด้วยไฮโดรเจนซึ่งถือเป็นส่วนสำคัญในห่วงโซ่อุตสาหกรรมพลังงานไฮโดรเจนไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของพลังงานไฮโดรเจนเท่านั้น แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อขอบเขตการใช้งานและประโยชน์ทางเศรษฐกิจของพลังงานไฮโดรเจนอีกด้วย

1.ข้อกำหนดสำหรับผลิตภัณฑ์ไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนเป็นวัตถุดิบทางเคมีและตัวพาพลังงาน มีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับความบริสุทธิ์และเนื้อหาของสิ่งเจือปนในสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน ในการผลิตแอมโมเนียสังเคราะห์ เมทานอล และผลิตภัณฑ์เคมีอื่นๆ เพื่อป้องกันพิษจากตัวเร่งปฏิกิริยาและเพื่อรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ซัลไฟด์และสารพิษอื่นๆ ในก๊าซป้อนจะต้องถูกกำจัดออกล่วงหน้าเพื่อลดเนื้อหาของสิ่งเจือปนให้เป็นไปตามข้อกำหนด ในด้านอุตสาหกรรม เช่น โลหะวิทยา เซรามิก แก้ว และเซมิคอนดักเตอร์ ก๊าซไฮโดรเจนจะสัมผัสกับผลิตภัณฑ์โดยตรง และข้อกำหนดสำหรับความบริสุทธิ์และเนื้อหาของสิ่งเจือปนจะเข้มงวดยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ไฮโดรเจนใช้สำหรับกระบวนการต่างๆ เช่น การเตรียมผลึกและสารตั้งต้น ออกซิเดชัน การอบ ฯลฯ ซึ่งมีข้อจำกัดสูงมากสำหรับสิ่งเจือปน เช่น ออกซิเจน น้ำ ไฮโดรคาร์บอนหนัก ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ฯลฯ ในไฮโดรเจน

2.หลักการทำงานของการดีออกซิเจน

ภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา ออกซิเจนจำนวนเล็กน้อยในไฮโดรเจนสามารถทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเพื่อผลิตน้ำ ซึ่งบรรลุวัตถุประสงค์ของการขจัดออกซิเจน ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน และสมการปฏิกิริยาเป็นดังนี้:

2H ₂+O ₂ (ตัวเร่งปฏิกิริยา) -2H ₂ O+Q

เนื่องจากองค์ประกอบ คุณสมบัติทางเคมี และคุณภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาเองไม่เปลี่ยนแปลงก่อนและหลังปฏิกิริยา จึงสามารถใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องสร้างใหม่

เครื่องดีออกซิไดเซอร์มีโครงสร้างกระบอกสูบด้านในและด้านนอก โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาบรรจุอยู่ระหว่างกระบอกสูบด้านนอกและด้านใน ส่วนประกอบความร้อนไฟฟ้าป้องกันการระเบิดติดตั้งอยู่ภายในกระบอกสูบด้านใน และเซ็นเซอร์อุณหภูมิสองตัวอยู่ที่ด้านบนและด้านล่างของบรรจุภัณฑ์ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อตรวจจับและควบคุมอุณหภูมิปฏิกิริยา กระบอกสูบด้านนอกหุ้มด้วยชั้นฉนวนเพื่อป้องกันการสูญเสียความร้อนและหลีกเลี่ยงการไหม้ ไฮโดรเจนดิบเข้าสู่กระบอกสูบด้านในจากทางเข้าด้านบนของเครื่องดีออกซิไดเซอร์ ได้รับความร้อนจากองค์ประกอบความร้อนไฟฟ้า และไหลผ่านชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาจากด้านล่างขึ้นด้านบน ออกซิเจนในไฮโดรเจนดิบทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อผลิตน้ำ ปริมาณออกซิเจนในไฮโดรเจนที่ไหลออกจากทางออกด้านล่างสามารถลดลงให้ต่ำกว่า 1ppm ได้ น้ำที่สร้างขึ้นจากการรวมกันจะไหลออกจากเครื่องดีออกซิไดเซอร์ในรูปแบบก๊าซพร้อมกับก๊าซไฮโดรเจน ควบแน่นในเครื่องทำความเย็นไฮโดรเจนที่ตามมา กรองในเครื่องแยกอากาศและน้ำ และถูกระบายออกจากระบบ

3.หลักการทำงานของความแห้ง

การอบแห้งก๊าซไฮโดรเจนใช้หลักการดูดซับโดยใช้ตะแกรงโมเลกุลเป็นตัวดูดซับ หลังจากการอบแห้ง จุดน้ำค้างของก๊าซไฮโดรเจนสามารถอยู่ต่ำกว่า -70 ℃ ตะแกรงโมเลกุลเป็นสารประกอบอะลูมิโนซิลิเกตชนิดหนึ่งที่มีโครงตาข่ายลูกบาศก์ ซึ่งสร้างโพรงจำนวนมากที่มีขนาดเท่ากันภายในหลังจากการคายน้ำ และมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่มาก ตะแกรงโมเลกุลเรียกว่าตะแกรงโมเลกุลเนื่องจากสามารถแยกโมเลกุลที่มีรูปร่าง เส้นผ่านศูนย์กลาง ขั้ว จุดเดือด และระดับความอิ่มตัวที่แตกต่างกันได้

น้ำเป็นโมเลกุลที่มีขั้วสูง และตะแกรงโมเลกุลมีความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งกับน้ำ การดูดซับของตะแกรงโมเลกุลเป็นการดูดซับทางกายภาพ และเมื่อการดูดซับอิ่มตัวแล้ว จะต้องใช้เวลาสักระยะหนึ่งในการทำความร้อนและสร้างใหม่ก่อนที่จะสามารถดูดซับได้อีกครั้ง ดังนั้น เครื่องเป่าแห้งอย่างน้อยสองเครื่องจึงรวมอยู่ในอุปกรณ์ฟอกอากาศ โดยเครื่องหนึ่งทำงานในขณะที่อีกเครื่องหนึ่งสร้างใหม่ เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถผลิตก๊าซไฮโดรเจนที่เสถียรที่จุดน้ำค้างได้อย่างต่อเนื่อง

เครื่องอบแห้งมีโครงสร้างทรงกระบอกด้านในและด้านนอก โดยมีตัวดูดซับบรรจุอยู่ระหว่างทรงกระบอกด้านนอกและด้านใน ส่วนประกอบความร้อนไฟฟ้าป้องกันการระเบิดติดตั้งอยู่ภายในทรงกระบอกด้านใน และเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิสองตัวอยู่ที่ด้านบนและด้านล่างของชุดตะแกรงโมเลกุลเพื่อตรวจจับและควบคุมอุณหภูมิปฏิกิริยา ทรงกระบอกด้านนอกหุ้มด้วยชั้นฉนวนเพื่อป้องกันการสูญเสียความร้อนและหลีกเลี่ยงการไหม้ การไหลของอากาศในสถานะการดูดซับ (รวมถึงสถานะการทำงานหลักและรอง) และสถานะการสร้างใหม่จะย้อนกลับ ในสถานะการดูดซับ ท่อปลายด้านบนเป็นทางออกของก๊าซและท่อปลายด้านล่างเป็นทางเข้าของก๊าซ ในสถานะการสร้างใหม่ ท่อปลายด้านบนเป็นทางเข้าของก๊าซและท่อปลายด้านล่างเป็นทางออกของก๊าซ ระบบการอบแห้งสามารถแบ่งได้เป็นเครื่องอบแห้งแบบหอคอยสองเครื่องและเครื่องอบแห้งแบบหอคอยสามเครื่องตามจำนวนเครื่องอบแห้ง

4.กระบวนการสองหอคอย

เครื่องอบผ้าสองเครื่องติดตั้งอยู่ในอุปกรณ์ ซึ่งจะสลับกันและฟื้นฟูภายในหนึ่งรอบ (48 ชั่วโมง) เพื่อให้อุปกรณ์ทั้งหมดทำงานอย่างต่อเนื่อง หลังจากการอบผ้า จุดน้ำค้างของไฮโดรเจนสามารถลดลงต่ำกว่า -60 ℃ ในระหว่างรอบการทำงาน (48 ชั่วโมง) เครื่องอบผ้า A และ B จะเข้าสู่สถานะการทำงานและการฟื้นฟูตามลำดับ

ในรอบการสลับหนึ่ง เครื่องอบผ้าจะเข้าสู่สถานะสองสถานะ: สถานะการทำงานและสถานะการสร้างใหม่

· สถานะการฟื้นฟู: ปริมาณก๊าซที่ประมวลผลคือปริมาณก๊าซเต็ม สถานะการฟื้นฟูประกอบด้วยขั้นตอนการให้ความร้อนและขั้นตอนการเป่าเย็น

1) ขั้นตอนการทำความร้อน – เครื่องทำความร้อนภายในเครื่องอบผ้าทำงาน และหยุดทำความร้อนโดยอัตโนมัติเมื่ออุณหภูมิสูงสุดถึงค่าที่ตั้งไว้หรือเวลาในการทำความร้อนถึงค่าที่ตั้งไว้

2) ขั้นตอนการทำความเย็น – หลังจากเครื่องอบผ้าหยุดทำความร้อนแล้ว กระแสลมจะยังคงไหลผ่านเครื่องอบผ้าตามเส้นทางเดิมเพื่อทำให้เครื่องเย็นลง จนกระทั่งเครื่องอบผ้าเปลี่ยนไปสู่โหมดทำงาน

·สถานะการทำงาน: ปริมาณอากาศที่กำลังประมวลผลอยู่ที่เต็มประสิทธิภาพ และเครื่องทำความร้อนภายในเครื่องอบผ้าไม่ทำงาน

5.เวิร์กโฟลว์สามหอคอย

ปัจจุบัน กระบวนการสามหอคอยถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเครื่องอบแห้งสามเครื่องติดตั้งอยู่ในอุปกรณ์ ซึ่งบรรจุสารดูดความชื้น (ตะแกรงโมเลกุล) ที่มีความสามารถในการดูดซับสูงและทนต่ออุณหภูมิได้ดี เครื่องอบแห้งสามเครื่องสลับกันระหว่างการทำงาน การสร้างใหม่ และการดูดซับ เพื่อให้อุปกรณ์ทั้งหมดทำงานอย่างต่อเนื่อง หลังจากการอบแห้ง จุดน้ำค้างของก๊าซไฮโดรเจนสามารถไปถึงต่ำกว่า -70 ℃

ในระหว่างรอบการสลับ เครื่องอบผ้าจะผ่านสามสถานะ ได้แก่ การทำงาน การดูดซับ และการสร้างใหม่ สำหรับแต่ละสถานะ เครื่องอบผ้าเครื่องแรกที่ก๊าซไฮโดรเจนดิบเข้าสู่เครื่องหลังจากการดีออกซิเจน การทำความเย็น และการกรองน้ำ จะอยู่ที่:

1) สถานะการทำงาน: ปริมาตรก๊าซการประมวลผลอยู่ที่ความจุเต็ม เครื่องทำความร้อนภายในเครื่องอบแห้งไม่ทำงาน และสื่อเป็นก๊าซไฮโดรเจนดิบที่ยังไม่ผ่านการทำให้แห้ง

เครื่องอบผ้าที่ 2 เข้ามาอยู่ที่:

2) สถานะการสร้างใหม่: ปริมาตรก๊าซ 20%: สถานะการสร้างใหม่ประกอบด้วยขั้นตอนการให้ความร้อนและขั้นตอนการเป่าทำความเย็น

ขั้นตอนการทำความร้อน – เครื่องทำความร้อนภายในเครื่องอบผ้าทำงาน และหยุดทำความร้อนโดยอัตโนมัติเมื่ออุณหภูมิสูงสุดถึงค่าที่ตั้งไว้หรือเวลาในการทำความร้อนถึงค่าที่ตั้งไว้

ขั้นตอนการทำความเย็น – หลังจากเครื่องอบผ้าหยุดการให้ความร้อนแล้ว กระแสลมจะยังคงไหลผ่านเครื่องอบผ้าในเส้นทางเดิมเพื่อทำให้เย็นลงจนกระทั่งเครื่องอบผ้าเปลี่ยนไปสู่โหมดการทำงาน เมื่อเครื่องอบผ้าอยู่ในขั้นตอนการสร้างใหม่ สื่อกลางจะเป็นก๊าซไฮโดรเจนแห้งที่ถูกทำให้แห้ง

เครื่องอบผ้าที่ 3 เข้ามาอยู่ที่:

3) สถานะการดูดซับ: ปริมาตรก๊าซในการประมวลผลอยู่ที่ 20% เครื่องทำความร้อนในเครื่องอบแห้งไม่ทำงาน และตัวกลางคือก๊าซไฮโดรเจนสำหรับการสร้างใหม่