Introducere în post-tratarea hidrogenului în sistemele de electroliză alcalină

În procesul de electroliză a apei alcalineHidrogenul gazos produs la ieșirea din electrolizor are de obicei o puritate de peste 99,8%, dar conține impurități precum vapori de apă, urme de oxigen și ceață alcalină. Dacă nu sunt îndepărtate, aceste impurități nu pot îndeplini cerințele stricte ale aplicațiilor industriale moderne.

De exemplu, în domeniile industriale de precizie:

Procesele de acoperire cu aliaje dure necesită o puritate a hidrogenului de 99,999% și un punct de rouă sub -65°C.

Producția de siliciu pentru materiale semiconductoare necesită un conținut de oxigen în hidrogen mai mic de 5 ppm și un punct de rouă sub -50°C. Acest lucru se datorează faptului că oxigenul dizolvat poate altera rezistivitatea siliciului monocristalin sau chiar poate schimba tipul său conductiv.

În plus, în tratamentul termic al metalelor la temperaturi înalte, metalurgia pulberilor, circuitele microelectronice, componentele optoelectronice și sinteza chimică, chiar și urme de oxigen sau umiditate din hidrogen pot provoca oxidarea materiilor prime la temperaturi ridicate, compromițând grav calitatea produsului.

Prin urmare, hidrogenul din electrolizor priza de apă necesită adesea un tratament în mai multe etape pentru a îndeplini standardele industriale.

1. Separarea gaz-lichid

Scop: Separarea hidrogenului și a soluției alcaline din amestecul gaz-lichid la ieșirea din electrolizor pentru a preveni afectarea negativă a soluției alcaline a echipamentelor de purificare și uscare din aval.

Fluxul procesului:

Amestecul gaz-lichid intră într-un separator gaz-lichid prin conducte. Datorită diferenței semnificative de densitate dintre hidrogen și soluția alcalină, soluția alcalină se tasează în jos sub influența gravitației, în timp ce hidrogenul se ridică, formând o interfață gaz-lichid. Soluția alcalină se acumulează în partea de jos a separatorului, în timp ce hidrogenul trece printr-un scruber umplut cu apă în secțiunea superioară, unde impuritățile sunt absorbite sau dizolvate. Un demineralizator din interiorul separatorului captează în continuare picăturile de lichid, care se coagulează pe plăcuțele de plasă și cad înapoi în soluția alcalină sub influența gravitației. Hidrogenul complet separat trece apoi la următoarea etapă de tratare.

2. Dezoxigenarea catalitică

Scop: Transformarea oxigenului rezidual din hidrogen în apă pentru eliminarea oxigenului.

Fluxul procesului:

Hidrogenul separat intră într-un rezervor de dezoxigenare, unde are loc o reacție catalitică la temperaturi ridicate (150–200°C). Hidrogenul și oxigenul reacționează peste un catalizator de paladiu pentru a forma apă. Catalizatorul adsorbe moleculele de gaz, scăzând energia de activare și asigurând reacția completă, reducând conținutul de oxigen la sub 5 ppm. Gazul reacționat trece apoi printr-un răcitor, unde o parte din vaporii de apă se condensează, rezultând hidrogen mai pur.

3. Uscare prin adsorbție

Scop: Îndepărtarea vaporilor de apă pentru a îndeplini cerințele industriale privind punctul de rouă.

Fluxul procesului:

De obicei, se utilizează un sistem de adsorbție cu trei rezervoare, fiecare rezervor fiind umplut cu desicanți de mare capacitate și performanță.

Hidrogenul din etapa de dezoxigenare intră în rezervorul A pe partea de jos (în modul de adsorbție). Desicantul adsorbe umezeala, iar gazul uscat iese pe partea de sus.

Simultan, rezervorul B (în modul de regenerare) este încălzit pentru a elibera umiditatea adsorbită sub formă de abur, care este transportat de hidrogen și condensat într-un răcitor.

Hidrogenul intră apoi în rezervorul C (în modul standby) pe partea de jos, unde umiditatea reziduală este adsorbită, iar hidrogenul produs final iese pe partea de sus.

Acest proces atinge un punct de rouă sub -70°C (conținut de apă <10 ppm).

Pentru a asigura funcționarea continuă, rezervoarele se rotesc ciclic. Când rezervorul A se saturează, rezervorul C trece în modul de adsorbție, rezervorul A intră în regenerare, iar rezervorul B trece în modul standby, menținând purificarea neîntreruptă.

Perspective viitoare

Odată cu diversificarea aplicațiilor hidrogenului, industriile din aval solicită specificații și mai stricte privind puritatea (de exemplu, hidrogen de înaltă puritate ≥99,999%) și punctul de rouă (de exemplu, punct de rouă ultra-scăzut ≤-70°C). Această tendință impulsionează progresele în tehnologiile de tratare a gazelor către o eficiență și o inteligență sporite, ghidând în același timp optimizarea performanței în sistemele de producție a hidrogenului. Pe măsură ce apar progrese în știința materialelor și controlul proceselor, tehnologiile de tratare a gazelor de generație următoare - care combină răspunsul rapid și purificarea precisă - vor deveni un factor esențial pentru dezvoltarea de înaltă calitate în întreaga industrie a energiei pe bază de hidrogen.