Въведение в последващата обработка с водород в системи за алкална електролиза

В процес на електролиза на алкална вода, водородният газ, произведен на изхода на електролизера, обикновено има чистота над 99,8%, но съдържа примеси като водни пари, следи от кислород и алкална мъгла. Ако не бъдат отстранени, тези примеси не могат да отговорят на строгите изисквания на съвременните индустриални приложения.

Например, в областите на прецизната промишленост:

Процесите на нанасяне на покрития върху твърди сплави изискват чистота на водорода от 99,999% и точка на оросяване под -65°C.

Производството на силиций за полупроводникови материали изисква съдържанието на кислород във водорода да бъде по-малко от 5 ppm и точката на оросяване под -50°C. Това е така, защото разтвореният кислород може да промени съпротивлението на монокристалния силиций или дори да промени неговия тип проводимост.

Освен това, при високотемпературна термична обработка на метали, прахова металургия, микроелектронни схеми, оптоелектронни компоненти и химичен синтез, дори следи от кислород или влага във водород могат да причинят окисляване на суровините при високи температури, което сериозно компрометира качеството на продукта.

Следователно, водородът от електролизатор Изходът често изисква многоетапно третиране, за да отговаря на индустриалните стандарти.

1. Разделяне на газ и течност

Цел: Отделяне на водородния и алкалния разтвор от газо-течната смес на изхода на електролизатора, за да се предотврати неблагоприятното въздействие на алкалния разтвор върху оборудването за пречистване и сушене след него.

Процес на работа:

Газотечната смес постъпва в газотечен сепаратор чрез тръбопроводи. Поради значителната разлика в плътността между водорода и алкалния разтвор, алкалният разтвор се утаява надолу под действието на гравитацията, докато водородът се издига, образувайки граница газ-течност. Алкалният разтвор се натрупва на дъното на сепаратора, докато водородът преминава през скрубер, напълнен с вода, в горната част, където примесите се абсорбират или разтварят. Демистер вътре в сепаратора допълнително улавя течни капчици, които се събират върху мрежести подложки и падат обратно в алкалния разтвор под действието на гравитацията. След това добре отделеният водород преминава към следващия етап на обработка.

2. Каталитично деоксигениране

Цел: Преобразуване на остатъчния кислород във водорода във вода за отстраняване на кислорода.

Процес на работа:

Отделеният водород постъпва в резервоар за деоксигениране, където протича каталитична реакция при високи температури (150–200°C). Водородът и кислородът реагират върху паладиев катализатор, за да образуват вода. Катализаторът адсорбира газови молекули, понижавайки активиращата енергия и осигурявайки пълнота на реакцията, намалявайки съдържанието на кислород до под 5 ppm. След това реагиралият газ преминава през охладител, където част от водните пари кондензират, което води до по-чист водород.

3. Адсорбционно сушене

Предназначение: Отстраняване на водни пари, за да се спазят изискванията за индустриална точка на оросяване.

Процес на работа:

Обикновено се използва адсорбционна система с три резервоара, като всеки резервоар е запълнен с високоефективни десиканти с висок капацитет.

Водородът от етапа на деоксигениране постъпва в резервоар А отдолу (в режим на адсорбция). Десикантът адсорбира влагата, а изсушеният газ излиза отгоре.

Едновременно с това, резервоар Б (в режим на регенерация) се нагрява, за да освободи адсорбираната влага под формата на пара, която се отвежда от водород и кондензира в охладител.

След това водородът постъпва в резервоар C (в режим на готовност) в долната част, където се адсорбира остатъчната влага, а крайният продукт водород излиза отгоре.

Този процес постига точка на оросяване под -70°C (съдържание на вода <10 ppm).

За да се осигури непрекъсната работа, резервоарите се въртят циклично. Когато резервоар А се насити, резервоар С превключва в режим на адсорбция, резервоар А влиза в режим на регенерация, а резервоар Б преминава в режим на готовност, поддържайки непрекъснато пречистване.

Бъдещи перспективи

С диверсификацията на приложенията на водорода, индустриите надолу по веригата изискват още по-строги спецификации за чистота (напр. ≥99,999% водород с висока чистота) и точка на оросяване (напр. ≤-70°C ултраниска точка на оросяване). Тази тенденция тласка напредъка в технологиите за пречистване на газове към по-висока ефективност и интелигентност, като същевременно насочва оптимизацията на производителността в системите за производство на водород. С появата на пробиви в материалознанието и контрола на процесите, технологиите за пречистване на газове от следващо поколение – съчетаващи бърза реакция и прецизно пречистване – ще се превърнат в критичен фактор за висококачествено развитие в цялата водородна енергийна индустрия.