청정 에너지와 지속 가능한 발전에 대한 전 세계적 추구가 증가함에 따라, 효율적이고 청정한 에너지 운반체로서 수소 에너지는 점차 사람들의 비전에 들어오고 있습니다. 수소 에너지 산업 사슬의 핵심 연결고리인 수소 정제 기술은 수소 에너지의 안전성과 신뢰성과 관련될 뿐만 아니라 수소 에너지의 적용 범위와 경제적 이점에도 직접적인 영향을 미칩니다.
1.제품수소 요구사항
화학 원료이자 에너지 운반체인 수소는 다양한 적용 시나리오에서 순도 및 불순물 함량에 대한 요구 사항이 다릅니다. 합성 암모니아, 메탄올 및 기타 화학 제품을 생산할 때 촉매 중독을 방지하고 제품 품질을 보장하려면 공급 가스의 황화물 및 기타 독성 물질을 미리 제거하여 요구 사항을 충족하도록 불순물 함량을 줄여야 합니다. 야금, 세라믹, 유리, 반도체 등 산업 분야에서는 수소가스가 제품과 직접 접촉하게 되므로 순도 및 불순물 함량에 대한 요구 사항이 더욱 엄격해집니다. 예를 들어, 반도체 산업에서 수소는 결정 및 기판 준비, 산화, 어닐링 등과 같은 공정에 사용되는데, 이는 수소에 포함된 산소, 물, 중탄화수소, 황화수소 등과 같은 불순물에 대한 제한이 매우 높습니다.
2.탈산소화의 작동 원리
촉매 작용에 따라 수소 속의 소량의 산소가 수소와 반응하여 물을 생성하여 탈산소 목적을 달성할 수 있습니다. 반응은 발열반응이며, 반응식은 다음과 같다.
2H 2+O 2 (촉매) -2H 2 O+Q
반응 전후에 촉매 자체의 조성, 화학적 성질, 품질이 변하지 않기 때문에 촉매를 재생하지 않고 지속적으로 사용할 수 있습니다.
탈산소장치는 내외통 구조로 되어 있으며, 외통과 내통 사이에 촉매가 담지되어 있습니다. 방폭형 전열부품은 내부 실린더 내부에 설치되며, 촉매패킹 상하단에 2개의 온도센서가 위치하여 반응온도를 감지 및 제어합니다. 외부 실린더는 열 손실을 방지하고 화상을 방지하기 위해 절연 층으로 싸여 있습니다. 원료수소는 탈산기 상부 유입구에서 내부 실린더로 유입되어 전기 발열체에 의해 가열되어 촉매층을 아래에서 위로 흐릅니다. 원료 수소의 산소는 촉매 작용에 따라 수소와 반응하여 물을 생성합니다. 하부 토출구에서 흘러나오는 수소의 산소 함량을 1ppm 이하로 낮출 수 있습니다. 조합에 의해 생성된 물은 수소 가스와 함께 기체 형태로 탈산기 밖으로 흘러나와 후속 수소 냉각기에서 응축되고, 공기-물 분리기에서 필터링되어 시스템에서 배출됩니다.
3. 건조의 작동 원리
수소가스의 건조는 분자체를 흡착제로 사용하는 흡착법을 채택합니다. 건조 후, 수소 가스의 이슬점은 -70℃ 이하에 도달할 수 있습니다. 분자체(Molecular Sieve)는 입방격자를 갖는 알루미노실리케이트 화합물의 일종으로, 탈수 후 내부에 같은 크기의 공동을 많이 형성하고 표면적이 매우 넓습니다. 분자체는 모양, 직경, 극성, 끓는점, 포화 수준이 다른 분자를 분리할 수 있기 때문에 분자체라고 합니다.
물은 극성이 높은 분자이며, 분자체는 물에 대해 강한 친화력을 가지고 있습니다. 분자체의 흡착은 물리적 흡착이며, 흡착이 포화되면 다시 흡착될 수 있기 전에 가열 및 재생하는 데 일정 시간이 걸립니다. 따라서, 이슬점 안정한 수소가스의 지속적인 생산을 보장하기 위해 적어도 두 개의 건조기가 정화 장치에 포함되며, 하나는 작동하고 다른 하나는 재생됩니다.
건조기는 내외통 구조로 되어 있으며, 외통과 내통 사이에 흡착제가 들어있습니다. 내부 실린더 내부에는 방폭 전열 부품이 설치되어 있으며, 분자체 패킹 상단과 하단에 2개의 온도 센서가 위치하여 반응 온도를 감지 및 제어합니다. 외부 실린더는 열 손실을 방지하고 화상을 방지하기 위해 절연 층으로 싸여 있습니다. 흡착 상태(1차 및 2차 작동 상태 포함)와 재생 상태의 공기 흐름은 역전됩니다. 흡착 상태에서는 상단 파이프가 가스 배출구이고 하단 파이프가 가스 입구입니다. 재생 상태에서는 상단 파이프가 가스 유입구이고 하단 파이프가 가스 배출구입니다. 건조 시스템은 건조기 수에 따라 2개의 타워 건조기와 3개의 타워 건조기로 나눌 수 있습니다.
4. 투 타워 공정
장치에는 2개의 건조기가 설치되어 있으며 전체 장치의 지속적인 작동을 위해 한 주기(48시간) 내에 교대로 재생됩니다. 건조 후 수소의 이슬점은 -60℃ 이하에 도달할 수 있습니다. 작동 주기(48시간) 동안 건조기 A와 B는 각각 작동 상태와 재생 상태를 겪습니다.
하나의 전환 사이클에서 건조기는 작동 상태와 재생 상태라는 두 가지 상태를 경험합니다.
·재생 상태: 처리 가스량이 전체 가스량입니다. 재생 상태에는 가열 단계와 송풍 냉각 단계가 포함됩니다.
1) 가열 단계 – 건조기 내부의 히터가 작동하여, 상한 온도가 설정값에 도달하거나 가열 시간이 설정값에 도달하면 자동으로 가열을 중지합니다.
2) 냉각 단계 – 건조기가 가열을 멈춘 후에도 공기 흐름은 건조기가 작동 모드로 전환될 때까지 원래 경로로 건조기를 통해 계속 흐르면서 건조기를 냉각시킵니다.
·작동상태 : 처리풍량이 최대량이며, 건조기 내부의 히터가 작동하지 않습니다.
5.3개의 타워 워크플로우
현재 3타워 공정이 널리 사용되고 있다. 장치에는 흡착 용량이 크고 내열성이 좋은 건조제(분자체)가 포함된 3개의 건조기가 설치되어 있습니다. 3개의 건조기가 작동, 재생, 흡착을 번갈아 가며 전체 장치의 지속적인 작동을 달성합니다. 건조 후, 수소 가스의 이슬점은 -70℃ 이하에 도달할 수 있습니다.
전환 주기 동안 건조기는 작동, 흡착, 재생의 세 가지 상태를 거칩니다. 각 상태에 대해 탈산소, 냉각 및 물 여과 후 원료 수소 가스가 유입되는 첫 번째 건조기는 다음과 같습니다.
1) 작업 상태: 처리 가스량이 최대 용량이고 건조기 내부의 히터가 작동하지 않으며 매체는 탈수되지 않은 원시 수소 가스입니다.
두 번째 건조기 진입 위치는 다음과 같습니다.
2) 재생 상태: 가스량 20%: 재생 상태에는 가열 단계와 송풍 냉각 단계가 포함됩니다.
가열 단계 - 건조기 내부의 히터가 작동하여, 상한 온도가 설정값에 도달하거나 가열 시간이 설정값에 도달하면 자동으로 가열을 중지합니다.
냉각 단계 – 건조기가 가열을 멈춘 후에도 공기 흐름은 건조기가 작동 모드로 전환될 때까지 원래 경로로 건조기를 통해 계속 흐르면서 건조기를 냉각시킵니다. 건조기가 재생 단계에 있을 때, 매체는 탈수된 건조 수소 가스입니다.
세 번째 건조기 진입 위치는 다음과 같습니다.
3) 흡착 상태 : 처리 가스량은 20 %, 건조기의 히터는 작동하지 않으며 매체는 재생용 수소 가스입니다.
게시 시간: 2024년 12월 19일
