Էլեկտրոլիտիկ ջրի ջրածնի մաքրման սարք

Մաքուր էներգիայի և կայուն զարգացման համաշխարհային աճող հետապնդման հետ մեկտեղ, ջրածնային էներգիան, որպես արդյունավետ և մաքուր էներգիայի կրող, աստիճանաբար մտնում է մարդկանց տեսլականը: Որպես ջրածնային էներգիայի արդյունաբերության շղթայի հիմնական օղակ, ջրածնի մաքրման տեխնոլոգիան ոչ միայն վերաբերում է ջրածնային էներգիայի անվտանգությանը և հուսալիությանը, այլև անմիջականորեն ազդում է ջրածնային էներգիայի կիրառման շրջանակի և տնտեսական օգուտների վրա:

1. Արտադրանքի ջրածնի պահանջները

Ջրածինը, որպես քիմիական հումք և էներգիայի կրիչ, տարբեր կիրառման սցենարներում ունի մաքրության և խառնուրդների պարունակության տարբեր պահանջներ: Սինթետիկ ամոնիակի, մեթանոլի և այլ քիմիական արտադրանքի արտադրության մեջ, կատալիզատորի թունավորումը կանխելու և արտադրանքի որակը ապահովելու համար, սնուցող գազի մեջ առկա սուլֆիդները և այլ թունավոր նյութերը պետք է նախապես հեռացվեն՝ խառնուրդների պարունակությունը նվազեցնելու և պահանջները բավարարելու համար: Արդյունաբերական ոլորտներում, ինչպիսիք են մետալուրգիան, կերամիկան, ապակին և կիսահաղորդիչները, ջրածնային գազը անմիջական շփման մեջ է մտնում արտադրանքի հետ, և մաքրության և խառնուրդների պարունակության պահանջները ավելի խիստ են: Օրինակ, կիսահաղորդչային արդյունաբերությունում ջրածինն օգտագործվում է այնպիսի գործընթացներում, ինչպիսիք են բյուրեղների և հիմքերի պատրաստումը, օքսիդացումը, թրծումը և այլն, որոնք ունեն չափազանց բարձր սահմանափակումներ ջրածնի մեջ առկա խառնուրդների, ինչպիսիք են թթվածինը, ջուրը, ծանր ածխաջրածինները, ջրածնի սուլֆիդը և այլն, վրա:

2. Թթվածնազրկման աշխատանքային սկզբունքը

Կատալիզատորի ազդեցությամբ ջրածնի մեջ պարունակվող փոքր քանակությամբ թթվածինը կարող է փոխազդել ջրածնի հետ՝ առաջացնելով ջուր, հասնելով թթվածնի կորստի նպատակին։ Ռեակցիան էկզոթերմիկ ռեակցիա է, և ռեակցիայի հավասարումը հետևյալն է.

2H₂+O₂ (կատալիզատոր) -2H₂ O+Q

Քանի որ կատալիզատորի կազմը, քիմիական հատկությունները և որակը չեն փոխվում ռեակցիայից առաջ և հետո, կատալիզատորը կարող է օգտագործվել անընդհատ՝ առանց վերականգնման։

Դեօքսիդացնողն ունի ներքին և արտաքին գլանային կառուցվածք, որտեղ կատալիզատորը տեղադրված է արտաքին և ներքին գլանների միջև: Պայթյունակայուն էլեկտրական տաքացնող բաղադրիչը տեղադրված է ներքին գլանի ներսում, իսկ կատալիզատորի փաթեթավորման վերին և ստորին մասերում տեղակայված են երկու ջերմաստիճանի սենսորներ՝ ռեակցիայի ջերմաստիճանը հայտնաբերելու և կառավարելու համար: Արտաքին գլանը փաթաթված է մեկուսացման շերտով՝ ջերմության կորուստը և այրվածքները կանխելու համար: Հում ջրածինը ներքին գլանի մեջ է մտնում դեօքսիդացնողի վերին մուտքից, տաքացվում է էլեկտրական տաքացնող տարրով և հոսում կատալիզատորի շերտով ներքևից վերև: Հում ջրածնի մեջ պարունակվող թթվածինը կատալիզատորի ազդեցությամբ փոխազդում է ջրածնի հետ՝ առաջացնելով ջուր: Ստորին ելքից դուրս եկող ջրածնի մեջ թթվածնի պարունակությունը կարող է նվազել մինչև 1 ppm-ից ցածր: Միացման արդյունքում առաջացած ջուրը դեօքսիդացնողից դուրս է գալիս գազային տեսքով՝ ջրածնի գազի հետ միասին, խտանում է հաջորդող ջրածնի սառեցնողում, զտվում է օդ-ջուր բաժանիչում և դուրս է մղվում համակարգից:

3. Չորության աշխատանքային սկզբունքը

Ջրածնային գազի չորացման համար կիրառվում է ադսորբցիայի մեթոդը՝ որպես ադսորբենտ օգտագործելով մոլեկուլային մաղեր: Չորացումից հետո ջրածնային գազի ցողի կետը կարող է հասնել -70 ℃-ից ցածր: Մոլեկուլային մաղը ալյումինասիլիկատային միացության տեսակ է՝ խորանարդաձև ցանցով, որը ջրազրկումից հետո ներսում առաջացնում է նույն չափի բազմաթիվ խոռոչներ և ունի շատ մեծ մակերես: Մոլեկուլային մաղերը կոչվում են մոլեկուլային մաղեր, քանի որ դրանք կարող են առանձնացնել տարբեր ձևերի, տրամագծերի, բևեռայնությունների, եռման կետերի և հագեցվածության մակարդակների մոլեկուլներ:

Ջուրը բարձր բևեռային մոլեկուլ է, և մոլեկուլային մաղերը ջրի նկատմամբ ուժեղ կապ ունեն: Մոլեկուլային մաղերի ադսորբցիան ​​ֆիզիկական ադսորբցիա է, և երբ ադսորբցիան ​​հագեցած է, այն որոշ ժամանակ է պահանջում տաքանալու և վերականգնվելու համար, նախքան այն կրկին ադսորբվի: Հետևաբար, մաքրման սարքում ներառված են առնվազն երկու չորանոցներ, որոնցից մեկը աշխատում է, մինչդեռ մյուսը վերականգնվում է՝ ապահովելու համար ցողի կետում կայուն ջրածնի գազի անընդհատ արտադրությունը:

Չորանոցն ունի ներքին և արտաքին գլանային կառուցվածք, որտեղ ադսորբենտը տեղադրված է արտաքին և ներքին գլանների միջև։ Պայթյունակայուն էլեկտրական տաքացնող բաղադրիչը տեղադրված է ներքին գլանի ներսում, իսկ մոլեկուլային մաղի փաթեթավորման վերևում և ներքևում տեղակայված են երկու ջերմաստիճանի սենսորներ՝ ռեակցիայի ջերմաստիճանը հայտնաբերելու և կառավարելու համար։ Արտաքին գլանը փաթաթված է մեկուսացման շերտով՝ ջերմության կորուստը կանխելու և այրվածքներից խուսափելու համար։ Օդի հոսքը ադսորբցիոն վիճակում (ներառյալ առաջնային և երկրորդային աշխատանքային վիճակները) և վերականգնման վիճակում հակադարձ է։ Ադսորբցիոն վիճակում վերին ծայրային խողովակը գազի ելքն է, իսկ ստորին ծայրային խողովակը՝ գազի մուտքը։ Վերականգնման վիճակում վերին ծայրային խողովակը գազի մուտքն է, իսկ ստորին ծայրային խողովակը՝ գազի ելքը։ Չորացման համակարգը կարելի է բաժանել երկու աշտարակային չորանոցների և երեք աշտարակային չորանոցների՝ չորանոցների քանակի համաձայն։

4. Երկու աշտարակային գործընթաց

Սարքում տեղադրված են երկու չորանոցներ, որոնք հերթագայվում և վերականգնվում են մեկ ցիկլի (48 ժամ) ընթացքում՝ ամբողջ սարքի անընդհատ աշխատանքն ապահովելու համար: Չորացումից հետո ջրածնի ցողի կետը կարող է հասնել -60 ℃-ից ցածր: Աշխատանքային ցիկլի (48 ժամ) ընթացքում A և B չորանոցները համապատասխանաբար անցնում են աշխատանքային և վերականգնվող վիճակների:

Մեկ անջատման ցիկլի ընթացքում չորանոցը գտնվում է երկու վիճակում՝ աշխատանքային և վերականգնման։

· Վերականգնման վիճակ. Մշակվող գազի ծավալը գազի լրիվ ծավալն է: Վերականգնման վիճակը ներառում է տաքացման փուլը և փչող սառեցման փուլը։

1) Ջեռուցման փուլ – չորանոցի ներսում գտնվող ջեռուցիչը աշխատում է և ավտոմատ կերպով դադարեցնում է տաքացումը, երբ վերին ջերմաստիճանը հասնում է սահմանված արժեքին կամ տաքացման ժամանակը հասնում է սահմանված արժեքին։

2) Սառեցման փուլ – Չորանոցի տաքացումը դադարեցնելուց հետո օդի հոսքը շարունակում է հոսել չորանոցով սկզբնական ուղղությամբ՝ այն սառեցնելու համար, մինչև չորանոցը անցնի աշխատանքային ռեժիմի։

· Աշխատանքային կարգավիճակ՝ Մշակման օդի ծավալը լիովին հզոր է, և չորանոցի ներսում գտնվող ջեռուցիչը չի աշխատում։

5. Երեք աշտարակի աշխատանքային հոսք

Ներկայումս լայնորեն կիրառվում է եռաշտարակային գործընթացը։ Սարքում տեղադրված են երեք չորանոցներ, որոնք պարունակում են չորացնող նյութեր (մոլեկուլային մաղեր)՝ մեծ կլանման հզորությամբ և լավ ջերմաստիճանային դիմադրողականությամբ։ Երեք չորանոցները հերթագայում են աշխատանքը, վերականգնումը և կլանումը՝ ամբողջ սարքի անընդհատ աշխատանքն ապահովելու համար։ Չորացումից հետո ջրածնի գազի ցողի կետը կարող է հասնել -70 ℃-ից ցածր։

Անջատման ցիկլի ընթացքում չորանոցն անցնում է երեք վիճակով՝ աշխատանքային, ադսորբցիոն և վերականգնման։ Յուրաքանչյուր վիճակի համար գտնվում է առաջին չորանոցը, որում մտնում է ջրածնի հում գազը՝ թթվածնի դեզոգենացիայից, սառեցումից և ջրի զտումից հետո։

1) Աշխատանքային կարգավիճակ. Մշակման գազի ծավալը լիովին հզորացված է, չորանոցի ներսում գտնվող ջեռուցիչը չի աշխատում, և միջավայրը չջրածնված չմշակված ջրածնային գազ է։

Երկրորդ մուտքի չորանոցը գտնվում է հետևյալ հասցեում.

2) Վերականգնման վիճակ՝ գազի ծավալի 20%՝ Վերականգնման վիճակը ներառում է տաքացման փուլը և փչող սառեցման փուլը։

Ջեռուցման փուլ – չորանոցի ներսում գտնվող ջեռուցիչը աշխատում է և ավտոմատ կերպով դադարեցնում է տաքացումը, երբ վերին ջերմաստիճանը հասնում է սահմանված արժեքին կամ տաքացման ժամանակը հասնում է սահմանված արժեքին։

Սառեցման փուլ – Չորանոցի տաքացումը դադարեցնելուց հետո օդային հոսքը շարունակում է հոսել չորանոցով սկզբնական ուղղությամբ՝ այն սառեցնելու համար, մինչև չորանոցը անցնի աշխատանքային ռեժիմի։ Երբ չորանոցը գտնվում է վերականգնման փուլում, միջավայրը ջրազրկված չոր ջրածնային գազ է։

Երրորդ մուտքի չորանոցը գտնվում է հետևյալ հասցեում.

3) Կլանման վիճակ. Մշակման գազի ծավալը 20% է, չորանոցում ջեռուցիչը չի աշխատում, և միջավայրը վերականգնման համար նախատեսված ջրածնային գազ է։