ژنراتور هیدروژن کراکینگ آمونیاک

فناوری تولید هیدروژن از تجزیه آمونیاک، به عنوان یک فرآیند آماده‌سازی گاز بالغ و کارآمد، جایگاه مهمی در حوزه تولید صنعتی دارد. اصل اصلی آن تجزیه دقیق آمونیاک (NH₃) به یک گاز مخلوط متشکل از 25٪ نیتروژن (N₂) و 75٪ هیدروژن (H₂) به صورت حجمی تحت شرایط و تجهیزات خاص است. این نسبت از فرمول شیمیایی آمونیاک گرفته شده است - هر دو مولکول آمونیاک تجزیه می‌شوند تا یک مولکول نیتروژن و سه مولکول هیدروژن تشکیل دهند و به طور طبیعی یک سیستم مخلوط هیدروژن-نیتروژن پایدار تشکیل دهند. به لطف مزایای آن مانند مواد اولیه به راحتی در دسترس، فرآیند آماده‌سازی سازگار با محیط زیست و خلوص گاز قابل کنترل، این فناوری به طور گسترده در بخش‌های مختلف صنعتی مورد استفاده قرار گرفته و به یکی از فناوری‌های کلیدی پشتیبانی از توسعه با کیفیت بالا در صنایعی مانند عملیات حرارتی، متالورژی و تولید شیشه تبدیل شده است.

جریان کامل فرآیند تولید هیدروژن از تجزیه آمونیاک را می‌توان به سه حلقه اصلی تقسیم کرد: پیش‌تصفیه مواد اولیه، واکنش تجزیه آمونیاک و تصفیه گاز. این حلقه‌ها برای تضمین کیفیت محصول نهایی گاز، ارتباط نزدیکی با هم دارند. از نظر مواد اولیه، آمونیاک مایع با خلوص بالا معمولاً به عنوان بستر واکنش استفاده می‌شود. آمونیاک مایع دارای ذخیره‌سازی راحت، حمل و نقل ایمن و محتوای هیدروژن بالا است - محتوای هیدروژن آن می‌تواند به 17.6٪ برسد، که بسیار بیشتر از اکثر منابع هیدروژن گازی است. علاوه بر این، آمونیاک مایع در دما و فشار معمولی در حالت مایع است و به فضای ذخیره‌سازی بسیار کمتری نسبت به هیدروژن گازی نیاز دارد، که می‌تواند به طور موثر هزینه ذخیره‌سازی مواد اولیه شرکت‌ها را کاهش دهد. در مرحله پیش‌تصفیه مواد اولیه، آمونیاک مایع ابتدا به صورت مرکزی منتقل و از طریق یک دستگاه منیفولد اختصاصی تبخیر می‌شود. دستگاه منیفولد می‌تواند تلاقی پایدار و تنظیم جریان آمونیاک مایع چند مسیری را انجام دهد، که تأمین یکنواخت و مداوم آمونیاک مایع را تضمین می‌کند و از تأثیر نوسانات جریان بر راندمان واکنش بعدی جلوگیری می‌کند. فرآیند تبخیر، آمونیاک مایع را از طریق گرمایش در دمای پایین یا تبخیر در فشار پایین در یک محیط بسته به آمونیاک گازی تبدیل می‌کند، ضمن اینکه ناخالصی‌های ناچیزی که ممکن است در مواد اولیه وجود داشته باشند را حذف می‌کند و یک بستر واکنش خالص برای واکنش تجزیه بعدی فراهم می‌کند. پس از ورود به تجهیزات تجزیه آمونیاک، آمونیاک گازی تحت شرایط خاص دما، فشار و کاتالیزور، واکنش تجزیه را انجام می‌دهد. هسته تجهیزات تجزیه آمونیاک از یک بدنه کوره واکنش و یک سیستم کاتالیزور تشکیل شده است. بدنه کوره معمولاً از فولاد مخصوص مقاوم در برابر خوردگی و دمای بالا ساخته شده است که می‌تواند در برابر تلفات فیزیکی و شیمیایی در یک محیط واکنش با دمای بالا مقاومت کند و عملکرد پایدار طولانی مدت تجهیزات را تضمین کند. در طول واکنش، دمای داخل کوره باید بین 800 تا 900 درجه سانتیگراد کنترل شود، محدوده دمایی که می‌تواند به طور موثر فعالیت کاتالیزور را فعال کرده و واکنش تجزیه آمونیاک را تسریع کند. کاتالیزورهای رایج مورد استفاده عمدتاً مبتنی بر نیکل هستند و برخی از تجهیزات پیشرفته از کاتالیزورهای کامپوزیتی مبتنی بر روتنیوم یا آهن استفاده می‌کنند. چنین کاتالیزورهایی دارای ویژگی‌های راندمان کاتالیزوری بالا، طول عمر طولانی و توانایی قوی ضد مسمومیت هستند که باعث می‌شود سرعت تجزیه آمونیاک به بیش از 99.9٪ برسد و باقیمانده آمونیاک تجزیه نشده به حداقل برسد. تحت عمل کاتالیزور، مولکول‌های آمونیاک گازی دچار شکست پیوند و نوترکیبی می‌شوند تا گاز مخلوط هیدروژن و نیتروژن تشکیل شود. این فرآیند نیازی به افزودن سایر واکنشگرها ندارد، هیچ گاز مضری منتشر نمی‌کند و فقط مخلوط هیدروژن و نیتروژن تولید می‌کند که با مفهوم توسعه تولید سبز در صنعت مدرن مطابقت دارد.

با توجه به قابلیت احیاپذیری هیدروژن و خاصیت محافظتی بی‌اثر نیتروژن، مخلوط هیدروژن-نیتروژن تولید شده توسط فناوری تولید هیدروژن تجزیه آمونیاک، سازگاری بالایی در صنعت عملیات حرارتی نشان داده و به یک منبع گاز هسته ضروری برای این صنعت تبدیل شده است. لحیم‌کاری حرارتی با دمای بالا یکی از پرکاربردترین فرآیندهای مخلوط هیدروژن-نیتروژن در صنعت عملیات حرارتی است. این فرآیند عمدتاً برای اتصال دقیق اجزای فلزی، به ویژه برای جوشکاری قطعات ساخته شده از فولاد ضد زنگ، آلیاژ مس، آلیاژ آلومینیوم و سایر مواد مناسب است. در فرآیند لحیم‌کاری حرارتی با دمای بالا، مخلوط هیدروژن-نیتروژن به عنوان یک اتمسفر محافظ استفاده می‌شود. از یک طرف، هیدروژن می‌تواند لایه اکسید روی سطح فلز را کاهش دهد و از نقص‌هایی مانند منافذ و ناخالصی‌های سرباره در محل اتصال جوش ناشی از اکسیداسیون جلوگیری کند و فشردگی و استحکام محل اتصال جوش را تضمین کند. از طرف دیگر، نیتروژن می‌تواند هوا را ایزوله کند، از اکسیداسیون مجدد اجزای فلزی در یک محیط با دمای بالا جلوگیری کند و فشار پایدار را در داخل کوره حفظ کند و شرایط خوبی را برای جریان و خیس شدن فلز پرکننده لحیم‌کاری فراهم کند. چه در لحیم‌کاری قطعات دقیق در حوزه هوافضا و چه در جوشکاری اجزای موتور در صنعت خودروسازی، مخلوط هیدروژن و نیتروژن می‌تواند کیفیت لحیم‌کاری را به طور قابل توجهی بهبود بخشد، میزان ضایعات را کاهش دهد و الزامات سختگیرانه تولید پیشرفته برای جوشکاری دقیق را برآورده کند.

فرآیند آنیلینگ براق همچنین از مخلوط هیدروژن-نیتروژن تولید شده توسط تجزیه آمونیاک و تولید هیدروژن جدایی‌ناپذیر است. آنیلینگ براق حلقه مهمی در فرآوری عمیق مواد فلزی است که با هدف از بین بردن تنش‌های داخلی ایجاد شده در طول فرآوری فلز مانند نورد و پرس‌کاری، بهبود چقرمگی، شکل‌پذیری و پرداخت سطح مواد انجام می‌شود و اغلب برای عملیات حرارتی مواد فلزی مانند فولاد ضد زنگ، نوار مسی و نوار فولادی استفاده می‌شود. در فرآیند آنیلینگ براق، مخلوط هیدروژن-نیتروژن به عنوان یک اتمسفر محافظ وارد کوره آنیلینگ می‌شود. در یک محیط با دمای بالا، هیدروژن می‌تواند ناخالصی‌های اکسیداتیو ناچیز روی سطح فلز را کاهش دهد، در حالی که نیتروژن در رقیق کردن و جداسازی هوا، جلوگیری از تشکیل رنگ اکسید روی سطح فلز و اطمینان از حفظ بافت سطحی روشن ماده فلزی پس از آنیلینگ نقش دارد. در مقایسه با اتمسفر هیدروژن خالص مورد استفاده در فرآیندهای آنیل سنتی، مخلوط هیدروژن-نیتروژن نه تنها هزینه کمتری دارد، بلکه ایمنی بالاتری نیز دارد و به طور موثر خطر احتراق و انفجار اتمسفر هیدروژن خالص را در دماهای بالا کاهش می‌دهد و می‌تواند به همان اثر آنیل یا حتی بهتر دست یابد، که آن را به اتمسفر محافظ ترجیحی برای فرآیندهای آنیل روشن تبدیل می‌کند.

فرآیندهای احیای پودر فلز و تصفیه محلول آلیاژ آلومینیوم نیز از سناریوهای کاربردی مهم برای مخلوط هیدروژن-نیتروژن حاصل از تجزیه آمونیاک هستند. فرآیند احیای پودر فلز عمدتاً برای تهیه پودرهای فلزی با خلوص بالا مانند پودر آهن، پودر مس، پودر نیکل و غیره استفاده می‌شود که به طور گسترده در زمینه‌هایی مانند متالورژی پودر، قطعات الکترونیکی و مواد مغناطیسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در فرآیند احیا، هیدروژن موجود در مخلوط هیدروژن-نیتروژن به عنوان یک عامل احیاکننده عمل می‌کند که می‌تواند ناخالصی‌های اکسیداتیو (مانند اکسید آهن و اکسید مس) را در پودر فلز به فلز خالص کاهش دهد. در عین حال، نیتروژن به عنوان یک گاز محافظ برای جلوگیری از اکسیداسیون مجدد پودر فلز احیا شده عمل می‌کند و خلوص و فعالیت پودر فلز را تضمین می‌کند. فرآیند تصفیه محلول آلیاژ آلومینیوم، ساختار سازمانی آلیاژ آلومینیوم را بهبود می‌بخشد و از طریق گرمایش در دمای بالا و سرمایش سریع، استحکام و سختی آن را افزایش می‌دهد. در فرآیند تصفیه محلول، مخلوط هیدروژن-نیتروژن می‌تواند به طور مؤثر از اکسیداسیون و تغییر رنگ آلیاژ آلومینیوم در دماهای بالا جلوگیری کند، همگن‌سازی ساختار داخلی آلیاژ آلومینیوم را ارتقا دهد، اثر تصفیه محلول را بهبود بخشد و مواد آلیاژ آلومینیوم را قادر سازد تا با الزامات پردازش و کاربرد بعدی بهتر سازگار شوند.

در صنعت متالورژی پودر، کاربرد مخلوط هیدروژن-نیتروژن حاصل از تجزیه آمونیاک از طریق حلقه‌های اصلی متعددی مانند آماده‌سازی مواد اولیه، شکل‌دهی و تف‌جوشی انجام می‌شود. متالورژی پودر فرآیندی برای تهیه محصولات فلزی از طریق پرس پودر و تف‌جوشی است که به طور گسترده در تولید مکانیکی، قطعات خودرو، هوافضا و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در فرآیند تف‌جوشی، مخلوط هیدروژن-نیتروژن به عنوان اتمسفر تف‌جوشی استفاده می‌شود. از یک طرف، هیدروژن می‌تواند لایه اکسید روی سطح پودر فلز را کاهش دهد، نیروی پیوند بین ذرات پودر را بهبود بخشد و فشردگی و خواص مکانیکی محصول را افزایش دهد. از طرف دیگر، نیتروژن می‌تواند فشار اتمسفر داخل کوره را تنظیم کند، رشد دانه پودر فلز را مهار کند و ساختار سازمانی یکنواخت و ریز محصول را تضمین کند. علاوه بر این، مخلوط هیدروژن-نیتروژن می‌تواند ناخالصی‌های فرار تولید شده در طول تف‌جوشی را به طور مؤثر حذف کند، خلوص محصول را بهبود بخشد و محصولات متالورژی پودر را قادر سازد تا الزامات دقت و استحکام بالا را برآورده کنند. در مقایسه با سایر اتمسفرهای زینترینگ، مخلوط هیدروژن-نیتروژن مزایایی مانند هزینه پایین و سازگاری قوی را دارد و به انتخاب اصلی اتمسفر در صنعت متالورژی پودر تبدیل شده است.

علاوه بر صنایع عملیات حرارتی و متالورژی، مخلوط هیدروژن-نیتروژن حاصل از تجزیه آمونیاک نیز نقش مهمی در تولید شیشه فلوت ایفا می‌کند. شیشه فلوت نوعی شیشه است که به طور گسترده در ساخت و ساز، خودرو، الکترونیک و سایر صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرآیند تولید آن الزامات بسیار بالایی در محیط اتمسفر دارد که به طور مستقیم بر شفافیت، صافی و کیفیت سطح شیشه تأثیر می‌گذارد. در بخش حمام قلع تولید شیشه فلوت، مخلوط هیدروژن-نیتروژن به عنوان یک اتمسفر محافظ وارد حمام می‌شود. نیتروژن می‌تواند هوا را ایزوله کند، از اکسید شدن مایع قلع با دمای بالا به اکسید قلع جلوگیری کند و از چسبیدن اکسید قلع به سطح شیشه و تأثیر بر کیفیت شیشه جلوگیری کند. هیدروژن می‌تواند اکسید قلع ناچیزی را که ممکن است در حمام قلع تولید شود، کاهش دهد و قابلیت احیاپذیری اتمسفر در حمام را تنظیم کند و سطح شیشه صاف و تمیز را تضمین کند و عملکرد نوری و مقاومت مکانیکی شیشه را بهبود بخشد. علاوه بر این، مخلوط هیدروژن-نیتروژن می‌تواند فشار پایدار را در داخل حمام قلع حفظ کند، از ورود هوای خارجی جلوگیری کند، پیشرفت مداوم و پایدار تولید شیشه فلوت را تضمین کند و راندمان تولید و میزان کیفیت محصول را بهبود بخشد.

مخلوط هیدروژن-نیتروژن حاصل از تجزیه آمونیاک همچنین دارای ارزش کاربردی مهمی در فرآیندهای مرتبط با کوره نیتریدینگ است که عمدتاً در دو جنبه منعکس می‌شود: تنظیم اتمسفر کوره نیتریدینگ و تصفیه گاز خروجی. تصفیه نیتریدینگ فرآیندی مهم برای تقویت سطح مواد فلزی است. با نفوذ اتم‌های نیتروژن به سطح فلز در دمای بالا و اتمسفر غنی از نیتروژن، یک لایه سخت شده تشکیل می‌شود که مقاومت سایشی، مقاومت در برابر خوردگی و استحکام خستگی مواد فلزی را بهبود می‌بخشد. در تنظیم اتمسفر کوره نیتریدینگ، مخلوط هیدروژن-نیتروژن می‌تواند به عنوان یک اتمسفر پایه، مخلوط با آمونیاک، نیتروژن و سایر گازها برای تنظیم دقیق پتانسیل نیتروژن داخل کوره، برآورده کردن الزامات مواد فلزی مختلف و فرآیندهای مختلف نیتریدینگ و اطمینان از اینکه ضخامت، سختی و یکنواختی لایه نیترید شده مطابق با استانداردهای طراحی است، استفاده شود. در عین حال، کوره‌های نیتریدینگ در طول تولید، گاز خروجی حاوی مقادیر ناچیزی آمونیاک، سیانید و سایر مواد مضر تولید می‌کنند. انتشار مستقیم باعث آلودگی محیط زیست و ایجاد خطرات ایمنی می‌شود. با استفاده از تجهیزات تصفیه گاز زائد مربوط به فناوری تولید هیدروژن از تجزیه آمونیاک، گاز زائد کوره نیتریداسیون می‌تواند تجزیه و سوزانده شود و مواد مضر موجود در گاز زائد را به آب بی‌ضرر، نیتروژن و دی‌اکسید کربن تبدیل کند و انتشار گاز زائد را به گونه‌ای سازگار با محیط زیست محقق سازد. این امر نه تنها با الزامات سیاست‌های ملی حفاظت از محیط زیست مطابقت دارد، بلکه هزینه‌های تصفیه زیست‌محیطی شرکت‌ها را نیز کاهش می‌دهد.

کاربرد گسترده فناوری تولید هیدروژن از تجزیه آمونیاک در صنایع مختلف نه تنها به دلیل عملکرد پایدار فرآیند و محصولات گازی با کیفیت بالا، بلکه به دلیل مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی قابل توجه آن است. از نظر هزینه، مواد اولیه آمونیاک مایع نسبتاً ارزان، حمل و نقل و ذخیره‌سازی آنها راحت است که می‌تواند هزینه مواد اولیه شرکت‌ها را در مقایسه با مواد اولیه گازی مانند هیدروژن خالص و نیتروژن خالص تا حد زیادی کاهش دهد. در عین حال، تجهیزات تولید هیدروژن از تجزیه آمونیاک دارای ساختار نسبتاً ساده، عملکرد راحت و هزینه نگهداری پایین هستند که آنها را برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ مناسب می‌کند. از نظر حفاظت از محیط زیست، کل فرآیند آماده‌سازی هیچ گاز مضری منتشر نمی‌کند و استفاده از مخلوط هیدروژن و نیتروژن همچنین می‌تواند مصرف گازهای اکسید کننده را در فرآیندهای سنتی کاهش دهد، که با روند توسعه تحول سبز صنعتی تحت هدف کربن مضاعف همسو است.

با ارتقاء مداوم فناوری صنعتی، نیازهای صنایع مختلف برای کیفیت گاز، راندمان تولید و سطح حفاظت از محیط زیست روز به روز در حال افزایش است و فناوری تولید هیدروژن از تجزیه آمونیاک نیز به طور مداوم در حال بهینه سازی و ارتقاء است. در آینده، از طریق تحقیق و توسعه کاتالیزورهای با راندمان بالا، بهینه سازی ساختار تجهیزات و بهبود سطح کنترل خودکار، فناوری تولید هیدروژن از تجزیه آمونیاک، خلوص گاز را بیشتر بهبود خواهد بخشید، مصرف انرژی را کاهش می‌دهد، دامنه کاربرد را گسترش می‌دهد، نقش بیشتری در زمینه‌های نوظهور مانند انرژی‌های نو و تولید پیشرفته ایفا می‌کند و پشتیبانی قوی برای توسعه سبز و کارآمد تولید صنعتی فراهم می‌کند.

لحیم کاری آهن/مس/فولاد ضد زنگ

آنیل روشن/کاهش ضخامت اتصالات لوله

تف‌جوشی متالورژی پودر

خط تولید شیشه فلوت