دستگاه تصفیه هیدروژن

تجهیزات تولید هیدروژن با جذب نوسان فشار (PSA) دستگاهی ویژه برای تصفیه هیدروژن در دما و فشار معمولی بر اساس فناوری جذب نوسان فشار است. مزیت اصلی آن این است که نیازی به واکنش‌های دما و فشار بالا ندارد و می‌تواند هیدروژن با خلوص بالا را تنها از طریق فرآیندهای جذب و دفع فیزیکی گاز خوراک به طور مؤثر جدا کند، که به طور گسترده برای نیازهای تصفیه مخلوط‌های گازی حاوی هیدروژن مختلف مناسب است. این دستگاه از مخلوط‌های گازی حاوی هیدروژن (مانند گاز حاوی هیدروژن حاصل از محصولات جانبی صنعتی، گاز اصلاح‌شده گاز طبیعی و غیره) به عنوان ماده اولیه اصلی استفاده می‌کند و جزء اصلی آن یک غربال مولکولی ویژه است - این غربال مولکولی توسط یک فرآیند ویژه اصلاح شده است و ظرفیت جذب انتخابی بسیار قوی دارد و همچنین حامل اصلی برای جداسازی هیدروژن، نیتروژن و سایر گازها است.

اصل جداسازی آن عمدتاً بر دو تفاوت اساسی متکی است: اول، ظرفیت جذب اجزای گاز روی سطح غربال مولکولی متفاوت است. مولکول‌های هیدروژن از نظر اندازه کوچک و از نظر قطبیت ضعیف هستند، بنابراین ظرفیت جذب آنها روی سطح غربال مولکولی بسیار کم است، در حالی که ظرفیت جذب مولکول‌های گاز ناخالصی مانند نیتروژن و دی اکسید کربن بسیار بیشتر از هیدروژن است. دوم، تفاوت قابل توجهی در سرعت انتشار بین هیدروژن و نیتروژن در غربال مولکولی کربن وجود دارد. هیدروژن سریعتر پخش می‌شود و می‌تواند به سرعت در منافذ غربال مولکولی نفوذ کند، در حالی که گازهای ناخالصی به آرامی پخش می‌شوند و به راحتی توسط غربال مولکولی جذب و حفظ می‌شوند. کل فرآیند جداسازی دقیقاً توسط یک کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) کنترل می‌شود. از طریق باز و بسته شدن منظم شیرهای کنترل‌شده توسط برنامه، دو مرحله اصلی جذب فشار " - واجذب رفع فشار " به صورت چرخه‌ای انجام می‌شوند: در شرایط تحت فشار، گازهای ناخالصی به طور محکم توسط غربال مولکولی جذب می‌شوند و هیدروژن به آرامی از غربال مولکولی عبور می‌کند تا تصفیه اولیه انجام شود. در شرایط رفع فشار، گازهای ناخالصی جذب‌شده از سطح غربال مولکولی جدا شده و همراه با گاز خروجی تخلیه می‌شوند و غربال مولکولی بازسازی می‌شود و می‌تواند برای کار جذب دوباره استفاده شود. از طریق این عملیات چرخه‌ای، هیدروژنی که خلوص مورد نیاز مشتری را برآورده می‌کند، به طور مداوم خروجی داده می‌شود و کل فرآیند بدون آلودگی ثانویه سازگار با محیط زیست است.

این تجهیزات تولید هیدروژن PSA کاملاً مطابق با نیازهای واقعی تولید صنعتی، با در نظر گرفتن راندمان، پایداری و اقتصاد طراحی شده است. ویژگی‌های اصلی طراحی آن به شرح زیر است:

۱. سرعت راه‌اندازی سریع، قادر به تأمین سریع هیدروژن باکیفیت: این تجهیزات از طراحی یکپارچه‌ای بهره می‌برند که فرآیند راه‌اندازی را ساده می‌کند و نیازی به مراحل پیچیده پیش‌گرمایش و راه‌اندازی ندارد. پس از راه‌اندازی، می‌تواند چرخه جذب و جداسازی را در مدت زمان کوتاهی تکمیل کند و به سرعت هیدروژن را با خلوص باکیفیت و جریان پایدار تولید کند. این دستگاه به طور مؤثر نقاط ضعف راه‌اندازی آهسته و چرخه انتظار طولانی تجهیزات سنتی تولید هیدروژن را حل می‌کند و برای سناریوهای مختلفی مانند تأمین هیدروژن اضطراری و تولید متناوب مناسب است.

۲. عملکرد کاملاً خودکار تجهیزات، تحقق عملکرد بدون نیاز به مراقبت در طول فرآیند: مجهز به سیستم کنترل PLC با دقت بالا و ماژول نظارت هوشمند، می‌تواند پارامترهای عملکرد تجهیزات (فشار، جریان، خلوص هیدروژن و غیره) را در زمان واقعی جمع‌آوری کند و به طور خودکار تمام عملیات مانند باز و بسته کردن شیرهای کنترل‌شده توسط برنامه، تعویض چرخه‌های جذب-واجذب و بازسازی غربال مولکولی را بدون دخالت دست انجام دهد. در عین حال، دارای هشدار خطا و عملکردهای خاموش شدن خودکار است که شدت عملکرد دستی را تا حد زیادی کاهش می‌دهد، هزینه‌های نیروی کار را کاهش می‌دهد و ایمنی تولید را بهبود می‌بخشد.

۳. پر شدن کارآمد غربال مولکولی، فشرده‌تر و متراکم‌تر، عمر مفید طولانی‌تر: با اتخاذ یک فرآیند پر شدن ویژه با فشار بالا، غربال مولکولی به طور یکنواخت و محکم در برج جذب پر می‌شود که به طور موثر از مشکلات شل شدن، کلوخه شدن و سایش غربال مولکولی در روش‌های سنتی پر کردن جلوگیری می‌کند و از بین رفتن غربال مولکولی را کاهش می‌دهد. در عین حال، به یک دستگاه محافظ غربال مولکولی مجهز است که می‌تواند از آلودگی و فرسایش غربال مولکولی توسط گازهای ناخالصی جلوگیری کند، عمر مفید غربال مولکولی را به طور قابل توجهی افزایش دهد و هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری تجهیزات و دفعات تعویض مواد مصرفی را کاهش دهد.

۴. فشار، خلوص و جریان پایدار و قابل تنظیم، برآورده کردن نیازهای مختلف مشتریان: با توجه به نیازهای تأمین هیدروژن صنایع مختلف و فرآیندهای تولید مختلف، دستگاه می‌تواند فشار، خلوص و جریان هیدروژن خروجی را به طور انعطاف‌پذیری تنظیم کند. خلوص را می‌توان با دقت بین ۹۹٪ و ۹۹.۹۹۹۵٪ تنظیم کرد، فشار ≤ ۱ مگاپاسکال است و جریان ۵ تا ۵۰۰۰ نیوتن متر مکعب در ساعت را پوشش می‌دهد. این دستگاه نه تنها می‌تواند نیازهای تأمین هیدروژن با جریان کم و خلوص بالا در آزمایشگاه‌های کوچک و صنایع الکترونیک دقیق را برآورده کند، بلکه می‌تواند با سناریوهای تأمین هیدروژن با جریان بالا و در مقیاس بزرگ در صنایع متالورژی و شیمیایی در مقیاس بزرگ نیز سازگار شود.

۵. ساختار معقول، فرآیند پیشرفته، ایمنی و پایداری، سرمایه‌گذاری کم در تجهیزات و مصرف انرژی: با اتخاذ طراحی ساختار مدولار، چیدمان فشرده و فضای کف کوچک، نصب، جداسازی و تبدیل‌های بعدی آن آسان است. فرآیند چرخه جذب-واجذب بهینه شده است که میزان بازیابی هیدروژن و راندمان جداسازی را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد. در عین حال، تجهیزات با فشار متوسط ​​کار می‌کنند و مجهز به یک سیستم حفاظت ایمنی کامل، با عملکرد پایدار و قابل اعتماد و میزان خرابی کم هستند. در مقایسه با فرآیندهای سنتی تولید هیدروژن، نیازی به مصرف انرژی زیادی برای گرمایش و فشار ندارد و هزینه سرمایه‌گذاری تجهیزات و مصرف انرژی عملیاتی به طور قابل توجهی کاهش یافته است، که هم از نظر اقتصادی و هم از نظر حفاظت از محیط زیست مقرون به صرفه است.

برای اطمینان از پایداری عملکرد دستگاه و کیفیت محصولات هیدروژنی، این تجهیزات تولید هیدروژن PSA مطابق با استانداردهای صنعتی طراحی و ساخته شده است و دارای شاخص‌های فنی اصلی واضح به شرح زیر است:

الزامات گاز خوراک: فشار گاز خوراک باید روی ۱.۲ مگاپاسکال کنترل شود تا از پیشرفت روان فرآیند جذب اطمینان حاصل شود؛ نقطه شبنم فشار ≤ ۱۰ درجه سانتیگراد است تا از تأثیر رطوبت بر اثر جذب غربال مولکولی و ایمنی عملکرد تجهیزات جلوگیری شود؛ میزان روغن ≤ ۰.۰۰۳ میلی‌گرم بر متر مکعب است تا از آلودگی روغن به غربال مولکولی و مسدود شدن خط لوله تجهیزات جلوگیری شود و عملکرد پایدار طولانی مدت دستگاه تضمین شود؛ حجم گاز خوراک را می‌توان با توجه به حجم و خلوص هیدروژن مورد نیاز، با سازگاری قوی و با نیازهای تولید هیدروژن با خلوص و نرخ جریان مختلف، به صورت انعطاف‌پذیر تنظیم کرد.

شاخص‌های هیدروژن محصول: فشار هیدروژن خروجی ≤ 1 مگاپاسکال است که می‌تواند با توجه به نیازهای واقعی مشتریان به صورت انعطاف‌پذیر تنظیم شود تا نیازهای فشار فرآیندهای مختلف تولید را برآورده کند؛ نقطه شبنم جوی ≤ -70℃ است که به طور موثر رطوبت موجود در هیدروژن را کاهش می‌دهد و از تأثیر رطوبت بر فرآیندهای تولید بعدی (مانند آنیل دقیق، تولید قطعات الکترونیکی) جلوگیری می‌کند؛ خلوص 99٪ ~ 99.9995٪ را پوشش می‌دهد که می‌تواند با توجه به نیازهای صنعت برای انطباق با استانداردهای مختلف خلوص، به طور دقیق تنظیم شود؛ محدوده حجم هیدروژن 5 ~ 5000 نیوتن متر مکعب در ساعت است که سناریوهای تأمین هیدروژن کوچک، متوسط ​​و بزرگ را پوشش می‌دهد و می‌تواند تولید در مقیاس بزرگ و استاندارد را محقق کند.

با مزایای راندمان بالا، پایداری و انعطاف‌پذیری، این تجهیزات تولید هیدروژن PSA به طور گسترده در بسیاری از صنایع مانند الکترونیک، متالورژی، ماشین‌آلات و متالورژی پودر مورد استفاده قرار می‌گیرد و انواع فرآیندهای تولید اصلی را پوشش می‌دهد و هیدروژن با کیفیت بالا را برای صنایع مختلف فراهم می‌کند. سناریوهای کاربردی خاص به شرح زیر است:

۱. صنعت الکترونیک:این گاز عمدتاً در فرآیندهای اصلی مانند انتشار در تولید سیلیکون تک‌بلوری و تولید مدار مجتمع و همچنین تولید و ساخت دیودهای ساطع‌کننده نور (LED) و نمایشگرهای کریستال مایع LD استفاده می‌شود. هیدروژن با خلوص بالا می‌تواند به عنوان گاز محافظ و گاز کاهنده استفاده شود که به طور مؤثر از اکسیداسیون و آلودگی قطعات الکترونیکی در طول تولید جلوگیری می‌کند، خلوص محصول و میزان کیفیت را بهبود می‌بخشد و پایداری عملکرد تجهیزات الکترونیکی را تضمین می‌کند.

۲. صنعت متالورژی:این گاز عمدتاً در فرآیندهای آنیل میانی و آنیل محصول نهایی نوارهای مسی دقیق و نوارهای فولادی استفاده می‌شود. هیدروژن به عنوان یک گاز محافظ می‌تواند در طول فرآیند آنیل، هوا را ایزوله کند، از اکسیداسیون و تغییر رنگ سطح نوارهای مسی و نوارهای فولادی جلوگیری کند و در عین حال چقرمگی و پرداخت مواد را بهبود بخشد و تضمین کند که کیفیت محصولات متالورژی دقیق مطابق با استانداردها باشد.

۳. صنعت ماشین‌آلات:این ماده عمدتاً در فرآیند آنیل کردن یاتاقان‌ها و قطعات مکانیکی دقیق مختلف استفاده می‌شود. از طریق آنیل کردن محافظت‌شده با هیدروژن، می‌توان تنش داخلی ایجاد شده در حین پردازش قطعات را از بین برد، سختی، مقاومت در برابر سایش و پایداری ابعادی قطعات را بهبود بخشید، عمر قطعات مکانیکی دقیق را افزایش داد و احتمال خرابی تجهیزات را کاهش داد.

۴. صنعت متالورژی پودر:این گاز در فرآیند تف‌جوشی متالورژی پودر کاربرد دارد. هیدروژن می‌تواند به عنوان گاز کاهنده و گاز محافظ استفاده شود. در فرآیند تف‌جوشی در دمای بالا، ناخالصی‌های اکسیدی موجود در مواد اولیه پودر را کاهش می‌دهد و همزمان از اکسیداسیون و کلوخه شدن محصولات نهایی تف‌جوشی شده جلوگیری می‌کند و چگالی و خواص مکانیکی محصولات متالورژی پودر را بهبود می‌بخشد.

۵. صنعت احیای تنگستن-مولیبدن:این ماده برای فرآیند کاهش عمیق هیدروژن در کوره‌های چهار لوله‌ای، کوره‌های چند لوله‌ای و کوره‌های احیا مناسب است. هیدروژن با خلوص بالا می‌تواند اکسیدهای موجود در مواد اولیه تنگستن و مولیبدن را به طور کامل کاهش دهد تا عناصر تنگستن و مولیبدن با خلوص بالا به دست آید و نیازهای تولید محصولات تنگستن و مولیبدن (مانند سیم تنگستن و ورق مولیبدن) را برآورده کند.

۶. آنیلینگ براق فلزی:این گاز در فرآیند آنیل براق صفحات فولاد ضد زنگ دقیق، لوله‌های فولاد ضد زنگ، لوله‌های فولاد کربنی و صفحات فولاد کربنی استفاده می‌شود. به عنوان یک گاز محافظ، هیدروژن می‌تواند باعث شود مواد فلزی پس از آنیل، سطح صاف و بدون لکه‌های اکسیداسیون داشته باشند، بدون اینکه نیاز به عملیات سنگ‌زنی و صیقل‌کاری بعدی باشد، که این امر هزینه‌های تولید را کاهش داده و ظاهر و کیفیت محصول را بهبود می‌بخشد.

۷. زینترینگ متالورژی پودر فولاد ضد زنگ:در فرآیند تف‌جوشی متالورژی پودر فولاد ضد زنگ، هیدروژن می‌تواند نقش محافظتی داشته باشد، هوا را جدا می‌کند تا از اکسیداسیون پودر فولاد ضد زنگ جلوگیری شود و در عین حال به بهبود راندمان تف‌جوشی و چگالی محصول نهایی کمک می‌کند و مقاومت در برابر خوردگی و استحکام مکانیکی محصولات متالورژی پودر فولاد ضد زنگ را تضمین می‌کند.