En tant qu'équipement clé dans les domaines du laboratoire et de l'industrie, la technologie de purification de l'hydrogène détermine directement la fiabilité de l'approvisionnement en gaz. La technologie dominante actuelle est basée sur la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau à membrane échangeuse de protons (PEM) en tant que noyau, combinée à un processus de purification en plusieurs étapes pour réaliser une percée dans la pureté de l'hydrogène ≥ 99999%.
I. technologie de purification de base: synergie entre l'électrolyse PEM et la désoxygénation catalytique
La Cellule d'électrolyse PEM utilise une membrane échangeuse de protons d'acide perfluorosulfonique comme électrolyte avec une conductivité ionique allant jusqu'à 0,1 S / CM, ce qui permet une séparation efficace des ions hydroxyde. Sous l'effet d'un champ électrique continu, les molécules d'eau sont oxydées à l'anode pour produire de l'oxygène et les ions hydrogène pénètrent dans la couche membranaire pour être réduits en hydrogène à la cathode. Ce processus ne nécessite pas l'ajout de solutions alcalines fortes telles que Koh, ce qui évite les problèmes de contamination corrosive des électrolyseurs alcalins traditionnels. Par exemple, les appareils de la série Genius de peakscientific augmentent le rendement en hydrogène à 99999% de pureté tout en réduisant la consommation d'énergie à 4,5 kWh / nm³ en optimisant la structure des électrodes à membrane.
Pour éliminer davantage l'oxygène résiduel, le système intègre un module de désoxygénation catalytique. Lorsque l'hydrogène circule à travers un désoxygénateur chargé d'un catalyseur à base de platine, des traces d'oxygène ont une réaction de synthèse avec l'hydrogène pour produire de la vapeur d'eau, la formule réactionnelle est 2h₂ + o₂ → 2h₂o. La réaction est effectuée à 200 - 300 ° C, en conjonction avec un ensemble de chauffage électrique antidéflagrant et un capteur de température double, qui peut contrôler avec précision la température de réaction, assurant que la teneur en oxygène est inférieure à 1 ppm.
II. Programme de conservation de la pureté: séchage à trois niveaux et système de surveillance intelligent
Pré - refroidissement et séchage: l'hydrogène est d'abord passé par un refroidisseur d'air tubulaire en spirale, en utilisant de l'eau de refroidissement recyclée pour abaisser la température à 10 - 15 ° C, de sorte que la plupart de la vapeur d'eau se condense dans de l'eau liquide, qui est évacuée par un séparateur d'eau gazeuse.
Adsorption par tamis moléculaire: en utilisant le tamis moléculaire de type 5A comme adsorbant, sa taille de pore est de 0,5 nm, peut capturer sélectivement les molécules d'eau et les impuretés telles que le co₂. L'installation est configurée avec un système de régénération alternée à deux colonnes, lorsque l'adsorption d'une colonne est saturée, l'autre colonne réalise la régénération par purge d'azote chaud à 180 ° C, assurant une sortie continue d'hydrogène sec avec un point de rosée ≤ - 70 ° c.
Filtration terminale: l'hydrogène circule finalement à travers une cartouche filtrante en polytétrafluoroéthylène (PTFE) de 0,01 μm, qui peut emprisonner les particules de taille ≥ 0,01 μm, répondant aux exigences d'utilisation de gaz des instruments de haute précision tels que ICP - MS.
Le système de surveillance intelligent acquiert des paramètres tels que la pression, le débit, la pureté, etc. en temps réel grâce à des capteurs de haute précision, déclenche automatiquement une alarme et active le module de purification de secours lorsque la teneur en oxygène dépasse 2 ppm ou lorsque le point de rosée est supérieur à - 65 ℃. Par exemple, l'unité air - tout - en - un à hydrogène anun assure la stabilité de base de l'analyse par chromatographie en phase gazeuse en contrôlant la plage de fluctuation de la pureté de l'hydrogène à ± 0,05% près grâce à un algorithme de régulation PID.
Iii. Percée technologique: conception anti - fluctuation et entretien de longue durée
En réponse aux caractéristiques intermittentes de la production d'hydrogène à partir de sources d'énergie renouvelables, la machine tout - en - un à hydrogène moderne utilise un processus d'adsorption à économie d'énergie à trois tours, contrôle variable des vannes d'instrumentation de haute précision pour un fonctionnement stable dans une plage de charge de 10 à 110%. Par exemple, l'unité de purification d'hydrogène linog dans le projet de production d'hydrogène photovoltaïque peut faire face à des fluctuations de puissance de 0 à 100%, avec un temps de rétention d'air de plus de 48 heures.
En ce qui concerne la maintenance de l'équipement, le cycle de remplacement du tamis moléculaire a été prolongé à 3 ans, en surveillant en ligne la chute de pression de l'adsorbant et le taux d'écoulement de l'eau, en prévenant les besoins de remplacement. La Cellule d'électrolyse utilise des électrodes platinées à base de titane, la résistance à la corrosion est augmentée de 50%, la durée de vie peut atteindre plus de 80 000 heures, réduisant considérablement le coût du cycle de vie complet.