Einführung in die Wasserstoffnachbehandlung in alkalischen Elektrolysesystemen

Im alkalisches WasserelektrolyseverfahrenDas am Ausgang des Elektrolyseurs erzeugte Wasserstoffgas weist typischerweise eine Reinheit von über 99,8 % auf, enthält jedoch Verunreinigungen wie Wasserdampf, Spuren von Sauerstoff und Alkalinebel. Werden diese Verunreinigungen nicht entfernt, können sie die strengen Anforderungen moderner Industrieanwendungen nicht erfüllen.

Zum Beispiel in der Präzisionsindustrie:

Hartlegierungsbeschichtungsverfahren erfordern eine Wasserstoffreinheit von 99,999 % und einen Taupunkt unter -65 °C.

Die Siliziumproduktion für Halbleitermaterialien erfordert einen Sauerstoffgehalt im Wasserstoff von weniger als 5 ppm und einen Taupunkt unter -50 °C. Denn gelöster Sauerstoff kann den spezifischen Widerstand von monokristallinem Silizium verändern oder sogar dessen Leitfähigkeit ändern.

Darüber hinaus können bei der Hochtemperatur-Wärmebehandlung von Metallen, der Pulvermetallurgie, mikroelektronischen Schaltkreisen, optoelektronischen Komponenten und der chemischen Synthese selbst Spuren von Sauerstoff oder Feuchtigkeit im Wasserstoff zur Oxidation der Rohstoffe bei hohen Temperaturen führen und so die Produktqualität erheblich beeinträchtigen.

Daher wird Wasserstoff aus der Elektrolyseur Um den Industriestandards zu entsprechen, ist häufig eine mehrstufige Behandlung der Steckdose erforderlich.

1. Gas-Flüssigkeits-Trennung

Zweck: Trennung von Wasserstoff und alkalischer Lösung vom Gas-Flüssigkeits-Gemisch am Ausgang des Elektrolyseurs, um zu verhindern, dass die alkalische Lösung die nachgeschalteten Reinigungs- und Trocknungsgeräte beeinträchtigt.

Prozessablauf:

Das Gas-Flüssigkeits-Gemisch gelangt über Rohrleitungen in einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider. Aufgrund des erheblichen Dichteunterschieds zwischen Wasserstoff und alkalischer Lösung sinkt die alkalische Lösung durch die Schwerkraft nach unten, während der Wasserstoff aufsteigt und eine Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche bildet. Die alkalische Lösung sammelt sich am Boden des Abscheiders, während der Wasserstoff im oberen Bereich einen wassergefüllten Wäscher durchläuft, in dem Verunreinigungen absorbiert oder gelöst werden. Ein Tropfenabscheider im Abscheider fängt zusätzlich Flüssigkeitströpfchen auf, die auf Siebmatten zusammenlaufen und durch die Schwerkraft zurück in die alkalische Lösung fallen. Der gründlich abgetrennte Wasserstoff gelangt anschließend in die nächste Behandlungsstufe.

2. Katalytische Desoxygenierung

Zweck: Umwandlung von Restsauerstoff in Wasserstoff in Wasser zur Sauerstoffentfernung.

Prozessablauf:

Der abgetrennte Wasserstoff gelangt in einen Sauerstoffentzugstank, wo bei hohen Temperaturen (150–200 °C) eine katalytische Reaktion stattfindet. Wasserstoff und Sauerstoff reagieren an einem Palladiumkatalysator zu Wasser. Der Katalysator adsorbiert Gasmoleküle, senkt die Aktivierungsenergie und gewährleistet eine vollständige Reaktion. Der Sauerstoffgehalt sinkt auf unter 5 ppm. Das reagierte Gas durchläuft anschließend einen Kühler, wo etwas Wasserdampf kondensiert und reinerer Wasserstoff entsteht.

3. Adsorptionstrocknung

Zweck: Entfernen Sie Wasserdampf, um die industriellen Taupunktanforderungen zu erfüllen.

Prozessablauf:

Normalerweise wird ein Adsorptionssystem mit drei Tanks verwendet, wobei jeder Tank mit Hochleistungs-Trockenmitteln mit hoher Kapazität gefüllt ist.

Wasserstoff aus der Sauerstoffentfernungsstufe gelangt unten in Tank A (im Adsorptionsmodus). Das Trockenmittel absorbiert Feuchtigkeit, und getrocknetes Gas tritt oben aus.

Gleichzeitig wird Tank B (im Regenerationsmodus) erhitzt, um adsorbierte Feuchtigkeit als Dampf freizusetzen, der von Wasserstoff abgeführt und in einem Kühler kondensiert wird.

Anschließend gelangt der Wasserstoff unten in den Tank C (im Standby-Modus), wo die Restfeuchtigkeit adsorbiert wird und das Endprodukt Wasserstoff oben austritt.

Durch diesen Prozess wird ein Taupunkt unter -70°C (Wassergehalt <10 ppm).

Um einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten, rotieren die Tanks zyklisch. Wenn Tank A gesättigt ist, wechselt Tank C in den Adsorptionsmodus, Tank A in die Regeneration und Tank B in den Standby-Modus, um eine unterbrechungsfreie Reinigung sicherzustellen.

Zukunftsaussichten

Mit der Diversifizierung der Wasserstoffanwendungen fordern nachgelagerte Industrien immer strengere Reinheits- (z. B. ≥99,999 % hochreiner Wasserstoff) und Taupunktspezifikationen (z. B. ≤-70 °C ultraniedriger Taupunkt). Dieser Trend treibt die Weiterentwicklung von Gasaufbereitungstechnologien hin zu höherer Effizienz und Intelligenz voran und ermöglicht gleichzeitig die Leistungsoptimierung von Wasserstoffproduktionssystemen. Mit Durchbrüchen in der Materialwissenschaft und Prozesssteuerung werden Gasaufbereitungstechnologien der nächsten Generation – die schnelle Reaktion und präzise Reinigung vereinen – zu einem entscheidenden Faktor für eine qualitativ hochwertige Entwicklung in der gesamten Wasserstoffenergiebranche.