इलेक्ट्रोलाइटिक जल हाइड्रोजन शुद्धिकरण उपकरण

स्वच्छ ऊर्जा और सतत विकास के लिए वैश्विक स्तर पर बढ़ते प्रयासों के साथ, हाइड्रोजन ऊर्जा, एक कुशल और स्वच्छ ऊर्जा स्रोत के रूप में, धीरे-धीरे लोगों की नज़र में आ रही है। हाइड्रोजन ऊर्जा उद्योग श्रृंखला में एक महत्वपूर्ण कड़ी के रूप में, हाइड्रोजन शुद्धिकरण प्रौद्योगिकी न केवल हाइड्रोजन ऊर्जा की सुरक्षा और विश्वसनीयता से संबंधित है, बल्कि हाइड्रोजन ऊर्जा के अनुप्रयोग क्षेत्र और आर्थिक लाभों को भी सीधे प्रभावित करती है।

1. उत्पाद हाइड्रोजन के लिए आवश्यकताएँ

हाइड्रोजन, एक रासायनिक कच्चे माल और ऊर्जा वाहक के रूप में, विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों में शुद्धता और अशुद्धता की मात्रा के लिए अलग-अलग आवश्यकताएँ रखता है। सिंथेटिक अमोनिया, मेथनॉल और अन्य रासायनिक उत्पादों के उत्पादन में, उत्प्रेरक विषाक्तता को रोकने और उत्पाद की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए, फीड गैस में मौजूद सल्फाइड और अन्य विषैले पदार्थों को पहले से ही हटाना आवश्यक है ताकि अशुद्धता की मात्रा को आवश्यकताओं के अनुरूप कम किया जा सके। धातु विज्ञान, सिरेमिक, कांच और अर्धचालक जैसे औद्योगिक क्षेत्रों में, हाइड्रोजन गैस उत्पादों के सीधे संपर्क में आती है, और शुद्धता और अशुद्धता की मात्रा के लिए आवश्यकताएँ अधिक कठोर होती हैं। उदाहरण के लिए, अर्धचालक उद्योग में, हाइड्रोजन का उपयोग क्रिस्टल और सब्सट्रेट तैयार करने, ऑक्सीकरण, एनीलिंग आदि जैसी प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है, जिनमें हाइड्रोजन में ऑक्सीजन, पानी, भारी हाइड्रोकार्बन, हाइड्रोजन सल्फाइड आदि जैसी अशुद्धियों पर अत्यधिक प्रतिबंध होते हैं।

2. ऑक्सीजन रहित होने का कार्य सिद्धांत

उत्प्रेरक की क्रिया के अंतर्गत, हाइड्रोजन में मौजूद ऑक्सीजन की थोड़ी मात्रा हाइड्रोजन के साथ अभिक्रिया करके जल उत्पन्न करती है, जिससे ऑक्सीजन का निष्कासन होता है। यह अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया है, और अभिक्रिया समीकरण इस प्रकार है:

2H ₂+O ₂ (उत्प्रेरक) -2H ₂ O+Q

क्योंकि अभिक्रिया से पहले और बाद में उत्प्रेरक की संरचना, रासायनिक गुण और गुणवत्ता में कोई परिवर्तन नहीं होता है, इसलिए उत्प्रेरक को पुनर्जनन के बिना लगातार उपयोग किया जा सकता है।

डीऑक्सीडाइज़र में एक आंतरिक और एक बाहरी सिलेंडर संरचना होती है, जिसमें उत्प्रेरक को बाहरी और आंतरिक सिलेंडरों के बीच रखा जाता है। विस्फोट-रोधी विद्युत तापन घटक आंतरिक सिलेंडर के अंदर स्थापित होता है, और उत्प्रेरक पैकिंग के ऊपर और नीचे दो तापमान सेंसर प्रतिक्रिया तापमान को मापने और नियंत्रित करने के लिए स्थित होते हैं। ऊष्मा हानि को रोकने और जलने से बचाने के लिए बाहरी सिलेंडर को इन्सुलेशन परत से लपेटा जाता है। कच्चा हाइड्रोजन डीऑक्सीडाइज़र के ऊपरी इनलेट से आंतरिक सिलेंडर में प्रवेश करता है, एक विद्युत तापन तत्व द्वारा गर्म किया जाता है, और उत्प्रेरक बेड से नीचे से ऊपर की ओर प्रवाहित होता है। कच्चे हाइड्रोजन में मौजूद ऑक्सीजन उत्प्रेरक की क्रिया के तहत हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करके जल उत्पन्न करता है। निचले आउटलेट से निकलने वाले हाइड्रोजन में ऑक्सीजन की मात्रा को 1ppm से कम किया जा सकता है। इस संयोजन से उत्पन्न जल हाइड्रोजन गैस के साथ गैसीय रूप में डीऑक्सीडाइज़र से बाहर निकलता है, बाद में हाइड्रोजन कूलर में संघनित होता है, वायु-जल विभाजक में फ़िल्टर होता है, और सिस्टम से बाहर निकल जाता है।

3. शुष्कता का कार्य सिद्धांत

हाइड्रोजन गैस को सुखाने के लिए आणविक छलनी (मॉलिक्यूलर सीव्स) का उपयोग अधिशोषण विधि द्वारा किया जाता है। सुखाने के बाद, हाइड्रोजन गैस का ओस बिंदु -70 ℃ से नीचे तक पहुँच सकता है। आणविक छलनी एक प्रकार का घनाकार एल्युमिनोसिलिकेट यौगिक है, जो निर्जलीकरण के बाद अपने भीतर समान आकार के कई छिद्र बनाता है और इसका सतही क्षेत्रफल बहुत बड़ा होता है। आणविक छलनी को इसलिए आणविक छलनी कहा जाता है क्योंकि यह विभिन्न आकृतियों, व्यास, ध्रुवीयता, क्वथनांक और संतृप्ति स्तर वाले अणुओं को अलग कर सकती है।

जल एक अत्यधिक ध्रुवीय अणु है, और आणविक छलनी जल के प्रति प्रबल आकर्षण रखती है। आणविक छलनी द्वारा अधिशोषण भौतिक अधिशोषण होता है, और जब अधिशोषण संतृप्त हो जाता है, तो पुनः अधिशोषण के लिए इसे गर्म करने और पुनर्जीवित करने में कुछ समय लगता है। इसलिए, ओस बिंदु स्थिर हाइड्रोजन गैस का निरंतर उत्पादन सुनिश्चित करने के लिए, शुद्धिकरण उपकरण में कम से कम दो ड्रायर शामिल किए जाते हैं, जिनमें से एक के चालू रहने के दौरान दूसरा पुनर्जीवित होता रहता है।

ड्रायर में एक आंतरिक और एक बाहरी सिलेंडर संरचना होती है, जिसमें अधिशोषक पदार्थ बाहरी और आंतरिक सिलेंडरों के बीच भरा होता है। विस्फोट-रोधी विद्युत तापन घटक आंतरिक सिलेंडर के अंदर स्थापित होता है, और प्रतिक्रिया तापमान का पता लगाने और उसे नियंत्रित करने के लिए आणविक छलनी पैकिंग के ऊपर और नीचे दो तापमान सेंसर लगे होते हैं। ऊष्मा हानि को रोकने और जलने से बचाने के लिए बाहरी सिलेंडर को इन्सुलेशन परत से लपेटा जाता है। अधिशोषण अवस्था (प्राथमिक और द्वितीयक कार्यशील अवस्थाओं सहित) और पुनर्जनन अवस्था में वायु प्रवाह विपरीत होता है। अधिशोषण अवस्था में, ऊपरी सिरे का पाइप गैस निकास और निचले सिरे का पाइप गैस प्रवेश होता है। पुनर्जनन अवस्था में, ऊपरी सिरे का पाइप गैस प्रवेश और निचले सिरे का पाइप गैस निकास होता है। ड्रायरों की संख्या के अनुसार सुखाने की प्रणाली को दो-टावर ड्रायर और तीन-टावर ड्रायर में विभाजित किया जा सकता है।

4. दो टावर प्रक्रिया

इस उपकरण में दो ड्रायर लगे हैं, जो एक चक्र (48 घंटे) के दौरान बारी-बारी से काम करते हैं और पुनर्जीवित होते हैं, जिससे पूरे उपकरण का निरंतर संचालन सुनिश्चित होता है। सुखाने के बाद, हाइड्रोजन का ओस बिंदु -60 ℃ से नीचे पहुँच सकता है। एक कार्य चक्र (48 घंटे) के दौरान, ड्रायर A और B क्रमशः कार्यशील और पुनर्जीवित अवस्था में रहते हैं।

एक स्विचिंग चक्र में, ड्रायर दो अवस्थाओं से गुजरता है: कार्यशील अवस्था और पुनर्जनन अवस्था।

·पुनर्जनन अवस्था: प्रसंस्करण गैस की मात्रा पूर्ण गैस मात्रा होती है। पुनर्जनन अवस्था में तापन चरण और शीतलन चरण शामिल होते हैं;

1) हीटिंग चरण - ड्रायर के अंदर का हीटर काम करता है, और जब ऊपरी तापमान निर्धारित मान तक पहुँच जाता है या हीटिंग का समय निर्धारित मान तक पहुँच जाता है तो स्वचालित रूप से हीटिंग बंद कर देता है;

2) शीतलन चरण - ड्रायर के गर्म होना बंद करने के बाद, ड्रायर के काम करने की स्थिति में वापस आने तक, हवा का प्रवाह मूल मार्ग में ड्रायर के माध्यम से तब तक जारी रहता है जब तक कि ड्रायर ठंडा न हो जाए।

कार्य स्थिति: प्रसंस्करण वायु की मात्रा पूरी क्षमता पर है, और ड्रायर के अंदर का हीटर काम नहीं कर रहा है।

5. तीन टावर कार्यप्रवाह

वर्तमान में, तीन टावर वाली प्रक्रिया व्यापक रूप से उपयोग में है। इस उपकरण में तीन ड्रायर लगे होते हैं, जिनमें उच्च सोखने की क्षमता और उच्च तापमान प्रतिरोध वाले डेसिकेंट (आणविक छलनी) होते हैं। तीनों ड्रायर बारी-बारी से संचालन, पुनर्जनन और सोखने की प्रक्रिया करते हैं, जिससे उपकरण का निरंतर संचालन सुनिश्चित होता है। सुखाने के बाद, हाइड्रोजन गैस का ओस बिंदु -70 ℃ से नीचे तक पहुँच सकता है।

स्विचिंग चक्र के दौरान, ड्रायर तीन अवस्थाओं से गुजरता है: कार्यशील अवस्था, अधिशोषण अवस्था और पुनर्जनन अवस्था। प्रत्येक अवस्था के लिए, वह पहला ड्रायर जिसमें कच्ची हाइड्रोजन गैस ऑक्सीजन पृथक्करण, शीतलन और जल निस्पंदन के बाद प्रवेश करती है, स्थित होता है:

1) कार्यशील स्थिति: प्रसंस्करण गैस की मात्रा पूरी क्षमता पर है, ड्रायर के अंदर का हीटर काम नहीं कर रहा है, और माध्यम कच्ची हाइड्रोजन गैस है जिसे निर्जलित नहीं किया गया है;

दूसरा ड्रायर प्रवेश द्वार यहाँ स्थित है:

2) पुनर्जनन अवस्था: 20% गैस की मात्रा: पुनर्जनन अवस्था में तापन चरण और ब्लोइंग कूलिंग चरण शामिल हैं;

हीटिंग चरण - ड्रायर के अंदर का हीटर काम करता है, और जब ऊपरी तापमान निर्धारित मान तक पहुँच जाता है या हीटिंग का समय निर्धारित मान तक पहुँच जाता है तो स्वचालित रूप से हीटिंग बंद कर देता है;

शीतलन चरण – ड्रायर के गर्म होना बंद होने के बाद, ड्रायर के कार्यशील अवस्था में आने तक वायु प्रवाह मूल मार्ग से ही प्रवाहित होता रहता है ताकि ड्रायर ठंडा हो सके; जब ड्रायर पुनर्जनन चरण में होता है, तो माध्यम निर्जलित शुष्क हाइड्रोजन गैस होता है;

तीसरा ड्रायर प्रवेश द्वार यहाँ स्थित है:

3) अधिशोषण अवस्था: प्रसंस्करण गैस की मात्रा 20% है, ड्रायर में हीटर काम नहीं कर रहा है, और पुनर्जनन के लिए माध्यम हाइड्रोजन गैस है।