Wasserstoffreinigungsgerät

Die PSA-Wasserstoffproduktionsanlage (Druckwechseladsorption) ist ein Spezialgerät zur Wasserstoffreinigung bei Normaltemperatur und -druck, basierend auf der Druckwechseladsorptionstechnologie. Ihr Hauptvorteil liegt darin, dass sie keine Hochtemperatur- und Hochdruckreaktionen benötigt und hochreinen Wasserstoff effizient allein durch physikalische Adsorptions- und Desorptionsprozesse des Zufuhrgases abtrennen kann. Dadurch eignet sie sich hervorragend für die Reinigung verschiedenster wasserstoffhaltiger Gasgemische. Die Anlage verwendet wasserstoffhaltige Gasgemische (z. B. industrielle Nebenprodukte, Reformgas usw.) als Hauptrohstoff. Kernkomponente ist ein spezielles Molekularsieb – dieses Molekularsieb wurde durch ein spezielles Verfahren modifiziert und besitzt eine extrem hohe selektive Adsorptionskapazität. Es dient gleichzeitig als Träger für die Trennung von Wasserstoff, Stickstoff und anderen Gasen.

Das Trennprinzip beruht im Wesentlichen auf zwei Unterschieden: Erstens ist die Adsorptionskapazität der Gaskomponenten an der Oberfläche des Molekularsiebs unterschiedlich. Wasserstoffmoleküle sind klein und schwach polar, daher ist ihre Adsorptionskapazität an der Oberfläche des Molekularsiebs extrem gering, während die Adsorptionskapazität von Verunreinigungsgasen wie Stickstoff und Kohlendioxid viel höher ist als die von Wasserstoff. Zweitens besteht ein signifikanter Unterschied in der Diffusionsgeschwindigkeit von Wasserstoff und Stickstoff im Kohlenstoffmolekularsieb. Wasserstoff diffundiert schneller und kann die Poren des Molekularsiebs rasch durchdringen, während Verunreinigungsgase langsam diffundieren und leicht vom Molekularsieb adsorbiert und zurückgehalten werden. Der gesamte Trennprozess wird präzise durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) gesteuert. Durch das geordnete Öffnen und Schließen programmgesteuerter Ventile werden die beiden Kernschritte der Druckadsorption und Dekompressionsdesorption zyklisch realisiert: Unter Druckbedingungen werden Verunreinigungsgase fest vom Molekularsieb adsorbiert, und Wasserstoff durchdringt das Molekularsieb ungehindert, um eine Vorreinigung zu erzielen. Unter Dekompressionsbedingungen werden die adsorbierten Verunreinigungsgase von der Oberfläche des Molekularsiebs abgetrennt und mit dem Abgas abgeführt. Das Molekularsieb wird regeneriert und kann für die Adsorption wiederverwendet werden. Durch diesen Kreislaufprozess wird kontinuierlich Wasserstoff mit der vom Kunden geforderten Reinheit erzeugt. Das gesamte Verfahren ist umweltfreundlich und verursacht keine Sekundärverschmutzung.

Diese PSA-Wasserstoffproduktionsanlage wurde vollständig unter Berücksichtigung der tatsächlichen Bedürfnisse der industriellen Produktion entwickelt, wobei Effizienz, Stabilität und Wirtschaftlichkeit im Vordergrund standen. Ihre wichtigsten Konstruktionsmerkmale sind:

1. Schnelle Anlaufzeit und rasche Bereitstellung von hochwertigem Wasserstoff: Die Anlage ist in integriertem Design gefertigt, was den Anlaufprozess vereinfacht und aufwendige Vorheiz- und Inbetriebnahmeschritte überflüssig macht. Nach dem Anlauf durchläuft sie den Adsorptions- und Trennzyklus in kürzester Zeit und liefert schnell Wasserstoff mit hoher Reinheit und stabilem Durchfluss. Sie löst effektiv die Probleme herkömmlicher Wasserstoffproduktionsanlagen hinsichtlich langsamer Anlaufzeit und langer Wartezeiten und eignet sich für verschiedene Anwendungsfälle wie die Notfallversorgung mit Wasserstoff und die intermittierende Produktion.

2. Vollautomatischer Anlagenbetrieb für unbeaufsichtigten Betrieb: Ausgestattet mit einer hochpräzisen SPS-Steuerung und einem intelligenten Überwachungsmodul erfasst die Anlage Betriebsparameter (Druck, Durchfluss, Wasserstoffreinheit etc.) in Echtzeit und führt alle Vorgänge wie das Öffnen und Schließen programmgesteuerter Ventile, das Umschalten von Adsorptions- und Desorptionszyklen sowie die Molekularsiebregeneration automatisch und ohne manuelle Eingriffe durch. Gleichzeitig verfügt sie über Fehleralarm- und automatische Abschaltfunktionen, wodurch der manuelle Aufwand deutlich reduziert, Arbeitskosten gespart und die Produktionssicherheit erhöht wird.

3. Effiziente Molekularsiebbefüllung, dichtere und festere Befüllung, längere Lebensdauer: Durch ein spezielles Hochdruckbefüllungsverfahren wird das Molekularsieb gleichmäßig und fest im Adsorptionsturm verteilt. Dies vermeidet effektiv die bei herkömmlichen Befüllungsmethoden auftretenden Probleme des Lockerns, Verklumpens und Abriebs des Molekularsiebs und reduziert dessen Verlust. Gleichzeitig verhindert eine Molekularsiebschutzvorrichtung, dass Verunreinigungen das Molekularsieb angreifen und korrodieren. Dadurch wird die Lebensdauer des Molekularsiebs deutlich verlängert und die Betriebs- und Wartungskosten sowie die Häufigkeit des Austauschs von Verbrauchsmaterialien reduziert.

4. Stabiler und einstellbarer Druck, Reinheit und Durchfluss für unterschiedliche Kundenbedürfnisse: Entsprechend dem Wasserstoffbedarf verschiedener Branchen und Produktionsprozesse passt das Gerät Druck, Reinheit und Durchfluss des erzeugten Wasserstoffs flexibel an. Die Reinheit lässt sich präzise zwischen 99 % und 99,9995 % einstellen, der Druck beträgt ≤ 1 MPa und der Durchfluss liegt zwischen 5 und 5000 Nm³/h. Es erfüllt nicht nur den Bedarf kleiner Labore und der Präzisionselektronikindustrie an hochreinem Wasserstoff bei geringen Durchflussmengen, sondern eignet sich auch für die großtechnische Wasserstoffversorgung in der Metallurgie und der chemischen Industrie mit hohen Durchflussmengen.

5. Durchdachte Struktur, fortschrittliche Prozesse, Sicherheit und Stabilität, geringe Investitions- und Energiekosten: Dank modularer Bauweise, kompakter Anordnung und geringem Platzbedarf ist die Anlage einfach zu installieren, zu demontieren und später umzubauen. Der optimierte Adsorptions-Desorptions-Zyklus verbessert die Wasserstoffausbeute und Trenneffizienz deutlich. Die Anlage arbeitet mit moderatem Druck und verfügt über ein umfassendes Sicherheitssystem, was einen stabilen und zuverlässigen Betrieb mit geringer Ausfallrate gewährleistet. Im Vergleich zu herkömmlichen Wasserstoffproduktionsverfahren wird deutlich weniger Energie für Heizung und Druckbeaufschlagung benötigt. Die Investitionskosten und der Energieverbrauch im Betrieb werden erheblich reduziert – ein wirtschaftlicher und umweltfreundlicher Ansatz.

Um die Betriebsstabilität des Geräts und die Qualität der Wasserstoffprodukte zu gewährleisten, wurde diese PSA-Wasserstoffproduktionsanlage in strikter Übereinstimmung mit den Industriestandards entwickelt und hergestellt. Die wichtigsten technischen Kennzahlen lauten wie folgt:

Anforderungen an das Speisegas: Der Speisegasdruck ist auf 1,2 MPa zu regeln, um einen reibungslosen Ablauf des Adsorptionsprozesses zu gewährleisten. Der Drucktaupunkt liegt bei ≤ 10 °C, um zu vermeiden, dass Feuchtigkeit die Adsorptionswirkung des Molekularsiebs und die Betriebssicherheit der Anlage beeinträchtigt. Der Ölgehalt beträgt ≤ 0,003 mg/m³, um eine Verunreinigung des Molekularsiebs und eine Verstopfung der Anlagenleitungen durch Öl zu verhindern und so einen langfristig stabilen Betrieb der Anlage sicherzustellen. Das Speisegasvolumen kann flexibel an die benötigte Wasserstoffmenge und -reinheit angepasst werden und ist somit für die Wasserstoffproduktion mit unterschiedlichen Reinheitsgraden und Durchflussraten geeignet.

Produktmerkmale des Wasserstoffs: Der Wasserstoffausgangsdruck beträgt ≤ 1 MPa und kann flexibel an die tatsächlichen Kundenbedürfnisse angepasst werden, um den Druckanforderungen verschiedener Produktionsprozesse gerecht zu werden. Der atmosphärische Taupunkt liegt bei ≤ -70 °C, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt im Wasserstoff effektiv reduziert und eine Beeinträchtigung nachfolgender Produktionsprozesse (wie z. B. Präzisionsglühen, Herstellung elektronischer Bauteile) durch Feuchtigkeit vermieden wird. Die Reinheit liegt zwischen 99 % und 99,9995 % und kann präzise an die jeweiligen Branchenanforderungen angepasst werden, um unterschiedlichen Reinheitsstandards zu entsprechen. Der Wasserstoffdurchsatzbereich liegt zwischen 5 und 5000 Nm³/h und deckt somit kleine, mittlere und große Wasserstoffversorgungsszenarien ab. Dadurch ist eine großtechnische und standardisierte Produktion möglich.

Dank ihrer hohen Effizienz, Stabilität und Flexibilität findet diese PSA-Wasserstoffproduktionsanlage breite Anwendung in Branchen wie der Elektronik-, Metallurgie-, Maschinenbau- und Pulvermetallurgie. Sie deckt eine Vielzahl zentraler Produktionsprozesse ab und liefert hochwertigen Wasserstoff für diverse Industrien. Konkrete Anwendungsbeispiele sind:

1. Elektronikindustrie:Es wird hauptsächlich in Kernprozessen wie der Diffusion bei der Herstellung von monokristallinem Silizium und integrierten Schaltungen sowie bei der Produktion von Leuchtdioden (LEDs) und LD-Flüssigkristallanzeigen eingesetzt. Hochreiner Wasserstoff dient als Schutz- und Reduktionsgas, wodurch Oxidation und Verschmutzung elektronischer Bauteile während der Produktion wirksam verhindert, die Produktreinheit und die Qualifizierungsrate verbessert und die Leistungsstabilität elektronischer Geräte sichergestellt wird.

2. Metallurgische Industrie:Es wird hauptsächlich beim Zwischenglühen und Endglühen von Präzisionskupfer- und Stahlbändern eingesetzt. Als Schutzgas isoliert Wasserstoff während des Glühprozesses die Luft, verhindert Oxidation und Verfärbung der Oberfläche und verbessert gleichzeitig die Zähigkeit und Oberflächengüte. Dadurch wird sichergestellt, dass die Qualität der Präzisionsmetallurgieprodukte den Normen entspricht.

3. Maschinenbauindustrie:Es wird hauptsächlich beim Glühen von Lagern und verschiedenen Präzisionsbauteilen eingesetzt. Durch wasserstoffgeschütztes Glühen lassen sich die bei der Bearbeitung der Teile entstehenden Eigenspannungen abbauen, die Härte, Verschleißfestigkeit und Dimensionsstabilität der Teile verbessern, die Lebensdauer von Präzisionsbauteilen verlängern und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Anlagen reduzieren.

4. Pulvermetallurgieindustrie:Es findet Anwendung im Sinterprozess der Pulvermetallurgie. Wasserstoff dient dabei als Reduktions- und Schutzgas. Im Hochtemperatur-Sinterprozess reduziert er Oxidverunreinigungen in den pulverförmigen Rohmaterialien und verhindert gleichzeitig Oxidation und Verklumpung der Sinterprodukte. Dadurch werden die Dichte und die mechanischen Eigenschaften der pulvermetallurgischen Erzeugnisse verbessert.

5. Wolfram-Molybdän-Reduktionsindustrie:Es eignet sich für die Tiefenreduktion mit Wasserstoff in Vierrohröfen, Mehrrohröfen und Reduktionsöfen. Hochreiner Wasserstoff reduziert die Oxide in Wolfram- und Molybdän-Rohstoffen vollständig und liefert so hochreine Wolfram- und Molybdänelemente, die den Produktionsbedarf von Wolfram- und Molybdänprodukten (wie Wolframdraht und Molybdänblech) decken.

6. Metall blankglühen:Es wird beim Glühen von Präzisions-Edelstahlplatten, Edelstahlrohren, Kohlenstoffstahlrohren und Kohlenstoffstahlplatten eingesetzt. Als Schutzgas sorgt Wasserstoff dafür, dass die Metallwerkstoffe nach dem Glühen eine glatte Oberfläche ohne Oxidationsflecken aufweisen, wodurch ein nachfolgendes Schleifen und Polieren entfällt. Dies reduziert die Produktionskosten und verbessert Aussehen und Qualität der Produkte.

7. Sinterung von Edelstahlpulvermetallurgie:Beim Sinterprozess von Edelstahlpulvermetallurgieprodukten kann Wasserstoff eine Schutzfunktion übernehmen, indem er die Luft isoliert, um die Oxidation des Edelstahlpulvers zu verhindern, und gleichzeitig dazu beiträgt, die Sintereffizienz und die Dichte des Endprodukts zu verbessern, wodurch die Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit von Edelstahlpulvermetallurgieprodukten gewährleistet werden.