Inleiding tot waterstofnabehandeling in alkalische elektrolysesystemen

In de alkalisch water elektrolyseprocesHet waterstofgas dat aan de uitlaat van de elektrolyser wordt geproduceerd, heeft doorgaans een zuiverheid van meer dan 99,8%, maar bevat onzuiverheden zoals waterdamp, sporen zuurstof en alkalische nevel. Als deze onzuiverheden niet worden verwijderd, kunnen ze niet voldoen aan de strenge eisen van moderne industriële toepassingen.

Bijvoorbeeld op het gebied van precisie-industrie:

Bij het coaten van harde legeringen is een waterstofzuiverheid van 99,999% en een dauwpunt lager dan -65°C vereist.

Voor de productie van silicium voor halfgeleidermaterialen is een zuurstofgehalte in waterstof van minder dan 5 ppm en een dauwpunt onder -50 °C vereist. Dit komt doordat opgeloste zuurstof de soortelijke weerstand van monokristallijn silicium kan veranderen of zelfs het geleidend vermogen ervan.

Bovendien kunnen bij warmtebehandeling van metaal bij hoge temperaturen, poedermetallurgie, micro-elektronische circuits, opto-elektronische componenten en chemische synthese zelfs sporen van zuurstof of vocht in waterstof oxidatie van grondstoffen bij hoge temperaturen veroorzaken, waardoor de productkwaliteit ernstig wordt aangetast.

Daarom is waterstof uit de elektrolyseur stopcontacten vereisen vaak een meerfasenbehandeling om aan de industriële normen te voldoen.

1. Gas-vloeistofscheiding

Doel: Waterstof en alkalische oplossing scheiden van het gas-vloeistofmengsel bij de uitlaat van de elektrolyser, om te voorkomen dat de alkalische oplossing een negatief effect heeft op de zuiverings- en droogapparatuur verderop in het proces.

Processtroom:

Het gas-vloeistofmengsel komt via leidingen in een gas-vloeistofscheider terecht. Door het aanzienlijke dichtheidsverschil tussen waterstof en de alkalische oplossing zakt de alkalische oplossing onder invloed van de zwaartekracht naar beneden, terwijl waterstof opstijgt en een gas-vloeistofgrensvlak vormt. De alkalische oplossing verzamelt zich onderin de scheider, terwijl waterstof door een met water gevulde scrubber in het bovenste gedeelte stroomt, waar onzuiverheden worden geabsorbeerd of opgelost. Een demister in de scheider vangt vloeistofdruppels op, die samenkomen op gaaspads en onder invloed van de zwaartekracht terugvallen in de alkalische oplossing. De grondig gescheiden waterstof gaat vervolgens naar de volgende zuiveringsstap.

2. Katalytische zuurstofverwijdering

Doel: de resterende zuurstof in waterstof omzetten in water, zodat zuurstof kan worden verwijderd.

Processtroom:

De afgescheiden waterstof komt in een zuurstofverwijderingstank terecht, waar een katalytische reactie plaatsvindt bij hoge temperaturen (150–200 °C). Waterstof en zuurstof reageren boven een palladiumkatalysator tot water. De katalysator adsorbeert gasmoleculen, verlaagt de activeringsenergie en zorgt voor een volledige reactie, waardoor het zuurstofgehalte daalt tot onder de 5 ppm. Het gereageerde gas stroomt vervolgens door een koeler, waar een deel van de waterdamp condenseert en zuiverdere waterstof oplevert.

3. Adsorptiedrogen

Doel: waterdamp verwijderen om te voldoen aan de industriële dauwpuntvereisten.

Processtroom:

Meestal wordt er gebruikgemaakt van een adsorptiesysteem met drie tanks, waarbij elke tank gevuld is met droogmiddelen met een hoge capaciteit en hoge prestaties.

Waterstof uit de zuurstofverwijderingsfase komt via de onderkant tank A binnen (in adsorptiemodus). Het droogmiddel adsorbeert vocht en gedroogd gas verlaat de tank via de bovenkant.

Tegelijkertijd wordt tank B (in regeneratiemodus) verwarmd om het geadsorbeerde vocht als stoom vrij te geven. Deze stoom wordt door waterstof afgevoerd en in een koeler gecondenseerd.

Waterstof komt vervolgens onderaan tank C binnen (in stand-bymodus), waar het resterende vocht wordt geadsorbeerd en het eindproduct waterstof er aan de bovenkant uitkomt.

Met dit proces wordt een dauwpunt bereikt dat lager is dan -70°C (watergehalte <10 ppm).

Om een ​​continue werking te garanderen, draaien de tanks cyclisch. Wanneer tank A verzadigd raakt, schakelt tank C over naar de adsorptiemodus, start tank A met regeneratie en gaat tank B over op de stand-bymodus, waardoor de zuivering ononderbroken doorgaat.

Toekomstperspectief

Met de diversificatie van waterstoftoepassingen eisen downstream-industrieën nog strengere specificaties voor zuiverheid (bijv. ≥99,999% waterstof met hoge zuiverheid) en dauwpunt (bijv. ≤-70 °C ultralaag dauwpunt). Deze trend stimuleert de ontwikkeling van gasbehandelingstechnologieën naar een hogere efficiëntie en intelligentie, en draagt ​​tevens bij aan de prestatie-optimalisatie van waterstofproductiesystemen. Naarmate er doorbraken plaatsvinden in materiaalkunde en procesbeheersing, zullen gasbehandelingstechnologieën van de volgende generatie – die een snelle respons combineren met nauwkeurige zuivering – een cruciale factor worden voor hoogwaardige ontwikkeling in de waterstofenergiesector.