設計,安全性,産業用 応用

根本的な質問に答えます水素炉とは何か?水素炉の設計と安全性は どんなに難しいのでしょうか?水素反応器は,水素ガス (H2) が有機基質 (アルケン,アルデヒド,窒素化合物,固体触媒 (典型的にはニッケル) の存在でパラディウム,プラチナ,銅クロマイト) を使って,飽和化合物,アミン,アルコール,または他の減産物を生産する.5-30 MPa と 50~400°C の温度炭素と低合金鋼の水素脆化 (HE) (高温水素攻撃のためのAPI 941/Nelson曲線材料選択を必要とする)水素の極端な燃焼性 (空気中の爆発性範囲4~75%)500°Cで自動点火) と,水素の低溶性 (約0.8mM 1 atm) を克服するために高切断ガス液体質量移転 (kLa) の必要性.

1水素サービスにおける基本設計と安全性原則

■**水素分解防止:**原子水素は,1MPa以上の圧力で鋼格子に拡散し,柔らかさを低下させ裂け始めさせる水素の脆さを引き起こします.低強度鋼 (NACE MR0175 の 620 MPa 以下の強度) を選択する必要があります.高圧水素サービスのためにオーステニティックステンレス (316L) またはニッケル合金 (Hastelloy B-2, Monel) を使います維持中に水素誘導クレイキング (HIC) の溶接器の超音波検査を行う.

■**高温水素攻撃 (HTHA):200°C以上の温度と 0.7 MPa以上の水素部分圧で,水素は炭素鋼の炭化物と反応する.メタン (CH4) を形成し,穀物の境界に蓄積し,裂け目を引き起こすネルソン曲線 (API推奨慣行941号) は,各材料グレードの安全運用範囲を定義し,1.25Cr-0.5Moと2.水素サービスで300°C以上の温度に必要とする25Cr-1Mo鋼.

■**爆発防止設計とエリア分類:**水素サービスエリアは,Ex i (内部安全性) の電気機器を必要とする,ATEXゾーン1 (通常の動作中に爆発性大気が発生する可能性がある) に分類されています.原子炉システムには窒素浄化線 (水素の導入前のO2が1%未満) が含まれる.API 520 に基づく破裂ディスクや救助弁のサイズ,低圧,高温の検出時に水素供給を停止する自動インターロック,動揺する感覚が失われる.

2主な水素反応器の種類

■**スローリー・フェーズ水素化反応器:**精密化学品,医薬品,食用油の液相水素化に使用される. ガススパーキング,レイニーニッケル,Pd/C催化物懸浮を備えた混合オートクラブ,外熱熱除去のための内部冷却コイル50~200°CのH2圧で動作し,300~600rpmでRushtonタービンで0.1~0.5s^-1のkLa値を達成する.

■**固定ベッドの水素原子炉:**石油精製で水処理および水溶解脱硫化 (HDS) に使用される.液体とガスは,パックされた触媒床 (アルミナ酸のCo-MoまたはNi-Mo) を通して同時に下流する.3〜20 MPa H2 で動作する液体時空速度 (LHSV) が0.5-5.0h^-1で,硫黄を5000ppmから超低硫黄ディーゼルでは10ppm以下に除去する.

■液体化水素反応器:大量の化学物質 (ベンゼンからサイクロヘキサン,シンガスからメタノール) の蒸気相水化に使用される.ガスは0.3-1.0 m/sの速度で触媒粒子を流動化する (50~200マイクロメートル),優れた熱伝達 (U = 400-800 W/(m^2*K)) と温度均一性原子炉は1~10MPa,150~400°Cで,原子炉1~20トンの触媒を備えています.

水素反応器の種類 比較行列

よくある質問 (FAQ)

Q: 水素原子炉の主な機能は?

A: 水素反応炉は,濃縮化合物,減少中間物質,0 の圧力で.5〜30MPa,温度は50〜400°Cで,水素の脆化や高温の水素攻撃に耐えるように選択された材料.

Q: 水素 脆化 は 何 です か? それ は どの よう に 防げ ます か.

A: 原子水素が鋼格子に拡散し,柔らかさを減らし裂きを起こすときに水素脆化が発生する.低強度鋼の選択も含まれます (620 MPa未満の出力)高圧使用のためのオウステニティックステンレス (316L) またはニッケル合金を使用し,水素を含む環境のためのNACE MR0175材料要件を適用します.

Q:ネルソン曲線 (API 941) とは?

A: ネルソン曲線は,高温水素サービスにおける各鋼類の安全運転範囲の温度と水素部分圧力を定義する.曲線以上で動作すると高温水素攻撃 (HTHA) が起因します,水素が炭化物と反応してメタンを形成し,穀物境界の裂け目と容器の失敗を引き起こす.

Q: 液体からガスへの質量移転は,スラムの水化でどのように達成されますか?

A:スラムリアクターでは,ラシュトンディスクタービンは液体相において水素ガスを細い泡として分散させ,300~600rpmで体積質量移転係数 (kLa) を0.1〜0.5s^-1を達成する.水素溶解速度は全体的な反応速率を決定する原子炉の生産性にとって重要な要素である.