Nhà sản xuất bình ngưng nhà máy hydro Trung Quốc cung cấp hệ thống ngưng tụ hiệu quả cho các ứng dụng xử lý hydro

Nhà sản xuất Lò hơi Hydro Trung Quốc Cung cấp Hệ thống Ngưng tụ Hiệu quả cho Ứng dụng Xử lý Hydro

Trả lời câu hỏi cốt lõi: Lò hơi Hydro từ Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd cung cấp những gì cho cơ sở xử lý Hydro? Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) thiết kế và chế tạo các bộ ngưng tụ cho các nhà máy sản xuất Hydro bằng phương pháp tái tạo hơi nước và metan, bao gồm làm mát khí tái tạo và ngưng tụ hơi nước sau chuyển đổi, thu hồi nước ngưng tụ quy trình và làm mát sản phẩm trước khi tinh chế. Một bộ tái tạo hoạt động ở nhiệt độ 800-900°C và áp suất 15-40 bar, và chuỗi xử lý hạ nguồn thu hồi cả nhiệt và nước: nước ngưng tụ quy trình từ 0,5-2,0 kg trên mỗi mét khối tiêu chuẩn Hydro được thu hồi và tái chế vào bộ khử khí, đây thường là yếu tố quyết định giữa nhà máy có nước dương tính và nhà máy có nước âm tính. Hydro sôi ở -252,8°C và dễ cháy từ 4,0 đến 75% theo thể tích với năng lượng đánh lửa tối thiểu chỉ 0,017 mJ, vì vậy an toàn chi phối mọi quyết định thiết kế.

1. Vị trí của Bộ ngưng tụ trong Nhà máy Hydro

Một chuỗi tái tạo hơi nước và metan phần lớn là một chuỗi các lò phản ứng và các bước thu hồi nhiệt. Bốn dịch vụ ngưng tụ xác định cả hiệu quả năng lượng và cân bằng nước:

• Làm mát khí tái tạo và tạo hơi nước: Khí đầu ra của bộ tái tạo rời đi ở nhiệt độ 800-900°C và đi vào một lò hơi thu hồi nhiệt thải hoặc lò hơi khí quy trình, lò này tạo ra hơi nước ở áp suất 40-120 bar, cung cấp phần lớn nhu cầu hơi nước của nhà máy và một phần xuất khẩu. Đây không phải là bộ ngưng tụ theo nghĩa thông thường mà là một bộ tạo hơi nước, và sau đó được làm mát thêm đến nhiệt độ đầu vào của lò chuyển đổi. Vì khí nóng và giàu Hydro ở áp suất cao, bộ trao đổi nhiệt này phải đáp ứng giới hạn đường cong Nelson của API 941 đối với sự tấn công của Hydro ở nhiệt độ cao, có nghĩa là thép hợp kim thấp Crom-Molypden thay vì thép carbon ở các bộ phận nóng nhất.
• Chuyển đổi và Thu hồi nước ngưng tụ: Carbon monoxit được chuyển đổi thành carbon dioxit và Hydro trong lò chuyển đổi nhiệt độ cao ở 350-450°C trên chất xúc tác sắt-crom và sau đó là lò chuyển đổi nhiệt độ thấp ở 200-250°C trên chất xúc tác đồng-kẽm, giảm carbon monoxit từ khoảng 10-12% xuống dưới 0,3%. Giữa và sau các giai đoạn này, khí được làm mát và hơi nước dư thừa được ngưng tụ, tạo ra nước ngưng tụ quy trình từ 0,5-2,0 kg trên mỗi mét khối tiêu chuẩn Hydro. Nước ngưng tụ đó chứa carbon dioxit hòa tan, amoniac và một lượng nhỏ metanol và phải được tách trước khi trả lại hệ thống nước cấp cho lò hơi, vì carbon dioxit gây ăn mòn axit cacbonic nghiêm trọng trong đường ống trả nước ngưng tụ.
• Làm mát trước khi tinh chế: Hấp thụ áp suất dao động hoạt động hiệu quả nhất ở 20-40°C, vì vậy khí được làm mát bằng bộ làm mát không khí hoặc nước làm mát và phần nước còn lại được tách ra trong bộ tách trước các bình hấp thụ. Việc loại bỏ hoàn toàn nước rất quan trọng vì nước bị hấp thụ mạnh trên sàng phân tử và sẽ chiếm chỗ Hydro, và vì nước lỏng đi vào bộ hấp thụ sẽ làm hỏng vật liệu hấp thụ. Một thùng tách với bộ loại bỏ sương mù hiệu suất cao ở hạ lưu bộ làm mát cuối cùng là tiêu chuẩn, với điều khiển mức và thoát nước tự động vào hệ thống nước ngưng tụ.
• Hóa lỏng Hydro và Làm lạnh sâu: Nơi sản xuất Hydro lỏng, khí được làm mát đến -253°C trong chu trình làm lạnh nhiều giai đoạn, với sự ngưng tụ ở điểm sôi -252,8°C và nhiệt ẩn là 446 kJ/kg. Đây là một nhiệm vụ chuyên biệt: vật liệu phải giữ được độ bền ở nhiệt độ đông lạnh, vì vậy thép không gỉ Austenitic hoặc nhôm được sử dụng; quá trình chuyển đổi Hydro ortho-para phải được xúc tác trong quá trình làm lạnh, vì Hydro ortho chưa chuyển đổi giải phóng đủ nhiệt để làm bay hơi phần lớn sản phẩm trong quá trình lưu trữ; và cách nhiệt được cung cấp bởi cấu trúc có vỏ chân không với cách nhiệt nhiều lớp hoặc perlite.

2. Vật liệu và An toàn trong Dịch vụ Hydro

Hydro là một chất khác thường ở chỗ nó làm suy giảm kim loại về mặt hóa học cũng như tạo ra nguy cơ cháy nghiêm trọng. Ba yêu cầu sau đây được rút ra:

• Giòn Hydro và Tấn công nhiệt độ cao: Hai cơ chế riêng biệt phải được giải quyết. Ở nhiệt độ môi trường và nhiệt độ vừa phải, Hydro nguyên tử khuếch tán vào thép và gây ra sự giòn, đặc biệt là ở vật liệu có độ bền cao trên khoảng 300 HV, vì vậy các bộ phận chịu áp suất trong dịch vụ Hydro được chỉ định với giới hạn độ cứng và thép có độ bền thấp hơn, và quy trình hàn kiểm soát độ cứng trong vùng ảnh hưởng nhiệt. Ở nhiệt độ cao, Hydro phản ứng với Carbon trong thép tạo thành Methane, gây ra sự khử cacbon và nứt được gọi là sự tấn công của Hydro ở nhiệt độ cao; việc lựa chọn vật liệu tuân theo đường cong Nelson của API 941, xác định phạm vi nhiệt độ và áp suất riêng phần của Hydro an toàn cho mỗi hợp kim, với thép Crom-Molypden được sử dụng cho các bộ phận nóng nhất.
• Nguy cơ đánh lửa và Phân loại: Hydro có phạm vi cháy rộng nhất trong số các loại khí thông thường, từ 4,0 đến 75% theo thể tích, và năng lượng đánh lửa tối thiểu là 0,017 mJ, khoảng một phần mười của Methane, có nghĩa là ngay cả một tia tĩnh điện yếu cũng có thể gây cháy. Nó cũng cháy với ngọn lửa gần như vô hình. Do đó, tất cả thiết bị đều được phân loại theo ATEX hoặc IECEx Khu vực 1 hoặc Khu vực 2, mọi bộ phận dẫn điện đều được nối đất và nối đất dưới 10 ohm, thiết bị đo lường được chứng nhận cho Hydro trong lớp nhiệt độ T1, và phát hiện rò rỉ được lắp đặt tại các mối nối và mặt bích. Vì Hydro dễ dàng rò rỉ qua các khe hở nhỏ, thiết kế mối nối ưu tiên cấu trúc hàn hơn là mặt bích bất cứ khi nào trường hợp bảo trì cho phép.
• Thông hơi, Làm sạch và Vận hành: Các hệ thống Hydro phải được làm sạch trước khi vào và trước khi khởi động, vì hỗn hợp Hydro và không khí bên trong thiết bị là nguy cơ nổ nghiêm trọng. Việc làm sạch được thực hiện bằng Nitơ để giảm Oxy xuống dưới khoảng 1% trước khi đưa Hydro vào, và lại bằng Nitơ trước khi mở thiết bị, với xác minh bằng phân tích thay vì bằng thời gian trôi qua. Ống thông hơi được định cỡ để giảm áp suất khẩn cấp, được định tuyến cao hơn các cấu trúc xung quanh, và được trang bị bộ chống cháy hoặc khí thông liên tục tùy thuộc vào thiết kế. Việc vận hành nên bao gồm kiểm tra rò rỉ Heli, vì rò rỉ Hydro không thể phát hiện bằng phương tiện thông thường và rò rỉ chấp nhận được đối với không khí thường không chấp nhận được đối với Hydro.

Bảng so sánh Dịch vụ Bộ ngưng tụ Nhà máy Hydro

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Q: Tại sao việc thu hồi nước ngưng tụ quy trình lại quan trọng trong nhà máy Hydro?

A: Một nhà máy tái tạo hơi nước và metan hoạt động với tỷ lệ hơi nước trên cacbon là 2,5-3,5, vì vậy một lượng hơi nước rất lớn đi qua chuỗi xử lý và phần lớn trong số đó không được tiêu thụ. Việc ngưng tụ và thu hồi hơi nước đó tạo ra 0,5-2,0 kg nước ngưng tụ trên mỗi mét khối tiêu chuẩn Hydro, điều này trong một nhà máy lớn tương đương với hàng chục tấn mỗi giờ. Việc trả lại nó vào bộ khử khí và hệ thống nước cấp cho lò hơi thường làm cho nhà máy chuyển từ trạng thái tiêu thụ nước đã xử lý lớn sang trạng thái gần như trung hòa nước, điều này quan trọng cả về chi phí vận hành và đối với các địa điểm có nguồn cung cấp nước hạn chế. Nước ngưng tụ phải được tách trước, vì nó mang theo carbon dioxit hòa tan, amoniac và một lượng nhỏ metanol và formate, nếu không sẽ gây ăn mòn axit cacbonic và mang các chất gây ô nhiễm trở lại lò hơi và chất xúc tác tái tạo.

Q: Đường cong Nelson là gì và nó được sử dụng như thế nào trong thiết kế nhà máy Hydro?

A: Đường cong Nelson, được công bố trong Thực hành Khuyến nghị API 941, xác định cho mỗi hợp kim thép các tổ hợp nhiệt độ và áp suất riêng phần của Hydro mà dưới đó sự tấn công của Hydro ở nhiệt độ cao không xảy ra. Phía trên đường cong, Hydro khuếch tán vào thép và phản ứng với Carbon hòa tan để tạo thành Methane, chất này không thể khuếch tán ra ngoài và tích tụ ở các ranh giới hạt, gây ra nứt, khử cacbon và cuối cùng là hỏng hóc mà không có cảnh báo rõ ràng. Trên thực tế, các nhà thiết kế đọc nhiệt độ hoạt động và áp suất riêng phần của Hydro cho mỗi bộ trao đổi nhiệt và chọn một hợp kim có đường cong nằm trên điểm đó: thép carbon cho các bộ phận mát hơn, 1,25Cr-0,5Mo hoặc 2,25Cr-1Mo cho các bộ phận nóng hơn, và thép không gỉ Austenitic khi cần lớp phủ hoặc cấu trúc đặc. Các trường hợp hoạt động vượt quá đường cong được xử lý nghiêm túc và thường yêu cầu kiểm tra.

Q: Có thể xử lý Hydro trong đường ống và bình thép carbon thông thường không?

A: Ở nhiệt độ môi trường và áp suất vừa phải, có, với các biện pháp kiểm soát. Thép carbon thông thường được sử dụng rộng rãi cho dịch vụ Hydro, nhưng có ba điều kiện áp dụng. Độ bền bị hạn chế: thép có độ bền cao hơn dễ bị giòn Hydro hơn, vì vậy các bộ phận chịu áp suất thường bị giới hạn ở vật liệu có độ cứng dưới khoảng 300 HV và có giới hạn chảy được kiểm soát. Mối hàn phải được chứng nhận với kiểm soát độ cứng trong vùng ảnh hưởng nhiệt, và xử lý nhiệt sau hàn được áp dụng khi cần thiết. Nhiệt độ và áp suất phải nằm trong phạm vi Nelson của API 941 cho hợp kim đã chọn. Trên khoảng 200-250°C, hoặc ở áp suất riêng phần Hydro cao hơn, các hợp kim Crom-Molypden trở nên cần thiết, và lớp phủ thép không gỉ hoặc cấu trúc Austenitic đặc được sử dụng trong các dịch vụ khắc nghiệt nhất.

Q: Thiết kế cho Hydro khác với khí tự nhiên như thế nào?

A: Bốn điều. Khả năng cháy: Hydro dễ cháy từ 4,0 đến 75% theo thể tích so với khoảng 5 đến 15% đối với Methane, và năng lượng đánh lửa tối thiểu của nó chỉ bằng khoảng một phần mười, vì vậy các rò rỉ vô hại với khí tự nhiên lại nguy hiểm với Hydro, và các yêu cầu về phân loại thiết bị và nối đất tương ứng nghiêm ngặt hơn. Rò rỉ: phân tử Hydro nhỏ và khuếch tán dễ dàng, vì vậy các mối nối kín đủ cho khí tự nhiên có thể rò rỉ Hydro, đó là lý do tại sao cấu trúc hàn và kiểm tra rò rỉ Heli được ưu tiên. Suy giảm vật liệu: Hydro làm giòn thép và gây ra sự tấn công của Hydro ở nhiệt độ cao, cả hai đều không xảy ra với Methane. Khả năng nhìn thấy ngọn lửa: Hydro cháy với ngọn lửa gần như vô hình, vì vậy việc phát hiện cháy phải là nhiệt, tia cực tím hoặc hồng ngoại thay vì bằng mắt thường.