مولد الهيدروجين لتكسير الأمونيا

تحتل تقنية إنتاج الهيدروجين من تحلل الأمونيا، بوصفها عملية ناضجة وفعالة لتحضير الغاز، مكانةً هامة في مجال الإنتاج الصناعي. ويقوم مبدأها الأساسي على تحلل الأمونيا (NH₃) بدقة إلى غاز مختلط يتكون من 25% نيتروجين (N₂) و75% هيدروجين (H₂) حجميًا، وذلك في ظل ظروف محددة للمعدات والعملية. وتُستمد هذه النسبة من الصيغة الكيميائية للأمونيا، حيث يتحلل كل جزيئين من الأمونيا لتكوين جزيء واحد من النيتروجين وثلاثة جزيئات من الهيدروجين، مما يُشكل بشكل طبيعي نظامًا مستقرًا من خليط الهيدروجين والنيتروجين. وبفضل مزاياها، كسهولة توفر المواد الخام، وعملية التحضير الصديقة للبيئة، وإمكانية التحكم في نقاء الغاز، فقد تم تطبيق هذه التقنية على نطاق واسع في قطاعات صناعية متعددة، وأصبحت إحدى التقنيات الرئيسية الداعمة للتطوير عالي الجودة لصناعات مثل المعالجة الحرارية، والتعدين، وصناعة الزجاج.

يمكن تقسيم عملية إنتاج الهيدروجين من تحلل الأمونيا إلى ثلاث مراحل أساسية: المعالجة الأولية للمواد الخام، وتفاعل تحلل الأمونيا، وتنقية الغاز. ترتبط هذه المراحل ارتباطًا وثيقًا لضمان جودة المنتج الغازي النهائي. فيما يتعلق بالمواد الخام، تُستخدم عادةً الأمونيا السائلة عالية النقاوة كمادة أساسية للتفاعل. تتميز الأمونيا السائلة بسهولة التخزين، وأمان النقل، ومحتواها العالي من الهيدروجين - إذ يصل إلى 17.6%، متجاوزًا بذلك معظم مصادر الهيدروجين الغازية. علاوة على ذلك، تبقى الأمونيا السائلة في حالتها السائلة عند درجة الحرارة والضغط العاديين، مما يتطلب مساحة تخزين أقل بكثير من الهيدروجين الغازي، وبالتالي يُقلل بشكل فعال من تكلفة تخزين المواد الخام للشركات. في مرحلة المعالجة الأولية للمواد الخام، تُنقل الأمونيا السائلة مركزيًا وتُبخر عبر جهاز توزيع مخصص. يُتيح هذا الجهاز تحقيق اندماج مستقر وتنظيم تدفق الأمونيا السائلة عبر مسارات متعددة، مما يضمن إمدادًا منتظمًا ومستمرًا بها، ويتجنب تأثير تقلبات التدفق على كفاءة التفاعل اللاحقة. تحوّل عملية التبخير الأمونيا السائلة إلى أمونيا غازية عبر التسخين بدرجة حرارة منخفضة أو التبخير تحت ضغط منخفض في بيئة مغلقة، مع إزالة الشوائب الضئيلة التي قد توجد في المواد الخام، مما يوفر ركيزة تفاعل نقية لتفاعل التحلل اللاحق. بعد دخول الأمونيا الغازية إلى جهاز تحلل الأمونيا، تخضع لتفاعل التحلل في ظل ظروف محددة من درجة الحرارة والضغط والمحفز. يتكون جوهر جهاز تحلل الأمونيا من فرن تفاعل ونظام محفز. يُصنع فرن التفاعل عادةً من فولاذ خاص مقاوم للحرارة العالية والتآكل، مما يُمكّنه من تحمل الخسائر الفيزيائية والكيميائية في بيئة التفاعل ذات درجة الحرارة العالية، ويضمن التشغيل المستقر للجهاز على المدى الطويل. أثناء التفاعل، يجب ضبط درجة الحرارة داخل الفرن بين 800 و900 درجة مئوية، وهو نطاق حراري يُنشّط المحفز بفعالية ويُسرّع تفاعل تحلل الأمونيا. تُستخدم عادةً محفزات أساسها النيكل، بينما تعتمد بعض المعدات المتطورة على محفزات مركبة أساسها الروثينيوم أو الحديد. تتميز هذه المحفزات بكفاءة تحفيزية عالية، وعمر خدمة طويل، وقدرة فائقة على مقاومة التسمم، مما يُمكّن من الوصول إلى معدل تحلل الأمونيا بنسبة تزيد عن 99.9%، ويُقلل من بقايا الأمونيا غير المتحللة. تحت تأثير المحفز، تخضع جزيئات الأمونيا الغازية لعملية كسر وإعادة اتحاد لتكوين غاز مختلط من الهيدروجين والنيتروجين. لا تتطلب هذه العملية إضافة أي مواد كيميائية أخرى، ولا تُصدر أي غازات ضارة، وتنتج فقط خليطًا من الهيدروجين والنيتروجين، وهو ما يتوافق مع مفهوم الإنتاج الأخضر في الصناعة الحديثة.

بفضل قابلية الهيدروجين للاختزال وخواص النيتروجين الواقية والخاملة، أظهر خليط الهيدروجين والنيتروجين الناتج عن تقنية إنتاج الهيدروجين من تحلل الأمونيا قدرةً عاليةً على التكيف في صناعة المعالجة الحرارية، وأصبح مصدرًا أساسيًا للغازات في هذه الصناعة. يُعدّ اللحام بالنحاس عالي الحرارة من أكثر عمليات استخدام خليط الهيدروجين والنيتروجين شيوعًا في صناعة المعالجة الحرارية. تُستخدم هذه العملية بشكل رئيسي لربط المكونات المعدنية بدقة، وهي مناسبة بشكل خاص للحام الأجزاء المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك النحاس، وسبائك الألومنيوم، وغيرها من المواد. في عملية اللحام بالنحاس عالي الحرارة، يُستخدم خليط الهيدروجين والنيتروجين كجو واقٍ. من جهة، يُمكن للهيدروجين تقليل طبقة الأكسيد على سطح المعدن، مما يمنع حدوث عيوب مثل المسام وشوائب الخبث في وصلة اللحام الناتجة عن الأكسدة، ويضمن تماسك وصلة اللحام وقوتها. من جهة أخرى، يُمكن للنيتروجين عزل الهواء، ومنع إعادة أكسدة المكونات المعدنية في بيئة ذات درجة حرارة عالية، والحفاظ على ضغط ثابت داخل الفرن، مما يُوفر ظروفًا مثالية لتدفق وترطيب معدن الحشو المستخدم في اللحام. سواءً كان الأمر يتعلق بلحام الأجزاء الدقيقة في مجال صناعة الطيران أو لحام مكونات المحركات في صناعة السيارات، فإن خليط الهيدروجين والنيتروجين يُحسّن جودة اللحام بشكل ملحوظ، ويُقلل من نسبة الخردة، ويُلبي المتطلبات الصارمة للتصنيع عالي الجودة فيما يتعلق بدقة اللحام.

تُعدّ عملية التلدين الساطع جزءًا لا يتجزأ من خليط الهيدروجين والنيتروجين الناتج عن تحلل الأمونيا. ويُمثّل التلدين الساطع حلقةً مهمةً في المعالجة العميقة للمعادن، إذ يهدف إلى إزالة الإجهاد الداخلي المتولد أثناء عمليات تشكيل المعادن كالدرفلة والختم، وتحسين المتانة والليونة ونعومة السطح. ويُستخدم غالبًا لمعالجة معادن مثل الفولاذ المقاوم للصدأ وشرائح النحاس والفولاذ. في عملية التلدين الساطع، يُضخّ خليط الهيدروجين والنيتروجين إلى فرن التلدين كجوٍّ واقٍ. في بيئة ذات درجة حرارة عالية، يُقلّل الهيدروجين من آثار الشوائب المؤكسدة على سطح المعدن، بينما يُخفّف النيتروجين من تركيز الهواء ويعزله، مانعًا تكوّن طبقة أكسيد على سطح المعدن، ومُحافظًا على لمعان سطح المعدن بعد التلدين. بالمقارنة مع جو الهيدروجين النقي المستخدم في عمليات التلدين التقليدية، فإن خليط الهيدروجين والنيتروجين لا يتميز فقط بتكلفة أقل، بل يتميز أيضًا بأمان أعلى، مما يقلل بشكل فعال من خطر الاحتراق والانفجار في جو الهيدروجين النقي عند درجات الحرارة العالية، ويمكنه تحقيق نفس تأثير التلدين أو حتى أفضل منه، مما يجعله الجو الواقي المفضل لعمليات التلدين الساطعة.

تُعدّ عمليات اختزال مسحوق المعادن ومعالجة سبائك الألومنيوم بالمحلول من التطبيقات المهمة لخليط الهيدروجين والنيتروجين الناتج عن تحلل الأمونيا. تُستخدم عملية اختزال مسحوق المعادن بشكل أساسي لتحضير مساحيق معدنية عالية النقاوة، مثل مسحوق الحديد والنحاس والنيكل، والتي تُستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل تعدين المساحيق والمكونات الإلكترونية والمواد المغناطيسية. في عملية الاختزال، يعمل الهيدروجين في خليط الهيدروجين والنيتروجين كعامل مُختزل، حيث يُختزل الشوائب المؤكسدة (مثل أكسيد الحديد وأكسيد النحاس) في مسحوق المعدن إلى معدن نقي. في الوقت نفسه، يعمل النيتروجين كغاز واقٍ لمنع إعادة أكسدة مسحوق المعدن المُختزل، مما يضمن نقاوته وفعاليته. أما عملية معالجة سبائك الألومنيوم بالمحلول، فتُحسّن البنية التركيبية لسبائك الألومنيوم، وتُعزز قوتها وصلابتها من خلال التسخين بدرجة حرارة عالية والتبريد السريع. في عملية المعالجة بالمحلول، يمكن لمزيج الهيدروجين والنيتروجين أن يمنع بشكل فعال أكسدة وتغير لون سبائك الألومنيوم في درجات الحرارة العالية، ويعزز تجانس البنية الداخلية لسبائك الألومنيوم، ويحسن تأثير المعالجة بالمحلول، ويمكّن مواد سبائك الألومنيوم من التكيف بشكل أفضل مع متطلبات المعالجة والتطبيق اللاحقة.

في صناعة تعدين المساحيق، يمر استخدام خليط الهيدروجين والنيتروجين الناتج عن تحلل الأمونيا عبر مراحل أساسية متعددة، تشمل تحضير المواد الخام، والتشكيل، والتلبيد. تعدين المساحيق عملية لتحضير المنتجات المعدنية من خلال ضغط المساحيق وتلبيدها، وتُستخدم على نطاق واسع في الصناعات الميكانيكية، وقطع غيار السيارات، والفضاء، وغيرها من المجالات. في عملية التلبيد، يُستخدم خليط الهيدروجين والنيتروجين كجوّ للتلبيد. فمن جهة، يُقلل الهيدروجين من طبقة الأكسيد على سطح مسحوق المعدن، ويُحسّن قوة الترابط بين جزيئات المسحوق، ويعزز كثافة المنتج وخواصه الميكانيكية. ومن جهة أخرى، يُنظّم النيتروجين ضغط الجو داخل الفرن، ويُثبّط نمو حبيبات مسحوق المعدن، ويضمن بنية تنظيمية متجانسة ودقيقة للمنتج. إضافةً إلى ذلك، يُزيل خليط الهيدروجين والنيتروجين الشوائب المتطايرة الناتجة أثناء التلبيد بفعالية، ويُحسّن نقاء المنتج، ويُمكّن منتجات تعدين المساحيق من تلبية متطلبات الدقة العالية والقوة العالية. بالمقارنة مع أجواء التلبيد الأخرى، يتميز خليط الهيدروجين والنيتروجين بمزايا التكلفة المنخفضة والقدرة العالية على التكيف، وقد أصبح الخيار السائد لأجواء التلبيد في صناعة تعدين المساحيق.

إلى جانب صناعات المعالجة الحرارية والمعادن، يلعب خليط الهيدروجين والنيتروجين الناتج عن تحلل الأمونيا دورًا هامًا في إنتاج الزجاج المصقول. يُعد الزجاج المصقول نوعًا من الزجاج واسع الاستخدام في البناء والسيارات والإلكترونيات وغيرها من الصناعات. تتطلب عملية إنتاجه ظروفًا جوية دقيقة للغاية، مما يؤثر بشكل مباشر على شفافية الزجاج واستوائه وجودة سطحه. في مرحلة حمام القصدير من إنتاج الزجاج المصقول، يُضاف خليط الهيدروجين والنيتروجين إلى الحمام كبيئة واقية. يعمل النيتروجين على عزل الهواء، ومنع أكسدة سائل القصدير ذي درجة الحرارة العالية لتكوين أكسيد القصدير، وتجنب التصاق أكسيد القصدير بسطح الزجاج وتأثيره على جودته. أما الهيدروجين، فيُقلل من آثار أكسيد القصدير التي قد تتكون في حمام القصدير، ويضبط قابلية اختزال الهواء داخل الحمام، مما يضمن سطحًا زجاجيًا أملسًا ونظيفًا، ويُحسّن الأداء البصري والقوة الميكانيكية للزجاج. إضافةً إلى ذلك، يُحافظ خليط الهيدروجين والنيتروجين على ضغط ثابت داخل حمام القصدير، ويمنع دخول الهواء الخارجي، ويضمن استمرارية إنتاج الزجاج المصقول واستقراره، ويُحسّن كفاءة الإنتاج ونسبة جودة المنتج.

The hydrogen-nitrogen mixture from ammonia decomposition also has important application value in nitriding furnace-related processes, mainly reflected in two aspects: nitriding furnace atmosphere adjustment and tail gas treatment. Nitriding treatment is an important process for surface strengthening of metal materials. By allowing nitrogen atoms to penetrate into the metal surface under high temperature and nitrogen-rich atmosphere, a hardened layer is formed, improving the wear resistance, corrosion resistance and fatigue strength of metal materials. In the adjustment of nitriding furnace atmosphere, the hydrogen-nitrogen mixture can be used as a basic atmosphere, mixed with ammonia, nitrogen and other gases to accurately adjust the nitrogen potential inside the furnace, meeting the requirements of different metal materials and different nitriding processes, and ensuring that the thickness, hardness and uniformity of the nitrided layer meet the design standards. At the same time, nitriding furnaces will generate tail gas containing trace ammonia, cyanide and other harmful substances during production. Direct emission will cause environmental pollution and pose safety hazards. Using tail gas treatment equipment related to ammonia decomposition hydrogen production technology, the tail gas of nitriding furnace can be decomposed and burned, converting harmful substances in the tail gas into harmless water, nitrogen and carbon dioxide, realizing environmentally friendly emission of tail gas. This not only complies with national environmental protection policy requirements but also reduces the environmental treatment cost of enterprises.

The wide application of ammonia decomposition hydrogen production technology in multiple industries is not only due to its stable process performance and high-quality gas products but also its significant economic and environmental advantages. In terms of cost, liquid ammonia raw materials are relatively cheap, convenient to transport and store, which can greatly reduce the raw material cost of enterprises compared with gaseous raw materials such as pure hydrogen and pure nitrogen. At the same time, ammonia decomposition hydrogen production equipment has a relatively simple structure, convenient operation and low maintenance cost, making it suitable for large-scale industrial production. In terms of environmental protection, the entire preparation process emits no harmful gases, and the use of hydrogen-nitrogen mixture can also reduce the consumption of oxidizing gases in traditional processes, which is in line with the development trend of industrial green transformation under the "double carbon" goal.

مع التطور المستمر للتكنولوجيا الصناعية، تتزايد متطلبات مختلف الصناعات فيما يتعلق بجودة الغاز وكفاءة الإنتاج ومستوى حماية البيئة يومًا بعد يوم، كما تشهد تقنية إنتاج الهيدروجين من تحلل الأمونيا تحسينًا وتطويرًا مستمرين. في المستقبل، ومن خلال البحث والتطوير في مجال المحفزات عالية الكفاءة، وتحسين بنية المعدات، ورفع مستوى التحكم الآلي، ستشهد تقنية إنتاج الهيدروجين من تحلل الأمونيا مزيدًا من التحسين في نقاء الغاز، وخفض استهلاك الطاقة، وتوسيع نطاق التطبيقات، ولعب دور أكبر في المجالات الناشئة مثل الطاقة الجديدة والتصنيع المتقدم، مما يوفر دعمًا قويًا للتنمية الخضراء والفعالة للإنتاج الصناعي.

لحام الحديد/النحاس/الفولاذ المقاوم للصدأ

التلدين/الاختزال اللامع لوصلات الأنابيب

التلبيد في تعدين المساحيق

خط إنتاج الزجاج المصقول