جهاز تنقية الهيدروجين

جهاز إنتاج الهيدروجين بتقنية امتزاز تأرجح الضغط (PSA) هو جهاز متخصص لتنقية الهيدروجين في درجات الحرارة والضغط العاديين، ويعتمد على تقنية امتزاز تأرجح الضغط. تكمن ميزته الأساسية في أنه لا يتطلب تفاعلات عند درجات حرارة وضغوط عالية، ويمكنه فصل الهيدروجين عالي النقاء بكفاءة عالية من خلال عمليات الامتزاز والتحلل الفيزيائي للغاز المغذي فقط، مما يجعله مناسبًا على نطاق واسع لتلبية احتياجات تنقية مختلف مخاليط الغازات المحتوية على الهيدروجين. يستخدم الجهاز مخاليط الغازات المحتوية على الهيدروجين (مثل الغاز المحتوي على الهيدروجين الناتج عن الصناعات، والغاز الطبيعي المُعاد تشكيله، وما إلى ذلك) كمادة خام أساسية، ومكونه الرئيسي هو منخل جزيئي خاص - تم تعديل هذا المنخل الجزيئي بعملية خاصة، مما يمنحه قدرة امتزاز انتقائية فائقة، كما أنه يُعدّ الناقل الرئيسي لفصل الهيدروجين والنيتروجين والغازات الأخرى.

يعتمد مبدأ الفصل بشكل أساسي على اختلافين جوهريين: أولاً، تختلف قدرة امتزاز مكونات الغاز على سطح المنخل الجزيئي. جزيئات الهيدروجين صغيرة الحجم وضعيفة القطبية، لذا فإن قدرتها على الامتزاز على سطح المنخل الجزيئي منخفضة للغاية، بينما قدرة امتزاز جزيئات الغازات الشائبة مثل النيتروجين وثاني أكسيد الكربون أعلى بكثير من قدرة الهيدروجين. ثانياً، يوجد فرق كبير في معدل انتشار الهيدروجين والنيتروجين في المنخل الجزيئي الكربوني. ينتشر الهيدروجين بسرعة أكبر ويخترق مسام المنخل الجزيئي بسهولة، بينما تنتشر الغازات الشائبة ببطء وتُمتص بسهولة وتُحتجز بواسطة المنخل الجزيئي. تتم إدارة عملية الفصل بأكملها بدقة بواسطة وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC). من خلال الفتح والإغلاق المنظمين للصمامات المُبرمجة، تُنفَّذ الخطوتان الأساسيتان لعملية الامتزاز بالضغط - الامتزاز بالتخفيف الدوري: ففي ظل ظروف الضغط، تُمتَزَع الغازات الشائبة بقوة بواسطة المنخل الجزيئي، ويمر الهيدروجين عبره بسلاسة للحصول على تنقية أولية؛ وفي ظل ظروف التخفيف، تُفصل الغازات الشائبة الممتزة عن سطح المنخل الجزيئي وتُفرَغ مع غاز العادم، ويُعاد تنشيط المنخل الجزيئي ليُعاد استخدامه في عمليات الامتزاز. ومن خلال هذه العملية الدورية، يُنتَج الهيدروجين باستمرار بنقاوة تلبي متطلبات العميل، وتكون العملية برمتها صديقة للبيئة دون أي تلوث ثانوي.

صُممت معدات إنتاج الهيدروجين بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) هذه بالكامل وفقًا للاحتياجات الفعلية للإنتاج الصناعي، مع مراعاة الكفاءة والاستقرار والاقتصاد. وفيما يلي أبرز ميزات تصميمها:

1. سرعة بدء تشغيل فائقة، وقدرة على توفير هيدروجين عالي الجودة بسرعة: يتميز الجهاز بتصميم متكامل، مما يُبسط عملية بدء التشغيل ولا يتطلب خطوات تسخين مسبق أو تشغيل معقدة. بعد بدء التشغيل، يُمكنه إكمال دورة الامتزاز والفصل في وقت قصير، وإنتاج الهيدروجين بسرعة وبنقاء عالٍ وتدفق مستقر. يُعالج هذا الجهاز بفعالية مشكلات بطء بدء التشغيل وطول فترة الانتظار في معدات إنتاج الهيدروجين التقليدية، وهو مناسب لمختلف السيناريوهات مثل إمدادات الهيدروجين الطارئة والإنتاج المتقطع.

٢. تشغيل آلي كامل للمعدات، مما يتيح التشغيل دون تدخل بشري طوال العملية: مزودة بنظام تحكم PLC عالي الدقة ووحدة مراقبة ذكية، يمكنها جمع بيانات تشغيل المعدات (الضغط، التدفق، نقاء الهيدروجين، إلخ) في الوقت الفعلي، وإتمام جميع العمليات تلقائيًا، مثل فتح وإغلاق الصمامات المبرمجة، وتبديل دورات الامتزاز والتحلل، وتجديد المنخل الجزيئي، دون أي تدخل يدوي. كما أنها مزودة بوظائف إنذار الأعطال والإيقاف التلقائي، مما يقلل بشكل كبير من الحاجة إلى التشغيل اليدوي، ويوفر تكاليف العمالة، ويحسن سلامة الإنتاج.

3. تعبئة فعّالة للمنخل الجزيئي، أكثر إحكامًا وكثافة، وعمر خدمة أطول: بفضل عملية تعبئة خاصة عالية الضغط، يتم ملء المنخل الجزيئي في برج الامتزاز بشكل متساوٍ ومحكم، مما يتجنب بشكل فعّال مشاكل التفكك والتكتل والتآكل التي تحدث في طرق التعبئة التقليدية، ويقلل من فقدان المنخل الجزيئي. في الوقت نفسه، تم تجهيزه بجهاز حماية للمنخل الجزيئي، يمنع تلوثه بغازات الشوائب وتآكله، مما يطيل عمره بشكل ملحوظ، ويقلل من تكاليف تشغيل وصيانة المعدات، ويخفض من وتيرة استبدال المواد الاستهلاكية.

4. ضغط ونقاء وتدفق ثابت وقابل للتعديل، يلبي احتياجات العملاء المختلفة: وفقًا لاحتياجات إمداد الهيدروجين في مختلف الصناعات وعمليات الإنتاج، يمكن للجهاز ضبط ضغط ونقاء وتدفق الهيدروجين الناتج بمرونة. يمكن ضبط النقاء بدقة بين 99% و99.9995%، والضغط ≤ 1 ميجا باسكال، والتدفق من 5 إلى 5000 متر مكعب قياسي/ساعة. لا يقتصر الأمر على تلبية احتياجات إمداد الهيدروجين منخفضة التدفق وعالية النقاء للمختبرات الصغيرة وصناعة الإلكترونيات الدقيقة، بل يتكيف أيضًا مع سيناريوهات إمداد الهيدروجين عالية التدفق وواسعة النطاق في صناعات المعادن والكيميائيات واسعة النطاق.

٥. بنية معقولة، عملية متطورة، أمان واستقرار، استثمار منخفض في المعدات واستهلاك منخفض للطاقة: بفضل التصميم المعياري، والتخطيط المدمج، والمساحة الأرضية الصغيرة، يسهل التركيب والتفكيك والتحويل لاحقًا؛ كما تم تحسين عملية دورة الامتزاز والتحلل، مما يحسن بشكل كبير معدل استخلاص الهيدروجين وكفاءة الفصل. في الوقت نفسه، تعمل المعدات بضغط معتدل ومجهزة بنظام حماية متكامل، مع تشغيل مستقر وموثوق ومعدل أعطال منخفض؛ مقارنةً بعمليات إنتاج الهيدروجين التقليدية، لا تحتاج إلى استهلاك الكثير من الطاقة للتسخين والضغط، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة الاستثمار في المعدات واستهلاك الطاقة التشغيلية، مع مراعاة الاقتصاد وحماية البيئة.

لضمان استقرار تشغيل الجهاز وجودة منتجات الهيدروجين، تم تصميم وتصنيع معدات إنتاج الهيدروجين بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) هذه وفقًا لمعايير الصناعة الصارمة، مع مؤشرات فنية أساسية واضحة كما يلي:

متطلبات غاز التغذية: يجب التحكم في ضغط غاز التغذية عند 1.2 ميجا باسكال لضمان سير عملية الامتزاز بسلاسة؛ يجب ألا تتجاوز نقطة ندى الضغط 10 درجات مئوية لتجنب تأثير الرطوبة على فعالية امتزاز المنخل الجزيئي وسلامة تشغيل الجهاز؛ يجب ألا يتجاوز محتوى الزيت 0.003 ملجم/م³ لمنع تلوث الزيت للمنخل الجزيئي وانسداد خط أنابيب الجهاز، مما يضمن التشغيل المستقر للجهاز على المدى الطويل؛ يمكن تعديل حجم غاز التغذية بمرونة وفقًا لحجم الهيدروجين المطلوب ونقائه، بما يتناسب مع احتياجات إنتاج الهيدروجين ذات النقاوة ومعدلات التدفق المختلفة، مع توافق قوي.

مؤشرات الهيدروجين المنتج: يبلغ ضغط الهيدروجين الناتج ≤ 1 ميجا باسكال، ويمكن تعديله بمرونة وفقًا للاحتياجات الفعلية للعملاء لتلبية متطلبات الضغط لعمليات الإنتاج المختلفة؛ تبلغ نقطة الندى الجوية ≤ -70 درجة مئوية، مما يقلل بشكل فعال من محتوى الرطوبة في الهيدروجين ويتجنب تأثير الرطوبة على عمليات الإنتاج اللاحقة (مثل التلدين الدقيق، وتصنيع المكونات الإلكترونية)؛ تتراوح درجة النقاء من 99% إلى 99.9995%، ويمكن تعديلها بدقة وفقًا لاحتياجات الصناعة للتكيف مع معايير النقاء المختلفة؛ يتراوح حجم الهيدروجين من 5 إلى 5000 متر مكعب قياسي/ساعة، مما يغطي سيناريوهات إمداد الهيدروجين الصغيرة والمتوسطة والكبيرة، ويمكنه تحقيق إنتاج واسع النطاق وموحد.

بفضل مزاياها من حيث الكفاءة العالية والاستقرار والمرونة، تُستخدم معدات إنتاج الهيدروجين بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) على نطاق واسع في العديد من الصناعات، مثل الإلكترونيات والمعادن والآلات ومساحيق المعادن، لتغطي بذلك مجموعة متنوعة من عمليات الإنتاج الأساسية، موفرةً إمدادات هيدروجين عالية الجودة لمختلف الصناعات. وفيما يلي سيناريوهات التطبيق المحددة:

1. صناعة الإلكترونيات:يُستخدم الهيدروجين بشكل أساسي في العمليات الأساسية مثل الانتشار في تصنيع السيليكون أحادي البلورة وإنتاج الدوائر المتكاملة، بالإضافة إلى إنتاج وتصنيع الثنائيات الباعثة للضوء (LED) وشاشات الكريستال السائل LD. ويمكن استخدام الهيدروجين عالي النقاء كغاز واقٍ ومختزل، مما يمنع بشكل فعال أكسدة وتلوث المكونات الإلكترونية أثناء الإنتاج، ويحسن نقاء المنتج ومعدل جودته، ويضمن استقرار أداء المعدات الإلكترونية.

2. صناعة المعادن:يُستخدم الهيدروجين بشكل أساسي في عمليات التلدين الوسيطة والنهائية لشرائح النحاس والفولاذ الدقيقة. وبصفته غازًا واقيًا، يعزل الهيدروجين الهواء أثناء عملية التلدين، ويمنع أكسدة وتغير لون سطح شرائح النحاس والفولاذ، كما يُحسّن في الوقت نفسه من متانة المواد وجودة سطحها، مما يضمن مطابقة جودة المنتجات المعدنية الدقيقة للمعايير.

3. صناعة الآلات:يُستخدم هذا الأسلوب بشكل أساسي في عملية تلدين المحامل ومختلف الأجزاء الميكانيكية الدقيقة. فمن خلال التلدين المحمي بالهيدروجين، يمكن التخلص من الإجهاد الداخلي المتولد أثناء معالجة الأجزاء، وتحسين صلابتها ومقاومتها للتآكل وثبات أبعادها، وإطالة عمرها الافتراضي، وتقليل احتمالية تعطل المعدات.

4. صناعة تعدين المساحيق:يُستخدم الهيدروجين في عملية تلبيد مساحيق المعادن. ويمكن استخدامه كغاز مُختزل وغاز واقٍ. في عملية التلبيد ذات درجة الحرارة العالية، يُقلل الهيدروجين من شوائب الأكاسيد في المواد الخام المسحوقة، ويمنع في الوقت نفسه أكسدة وتكتل المنتجات النهائية المُلبدة، مما يُحسّن كثافة وخواصها الميكانيكية.

5. صناعة اختزال التنجستن والموليبدينوم:يُعدّ هذا النظام مناسبًا لعملية الاختزال الهيدروجيني العميق في أفران الأنابيب الأربعة، وأفران الأنابيب المتعددة، وأفران الاختزال. يُمكن للهيدروجين عالي النقاء اختزال الأكاسيد الموجودة في المواد الخام من التنجستن والموليبدينوم بشكل كامل، مما يُنتج عناصر التنجستن والموليبدينوم عالية النقاء، ويلبي احتياجات إنتاج منتجات التنجستن والموليبدينوم (مثل أسلاك التنجستن وصفائح الموليبدينوم).

6. التلدين اللامع للمعادن:يُستخدم الهيدروجين في عملية التلدين اللامع لألواح وأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ عالية الدقة، وأنابيب وألواح الفولاذ الكربوني. وباعتباره غازًا واقيًا، يحافظ الهيدروجين على سطح المواد المعدنية أملسًا وخاليًا من بقع الأكسدة بعد التلدين، دون الحاجة إلى عمليات الصقل والتلميع اللاحقة، مما يقلل تكاليف الإنتاج ويحسن مظهر المنتج وجودته.

7. تلبيد مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ بتقنية تعدين المساحيق:في عملية تلبيد مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ، يمكن للهيدروجين أن يلعب دورًا وقائيًا، حيث يعزل الهواء لمنع أكسدة مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ، وفي الوقت نفسه يساعد على تحسين كفاءة التلبيد وكثافة المنتج النهائي، مما يضمن مقاومة التآكل والقوة الميكانيكية لمنتجات مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ.