Ammónia krakkoló hidrogéngenerátor

Az ammóniabontásos hidrogéngyártási technológia, mint kiforrott és hatékony gázelőállítási eljárás, fontos helyet foglal el az ipari termelés területén. Alapelve az ammónia (NH₃) pontos lebontása 25 térfogatszázalék nitrogénből (N₂) és 75 térfogatszázalék hidrogénből (H₂) álló gázkeverékké, meghatározott berendezések és folyamatfeltételek mellett. Ez az arány az ammónia kémiai képletéből származik – minden két ammóniamolekula egy nitrogénmolekulát és három hidrogénmolekulát képezve bomlik le, természetes módon stabil hidrogén-nitrogén keverékrendszert képezve. Az olyan előnyöknek köszönhetően, mint a könnyen hozzáférhető nyersanyagok, a környezetbarát előállítási folyamat és a szabályozható gáztisztaság, ezt a technológiát széles körben alkalmazzák számos ipari szegmensben, és az olyan iparágak magas színvonalú fejlesztését támogató kulcsfontosságú technológiává vált, mint a hőkezelés, a kohászat és az üveggyártás.

Az ammóniabontásos hidrogéntermelés teljes folyamatárama három fő láncszemre osztható: a nyersanyag-előkezelés, az ammóniabontási reakció és a gáztisztítás. Ezek a láncszemek szorosan kapcsolódnak egymáshoz, hogy együttesen biztosítsák a végső gáztermék minőségét. Nyersanyagok tekintetében általában nagy tisztaságú folyékony ammóniát használnak reakcióközegként. A folyékony ammónia kényelmes tárolást, biztonságos szállítást és magas hidrogéntartalmat kínál – hidrogéntartalma elérheti a 17,6%-ot, ami messze meghaladja a legtöbb gáznemű hidrogénforrásét. Ezenkívül a folyékony ammónia normál hőmérsékleten és nyomáson folyékony állapotban van, így sokkal kevesebb tárolási helyet igényel, mint a gáznemű hidrogén, ami hatékonyan csökkentheti a vállalatok nyersanyag-tárolási költségeit. A nyersanyag-előkezelési szakaszban a folyékony ammóniát először központilag szállítják és elpárologtatják egy erre a célra szolgáló elosztóberendezésen keresztül. Az elosztóberendezés stabil összefolyást és áramlásszabályozást biztosít a többutas folyékony ammónia számára, biztosítva a folyékony ammónia egyenletes és folyamatos ellátását, és elkerülve az áramlási ingadozások hatását a későbbi reakcióhatékonyságra. A párologtatási folyamat alacsony hőmérsékletű melegítéssel vagy alacsony nyomású párologtatással zárt környezetben a folyékony ammóniát gáz halmazállapotú ammóniává alakítja, miközben eltávolítja a nyersanyagokban esetlegesen jelen lévő nyomokban előforduló szennyeződéseket, tiszta reakciószubsztrátot biztosítva a későbbi bomlási reakcióhoz. Az ammóniabontó berendezésbe való belépés után a gáz halmazállapotú ammónia meghatározott hőmérsékleti, nyomási és katalizátorkörülmények között bomlási reakción megy keresztül. Az ammóniabontó berendezés magja egy reakciókemence testből és egy katalizátorrendszerből áll. A kemence teste általában magas hőmérsékletű és korrózióálló speciális acélból készül, amely ellenáll a fizikai és kémiai veszteségeknek a magas hőmérsékletű reakciókörnyezetben, és biztosítja a berendezés hosszú távú stabil működését. A reakció során a kemence belsejében lévő hőmérsékletet 800-900 ℃ között kell szabályozni, ez a hőmérsékleti tartomány hatékonyan aktiválja a katalizátor aktivitását és felgyorsítja az ammóniabomlási reakciót. Az általánosan használt katalizátorok többnyire nikkel alapúak, és néhány csúcskategóriás berendezés ruténium alapú vagy vas alapú kompozit katalizátorokat alkalmaz. Az ilyen katalizátorok magas katalitikus hatékonysággal, hosszú élettartammal és erős mérgezésgátló képességgel rendelkeznek, lehetővé téve az ammónia bomlásának elérését több mint 99,9%-ban, és minimalizálva a lebontatlan ammónia maradványait. A katalizátor hatására a gáz halmazállapotú ammóniamolekulák kötésszakadáson és rekombináción mennek keresztül, hidrogén-nitrogén keveréket képezve. Ez a folyamat nem igényli más reagensek hozzáadását, nem bocsát ki káros gázokat, és csak hidrogén-nitrogén keveréket termel, ami összhangban van a modern ipar zöld termelésének fejlesztési koncepciójával.

A hidrogén redukálhatósága és a nitrogén inert védő tulajdonsága miatt az ammóniabontással előállított hidrogén-nitrogén keverék erős alkalmazkodóképességet mutatott a hőkezelő iparban, és nélkülözhetetlen maggázforrássá vált ezen iparág számára. A magas hőmérsékletű forrasztás az egyik legszélesebb körben alkalmazott hidrogén-nitrogén keverék eljárás a hőkezelő iparban. Ezt az eljárást elsősorban fém alkatrészek precíziós összekapcsolására használják, különösen alkalmas rozsdamentes acélból, rézötvözetből, alumíniumötvözetből és egyéb anyagokból készült alkatrészek hegesztésére. A magas hőmérsékletű forrasztási eljárásban a hidrogén-nitrogén keveréket védőatmoszféraként használják. Egyrészt a hidrogén csökkentheti az oxidfilmet a fém felületén, elkerülve az oxidáció okozta hibákat, például a pórusokat és a salakzárványokat a hegesztési kötésnél, és biztosítva a hegesztési kötés tömörségét és szilárdságát. Másrészt a nitrogén izolálhatja a levegőt, megakadályozhatja a fém alkatrészek reoxidációját magas hőmérsékletű környezetben, és stabil nyomást tarthat fenn a kemence belsejében, jó feltételeket biztosítva a forraszanyag áramlásához és nedvesítéséhez. Akár precíziós alkatrészek forrasztásáról van szó a repülőgépiparban, akár motoralkatrészek hegesztéséről az autóiparban, a hidrogén-nitrogén keverék jelentősen javíthatja a forrasztás minőségét, csökkentheti a selejtarányt, és megfelelhet a csúcskategóriás gyártás szigorú hegesztési pontossági követelményeinek.

A fényes lágyítási eljárás elválaszthatatlan a hidrogén-nitrogén keveréktől, amely az ammónia bomlásával hidrogéntermelés során keletkezik. A fényes lágyítás fontos láncszem a fémanyagok mélyfeldolgozásában, célja a fémfeldolgozás, például a hengerlés és a sajtolás során keletkező belső feszültség kiküszöbölése, az anyagok szívósságának, képlékenységének és felületi minőségének javítása, és gyakran használják fémanyagok, például rozsdamentes acél, rézszalag és acélszalag kezelésére. A fényes lágyítási eljárás során a hidrogén-nitrogén keveréket védőatmoszféraként vezetik be a lágyítókemencébe. Magas hőmérsékletű környezetben a hidrogén csökkentheti a fém felületén lévő oxidatív szennyeződések nyomait, míg a nitrogén szerepet játszik a levegő hígításában és izolálásában, megakadályozva az oxidszín kialakulását a fém felületén, és biztosítva, hogy a fémanyag a lágyítás után megőrizze fényes felületi textúráját. A hagyományos lágyítási eljárásokban használt tiszta hidrogénatmoszférához képest a hidrogén-nitrogén keverék nemcsak olcsóbb, hanem biztonságosabb is, hatékonyan csökkenti a tiszta hidrogénatmoszféra égésének és robbanásának kockázatát magas hőmérsékleten, és ugyanolyan vagy akár jobb lágyítási hatást is elérhet, így a fényes lágyítási eljárásokhoz előnyös védőatmoszférává válik.

A fémpor redukciója és az alumíniumötvözet oldatkezelési folyamatai szintén fontos alkalmazási forgatókönyvek az ammónia bomlásából származó hidrogén-nitrogén keverék számára. A fémpor redukciós eljárását elsősorban nagy tisztaságú fémporok, például vaspor, rézpor, nikkelpor stb. előállítására használják, amelyeket széles körben használnak olyan területeken, mint a porkohászat, az elektronikai alkatrészek és a mágneses anyagok. A redukciós folyamatban a hidrogén-nitrogén keverékben lévő hidrogén redukálószerként működik, amely képes redukálni a fémporban lévő oxidatív szennyeződéseket (például vas-oxidot és réz-oxidot) tiszta fémmé. Ugyanakkor a nitrogén védőgázként működik, hogy megakadályozza a redukált fémpor újraoxidációját, biztosítva a fémpor tisztaságát és aktivitását. Az alumíniumötvözet oldatkezelési folyamata javítja az alumíniumötvözet szervezeti szerkezetét, és növeli szilárdságát és keménységét a magas hőmérsékletű melegítés és a gyors hűtés révén. Az oldatkezelési folyamatban a hidrogén-nitrogén keverék hatékonyan megakadályozza az alumíniumötvözet oxidációját és elszíneződését magas hőmérsékleten, elősegíti az alumíniumötvözet belső szerkezetének homogenizálódását, javítja az oldatkezelés hatását, és lehetővé teszi az alumíniumötvözet anyagok számára, hogy jobban alkalmazkodjanak a későbbi feldolgozási és alkalmazási követelményekhez.

A porkohászati ​​iparban az ammónia bomlásából származó hidrogén-nitrogén keverék alkalmazása több alapvető folyamaton keresztül történik, mint például a nyersanyag-előkészítés, formázás és szinterezés. A porkohászat egy olyan eljárás, amely fémtermékeket porpréseléssel és szinterezéssel állít elő, és amelyet széles körben alkalmaznak a gépgyártásban, az autóalkatrészek gyártásában, a repülőgépiparban és más területeken. A szinterelési folyamat során a hidrogén-nitrogén keveréket szinterelési atmoszféraként használják. Egyrészt a hidrogén csökkentheti a fémpor felületén lévő oxidfilmet, javíthatja a porrészecskék közötti kötési erőt, és fokozhatja a termék tömörségét és mechanikai tulajdonságait. Másrészt a nitrogén beállíthatja a kemence belsejében lévő légköri nyomást, gátolhatja a fémpor szemcsenövekedését, és biztosíthatja a termék egyenletes és finom szervezeti szerkezetét. Ezenkívül a hidrogén-nitrogén keverék hatékonyan eltávolítja a szinterezés során keletkező illékony szennyeződéseket, javítja a termék tisztaságát, és lehetővé teszi, hogy a porkohászati ​​termékek megfeleljenek a nagy pontosságú és nagy szilárdságú követelményeknek. Más szinterelési atmoszférákkal összehasonlítva a hidrogén-nitrogén keverék előnyei közé tartozik az alacsony költség és a nagy alkalmazkodóképesség, így a porkohászati ​​iparban a mainstream atmoszféra-választássá vált.

A hőkezelési és kohászati ​​iparágak mellett az ammónia bomlásából származó hidrogén-nitrogén keverék fontos szerepet játszik az úsztatott üveg gyártásában is. Az úsztatott üveg egy üvegfajta, amelyet széles körben használnak az építőiparban, az autóiparban, az elektronikában és más iparágakban. Gyártási folyamata rendkívül magas követelményeket támaszt a légköri környezettel szemben, ami közvetlenül befolyásolja az üveg átlátszóságát, sík felületét és felületi minőségét. Az úsztatott üveggyártás ónfürdős szakaszában a hidrogén-nitrogén keveréket védőatmoszféraként vezetik be a fürdőbe. A nitrogén képes elkülöníteni a levegőt, megakadályozni a magas hőmérsékletű ónfolyadék oxidációját ón-oxid képződése céljából, és megakadályozni, hogy az ón-oxid az üveg felületéhez tapadjon és befolyásolja az üveg minőségét. A hidrogén csökkentheti az ónfürdőben keletkező ón-oxid nyomokban mennyiségét, és beállíthatja a fürdőben lévő légkör redukálhatóságát, biztosítva a sima és tiszta üvegfelületet, valamint javítva az üveg optikai teljesítményét és mechanikai szilárdságát. Ezenkívül a hidrogén-nitrogén keverék stabil nyomást tart fenn az ónfürdőben, megakadályozza a külső levegő bejutását, biztosítja az úsztatott üveggyártás folyamatos és stabil előrehaladását, valamint javítja a termelési hatékonyságot és a termékminősítési arányt.

Az ammónia bomlásából származó hidrogén-nitrogén keveréknek fontos alkalmazási értéke van a nitridáló kemencével kapcsolatos folyamatokban is, ami főként két aspektusban tükröződik: a nitridáló kemence légkörének beállításában és a véggáz kezelésében. A nitridálás fontos folyamat a fémes anyagok felületének erősítésében. Azzal, hogy a nitrogénatomok magas hőmérsékleten és nitrogénben gazdag légkörben behatolnak a fém felületébe, egy kemény réteg képződik, ami javítja a fémes anyagok kopásállóságát, korrózióállóságát és fáradási szilárdságát. A nitridáló kemence légkörének beállításánál a hidrogén-nitrogén keverék bázikus atmoszféraként használható, ammóniával, nitrogénnel és más gázokkal keverve pontosan beállítható a kemence belsejében lévő nitrogénpotenciál, megfelelve a különböző fémes anyagok és a különböző nitridálási folyamatok követelményeinek, és biztosítva, hogy a nitridált réteg vastagsága, keménysége és egyenletessége megfeleljen a tervezési szabványoknak. Ugyanakkor a nitridáló kemencék a gyártás során véggázt termelnek, amely nyomokban ammóniát, cianidot és más káros anyagokat tartalmaz. A közvetlen kibocsátás környezetszennyezést okoz, és biztonsági kockázatot jelent. Az ammóniabontással és hidrogénezéssel előállított véggáz-kezelő berendezések segítségével a nitridáló kemence véggáza lebontható és elégethető, a véggázban lévő káros anyagokat ártalmatlan vízzé, nitrogénné és szén-dioxiddá alakítva, így környezetbarát véggázkibocsátást biztosítva. Ez nemcsak megfelel a nemzeti környezetvédelmi irányelveknek, hanem csökkenti a vállalkozások környezetvédelmi költségeit is.

Az ammóniabontásos hidrogéngyártási technológia széles körű alkalmazása számos iparágban nemcsak a stabil folyamatteljesítménynek és a kiváló minőségű gáztermékeknek köszönhető, hanem jelentős gazdasági és környezeti előnyeinek is. Költség szempontjából a folyékony ammónia alapanyagok viszonylag olcsók, könnyen szállíthatók és tárolhatók, ami jelentősen csökkentheti a vállalkozások alapanyagköltségeit a gáz halmazállapotú alapanyagokhoz, például a tiszta hidrogénhez és a tiszta nitrogénhez képest. Ugyanakkor az ammóniabontásos hidrogéngyártó berendezések viszonylag egyszerű szerkezettel, kényelmes üzemeltetéssel és alacsony karbantartási költségekkel rendelkeznek, így alkalmasak nagyméretű ipari termelésre. Környezetvédelem szempontjából a teljes előkészítési folyamat nem bocsát ki káros gázokat, és a hidrogén-nitrogén keverék használata csökkentheti az oxidáló gázok fogyasztását a hagyományos folyamatokban, ami összhangban van az ipari zöld átalakulás fejlesztési trendjével a "hdouble carbon" cél keretében.

Az ipari technológia folyamatos fejlesztésével a különböző iparágak gázminőségre, termelési hatékonyságra és környezetvédelmi szintre vonatkozó követelményei napról napra nőnek, és az ammóniabontásos hidrogéntermelési technológia is folyamatosan optimalizálódik és fejlődik. A jövőben a nagy hatékonyságú katalizátorok kutatása és fejlesztése, a berendezések szerkezetének optimalizálása és az automatikus vezérlési szint javítása révén az ammóniabontásos hidrogéntermelési technológia tovább javítja a gáz tisztaságát, csökkenti az energiafogyasztást, bővíti az alkalmazási kört, nagyobb szerepet játszik az olyan feltörekvő területeken, mint az új energiaforrások és a csúcskategóriás gyártás, és erős támogatást nyújt az ipari termelés zöld és hatékony fejlődéséhez.

Vas/réz/rozsdamentes acél forrasztása

Csőszerelvények fényes hőkezelése/redukciója

Porkohászati ​​szinterezés

Úsztatott üveg gyártósor