Generator vodika za kreking amoniaka

Tehnologija za proizvodnjo vodika z razgradnjo amoniaka kot zrel in učinkovit postopek priprave plina zavzema pomembno mesto na področju industrijske proizvodnje. Njeno osnovno načelo je natančna razgradnja amoniaka (NH₃) v mešanico plina, ki jo sestavlja 25 % dušika (N₂) in 75 % vodika (H₂) po prostornini, pod določeno opremo in procesnimi pogoji. To razmerje izhaja iz kemijske formule amoniaka – vsaki dve molekuli amoniaka se razgradita v eno molekulo dušika in tri molekule vodika, kar naravno tvori stabilen sistem mešanice vodika in dušika. Zaradi svojih prednosti, kot so lahko dostopne surovine, okolju prijazen postopek priprave in nadzorovana čistost plina, se ta tehnologija široko uporablja v več industrijskih segmentih in je postala ena ključnih tehnologij, ki podpirajo visokokakovosten razvoj industrij, kot so toplotna obdelava, metalurgija in proizvodnja stekla.

Celoten proces proizvodnje vodika z razgradnjo amoniaka lahko razdelimo na tri ključne člene: predobdelavo surovine, reakcijo razgradnje amoniaka in čiščenje plina. Ti členi so tesno povezani, da skupaj zagotavljajo kakovost končnega plinskega produkta. Kar zadeva surovine, se kot reakcijski substrat običajno uporablja tekoči amonijak visoke čistosti. Tekoči amonijak ima priročno shranjevanje, varen transport in visoko vsebnost vodika – njegova vsebnost vodika lahko doseže 17,6 %, kar daleč presega vsebnost vodika v večini plinastih virov vodika. Poleg tega je tekoči amonijak pri normalni temperaturi in tlaku v tekočem stanju, zato potrebuje veliko manj prostora za shranjevanje kot plinasti vodik, kar lahko učinkovito zmanjša stroške skladiščenja surovin v podjetjih. V fazi predobdelave surovine se tekoči amonijak najprej centralno transportira in upari prek namenske razdelilne naprave. Razdelilna naprava lahko doseže stabilno sotočje in regulacijo pretoka večpotnega tekočega amoniaka, kar zagotavlja enakomerno in neprekinjeno oskrbo s tekočim amoniakom ter preprečuje vpliv nihanj pretoka na učinkovitost nadaljnje reakcije. Postopek uparjanja pretvori tekoči amonijak v plinasti amonijak z nizkotemperaturnim segrevanjem ali nizkotlačnim uparjanjem v zaprtem okolju, pri čemer se odstranijo sledovi nečistoč, ki jih lahko vsebujejo surovine, kar zagotavlja čist reakcijski substrat za nadaljnjo reakcijo razgradnje. Po vstopu v opremo za razgradnjo amonijaka plinasti amonijak podvrže reakciji razgradnje pod določenimi temperaturnimi, tlačnimi in katalizatorskimi pogoji. Jedro opreme za razgradnjo amonijaka sestavljata telo reakcijske peči in katalizatorski sistem. Telo peči je običajno izdelano iz visokotemperaturnega in korozijsko odpornega posebnega jekla, ki lahko prenese fizikalne in kemične izgube v visokotemperaturnem reakcijskem okolju ter zagotavlja dolgoročno stabilno delovanje opreme. Med reakcijo je treba temperaturo v peči nadzorovati med 800 in 900 ℃, kar lahko učinkovito aktivira aktivnost katalizatorja in pospeši reakcijo razgradnje amonijaka. Pogosto uporabljeni katalizatorji so večinoma na osnovi niklja, nekatera vrhunska oprema pa uporablja kompozitne katalizatorje na osnovi rutenija ali železa. Takšni katalizatorji imajo značilnosti visoke katalitične učinkovitosti, dolge življenjske dobe in močne odpornosti proti zastrupitvam, kar omogoča, da stopnja razgradnje amoniaka doseže več kot 99,9 % in zmanjša ostanek nerazgrajenega amoniaka. Pod delovanjem katalizatorja se vezi med plinastimi molekulami amoniaka prekinejo in rekombinirajo, da se tvori mešanica vodika in dušika. Ta postopek ne zahteva dodajanja drugih reagentov, ne oddaja škodljivih plinov in proizvaja le mešanico vodika in dušika, kar je v skladu s konceptom razvoja zelene proizvodnje v sodobni industriji.

Zaradi reducabilnosti vodika in inertne zaščitne lastnosti dušika se je mešanica vodika in dušika, ki nastane s tehnologijo proizvodnje vodika z razgradnjo amoniaka, izkazala za zelo prilagodljivo v industriji toplotne obdelave in postala nepogrešljiv vir osrednjega plina za to industrijo. Visokotemperaturno spajkanje je eden najpogosteje uporabljenih postopkov mešanice vodika in dušika v industriji toplotne obdelave. Ta postopek se uporablja predvsem za natančno spajanje kovinskih komponent, še posebej primeren za varjenje delov iz nerjavečega jekla, bakrovih zlitin, aluminijevih zlitin in drugih materialov. Pri visokotemperaturnem spajkanju se mešanica vodika in dušika uporablja kot zaščitna atmosfera. Po eni strani lahko vodik zmanjša oksidni film na površini kovine, s čimer se izognemo napakam, kot so pore in vključki žlindre na varjenem spoju, ki jih povzroča oksidacija, ter zagotovimo kompaktnost in trdnost varjenega spoja. Po drugi strani pa lahko dušik izolira zrak, prepreči ponovno oksidacijo kovinskih komponent v visokotemperaturnem okolju in vzdržuje stabilen tlak v peči, kar zagotavlja dobre pogoje za pretok in omočenje polnilne kovine za spajkanje. Ne glede na to, ali gre za spajkanje preciznih delov v letalski in vesoljski industriji ali varjenje komponent motorjev v avtomobilski industriji, lahko mešanica vodika in dušika znatno izboljša kakovost spajkanja, zmanjša stopnjo odpadkov in izpolni stroge zahteve vrhunske proizvodnje glede natančnosti varjenja.

Postopek svetlega žarjenja je neločljiv tudi od mešanice vodika in dušika, ki nastane pri razgradnji amoniaka pri proizvodnji vodika. Svetlo žarjenje je pomemben člen pri globoki obdelavi kovinskih materialov, katerega cilj je odpraviti notranje napetosti, ki nastanejo med obdelavo kovin, kot sta valjanje in štancanje, izboljšati žilavost, duktilnost in površinsko obdelavo materialov ter se pogosto uporablja za obdelavo kovinskih materialov, kot so nerjaveče jeklo, bakreni trakovi in ​​jekleni trakovi. Pri postopku svetlega žarjenja se mešanica vodika in dušika vnese v žarilno peč kot zaščitna atmosfera. V visokotemperaturnem okolju lahko vodik zmanjša sledove oksidativnih nečistoč na kovinski površini, medtem ko dušik igra vlogo pri redčenju in izolaciji zraka, preprečuje nastanek oksidativne barve na kovinski površini in zagotavlja, da kovinski material po žarjenju ohrani svetlo površinsko teksturo. V primerjavi s čisto vodikovo atmosfero, ki se uporablja v tradicionalnih procesih žarjenja, ima mešanica vodika in dušika ne le nižje stroške, temveč tudi večjo varnost, saj učinkovito zmanjšuje tveganje za zgorevanje in eksplozijo čiste vodikove atmosfere pri visokih temperaturah, poleg tega pa lahko doseže enak ali celo boljši učinek žarjenja, zaradi česar je prednostna zaščitna atmosfera za procese svetlega žarjenja.

Pomembna scenarija uporabe mešanice vodika in dušika iz razgradnje amoniaka sta tudi postopka redukcije kovinskega prahu in obdelave z raztopino aluminijevih zlitin. Postopek redukcije kovinskega prahu se uporablja predvsem za pripravo visoko čistih kovinskih prahov, kot so železov prah, bakrov prah, nikljev prah itd., ki se pogosto uporabljajo na področjih, kot so prašna metalurgija, elektronske komponente in magnetni materiali. V postopku redukcije vodik v mešanici vodika in dušika deluje kot redukcijsko sredstvo, ki lahko reducira oksidativne nečistoče (kot sta železov oksid in bakrov oksid) v kovinskem prahu v čisto kovino. Hkrati dušik deluje kot zaščitni plin, ki preprečuje ponovno oksidacijo reduciranega kovinskega prahu, s čimer zagotavlja čistost in aktivnost kovinskega prahu. Postopek obdelave z raztopino aluminijeve zlitine izboljša organizacijsko strukturo aluminijeve zlitine ter poveča njeno trdnost in trdoto z visokotemperaturnim segrevanjem in hitrim hlajenjem. V postopku obdelave z raztopino lahko mešanica vodika in dušika učinkovito prepreči oksidacijo in razbarvanje aluminijeve zlitine pri visokih temperaturah, spodbudi homogenizacijo notranje strukture aluminijeve zlitine, izboljša učinek obdelave z raztopino in omogoči, da se materiali iz aluminijevih zlitin bolje prilagodijo nadaljnjim zahtevam glede obdelave in uporabe.

V industriji prašne metalurgije uporaba mešanice vodika in dušika, ki nastane pri razgradnji amoniaka, poteka skozi več ključnih členov, kot so priprava surovin, oblikovanje in sintranje. Prašna metalurgija je postopek za pripravo kovinskih izdelkov s stiskanjem in sintranjem prahu, ki se pogosto uporablja v strojništvu, avtomobilskih delih, vesoljski industriji in drugih področjih. Pri postopku sintranja se mešanica vodika in dušika uporablja kot sintralna atmosfera. Po eni strani lahko vodik zmanjša oksidni film na površini kovinskega prahu, izboljša vezno silo med delci prahu ter poveča kompaktnost in mehanske lastnosti izdelka. Po drugi strani pa lahko dušik uravnava atmosferski tlak v peči, zavira rast zrn kovinskega prahu in zagotavlja enakomerno in fino organizacijsko strukturo izdelka. Poleg tega lahko mešanica vodika in dušika učinkovito odstrani hlapne nečistoče, ki nastanejo med sintranjem, izboljša čistost izdelka in omogoči, da izdelki prašne metalurgije izpolnjujejo zahteve glede visoke natančnosti in visoke trdnosti. V primerjavi z drugimi sintralnimi atmosferami ima mešanica vodika in dušika prednosti nizkih stroškov in velike prilagodljivosti ter je postala glavna izbira atmosfere v industriji prašne metalurgije.

Poleg toplotne obdelave in metalurške industrije ima pomembno vlogo pri proizvodnji float stekla tudi mešanica vodika in dušika, ki nastane pri razgradnji amoniaka. Float steklo je vrsta stekla, ki se pogosto uporablja v gradbeništvu, avtomobilizmu, elektroniki in drugih industrijah. Njegov proizvodni proces ima izjemno visoke zahteve glede atmosferskega okolja, kar neposredno vpliva na prosojnost, ravnost in kakovost površine stekla. V procesu proizvodnje float stekla s kositrom se mešanica vodika in dušika v kopel vnaša kot zaščitna atmosfera. Dušik lahko izolira zrak, prepreči oksidacijo visokotemperaturne tekočine kositra v kositrov oksid in prepreči, da bi se kositrov oksid oprijel površine stekla in vplival na kakovost stekla. Vodik lahko zmanjša sledove kositrovega oksida, ki lahko nastanejo v kositrovi kopeli, in prilagodi reducabilnost atmosfere v kopeli, kar zagotavlja gladko in čisto površino stekla ter izboljšuje optične lastnosti in mehansko trdnost stekla. Poleg tega lahko mešanica vodika in dušika vzdržuje stabilen tlak v kositrovi kopeli, preprečuje vstop zunanjega zraka, zagotavlja neprekinjen in stabilen napredek proizvodnje float stekla ter izboljšuje učinkovitost proizvodnje in stopnjo kvalifikacije izdelkov.

Zmes vodika in dušika, ki nastane pri razgradnji amoniaka, ima pomembno uporabno vrednost tudi v procesih, povezanih z nitrirnimi pečmi, kar se odraža predvsem v dveh vidikih: prilagajanju atmosfere nitrirne peči in obdelavi odpadnih plinov. Nitrirna obdelava je pomemben postopek za površinsko utrjevanje kovinskih materialov. Z omogočanjem prodiranja atomov dušika v kovinsko površino pod visoko temperaturo in atmosfero, bogato z dušikom, se tvori utrjena plast, ki izboljša odpornost proti obrabi, koroziji in utrujenostni trdnosti kovinskih materialov. Pri prilagajanju atmosfere nitrirne peči se lahko mešanica vodika in dušika uporabi kot osnovna atmosfera, pomešana z amonijakom, dušikom in drugimi plini, za natančno prilagajanje dušikovega potenciala v peči, kar izpolnjuje zahteve različnih kovinskih materialov in različnih procesov nitriranja ter zagotavlja, da debelina, trdota in enakomernost nitrirne plasti ustrezajo konstrukcijskim standardom. Hkrati bodo nitrirne peči med proizvodnjo proizvajale odpadne pline, ki vsebujejo sledi amoniaka, cianida in drugih škodljivih snovi. Neposredne emisije bodo povzročile onesnaženje okolja in predstavljale varnostno tveganje. Z uporabo opreme za čiščenje odpadnega plina, povezane s tehnologijo za proizvodnjo vodika z razgradnjo amoniaka, se lahko odpadni plin nitrirne peči razgradi in sežge, pri čemer se škodljive snovi v odpadnem plinu pretvorijo v neškodljivo vodo, dušik in ogljikov dioksid, s čimer se dosežejo okolju prijazne emisije odpadnega plina. To ne le izpolnjuje zahteve nacionalne politike varstva okolja, temveč tudi zmanjšuje stroške čiščenja okolja v podjetjih.

Široka uporaba tehnologije za proizvodnjo vodika z razgradnjo amoniaka v številnih panogah ni posledica le stabilne procesne učinkovitosti in visokokakovostnih plinskih produktov, temveč tudi pomembnih ekonomskih in okoljskih prednosti. Kar zadeva stroške, so surovine za tekoči amonijak relativno poceni, enostavne za prevoz in skladiščenje, kar lahko znatno zmanjša stroške surovin za podjetja v primerjavi s plinastimi surovinami, kot sta čisti vodik in čisti dušik. Hkrati ima oprema za proizvodnjo vodika z razgradnjo amoniaka relativno preprosto strukturo, priročno upravljanje in nizke stroške vzdrževanja, zaradi česar je primerna za obsežno industrijsko proizvodnjo. Kar zadeva varstvo okolja, celoten postopek priprave ne oddaja škodljivih plinov, uporaba mešanice vodika in dušika pa lahko zmanjša tudi porabo oksidativnih plinov v tradicionalnih postopkih, kar je v skladu s trendom razvoja industrijske zelene transformacije v okviru cilja dvojnega ogljika d"h.

Z nenehnim nadgrajevanjem industrijske tehnologije se zahteve različnih industrij glede kakovosti plina, učinkovitosti proizvodnje in ravni varstva okolja iz dneva v dan povečujejo, prav tako pa se nenehno optimizira in nadgrajuje tudi tehnologija za proizvodnjo vodika z razgradnjo amoniaka. V prihodnosti bo tehnologija za proizvodnjo vodika z razgradnjo amoniaka z raziskavami in razvojem visoko učinkovitih katalizatorjev, optimizacijo strukture opreme in izboljšanjem ravni avtomatskega krmiljenja še izboljšala čistost plina, zmanjšala porabo energije, razširila področje uporabe, igrala večjo vlogo na novih področjih, kot sta nova energija in vrhunska proizvodnja, ter močno podprla zeleni in učinkovit razvoj industrijske proizvodnje.

Spajkanje železa/bakra/nerjavečega jekla

Svetlo žarjenje/redukcija cevnih fitingov

Sintranje s praškasto metalurgijo

Proizvodna linija za float steklo