Introducción al postratamiento de hidrógeno en sistemas de electrólisis alcalina

En el proceso de electrólisis de agua alcalinaEl gas hidrógeno producido a la salida del electrolizador suele tener una pureza superior al 99,8 %, pero contiene impurezas como vapor de agua, trazas de oxígeno y neblina alcalina. Si no se eliminan, estas impurezas no cumplen los estrictos requisitos de las aplicaciones industriales modernas.

Por ejemplo, en campos industriales de precisión:

Los procesos de recubrimiento de aleación dura requieren una pureza de hidrógeno del 99,999 % y un punto de rocío inferior a -65 °C.

La producción de silicio para materiales semiconductores exige un contenido de oxígeno en el hidrógeno inferior a 5 ppm y un punto de rocío inferior a -50 °C. Esto se debe a que el oxígeno disuelto puede alterar la resistividad del silicio monocristalino o incluso cambiar su tipo de conductividad.

Además, en el tratamiento térmico de metales a alta temperatura, la pulvimetalurgia, los circuitos microelectrónicos, los componentes optoelectrónicos y la síntesis química, incluso trazas de oxígeno o humedad en el hidrógeno pueden provocar la oxidación de las materias primas a altas temperaturas, lo que compromete gravemente la calidad del producto.

Por lo tanto, el hidrógeno de la electrolizador La salida a menudo requiere un tratamiento de múltiples etapas para cumplir con los estándares industriales.

1. Separación gas-líquido

Objetivo: Separar la solución de hidrógeno y álcali de la mezcla de gas y líquido en la salida del electrolizador para evitar que la solución alcalina afecte negativamente al equipo de purificación y secado posterior.

Flujo del proceso:

La mezcla gas-líquido ingresa a un separador gas-líquido a través de tuberías. Debido a la significativa diferencia de densidad entre el hidrógeno y la solución alcalina, esta última sedimenta por gravedad, mientras que el hidrógeno asciende, formando una interfaz gas-líquido. La solución alcalina se acumula en el fondo del separador, mientras que el hidrógeno pasa por un depurador lleno de agua en la sección superior, donde se absorben o disuelven las impurezas. Un desempañador dentro del separador captura aún más las gotas de líquido, que se fusionan en almohadillas de malla y vuelven a caer en la solución alcalina por gravedad. El hidrógeno, completamente separado, pasa a la siguiente etapa de tratamiento.

2. Desoxigenación catalítica

Propósito: Convertir el oxígeno residual del hidrógeno en agua para eliminar el oxígeno.

Flujo del proceso:

El hidrógeno separado ingresa a un tanque de desoxigenación, donde se produce una reacción catalítica a altas temperaturas (150-200 °C). El hidrógeno y el oxígeno reaccionan sobre un catalizador de paladio para formar agua. El catalizador adsorbe moléculas de gas, lo que reduce la energía de activación y asegura una reacción completa, reduciendo el contenido de oxígeno por debajo de 5 ppm. El gas reaccionado pasa a continuación a un enfriador, donde se condensa parte del vapor de agua, produciendo hidrógeno más puro.

3. Secado por adsorción

Propósito: Eliminar el vapor de agua para cumplir con los requisitos de punto de rocío industrial.

Flujo del proceso:

Generalmente se emplea un sistema de adsorción de tres tanques, cada uno lleno con desecantes de alto rendimiento y alta capacidad.

El hidrógeno de la etapa de desoxigenación entra al tanque A por la parte inferior (en modo de adsorción). El desecante adsorbe la humedad y el gas seco sale por la parte superior.

Simultáneamente, el tanque B (en modo de regeneración) se calienta para liberar la humedad adsorbida en forma de vapor, que es arrastrado por el hidrógeno y condensado en un enfriador.

Luego, el hidrógeno ingresa al tanque C (en modo de espera) por la parte inferior, donde se adsorbe la humedad residual y el hidrógeno del producto final sale por la parte superior.

Este proceso consigue un punto de rocío por debajo de -70°C (contenido de agua <10 ppm).

Para garantizar un funcionamiento continuo, los tanques rotan cíclicamente. Cuando el tanque A se satura, el tanque C pasa al modo de adsorción, el tanque A entra en regeneración y el tanque B pasa al modo de espera, manteniendo así una purificación ininterrumpida.

Perspectivas de futuro

Con la diversificación de las aplicaciones del hidrógeno, las industrias transformadoras exigen especificaciones de pureza (p. ej., hidrógeno de alta pureza ≥99,999 %) y punto de rocío (p. ej., punto de rocío ultrabajo ≤-70 °C) aún más estrictas. Esta tendencia impulsa avances en las tecnologías de tratamiento de gases hacia una mayor eficiencia e inteligencia, a la vez que optimiza el rendimiento de los sistemas de producción de hidrógeno. A medida que surgen avances en la ciencia de los materiales y el control de procesos, las tecnologías de tratamiento de gases de última generación, que combinan respuesta rápida y purificación precisa, se convertirán en un factor clave para el desarrollo de alta calidad en toda la industria energética del hidrógeno.