PSA ile hidrojen saflaştırma

PSA Hidrojen Arıtma Türleri

PSA (Basınç Salınım Adsorpsiyonu) tekniği kullanılarak bir gaz akışı arıtılır. Kirlilikler adsorbana yapışır ve arıtılmış gaz toplanır. Hidrojen arıtmasında kullanılan adsorbanlar ise zeolitler, aktif karbon, alümina ve moleküler eleklerdir.

PSA, A'dan E'ye kadar harflerle gösterilen döngüsel aşamalarda çalışır:

• Besleme: Besleme gazı sisteme yüksek basınç altında verilir. Basınç, gazdaki kirliliklerin katı adsorbana yapışmasına neden olur ve arıtılmış hidrojenin adsorplanmadan geçmesine izin verir.
• Ürün Püskürtmesi: Basınçlı hidrojen akışı, artık arıtılmış gazı toplayan bir alana yönlendirilir.
• Basınç Düşürme: Sistemin basıncı düşürülür, bu da adsorbandan atık malzemelerin uzaklaştırılmasını sağlar. Karbondioksit ve diğer kirlilikler daha sonra sistemden atılır.
• Vakum Püskürtmesi: Sistem daha sonra düşük basınçlı bir ortama maruz bırakılır ve adsorbanı daha fazla temizleyerek kalan kirliliklerin ayrışmasını sağlar.
• Eşitleme: Sistemdeki basınç, bir sonraki döngüye hazırlanması için eşitlenir.

Döngü, kullanılan özel sisteme bağlı olarak değişebilir. Bazı sistemler döngüsel bir işlem yerine sürekli bir işlem kullanır. Yine de genel prensip aynı kalır: kirlilikler basınç değişikliği kullanılarak toplanır ve arıtılmış gaz toplanır, sistem bir sonraki arıtma turuna hazırlanır.

PSA Hidrojen Arıtma Teknik Özellikleri ve Bakımı

Teknik Özellikler

Üreticilerin tercihlerine ve alıcıların endüstriyel ihtiyaçlarına bağlı olarak, PSA sistemleri boyutlarında, yapımında ve tasarımında farklı özelliklere sahiptir.

• Fonksiyonel Bileşenler

  Bir PSA hidrojen arıtma tesisinin temel yapısal özelliği adsorpsiyon kulesidir. Genellikle işlem aşamalı olarak ilerlediğinden birden fazla kule bulunur. Her kulenin yüksekliği yaklaşık on ila on beş fit (3 ila 4.5 metre) ve çapı yaklaşık beş ila on fit (1.5 ila 3 metre) olur. Kulede kullanılan adsorpsiyon ortamı, hidrojen ve diğer gazlar için farklı bir kapasiteye sahiptir. Ekstrakte edilen hidrojenin saflığı büyük ölçüde seçilen adsorpsiyon malzemesine bağlıdır. PSA cihazları ayrıca adsorpsiyon kuleleri gibi önemli olan valfler, boru hatları ve basınç salınım jeneratörleri gibi diğer parçaları da içerir.

  Hidrojen Akış Hızı

  Bu, PSA sisteminin ne kadar hidrojen işleyebileceğini gösterir. Genellikle metreküp saatte (m3/sa) veya dakikada kübik fit (CFM) olarak ölçülür. PSA sistemlerinin hidrojen akış hızı genellikle 10 ila 1000 m3/sa arasında değişir.

• Çalışma Basıncı

  PSA'nın çalıştığı basınç, işleme kapasitesi ve ayırma verimliliği üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. PSA hidrojen arıtıcılarının çalışma basıncı genellikle 1.0 ile 3.0 MPa arasında değişir. Adsorpsiyon kulelerinin yüksekliği ve basınç salınım jeneratörlerinin boyutu, PSA sisteminin hacmini belirler.

• Saflık

  PSA cihazları tarafından üretilen hidrojenin saflığı genellikle %99'un üzerinde hatta daha yüksektir.

• Güç Tüketimi

  Hidrojen ayrımı sırasında güç tüketimidir. Genellikle bin metreküp hidrojen ayrımı için 5 ila 20 kWh arasında değişir.

Bakım

PSA hidrojen arıtıcılarının düzgün çalışmasını sağlamak ve kararlılığını ve güvenilirliğini sağlamak için düzenli inceleme ve bakım gerekir. Bakım için bazı öneriler şunlardır:

• Adsorpsiyon Kulelerini Kontrol Edin

  Kulelerin ve adsorpsiyon malzemelerinin durumunu düzenli olarak inceleyin. Arızalar, kırılmalar veya tıkanıklıklar gibi herhangi bir arıza belirtisini arayın. Bu, adsorpsiyon verimliliğinin istikrarlı kalmasını sağlar.

• Valfleri ve Boru Hatlarını Bakım Altında Tutun

  Pürüzsüz gaz akışını ve düzgün çalışmayı sağlamak için arıtma valflerini ve boru hatlarını temizleyin. Bu, sızıntıları ve diğer potansiyel güvenlik tehlikelerini önler.

• Basınç Salınım Jeneratörlerini Kontrol Edin

  Kullanıcıların basınç salınım jeneratörlerinin çalışma koşullarını ve parametrelerini göz önünde bulundurarak, sızıntı veya ısı kaybı olmadığından emin olmak için contaları ve yalıtım malzemelerini düzenli olarak kontrol etmelerine dikkat etmeleri gerekir.

Karmaşık makineler için, ekipmanı kurmak veya bakımlarını yaptırmak için uzmanlardan yardım almak daha iyidir. Daha yüksek aşınma oranlarına sahip bazı parçalar veya bileşenler için düzenli değişimler yapılmalıdır. Bunlar arasında adsorpsiyon kulelerinin adsorbanı, valfler, contalar vb. bulunur. Ayrıntılı bir bakım planı, ekipmanın kullanım ömrünü ve operasyonel verimliliğini en üst düzeye çıkarabilir.

PSA Hidrojen Arıtmasıyla Arıtma Senaryoları

Hidrojen PSA (Basınç Salınım Adsorpsiyonu), hidrojen üretim sürecinin çok önemli bir parçasıdır. Hammadde hidrojen gazını temizler ve kirliliklerden ayırır, böylece nihai ürün satılabilir hale gelir.

PSA sistemlerinin ana kullanım senaryosu, doğal gazdan buhar metan reformu (SMR) adı verilen bir yöntemle hidrojen üreten büyük endüstriyel tesislerdir. Bu işlemde, hidrojen gazı, karbondioksit ve diğer kirleticilerle birlikte üretilir. Hidrojen PSA'nın rolü, bu istenmeyen yan ürünleri ortadan kaldırarak ham hidrojeni arıtmaktır.

Hidrojen PSA, farklı aşamalarda basıncı değiştirerek çalışır. Karbondioksit ve diğer kirlilikler adsorban malzemeler tarafından tutulurken saf hidrojen geçer. Bu sadece verimli olmakla kalmaz, aynı zamanda enerji ve su kaynaklarını sürdürülebilir bir şekilde kullanır.

PSA sistemleri ayrıca hidrojeni aşağıdaki gibi diğer kaynaklardan arıtmak için de kullanılabilir:

• Kömür Gazlaştırma: Hidrojen, kömür gazlaştırılarak, hidrojen içeren bir gaz oluşturarak üretilebilir. Bir PSA ünitesi, bu gazdan hidrojeni, karbondioksit ve metan gibi diğer bileşenleri uzaklaştırarak temizleyebilir.
• Biyo-gaz Yükseltme: Organik atıklardan elde edilen biyo-gaz, hidrojen içerebilir. Bir PSA ünitesi, üretilen hidrojeni geri kazanmak ve hidrojenin kalitesini artırmak için biyo-gaza ince ayar yapabilir.
• Rafineri Atık Gazları: Petrol rafinerileri, işlemleri sırasında hidrojen içeren bir gaz akışı üretir. Bir PSA ünitesi, rafineriden kaynaklanan emisyonları azaltarak değerli hidrojeni diğer gazlardan ayırabilir.

Tüm bu durumlarda, Hidrojen PSA'lar aynı temel işlevi yerine getirir: hidrojen dışı gazları ortadan kaldırarak endüstriyel uygulamalarda veya yakıt pillerinde kullanılabilecek saf hidrojen miktarını artırır. Arıtılmış hidrojen, birçok işletme için hayati bir kaynaktır.

Ek olarak, hidrojen üretim tesislerinde, hidrojen arıtma işleminin genel verimliliğini artırdığı için birkaç PSA kulesini tandem veya seri olarak kullanmak standart bir uygulamadır.

PSA Hidrojen Arıtıcıları Nasıl Seçilir

Bir PSA hidrojen arıtıcı seçerken dikkate alınması gereken bazı faktörler şunlardır:

• Besleme gazı kalitesi ve bileşimi:

  Bir PSA hidrojen arıtma sistemi seçerken, besleme gaz akışının kalitesi ve bileşimi dikkate alınması gereken önemli faktörlerdir. Giriş gaz akışının hedeflenen kirlilikleri içerdiğinden emin olun.

• İstenen hidrojen saflığı:

  Bu, istenen hidrojen saflığına ulaşmak için uzaklaştırılacak kirleticilerin seviyesini ifade eder. Hidrojen PSA sistemi, genellikle %99 ile %99.9999 arasında değişen belirli bir hidrojen saflığı gereksinimini karşılayacak şekilde tasarlanmalıdır.

• Üretim kapasitesi:

  Bu, PSA sisteminin amaçlanan uygulamanın taleplerini karşılamak için üretebilmesi gereken arıtılmış hidrojen miktarıdır. PSA'nın kapasitesi, kullanıcının beklenen hidrojen tüketimiyle eşleşmelidir ve son kullanıcı sayısı ve bireysel gereksinimleri gibi faktörlerden etkilenebilir.

• Çalışma basıncı ve sıcaklığı:

  Çalışma basıncı ve sıcaklığı, hidrojen PSA tasarımının önemli teknik yönleridir. PSA sisteminin çalışma basıncı, yukarı akış sürecindeki hidrojen kaynağının basınçlarıyla veya bağlantılı diğer uygulamalarla eşleşmelidir. Bu, tüm sistemin verimli bir şekilde birbirine bağlanmasını sağlar.

• Ekonomi:

  Bir PSA hidrojen arıtma sisteminin ekonomisi değerlendirilirken, yalnızca sistemin satın alınması ve kurulumunun sermaye harcamasını (CAPEX) değil, aynı zamanda işletme giderini (OPEX) de hesaba katmak önemlidir. OPEX, enerji tüketimiyle yakından ilişkilidir.

PSA Hidrojen Arıtma SSS

S1: PSA'nın hidrojen arıtmasındaki ana avantajları nelerdir?

C1: PSA yöntemi, yüksek geri kazanım oranına sahip gaz karışımlarından hidrojeni ayırma yeteneği, maliyet etkinliği, enerji verimliliği, esneklik ve düşük çevresel etki dahil olmak üzere çeşitli avantajlar sunar.

S2: Hidrojen arıtması için PSA'nın sınırlamaları nelerdir?

C2: Basınç salınım adsorpsiyonu (PSA) işleminin bazı sınırlamaları vardır. Sürekli değil, toplu bir ayırma işlemi olduğu unutulmamalıdır. İşlemin ekonomik olarak uygulanabilir olması için besleme gazındaki karbondioksit içeriği yüksek olmalıdır. Adsorbanlar, rejenerasyonlar ve ürün arıtmaları dahil PSA'ların işletme maliyetleri önemli olabilir.

S3: PSA işlemi ayrıntılı olarak nasıl çalışır?

C3: PSA işlemi, seçici adsorbanlarla dolu dört paralel çalışan sütun içerir. İlk olarak, gaz beslemesi, adsorbanlar kirleticileri yakalayarak arıtılmış hidrojenin çıkmasına izin vererek yüksek basınç altında sütun birine verilir. Bir süre sonra sütun birinin basıncı düşürülerek desorpsiyon yapılırken sütun ikisinin basıncı adsorpsiyon için artırılır. Bu döngü, sütun üç ve dört ile tekrarlanır ve sürekli gaz arıtımı oluşturulur.

S4: PSA işlemi diğer hidrojen arıtma yöntemlerinden nasıl farklıdır?

C4: Hidrojen PSA yöntemi, yanma, oksidasyon, katalitik reformlama ve membranlar veya su gazı kaydırma reaksiyonları yoluyla ayırma gibi tekniklerden farklıdır. PSA yöntemi, yüksek geri kazanım oranına sahip gaz karışımlarından hidrojeni ayırma yeteneği, maliyet etkinliği, enerji verimliliği, esneklik ve düşük çevresel etki dahil olmak üzere çeşitli avantajlar sunar.