التطبيق المتعمق لتكنولوجيا تنقية الهيدروجين بامتصاص الضغط المتأرجح في الصناعة المعدنية 

في تعدين الحديد والصلب، وهو الفرع الرئيسي للصناعة الثقيلة الوطنية، تعتبر تقنيات فصل وتنقية الغازات المشاركة في عملية الإنتاج ذات أهمية خاصة. ومن بينها، تعد تنقية الهيدروجين جزءًا لا يتجزأ من عملية تعدين الحديد والصلب. في السنوات الأخيرة، مع التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا، تم استخدام تكنولوجيا امتصاص الضغط (PSA) على نطاق واسع في مجال تنقية الهيدروجين بسبب مزايا الكفاءة العالية وتوفير الطاقة وحماية البيئة.

نظرة عامة على تقنية الامتزاز المتأرجح بالضغط

في الصناعة المعدنية، يستخدم الهيدروجين بشكل رئيسي لاختزال أكسيد الحديد في خام الحديد لإنتاج الحديد. ومع ذلك، أثناء عملية التحضير، غالباً ما يحتوي الهيدروجين على غازات شوائب مثل النيتروجين وأول أكسيد الكربون وغيرها، ويؤثر وجود هذه الغازات الشائبة على نقاء وكفاءة استخدام الهيدروجين. لذلك، للحصول على هيدروجين عالي النقاء، من الضروري تنقيته باستخدام تقنية الامتزاز المتأرجح بالضغط.

تقنية الامتزاز المتأرجح بالضغط هي طريقة لفصل وتنقية الغاز بناءً على الاختلافات في قدرة الامتزاز للمواد الممتصة لجزيئات الغاز عند ضغوط مختلفة والاختلافات في قدرة الامتزاز لجزيئات أنواع مختلفة من الغازات. المبدأ الأساسي لهذه التكنولوجيا هو أنه عند درجة حرارة معينة، باستخدام خاصية أن قدرة الامتزاز للمادة الممتزة لبعض مكونات الغاز تتغير مع تغيرات الضغط، وخاصية اختلاف قدرة الامتزاز لأنواع مختلفة من مكونات غاز معينة، يتم تنفيذ عمليات الامتزاز والامتزاز بالتناوب عن طريق تغيير الضغط بشكل دوري في النظام، وبالتالي تحقيق الغرض من فصل الغاز وتنقيته.

في عملية PSA النموذجية، يمكن استخدام طريقتين لتجديد المادة المازة:

1. "شطف" الطبقة بالغاز المنتج لتقليل الضغط الجزئي للشوائب الممتزة وإزاحة الشوائب التي يصعب امتصاصها. الميزة هي أنه يمكن القيام بذلك عند الضغط الجوي. العيب هو فقدان بعض كمية الغاز المنتج.

2. التجديد عن طريق ضخ الفراغ، بحيث يتم دفع الشوائب الأكثر صعوبة في امتصاصها تحت الضغط السلبي إلى الأسفل، وهو ما يسمى عادة الامتزاز المتأرجح بالضغط الفراغي، والمختصر كـ VPSA أو VSA. تتمثل مزايا عملية VPSA في تأثير التجديد الجيد والإنتاجية العالية للمنتج. العيب هو الحاجة إلى زيادة مضخة التفريغ. استهلاك الطاقة للجهاز مرتفع نسبيا.

في عملية التطبيق الفعلي، تعتمد العملية التي سيتم استخدامها بشكل أساسي على تكوين غاز التغذية، والظروف، ومعدل التدفق، ونقاء المنتج، ومتطلبات الإنتاجية، بالإضافة إلى رأس مال المصنع والمساحة وظروف القرار الأخرى.

عمليات تنقية الهيدروجين بامتصاص تأرجح الضغط (VPA).

تتضمن عملية تنقية الهيدروجين بامتصاص الضغط المتأرجح بشكل أساسي الامتزاز، ومعادلة الضغط، والتفريغ التنازلي، والتفريغ العكسي، والغسل، ومعادلة الضغط، وارتفاع الضغط النهائي وخطوات أخرى. على وجه التحديد يبدو مثل هذا:

1. الامتزاز: يدخل الهيدروجين الخام إلى برج الامتزاز تحت ضغط معين، حيث يتم امتصاص غاز الشوائب بواسطة الممتز، ويدخل الهيدروجين عالي النقاء إلى العملية اللاحقة من خلال برج الامتزاز.

2. معادلة الضغط: بعد الامتزاز، يتم تقليل الضغط في برج الامتزاز إلى ضغط متوسط ​​من خلال خطوة معادلة الضغط، مما يخلق الظروف اللازمة لخطوات التخفيض اللاحقة والتحرير العكسي.

3. إطلاق التحويلة والإفراج العكسي: بعد معادلة الضغط، يتم إطلاق غازات الشوائب في برج الامتزاز جزئيًا من خلال عملية إطلاق التحويلة، ومن ثم يتم إطلاق غازات الشوائب بشكل أكبر عن طريق إطلاق الغازات الممتصة في الاتجاه العكسي من خلال عملية الإطلاق العكسي.

4. الشطف: بعد اكتمال التفريغ العكسي، يتم شطف برج الامتزاز بغاز الهيدروجين النقي لإزالة المزيد من غازات الشوائب المتبقية.

5. معادلة الضغط وتعزيز الضغط النهائي: بعد الشطف، يتم رفع الضغط في برج الامتزاز إلى ضغط التشغيل من خلال مراحل معادلة الضغط وتعزيز الضغط النهائي للتحضير للدورة التالية من عملية الامتزاز.

فوائد تقنية الامتزاز المتأرجح بالضغط (VPA) في صناعة المعادن

1. الكفاءة العالية: تتميز تقنية الامتزاز المتأرجح بالضغط بكفاءة فصل وتنقية عالية، وعملية متقدمة وموثوقة، وقابلية تطبيق واسعة على المواد الخام، ويمكن أن تنتج هيدروجين عالي النقاء في وقت قصير، ويمكن أن يصل النقاء إلى 90-99.9999٪، وتحسين كفاءة الإنتاج.

2. توفير الطاقة: بالمقارنة مع تكنولوجيا فصل التبريد العميق التقليدية، فإن تكنولوجيا امتصاص الضغط المتأرجح لها ميزة كبيرة في استهلاك الطاقة. درجة حرارة التشغيل قريبة من المعدل الطبيعي، مما يتجنب استهلاك الطاقة الكبيرة في عملية الفصل بالتبريد العميق. نطاق ضغط واسع: 0.2-6.0 ميجا باسكال، استهلاك منخفض للطاقة، مرونة تشغيل تصل إلى 20-120%، وقت التشغيل المستمر للجهاز أكثر من 3 سنوات.

3. صديقة للبيئة: تقنية الامتزاز المتأرجح بالضغط لا تنتج نفايات خطرة أثناء عملية التنقية، ومعدل استرداد الهيدروجين مرتفع. اعتمادًا على مصدر الغاز وظروف الإنتاج، فإن معدل استرداد الهيدروجين هو 60-99%. يلبي متطلبات الإنتاج "الأخضر".

4. المرونة: يمكن لتكنولوجيا الامتزاز المتأرجح بالضغط ضبط معلمات المادة الممتصة والعملية لتلبية متطلبات الإنتاج المختلفة، مع قدرة عالية على التكيف والمرونة. يتمتع الجهاز بدرجة عالية من الأتمتة، مع إعداد التكيف الذاتي، والتشخيص التلقائي للأخطاء ووظائف أخرى، وهو مناسب لبدء التثبيت وإيقافه، وقد تم بالفعل تحقيق التحكم الآلي بدون طيار.

القيمة الصناعية وتوقعات السوق

في الوقت الحاضر، تُستخدم تقنية VRS على نطاق واسع في تحويل الغاز، وغاز تكسير الميثانول، وغاز إطلاق الميثانول، وغاز ذيل الأمونيا الاصطناعي، وهدرجة الغاز المنخفض في المصفاة،