Dispositif de purification de l'hydrogène

L'équipement de production d'hydrogène par adsorption modulée en pression (PSA) est un dispositif spécifique de purification d'hydrogène à température et pression ambiantes, basé sur la technologie d'adsorption modulée en pression. Son principal avantage réside dans le fait qu'il ne nécessite pas de réactions à haute température et haute pression et permet une séparation efficace d'hydrogène de haute pureté par de simples processus d'adsorption et de désorption physiques du gaz d'alimentation. Il est ainsi parfaitement adapté aux besoins de purification de divers mélanges gazeux contenant de l'hydrogène. L'équipement utilise comme matière première principale des mélanges gazeux contenant de l'hydrogène (tels que des gaz issus de sous-produits industriels, du gaz naturel reformé, etc.) et son composant principal est un tamis moléculaire spécial. Ce tamis, modifié par un procédé spécifique, possède une capacité d'adsorption sélective extrêmement élevée et constitue le support essentiel pour la séparation de l'hydrogène, de l'azote et d'autres gaz.

Son principe de séparation repose principalement sur deux différences fondamentales : premièrement, la capacité d'adsorption des composants gazeux à la surface du tamis moléculaire diffère. Les molécules d'hydrogène, de petite taille et faiblement polaires, présentent une capacité d'adsorption extrêmement faible, tandis que celle des molécules de gaz impurs, comme l'azote et le dioxyde de carbone, est bien supérieure ; deuxièmement, la vitesse de diffusion de l'hydrogène et de l'azote dans le tamis moléculaire de carbone est significativement différente. L'hydrogène diffuse plus rapidement et pénètre aisément dans les pores du tamis, tandis que les gaz impurs diffusent lentement et sont facilement adsorbés et retenus. L'ensemble du processus de séparation est contrôlé avec précision par un automate programmable (PLC). L'ouverture et la fermeture ordonnées de vannes programmées permettent de réaliser cycliquement les deux étapes clés d'adsorption sous pression et de décompression : sous pression, les gaz impurs sont fortement adsorbés par le tamis moléculaire, tandis que l'hydrogène le traverse sans difficulté pour une première purification. En conditions de décompression, les gaz impurs adsorbés sont séparés de la surface du tamis moléculaire et évacués avec les gaz résiduaires. Le tamis moléculaire est alors régénéré et peut être réutilisé pour l'adsorption. Ce cycle permet une production continue d'hydrogène conforme aux exigences de pureté du client, le tout dans le respect de l'environnement et sans pollution secondaire.

Cet équipement de production d'hydrogène PSA est entièrement conçu pour répondre aux besoins réels de la production industrielle, en tenant compte de l'efficacité, de la stabilité et de la rentabilité. Ses principales caractéristiques de conception sont les suivantes :

1. Démarrage rapide et production d'hydrogène de qualité en un temps record : Grâce à sa conception intégrée, l'équipement simplifie le démarrage et ne nécessite aucune étape complexe de préchauffage ou de mise en service. Après démarrage, le cycle d'adsorption et de séparation est réalisé en un temps réduit, permettant une production rapide d'hydrogène de pureté optimale et à débit stable. Il résout ainsi les problèmes de lenteur de démarrage et de longs temps d'attente rencontrés avec les équipements de production d'hydrogène traditionnels et convient à diverses applications, telles que l'approvisionnement d'urgence en hydrogène et la production intermittente.

2. Fonctionnement entièrement automatisé de l'équipement, permettant un fonctionnement sans surveillance tout au long du processus : Doté d'un système de contrôle PLC de haute précision et d'un module de surveillance intelligent, l'équipement collecte en temps réel les paramètres de fonctionnement (pression, débit, pureté de l'hydrogène, etc.) et effectue automatiquement toutes les opérations, telles que l'ouverture et la fermeture des vannes programmables, la commutation des cycles d'adsorption-désorption et la régénération du tamis moléculaire, sans intervention manuelle. Il intègre également des fonctions d'alarme en cas de défaut et d'arrêt automatique, ce qui réduit considérablement la pénibilité du travail, diminue les coûts de main-d'œuvre et améliore la sécurité de la production.

3. Remplissage efficace du tamis moléculaire : plus compact et plus dense, durée de vie prolongée : grâce à un procédé de remplissage haute pression spécifique, le tamis moléculaire est réparti de manière uniforme et compacte dans la tour d’adsorption. Ce procédé évite efficacement les problèmes de desserrage, d’agglomération et d’usure du tamis moléculaire rencontrés avec les méthodes de remplissage traditionnelles, et réduit les pertes de tamis. De plus, un dispositif de protection du tamis moléculaire empêche les gaz impurs de le polluer et de l’éroder, prolongeant ainsi considérablement sa durée de vie et réduisant les coûts d’exploitation et de maintenance ainsi que la fréquence de remplacement des consommables.

4. Pression, pureté et débit stables et réglables, répondant aux différents besoins des clients : En fonction des besoins en hydrogène des différentes industries et des différents procédés de production, l’appareil permet un réglage précis de la pression, de la pureté et du débit de l’hydrogène produit. La pureté est réglable avec précision entre 99 % et 99,9995 %, la pression est inférieure ou égale à 1 MPa et le débit est compris entre 5 et 5 000 Nm³/h. Il répond ainsi aux besoins en hydrogène de faible débit et de haute pureté des petits laboratoires et de l’industrie électronique de précision, tout en s’adaptant aux scénarios de production à haut débit et à grande échelle des industries métallurgiques et chimiques.

5. Structure rationnelle, procédé avancé, sécurité et stabilité, faible investissement et faible consommation d'énergie : Grâce à sa conception modulaire, son agencement compact et son faible encombrement, l'installation, le démontage et les transformations ultérieures sont aisés. Le cycle d'adsorption-désorption est optimisé, ce qui améliore considérablement le taux de récupération d'hydrogène et l'efficacité de séparation. Fonctionnant à pression modérée et doté d'un système de protection complet, l'équipement offre un fonctionnement stable et fiable avec un faible taux de panne. Comparé aux procédés traditionnels de production d'hydrogène, il ne nécessite pas une forte consommation d'énergie pour le chauffage et la pressurisation, ce qui réduit significativement les coûts d'investissement et la consommation d'énergie, pour une solution à la fois économique et respectueuse de l'environnement.

Afin de garantir la stabilité de fonctionnement de l'appareil et la qualité des produits hydrogène, cet équipement de production d'hydrogène PSA est conçu et fabriqué en stricte conformité avec les normes industrielles, avec des indicateurs techniques clés clairement définis comme suit :

Exigences relatives au gaz d'alimentation : La pression du gaz d'alimentation doit être maintenue à 1,2 MPa afin d'assurer le bon déroulement du processus d'adsorption ; le point de rosée sous pression est ≤ 10 °C afin d'éviter que l'humidité n'affecte l'efficacité d'adsorption du tamis moléculaire et la sécurité de fonctionnement de l'équipement ; la teneur en huile est ≤ 0,003 mg/m³ afin d'éviter toute pollution par l'huile susceptible de contaminer le tamis moléculaire et d'obstruer la canalisation de l'équipement, garantissant ainsi un fonctionnement stable et durable de l'appareil ; le volume de gaz d'alimentation peut être ajusté avec précision en fonction du volume et de la pureté d'hydrogène requis, s'adaptant ainsi aux besoins de production d'hydrogène de différentes puretés et débits, et offrant une grande compatibilité.

Caractéristiques de l'hydrogène produit : La pression d'hydrogène en sortie est ≤ 1 MPa et peut être ajustée avec précision selon les besoins des clients afin de répondre aux exigences de pression des différents procédés de production. Le point de rosée atmosphérique est ≤ -70 °C, ce qui réduit efficacement la teneur en humidité de l'hydrogène et évite que celle-ci n'affecte les procédés de production ultérieurs (tels que le recuit de précision et la fabrication de composants électroniques). La pureté, comprise entre 99 % et 99,9995 %, peut être ajustée avec précision selon les exigences industrielles afin de s'adapter aux différentes normes de pureté. Le débit d'hydrogène est compris entre 5 et 5 000 Nm³/h, couvrant les scénarios d'approvisionnement en hydrogène de petite, moyenne et grande envergure, et permettant une production standardisée à grande échelle.

Grâce à ses avantages en termes de rendement élevé, de stabilité et de flexibilité, cet équipement de production d'hydrogène PSA est largement utilisé dans de nombreux secteurs industriels tels que l'électronique, la métallurgie, la mécanique et la métallurgie des poudres. Il couvre une variété de procédés de production essentiels et fournit un approvisionnement en hydrogène de haute qualité à diverses industries. Voici quelques exemples d'application :

1. Industrie électronique :Il est principalement utilisé dans les procédés clés tels que la diffusion dans la fabrication du silicium monocristallin et la production de circuits intégrés, ainsi que dans la production de diodes électroluminescentes (DEL) et d'écrans à cristaux liquides (LCD). L'hydrogène de haute pureté peut être utilisé comme gaz protecteur et réducteur, ce qui permet d'éviter efficacement l'oxydation et la contamination des composants électroniques pendant la production, d'améliorer la pureté et le taux de conformité des produits et de garantir la stabilité des performances des équipements électroniques.

2. Industrie métallurgique :Il est principalement utilisé lors des recuits intermédiaires et de finition des bandes de cuivre et d'acier de précision. En tant que gaz protecteur, l'hydrogène isole l'air pendant le recuit, prévenant ainsi l'oxydation et la décoloration de la surface des bandes de cuivre et d'acier, tout en améliorant leur ténacité et leur état de surface. Il garantit ainsi la conformité des produits métallurgiques de précision aux normes en vigueur.

3. Industrie des machines :Il est principalement utilisé lors du recuit des roulements et de diverses pièces mécaniques de précision. Le recuit sous protection d'hydrogène permet d'éliminer les contraintes internes générées lors de l'usinage des pièces, d'améliorer leur dureté, leur résistance à l'usure et leur stabilité dimensionnelle, d'allonger leur durée de vie et de réduire les risques de défaillance.

4. Industrie de la métallurgie des poudres :Il est utilisé dans le procédé de frittage en métallurgie des poudres. L'hydrogène peut servir de gaz réducteur et protecteur. Lors du frittage à haute température, il réduit les impuretés d'oxydes dans les matières premières en poudre et prévient simultanément l'oxydation et l'agglomération des produits finis frittés, améliorant ainsi la densité et les propriétés mécaniques des produits de métallurgie des poudres.

5. Industrie de réduction du tungstène-molybdène :Il convient au procédé de réduction profonde à l'hydrogène des fours à quatre tubes, des fours multitubulaires et des fours de réduction. L'hydrogène de haute pureté permet de réduire complètement les oxydes présents dans les matières premières de tungstène et de molybdène afin d'obtenir des éléments de tungstène et de molybdène de haute pureté, répondant ainsi aux besoins de production de produits en tungstène et en molybdène (tels que le fil de tungstène et la feuille de molybdène).

6. Recuit brillant des métaux :Il est utilisé lors du recuit brillant de plaques et tubes en acier inoxydable de précision, ainsi que de tubes et plaques en acier au carbone. En tant que gaz protecteur, l'hydrogène permet de conserver une surface lisse et exempte de taches d'oxydation après recuit, évitant ainsi les traitements ultérieurs de meulage et de polissage. Ceci réduit les coûts de production et améliore l'aspect et la qualité des produits.

7. Frittage de la métallurgie des poudres d'acier inoxydable :Dans le processus de frittage de la métallurgie des poudres d'acier inoxydable, l'hydrogène peut jouer un rôle protecteur, isolant l'air pour empêcher l'oxydation de la poudre d'acier inoxydable, et en même temps contribuant à améliorer l'efficacité du frittage et la densité du produit fini, assurant la résistance à la corrosion et la résistance mécanique des produits de métallurgie des poudres d'acier inoxydable.