알칼리 전기분해 시스템의 수소 후처리 소개

에서 알칼리수 전기분해 공정전해조 출구에서 생성되는 수소 가스는 일반적으로 순도 99.8% 이상이지만, 수증기, 미량 산소, 알칼리 미스트와 같은 불순물을 함유하고 있습니다. 이러한 불순물을 제거하지 않으면 현대 산업 분야의 엄격한 요건을 충족할 수 없습니다.

예를 들어, 정밀 산업 분야에서는:

경질 합금 코팅 공정에는 99.999%의 수소 순도와 -65°C 이하의 이슬점이 필요합니다.

반도체 소재용 실리콘 생산에는 수소 내 산소 함량이 5ppm 미만이어야 하며, 이슬점은 -50°C 미만이어야 합니다. 용존 산소는 단결정 실리콘의 저항률을 변화시키거나 심지어 전도성을 변화시킬 수 있기 때문입니다.

또한 고온 금속 열처리, 분말 야금, 마이크로 전자 회로, 광전자 부품 및 화학 합성 등에서 수소에 미량의 산소나 수분이 포함되어 있어도 고온에서 원료가 산화되어 제품 품질이 심각하게 저하될 수 있습니다.

따라서 수소는 전해조 배출구는 산업 표준을 충족하기 위해 종종 다단계 처리가 필요합니다.

1. 기체-액체 분리

목적: 알칼리 용액이 하류 정제 및 건조 장비에 부정적인 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 전해조 출구에서 기체-액체 혼합물로부터 수소와 알칼리 용액을 분리합니다.

프로세스 흐름:

기액 혼합물은 배관을 통해 기액 분리기로 들어갑니다. 수소와 알칼리 용액 사이의 상당한 밀도 차이로 인해 알칼리 용액은 중력에 의해 아래로 가라앉고, 수소는 상승하여 기액 계면을 형성합니다. 알칼리 용액은 분리기 바닥에 쌓이고, 수소는 상부의 물로 채워진 스크러버를 통과하면서 불순물이 흡수되거나 용해됩니다. 분리기 내부의 데미스터는 액체 방울을 포집하여 메쉬 패드에 합쳐진 후 중력에 의해 알칼리 용액으로 다시 떨어집니다. 완전히 분리된 수소는 다음 처리 단계로 이동합니다.

2. 촉매적 탈산소화

목적: 수소에 잔류하는 산소를 물로 전환하여 산소를 제거합니다.

프로세스 흐름:

분리된 수소는 탈산소 탱크로 들어가 고온(150~200°C)에서 촉매 반응이 일어납니다. 수소와 산소는 팔라듐 촉매를 통해 반응하여 물을 생성합니다. 촉매는 기체 분자를 흡착하여 활성화 에너지를 낮추고 완전한 반응을 보장하며, 산소 함량을 5ppm 미만으로 낮춥니다. 반응한 기체는 냉각기를 통과하면서 수증기가 응축되어 더 순수한 수소를 생성합니다.

3. 흡착건조

목적: 산업용 이슬점 요구 사항을 충족하기 위해 수증기를 제거합니다.

프로세스 흐름:

일반적으로 3개의 탱크로 구성된 흡착 시스템이 사용되며, 각 탱크에는 대용량, 고성능 건조제가 채워져 있습니다.

탈산소화 단계의 수소는 하단의 탱크 A(흡착 모드)로 유입됩니다. 건조제가 수분을 흡착하고, 건조된 기체는 상단으로 배출됩니다.

동시에, 탱크 B(재생 모드)가 가열되어 흡착된 수분이 증기로 방출되고, 이 증기는 수소에 의해 제거되어 냉각기에서 응축됩니다.

그런 다음 수소는 바닥에 있는 탱크 C(대기 모드)로 들어가고, 여기서 잔류 수분이 흡착되고 최종 제품인 수소가 위쪽으로 나옵니다.

이 공정은 -70°C 이하의 이슬점을 달성합니다(수분 함량 <10ppm).

연속 작동을 보장하기 위해 탱크는 주기적으로 회전합니다. 탱크 A가 포화되면 탱크 C는 흡착 모드로 전환되고, 탱크 A는 재생 모드로 전환되며, 탱크 B는 대기 모드로 전환되어 중단 없는 정화를 유지합니다.

미래 전망

수소 응용 분야가 다양화됨에 따라, 하류 산업은 더욱 엄격한 순도(예: 99.999% 이상의 고순도 수소) 및 이슬점(예: -70°C 이하의 초저이슬점) 사양을 요구하고 있습니다. 이러한 추세는 가스 처리 기술의 고효율 및 지능화를 촉진하는 동시에 수소 생산 시스템의 성능 최적화를 이끌고 있습니다. 재료 과학 및 공정 제어 분야의 획기적인 발전에 따라, 신속한 대응과 정밀한 정제를 결합한 차세대 가스 처리 기술은 수소 에너지 산업 전반의 고품질 개발을 위한 핵심 동력이 될 것입니다.