Generator de hidrogen pentru cracarea amoniacului

Tehnologia de producere a hidrogenului prin descompunerea amoniacului, ca proces matur și eficient de preparare a gazelor, ocupă o poziție importantă în domeniul producției industriale. Principiul său fundamental este descompunerea precisă a amoniacului (NH₃) într-un gaz mixt format din 25% azot (N₂) și 75% hidrogen (H₂) în volum, în condiții specifice de echipament și proces. Acest raport este derivat din formula chimică a amoniacului - fiecare două molecule de amoniac se descompun pentru a forma o moleculă de azot și trei molecule de hidrogen, formând în mod natural un sistem stabil de amestec hidrogen-azot. Datorită avantajelor sale, cum ar fi materiile prime ușor accesibile, procesul de preparare ecologic și puritatea controlabilă a gazului, această tehnologie a fost aplicată pe scară largă în multiple segmente industriale și a devenit una dintre tehnologiile cheie care susțin dezvoltarea de înaltă calitate a unor industrii precum tratamentul termic, metalurgia și fabricarea sticlei.

Fluxul complet al procesului de producere a hidrogenului prin descompunere a amoniacului poate fi împărțit în trei verigi principale: pretratarea materiei prime, reacția de descompunere a amoniacului și purificarea gazului. Aceste verigi sunt strâns legate între ele pentru a asigura împreună calitatea produsului gazos final. În ceea ce privește materiile prime, amoniacul lichid de înaltă puritate este de obicei utilizat ca substrat de reacție. Amoniacul lichid se caracterizează prin depozitare convenabilă, transport sigur și conținut ridicat de hidrogen - conținutul său de hidrogen poate ajunge la 17,6%, depășind cu mult cel al majorității surselor de hidrogen gazos. Mai mult, amoniacul lichid se află în stare lichidă la temperatură și presiune normale, necesitând mult mai puțin spațiu de depozitare decât hidrogenul gazos, ceea ce poate reduce eficient costurile de depozitare a materiei prime ale întreprinderilor. În etapa de pretratare a materiei prime, amoniacul lichid este mai întâi transportat centralizat și vaporizat printr-un dispozitiv distribuitor dedicat. Dispozitivul distribuitor poate realiza o confluență stabilă și o reglare a debitului amoniacului lichid pe căi multiple, asigurând o furnizare uniformă și continuă a amoniacului lichid și evitând impactul fluctuațiilor de debit asupra eficienței reacției ulterioare. Procesul de vaporizare transformă amoniacul lichid în amoniac gazos prin încălzire la temperatură joasă sau evaporare la presiune joasă într-un mediu închis, eliminând în același timp urmele de impurități care pot fi conținute în materiile prime, oferind un substrat de reacție pur pentru reacția de descompunere ulterioară. După intrarea în echipamentul de descompunere a amoniacului, amoniacul gazos suferă o reacție de descompunere în anumite condiții de temperatură, presiune și catalizator. Nucleul echipamentului de descompunere a amoniacului este format dintr-un corp al cuptorului de reacție și un sistem de catalizator. Corpul cuptorului este de obicei fabricat din oțel special rezistent la temperaturi ridicate și coroziune, care poate rezista la pierderi fizice și chimice într-un mediu de reacție la temperatură înaltă și poate asigura funcționarea stabilă pe termen lung a echipamentului. În timpul reacției, temperatura din interiorul cuptorului trebuie controlată între 800-900℃, un interval de temperatură care poate activa eficient activitatea catalizatorului și poate accelera reacția de descompunere a amoniacului. Catalizatorii utilizați în mod obișnuit sunt în mare parte pe bază de nichel, iar unele echipamente de ultimă generație adoptă catalizatori compoziți pe bază de ruteniu sau fier. Astfel de catalizatori au caracteristici precum o eficiență catalitică ridicată, o durată lungă de viață și o puternică capacitate anti-otrăvire, permițând o rată de descompunere a amoniacului să atingă peste 99,9% și reducând la minimum reziduurile de amoniac nedescompus. Sub acțiunea catalizatorului, moleculele de amoniac gazos se rup legăturile și se recombină pentru a forma un gaz mixt de hidrogen și azot. Acest proces nu necesită adăugarea altor reactivi, nu emite gaze nocive și produce doar un amestec hidrogen-azot, ceea ce este în conformitate cu conceptul de dezvoltare a producției ecologice în industria modernă.

Datorită reductibilității hidrogenului și proprietății inerte de protecție a azotului, amestecul hidrogen-azot generat prin tehnologia de producere a hidrogenului prin descompunerea amoniacului a demonstrat o adaptabilitate puternică în industria tratamentului termic și a devenit o sursă indispensabilă de gaz pentru această industrie. Brazarea la temperatură înaltă este unul dintre cele mai utilizate procese de amestec hidrogen-azot în industria tratamentului termic. Acest proces este utilizat în principal pentru conectarea precisă a componentelor metalice, fiind potrivit în special pentru sudarea pieselor din oțel inoxidabil, aliaj de cupru, aliaj de aluminiu și alte materiale. În procesul de brazare la temperatură înaltă, amestecul hidrogen-azot este utilizat ca atmosferă protectoare. Pe de o parte, hidrogenul poate reduce pelicula de oxid de pe suprafața metalică, evitând defectele precum porii și incluziunile de zgură la îmbinarea sudurii cauzate de oxidare și asigurând compactitatea și rezistența îmbinării sudurii. Pe de altă parte, azotul poate izola aerul, poate preveni reoxidarea componentelor metalice într-un mediu cu temperatură ridicată și poate menține o presiune stabilă în interiorul cuptorului, asigurând condiții bune pentru curgerea și umectarea metalului de adaos de brazare. Fie că este vorba de lipirea pieselor de precizie în domeniul aerospațial sau de sudarea componentelor motorului în industria auto, amestecul hidrogen-azot poate îmbunătăți semnificativ calitatea lipirii, poate reduce rata deșeurilor și poate îndeplini cerințele stricte ale producției de înaltă calitate pentru precizia sudării.

Procesul de recoacere strălucitoare este, de asemenea, inseparabil de amestecul hidrogen-azot generat prin descompunerea amoniacului prin producerea de hidrogen. Recoacerea strălucitoare este o verigă importantă în prelucrarea profundă a materialelor metalice, având ca scop eliminarea stresului intern generat în timpul prelucrării metalelor, cum ar fi laminarea și ștanțarea, îmbunătățirea tenacității, ductilității și finisajului suprafeței materialelor și este adesea utilizată pentru tratarea materialelor metalice, cum ar fi oțelul inoxidabil, banda de cupru și banda de oțel. În procesul de recoacere strălucitoare, amestecul hidrogen-azot este introdus în cuptorul de recoacere ca atmosferă protectoare. Într-un mediu cu temperatură ridicată, hidrogenul poate reduce urmele de impurități oxidative de pe suprafața metalului, în timp ce azotul joacă un rol în diluarea și izolarea aerului, prevenind formarea culorii oxidului pe suprafața metalului și asigurând că materialul metalic menține o textură strălucitoare a suprafeței după recoacere. Comparativ cu atmosfera de hidrogen pur utilizată în procesele tradiționale de recoacere, amestecul hidrogen-azot nu numai că are un cost mai mic, dar și o siguranță mai mare, reducând eficient riscul de ardere și explozie a atmosferei de hidrogen pur la temperaturi ridicate și poate obține același efect de recoacere sau chiar mai bun, ceea ce o face atmosfera protectoare preferată pentru procesele de recoacere strălucitoare.

Procesele de reducere a pulberii metalice și de tratare în soluție a aliajelor de aluminiu sunt, de asemenea, scenarii importante de aplicare pentru amestecul hidrogen-azot din descompunerea amoniacului. Procesul de reducere a pulberii metalice este utilizat în principal pentru prepararea pulberilor metalice de înaltă puritate, cum ar fi pulberea de fier, pulberea de cupru, pulberea de nichel etc., care sunt utilizate pe scară largă în domenii precum metalurgia pulberilor, componentele electronice și materialele magnetice. În procesul de reducere, hidrogenul din amestecul hidrogen-azot acționează ca agent reducător, putând reduce impuritățile oxidative (cum ar fi oxidul de fier și oxidul de cupru) din pulberea metalică la metal pur. În același timp, azotul acționează ca un gaz protector pentru a preveni reoxidarea pulberii metalice reduse, asigurând puritatea și activitatea pulberii metalice. Procesul de tratare în soluție a aliajelor de aluminiu îmbunătățește structura organizațională a aliajului de aluminiu și îi sporește rezistența și duritatea prin încălzire la temperatură înaltă și răcire rapidă. În procesul de tratare în soluție, amestecul hidrogen-azot poate preveni eficient oxidarea și decolorarea aliajului de aluminiu la temperaturi ridicate, poate promova omogenizarea structurii interne a aliajului de aluminiu, poate îmbunătăți efectul de tratare în soluție și poate permite materialelor din aliaje de aluminiu să se adapteze mai bine la cerințele ulterioare de procesare și aplicare.

În industria metalurgiei pulberilor, aplicarea amestecului hidrogen-azot din descompunerea amoniacului trece prin mai multe verigi principale, cum ar fi prepararea materiilor prime, formarea și sinterizarea. Metalurgia pulberilor este un proces de preparare a produselor metalice prin presare și sinterizare a pulberilor, care este utilizat pe scară largă în fabricarea mecanică, piese auto, industria aerospațială și alte domenii. În procesul de sinterizare, amestecul hidrogen-azot este utilizat ca atmosferă de sinterizare. Pe de o parte, hidrogenul poate reduce pelicula de oxid de pe suprafața pulberii metalice, poate îmbunătăți forța de legătură dintre particulele de pulbere și poate spori compactitatea și proprietățile mecanice ale produsului. Pe de altă parte, azotul poate regla presiunea atmosferică din interiorul cuptorului, poate inhiba creșterea granulelor pulberii metalice și poate asigura o structură organizațională uniformă și fină a produsului. În plus, amestecul hidrogen-azot poate elimina eficient impuritățile volatile generate în timpul sinterizării, poate îmbunătăți puritatea produsului și poate permite produselor metalurgice ale pulberilor să îndeplinească cerințele de înaltă precizie și rezistență. Comparativ cu alte atmosfere de sinterizare, amestecul hidrogen-azot are avantajele costului redus și ale unei adaptări puternice și a devenit alegerea principală a atmosferei în industria metalurgiei pulberilor.

Pe lângă industriile de tratament termic și metalurgie, amestecul hidrogen-azot provenit din descompunerea amoniacului joacă, de asemenea, un rol important în producția de sticlă flotată. Sticla flotată este o varietate de sticlă utilizată pe scară largă în construcții, automobile, electronică și alte industrii. Procesul său de producție are cerințe extrem de ridicate față de mediul atmosferic, ceea ce afectează direct transparența, planeitatea și calitatea suprafeței sticlei. În legătura băii de staniu din producția de sticlă flotată, amestecul hidrogen-azot este introdus în baie ca atmosferă protectoare. Azotul poate izola aerul, poate preveni oxidarea lichidului de staniu la temperatură înaltă pentru a forma oxid de staniu și poate evita aderarea oxidului de staniu la suprafața sticlei și afectarea calității sticlei. Hidrogenul poate reduce urmele de oxid de staniu care pot fi generate în baia de staniu și poate ajusta reductibilitatea atmosferei din baie, asigurând o suprafață netedă și curată a sticlei și îmbunătățind performanța optică și rezistența mecanică a sticlei. În plus, amestecul hidrogen-azot poate menține o presiune stabilă în interiorul băii de staniu, poate preveni pătrunderea aerului exterior, poate asigura progresul continuu și stabil al producției de sticlă flotată și poate îmbunătăți eficiența producției și rata de calificare a produsului.

Amestecul hidrogen-azot din descompunerea amoniacului are, de asemenea, o valoare aplicativă importantă în procesele legate de cuptorul de nitrurare, reflectată în principal în două aspecte: ajustarea atmosferei cuptorului de nitrurare și tratarea gazelor reziduale. Tratamentul de nitrurare este un proces important pentru întărirea suprafeței materialelor metalice. Permițând atomilor de azot să pătrundă în suprafața metalului în condiții de temperatură ridicată și atmosferă bogată în azot, se formează un strat întărit, îmbunătățind rezistența la uzură, rezistența la coroziune și rezistența la oboseală a materialelor metalice. În ajustarea atmosferei cuptorului de nitrurare, amestecul hidrogen-azot poate fi utilizat ca atmosferă de bază, amestecat cu amoniac, azot și alte gaze pentru a regla cu precizie potențialul de azot din interiorul cuptorului, îndeplinind cerințele diferitelor materiale metalice și diferitelor procese de nitrurare și asigurând că grosimea, duritatea și uniformitatea stratului nitrurat îndeplinesc standardele de proiectare. În același timp, cuptoarele de nitrurare vor genera gaze reziduale care conțin urme de amoniac, cianură și alte substanțe nocive în timpul producției. Emisiile directe vor provoca poluarea mediului și vor prezenta pericole pentru siguranță. Folosind echipamente de tratare a gazelor de coacăze legate de tehnologia de producere a hidrogenului prin descompunerea amoniacului, gazele de coacăze ale cuptorului de nitrurare pot fi descompuse și arse, transformând substanțele nocive din gazele de coacăze în apă, azot și dioxid de carbon inofensive, realizând o emisie ecologică de gaze de coacăze. Acest lucru nu numai că respectă cerințele politicii naționale de protecție a mediului, dar reduce și costurile de tratare a mediului ale întreprinderilor.

Aplicarea pe scară largă a tehnologiei de producere a hidrogenului prin descompunere a amoniacului în multiple industrii se datorează nu doar performanței stabile a procesului și produselor gazoase de înaltă calitate, ci și avantajelor economice și de mediu semnificative. În ceea ce privește costul, materiile prime lichide pentru amoniac sunt relativ ieftine, convenabile pentru transport și depozitare, ceea ce poate reduce considerabil costul materiilor prime ale întreprinderilor în comparație cu materiile prime gazoase, cum ar fi hidrogenul pur și azotul pur. În același timp, echipamentele de producere a hidrogenului prin descompunere a amoniacului au o structură relativ simplă, o funcționare convenabilă și costuri de întreținere reduse, ceea ce le face potrivite pentru producția industrială la scară largă. În ceea ce privește protecția mediului, întregul proces de preparare nu emite gaze nocive, iar utilizarea amestecului hidrogen-azot poate reduce, de asemenea, consumul de gaze oxidante în procesele tradiționale, ceea ce este în conformitate cu tendința de dezvoltare a transformării industriale verzi în cadrul obiectivului dublu carbon.

Odată cu modernizarea continuă a tehnologiei industriale, cerințele diverselor industrii privind calitatea gazelor, eficiența producției și nivelul de protecție a mediului cresc zi de zi, iar tehnologia de producție a hidrogenului prin descompunere a amoniacului este, de asemenea, optimizată și modernizată continuu. În viitor, prin cercetarea și dezvoltarea de catalizatori de înaltă eficiență, optimizarea structurii echipamentelor și îmbunătățirea nivelului de control automat, tehnologia de producție a hidrogenului prin descompunere a amoniacului va îmbunătăți și mai mult puritatea gazului, va reduce consumul de energie, va extinde domeniul de aplicare, va juca un rol mai important în domenii emergente, cum ar fi energia nouă și producția de înaltă performanță și va oferi un sprijin puternic pentru dezvoltarea ecologică și eficientă a producției industriale.

Brazarea fierului/cuprului/oțelului inoxidabil

Recoacere/reducere strălucitoare a fitingurilor de țevi

Sinterizarea prin metalurgie a pulberilor

Linie de producție a sticlei flotate