Генератор водорода методом крекинга аммиака

Технология получения водорода путем разложения аммиака, как зрелый и эффективный процесс подготовки газа, занимает важное место в сфере промышленного производства. Ее основной принцип заключается в точном разложении аммиака (NH₃) на газовую смесь, состоящую из 25% азота (N₂) и 75% водорода (H₂) по объему, при определенных условиях оборудования и процесса. Это соотношение выводится из химической формулы аммиака: каждые две молекулы аммиака разлагаются с образованием одной молекулы азота и трех молекул водорода, естественным образом образуя стабильную водородно-азотную смесь. Благодаря таким преимуществам, как легкодоступное сырье, экологически чистый процесс получения и контролируемая чистота газа, эта технология получила широкое применение в различных отраслях промышленности и стала одной из ключевых технологий, способствующих высококачественному развитию таких отраслей, как термообработка, металлургия и стекольное производство.

Полный технологический процесс производства водорода путем разложения аммиака можно разделить на три основных звена: предварительная обработка сырья, реакция разложения аммиака и очистка газа. Эти звенья тесно взаимосвязаны, что в совокупности обеспечивает качество конечного газообразного продукта. В качестве сырья обычно используется высокочистый жидкий аммиак. Жидкий аммиак отличается удобством хранения, безопасной транспортировкой и высоким содержанием водорода — его содержание водорода может достигать 17,6%, что значительно превышает содержание водорода в большинстве газообразных источников. Кроме того, жидкий аммиак находится в жидком состоянии при нормальной температуре и давлении, что требует гораздо меньше места для хранения, чем газообразный водород, и позволяет эффективно снизить затраты предприятий на хранение сырья. На этапе предварительной обработки сырья жидкий аммиак сначала централизованно транспортируется и испаряется через специальное коллекторное устройство. Коллекторное устройство обеспечивает стабильное слияние и регулирование потока жидкого аммиака по нескольким путям, гарантируя равномерную и непрерывную подачу жидкого аммиака и избегая влияния колебаний потока на эффективность последующей реакции. Процесс испарения преобразует жидкий аммиак в газообразный аммиак посредством низкотемпературного нагрева или испарения под низким давлением в закрытой среде, одновременно удаляя следовые примеси, которые могут содержаться в исходном сырье, обеспечивая чистый субстрат для последующей реакции разложения. После попадания в оборудование для разложения аммиака газообразный аммиак подвергается реакции разложения при определенных условиях температуры, давления и катализатора. Основная часть оборудования для разложения аммиака состоит из корпуса реакционной печи и каталитической системы. Корпус печи обычно изготавливается из высокотемпературной и коррозионностойкой специальной стали, которая выдерживает физические и химические потери в высокотемпературной реакционной среде и обеспечивает долговременную стабильную работу оборудования. Во время реакции температура внутри печи должна поддерживаться в диапазоне 800-900℃, что позволяет эффективно активировать каталитическую активность и ускорить реакцию разложения аммиака. Обычно используемые катализаторы в основном основаны на никеле, а в некоторых высокотехнологичных установках применяются рутениевые или железосодержащие композитные катализаторы. Такие катализаторы обладают высокой каталитической эффективностью, длительным сроком службы и сильной антиотравляющей способностью, что позволяет достичь степени разложения аммиака более 99,9% и минимизировать остаток неразложившегося аммиака. Под действием катализатора молекулы газообразного аммиака подвергаются разрыву связей и рекомбинации с образованием смеси водорода и азота. Этот процесс не требует добавления других реагентов, не выделяет вредных газов и производит только водородно-азотную смесь, что соответствует концепции развития экологически чистого производства в современной промышленности.

Благодаря восстановительной способности водорода и инертным защитным свойствам азота, водородно-азотная смесь, получаемая в результате разложения аммиака и производства водорода, продемонстрировала высокую адаптивность в термообрабатывающей промышленности и стала незаменимым основным источником газа для этой отрасли. Высокотемпературная пайка является одним из наиболее широко используемых процессов водородно-азотной смеси в термообрабатывающей промышленности. Этот процесс в основном используется для точного соединения металлических компонентов, особенно подходит для сварки деталей из нержавеющей стали, медных сплавов, алюминиевых сплавов и других материалов. В процессе высокотемпературной пайки водородно-азотная смесь используется в качестве защитной атмосферы. С одной стороны, водород может восстанавливать оксидную пленку на поверхности металла, предотвращая дефекты, такие как поры и шлаковые включения в сварочном шве, вызванные окислением, и обеспечивая плотность и прочность сварочного шва. С другой стороны, азот может изолировать воздух, предотвращая повторное окисление металлических компонентов в высокотемпературной среде и поддерживая стабильное давление внутри печи, обеспечивая хорошие условия для текучести и смачивания припоя. Будь то пайка прецизионных деталей в аэрокосмической отрасли или сварка компонентов двигателей в автомобилестроении, водородно-азотная смесь может значительно улучшить качество пайки, снизить процент брака и соответствовать строгим требованиям высокотехнологичного производства к точности сварки.

Процесс светлого отжига также неразрывно связан с водородно-азотной смесью, образующейся при разложении аммиака и производстве водорода. Светлый отжиг является важным этапом глубокой обработки металлических материалов, направленным на устранение внутренних напряжений, возникающих в процессе обработки металла, таких как прокатка и штамповка, улучшение прочности, пластичности и качества поверхности материалов, и часто используется для обработки таких металлических материалов, как нержавеющая сталь, медная и стальная полосы. В процессе светлого отжига водородно-азотная смесь вводится в печь для отжига в качестве защитной атмосферы. В высокотемпературной среде водород может уменьшить количество следовых окислительных примесей на поверхности металла, в то время как азот играет роль в разбавлении и изоляции воздуха, предотвращая образование оксидного слоя на поверхности металла и обеспечивая сохранение светлой текстуры поверхности металлического материала после отжига. По сравнению с атмосферой чистого водорода, используемой в традиционных процессах отжига, водородно-азотная смесь не только дешевле, но и безопаснее, эффективно снижая риск возгорания и взрыва атмосферы чистого водорода при высоких температурах, и может обеспечить такой же или даже лучший эффект отжига, что делает ее предпочтительной защитной атмосферой для процессов светлого отжига.

Процессы восстановления металлических порошков и обработки растворами алюминиевых сплавов также являются важными сценариями применения водородно-азотной смеси, полученной в результате разложения аммиака. Процесс восстановления металлических порошков в основном используется для получения высокочистых металлических порошков, таких как железный порошок, медный порошок, никелевый порошок и т. д., которые широко используются в таких областях, как порошковая металлургия, электронные компоненты и магнитные материалы. В процессе восстановления водород в водородно-азотной смеси действует как восстановитель, который может восстанавливать окислительные примеси (такие как оксид железа и оксид меди) в металлическом порошке до чистого металла. В то же время азот действует как защитный газ, предотвращая повторное окисление восстановленного металлического порошка, обеспечивая чистоту и активность металлического порошка. Процесс обработки растворами алюминиевых сплавов улучшает организационную структуру алюминиевого сплава и повышает его прочность и твердость за счет высокотемпературного нагрева и быстрого охлаждения. В процессе обработки раствором водородно-азотная смесь эффективно предотвращает окисление и изменение цвета алюминиевого сплава при высоких температурах, способствует гомогенизации внутренней структуры алюминиевого сплава, улучшает эффект обработки раствором и позволяет алюминиевым сплавам лучше адаптироваться к последующим требованиям обработки и применения.

В порошковой металлургии применение водородно-азотной смеси, получаемой в результате разложения аммиака, проходит через множество ключевых этапов, таких как подготовка сырья, формовка и спекание. Порошковая металлургия — это процесс получения металлических изделий путем прессования и спекания порошка, широко используемый в машиностроении, производстве автомобильных деталей, аэрокосмической отрасли и других областях. В процессе спекания водородно-азотная смесь используется в качестве атмосферы спекания. С одной стороны, водород может уменьшить образование оксидной пленки на поверхности металлического порошка, улучшить прочность сцепления между частицами порошка и повысить плотность и механические свойства изделия. С другой стороны, азот может регулировать атмосферное давление внутри печи, подавлять рост зерен металлического порошка и обеспечивать однородную и мелкозернистую структуру изделия. Кроме того, водородно-азотная смесь может эффективно удалять летучие примеси, образующиеся в процессе спекания, повышать чистоту продукта и обеспечивать соответствие порошковой металлургии требованиям высокой точности и прочности. По сравнению с другими средами для спекания, водородно-азотная смесь обладает преимуществами низкой стоимости и высокой адаптивности, и стала основным выбором в порошковой металлургии.

Помимо термообработки и металлургии, водородно-азотная смесь, получаемая в результате разложения аммиака, также играет важную роль в производстве флоат-стекла. Флоат-стекло — это разновидность стекла, широко используемая в строительстве, автомобилестроении, электронике и других отраслях промышленности. Процесс его производства предъявляет чрезвычайно высокие требования к атмосферным условиям, что напрямую влияет на прозрачность, плоскостность и качество поверхности стекла. На этапе обработки оловянной ванны при производстве флоат-стекла в ванну вводится водородно-азотная смесь в качестве защитной атмосферы. Азот изолирует воздух, предотвращает окисление высокотемпературного жидкого олова с образованием оксида олова и препятствует прилипанию оксида олова к поверхности стекла и ухудшению его качества. Водород восстанавливает следы оксида олова, образующегося в оловянной ванне, регулирует восстановительную способность атмосферы в ванне, обеспечивая гладкую и чистую поверхность стекла и улучшая его оптические характеристики и механическую прочность. Кроме того, водородно-азотная смесь может поддерживать стабильное давление внутри оловянной ванны, предотвращать попадание наружного воздуха, обеспечивать непрерывный и стабильный процесс производства флоат-стекла, а также повышать эффективность производства и процент годной продукции.

Водородно-азотная смесь, образующаяся при разложении аммиака, также имеет важное практическое значение в процессах, связанных с азотированием в печах, что проявляется в двух основных аспектах: регулировании атмосферы азотирующей печи и обработке отходящих газов. Азотирование — важный процесс упрочнения поверхности металлических материалов. Благодаря проникновению атомов азота в поверхность металла при высокой температуре и в атмосфере, богатой азотом, образуется упрочненный слой, улучшающий износостойкость, коррозионную стойкость и усталостную прочность металлических материалов. При регулировании атмосферы азотирующей печи водородно-азотная смесь может использоваться в качестве основной атмосферы, смешиваясь с аммиаком, азотом и другими газами для точной регулировки азотного потенциала внутри печи, удовлетворяя требованиям различных металлических материалов и различных процессов азотирования, и обеспечивая соответствие толщины, твердости и однородности азотированного слоя проектным стандартам. В то же время, в процессе производства азотирующие печи выделяют отходящие газы, содержащие следы аммиака, цианида и других вредных веществ. Прямые выбросы вызывают загрязнение окружающей среды и представляют опасность для безопасности. Использование оборудования для обработки отходящих газов, связанного с технологией разложения аммиака и производства водорода, позволяет разлагать и сжигать отходящие газы азотной печи, преобразуя вредные вещества в безвредные воду, азот и углекислый газ, что обеспечивает экологически безопасный выброс отходящих газов. Это не только соответствует требованиям национальной политики в области охраны окружающей среды, но и снижает затраты предприятий на экологическую очистку.

Широкое применение технологии производства водорода методом разложения аммиака в различных отраслях промышленности обусловлено не только стабильностью процесса и высоким качеством газообразных продуктов, но и значительными экономическими и экологическими преимуществами. С точки зрения стоимости, жидкое аммиаковое сырье относительно дешево, удобно в транспортировке и хранении, что позволяет значительно снизить затраты предприятий на сырье по сравнению с газообразным сырьем, таким как чистый водород и чистый азот. В то же время, оборудование для производства водорода методом разложения аммиака имеет относительно простую конструкцию, удобную эксплуатацию и низкие затраты на техническое обслуживание, что делает его подходящим для крупномасштабного промышленного производства. С точки зрения охраны окружающей среды, весь процесс производства не выделяет вредных газов, а использование водородно-азотной смеси также позволяет снизить потребление окислительных газов в традиционных процессах, что соответствует тенденции развития промышленной «зеленой» трансформации в рамках цели «двойного выброса углерода».

В условиях непрерывного совершенствования промышленных технологий требования различных отраслей к качеству газа, эффективности производства и уровню защиты окружающей среды постоянно растут, и технологии производства водорода методом разложения аммиака также непрерывно оптимизируются и совершенствуются. В будущем, благодаря исследованиям и разработке высокоэффективных катализаторов, оптимизации конструкции оборудования и повышению уровня автоматического управления, технология производства водорода методом разложения аммиака позволит еще больше повысить чистоту газа, снизить энергопотребление, расширить сферу применения, сыграть более важную роль в таких перспективных областях, как возобновляемая энергетика и высокотехнологичное производство, и обеспечить мощную поддержку экологически чистого и эффективного развития промышленного производства.

Пайка железа/меди/нержавеющей стали

Светлая термообработка/восстановление фитингов для труб

Спекание порошковой металлургии

Линия по производству листового стекла