Introduction au post-traitement à l'hydrogène dans les systèmes d'électrolyse alcaline

Dans le procédé d'électrolyse de l'eau alcalineL'hydrogène gazeux produit à la sortie de l'électrolyseur présente généralement une pureté supérieure à 99,8 %, mais il contient des impuretés telles que de la vapeur d'eau, des traces d'oxygène et des brouillards alcalins. Si elles ne sont pas éliminées, ces impuretés ne peuvent pas répondre aux exigences rigoureuses des applications industrielles modernes.

Par exemple, dans les domaines industriels de précision :

Les procédés de revêtement en alliage dur nécessitent une pureté de l'hydrogène de 99,999 % et un point de rosée inférieur à -65 °C.

La production de silicium pour les matériaux semi-conducteurs exige une teneur en oxygène de l'hydrogène inférieure à 5 ppm et un point de rosée inférieur à -50 °C. En effet, l'oxygène dissous peut altérer la résistivité du silicium monocristallin, voire modifier sa conductivité.

De plus, dans le traitement thermique des métaux à haute température, la métallurgie des poudres, les circuits microélectroniques, les composants optoélectroniques et la synthèse chimique, même des traces d'oxygène ou d'humidité dans l'hydrogène peuvent provoquer l'oxydation des matières premières à haute température, compromettant gravement la qualité du produit.

Par conséquent, l’hydrogène provenant du électrolyseur La sortie nécessite souvent un traitement en plusieurs étapes pour répondre aux normes industrielles.

1. Séparation gaz-liquide

Objectif : Séparer l'hydrogène et la solution alcaline du mélange gaz-liquide à la sortie de l'électrolyseur pour empêcher la solution alcaline d'affecter négativement l'équipement de purification et de séchage en aval.

Déroulement du processus :

Le mélange gaz-liquide pénètre dans un séparateur gaz-liquide par une tuyauterie. En raison de la différence de densité importante entre l'hydrogène et la solution alcaline, cette dernière se dépose sous l'effet de la gravité, tandis que l'hydrogène monte, formant une interface gaz-liquide. La solution alcaline s'accumule au fond du séparateur, tandis que l'hydrogène traverse un épurateur rempli d'eau dans la partie supérieure, où les impuretés sont absorbées ou dissoutes. Un dévésiculeur à l'intérieur du séparateur capture les gouttelettes de liquide, qui coalescent sur des tampons en maille et retombent dans la solution alcaline sous l'effet de la gravité. L'hydrogène soigneusement séparé passe ensuite à l'étape de traitement suivante.

2. Désoxygénation catalytique

Objectif : Convertir l’oxygène résiduel de l’hydrogène en eau pour éliminer l’oxygène.

Déroulement du processus :

L'hydrogène séparé pénètre dans un réservoir de désoxygénation, où une réaction catalytique se produit à haute température (150–200 °C). L'hydrogène et l'oxygène réagissent sur un catalyseur au palladium pour former de l'eau. Le catalyseur adsorbe les molécules de gaz, réduisant ainsi l'énergie d'activation et assurant une réaction complète, réduisant ainsi la teneur en oxygène à moins de 5 ppm. Le gaz ayant réagi traverse ensuite un refroidisseur, où une partie de la vapeur d'eau se condense, produisant ainsi de l'hydrogène plus pur.

3. Séchage par adsorption

Objectif : Éliminer la vapeur d’eau pour répondre aux exigences industrielles en matière de point de rosée.

Déroulement du processus :

Un système d’adsorption à trois réservoirs est généralement utilisé, chaque réservoir étant rempli de dessiccants de grande capacité et de haute performance.

L'hydrogène issu de l'étape de désoxygénation pénètre dans le réservoir A par le bas (en mode adsorption). Le dessiccant adsorbe l'humidité et le gaz séché sort par le haut.

Simultanément, le réservoir B (en mode régénération) est chauffé pour libérer l'humidité adsorbée sous forme de vapeur, qui est emportée par l'hydrogène et condensée dans un refroidisseur.

L'hydrogène entre ensuite dans le réservoir C (en mode veille) par le bas, où l'humidité résiduelle est adsorbée, et le produit final, l'hydrogène, sort par le haut.

Ce procédé permet d'atteindre un point de rosée inférieur à -70°C (teneur en eau <(10 ppm).

Pour assurer un fonctionnement continu, les réservoirs tournent cycliquement. Lorsque le réservoir A est saturé, le réservoir C passe en mode adsorption, le réservoir A entre en régénération et le réservoir B passe en veille, assurant ainsi une purification ininterrompue.

Perspectives d'avenir

Avec la diversification des applications de l'hydrogène, les industries en aval exigent des spécifications de pureté (par exemple, hydrogène haute pureté ≥ 99,999 %) et de point de rosée (par exemple, point de rosée ultra-bas ≤ -70 °C) encore plus strictes. Cette tendance favorise les avancées des technologies de traitement des gaz vers une efficacité et une intelligence accrues, tout en guidant l'optimisation des performances des systèmes de production d'hydrogène. Avec l'émergence de nouvelles avancées en science des matériaux et en contrôle des procédés, les technologies de traitement des gaz de nouvelle génération, alliant réactivité et purification précise, deviendront un élément essentiel du développement de haute qualité de l'industrie de l'hydrogène énergie.