Hidrojen Saflaştırıcılar

AZot SAFLAştIRICI (DEoXo SİStEMİ)

tuğBA MEMİLİ ar-Ge Takım lideri mikropor

soluduğumuz havanın ≈%78’ini oluşturan ve çoğunlukla saf halde bunan azot, gıda endüstrisinde, elektronik, kimya, metal sanayi vb. gibi sektörlerde geniş kullanım alanına sahiptir. azot, inert özellikleri, atmosferdeki bolluğu ve üretim kolaylığı nedeniyle endüstriyel uygulamalar, bilimsel, tıbbi ve laboratuvar uygulamaları için sıklıkla kullanılan ideal bir gazdır.

Mikropor pSA tip azot jeneratörü deoxo katalizör ünitesi

Kriyojenik azot üretim metodu ile sıvı veya gaz halde azot sağlamak yerine, kendi azotunuzu üretmek, uygulamaya göre %50 ila %90 arasında tasarruf sağlar.

Havada bulunan gazların molekül çapı farklılıklarından faydalanarak azotun ayrıştırıldığı yönteme Basınç Salınımlı Adsorpsiyon (PSA) denir. PSA yöntemi ile azot ve oksijenin ayrıştırması için adsorplayıcı olarak karbon moleküler sieve (CMS) kullanılmaktadır. CMS’in özelliği, basınç altında havadaki azotun geçmesine izin verirken oksijen gazını tutuyor olmasıdır. Basınç düştüğünde CMS oksijeni serbest bırakır ve rejenerasyon gerçekleşir. Basınçlandırma ya da basınçsızlaştırma döngüsünde, azot jeneratörü ile birlikte kullanılan buffer tanklar sayesinde sabit azot saflığı ve debisi sağlanır. Bu yöntem ile, azot saflığı 95%’den 99,999%’a kadar geniş bir aralıkta sağlanabilmektedir. 99,999% saflıkta PSA yöntemi ile azot üretiminde Hava:Azot oranı ortalama 8 – 9 aralığında olmaktadır. Yüksek saflıkta (99,999%) azot istenen lazer kesim uygulaması, laboratuvarlar, gıda ve ilaç gibi sektörler için gerekli azot gazı, PSA azot jeneratörleriyle veya PSA azot jeneratörlerine ilaveten azot saflaştırıcı deoxo üniteleri ile karşılanabilir.

Azot saflaştırıcı sistemler PSA yöntemi ile üretilen 99,5% veya 99,9% saflıktaki azotu minimum 99,999% saflığa çıkartabilirler. Bu işlemi yaparken üretilen azot gazının %0,2’si kadar hidrojen gazı tüketirler. Sistem içinde yer alan yüksek yüzey alanına sahip katalizör ünitesi içerisinde gerçekleşen reaksiyon sonucu, PSA azot jeneratöründen çıkan 99,5% veya 99,9% saflıktaki azot içerisindeki oksijen safsızlığının tamamı yok edilir. Azot jeneratörleri devamına kurulan bu sistemler ile, Hava:Azot oranı 3,0 ile 99,999% saflıkta azot üretimi sağlanabilmektedir. Hava azot oranının çok düşük olması kompresör seçimi, filtre, separatör, kurutucu ve azot jeneratörü seçimini de bu oranda küçültmek demektir. Yatırım ve enerji masrafları azot saflaştırıcı ünitelerin kullanılmasıyla çok ciddi oranda azalmaktadır. Sistemde bulunan katalizör ünitesinde gerçekleşen reaksiyon genel tanımıyla su oluşum reaksiyonudur. Bu reaksiyon ile, minimum 99,999% saflıkta azot ve azot içerisinde safsızlık olarak bulunan oksijenin, hidrojen gazı ile reaksiyonu sonucu su oluşur. %99,50 azot saflığında azot jeneratörü çıkışı+Gaz tankından gelen hidrojen→Su+%99,999 saflıkta azot

Mikropor’un kompakt tasarıma sahip azot saflaştırıcı üniteleri ile, hem azot saflaştırma işlemi gerçekleştirilir, hem de reaksiyon sonucu oluşan ısı ve nem uzaklaştırılır. Böylece, tek bir saflaştırıcı ünite çıkışında 99,999% saflıkta ve <3°C dew point'te azot gazı üretilir.

Kolay kurulumu, kompakt yapısı, düşük enerji tüketimi ve yüksek saflıklarda azot üretimi (min. 99,999%) özellikleri ile azot saflaştırıcı-deoxo üniteleri, azot saflaştırmada çok avantajlı olmaktadır. Yüksek verim sağlamasının yanı sıra, 10 yıldan fazla katalizör ömrü, düşük Hava: Azot oranı (3,0) sayesinde daha az enerji tüketen kurutucu ve kompresör seçimi ile maliyetleri düşürmektedir. Sistem kolaylıklarından birisi de, deoxo ünitesi (MDX) ve azot jeneratörü (MNG) kontrol parametrelerinin tek bir ekran üzerinden takip edilebilir olmasıdır.

Mikropor Azot Saflaştırıcı (deoxo Sistemi) <3°C dew point ve ultra yüksek saflıkta azot 99,999..% bir çok yüksek saflıktaki azot ihtiyacı olan uygulama için yeterlidir. Hem 99,999..% hem de -40°C dew point kalitesinde azot ihtiyacı olan bazı yüksek teknoloji uygulamalar mevcuttur. Bu uygulamalar için deoxo sisteminden üretilen azot (<3°C dP), azot kurutucu ünitesine gönderilir. Bu ünite sonucu azot dew pointi minimum -40°C olmaktadır ve en önemlisi Mikropor’un patentli kurutucu tasarımı sayesinde rejenerasyon sırasında azot kaybı yaşanmaz. PSA azot jeneratöründen üretilen azot debisi azalmadan sistem sonunda 99,999..% saflık ve -40°C dew pointte uygulamaya verilebilir.

Mikropor Azot kurutucu Sistemixo Sistemi)

hİDRoJEN tEKNoLoJİLERİ: HİdrOjEN SAFLAŞtırıcıLAr

NİHAL çırpAN kimya mühendisi yedic mühendislik

karbon salınımının artması, özellikle sanayileşmiş ve gelişmekte olan ülkelerde ciddi bir problem haline gelmiştir. hidrojen, düşük emisyonlu, temiz ve sürdürülebilir bir enerji açısından büyük önem arz etmektedir. hidrojene olan ilgi, tüm sektörlerin karbondan arındırılması gerekliliği ve fosil yakıt rezervlerinin azalmasına karşın alınacak önlemler çerçevesinde artmıştır. ayrıca, hidrojen hava kalitesini artırmaya ve enerji güvenliğini güçlendirmeye yardımcı olmaktadır

Hidrojen gazı, ısı transfer uygulamalarından bilimsel analize kadar değişen ihtiyaçlara uyacak şekilde çeşitli saflık derecelerinde sağlanır. Basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA), bazı gaz türlerini bir gaz karışımından ayırmak için yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir. Özellikle hidrojenin saflaştırılmasında konvansiyonel olarak PSA sistemleri kullanılmaktadır. PSA sistemi endüstrilerde SMR çıkış gazı, rafineri çıkış gazları, kok fırını gazı ve kömür gazından H2 geri kazanımı için kullanılmaktadır. Mol olarak %60-90 hidrojen içeren bir gaz karışımından saf hidrojen üretimi kimya ve petrokimya endüstrilerinde en son teknoloji haline gelmiştir. [1] Hidrojen saflaştırılması gerektiren çıkış gaz bileşenleri proseslere göre Tablo 1.1’de gösterilmiştir.

tablo 1.1. Gaz ayırma ve saflaştırma uygulamaları [2]

Uygulama (Ayırma) Gaz Bileşenleri

buhar-metan dönüştürücüsünden (SMR) çıkış gazından (SMR çıkış gazı ayrımı) Co2, Co ve h2 üretimi Co2,Co,h2, Ch4,N2, h2o

Rafineri çıkış gazından (RoG) h2 üretimi h2,h2o, C1~C5 alkanlar, alkenler

Sentez gazından h2 üretimi (Co / h2 ayrımı) h2 ve Co

Adsorpsiyon yöntemiyle ayrıştırma endüstride önemlidir. Hidrojenin saflaştırılmasında da adsorpsiyon yöntemiyle ayrıştırma yöntemi kullanılmaktadır. Adsorpsiyon işlemi, bir gaz fazından veya bir sıvı fazdan bir bileşen veya bileşenlerin, katı fazla temas ettirildiğinde katı yüzeyine bağlandığı bir işlemdir ve bu sürecin tersi ise desorpsiyon olarak tanımlanır. Katı yüzeyinde konsantrasyonu artan maddeye adsorplanmış madde (adsorbat), adsorplayan maddeye de adsorban denir.

resim 1.1’de adsorpsiyon işlemi gösterilmiştir.

Resim 1.1. Katı adsorban yüzeyinde gerçekleşen adsorpsiyon [3]

Adsorpsiyon işlemi, adsorplanan moleküller ile adsorban malzeme arasında oluşan bağ kuvvetlerine bağlı olarak kimyasal veya fiziksel olarak sınıflandırılabilir. Fiziksel adsorpsiyonda, adsorplanan moleküller ile adsorban malzeme arasında oluşan bağlar zayıftır, bu yüzden fiziksel adsorpsiyon tersinirdir. Adsorban tarafından fiziksel olarak adsorbe edilen moleküller, adsorban malzemeye ısı uygulanarak veya basınç azaltılarak serbest bırakılabilirler. Fiziksel adsorpsiyon/ desorpsiyon çevriminin sıcaklık ve basınca bağlı adsorpsiyon/desorpsiyon izotermleri Şekil 1.1 ‘de gösterilmiştir.

Şekil 1.1 Basınç salınımı ve sıcaklık salınımı çevrimleri izoterm eğrileri (P: Basınç, nads ve ndes: Dengede adsorplanan ve desorplanan gaz miktarı)

Yüzey ile adsorplanan madde arasında kimyasal bağın oluşması sonucu meydana gelen adsorpsiyon olayına kimyasal adsorpsiyon denir. Kimyasal adsorpsiyon endotermiktir ve tersinmezdir. Kimyasal adsorpsiyon katının tüm yüzeyinde gerçekleşmez, adsorbat aktif merkezler yüzeylere bağlanır ve bu nedenle yüzey örtünmesi en fazla tek tabakalı olabilir ve diğer tabakalar ancak fiziksel adsorpsiyonla oluşabilir. [3]

Adsorptif ayrıştırma işleminde genellikle adsorban olarak zeolitler, aktif karbonlar veya silika jeller gibi gözenekli katı malzemeler kullanılır. Bu adsorptif ayrıştırma yönteminde, gaz ayrıştırma, ayrıştırılmak istenen gazın adsorban üzerinde tutunma kapasitesine bağlı olarak gerçekleştirilir. Zeolitler, aktif karbon, moleküler elekler gibi adsorbanlar, yüksek basınçta yüksek afiniteli gaz türlerini adsorbe etmek için tercih edilir.

PSA sistemi adsorbanların daha yüksek kısmi basınçta daha düşük kısmi basınca göre daha fazla safsızlığı adsorbe edebilme prensibine dayanmaktadır. PSA prosesleri genellikle sabit sıcaklıkta değişen basınç etkisinde adsorpsiyon ve desorpsiyon mekanizmasına dayanmaktadır. Sıcaklık değişimi bu sistemlerde çok istenmediğinden çevrim süreleri oldukça kısadır. Hidrojen saflaştırma işlemi birden fazla kirleticiden ayrılmak istendiğinde hedef kirletici gazı ya da grubu saflaştırmak adına çeşitli adsorbanlar kullanılmaktadır. Saflaştırma düzeyi katı adsorbanlar ile kirletici gaz moleküller arasındaki fiziksel etkileşimlere bağlıdır. Bir PSA döngüsünde desorpsiyon işlemi, gaz fazındaki adsorbe edilmiş bileşenlerin kısmi basınçlarının azaltılmasıyla gerçekleştirilir. Bileşenlerin kısmi basınçlarının azaltılması da toplam basınç azaltılarak veya ürün gazının bir kısmını adsorban üzerinden ısıtmadan akıtılmasıyla elde edilir. [2] Bu sayede, düşük basınçta adsorbe edilen gazlar, adsorbanlardan desorbe olur.

Endüstriyel PSA üniteleri, bir adsorpsiyon/ rejenerasyon döngüsünde eşzamanlı olarak çalışan yataklardan oluşur. Bu yataklar çeşitli adsorban katmanlarından ve yerleşimlerinden oluşmaktadır. PSA sisteminde kullanılan adsorbanlar genellikle aktif karbon, silika jel, zeolitler veya bunların karışımı olabilmektedir. Şekil 1.2’de farklı kolon yerleşimleri görülmektedir. 8