Penjana Hidrogen Retakan Ammonia

Teknologi penghasilan hidrogen penguraian ammonia, sebagai proses penyediaan gas yang matang dan cekap, menduduki kedudukan penting dalam bidang pengeluaran perindustrian. Prinsip terasnya adalah untuk menguraikan ammonia (NH₃) dengan tepat menjadi gas campuran yang terdiri daripada 25% nitrogen (N₂) dan 75% hidrogen (H₂) mengikut isipadu di bawah peralatan dan keadaan proses tertentu. Nisbah ini diperoleh daripada formula kimia ammonia—setiap dua molekul ammonia terurai untuk membentuk satu molekul nitrogen dan tiga molekul hidrogen, secara semula jadi membentuk sistem campuran hidrogen-nitrogen yang stabil. Disebabkan oleh kelebihannya seperti bahan mentah yang mudah didapati, proses penyediaan yang mesra alam, dan ketulenan gas yang boleh dikawal, teknologi ini telah digunakan secara meluas dalam pelbagai segmen perindustrian dan telah menjadi salah satu teknologi utama yang menyokong pembangunan industri yang berkualiti tinggi seperti rawatan haba, metalurgi, dan pembuatan kaca.

Aliran proses lengkap penghasilan hidrogen penguraian ammonia boleh dibahagikan kepada tiga pautan teras: prarawatan bahan mentah, tindak balas penguraian ammonia, dan penulenan gas. Pautan ini berkait rapat untuk memastikan kualiti produk gas akhir. Dari segi bahan mentah, ammonia cecair berketulenan tinggi biasanya digunakan sebagai substrat tindak balas. Ammonia cecair mempunyai penyimpanan yang mudah, pengangkutan yang selamat, dan kandungan hidrogen yang tinggi—kandungan hidrogennya boleh mencapai 17.6%, jauh melebihi kebanyakan sumber hidrogen gas. Tambahan pula, ammonia cecair berada dalam keadaan cecair pada suhu dan tekanan biasa, memerlukan ruang penyimpanan yang jauh lebih sedikit daripada hidrogen gas, yang boleh mengurangkan kos penyimpanan bahan mentah perusahaan dengan berkesan. Dalam peringkat prarawatan bahan mentah, ammonia cecair pertama kali diangkut secara berpusat dan diwap melalui peranti manifold khusus. Peranti manifold boleh mencapai pertemuan dan pengawalaturan aliran ammonia cecair berbilang laluan yang stabil, memastikan bekalan ammonia cecair yang seragam dan berterusan dan mengelakkan kesan turun naik aliran pada kecekapan tindak balas berikutnya. Proses pengewapan menukarkan ammonia cecair kepada ammonia gas melalui pemanasan suhu rendah atau penyejatan tekanan rendah dalam persekitaran tertutup, sambil membuang surih bendasing yang mungkin terkandung dalam bahan mentah, menyediakan substrat tindak balas tulen untuk tindak balas penguraian berikutnya. Selepas memasuki peralatan penguraian ammonia, ammonia gas menjalani tindak balas penguraian di bawah suhu, tekanan dan keadaan mangkin tertentu. Teras peralatan penguraian ammonia terdiri daripada badan relau tindak balas dan sistem mangkin. Badan relau biasanya diperbuat daripada keluli khas suhu tinggi dan tahan kakisan, yang boleh menahan kehilangan fizikal dan kimia dalam persekitaran tindak balas suhu tinggi dan memastikan operasi peralatan yang stabil dalam jangka masa panjang. Semasa tindak balas, suhu di dalam relau perlu dikawal antara 800-900℃, julat suhu yang boleh mengaktifkan aktiviti mangkin secara berkesan dan mempercepatkan tindak balas penguraian ammonia. Mangkin yang biasa digunakan kebanyakannya berasaskan nikel, dan sesetengah peralatan mewah menggunakan mangkin komposit berasaskan rutenium atau berasaskan besi. Pemangkin sedemikian mempunyai ciri-ciri kecekapan pemangkinan yang tinggi, jangka hayat yang panjang, dan keupayaan anti-keracunan yang kuat, membolehkan kadar penguraian ammonia mencapai lebih daripada 99.9% dan meminimumkan sisa ammonia yang tidak terurai. Di bawah tindakan pemangkin, molekul ammonia gas menjalani pemecahan ikatan dan penggabungan semula untuk membentuk gas campuran hidrogen dan nitrogen. Proses ini tidak memerlukan penambahan reagen lain, tidak mengeluarkan gas berbahaya, dan hanya menghasilkan campuran hidrogen-nitrogen, yang selaras dengan konsep pembangunan pengeluaran hijau dalam industri moden.

Disebabkan kebolehurangan hidrogen dan sifat perlindungan lengai nitrogen, campuran hidrogen-nitrogen yang dihasilkan oleh teknologi penghasilan hidrogen penguraian ammonia telah menunjukkan kebolehsuaian yang kuat dalam industri rawatan haba dan telah menjadi sumber gas teras yang sangat diperlukan untuk industri ini. Pematrian suhu tinggi adalah salah satu proses campuran hidrogen-nitrogen yang paling banyak digunakan dalam industri rawatan haba. Proses ini terutamanya digunakan untuk sambungan ketepatan komponen logam, terutamanya sesuai untuk kimpalan bahagian yang diperbuat daripada keluli tahan karat, aloi kuprum, aloi aluminium dan bahan lain. Dalam proses pematrian suhu tinggi, campuran hidrogen-nitrogen digunakan sebagai atmosfera pelindung. Di satu pihak, hidrogen boleh mengurangkan filem oksida pada permukaan logam, mengelakkan kecacatan seperti liang dan kemasukan sanga pada sambungan kimpalan yang disebabkan oleh pengoksidaan, dan memastikan kekompakan dan kekuatan sambungan kimpalan. Sebaliknya, nitrogen boleh mengasingkan udara, mencegah pengoksidaan semula komponen logam dalam persekitaran suhu tinggi, dan mengekalkan tekanan yang stabil di dalam relau, menyediakan keadaan yang baik untuk aliran dan pembasahan logam pengisi pematrian. Sama ada pematerian bahagian ketepatan dalam bidang aeroangkasa atau kimpalan komponen enjin dalam industri pembuatan automobil, campuran hidrogen-nitrogen boleh meningkatkan kualiti pematerian dengan ketara, mengurangkan kadar sekerap, dan memenuhi keperluan ketat pembuatan mewah untuk ketepatan kimpalan.

Proses penyepuhlindapan terang juga tidak dapat dipisahkan daripada campuran hidrogen-nitrogen yang dihasilkan oleh penghasilan hidrogen penguraian ammonia. Penyepuhlindapan terang merupakan penghubung penting dalam pemprosesan mendalam bahan logam, bertujuan untuk menghapuskan tekanan dalaman yang dihasilkan semasa pemprosesan logam seperti penggelek dan pengecapan, meningkatkan ketahanan, kemuluran dan kemasan permukaan bahan, dan sering digunakan untuk rawatan bahan logam seperti keluli tahan karat, jalur kuprum dan jalur keluli. Dalam proses penyepuhlindapan terang, campuran hidrogen-nitrogen dimasukkan ke dalam relau penyepuhlindapan sebagai atmosfera pelindung. Dalam persekitaran suhu tinggi, hidrogen boleh mengurangkan kesan kekotoran oksidatif pada permukaan logam, manakala nitrogen memainkan peranan dalam mencairkan dan mengasingkan udara, mencegah pembentukan warna oksida pada permukaan logam, dan memastikan bahan logam mengekalkan tekstur permukaan yang cerah selepas penyepuhlindapan. Berbanding dengan atmosfera hidrogen tulen yang digunakan dalam proses penyepuhlindapan tradisional, campuran hidrogen-nitrogen bukan sahaja mempunyai kos yang lebih rendah tetapi juga keselamatan yang lebih tinggi, sekali gus mengurangkan risiko pembakaran dan letupan atmosfera hidrogen tulen pada suhu tinggi dengan berkesan, dan boleh mencapai kesan penyepuhlindapan yang sama atau lebih baik, menjadikannya atmosfera pelindung pilihan untuk proses penyepuhlindapan terang.

Proses pengurangan serbuk logam dan rawatan larutan aloi aluminium juga merupakan senario aplikasi penting untuk campuran hidrogen-nitrogen daripada penguraian ammonia. Proses pengurangan serbuk logam digunakan terutamanya untuk menyediakan serbuk logam berketulenan tinggi, seperti serbuk besi, serbuk kuprum, serbuk nikel, dan sebagainya, yang digunakan secara meluas dalam bidang seperti metalurgi serbuk, komponen elektronik, dan bahan magnet. Dalam proses pengurangan, hidrogen dalam campuran hidrogen-nitrogen bertindak sebagai agen pengurangan, yang boleh mengurangkan bendasing oksidatif (seperti oksida besi dan oksida kuprum) dalam serbuk logam kepada logam tulen. Pada masa yang sama, nitrogen bertindak sebagai gas pelindung untuk mencegah pengoksidaan semula serbuk logam yang dikurangkan, memastikan ketulenan dan aktiviti serbuk logam. Proses rawatan larutan aloi aluminium meningkatkan struktur organisasi aloi aluminium dan meningkatkan kekuatan dan kekerasannya melalui pemanasan suhu tinggi dan penyejukan pantas. Dalam proses rawatan larutan, campuran hidrogen-nitrogen berkesan boleh mencegah pengoksidaan dan perubahan warna aloi aluminium pada suhu tinggi, menggalakkan homogenisasi struktur dalaman aloi aluminium, meningkatkan kesan rawatan larutan, dan membolehkan bahan aloi aluminium menyesuaikan diri dengan lebih baik dengan keperluan pemprosesan dan aplikasi berikutnya.

Dalam industri metalurgi serbuk, aplikasi campuran hidrogen-nitrogen daripada penguraian ammonia melalui pelbagai pautan teras seperti penyediaan bahan mentah, pembentukan, dan pensinteran. Metalurgi serbuk ialah proses penyediaan produk logam melalui penekanan serbuk dan pensinteran, yang digunakan secara meluas dalam pembuatan mekanikal, alat ganti auto, aeroangkasa dan bidang lain. Dalam proses pensinteran, campuran hidrogen-nitrogen digunakan sebagai atmosfera pensinteran. Di satu pihak, hidrogen boleh mengurangkan filem oksida pada permukaan serbuk logam, meningkatkan daya ikatan antara zarah serbuk, dan meningkatkan kekompakan dan sifat mekanikal produk. Sebaliknya, nitrogen boleh melaraskan tekanan atmosfera di dalam relau, menghalang pertumbuhan butiran serbuk logam, dan memastikan struktur organisasi produk yang seragam dan halus. Di samping itu, campuran hidrogen-nitrogen boleh membuang bendasing meruap yang dihasilkan semasa pensinteran dengan berkesan, meningkatkan ketulenan produk, dan membolehkan produk metalurgi serbuk memenuhi keperluan ketepatan tinggi dan kekuatan tinggi. Berbanding dengan atmosfera pensinteran lain, campuran hidrogen-nitrogen mempunyai kelebihan kos rendah dan kebolehsuaian yang kuat, dan telah menjadi pilihan atmosfera arus perdana dalam industri metalurgi serbuk.

Selain industri rawatan haba dan metalurgi, campuran hidrogen-nitrogen daripada penguraian ammonia juga memainkan peranan penting dalam pengeluaran kaca apungan. Kaca apungan ialah sejenis kaca yang digunakan secara meluas dalam pembinaan, automobil, elektronik dan industri lain. Proses pengeluarannya mempunyai keperluan yang sangat tinggi terhadap persekitaran atmosfera, yang secara langsung mempengaruhi ketelusan, kerataan dan kualiti permukaan kaca. Dalam sambungan mandian timah pengeluaran kaca apungan, campuran hidrogen-nitrogen dimasukkan ke dalam mandian sebagai atmosfera pelindung. Nitrogen boleh mengasingkan udara, menghalang cecair timah suhu tinggi daripada teroksida untuk membentuk oksida timah, dan mengelakkan oksida timah daripada melekat pada permukaan kaca dan menjejaskan kualiti kaca. Hidrogen boleh mengurangkan surih oksida timah yang mungkin dihasilkan dalam mandian timah, dan melaraskan kebolehurangan atmosfera dalam mandian, memastikan permukaan kaca yang licin dan bersih serta meningkatkan prestasi optik dan kekuatan mekanikal kaca. Di samping itu, campuran hidrogen-nitrogen boleh mengekalkan tekanan yang stabil di dalam mandian timah, menghalang udara luaran daripada masuk, memastikan kemajuan pengeluaran kaca apungan yang berterusan dan stabil, dan meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kadar kelayakan produk.

Campuran hidrogen-nitrogen daripada penguraian ammonia juga mempunyai nilai aplikasi yang penting dalam proses berkaitan relau nitriding, terutamanya tercermin dalam dua aspek: pelarasan atmosfera relau nitriding dan rawatan gas ekor. Rawatan nitriding adalah proses penting untuk pengukuhan permukaan bahan logam. Dengan membenarkan atom nitrogen menembusi permukaan logam di bawah suhu tinggi dan atmosfera kaya nitrogen, lapisan yang dikeraskan terbentuk, meningkatkan rintangan haus, rintangan kakisan dan kekuatan lesu bahan logam. Dalam pelarasan atmosfera relau nitriding, campuran hidrogen-nitrogen boleh digunakan sebagai atmosfera asas, dicampurkan dengan ammonia, nitrogen dan gas lain untuk melaraskan potensi nitrogen di dalam relau dengan tepat, memenuhi keperluan bahan logam yang berbeza dan proses nitriding yang berbeza, dan memastikan ketebalan, kekerasan dan keseragaman lapisan nitriding memenuhi piawaian reka bentuk. Pada masa yang sama, relau nitriding akan menghasilkan gas ekor yang mengandungi surih ammonia, sianida dan bahan berbahaya lain semasa pengeluaran. Pelepasan langsung akan menyebabkan pencemaran alam sekitar dan menimbulkan bahaya keselamatan. Menggunakan peralatan rawatan gas ekor yang berkaitan dengan teknologi penghasilan hidrogen penguraian ammonia, gas ekor relau nitriding boleh diuraikan dan dibakar, menukarkan bahan berbahaya dalam gas ekor kepada air, nitrogen dan karbon dioksida yang tidak berbahaya, sekali gus merealisasikan pelepasan gas ekor yang mesra alam. Ini bukan sahaja mematuhi keperluan dasar perlindungan alam sekitar negara tetapi juga mengurangkan kos rawatan alam sekitar perusahaan.

Penggunaan meluas teknologi pengeluaran hidrogen penguraian ammonia dalam pelbagai industri bukan sahaja disebabkan oleh prestasi prosesnya yang stabil dan produk gas yang berkualiti tinggi tetapi juga kelebihan ekonomi dan alam sekitar yang ketara. Dari segi kos, bahan mentah ammonia cecair agak murah, mudah diangkut dan disimpan, yang dapat mengurangkan kos bahan mentah perusahaan dengan ketara berbanding bahan mentah gas seperti hidrogen tulen dan nitrogen tulen. Pada masa yang sama, peralatan pengeluaran hidrogen penguraian ammonia mempunyai struktur yang agak mudah, operasi yang mudah dan kos penyelenggaraan yang rendah, menjadikannya sesuai untuk pengeluaran perindustrian berskala besar. Dari segi perlindungan alam sekitar, keseluruhan proses penyediaan tidak mengeluarkan gas berbahaya, dan penggunaan campuran hidrogen-nitrogen juga dapat mengurangkan penggunaan gas pengoksidaan dalam proses tradisional, yang selaras dengan trend pembangunan transformasi hijau perindustrian di bawah matlamat "double carbonddhhh.

Dengan peningkatan berterusan teknologi perindustrian, keperluan pelbagai industri untuk kualiti gas, kecekapan pengeluaran dan tahap perlindungan alam sekitar semakin meningkat dari hari ke hari, dan teknologi pengeluaran hidrogen penguraian ammonia juga sentiasa dioptimumkan dan dinaik taraf. Pada masa hadapan, melalui penyelidikan dan pembangunan pemangkin kecekapan tinggi, pengoptimuman struktur peralatan, dan peningkatan tahap kawalan automatik, teknologi pengeluaran hidrogen penguraian ammonia akan meningkatkan lagi ketulenan gas, mengurangkan penggunaan tenaga, mengembangkan skop aplikasi, memainkan peranan yang lebih besar dalam bidang baru muncul seperti tenaga baharu dan pembuatan mewah, dan menyediakan sokongan yang kukuh untuk pembangunan pengeluaran perindustrian yang hijau dan cekap.

Pematerian besi/kuprum/keluli tahan karat

Penyepuhlindapan/pengurangan kelengkapan paip yang terang

Sintering metalurgi serbuk

Barisan pengeluaran kaca terapung