مایع سازی هیدروژن

امروزه هیدروژن به عنوان یک حامل انرژی مناسب مطرح می باشد.با توسعه ابعاد مطالعات نظری و اجرایی در برنامه ریزی انرژی کشور در چارچوب بهره برداری از حامل های انرژی و درآمدهای آن و استفاده از آنها به طور مطلوبتر،ایمنتر و بویژه در مسافتهای زیاد،ارائه طراحی سیستم کرایوژنیک برای مایع سازی هیدروژن ضروری است.یکی از بهترین فرآیندها برای مایع سازی هیدروژن،فرآیند لیند-هامپسون با پیش سردکن است که طراحی آن با انتخاب بهترین نوع تجهیزات ارائه گردیده است.در این پروژه،اجزای اصلی چرخه مایع سازی که عبارتند از: کمپرسور، مبدل حرارتی، واحد خالص سازی و خشک کردن، راکتور کاتالیستی تبدیل هیدروژن اورتو به پارا،شیر انبساطی و مخزن ذخیره سازی به طور جداگانه طراحی شده اند.

در این طراحی از کمپرسور رفت و برگشتی با نسبت تراکم 40:1 و توان 28 کیلو وات برای فشرده کردن گاز هیدروژن استفاده شده است.عمده ناخالصی های گاز هیدروژن،بخار آب و اکسیژن می باشد که غلظت آنها حدود 0.001 درصد حجمی است.برای جلوگیری از خطرات احتمالی ناخالصی ها در چرخه،آنها توسط 631 kg/m2 سیلیکاژل در بستری به طول 0.9 متر،حذف می شوند.در این چرخه سه مبدل حرارتی صفحه ای پره دار با سطوح 10.17، 0.3072 و 10.865 متر مربع بکار رفته که گاز هیدروژن با شدت جریان کنترل شده 0.53 کیلو گرم در ساعت را تا دمای وارونگی آن سرد می نمایند.تعداد پره های بکار رفته در این مبدلها 12.5 پره در هر0.02 متر میباشند.در این طراحی از دو شیر انبساطی از جنس فولاد کربنی به قطر 5.047*0.001 متر و نسبت طول به قطر یک استفاده شده تا جریان گاز هیدروژن را با شدت 22.14 متر مکعب در ثانیه تخلیه کنند و در اثر افت ناگهانی فشار دما کاهش یافته و باعث تولید هیدروژن مایع شوند.در این شیرها مقداری از گاز،مایع می شود.برای ذخیره هیدروژن مایع از مخزن ذخیره سازی دو جداره به شکل استوانه استفاده میگردد که مخزن درونی فولاد ضر زنگ به ضخامت 0.92 میلیمتر و مخزن بیرونی،فولاد کربنی به ضخامت 0.9 میلیمتر می باشند.ضمنا از آن جا که در این فرآیند درصد بالای پارا هیدروژن مد نظر می باشد،لذا از راکتورهای کاتالیستی همدما، غوطه ور در حمام نیتروزن مایع،به حجمهای 110، 772و 4800 سانتیمتر مکعب یا کاتالیزور ژل اکسید آهن(3) استفاده شده است.طراحی چنین راکتورهایی شبیه راکتور لوله ای با جریان قالبی می باشند.لازم به ذکر است که مخازن نیتروژن مایع به عنوان پیش سردکن با حجم 8/1 متر مکعب به ابعاد راکتور تبدیل هیدروژن اورتو به پارا، با دیواره عایق از جنس اپوکسی و فایبرگلاس ساخته می شوند.ضمنا در این پروژه،سیستم در حالت بهینه برای ظرفیت 300 لیتر در ساعت طراحی شده است.