Máy phát điện hydro từ amoniac

Công nghệ sản xuất hydro bằng phương pháp phân hủy amoniac, với tư cách là một quy trình điều chế khí hiệu quả và đã hoàn thiện, chiếm vị trí quan trọng trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Nguyên tắc cốt lõi của nó là phân hủy chính xác amoniac (NH₃) thành hỗn hợp khí gồm 25% nitơ (N₂) và 75% hydro (H₂) theo thể tích dưới các điều kiện thiết bị và quy trình cụ thể. Tỷ lệ này được suy ra từ công thức hóa học của amoniac – mỗi hai phân tử amoniac phân hủy tạo thành một phân tử nitơ và ba phân tử hydro, tự nhiên hình thành hệ hỗn hợp hydro-nitơ ổn định. Nhờ những ưu điểm như nguyên liệu dễ kiếm, quy trình điều chế thân thiện với môi trường và độ tinh khiết của khí có thể kiểm soát được, công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và trở thành một trong những công nghệ chủ chốt hỗ trợ sự phát triển chất lượng cao của các ngành công nghiệp như xử lý nhiệt, luyện kim và sản xuất thủy tinh.

Quy trình sản xuất hydro từ phản ứng phân hủy amoniac có thể được chia thành ba khâu cốt lõi: xử lý nguyên liệu, phản ứng phân hủy amoniac và tinh chế khí. Ba khâu này liên kết chặt chẽ với nhau để cùng đảm bảo chất lượng sản phẩm khí cuối cùng. Về nguyên liệu, amoniac lỏng có độ tinh khiết cao thường được sử dụng làm chất nền phản ứng. Amoniac lỏng có đặc điểm dễ bảo quản, vận chuyển an toàn và hàm lượng hydro cao – hàm lượng hydro có thể đạt tới 17,6%, vượt xa hầu hết các nguồn hydro dạng khí. Hơn nữa, amoniac lỏng ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ và áp suất bình thường, yêu cầu không gian lưu trữ ít hơn nhiều so với hydro dạng khí, điều này có thể giảm chi phí lưu trữ nguyên liệu cho doanh nghiệp một cách hiệu quả. Trong giai đoạn xử lý nguyên liệu, amoniac lỏng được vận chuyển tập trung và hóa hơi thông qua một thiết bị phân phối chuyên dụng. Thiết bị phân phối này có thể thực hiện việc hợp lưu và điều chỉnh dòng chảy ổn định của amoniac lỏng đa đường, đảm bảo cung cấp amoniac lỏng đồng đều và liên tục, tránh ảnh hưởng của sự dao động dòng chảy đến hiệu quả phản ứng tiếp theo. Quá trình hóa hơi chuyển đổi amoniac lỏng thành amoniac dạng khí thông qua gia nhiệt ở nhiệt độ thấp hoặc bay hơi ở áp suất thấp trong môi trường kín, đồng thời loại bỏ các tạp chất vết có thể có trong nguyên liệu thô, cung cấp chất nền phản ứng tinh khiết cho phản ứng phân hủy tiếp theo. Sau khi đi vào thiết bị phân hủy amoniac, amoniac dạng khí trải qua phản ứng phân hủy dưới các điều kiện nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác cụ thể. Cốt lõi của thiết bị phân hủy amoniac bao gồm thân lò phản ứng và hệ thống chất xúc tác. Thân lò thường được làm bằng thép đặc biệt chịu nhiệt và chống ăn mòn, có thể chịu được các tổn thất vật lý và hóa học trong môi trường phản ứng nhiệt độ cao và đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài của thiết bị. Trong quá trình phản ứng, nhiệt độ bên trong lò cần được kiểm soát trong khoảng 800-900℃, phạm vi nhiệt độ có thể kích hoạt hiệu quả hoạt tính của chất xúc tác và đẩy nhanh phản ứng phân hủy amoniac. Các chất xúc tác thường được sử dụng chủ yếu là gốc niken, và một số thiết bị cao cấp sử dụng chất xúc tác hỗn hợp gốc ruthenium hoặc gốc sắt. Các chất xúc tác này có đặc điểm là hiệu quả xúc tác cao, tuổi thọ dài và khả năng chống nhiễm độc mạnh, cho phép tỷ lệ phân hủy amoniac đạt hơn 99,9% và giảm thiểu lượng amoniac chưa phân hủy còn lại. Dưới tác dụng của chất xúc tác, các phân tử amoniac dạng khí trải qua quá trình phá vỡ liên kết và tái kết hợp để tạo thành hỗn hợp khí hydro và nitơ. Quá trình này không cần thêm các chất phản ứng khác, không phát thải khí độc hại và chỉ tạo ra hỗn hợp hydro-nitơ, phù hợp với khái niệm phát triển sản xuất xanh trong công nghiệp hiện đại.

Nhờ khả năng khử của hydro và tính chất bảo vệ trơ của nitơ, hỗn hợp hydro-nitơ được tạo ra từ công nghệ sản xuất hydro bằng cách phân hủy amoniac đã thể hiện khả năng thích ứng mạnh mẽ trong ngành công nghiệp xử lý nhiệt và trở thành nguồn khí cốt lõi không thể thiếu cho ngành này. Hàn nhiệt độ cao là một trong những quy trình sử dụng hỗn hợp hydro-nitơ rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp xử lý nhiệt. Quy trình này chủ yếu được sử dụng để kết nối chính xác các chi tiết kim loại, đặc biệt thích hợp cho việc hàn các bộ phận làm bằng thép không gỉ, hợp kim đồng, hợp kim nhôm và các vật liệu khác. Trong quá trình hàn nhiệt độ cao, hỗn hợp hydro-nitơ được sử dụng như một môi trường bảo vệ. Một mặt, hydro có thể làm giảm lớp màng oxit trên bề mặt kim loại, tránh các khuyết tật như lỗ rỗ và tạp chất xỉ tại mối hàn do quá trình oxy hóa gây ra, đồng thời đảm bảo độ đặc chắc và độ bền của mối hàn. Mặt khác, nitơ có thể cách ly không khí, ngăn ngừa quá trình oxy hóa trở lại của các chi tiết kim loại trong môi trường nhiệt độ cao và duy trì áp suất ổn định bên trong lò, tạo điều kiện tốt cho sự chảy và làm ướt của kim loại hàn. Cho dù đó là việc hàn các chi tiết chính xác trong lĩnh vực hàng không vũ trụ hay hàn các bộ phận động cơ trong ngành sản xuất ô tô, hỗn hợp hydro-nitơ đều có thể cải thiện đáng kể chất lượng mối hàn, giảm tỷ lệ phế phẩm và đáp ứng các yêu cầu khắt khe về độ chính xác hàn trong sản xuất cao cấp.

Quá trình ủ sáng cũng không thể tách rời khỏi hỗn hợp hydro-nitơ được tạo ra từ quá trình phân hủy amoniac để sản xuất hydro. Ủ sáng là một khâu quan trọng trong quá trình gia công sâu vật liệu kim loại, nhằm mục đích loại bỏ ứng suất bên trong sinh ra trong quá trình gia công kim loại như cán và dập, cải thiện độ dẻo dai, độ đàn hồi và độ nhẵn bề mặt của vật liệu, và thường được sử dụng để xử lý các vật liệu kim loại như thép không gỉ, dải đồng và dải thép. Trong quá trình ủ sáng, hỗn hợp hydro-nitơ được đưa vào lò ủ như một lớp khí bảo vệ. Trong môi trường nhiệt độ cao, hydro có thể làm giảm các tạp chất oxy hóa vết trên bề mặt kim loại, trong khi nitơ đóng vai trò pha loãng và cách ly không khí, ngăn ngừa sự hình thành màu oxit trên bề mặt kim loại và đảm bảo vật liệu kim loại duy trì được bề mặt sáng bóng sau khi ủ. So với môi trường hydro tinh khiết được sử dụng trong các quy trình ủ truyền thống, hỗn hợp hydro-nitơ không chỉ có chi phí thấp hơn mà còn an toàn hơn, giảm thiểu hiệu quả nguy cơ cháy nổ của môi trường hydro tinh khiết ở nhiệt độ cao, đồng thời có thể đạt được hiệu quả ủ tương đương hoặc thậm chí tốt hơn, trở thành môi trường bảo vệ được ưu tiên cho các quy trình ủ sáng.

Quá trình khử bột kim loại và xử lý dung dịch hợp kim nhôm cũng là những kịch bản ứng dụng quan trọng của hỗn hợp hydro-nitơ từ quá trình phân hủy amoniac. Quá trình khử bột kim loại chủ yếu được sử dụng để chế tạo bột kim loại có độ tinh khiết cao, chẳng hạn như bột sắt, bột đồng, bột niken, v.v., được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như luyện kim bột, linh kiện điện tử và vật liệu từ tính. Trong quá trình khử, hydro trong hỗn hợp hydro-nitơ đóng vai trò là chất khử, có thể khử các tạp chất oxy hóa (như oxit sắt và oxit đồng) trong bột kim loại thành kim loại tinh khiết. Đồng thời, nitơ đóng vai trò là khí bảo vệ để ngăn ngừa quá trình oxy hóa trở lại của bột kim loại đã khử, đảm bảo độ tinh khiết và hoạt tính của bột kim loại. Quá trình xử lý dung dịch hợp kim nhôm cải thiện cấu trúc tổ chức của hợp kim nhôm và tăng cường độ bền và độ cứng của nó thông qua quá trình nung nóng ở nhiệt độ cao và làm nguội nhanh. Trong quá trình xử lý dung dịch, hỗn hợp hydro-nitơ có thể ngăn ngừa hiệu quả quá trình oxy hóa và đổi màu của hợp kim nhôm ở nhiệt độ cao, thúc đẩy sự đồng nhất cấu trúc bên trong của hợp kim nhôm, cải thiện hiệu quả xử lý dung dịch và giúp vật liệu hợp kim nhôm thích ứng tốt hơn với các yêu cầu xử lý và ứng dụng tiếp theo.

Trong ngành luyện kim bột, việc ứng dụng hỗn hợp hydro-nitơ từ quá trình phân hủy amoniac trải qua nhiều khâu cốt lõi như chuẩn bị nguyên liệu, tạo hình và thiêu kết. Luyện kim bột là quy trình chế tạo sản phẩm kim loại thông qua ép bột và thiêu kết, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cơ khí, phụ tùng ô tô, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác. Trong quá trình thiêu kết, hỗn hợp hydro-nitơ được sử dụng làm môi trường thiêu kết. Một mặt, hydro có thể làm giảm lớp màng oxit trên bề mặt bột kim loại, cải thiện lực liên kết giữa các hạt bột và tăng cường độ đặc chắc cũng như các tính chất cơ học của sản phẩm. Mặt khác, nitơ có thể điều chỉnh áp suất khí quyển bên trong lò, ức chế sự phát triển hạt của bột kim loại và đảm bảo cấu trúc tổ chức đồng nhất và mịn của sản phẩm. Ngoài ra, hỗn hợp hydro-nitơ có thể loại bỏ hiệu quả các tạp chất dễ bay hơi sinh ra trong quá trình thiêu kết, cải thiện độ tinh khiết của sản phẩm và giúp các sản phẩm luyện kim bột đáp ứng yêu cầu về độ chính xác cao và độ bền cao. So với các môi trường thiêu kết khác, hỗn hợp hydro-nitơ có ưu điểm là chi phí thấp và khả năng thích ứng cao, và đã trở thành lựa chọn môi trường chủ đạo trong ngành luyện kim bột.

Ngoài ngành xử lý nhiệt và luyện kim, hỗn hợp hydro-nitơ từ quá trình phân hủy amoniac cũng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất kính nổi. Kính nổi là loại kính được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, ô tô, điện tử và các ngành công nghiệp khác. Quá trình sản xuất kính nổi đòi hỏi môi trường khí quyển cực kỳ cao, ảnh hưởng trực tiếp đến độ trong suốt, độ phẳng và chất lượng bề mặt của kính. Trong công đoạn mạ thiếc của sản xuất kính nổi, hỗn hợp hydro-nitơ được đưa vào bể để tạo môi trường bảo vệ. Nitơ có thể cách ly không khí, ngăn chặn thiếc lỏng ở nhiệt độ cao bị oxy hóa tạo thành oxit thiếc, và tránh oxit thiếc bám vào bề mặt kính và ảnh hưởng đến chất lượng kính. Hydro có thể khử lượng oxit thiếc vết có thể được tạo ra trong bể thiếc, và điều chỉnh khả năng khử của môi trường trong bể, đảm bảo bề mặt kính nhẵn và sạch, đồng thời cải thiện hiệu suất quang học và độ bền cơ học của kính. Ngoài ra, hỗn hợp hydro-nitơ có thể duy trì áp suất ổn định bên trong bể thiếc, ngăn không khí bên ngoài xâm nhập, đảm bảo quá trình sản xuất kính nổi diễn ra liên tục và ổn định, đồng thời nâng cao hiệu quả sản xuất và tỷ lệ sản phẩm đạt tiêu chuẩn.

Hỗn hợp hydro-nitơ từ quá trình phân hủy amoniac cũng có giá trị ứng dụng quan trọng trong các quy trình liên quan đến lò nitriding, chủ yếu thể hiện ở hai khía cạnh: điều chỉnh môi trường lò nitriding và xử lý khí thải. Xử lý nitriding là một quá trình quan trọng để tăng cường độ bền bề mặt của vật liệu kim loại. Bằng cách cho phép các nguyên tử nitơ thâm nhập vào bề mặt kim loại dưới nhiệt độ cao và môi trường giàu nitơ, một lớp cứng được hình thành, cải thiện khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn và độ bền mỏi của vật liệu kim loại. Trong việc điều chỉnh môi trường lò nitriding, hỗn hợp hydro-nitơ có thể được sử dụng làm môi trường cơ bản, trộn với amoniac, nitơ và các khí khác để điều chỉnh chính xác nồng độ nitơ bên trong lò, đáp ứng yêu cầu của các vật liệu kim loại khác nhau và các quy trình nitriding khác nhau, đồng thời đảm bảo độ dày, độ cứng và độ đồng đều của lớp nitriding đáp ứng các tiêu chuẩn thiết kế. Đồng thời, lò nitriding sẽ tạo ra khí thải chứa một lượng nhỏ amoniac, xyanua và các chất độc hại khác trong quá trình sản xuất. Việc thải trực tiếp sẽ gây ô nhiễm môi trường và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn. Bằng cách sử dụng thiết bị xử lý khí thải liên quan đến công nghệ sản xuất hydro từ quá trình phân hủy amoniac, khí thải của lò nitriding có thể được phân hủy và đốt cháy, chuyển hóa các chất độc hại trong khí thải thành nước, nitơ và carbon dioxide vô hại, giúp thải khí thải ra môi trường một cách thân thiện. Điều này không chỉ đáp ứng các yêu cầu của chính sách bảo vệ môi trường quốc gia mà còn giảm chi phí xử lý môi trường cho doanh nghiệp.

Công nghệ sản xuất hydro bằng phương pháp phân hủy amoniac được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp không chỉ nhờ hiệu suất quy trình ổn định và chất lượng sản phẩm khí cao mà còn nhờ những ưu điểm vượt trội về kinh tế và môi trường. Về chi phí, nguyên liệu amoniac lỏng tương đối rẻ, thuận tiện vận chuyển và bảo quản, giúp giảm đáng kể chi phí nguyên liệu cho doanh nghiệp so với các nguyên liệu khí như hydro tinh khiết và nitơ tinh khiết. Đồng thời, thiết bị sản xuất hydro bằng phương pháp phân hủy amoniac có cấu trúc tương đối đơn giản, vận hành thuận tiện và chi phí bảo trì thấp, phù hợp với sản xuất công nghiệp quy mô lớn. Về bảo vệ môi trường, toàn bộ quá trình điều chế không phát thải khí độc hại, và việc sử dụng hỗn hợp hydro-nitơ cũng có thể giảm tiêu thụ khí oxy hóa trong các quy trình truyền thống, phù hợp với xu hướng phát triển chuyển đổi xanh công nghiệp theo mục tiêu giảm phát thải carbon kép.

Với sự nâng cấp không ngừng của công nghệ công nghiệp, yêu cầu của các ngành công nghiệp khác nhau về chất lượng khí, hiệu quả sản xuất và mức độ bảo vệ môi trường ngày càng tăng, và công nghệ sản xuất hydro bằng phương pháp phân hủy amoniac cũng liên tục được tối ưu hóa và nâng cấp. Trong tương lai, thông qua nghiên cứu và phát triển các chất xúc tác hiệu quả cao, tối ưu hóa cấu trúc thiết bị và nâng cao mức độ điều khiển tự động, công nghệ sản xuất hydro bằng phương pháp phân hủy amoniac sẽ tiếp tục cải thiện độ tinh khiết của khí, giảm tiêu thụ năng lượng, mở rộng phạm vi ứng dụng, đóng vai trò lớn hơn trong các lĩnh vực mới nổi như năng lượng mới và sản xuất cao cấp, và hỗ trợ mạnh mẽ cho sự phát triển xanh và hiệu quả của sản xuất công nghiệp.

Hàn thiếc sắt/đồng/thép không gỉ

Ủ sáng/giảm kích thước phụ kiện đường ống

thiêu kết luyện kim bột

Dây chuyền sản xuất kính nổi