Ứng dụng năng lượng hydro
Đảm bảo độ tinh khiết của hydro để đạt hiệu suất tối ưu cho pin nhiên liệu.
Nhờ công nghệ phát hiện độ tinh khiết hydro tiên tiến, hiệu suất tối ưu của pin nhiên liệu được đảm bảo. Bằng cách giám sát và kiểm soát các chất gây ô nhiễm như hơi ẩm, oxy, carbon monoxide, carbon dioxide, nitơ, tổng hydrocarbon và lưu huỳnh, công nghệ này bảo vệ pin nhiên liệu và tối đa hóa hiệu quả hoạt động.
Tầm quan trọng của độ tinh khiết hydro trong pin nhiên liệu
Pin nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong chuỗi cung ứng năng lượng hydro, đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông vận tải như tàu hỏa, ô tô và tàu thủy. Nó chuyển đổi hydro thành điện năng một cách hiệu quả, tạo ra năng lượng sạch với nước là sản phẩm phụ duy nhất. Cho dù hydro được lấy trực tiếp từ hệ thống sản xuất hay hệ thống lưu trữ, pin nhiên liệu đều cần hydro có độ tinh khiết cao để đạt hiệu suất tối ưu. Bất kỳ tạp chất nào trong hydro có độ tinh khiết cao đều có thể làm giảm hiệu suất của pin nhiên liệu và gây hư hỏng lâu dài.
Pin nhiên liệu cực kỳ nhạy cảm với tạp chất, có thể gây ra nhiều tác động bất lợi. Ngay cả các chất gây ô nhiễm ở nồng độ rất nhỏ như hơi ẩm (H2O), oxy (O2), nitơ (N2) và carbon monoxide (CO) cũng có thể ức chế hiệu suất chuyển đổi năng lượng và làm giảm công suất đầu ra. Theo thời gian, các chất gây ô nhiễm này cũng có thể làm hỏng các bộ phận của pin nhiên liệu, đặc biệt là chất xúc tác (màng trao đổi proton), dẫn đến chi phí bảo trì hoặc thay thế cao. Đối với pin nhiên liệu tuân thủ tiêu chuẩn GB/T 37244-2018 Thông số kỹ thuật nhiên liệu cho xe sử dụng pin nhiên liệu màng trao đổi proton—Hydro \ISO 14687:2019(E), việc duy trì độ tinh khiết của hydro là đặc biệt quan trọng, vì tiêu chuẩn này đặt ra các giới hạn nghiêm ngặt về nồng độ các tạp chất như H2O, O2 và N2. Các đặc tính và hàm lượng tạp chất cụ thể trong hydro thay đổi tùy thuộc vào nguồn gốc, cho dù đó là quá trình cải tạo metan bằng hơi nước (SMR), quá trình nhiệt phân metanol, sản xuất oxy từ khí lò cốc, tinh chế hydro xám hoặc điện phân. Mỗi phương pháp sản xuất hydro có thể đưa vào các chất gây ô nhiễm khác nhau, cần được theo dõi và kiểm soát trước khi hydro đi vào pin nhiên liệu.
Các chỉ số quan trọng để phát hiện độ tinh khiết của hydro dùng cho pin nhiên liệu
Để đảm bảo hydro được sử dụng cho pin nhiên liệu đáp ứng các tiêu chuẩn cần thiết cho hiệu suất cao, các chỉ số phát hiện độ tinh khiết quan trọng sau đây là rất cần thiết:
● Độ ẩm trong hydro (hơi nước): Hàm lượng ẩm quá cao có thể cản trở phản ứng điện hóa bên trong pin nhiên liệu, làm giảm hiệu suất và có thể làm hỏng các bộ phận của pin nhiên liệu. Việc theo dõi hàm lượng ẩm vết trong hydro là rất quan trọng để đảm bảo hydro đủ khô nhằm duy trì hiệu suất tối ưu của pin nhiên liệu.
● Oxy trong hydro: Sự nhiễm bẩn oxy có thể làm giảm công suất và hiệu suất của pin nhiên liệu. Ngay cả một lượng nhỏ oxy cũng có thể làm suy giảm đáng kể hiệu suất của pin nhiên liệu theo thời gian. Việc giám sát liên tục hàm lượng oxy đảm bảo rằng hydro không chứa chất gây ô nhiễm có hại này.
● Carbon monoxide (CO): Carbon monoxide là một trong những chất gây ô nhiễm nguy hại nhất đối với pin nhiên liệu, đặc biệt là pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEM). CO hấp phụ lên chất xúc tác bạch kim, làm giảm khả năng xúc tác phản ứng hydro-oxy. Ngay cả một lượng CO rất nhỏ cũng có thể làm suy giảm đáng kể hiệu suất và tuổi thọ của pin nhiên liệu. Việc giám sát hàm lượng CO là rất cần thiết để ngăn ngừa hiện tượng nhiễm độc chất xúc tác.
● Amoniac (NH3): Phát hiện hàm lượng amoniac vết trong hydro dùng cho pin nhiên liệu là rất quan trọng để bảo vệ chất xúc tác, duy trì hiệu suất pin nhiên liệu, đảm bảo an toàn và kiểm soát chất lượng. Trong các ứng dụng thực tế, cần có các phương pháp và thiết bị phân tích laser TDLAS độ nhạy cao để phát hiện chính xác hàm lượng amoniac vết trong hydro.
● Mức độ tinh khiết của hydro: Độ tinh khiết tổng thể của hydro phải tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt như GB/T 37244-2018 Thông số kỹ thuật nhiên liệu cho xe sử dụng pin nhiên liệu màng trao đổi proton - Hydro \ISO 14687:2019(E), quy định các yêu cầu về mức độ tạp chất cho phép trong hydro được sử dụng cho pin nhiên liệu. Việc giám sát liên tục độ tinh khiết của hydro đảm bảo rằng hydro tuân thủ các tiêu chuẩn này, ngăn ngừa sự suy giảm hiệu suất và tối đa hóa hiệu quả của pin nhiên liệu.
Các lưu ý an toàn bổ sung: Lắp đặt và tính toàn vẹn của hệ thống
Bên cạnh các vấn đề về độ tinh khiết, các biện pháp an toàn lắp đặt và tính toàn vẹn hệ thống cụ thể cũng rất quan trọng đối với việc lưu trữ và phân phối hydro trong hệ thống pin nhiên liệu. Hệ thống phát hiện rò rỉ phải được lắp đặt để xác định bất kỳ sự rò rỉ nào trong nguồn cung cấp hydro, có thể gây ra rủi ro an toàn nghiêm trọng. Hơn nữa, việc thêm khí trơ (tức là thêm khí trơ để giảm nguy cơ cháy) có thể được sử dụng để bảo vệ hệ thống khỏi các sự cố bắt lửa ngoài ý muốn.
Những loại máy phân tích nào được sử dụng để phát hiện độ tinh khiết của hydro dùng cho pin nhiên liệu?
Để duy trì độ tinh khiết của hydro cần thiết cho hoạt động của pin nhiên liệu, nhiều loại máy phân tích tiên tiến được sử dụng để phát hiện và loại bỏ các chất gây ô nhiễm trước khi hydro đi vào pin nhiên liệu.
| Mục đo lường | Ứng dụng | Sản phẩm được đề xuất |
| Độ ẩm (H2O) | Máy phân tích độ ẩm phát hiện hơi nước trong hydro để đảm bảo hydro đủ khô cho hoạt động của pin nhiên liệu, nhờ đó ngăn ngừa tổn thất hiệu suất và hư hỏng các bộ phận của pin nhiên liệu. | CI-AM171\ CI-PC35-2 |
| Độ tinh khiết của hydro (H2) | Máy phân tích độ tinh khiết cung cấp dữ liệu thời gian thực về chất lượng tổng thể của hydro, đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn độ tinh khiết cho các ứng dụng pin nhiên liệu như GB/T 37244-2018 Quy cách nhiên liệu cho xe sử dụng pin nhiên liệu màng trao đổi proton - Hydro \ISO 14687:2019(E). Điều này đảm bảo hoạt động hiệu quả của pin nhiên liệu mà không có nguy cơ ô nhiễm. | CI-551-2, CI-PC9280-PDHID Sắc ký đồ |
| Oxy (O2) | Máy phân tích oxy liên tục giám sát sự hiện diện của oxy trong hydro để đảm bảo nồng độ oxy luôn nằm trong giới hạn cho phép và ngăn ngừa hiện tượng nhiễm độc chất xúc tác. | CI-PC95-2\ CI-PC951-2\ CI-PC935 |
| Khí cacbonic (CO) | Máy phân tích carbon monoxide rất cần thiết để phát hiện nồng độ carbon monoxide vết, ngăn ngừa sự nhiễm độc chất xúc tác bạch kim trong pin nhiên liệu và duy trì hiệu suất cao. | CI-PC21\ CI-PC9280-PDHIDChromatograph |
| Khí cacbonic (CO2) | Việc phát hiện dấu vết carbon dioxide trong hydro dùng cho pin nhiên liệu là một biện pháp quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định, đồng thời kéo dài tuổi thọ của pin nhiên liệu. | CI-PC21\ CI-PC9280-PDHIDChromatograph |
| CnHm\CH4 | Các hợp chất hydrocarbon có thể trải qua phản ứng oxy hóa bên trong pin nhiên liệu, tạo ra carbon dioxide và nước. Điều này không chỉ làm loãng nồng độ hydro và giảm công suất đầu ra của pin nhiên liệu, mà còn có thể gây ô nhiễm hoặc làm hỏng chất xúc tác. | Máy sắc ký CI-PC9001\ CI-PC61\ CI-PC9260\ CI-PC9280-PDHID |
| Nitơ | Việc phát hiện hàm lượng nitơ giúp đánh giá độ tinh khiết của hydro; nồng độ nitơ cao có thể làm loãng nồng độ hydro và giảm công suất đầu ra của pin nhiên liệu, đảm bảo pin nhiên liệu hoạt động ở hiệu suất tối ưu. | Máy sắc ký CI-PC9280-PDHID |
| (N2) | ||
| Amoniac (NH3) | Việc phát hiện hàm lượng amoniac vết trong hydro dùng cho pin nhiên liệu là rất quan trọng đối với việc bảo vệ chất xúc tác, duy trì hiệu suất pin nhiên liệu, đảm bảo an toàn và kiểm soát chất lượng. | CI-PC62 |
Ứng dụng sản xuất hydro
● Đo nồng độ hydro được bơm vào đường ống dẫn khí tự nhiên (để vận chuyển - ở đây đề cập đến trường hợp hydro được vận chuyển qua đường ống dẫn khí tự nhiên);
● Đo độ tinh khiết/chất lượng của hydro được lưu trữ để ngăn ngừa sự nhiễm bẩn của pin nhiên liệu;
● Đo lường quá trình cải tạo metan bằng hơi nước (SMR), quá trình nhiệt phân metanol và sản xuất oxy từ khí lò cốc; phát hiện và kiểm soát chất lượng cho quá trình tinh chế hydro xám và sản xuất hydro bằng điện phân nước;
● An toàn và độ tinh khiết của việc lưu trữ hydro.
