Quais são as melhores técnicas de análise para garantir a qualidade do hidrogênio na produção?

Muitas vezes nos perguntam quais técnicas de análise são mais adequadas para garantir a pureza do hidrogênio na produção. Este artigo apresenta uma rápida visão geral das tecnologias e dos tipos de analisadores disponíveis para medir a pureza do hidrogênio e detectar traços de impurezas no hidrogênio.

Impurezas típicas do hidrogênio

Como a maior parte do hidrogênio é gerada por meio da reforma do metano a vapor, não é de surpreender que a umidade seja um dos principais contaminantes.

A reforma a vapor divide o metano em uma mistura de hidrogênio e dióxido de carbono. A absorção por oscilação de pressão é usada para remover a maior parte do CO2, mas não é um processo perfeito e as possíveis impurezas que permanecem incluem traços de metano, dióxido de carbono e outros hidrocarbonetos.

O hidrogênio produzido por eletrólise da água, embora mais limpo, ainda não é puro. Além da presença de umidade, os contaminantes típicos incluem gases residuais, como oxigênio, nitrogênio e argônio.

Quer saber mais detalhes sobre esses processos? Leia a nota de aplicação completa da LDetek Medição de traços de impurezas em hidrogênio UHP para células de combustível

Analisadores de impureza e pontos de medição recomendados para o processo de reforma de metano a vapor

Este diagrama simplificado do processo indica os principais pontos de medição no processo de reforma do metano a vapor.

Diagram shows the process of steam methane reforming, with key measurement point for trace impurities and hydrogen purity
Processo de reforma de metano a vapor

Ponto de medição de gás de síntese

A primeira etapa do processo é converter o gás natural em syngas (uma mistura de hidrogênio e dióxido de carbono). Como a composição do gás natural varia, o primeiro ponto de medição é analisar a composição do syngas com um cromatógrafo a gás configurado para medir seletivamente o sulfeto de hidrogênio e o sulfeto de carbonila com baixo teor de ppm/ppb em uma mistura de gás de fundo de hidrogênio, dióxido de carbono e monóxido de carbono.

Os enxofres são pegajosos, de modo que as colunas usadas devem ser revestidas com sulfinert - isso permite a medição de traços de enxofre até os níveis baixos de ppm/ppb.

Recomendamos o LDetek MultiDetek3 Gas Chromatograph, usando o PlasmaDetek2 detector. É possível instalar o instrumento diretamente na área de risco com o MultiDetek2 EX modelo. Ele é certificado como à prova de explosão.

Ponto de medição de absorção de oscilação de pressão - pureza do hidrogênio

Após o PSA, um analisador de condutividade térmica ajustado para a faixa de 90-100% mede a pureza do hidrogênio.

Para hidrogênio com até 99,9% de pureza, recomendamos o Michell XTC601 para essa aplicação. Ele é certificado como à prova de explosão para uso direto na zona de risco e ocupa pouco espaço para facilitar a instalação.

Para hidrogênio UHP, com 99,99% de pureza ou mais, recomendamos oLDetek MultiDetek3 com um detector de condutividade térmica (TCD) ajustado para a faixa de 99 a 100% de O2.

Ponto de medição de hidrogênio puro - detecção de traços de impureza

Um ponto de medição final confirma a qualidade do hidrogênio produzido para determinar os níveis de impurezas individuais, incluindo a umidade.

Recomendamos o sistema LDetek HyDetek. Essa é uma solução completa desenvolvida especificamente para a produção de hidrogênio. Usando uma combinação de detector de emissão de plasma, condutividade térmica e sensores de microbalança de cristal de quartzo, ele monitora todos os possíveis contaminantes no hidrogênio.

Estes incluem: N2, Ar, He, O2, CH4, CO, CO2, NMHC, enxofre, formaldeído, amônia, ácido fórmico halogenado e H2O.

Analisadores e pontos de medição recomendados para hidrogênio produzido por eletrólise da água

Este diagrama simplificado mostra os principais pontos de medição de impurezas e pureza do hidrogênio na eletrólise da água.

A simplified diagram showing the electrolysis process and key measurement points for hydrogen purity
Componentes do gás natural

Ponto de medição de hidrogênio puro

Para uma solução completa, recomendamos o LDetek HyDetek System. O hidrogênio puro é medido usando o detector TCD, configurado para a faixa de 99-100%.

As impurezas de traços, como argônio, oxigênio e nitrogênio em níveis sub-ppb, são medidas usando um PED. As medições de traços de umidade são feitas com um sensor de umidade de microbalança de cristal de quartzo.

Alternativamente, para a produção de hidrogênio não-UHP, uma combinação de Michell XTC601 Binary Gas Analyzer e o Easidew PRO I.S Dew-Point Transmitter podem ser usados para medir a pureza do hidrogênio e o traço de umidade, respectivamente. Essa é uma combinação eficaz quando a pureza de 99,9% é aceitável e é necessária uma solução mais econômica.

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