Generator Hidrogen Perengkahan Amonia

Teknologi produksi hidrogen dekomposisi amonia, sebagai proses persiapan gas yang matang dan efisien, menempati posisi penting di bidang produksi industri. Prinsip intinya adalah mendekomposisi amonia (NH₃) secara akurat menjadi gas campuran yang terdiri dari 25% nitrogen (N₂) dan 75% hidrogen (H₂) berdasarkan volume di bawah peralatan dan kondisi proses tertentu. Rasio ini berasal dari rumus kimia amonia—setiap dua molekul amonia terurai membentuk satu molekul nitrogen dan tiga molekul hidrogen, secara alami membentuk sistem campuran hidrogen-nitrogen yang stabil. Berkat keunggulannya seperti bahan baku yang mudah didapat, proses persiapan yang ramah lingkungan, dan kemurnian gas yang dapat dikontrol, teknologi ini telah banyak diterapkan di berbagai segmen industri dan telah menjadi salah satu teknologi kunci yang mendukung pengembangan industri berkualitas tinggi seperti perlakuan panas, metalurgi, dan pembuatan kaca.

Alur proses lengkap produksi hidrogen dekomposisi amonia dapat dibagi menjadi tiga mata rantai inti: pra-perlakuan bahan baku, reaksi dekomposisi amonia, dan pemurnian gas. Ketiga mata rantai ini saling terkait erat untuk bersama-sama memastikan kualitas produk gas akhir. Dari segi bahan baku, amonia cair dengan kemurnian tinggi biasanya digunakan sebagai substrat reaksi. Amonia cair memiliki fitur penyimpanan yang mudah, transportasi yang aman, dan kandungan hidrogen yang tinggi—kandungan hidrogennya dapat mencapai 17,6%, jauh melebihi sebagian besar sumber hidrogen gas. Selain itu, amonia cair berada dalam keadaan cair pada suhu dan tekanan normal, sehingga membutuhkan ruang penyimpanan yang jauh lebih sedikit daripada hidrogen gas, yang secara efektif dapat mengurangi biaya penyimpanan bahan baku perusahaan. Pada tahap pra-perlakuan bahan baku, amonia cair pertama-tama diangkut dan diuapkan secara terpusat melalui perangkat manifold khusus. Perangkat manifold dapat mewujudkan konfluensi stabil dan pengaturan aliran amonia cair multi-jalur, memastikan pasokan amonia cair yang seragam dan berkelanjutan serta menghindari dampak fluktuasi aliran pada efisiensi reaksi selanjutnya. Proses penguapan mengubah amonia cair menjadi amonia gas melalui pemanasan suhu rendah atau penguapan tekanan rendah dalam lingkungan tertutup, sambil menghilangkan pengotor kecil yang mungkin terkandung dalam bahan baku, sehingga menghasilkan substrat reaksi murni untuk reaksi dekomposisi selanjutnya. Setelah memasuki peralatan dekomposisi amonia, amonia gas mengalami reaksi dekomposisi di bawah kondisi suhu, tekanan, dan katalis tertentu. Inti dari peralatan dekomposisi amonia terdiri dari badan tungku reaksi dan sistem katalis. Badan tungku biasanya terbuat dari baja khusus tahan suhu tinggi dan tahan korosi, yang dapat menahan kehilangan fisik dan kimia dalam lingkungan reaksi suhu tinggi dan memastikan pengoperasian peralatan yang stabil dalam jangka panjang. Selama reaksi, suhu di dalam tungku perlu dikontrol antara 800-900℃, kisaran suhu yang dapat secara efektif mengaktifkan aktivitas katalis dan mempercepat reaksi dekomposisi amonia. Katalis yang umum digunakan sebagian besar berbasis nikel, dan beberapa peralatan kelas atas menggunakan katalis komposit berbasis rutenium atau besi. Katalis semacam itu memiliki karakteristik efisiensi katalitik tinggi, masa pakai yang lama, dan kemampuan anti-keracunan yang kuat, sehingga memungkinkan tingkat dekomposisi amonia mencapai lebih dari 99,9% dan meminimalkan residu amonia yang tidak terurai. Di bawah aksi katalis, molekul amonia gas mengalami pemutusan ikatan dan rekombinasi untuk membentuk gas campuran hidrogen dan nitrogen. Proses ini tidak memerlukan penambahan reagen lain, tidak menghasilkan gas berbahaya, dan hanya menghasilkan campuran hidrogen-nitrogen, yang sejalan dengan konsep pengembangan produksi hijau di industri modern.

Karena sifat reduksi hidrogen dan sifat inert nitrogen, campuran hidrogen-nitrogen yang dihasilkan oleh teknologi produksi hidrogen dekomposisi amonia telah menunjukkan kemampuan adaptasi yang kuat dalam industri perlakuan panas dan telah menjadi sumber gas inti yang sangat diperlukan untuk industri ini. Pengelasan suhu tinggi adalah salah satu proses campuran hidrogen-nitrogen yang paling banyak digunakan dalam industri perlakuan panas. Proses ini terutama digunakan untuk penyambungan presisi komponen logam, terutama cocok untuk pengelasan bagian yang terbuat dari baja tahan karat, paduan tembaga, paduan aluminium, dan material lainnya. Dalam proses pengelasan suhu tinggi, campuran hidrogen-nitrogen digunakan sebagai atmosfer pelindung. Di satu sisi, hidrogen dapat mengurangi lapisan oksida pada permukaan logam, menghindari cacat seperti pori-pori dan inklusi terak pada sambungan las yang disebabkan oleh oksidasi, dan memastikan kekompakan dan kekuatan sambungan las. Di sisi lain, nitrogen dapat mengisolasi udara, mencegah reoksidasi komponen logam dalam lingkungan suhu tinggi, dan menjaga tekanan stabil di dalam tungku, memberikan kondisi yang baik untuk aliran dan pembasahan logam pengisi pengelasan. Baik itu penyolderan komponen presisi di bidang kedirgantaraan atau pengelasan komponen mesin di industri manufaktur otomotif, campuran hidrogen-nitrogen dapat secara signifikan meningkatkan kualitas penyolderan, mengurangi tingkat kerusakan, dan memenuhi persyaratan ketat manufaktur kelas atas untuk presisi pengelasan.

Proses anil cerah juga tidak terlepas dari campuran hidrogen-nitrogen yang dihasilkan dari dekomposisi amonia untuk produksi hidrogen. Anil cerah merupakan mata rantai penting dalam pemrosesan mendalam material logam, bertujuan untuk menghilangkan tegangan internal yang dihasilkan selama pemrosesan logam seperti penggulungan dan pencetakan, meningkatkan ketangguhan, keuletan, dan penyelesaian permukaan material, dan sering digunakan untuk pengolahan material logam seperti baja tahan karat, strip tembaga, dan strip baja. Dalam proses anil cerah, campuran hidrogen-nitrogen dimasukkan ke dalam tungku anil sebagai atmosfer pelindung. Dalam lingkungan suhu tinggi, hidrogen dapat mengurangi jejak pengotor oksidatif pada permukaan logam, sementara nitrogen berperan dalam pengenceran dan isolasi udara, mencegah pembentukan warna oksida pada permukaan logam, dan memastikan bahwa material logam mempertahankan tekstur permukaan yang cerah setelah anil. Dibandingkan dengan atmosfer hidrogen murni yang digunakan dalam proses anil tradisional, campuran hidrogen-nitrogen tidak hanya memiliki biaya lebih rendah tetapi juga keamanan lebih tinggi, secara efektif mengurangi risiko pembakaran dan ledakan atmosfer hidrogen murni pada suhu tinggi, dan dapat mencapai efek anil yang sama atau bahkan lebih baik, menjadikannya atmosfer pelindung pilihan untuk proses anil cerah.

Proses reduksi serbuk logam dan perlakuan larutan paduan aluminium juga merupakan skenario aplikasi penting untuk campuran hidrogen-nitrogen dari dekomposisi amonia. Proses reduksi serbuk logam terutama digunakan untuk menyiapkan serbuk logam dengan kemurnian tinggi, seperti serbuk besi, serbuk tembaga, serbuk nikel, dll., yang banyak digunakan di bidang-bidang seperti metalurgi serbuk, komponen elektronik, dan material magnetik. Dalam proses reduksi, hidrogen dalam campuran hidrogen-nitrogen bertindak sebagai agen pereduksi, yang dapat mereduksi pengotor oksidatif (seperti oksida besi dan oksida tembaga) dalam serbuk logam menjadi logam murni. Pada saat yang sama, nitrogen bertindak sebagai gas pelindung untuk mencegah reoksidasi serbuk logam yang telah direduksi, sehingga memastikan kemurnian dan aktivitas serbuk logam. Proses perlakuan larutan paduan aluminium meningkatkan struktur organisasi paduan aluminium dan meningkatkan kekuatan serta kekerasannya melalui pemanasan suhu tinggi dan pendinginan cepat. Dalam proses perlakuan larutan, campuran hidrogen-nitrogen dapat secara efektif mencegah oksidasi dan perubahan warna paduan aluminium pada suhu tinggi, mendorong homogenisasi struktur internal paduan aluminium, meningkatkan efek perlakuan larutan, dan memungkinkan material paduan aluminium untuk beradaptasi lebih baik dengan persyaratan pemrosesan dan aplikasi selanjutnya.

Dalam industri metalurgi serbuk, aplikasi campuran hidrogen-nitrogen dari dekomposisi amonia mencakup berbagai tahapan inti seperti persiapan bahan baku, pembentukan, dan sintering. Metalurgi serbuk adalah proses pembuatan produk logam melalui pengepresan dan sintering serbuk, yang banyak digunakan dalam manufaktur mekanik, suku cadang otomotif, kedirgantaraan, dan bidang lainnya. Dalam proses sintering, campuran hidrogen-nitrogen digunakan sebagai atmosfer sintering. Di satu sisi, hidrogen dapat mengurangi lapisan oksida pada permukaan serbuk logam, meningkatkan daya ikat antar partikel serbuk, dan meningkatkan kekompakan serta sifat mekanik produk. Di sisi lain, nitrogen dapat mengatur tekanan atmosfer di dalam tungku, menghambat pertumbuhan butir serbuk logam, dan memastikan struktur organisasi produk yang seragam dan halus. Selain itu, campuran hidrogen-nitrogen dapat secara efektif menghilangkan pengotor volatil yang dihasilkan selama sintering, meningkatkan kemurnian produk, dan memungkinkan produk metalurgi serbuk memenuhi persyaratan presisi tinggi dan kekuatan tinggi. Dibandingkan dengan atmosfer sintering lainnya, campuran hidrogen-nitrogen memiliki keunggulan biaya rendah dan kemampuan adaptasi yang kuat, dan telah menjadi pilihan atmosfer utama dalam industri metalurgi serbuk.

Selain industri perlakuan panas dan metalurgi, campuran hidrogen-nitrogen dari dekomposisi amonia juga memainkan peran penting dalam produksi kaca float. Kaca float adalah jenis kaca yang banyak digunakan dalam konstruksi, otomotif, elektronik, dan industri lainnya. Proses produksinya memiliki persyaratan yang sangat tinggi terhadap lingkungan atmosfer, yang secara langsung memengaruhi transparansi, kerataan, dan kualitas permukaan kaca. Dalam tahap bak timah pada produksi kaca float, campuran hidrogen-nitrogen dimasukkan ke dalam bak sebagai atmosfer pelindung. Nitrogen dapat mengisolasi udara, mencegah cairan timah suhu tinggi teroksidasi membentuk oksida timah, dan menghindari oksida timah menempel pada permukaan kaca dan memengaruhi kualitas kaca. Hidrogen dapat mengurangi jejak oksida timah yang mungkin dihasilkan dalam bak timah, dan menyesuaikan daya reduksi atmosfer dalam bak, memastikan permukaan kaca yang halus dan bersih serta meningkatkan kinerja optik dan kekuatan mekanik kaca. Selain itu, campuran hidrogen-nitrogen dapat menjaga tekanan stabil di dalam bak timah, mencegah masuknya udara luar, memastikan kemajuan produksi kaca float yang berkelanjutan dan stabil, serta meningkatkan efisiensi produksi dan tingkat kualifikasi produk.

Campuran hidrogen-nitrogen dari dekomposisi amonia juga memiliki nilai aplikasi penting dalam proses yang berkaitan dengan tungku nitridasi, terutama tercermin dalam dua aspek: penyesuaian atmosfer tungku nitridasi dan pengolahan gas buang. Perlakuan nitridasi adalah proses penting untuk penguatan permukaan material logam. Dengan memungkinkan atom nitrogen menembus permukaan logam di bawah suhu tinggi dan atmosfer kaya nitrogen, lapisan yang mengeras terbentuk, meningkatkan ketahanan aus, ketahanan korosi, dan kekuatan lelah material logam. Dalam penyesuaian atmosfer tungku nitridasi, campuran hidrogen-nitrogen dapat digunakan sebagai atmosfer dasar, dicampur dengan amonia, nitrogen, dan gas lain untuk secara akurat menyesuaikan potensi nitrogen di dalam tungku, memenuhi persyaratan berbagai material logam dan berbagai proses nitridasi, dan memastikan bahwa ketebalan, kekerasan, dan keseragaman lapisan nitrida memenuhi standar desain. Pada saat yang sama, tungku nitridasi akan menghasilkan gas buang yang mengandung jejak amonia, sianida, dan zat berbahaya lainnya selama produksi. Emisi langsung akan menyebabkan pencemaran lingkungan dan menimbulkan bahaya keselamatan. Dengan menggunakan peralatan pengolahan gas buang yang terkait dengan teknologi produksi hidrogen dekomposisi amonia, gas buang dari tungku nitridasi dapat diuraikan dan dibakar, mengubah zat berbahaya dalam gas buang menjadi air, nitrogen, dan karbon dioksida yang tidak berbahaya, sehingga mewujudkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Hal ini tidak hanya memenuhi persyaratan kebijakan perlindungan lingkungan nasional tetapi juga mengurangi biaya pengolahan lingkungan bagi perusahaan.

Penerapan luas teknologi produksi hidrogen dekomposisi amonia di berbagai industri bukan hanya karena kinerja prosesnya yang stabil dan produk gas berkualitas tinggi, tetapi juga karena keunggulan ekonomi dan lingkungannya yang signifikan. Dari segi biaya, bahan baku amonia cair relatif murah, mudah diangkut dan disimpan, yang dapat sangat mengurangi biaya bahan baku perusahaan dibandingkan dengan bahan baku gas seperti hidrogen murni dan nitrogen murni. Pada saat yang sama, peralatan produksi hidrogen dekomposisi amonia memiliki struktur yang relatif sederhana, pengoperasian yang mudah, dan biaya perawatan yang rendah, sehingga cocok untuk produksi industri skala besar. Dari segi perlindungan lingkungan, seluruh proses persiapan tidak menghasilkan gas berbahaya, dan penggunaan campuran hidrogen-nitrogen juga dapat mengurangi konsumsi gas pengoksidasi dalam proses tradisional, yang sejalan dengan tren perkembangan transformasi hijau industri di bawah tujuan pengurangan emisi karbon dua kali lipat.

Dengan terus meningkatnya teknologi industri, persyaratan berbagai industri terhadap kualitas gas, efisiensi produksi, dan tingkat perlindungan lingkungan semakin meningkat dari hari ke hari, dan teknologi produksi hidrogen dekomposisi amonia juga terus dioptimalkan dan ditingkatkan. Di masa depan, melalui penelitian dan pengembangan katalis berkinerja tinggi, optimalisasi struktur peralatan, dan peningkatan tingkat kontrol otomatis, teknologi produksi hidrogen dekomposisi amonia akan semakin meningkatkan kemurnian gas, mengurangi konsumsi energi, memperluas cakupan aplikasi, memainkan peran yang lebih besar di bidang-bidang baru seperti energi baru dan manufaktur kelas atas, serta memberikan dukungan kuat untuk pengembangan produksi industri yang ramah lingkungan dan efisien.

Penyambungan besi/tembaga/baja tahan karat dengan patri

Pemanasan/reduksi cerah pada fitting pipa

sinterisasi metalurgi serbuk

Jalur produksi kaca apung