DC水素クラッキング炉 

概要

コア動作原理

1. DC加熱システム: 炉はグラファイト電極（陰極+陽極）を介して安定したDCアークまたはプラズマを生成し、直接熱放射と電磁誘導を介して材料の急速加熱を実現します。AC加熱と比較して、DC加熱はより強力なアーク安定性、均一な温度場分布、および低エネルギー消費を備えており、不安定なアークによって引き起こされる材料の酸化を回避できます。
2. 水素雰囲気クラッキングメカニズム:
   • 還元反応: 水素（H₂）は還元剤として作用し、材料中の金属酸化物と反応します（例：MOₓ + xH₂ → M + xH₂O）、高価数の金属を元素形態に還元し、製品の純度を向上させます。
   • クラッキング反応: 超高温および水素雰囲気下では、有機不純物（例：油、樹脂）または複合化合物（例：金属炭化物、窒化物）が低分子ガス（CH₄、NH₃、H₂O）にクラッキングされ、テールガスとともに排出され、不純物の除去を達成します。
   • 精製効果: 水素はまた、H₂O、NH₃、CH₄を生成することにより、材料中のガス状不純物（O₂、N₂、CO）を除去し、ターゲット製品の純度をさらに向上させます（最大99.99％以上）。

主な技術パラメータ

主な利点

1. 高純度出力: 水素の強力な還元性と真空予備処理により、酸化物、ガス、および有機不純物を効果的に除去し、ターゲット製品の純度を99.99％～99.999％にすることができ、ハイエンド材料の製造に適しています。
2. 効率的な加熱: DCアーク/プラズマ加熱は、急速な温度上昇（10～50℃/分）と超高温環境（最大3000℃）を実現し、高融点材料（例：タングステン、モリブデン、チタン）を処理し、クラッキング反応を加速できます。
3. 環境への優しさ: 水素クラッキングの主な副産物はH₂Oと低分子ガスであり、簡単な処理（例：凝縮）後に排出できます。有毒廃棄物は生成されず、環境保護基準に準拠しています。
4. 安定性と信頼性: DC加熱は均一な温度場と安定したアークを保証します; 正圧水素雰囲気と真空インターロックは空気漏れを防ぎ、材料の酸化を減らし、製品の一貫性を向上させます。

代表的なアプリケーションシナリオ

1. レアメタル抽出と精製: 酸化レアメタル（例：WO₃、MoO₃、TiO₂）を、高純度元素金属に還元; レアアース金属の精製により、酸素や炭素などの不純物を除去。
2. バッテリー材料のリサイクル: リチウムイオン電池正極材料（例：LiCoO₂、LiNiMnCoO₂）のクラッキングにより、コバルト、ニッケル、リチウム、およびその他の貴重な金属を回収; 廃バッテリー中の金属酸化物の水素還元により、回収率を向上。
3. 半導体およびハイテク材料の製造: 半導体材料（例：シリコン、ゲルマニウム）の精製により、微量不純物を除去; 電子部品用の高純度金属粉末（例：水素還元ニッケル粉末、コバルト粉末）の製造。
4. 廃棄物資源のリサイクル: 有機無機複合廃棄物（例：金属プラスチック複合材、電子廃棄物）のクラッキングにより、金属と有機物を分離; 産業廃棄物残渣中の貴重な金属のリサイクル。

主な技術的課題と解決策

選択とカスタマイズの提案

1. 材料特性に基づく: 高融点金属（例：W、Mo）の場合、最高温度が2500℃以上の高出力モデル（≥200 kW）を選択; 低融点材料または有機クラッキングの場合、温度が2000℃以下の中出力モデル（50～150 kW）を選択。
2. 生産規模に応じて: 少量R&D（0.1～1 kg/バッチ）では、炉室容積≤0.05 m³を選択; 中量生産（1～50 kg/バッチ）では、0.05～0.5 m³の炉室を選択。
3. 純度要件を考慮して: 超高純度（≥99.999％）製品の場合、高真空性能（極限真空≤1×10⁻³ Pa）と高純度水素精製システムを備えたモデルを選択; 一般的な純度要件の場合、一般的な真空および水素構成で許容されます。
4. 安全基準への適合: 装置が地域の水素安全基準（例：水素使用安全に関するGB 3634、国際基準に関するNFPA 55）に適合し、完全な安全インターロックと防爆装置を備えていることを確認。