Kuidas kasutatakse PTFE-vaheteid kuuma, söövitava sünteesigaasi jahutamisel biomassi gaasistajast?

Need on vahend süsiniku{0}neutraalseks energiaks, mullitav, keevkiht puiduhakke, mis gaasistatakse kuumaks, tuleohtlikuks "süngaasiks". Kuid gaasistajast väljuv sünteesgaas on toores, vastik, söövitav, kleepuv vesiniku, süsinikmonooksiidi, happeliste tõrvade ja peene tuha segu. Kuid enne kui energiarikast-bensiini saab mootoris põletada, tuleb see jahutada ja puhastada. Soojusvaheti, mis algselt jahutab toores sünteesigaasi, peab taluma vägivaldset korrosiooni, erosiooni ja saastumist. Ainult vähesed seadmed, näiteks PTFE kest ja torusoojusvaheti, suudavad edukalt vastu pidada sellisele põrgulikule esiliini-teenusele.

Tooresünteesigaasi jahutamise väljakutse biomassi gaasistamise ajal
Biomassi gaasistamine on tahke orgaanilise aine (puiduhake, põllumajandusjäätmed või olmeprügi) muundamine põlevaks gaasiseguks, mida nimetatakse sünteesgaasiks (sünteesgaas). Gaasistaja töötab kõrgetel temperatuuridel, tavaliselt 700 kraadist 1000 kraadini. Reaktorist väljuv toores sünteesgaas koosneb energia{5}}rikastest gaasidest (H₂, CO, CH₄) ja mitmetest ohtlikest saasteainetest:

Happelised kondensaadid: kui sünteesigaas jahutatakse alla selle kastepunkti, kondenseeruvad sellised kemikaalid nagu äädikhape, sipelghape ja vesinikkloriidhape. Need happed on agressiivsed tavalise süsinikterase ja paljude roostevabade teraste suhtes.

Rasked tõrvad: suure molekulmassiga orgaanilised kemikaalid (polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud) kondenseeruvad, moodustades paksu, viskoosse musta tõrva{0}}taolise aine, mis kleepub tihedalt külmade pindadega.

Peen tuhk ja osakesed: Erosiooni põhjustavad kaasavõetud söe- ja mineraaltuhaosakesed, mis võivad samuti koguneda.

Traditsiooniline metallkesta{0}}ja-toruga soojusvaheti selles rakenduses saab kahjustada nädalate või isegi päevadega. Happeline kondensaat kahjustaks toruseinte sisekülgi. Tõrva ladestused ummistaksid järk-järgult gaasikanalid, mis tooks kaasa rõhulanguse suurenemise ja lõpuks voolu summutama. Tõrvaga määrdunud metallvaheti puhastamine on raske ja nõuab tavaliselt tugevaid kemikaale või mehaanilist kraapimist, mis hävitab toru pinnad.

Kuidas PTFE soojusvaheti tagab biomassi gaasistajate jaoks töökindla sünteesigaasi jahutuse
Polütetrafluoroetüleeni ainulaadne segu keemilisest inertsusest, mittekleepuvatest pinnaomadustest ja termilisest stabiilsusest mõõdukatel temperatuuridel on kasulik PTFE-vaheti biomassi gaasistaja sünteesigaasi jahutusrakendusele. Tüüpilise seadistuse korral{2}}läbib kuum toores sünteesgaas PTFE kesta ja torusoojusvaheti torupoolt. PTFE-torude korpuse küljel voolab jahutusaine, tavaliselt vesi või termoõli.

Korrosioonikindlus: vastupidav happelistele kondensaatidele
PTFE on keemiliselt inertne praktiliselt kõikide hapete, sealhulgas toores sünteesgaasi kondensaadis sisalduva äädik-, sipelg- ja vesinikkloriidhappe suhtes. Passiivset oksiidikihti pole vaja ning puudub punkt-, pragukorrosioon ega pingekorrosioonipragunemine. Isegi sünteesigaasi jahutamisel alla happe kastepunkti, kui torupindadele moodustuvad vedelad happelised katted, on PTFE torud terve soojusvaheti kasutusea jooksul terved. See häirekindlus vähendab vajadust kulukate sulamitega materjalide, nagu Hastelloy või Inconel, järele.

Saastumiskindlus: mittenakkuv pind hoiab ära tõrva kogunemise-
PTFE torudel on siledad madala pinnaenergiaga seinad, mis on vastupidavad paksude viskoossete tõrvade nakkumisele, mis täidavad kiiresti metalli või keraamilise soojusvaheti. Tõrvapiisad ja kondensaadid eelistavad raskusjõu mõjul kerkida ja alla voolata, selle asemel, et moodustada kilele kleepuvat{1}}kihti. See isepuhastuv-tegevus vähendab oluliselt aega kohustuslike hooldusseiskamiste vahel.

Soojuslik jõudlus
Tuleb märkida ühte olulist tehnoloogilist piirangut: PTFE on piiratud maksimaalse pideva töötemperatuuriga umbes 110 kraadi (230 kraadi F) niisutatud toruseina puhul. Seetõttu tuleb PTFE-vahetit läbiv toores sünteesgaas kustutada või eeljahutada gaasistaja väljumistemperatuurilt (700–1000 kraadi) alla 110 kraadi. Tavaliselt saavutatakse see eraldi ülesvoolu jahutussüsteemiga, sageli otsese veepihusti või kiirgava jahutiga, mis jahutab sünteesigaasi väga lühikese aja jooksul ligikaudu 100–105 kraadini. Lõplik jahutamine sihttemperatuurini (tavaliselt 40–60 kraadi), mis on vajalik allavoolu puhastamiseks ja mootori etteandmiseks, tehakse seejärel PTFE soojusvahetis.

Soojustagastus suurema tõhususe tagamiseks
Süngaasi jahutusprotsessist taaskasutatud heitsoojus ei lähe raisku. Hästi ehitatud biomassi gaasistamisjaamas kasutatakse kuuma vett või termilist õli, mis võtab soojuse ära PTFE-vahetist, gaasisaatori põlemisõhu eelsoojendamiseks. Põlemisõhu eelsoojendamine võib parandada jaama soojuslikku koguefektiivsust 10–20% [ ]. See vähendab koheselt sama energiatootmise biomassi kütusekulu. PTFE jahuti on vastupidav, keemiliselt pime kops, mis hingab sisse gaasigeneraatori kuuma, ebapuhta ja happelist hingeõhku ning edastab rahulikult oma tule puhta energia tsüklisse.

Märkus protsessi kohta: Tõrva saastumise kontrollimine pideva pihustuspesuga
Kuigi PTFE on mittekleepuv, võib lõpuks koguneda rasket tõrva, eriti kui sünteesigaas sisaldab ebatavaliselt suures koguses suure molekulmassiga polütsüklilisi aromaatseid süsivesinikke. Seega on töötlemata sünteesigaasi jahutamiseks mõeldud tööstuslikud PTFE-vahetid üldiselt varustatud pihustuspesusüsteemiga, mis on nende konstruktsioonis. Enne tõrva kondensaadi kogunemist pestakse need õrnalt torude pindadelt maha (või gaasi sisselaskevoolu), kasutades pidevat vee- või lahustipihustust.

Pihustuspesu on kas:

Kondensaadi ringlussevõtt: Puhas vesi või leeliseline lahus, mis pärineb allavoolu puhastamisest, pihustatakse madalal rõhul.

Lahusti süstimine: bio-toodetud lahusti (nt biodiislikütus või taimeõli), mis lahustab raskeid tõrva PTFE-d kahjustamata.

Pihustuspesu tuleb hoolikalt kontrollida. Kui vooluhulk on liiga suur, ujutab see gaasivoo üle ja kui vooluhulk on liiga madal, tekib see saastumine. Pihustusdüüsid on paigutatud nii, et oleks tagatud torukimbu täielik katmine. Nüüd kaasavõetud tõrva sisaldav pesuvedelik väljub soojusvahetist ja suunatakse separaatorisse või puhastusseadmesse. See aktiivne puhastusmeetod võimaldab PTFE-vahetil töötada kuude või aastate jooksul intensiivse inimpuhastuse vahel.

PTFE sünteesigaasijahutite mehaanilised konstruktsiooni aspektid
Biomassi sünteesigaasi jahutamiseks mõeldud PTFE soojusvaheti ja tavalise PTFE sukelsoojendi või väikese soojusvaheti vahel on mõned olulised erinevused:

PTFE torud on tavaliselt valmistatud seinapaksusega 1–2 mm, mis annab neile mehaanilise tugevuse ja vastupidavuse kaasaskantavate tuhaosakeste poolt põhjustatud hõõrdumisele.

Toru toed: torukimp vajab vibratsiooni ja longuse vältimiseks väiksemat tugivahet, kuna PTFE-l on madalam elastsusmoodul kui metallil. Kasutada võib perforeeritud PTFE või polüpropüleenist tugiplaate.

Korpuse materjal: kesta pool (jahutusveering) võib olla valmistatud süsinikterasest või roostevabast terasest, kuna see ei puutu kokku söövitava sünteesigaasiga. PTFE vooderdusega toru või tahked PTFE torud (ainult toru pool).

Tihendid ja tihendid: kõik äärikuga ühendused kasutavad sünteesigaasi lekkimise vältimiseks fluoropolümeeri tihendeid (PTFE või FEP).

KOKKUVÕTE JA JÄRELDUSED: Tõhusa taastuvenergia vabastamine määrdunud gaasivoogudest
PTFE-soojusvahetid pakuvad vastupidavat, korrosiooni- ja saastumiskindlat lahendust sünteesigaasi karmile jahutustööle biomassi gaasistamisseadmes, tagades tõhusama ja töökindlama taastuvenergia tootmise. PTFE-seade töötab pidevalt vähese hooldusega, kuna see on vastupidav happelistele kondensaatidele, mis lagundavad metalle ja takistavad tõrva nakkumist, mis ummistab muud tüüpi soojusvahetid. Tagastatud soojus eelsoojendab põlemisõhku ja parandab jaama üldist efektiivsust, suurendades seeläbi biomassi ökonoomsust projektides.

Mõned kõige räpasemad ja söövitavamad gaasivood sisaldavad kõige rohelisemat energiat. PTFE-vaheti keemiliselt ükskõikne süda muudab selle protsessi vaikselt, aastast aastasse{1}}jahutades gaasigeneraatori kuuma hingeõhku, ilma kaebusteta.