Mis on PTFE-vahetite roll roheliste vesinikelektrolüsaatorite lähteaine eelkuumutamisel?

Prootonvahetusmembraani (PEM) elektrolüsaator on seade, mis jagab vee vesinikuks ja hapnikuks, kasutades õhukest, hinnalist ja väga tundlikku polümeermembraani. Toitevesi peab olema väga puhas ja soojusvaheti, mis soojendab toitevett enne korstnasse sisenemist, ei saa sisestada ühtegi osa -miljardi metalliioonide kohta-, mis mürgitaks membraanis olevat katalüsaatorit. Selle rohelise kütuse mittesaastav termiline kaitse on PTFE soojusvaheti. Vesinikumajanduse kasvuga muutub PTFE-soojusvaheti roll rohelise vesiniku elektrolüüsisüsteemide rollist protsesside projekteerijate ja käitajate jaoks kriitiliseks.

PEM elektrolüüsi etapi eelkuumutamine
Ülipuhas deioniseeritud vesi soojendatakse tavaliselt enne elektrolüsaatori korstnasse sisenemist temperatuurini 60–80 kraadi. Membraani ioonjuhtivus suureneb sööda temperatuuri tõustes, mis toob kaasa väiksemad oomikaod ja suurema energiatõhususe. See eelsoojendus toimub tavaliselt madala kvaliteediga soojusallikaga, nt elektrolüsaatori enda jahutuskontuuriga või järgneva protsessi käigus tekkiva heitsoojuse abil. Selles ahelas olev soojusvaheti peab edastama soojusenergia lähtevedelikust puhtale veevoolule ilma viimast saastamata.

Miks metallist soojusvahetid ei tööta?
Metallic heat exchangers (stainless steel, copper, titanium) will always release trace metal ions to the water by corrosion, erosion or diffusion. The membrane and its catalyst layer in a PEM electrolyzer are very susceptible to ionic contamination. Metal ions (iron, chromium, nickel, copper, etc.) may penetrate the membrane, stimulate breakdown events and irreversibly decrease the proton conductivity. Even parts‐per‐billion metal poisoning reduces membrane life from years to months . PEM operation requires feed water resistivity of >1 MΩ·cm usaldusväärseks tööks. Paljude PEM-süsteemide eesmärk on 18 MΩ·cm, ülipuhta vee teoreetiline piir. Aja jooksul ei suuda metallist soojusvahetid seda puhtust säilitada.

PTFE lahendus: kõik{0}}fluoropolümeeri ehitus
Selle teenuse tüüpiline PTFE-soojusvaheti on kogu-PTFE-konstruktsiooniga kesta{0}}ja-toruüksus. Nii torud kui ka kest (või kõik niisutatud pinnad) on valmistatud polütetrafluoroetüleenist (PTFE) või muust fluoropolümeerist, näiteks PFA-st. PTFE torude mõlemad pooled on niisutatud – ülipuhas vesi voolab torude sees ja kütteaine (nt soe jahutusvedelik elektrolüsaatori jahutuskontuurist) voolab torudest väljapoole kestapoolses osas. PTFE keemiline inertsus tähendab, et veevoolu ei eraldu metalliioone, orgaanilisi nõrgvesi ega osakesi.

Termiline ja mehaaniline ühilduvus
PTFE on heaks kiidetud pidevaks kasutamiseks veetingimustes kuni 80 kraadi. See ühildub täielikult PEM-elektrolüüsiseadmete 60–80-kraadise -kraadise eelsoojendusvahemikuga. Materjali mittenakkuv pind väldib bio-kilede või katlakivi teket ilma biotsiide kasutamata. Lisaks tagavad siledad toruseinad minimaalse rõhulanguse ja vajaduse korral lihtsa puhastamise.

Märkus puhtuse kohta: vajadus suletud-ahela, lämmastiku-kattega veesüsteemi järele
Metallivabast soojusvahetist iseenesest ei piisa, et hoida sisendvee eritakistust 18 MΩ*cm. Kogu veesilmus deionisaatorist elektrolüsaatori korstnani ja soojusvaheti kaudu tagasi peab olema suletud, tihendatud süsteem, millesse ei puutu kokku atmosfääri süsinikdioksiid ega hapnik. Süsinikdioksiid lahustub, moodustades süsihappe, mis vähendab takistust ja tekitab karbonaadiioone. Seetõttu on PTFE-soojusvahetiga roheline vesinik-elektrolüüsisüsteem üldiselt ühendatud lämmastikuga kaetud retsirkulatsiooniahelasse. Veereservuaari ülemine ruum puhastatakse kõrge puhtusastmega lämmastikuga ja kõik märjaks saanud komponendid (torustik, ventiilid, liitmikud) on fluoropolümeeriga vooderdatud või valmistatud inertsest materjalist. PTFE soojusvaheti täidab oma ülesandeid, ilma et see mõjutaks juba kaitstud veekvaliteeti.

PTFE soojusvaheti täiendavad tööeelised selles rakenduses
Katalüsaatoriga ei esine kõrvalreaktsioone
Erinevalt metallpindadest, mis võivad katalüüsida vesinikperoksiidi või osooni jälgede lagunemist (elektrolüüsi kõrvalsaadused), on PTFE täiesti passiivne. See väldib radikaalide teket, mis võivad membraani kahjustada.

Pikk kasutusiga demineraliseeritud veega
Demineraliseeritud vesi on paljude metallide suhtes vaenulik, kuna see eemaldab kaitsva oksiidkatte. Suure takistusega vesi ei mõjuta PTFE-d isegi kõrgetel temperatuuridel. Vaheti ei vaja passiveerimist ega regulaarset katlakivi eemaldamist, säästes hoolduskulusid.

Painduva, korrosioonikindla{0}}kesta disain
Vaheti korpuse pool võib olla valmistatud ka PTFE-st või tugevdatud fluoropolümeerist, nii et küttekandjaks võib olla mõnevõrra saastunud või happeline jäätmevoog, ilma et tekiks ristlekke ohtu. Kui teil oleks PTFE-torus tihvt-augu leke, seguneksid kaks vedelikku (mõlemad veepõhised), kuid vedelike katastroofilist korrosiooni ega saastumist ei toimuks. Kui metalltoru lekib, sisestate koheselt ioone.

Järeldus.
Tuleviku mitmemiljonilise vesinikutehase südant kaitseb tagasihoidlik plasttoru silmus. PTFE-soojusvaheti roheline vesinik-elektrolüsaatori eelsoojendussilmus tagab, et elektrolüüs on kaitstud, pakkudes ülipuhast deioniseeritud vett optimaalses 60-80-kraadises vahemikus, mis ei sisalda metallist saastumist, mis võib tundlikku PEM-membraani mürgitada. See on rohelise vesiniku tarneahela ülioluline, kuid sageli tähelepanuta jäetud osa, mis varustab elektrolüsaatorit puhta ja sooja veega, mida see vajab pikaks ja produktiivseks elueaks. Puhtaim kütus vajab puhtaimat protsessiseadet – ja PTFE soojusvahetid annavad just selle.