מה התפקיד של מחליפי PTFE בחימום מוקדם של חומרי גלם לאלקטרוליזרי מימן ירוקים?

אלקטרוליזר פרוטונים ממברנה (PEM) הוא מכשיר המחלק מים למימן וחמצן תוך שימוש בקרום פולימר דק, יקר ורגישה מאוד. מי ההזנה חייבים להיות טהורים מאוד ומחליף החום שמחמם את מי הזינה לפני שהם נכנסים לערימה לא יכול להכניס חלק אחד-ל-מיליארד יוני מתכת שירעיל את הזרז בממברנה. שומר הסף התרמי שאינו-מזהם עבור הדלק הירוק הזה הוא מחליף PTFE. עם הצמיחה של כלכלת המימן, התפקיד של מחליף חום PTFE מערכות אלקטרוליזה מימן ירוק תלויות בו הופך להיות קריטי עבור מתכנני תהליכים ומפעילי מפעל.

חימום מוקדם של שלב אלקטרוליזה PEM
המים האולטרה-טהורים מחוממים בדרך כלל ל-60-80 מעלות לפני שהם נכנסים לערימת האלקטרוליזר. המוליכות היונית של הממברנה עולה עם עליית הטמפרטורה של ההזנה, מה שמוביל להפסדים אוהםים נמוכים יותר וליעילות אנרגטית גבוהה יותר. חימום מוקדם זה נעשה בדרך כלל עם מקור חום נמוך, למשל לולאת הקירור של האלקטרוליזר עצמו או פסולת חום מתהליך במורד הזרם. מחליף החום בלולאה זו נדרש להעביר אנרגיה תרמית מנוזל המקור לזרם המים הטהור מבלי לזהם את האחרון.

מדוע מחליפי חום מתכת לא עובדים
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 לפעולה אמינה. מערכות PEM רבות מכוונות ל-18 MΩ·cm, הגבול התיאורטי למים טהורים במיוחד. לאורך זמן, מחליפי חום מתכתיים אינם יכולים לשמור על טוהר זה.

פתרון PTFE: כל-בניית פלואורופולימר
מחליף חום טיפוסי מסוג PTFE לשירות זה הוא יחידת מעטפת-ו-צינור עם כל-מבנה PTFE. גם הצינורות וגם המעטפת (או כל המשטחים הרטובים) עשויים מפוליטטראפלואורואתילן (PTFE) או פלואורפולימר אחר כגון PFA. שני הצדדים של צינורות ה-PTFE נרטבים - המים האולטרה-טהורים זורמים בתוך הצינורות ואמצעי החימום (למשל נוזל קירור חם מלולאת הקירור האלקטרוליזר) זורם מחוץ לצינורות בצד המעטפת. האינרטיות הכימית של PTFE פירושה שלא משתחררים לזרם המים יוני מתכת, שטיפות אורגניות או חלקיקים.

תאימות תרמית ומכנית
PTFE מאושר לשימוש מתמשך בתנאי מים עד 80 מעלות. זה תואם באופן מלא לטווח החימום הקדם- של 60-80 מעלות עבור אלקטרוליזרי PEM. המשטח הבלתי- של החומר מונע ייצור של סרטים-ביולוגיים או משקעי אבנית מבלי צורך להשתמש בביוצידים. יתר על כן, קירות צינור חלקים מבטיחים ירידת לחץ מינימלית וניקוי קל, במידת הצורך.

הערת טוהר: הצורך בלולאה-סגורה, מערכת מים מכוסה חנקן-
מחליף חום ללא מתכת כשלעצמו אינו מספיק כדי לשמור על רמת ההתנגדות של המים המבואים של 18 MΩ*cm. כל לולאת המים מ-deionizer ועד מחסנית האלקטרוליזה ובחזרה דרך מחליף החום חייבת להיות מערכת סגורה ואטומה, ללא פחמן דו-חמצני אטמוספרי או חמצן שמגעים איתה. פחמן דו חמצני מתמוסס לייצור חומצה פחמית, אשר מפחיתה את ההתנגדות ומייצרת יוני קרבונט. לכן מערכת אלקטרוליזת מימן ירוקה מחליף חום משולבת בדרך כלל בלולאת מחזור חנקן-. המרחב הראשוני של מאגר המים מטוהר בחנקן בטוהר גבוה וכל הרכיבים הרטובים (צנרת, שסתומים, אביזרי) מצופים פלואורפולימר או מיוצרים מחומרים אינרטיים. מחליף PTFE מבצע את תפקידו מבלי להשפיע על איכות המים שכבר נשמרה.

יתרונות תפעוליים נוספים של מחליף PTFE ביישום זה
אין תגובות לוואי עם הזרז
שלא כמו משטחי מתכת שיכולים לזרז פירוק של עקבות מי חמצן או אוזון (תוצרי לוואי של אלקטרוליזה), PTFE הוא פסיבי לחלוטין. כך נמנע יצירת רדיקלים שעלולים להזיק לממברנה.

חיי שירות ארוכים עם מים מופחתים
מים מומינרליים עוינים למתכות רבות מכיוון שהם מסירים ציפוי תחמוצת מגן. למים בעלי התנגדות גבוהה אין השפעה על PTFE אפילו בטמפרטורות גבוהות. המחליף אינו דורש פסיביות או הסרת אבנית קבועה, חוסך בעלויות תחזוקה.

עיצוב של מעטפת גמישה,-עמידה בפני קורוזיה
צד המעטפת של המחליף עשוי להיות עשוי גם מ-PTFE או פלואורפולימר מחוזק, כך שאמצעי החימום יכול להיות זרם פסולת מזוהם או חומצי במקצת ללא סיכון של-דליפה צולבת. אם הייתה לך דליפת חור בצינור PTFE, שני הנוזלים (שניהם על בסיס מים) יתערבבו, אך לא תהיה קורוזיה קטסטרופלית או זיהום של הנוזלים. אם צינור מתכת דולף, אתה מכניס יונים באופן מיידי.

מַסְקָנָה.
הלב של מפעל המימן העתידי בשווי מיליוני דולרים מוגן על ידי לולאה צנועה של צינור פלסטיק. לולאת החימום המוקדם של מימן אלקטרוליזר מימן ירוק מחליף חום מבטיח שהאלקטרוליזטור מוגן על ידי אספקת מים דה-יונים אולטרה-טהורים בטווח האופטימלי של 60-80 מעלות, ללא כל זיהום מתכת שעלול להרעיל את קרום ה-PEM הרגישה. זהו חלק מכריע אך מתעלמים ממנו לעתים קרובות משרשרת אספקת המימן הירוק, המספק לאלקטרוליזר את המים הנקיים והחמים שהוא דורש לחיים ארוכים ופרודוקטיביים. הדלק הטהור ביותר זקוק לציוד התהליך הנקי ביותר - ומחלפי PTFE נותנים בדיוק את זה.