Как теплообменники из ПТФЭ используются для охлаждения горячего коррозионного синтез-газа из газификатора биомассы?

Они представляют собой средство получения-нейтральной энергии, представляющее собой кипящий псевдоожиженный слой древесной щепы, газифицированный в горячий, легковоспламеняющийся «синтез-газ». Но синтез-газ, который выходит из газификатора, представляет собой сырую, неприятную, едкую и липкую смесь водорода, окиси углерода, кислых смол и мелкой золы. Но прежде чем богатый энергией-бензин можно будет сжечь в двигателе, его необходимо охладить и очистить. Теплообменник, который первоначально охлаждает сырой синтез-газ, должен выдерживать сильное воздействие коррозии, эрозии и загрязнения. Лишь немногие единицы оборудования, например кожухотрубный теплообменник из ПТФЭ, способны успешно выдержать такую ​​адскую-эксплуатационную эксплуатацию.

Проблема охлаждения сырого синтез-газа при газификации биомассы
Газификация биомассы — это процесс преобразования твердых органических веществ (древесной щепы, сельскохозяйственных отходов или городского мусора) в горючую газовую смесь, называемую синтез-газом (синтез-газ). Газификатор работает при высоких температурах, обычно от 700 до 1000 градусов. Сырой синтез-газ, выходящий из реактора, состоит из энерго-богатых газов (H₂, CO, CH₄), а также различных опасных примесей:

Кислые конденсаты: если синтез-газ охлаждается ниже точки росы, такие химические вещества, как уксусная кислота, муравьиная кислота и соляная кислота, будут конденсироваться. Эти кислоты агрессивны по отношению к обычной углеродистой стали и многим нержавеющим сталям.

Тяжелые смолы. Органические химические вещества с высокой молекулярной массой (полициклические ароматические углеводороды) конденсируются с образованием густого вязкого черного смолоподобного вещества,-подобного смоле, которое плотно прилипает к холодным поверхностям.

Мелкая зола и твердые частицы: Эрозия вызвана увлеченными частицами угля и минеральной золы, которые также могут накапливаться.

Традиционный металлический кожухо-и-трубчатый теплообменник в этом случае может быть поврежден через несколько недель или даже дней. Кислый конденсат разрушит внутреннюю сторону стенок труб. Отложения смолы постепенно закупорили бы газовые каналы, что привело бы к увеличению перепада давления и, в конечном итоге, к перекрытию потока. Очистка металлического теплообменника, загрязненного смолой, сложна и обычно требует применения агрессивных химикатов или механической очистки, которая разрушает поверхности трубок.

Как теплообменник из ПТФЭ обеспечивает надежное охлаждение синтез-газа для газификаторов биомассы
Уникальное сочетание химической инертности, антипригарных свойств политетрафторэтилена и термической стабильности при умеренных температурах способствует использованию ПТФЭ в теплообменниках, газификаторах биомассы, охлаждении синтез-газа. В типичной установке-горячий сырой синтез-газ проходит через трубчатую сторону кожухотрубного теплообменника из ПТФЭ. Охлаждающая среда, обычно вода или термомасло, течет по внутренней стороне трубок из ПТФЭ.

Коррозионная стойкость: устойчив к кислотным конденсатам.
ПТФЭ химически инертен практически ко всем кислотам, включая уксусную, муравьиную и соляную кислоты, присутствующие в сыром конденсате синтез-газа. Пассивный оксидный слой не требуется, отсутствует точечная коррозия, щелевая коррозия или коррозионное растрескивание под напряжением. Даже в случае охлаждения синтез-газа ниже точки росы кислоты, когда на поверхности трубок образуются налеты жидкой кислоты, фторопластовые трубки остаются невредимыми в течение всего срока службы теплообменника. Эта устойчивость снижает потребность в дорогостоящих высоколегированных материалах, таких как Hastelloy или Inconel.

Устойчивость к загрязнению: антипригарная поверхность-предотвращает накопление смолы-
Трубки из ПТФЭ имеют гладкие стенки с низкой поверхностной энергией, которые противостоят прилипанию густых вязких смол, которые быстро заполнят металлический или керамический теплообменник. Капли смолы и конденсат предпочитают скапливаться и стекать под действием силы тяжести, а не образовывать липкую, запеченную-пленку. Такая самоочистка-значительно сокращает время между обязательными отключениями для технического обслуживания.

Тепловые характеристики
Следует отметить одно важное технологическое ограничение: максимальная постоянная рабочая температура ПТФЭ для смачиваемой стенки трубы составляет около 110 градусов (230 градусов F). Следовательно, сырой синтез-газ, проходящий через теплообменник из ПТФЭ, должен быть закален или предварительно охлажден от температуры на выходе газификатора (700–1000 градусов) до температуры ниже 110 градусов. Обычно это достигается с помощью отдельной системы охлаждения на входе, часто с помощью прямого распыления воды или лучистого охладителя, которая охлаждает синтез-газ примерно до 100-105 градусов за очень короткое время. Окончательное охлаждение до целевой температуры (обычно 40-60 градусов), необходимой для последующей очистки и питания двигателя, впоследствии осуществляется в теплообменнике из ПТФЭ.

Рекуперация тепла для большей эффективности
Утилизированное отходящее тепло в процессе охлаждения синтез-газа не тратится впустую. На хорошо построенной установке газификации биомассы горячая вода или термомасло, отводящее тепло от теплообменника из ПТФЭ, используется для предварительного нагрева воздуха для горения газификатора. Предварительный нагрев воздуха для горения может повысить общий тепловой КПД установки на 10–20% [ ]. Это немедленно снижает расход топлива из биомассы при том же производстве электроэнергии. Охладитель из ПТФЭ представляет собой прочное, химически слепое легкое, которое вдыхает горячее, нечистое и кислотное дыхание газификатора и безмятежно передает его огонь в цикл чистой энергии.

Примечание по процессу: контроль загрязнения смолой посредством непрерывной промывки распылением
Несмотря на то, что ПТФЭ не-не прилипает, со временем может накапливаться тяжелая смола, особенно если в синтез-газе содержится необычно большое количество высокомолекулярных полициклических ароматических углеводородов. Таким образом, промышленные теплообменники из ПТФЭ, предназначенные для охлаждения сырого синтез-газа, обычно снабжаются системой распылительной промывки, встроенной в их конструкцию. Прежде чем конденсаты смол начнут накапливаться, их осторожно смывают с поверхностей труб (или в поток газа на входе) с помощью постоянной струи воды или растворителя.

Спрей-мойка бывает:

Рециркуляция конденсата: Чистая вода или слабый щелочной раствор после промывки, распыляемый под низким давлением.

Впрыск растворителя: растворитель биологического-производного (например, биодизельное топливо или растительное масло), который растворяет тяжелые смолы, не повреждая ПТФЭ.

Промывку распылением необходимо тщательно контролировать. Если поток слишком велик, он затопит поток газа, а если поток слишком мал, он засорится. Распылительные форсунки расположены так, чтобы обеспечить полное покрытие пучка труб. Промывная жидкость, содержащая теперь увлеченные смолы, покидает теплообменник и направляется в сепаратор или установку очистки. Этот метод активной очистки позволяет теплообменнику из ПТФЭ работать месяцами или годами между интенсивными чистками, выполняемыми человеком.

Механические аспекты конструкции охладителей синтез-газа из ПТФЭ
Между теплообменником из ПТФЭ для охлаждения синтез-газа биомассы и обычным погружным нагревателем из ПТФЭ или небольшим теплообменником есть некоторые существенные различия:

Трубки из ПТФЭ обычно изготавливаются с толщиной стенок 1–2 мм, что придает им механическую прочность и устойчивость к истиранию переносимыми с собой частицами золы.

Опоры для труб. Пучок труб требует более близкого расстояния между опорами, чтобы предотвратить вибрацию и провисание, поскольку ПТФЭ имеет более низкий модуль упругости, чем металл. Можно использовать перфорированные опорные пластины из ПТФЭ или полипропилена.

Материал корпуса: Сторона корпуса (контур охлаждающей воды) может быть изготовлена ​​из углеродистой или нержавеющей стали, поскольку она не подвергается воздействию агрессивного синтез-газа. Трубка с покрытием из ПТФЭ или трубки из твердого ПТФЭ (только со стороны трубки).

Прокладки и уплотнения. Во всех фланцевых соединениях используются прокладки из фторполимера (ПТФЭ или ФЭП) для предотвращения утечки синтез-газа.

РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ: получение эффективной возобновляемой энергии из «грязных» газовых потоков
Теплообменники из ПТФЭ представляют собой долговечное, устойчивое к коррозии и загрязнению решение для суровых условий охлаждения синтез-газа на установке газификации биомассы, обеспечивая более эффективное и надежное производство возобновляемой энергии. Блок из ПТФЭ работает непрерывно и требует минимального обслуживания, поскольку он противостоит кислотному конденсату, разрушающему металлы, и предотвращает прилипание смолы, которая забивает другие типы теплообменников. Утилизированное тепло предварительно нагревает воздух для горения и повышает общую эффективность установки, тем самым повышая экономичность использования биомассы в энергетических проектах.

Некоторые из самых грязных и едких газовых потоков содержат самую зеленую энергию. Химически нейтральное сердце теплообменника из ПТФЭ делает этот процесс бесшумным, год за годом,-без жалоб охлаждая горячее дыхание газификатора.