Garnituri de etanșare, materiale cheie pentru producția de hidrogen alcalin

Garnitura de etanșare este unul dintre materialele cheie ale electrolizor alcalin. Ca componentă principală a etanșării electrolizatorului, calitatea etanșării sale determină în mare măsură calitatea performanței de etanșare și izolație a camerei electrolizatorului și afectează în mod direct siguranța și fiabilitatea întregului sistem de producție de hidrogen prin electroliză al apei alcaline.

1. Funcția garniturii de etanșare

(1) Funcția de etanșare

Presiunea de funcționare a electrolizoarelor alcaline convenționale de tip presiune nu este în general mai mare de 1,6 MPa. Electrolizorul adoptă în general o structură cu filtru presă. Sistemul de etanșare este o garnitură plată. Linia de apă de etanșare este deschisă pe marginea cadrului plăcii, iar performanța materialului modificat de garnitură de etanșare este utilizată pentru a asigura etanșarea întregului electrolizor. Mediul care curge în interiorul electrolizorului include electrolitul circulant și hidrogenul și oxigenul generat. Funcția garniturii de etanșare este de a preveni scurgerea soluției de electrolit, hidrogenului și oxigenului din electrolizor în condițiile de funcționare a soluției de KOH 30%, 90°C și 1,6 MPa.

(2) Funcția de izolare

Pe lângă performanța de etanșare, garnitura de etanșare trebuie să aibă și performanță de izolație pentru a asigura izolația între cele două rame de poli ale camerei de electroliză și pentru a evita scurtcircuitele în interiorul camerei.

2. Structura garniturii de etanșare și poziția acesteia în celula electrolitică

Garnitura de etanșare are formă de inel. Găurile trebuie să fie găurite pe garnitură pentru a oferi spațiu pentru fluxul de electrolit în interiorul celulei electrolitice. În același timp, orificiile de poziționare ale garniturii de etanșare trebuie prelucrate pentru a facilita instalarea garniturii de etanșare.

Există o singură garnitură de etanșare într-o cameră a celulei electrolitice, care este plasată între placă și diafragmă în zona anodului. Marginea exterioară a garniturii de etanșare coincide cu marginea exterioară a cadrului stâlpului, iar poziția inelului interior și a marginii depășește în general marginea diafragmei cu aproximativ 10 mm. Prin urmare, lățimea garniturii de etanșare include lățimea garniturii care se suprapune cu linia de plutire de etanșare, lățimea orificiului canalului de curgere de pe garnitură și lățimea suprapunerii dintre garnitură și diafragmă.

3. Materialul garniturii de etanșare

Deoarece garnitura de etanșare trebuie să joace un rol izolator, performanța este îmbunătățită în principal prin modificarea materialului de etanșare izolator. Fluoroplasticele modificate sunt un tip de material de etanșare care a fost studiat mai intens și mai profund în electroliza apei alcaline. În prezent, majoritatea materialelor de etanșare pentru electroliză de apă alcalină menajeră sunt fibre de carbon, disulfură de molibden etc., ca umpluturi de armare umplute cu politetrafluoretilenă, care sunt obținute prin turnare și sinterizare. Materialele de etanșare utilizate în prezent sunt încă predispuse la curgere la rece și la curgere la temperaturi ridicate și presiune ridicată și oprirea intermitentă a celulelor electrolitice alcaline, ceea ce duce la scurgeri ale celulei, care afectează durata de viață a celulei electrolitice.

Când examinăm performanța materialelor pentru garnituri de etanșare, examinăm, în general, trei parametri principali: duritatea Vickers, performanța la compresiune și performanța de relaxare a fluajului.

Duritatea Vickers: Duritatea este unul dintre indicatorii de performanță comprehensivă compus dintr-o serie de proprietăți mecanice, cum ar fi elasticitatea, plasticitatea și duritatea materialelor de etanșare. Poate măsura capacitatea suprafeței materialului de etanșare de a rezista presiunii mecanice și poate caracteriza, de asemenea, gradul de legătură dintre umplutura de armare și corpul de politetrafluoretilenă într-o anumită măsură. Duritatea materialului de etanșare poate crește capacitatea suprafeței materialului de a rezista la presiunea mecanică într-o anumită măsură și este un mijloc eficient de a îmbunătăți rezistența la compresiune a materialului.

Reziliența la compresie: Reziliența la compresie reflectă deformarea elastică sau plastică a materialului de etanșare, umple defectele de pe suprafața de etanșare și efectuează compensarea elastică pentru a menține capacitatea de etanșare. Este un indicator important pentru măsurarea performanței materialului de etanșare.

Performanță de relaxare a fluajului: Performanța de relaxare a fluajului este una dintre cele mai importante proprietăți pentru a caracteriza materialul de etanșare, reflectând capacitatea materialului de etanșare de a rezista relaxării tensiunii și deformarii. Pentru garniturile de etanșare din PTFE modificate, relaxarea fluajului este principalul motiv pentru scurgerea sistemului de flanșe de șurub pe durata de viață și joacă un rol decisiv în capacitatea de etanșare a suprafeței îmbinării și durata de viață a garniturii. În general, cu cât rata de relaxare a fluajului este mai mică, cu atât sarcina reziduală de compresie este mai mare și performanța de etanșare pe termen lung este mai bună.

4. Procesul de fabricare a garniturii de etanșare

În prezent, procesul de fabricație a garniturilor de etanșare se bazează în general pe fibră de carbon, sulfură de polifenilen (PPS) și disulfură de molibden (MoS2) ca umpluturi de armare și este fabricat prin procesul de sinterizare prin compresie a matriței.

Politetrafluoretilena (PTFE) pretratată și umplutura amestecată sunt cântărite în funcție de raport, turnate într-un mixer de mare viteză cu apă de răcire pentru amestecare, apoi amestecul este plasat într-o matriță și turnat cu o presă de tablete. După demulare, se obține o probă preformată de 3 mm grosime. Proba preformată este sinterizată și răcită într-un cuptor cu rezistență de tip cutie conform unei anumite proceduri pentru a obține o garnitură de etanșare finită.