PTFE 交換器は、バイオマスガス化装置からの高温の腐食性合成ガスの冷却にどのように使用されますか?

これらはカーボン ニュートラル電力を実現する手段であり、木材チップの泡立つ流動床がガス化し、高温の可燃性の「合成ガス」になります。{0}しかし、ガス化装置から出る合成ガスは、水素、一酸化炭素、酸性タール、細かい灰が混ざり合った、生々しく、不快で、腐食性があり、粘着性のある物質です。しかし、エネルギー豊富なガソリンをエンジンで燃焼させる前に、冷却して洗浄する必要があります。-生合成ガスを最初に冷却する熱交換器は、腐食、侵食、汚れによる激しい攻撃に耐える必要があります。このような地獄のような最前線のサービスに耐えることができる機器は、たとえば PTFE シェルアンドチューブ熱交換器など、ほんのわずかです。-。

バイオマスガス化中の生合成ガスの冷却の課題
バイオマスガス化は、固体有機物 (木材チップ、農業廃棄物、都市ゴミ) を合成ガス (合成ガス) と呼ばれる可燃性ガス混合物に変換するプロセスです。ガス化装置は通常 700 度から 1,000 度の高温で動作します。反応器から出てくる生の合成ガスは、エネルギー豊富なガス (H₂、CO、CH₄) とさまざまな危険な汚染物質で構成されています。-

酸性凝縮物: 合成ガスが露点以下に冷却されると、酢酸、ギ酸、塩酸などの化学物質が凝縮します。これらの酸は、通常の炭素鋼や多くのステンレス鋼に対して攻撃的です。

重いタール: 高分子量の有機化学物質（多環芳香族炭化水素）が凝縮して、粘稠な黒色のタール状物質を形成し、冷たい表面にしっかりと付着します。{0}}

細かい灰と粒子: 侵食は、取り込まれた炭や鉱物灰の粒子によって引き起こされ、これらも蓄積する可能性があります。

この用途における従来の金属シェル-および-チューブ熱交換器は、数週間、場合によっては数日で損傷します。酸性の凝縮物は管壁の内側を侵食します。タールの堆積によりガスチャネルが徐々に詰まり、圧力損失の増加につながり、最終的には流れが詰まります。タールで汚れた金属熱交換器の洗浄は困難であり、通常は強力な化学薬品や機械的にこする必要があり、チューブの表面を破壊します。

PTFE 交換器がバイオマスガス化装置に信頼性の高い合成ガス冷却を提供する仕組み
ポリテトラフルオロエチレンの化学的不活性、非粘着性の表面特性、中温での熱安定性の独自の組み合わせは、PTFE 交換器バイオマスガス化装置合成ガス冷却用途に役立ちます。{0}一般的なセットアップでは、高温の生合成ガスが PTFE シェルアンドチューブ熱交換器のチューブ側を通過します。-冷却媒体（通常は水またはサーマルオイル）が PTFE チューブのシェル側を流れます。

耐食性: 酸性凝縮物に対する耐性
PTFE は、生の合成ガス凝縮物中に存在する酢酸、ギ酸、塩酸などの実質的にすべての酸に対して化学的に不活性です。不動態酸化層は必要なく、孔食、隙間腐食、応力腐食割れがありません。合成ガスが酸露点以下に冷却され、チューブ表面に液体の酸のコーティングが形成される場合でも、PTFE チューブは熱交換器の耐用年数全体にわたって損傷を受けません。この耐性により、ハステロイやインコネルなどの高価な高合金材料の要件が軽減されます。

耐汚染性: -非粘着性の表面によりタールの蓄積を防ぎます-
PTFE チューブは滑らかで表面エネルギーの低い壁を備えており、金属やセラミック交換器を急速に満たす濃厚な粘稠なタールの付着を防ぎます。タールの液滴と凝縮物は、粘着性のある焼き付けられた膜を形成するよりも、重力によって玉になって流れ落ちることを好みます。-この自己クリーニング アクションにより、必須のメンテナンス シャットダウンの間隔が大幅に短縮されます。-

熱性能
1 つの重要な技術的制約に注意する必要があります。PTFE は、濡れたチューブ壁の最大連続使用温度が約 110 度 (230 度 F) に制限されています。したがって、PTFE 熱交換器を通過する生合成ガスは、ガス化装置の出口温度 (700 ～ 1,000 度) から 110 度未満まで急冷または予冷する必要があります。これは通常、別個の上流急冷システム、多くの場合、直接水スプレーまたは輻射冷却器を使用して達成され、合成ガスを非常に短時間でおよそ 100 ～ 105 度まで冷却します。その後、下流のスクラビングとエンジンへの供給に必要な目標温度 (通常 40 ～ 60 度) までの最終冷却が PTFE 熱交換器で行われます。

熱回収による効率の向上
合成ガスの冷却プロセスから回収された廃熱は無駄になりません。適切に建設されたバイオマスガス化プラントでは、PTFE 熱交換器から熱を奪う熱水またはサーマルオイルが、ガス化装置の燃焼用空気を予熱するために使用されます。燃焼用空気を予熱すると、プラントの総熱効率が 10 ～ 20% 向上します [ ]。これにより、同じ発電量に対するバイオマス燃料の消費量が直ちに減少します。 PTFE クーラーは、耐久性のある化学的に盲目の肺であり、ガス化装置の熱く不潔で酸性の息を吸い込み、静かにその火をクリーン エネルギー サイクルに渡します。

プロセスノート: 連続スプレー洗浄によるタールファウリングの制御
PTFE は非粘着性ですが、特に合成ガスに異常に大量の高分子量の多環芳香族炭化水素が含まれている場合、最終的に重いタールが蓄積する可能性があります。-したがって、原料合成ガスの冷却を目的とした工業用 PTFE 熱交換器には、一般に、その設計に組み込まれたスプレー洗浄システムが備えられています。タール凝縮物が蓄積する前に、水または溶剤を一定にスプレーして、タール凝縮物をチューブ表面から (またはガス入口流に) 穏やかに洗い流します。

スプレー洗浄は次のいずれかです。

凝縮水のリサイクル: 下流のスクラビングからの浄水または弱アルカリ性溶液を低圧でスプレーします。

溶剤注入: PTFE に損傷を与えることなく重タールを溶解するバイオ由来溶剤（バイオディーゼルや植物油など）-。

スプレー洗浄は注意深く制御する必要があります。流量が多すぎるとガス流があふれ、流量が低すぎるとガスが汚れます。スプレー ノズルは、チューブ束を完全にカバーできるように配置されています。タールを同伴した洗浄液は交換器を出て、分離器または処理ユニットに送られます。このアクティブな洗浄方法により、人による集中的な洗浄の合間に PTFE 交換器を数か月または数年間稼働させることができます。

PTFE 合成ガスクーラーの機械設計の側面
バイオマス合成ガス冷却用の PTFE 熱交換器と、通常の PTFE 浸漬ヒーターまたは小型熱交換器の間には、いくつかの大きな違いがあります。

PTFE チューブは通常 1 ～ 2 mm の壁厚で作られており、これにより機械的強度と、一緒に運ばれる灰粒子による摩耗に対する耐性が得られます。

チューブサポート: PTFE は金属よりも弾性率が低いため、振動やたるみを防ぐためにチューブ束のサポート間隔を狭くする必要があります。穴あき PTFE またはポリプロピレンのサポート プレートを使用できます。

シェル材質: シェル側 (冷却水回路) は、腐食性合成ガスにさらされないため、炭素鋼またはステンレス鋼で作ることができます。 PTFEライニングチューブまたはソリッドPTFEチューブ（チューブ側のみ）。

ガスケットとシール: すべてのフランジ接続には、合成ガスの漏れを防ぐためにフッ素ポリマー ガスケット (PTFE または FEP) が使用されています。

要約と結論: 「汚れた」ガス流から効率的な再生可能エネルギーを解放する
PTFE 熱交換器は、バイオマスガス化施設における過酷な合成ガス冷却義務に対する耐久性、耐食性、防汚性のソリューションを提供し、より効率的で信頼性の高い再生可能エネルギー生産を実現します。 PTFE ユニットは、金属を劣化させる酸性凝縮液に耐性があり、他の種類の熱交換器を詰まらせるタールの付着を防ぐため、ほとんどメンテナンスをせずに継続的に稼働します。回収された熱は燃焼用空気を予熱し、プラントの全体的な効率を向上させるため、バイオマス発電プロジェクトの経済性が向上します。

最も汚れた、最も腐食性のガス流には、最も環境に優しいエネルギーが含まれています。 PTFE 熱交換器の化学的に無関心な中心部はそのプロセスを静かに行い、毎年、-文句を言わずにガス化装置の熱い息を冷却します。