Уплътнителни уплътнения, ключови материали за производство на алкален водород

Уплътнителната гарнитура е един от ключовите материали на алкален електролизатор. Като основен компонент на уплътнението на електролизера, качеството на неговото уплътняване до голяма степен определя качеството на уплътняването и изолацията на камерата на електролизера и пряко влияе върху безопасността и надеждността на цялата система за производство на водород чрез електролиза на алкална вода.

1. Функция на уплътнително уплътнение

(1) Уплътнителна функция

Работното налягане на конвенционалните алкални електролизатори под налягане обикновено е не повече от 1,6 MPa. Електролизерът обикновено приема структура на филтърна преса. Уплътнителната система е плоско уплътнение. Уплътнителната водна линия се отваря на ръба на рамката на плочата и работата на модифицирания уплътнителен материал се използва, за да се осигури уплътняването на целия електролизер. Течащата среда вътре в електролизера включва циркулиращия електролит и генерираните водород и кислород. Функцията на уплътняващото уплътнение е да предотврати изтичането на електролитния разтвор, водорода и кислорода от електролизера при работни условия на 30% разтвор на КОН, 90°C и 1,6 MPa.

(2) Изолационна функция

В допълнение към ефективността на уплътняване, уплътнителната гарнитура трябва да има и изолационни характеристики, за да осигури изолацията между двете полюсни рамки на електролизната камера и да избегне късо съединение вътре в камерата.

2. Структурата на уплътнителната гарнитура и нейната позиция в електролитната клетка

Уплътнението е във формата на пръстен. Трябва да се пробият отвори в уплътнението, за да се осигури пространство за потока на електролита вътре в електролитната клетка. В същото време отворите за позициониране на уплътняващото уплътнение трябва да бъдат обработени, за да се улесни монтажа на уплътняващото уплътнение.

В камерата на електролитна клетка има само едно уплътнително уплътнение, което се поставя между плочата и диафрагмата в областта на анода. Външният ръб на уплътняващото уплътнение съвпада с външния ръб на рамката на стълба, а позицията на вътрешния пръстен и ръба обикновено надвишава ръба на диафрагмата с около 10 mm. Следователно ширината на уплътняващото уплътнение включва ширината на уплътнението, припокриващо се с водолинията на уплътнението, ширината на отвора на канала за потока на уплътнението и ширината на припокриването между уплътнението и диафрагмата.

3. Материалът на уплътнителното уплътнение

Тъй като уплътнителното уплътнение трябва да играе изолационна роля, производителността се подобрява главно чрез модифициране на изолационния уплътнителен материал. Модифицираните флуоропласти са вид уплътнителен материал, който е изследван по-интензивно и задълбочено в електролизата на алкална вода. Понастоящем повечето от домашните уплътнителни материали за електролиза на алкална вода са въглеродни влакна, молибденов дисулфид и др. Като усилващи пълнители, пълни с политетрафлуоретилен, които се получават чрез формоване и синтероване. Използваните в момента уплътнителни материали все още са склонни към студено течение и пълзене при висока температура и високо налягане и периодично спиране на алкалните електролитни клетки, което води до изтичане на клетки, което се отразява на експлоатационния живот на електролитните клетки.

Когато изследваме ефективността на материалите за уплътнителни уплътнения, ние обикновено изследваме три основни параметъра: твърдост по Викерс, производителност на отскок при натиск и производителност на релаксация при пълзене.

Твърдост по Викерс: Твърдостта е един от всеобхватните показатели за ефективност, съставен от поредица от механични свойства като еластичност, пластичност и издръжливост на уплътнителните материали. Той може да измерва способността на повърхността на уплътнителния материал да устои на механично налягане и може също така да характеризира степента на свързване между усилващия пълнител и политетрафлуороетиленовото тяло до определена степен. Твърдостта на уплътнителния материал може да увеличи способността на повърхността на материала да устои на механичен натиск до известна степен и е ефективно средство за подобряване на якостта на натиск на материала.

Устойчивост на натиск: Устойчивостта на натиск отразява еластичната или пластична деформация на уплътнителния материал, запълва дефектите на уплътнителната повърхност и извършва еластична компенсация за поддържане на способността за уплътняване. Това е важен показател за измерване на ефективността на уплътнителния материал.

Ефективност на релаксация при пълзене: Ефективността на релаксация при пълзене е едно от най-важните свойства за характеризиране на уплътнителния материал, отразяващо способността на материала на уплътнението да устои на релаксация на напрежението и деформация. За модифицирани PTFE уплътнителни уплътнения, отпускането на пълзене е основната причина за изтичане в системата на фланеца на болта по време на експлоатационния живот и играе решаваща роля за способността за уплътняване на повърхността на съединението и експлоатационния живот на уплътнението. Като цяло, колкото по-малка е степента на релаксация при пълзене, толкова по-голямо е остатъчното натоварване при натиск и толкова по-добро е дългосрочното уплътняване.

4. Процес на производство на уплътнително уплътнение

Понастоящем производственият процес на уплътнителни уплътнения обикновено се основава на въглеродни влакна, полифенилен сулфид (PPS) и молибденов дисулфид (MoS2) като подсилващи пълнители и се произвежда чрез процес на синтероване чрез компресия на матрицата.

Предварително обработеният политетрафлуороетилен (PTFE) и смесеният пълнител се претеглят според съотношението, изсипват се във високоскоростен миксер с охлаждаща вода за смесване и след това сместа се поставя във форма и се формова чрез таблетна преса. След изваждане от формата се получава предварително формована проба с дебелина 3 mm. Предварително оформената проба се синтерува и охлажда в съпротивителна пещ тип кутия съгласно определена процедура, за да се получи готово уплътнително уплътнение.