木材チップの泡立つ流動層がガス化し、高温の可燃性の「合成ガス」となり、カーボン ニュートラルな電力への道となります。{0}しかし、ガス化装置から出てくる生の合成ガスは、水素、一酸化炭素、酸性タール、細かい灰が混ざり合った、不潔で腐食性があり、粘着性のある混合物です。このエネルギー豊富なガスをエンジン内で燃焼させる前に、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、汚れといった激しい攻撃に耐えなければなりません。 PTFE シェル-および-チューブ交換器は、この地獄のような最前線のサービスで確実に動作できる数少ないデバイスの 1 つです。-
バイオマスガス化における生合成ガス冷却の課題
バイオマスガス化では、固体有機物 (木材チップ、農業残渣、または都市廃棄物) を合成ガス (合成ガス) として知られる可燃性ガス混合物に変換します。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には、エネルギー豊富なガス (H₂、CO、CH₄) だけでなく、多くの問題のある汚染物質も含まれています。-
酸性凝縮物: 合成ガスが露点以下に冷えると、酢酸、ギ酸、塩酸などの化合物が凝縮します。これらの酸は、通常の炭素鋼や多くのステンレス鋼さえも急速に腐食します。
重いタール: 高分子量の有機化合物（多環式芳香族炭化水素）-- が凝縮して、粘稠な黒色のタール状の物質となり、冷たい表面に強く付着します。-
細かい灰と粒子: 取り込まれた炭や鉱物灰粒子は浸食を引き起こし、堆積物を形成する可能性があります。
この施設に設置されている従来の金属シェル-および-チューブ熱交換器は、数週間以内、場合によっては数日以内に故障します。-酸性凝縮水は管壁を内側から腐食し、タールの堆積によりガス通路が徐々に閉塞され、圧力降下が上昇し、最終的には流れが閉塞します。タールで汚れた金属交換器の洗浄は難しく、多くの場合、強力な溶剤を使用したり、チューブの表面を損傷する機械的なこすったりする必要があります。
PTFE 交換器が信頼性の高いバイオマスガス化装置合成ガス冷却をどのように実現するか
のPTFE交換装置バイオマスガス化装置合成ガス冷却この用途では、ポリテトラフルオロエチレンの化学的不活性性、非粘着性の表面特性、中程度の温度での熱安定性の独自の組み合わせを活用します。{0}}一般的な構成では、高温の生合成ガスが PTFE シェル-と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-がシェル側を通って流れ、PTFE チューブを囲みます。
耐食性: 酸性凝縮物に対する耐性
PTFE は、生の合成ガス凝縮液に含まれる酢酸、ギ酸、塩酸など、事実上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、応力腐食割れは発生しません。 PTFE チューブは、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膜が形成された場合でも、熱交換器の耐用年数を通じて影響を受けません。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が不要になります。-
防汚性: 非粘着性の表面によりタールの蓄積を防ぎます。{0}
滑らかで低エネルギーの PTFE チューブ壁は、金属やセラミックの交換器をすぐに詰まらせる濃厚で粘性のあるタールの付着を防ぎます。-表面-。タールの液滴と凝縮物は、粘着性の焼き付けられた層を形成するのではなく、重力によって玉になって下に流れる傾向があります。-この自動クリーニング動作により、必要なメンテナンス シャットダウンの間隔が大幅に延長されます。-
熱性能に関する考慮事項
重要な技術的制限を遵守する必要があります。PTFE の連続使用温度は、濡れたチューブ壁で約 110 度 (230 度 F) です。したがって、PTFE 熱交換器に入る原料合成ガスは、まず急冷するか、ガス化装置の出口温度 (700 ～ 1,000 度) から 110 度未満まで予冷する必要があります。これは通常、合成ガスの温度を約 100 ～ 105 度まで急速に下げる別の上流クエンチ システム-多くは直接水スプレーまたは輻射冷却器-) で実現されます。その後、PTFE 熱交換器は、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) まで最終冷却を完了します。
熱回収による効率向上
合成ガスの冷却プロセスから回収された廃熱は廃棄されません。適切に設計されたバイオマスガス化プラントでは、PTFE 熱交換器から熱を吸収する熱水またはサーマルオイルが循環して、ガス化装置の燃焼用空気を予熱します。-燃焼用空気を予熱すると、プラント全体の熱効率が 10 ～ 20% 向上し、同じ出力に対するバイオマス燃料の消費量が直接削減されます。 PTFE クーラーは丈夫で化学的に盲目の肺であり、ガス化装置の熱く汚れた酸性の息を吸い込み、その火を静かにクリーン 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管理
PTFE の非粘着特性にもかかわらず、特に合成ガスに異常に高レベルの高分子量多環芳香族炭化水素が含まれている場合は特に、最終的に多量のタールが蓄積する可能性があります。--したがって、生合成ガス冷却用に設計された工業用 PTFE 交換器には通常、スプレー洗浄システムが組み込まれています。-タール凝縮物が蓄積する前に、継続的で穏やかな水または溶剤スプレーをチューブ表面 (またはガス入口流内) に向けて洗い流します。
スプレー洗浄では次のいずれかを使用します。
凝縮水のリサイクル: 洗浄水または下流のスクラビングから得られる弱アルカリ性溶液を低圧でスプレーします。
溶剤注入: PTFE を攻撃することなく重タールを溶解するバイオ-由来の溶剤（バイオディーゼルや植物油など）。
スプレー洗浄は慎重に計量する必要があります。過剰な流量はガス流をあふれさせる可能性があり、不十分な流量は汚れにつながります。スプレー ノズルは、チューブ束を完全にカバーす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から排出され、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戦略により、PTFE 交換器は大規模な手動洗浄の間に数か月または数年間動作することができます。
PTFE 合成ガスクーラーの機械設計に関する考慮事項
バイオマス合成ガス冷却用の PTFE 熱交換器は、いくつかの重要な点で標準の PTFE 浸漬ヒーターや小型熱交換器とは異なります。
チューブ肉厚: PTFE チューブの厚さは通常 1 ～ 2 mm で、機械的強度と、混入した灰粒子による摩耗に対する耐性を備えています。
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支持間隔を密に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 プレートが使用されます。
シェル材質: シェル側 (冷却水回路) は、腐食性合成ガスと接触しないため、炭素鋼またはステンレス鋼で構築できます。チューブ側のみ PTFE がライニングされているか、固体 PTFE チューブが使用されています。{1}
ガスケットとシール: 合成ガスの漏れを防ぐために、すべてのフランジ接続にフッ素ポリマー ガスケット (PTFE または FEP) が使用されています。
結論: 汚れたガス流から効率的な再生可能エネルギーを実現
PTFE 熱交換器は、バイオマス ガス化プラントにおける過酷な合成ガス冷却義務に対応する、堅牢、耐食性、耐汚染性-のソリューションであり、より効率的で信頼性の高い再生可能エネルギー プロセスを可能にします。金属を破壊する酸性凝縮液に耐性を持ち、他のタイプの熱交換器を詰まらせるタールの付着を防ぐことにより、PTFE ユニットは最小限のメンテナンスで継続的に動作します。回収された熱は燃焼用空気を予熱し、プラント全体の効率を高め、バイオマス発電プロジェクトの経済的ケースを改善します。{4}}-
最も環境に優しいエネルギーは、多くの場合、最も汚れた、最も腐食性のガス流から得られます。 PTFE 熱交換器は、化学的に無関心な中心部を備えており、その変革を静かに実現し、毎年文句を言わずにガス化装置の熱い息を冷却しています。-
