Kiinteän olomuodon metallihydridi-vedyn varastointi tarjoaa tärkeimmät edut-korkean tilavuuden varastointitiheyden, alhaisen käyttöpaineen, erinomaisen turvallisuuden ja nollariskin korkean-painevedyn vuotamisesta-, joten se on tavanomaisen teknologian reitti kiinteässä energian varastoinnissa, vetylaitteistoissa ja hajautetuissa vetyvoimaloissa. Toistuvien lataus-purkausjaksojen aikana pedissä olevat metallihydridiseosjauheet tuottavat hienojakoista pölyä kaasuvirtauksen hankauksen, lämpölaajenemisen ja -kutistumisen sekä hiukkasten hankauksen vuoksi. Nämä mikro-hienot kulkeutuvat helposti alavirtaan ja tunkeutuvat venttiileihin, paineensäätimiin, tarkkuusvirtausmittareihin ja paineantureisiin aiheuttaen kelan takertumista, instrumenttien ajautumista ja peruuttamatonta putkiston kulumista. Jauhesintratuista metallisuodatinelementeistä, joille on tunnusomaista niiden kokonaan -metallinen monoliittinen huokoinen rakenne, erinomainen vetyhaurastumisen kestävyys, yhteensopivuus kaksisuuntaisen virtauksen kanssa ja regeneraatiokyky, on tullut keskeinen suodatuskomponentti hiukkasten pidättämisessä kiinteän olomuodon vedyn varastointijärjestelmissä.
Tässä artikkelissa tarkastellaan vetyenergia-alan toimintaominaisuuksia, verrataan SS316L ruostumattomasta teräksestä valmistettujen sintrattujen jauhesuodattimien ja titaanisintrattujen jauhesuodattimien luontaisia materiaalieroja, rakennesuunnittelulogiikkaa ja käyttörajoja, analysoidaan suodatusvirheiden perimmäisiä syitä kaksisuuntaisissa lataus-purkausolosuhteissa ja tarkastellaan alan standardeja suunnitteluohjeita{{1}. Tavoitteena on tarjota tekninen referenssi suodatinyksiköiden standardoituun suunnitteluun kiinteän -vedyn varastointijärjestelmissä.
Ainutlaatuiset suodattimen käyttöolosuhteet ja teollisuuden kipukohdat metallihydridivarastointijärjestelmissä
1.1 Järjestelmän nesteen ja jauheen käyttäytymisominaisuudet
Toisin kuin korkeapaineinen-kaasumainen vedyn varastointi, nestemäisen vedyn kuljetus tai vesi-elektrolyysi vedyn tuotanto, metallihydridin varastointijärjestelmillä on kolme ominaista toiminnallista ominaisuutta: kaksisuuntainen vuorotteleva kaasuvirtaus, lämpökiertokytkentä ja jatkuva hiukkasten irtoaminen.
►Kaksisuuntainen virtausjärjestelmä:Järjestelmä toimii vetypurkauksen (eteenpäin virtaus säiliöstä alavirtaan) ja vetylatauksen (käänteinen korkea{0}}paine H₂ säiliöön) alla. Virtauksen suunta vaihtuu ajoittain. Perinteisten yksisuuntaisten gradienttisuodattimien käänteinen suodatusteho heikkenee jyrkästi ja huokoset tukkeutuvat peruuttamattomasti.
►Paine-lämpötila-kierto:Tyypillinen käyttöpaine vaihtelee välillä 0 - 50 barg. Varaus-purkausreaktioihin liittyy merkittävä lämmön absorptio/vapautuminen, ja sisäkerroksen lämpötilat vaihtelevat -20 ja 80 asteen välillä. Suodatinelementtien on kestettävä sekä painepulsaatioita että syklisiä lämpörasituksia.
►Määritetty hiukkaskokojakauma:Valtavirran harvinaisten-maametallien, Ti-- ja Mg{2}}pohjaisten hydridien primäärihiukkaskoot ovat 50–200 μm. Pitkä-pyöräily tuottaa pieniä määriä (2–10 μm) toissijaista ultra-hienoa pölyä. Nämä kovat, kulmikkaat hiukkaset uppoavat helposti joustaviin suodatinmateriaalin huokosiin aiheuttaen pysyvän tukkeutumisen.
►Korkean{0}}puhtaus vetyympäristö:Pitkäaikainen altistuminen korkealle{0}}paineelle H₂ aiheuttaa vetyhaurastumista, hilan halkeilua ja hydridi-indusoituja halkeamia tavallisissa metalleissa. Ei--metalliset polymeerimateriaalit kärsivät ikääntymisestä, irrotettavista epäpuhtauksista ja riittämättömästä paineenkestävyydestä, minkä vuoksi ne eivät sovellu pitkäaikaiseen-käyttöön.
1.2 Varastointijärjestelmien tavanomaisten suodatusratkaisujen rajoitukset
Teollisuuden varhaiset yritykset käyttää kudottua metalliverkkoa, laskostettuja polymeeripatruunoita ja rei'itettyjä levyjä ovat osoittautuneet riittämättömiksi. Tärkeimmät puutteet on koottu taulukkoon 1.
| Suodattimen tyyppi | Huokosten yhtenäisyys | Kaksisuuntainen virtaus | H₂ Haurastumisenkestävyys | Terminen regenerointi | Hiukkasten retentiostabiilisuus |
| Kudottu metalliverkko | Huono | Ei | Kohtalainen | Kyllä | Matala (langan muodonmuutos) |
| Laskostettu polymeeripatruuna | Hyvä | Ei | Huono | Ei | Matala (ikääntyminen ja halkeilu) |
| Lajiteltu komposiittimetallisuodatin | Hyvä | Ei | Hyvä | Kyllä | Matala (käänteinen tukos) |
| KSymmetric sintrattu metallijauhe | Erinomainen | Kyllä | Hyvä | Kyllä | Korkea (vakaa kauttaaltaan) |
Taulukko 1 – Perinteisten suodatintyyppien ja sovellusvaatimusten vertailu
Kudottu metalliverkko:Epäyhtenäinen huokoskoko, heikko vastustuskyky kaasun törmäykselle, taipumus langan muodonmuutokselle vaihtelevassa virtauksessa, suuri hiukkasten tunkeutuminen ja syvyys{0}}suodatuskapasiteetin puute.
Polymeerilaskostetut patruunat:Vakava vetyhaurastumisen hajoaminen, ei kestä korkeaa{0}}H₂painetta, ei korkeassa-lämpötiloissa tapahtuvaa regenerointikykyä, ei yhteensopiva lämpökierron kanssa.
Luokitetut komposiittimetallisuodattimet:Epäsymmetrinen huokosrakenne (karkea ulkopinta, hieno sisäpuoli) suunniteltu yksisuuntaiseen virtaukseen. Käänteislatauksessa hieno pintakerros tiivistyy välittömästi jauheella, mikä aiheuttaa nopean paine-eron nousun ja alentaa latausnopeuksia.
Näiden alan{0}}laajuisten haasteiden perusteellasymmetriset homogeeniset jauhesintratut metallisuodatinelementitniistä on tullut tunnustettu optimaalinen suodatusratkaisu kiinteän olomuodon{0}}vedyn varastointisovelluksiin.
Jauhesintrattujen metallisten suodatinelementtien valmistusprosessi ja suodatusmekanismit
2.1 Valmistusperiaate
Jauhesintratut metallisuodatinelementit valmistetaan täysin-jauhemetallurgisella sintrausprosessilla: pallomainen ruostumaton teräs tai puhdas titaanijauhe levitetään tasaisesti, puristetaan-ja sitten tyhjiö-sintrataan korkeassa lämpötilassa, jolloin saadaan-hiukkasten välinen kaksikerros tai sidos käyttöliittymät. Tuloksena oleva rakenne on kolmiulotteisesti yhdistetty, yhtenäinen huokoinen verkko. Tärkeimmät rakenteelliset edut on esitetty taulukossa 2.
| Attribuutti | Kuvaus |
| Huokosten jakautuminen | Erittäin tasainen (kapea huokoskokoalue) |
| Mekaaninen lujuus | Korkea puristus-/puristusvastus |
| Median hajoaminen | Nolla-ei hiukkasten vapautumista itse elementistä |
| Materiaalien yhteensopivuus | Täysin metallinen, täysin yhteensopiva H₂-järjestelmien kanssa |
| Uusiutuvuus | Useita puhdistusjaksoja (takaisinhuuhtelu + ultraääni + lämpö) |
Taulukko 2 – Sintrattujen metallisuodattimien keskeiset rakenteelliset edut
2.2 Hiukkasten säilytysmekanismit varastointijärjestelmissä
Kovametallihydridiseosjauheissa sintratut metallisuodattimet käyttävät kahta mekanismia: pinnan sieppausta ja syvän -pedin pidätystä.
Pintaseulonta:Ensisijaiset karkeat hiukkaset (50–200 μm) jäävät suodattimen ulkopinnalle muodostaen läpäisevän kakun, joka voidaan poistaa käänteisellä kaasuhuuhtelulla (itse-puhdistus).
Syvän{0}}sängyn kuvaus:Toissijainen ultra-hienohieno pöly (2–10 μm), joka syntyy syklisen hankauksen seurauksena, jää loukkuun mutkaisiin kolmiulotteisiin sisähuokoskanaviin, mikä estää tunkeutumisen myötävirtaan tarkkuuskomponentteihin.
Virtauksen oikaisuvaikutus:Sintrattu huokoinen rakenne vaimentaa painepiikkiä lataus-/purkaussiirtymien aikana, mikä vähentää pyörteistä häiriötä hydridipedille ja minimoi toissijaisen pölyn kulkeutumisen.
......
