Juntas de estanqueidad, materiales clave para la producción de hidrógeno alcalino

La junta de sellado es uno de los materiales clave de electrolizador alcalino. Como componente principal del sellado del electrolizador, la calidad de su sellado determina en gran medida la calidad del rendimiento de sellado y aislamiento de la cámara del electrolizador y afecta directamente la seguridad y confiabilidad de todo el sistema de producción de hidrógeno por electrólisis de agua alcalina.

1. Función de la junta de sellado

(1) Función de sellado

La presión de funcionamiento de los electrolizadores alcalinos de tipo presión convencionales generalmente no supera los 1,6 MPa. El electrolizador generalmente adopta una estructura de filtro prensa. El sistema de sellado es una junta plana. La línea de agua de sellado se abre en el borde del marco de la placa y el rendimiento del material de junta de sellado modificado se utiliza para garantizar el sellado de todo el electrolizador. El medio que fluye dentro del electrolizador incluye el electrolito circulante y el hidrógeno y oxígeno generados. La función de la junta de sellado es evitar que la solución electrolítica, el hidrógeno y el oxígeno se escapen del electrolizador en condiciones de funcionamiento de una solución de KOH al 30 %, 90 °C y 1,6 MPa.

(2) Función de aislamiento

Además del rendimiento de sellado, la junta de sellado también debe tener rendimiento de aislamiento para garantizar el aislamiento entre los dos marcos polares de la cámara de electrólisis y evitar cortocircuitos dentro de la cámara.

2. La estructura de la junta de sellado y su posición en la celda electrolítica.

La junta de estanqueidad tiene forma de anillo. Es necesario perforar agujeros en la junta para dejar espacio para el flujo de electrolito dentro de la celda electrolítica. Al mismo tiempo, es necesario procesar los orificios de posicionamiento de la junta de sellado para facilitar la instalación de la junta de sellado.

En la cámara de una celda electrolítica sólo hay una junta de estanqueidad, que se coloca entre la placa y la membrana en la zona del ánodo. El borde exterior de la junta de sellado coincide con el borde exterior del marco del poste, y la posición del anillo interior y el borde generalmente excede el borde del diafragma en aproximadamente 10 mm. Por lo tanto, el ancho de la junta de sellado incluye el ancho de la junta que se superpone con la línea de flotación de sellado, el ancho del orificio del canal de flujo en la junta y el ancho de la superposición entre la junta y el diafragma.

3. El material de la junta de sellado.

Dado que la junta de sellado debe desempeñar una función aislante, el rendimiento se mejora principalmente modificando el material de sellado aislante. Los fluoroplásticos modificados son un tipo de material sellante que se ha estudiado más intensa y profundamente en la electrólisis de agua alcalina. En la actualidad, la mayoría de los materiales domésticos de sellado por electrólisis de agua alcalina son fibra de carbono, disulfuro de molibdeno, etc. como rellenos de refuerzo rellenos de politetrafluoroetileno, que se obtienen mediante moldeo y sinterización. Los materiales de sellado utilizados actualmente todavía son propensos al flujo en frío y a la fluencia bajo altas temperaturas y altas presiones y al apagado intermitente de las celdas electrolíticas alcalinas, lo que resulta en fugas en las celdas, lo que afecta la vida útil de las celdas electrolíticas.

Al examinar el rendimiento de los materiales de juntas de sellado, generalmente examinamos tres parámetros principales: dureza Vickers, rendimiento de rebote de compresión y rendimiento de relajación por fluencia.

Dureza Vickers: La dureza es uno de los indicadores de rendimiento integrales compuestos por una serie de propiedades mecánicas como la elasticidad, plasticidad y dureza de los materiales de sellado. Puede medir la capacidad de la superficie del material de sellado para resistir la presión mecánica y también puede caracterizar hasta cierto punto el grado de unión entre el relleno de refuerzo y el cuerpo de politetrafluoroetileno. La dureza del material de sellado puede aumentar la capacidad de la superficie del material para resistir la presión mecánica hasta cierto punto y es un medio eficaz para mejorar la resistencia a la compresión del material.

Resiliencia a la compresión: la resiliencia a la compresión refleja la deformación elástica o plástica del material de sellado, rellena los defectos en la superficie de sellado y realiza una compensación elástica para mantener la capacidad de sellado. Es un indicador importante para medir el rendimiento del material de sellado.

Rendimiento de relajación de fluencia: El rendimiento de relajación de fluencia es una de las propiedades más importantes para caracterizar el material de sellado, y refleja la capacidad del material de la junta para resistir la relajación de tensiones y la deformación. Para las juntas de sellado de PTFE modificadas, la relajación por fluencia es la razón principal de las fugas en el sistema de brida del perno durante la vida útil y juega un papel decisivo en la capacidad de sellado de la superficie de la junta y la vida útil de la junta. Generalmente, cuanto menor sea la tasa de relajación de la fluencia, mayor será la carga de compresión residual y mejor será el rendimiento del sellado a largo plazo.

4. Proceso de fabricación de juntas de sellado.

En la actualidad, el proceso de fabricación de juntas de sellado se basa generalmente en fibra de carbono, sulfuro de polifenileno (PPS) y disulfuro de molibdeno (MoS2) como rellenos de refuerzo, y se fabrica mediante un proceso de sinterización por compresión en molde.

El politetrafluoroetileno (PTFE) pretratado y la carga mezclada se pesan según la proporción, se vierten en un mezclador de alta velocidad con agua fría para mezclar y luego la mezcla se coloca en un molde y se moldea mediante una prensa de tabletas. Tras el desmolde se obtiene una muestra preformada de 3 mm de espesor. La muestra preformada se sinteriza y se enfría en un horno de resistencia tipo caja según un determinado procedimiento para obtener una junta de sellado terminada.