בעיית האלקטרוליטים בהתחממות יתר
תאי זיקוק אלקטרוני של נחושת מייצרים חום מהתנגדות אומהית. זרם העובר דרך אלקטרוליט בין האנודה לקתודה מייצר כ-0.25-0.35 קילו-וואט של חום לכל קילוגרם של נחושת שהופקדה. ללא קירור מספק, טמפרטורת האלקטרוליט עולה מעל גבול ההפעלה של 60-65 מעלות.
אלקטרוליט מחומם יתר על המידה יוצר בעיות מרובות בתהליך. היעילות הנוכחית יורדת כאשר התפתחות המימן מתחרה בתצהיר נחושת. מורפולוגיה של משקעים מתדרדרת, מייצרת קתודות גסות ונודולריות. יצירת ערפל חומצה עולה, ומחמירה את סביבת העבודה. על בית הזיקוק להפחית את צפיפות הזרם, ולהפחית ישירות את תפוקת הייצור.
סלילי קירור בלולאת מחזור האלקטרוליטים הם ההגנה העיקרית מפני התחממות יתר. כאשר סלילים אלו מאבדים מיעילות, כל תפוקת בית הזיקוק נפגעת. האבחון והתיקון חייבים להתרחש במהירות.
נתיב האבחון לחוסר יעילות סליל קירור
אובדן ביצועי סליל קירור בעקבות זיקוק אלקטרוני של נחושת לגורמים ספציפיים הניתנים לאבחון. פתרון בעיות שיטתי מזהה את סיבת השורש בתוך שעות ולא ימים.
האלקטרוליט נושא 40-50 גרם/ליטר נחושת ו-150-200 גרם/ליטר חומצה גופרתית ב-55-65 מעלות. חומצה חמה ומרוכזת זו תוקפת את רוב המתכות. סלילי קירור מנירוסטה מפתחים אבנית פני השטח כתוצאה מהתגבשות נחושת גופרתית כאשר טמפרטורות הקיר יורדות מתחת לנקודת הרוויה. סלילי קירור עופרת, מסורתיים בבתי זיקוק ישנים יותר, מתכלים לאט ויוצרים שכבות עופרת גופרתית מבודדות.
איכות מי הקירור חשובה באותה מידה. מים קשים מציבים אבנית סידן פחמתי בתוך הצינורות. מי מגדל קירור מציגים עיבוי ביולוגי המצפה משטחים פנימיים. שני המנגנונים מבודדים את דופן הצינור ממדיום הקירור.
גישת אבחון מובנית מודדת את טמפרטורות הכניסה והיציאה הן בצד האלקטרוליט והן בצד מי הקירור, מחשבת את מקדם העברת החום הכולל בפועל ומשווה אותו מול קו הבסיס של-מצב נקי. הפער בין ערך U- בפועל לערך הבסיסי מכמת את חומרת ההפרעות ומנחה פעולה מתקנת.
טבלה 1: אינדיקטורים לאבחון יעילות סליל קירור בעיבוד אלקטרו נחושת
| סִימפּטוֹם | סיבה סביר | מדידה אבחנתית | פעולת תיקון |
|---|---|---|---|
| U-ערך ירידה הדרגתית לאורך חודשים | אבנית נחושת גופרתית בצד האלקטרוליט | בדיקה חזותית; בדיקת מסיסות חומצה | הסרת אבנית כימית או החלפת PTFE |
| U-ערך ירידה פתאומית לאחר תחזוקת מי קירור | אבנית פנימית של מים קשים | ניתוח מי קירור; עליית ΔP | הסרת אבנית פנימית |
| קירור לא אחיד על פני בנק התאים | חלוקה לקויה של זרימה | מיפוי טמפרטורת תא פרטני | איזון מחדש את הזרימה; שקול רשת PTFE |
| ערך U- נמוך מתמשך לאחר ניקוי | דילול קיר או אבנית קבועה | מדידת עובי אולטרסאונד | החלפת סליל ב-PTFE |
| שינויים בביצועים עונתיים | שינוי טמפרטורת מי הקירור | סקירת יומן צ'ילר או מגדל קירור | מערכת מי קירור מוגדלת או סליל PTFE |
שיטות אבחון מניסיון תפעול בית זיקוק נחושת ותקני ביצועים של מחליף חום.
מדוע PTFE שובר את מעגל הזיהומים
סלילי קירור PTFE מטפלים בגורמים השורשיים לאובדן ביצועים בשירות זיקוק אלקטרו נחושת באמצעות תכונות החומר ולא הליכי תחזוקה.
יצירת גרעין באבנית נחושת סולפט דורשת אתרי פני שטח-עם אנרגיה גבוהה. אנרגיית פני השטח הנמוכה של PTFE מספקת מעט אתרי גרעין. אבנית שאכן נוצרת נדבקת בצורה חלשה ונוטה להתנתק בזרימת אלקטרוליטים רגילה. משטחי העברת חום נשארים נקיים יותר לאורך זמן ללא התערבות כימית.
חומצה גופרתית ב-150-200 גרם/ליטר ו-60 מעלות אינה תוקפת PTFE. לא מתרחשת קורוזיה. לא מתפתח דילול קיר. סליל הקירור שומר על עובי הדופן כפי שהותקן ומאפייני העברת החום שלו ללא הגבלת זמן. חלופות עופרת ופלדת אל חלד מתכלות בהדרגה בסביבה זו.
עיקול בצד המים הקירור נותר אפשרי עם סלילי PTFE, אך הקדח הפנימי החלק מתנגד להידבקות אבנית טוב יותר ממתכת פגומה. קיר הצינור האינרטי מבחינה כימית מבטל כל אפשרות של קירור מזהמי מים היוצאים דרך אתרי קורוזיה של חריר לתוך האלקטרוליט.
תוצאות מהמרת Tankhouse
בית זיקוק לנחושת החליף סלילי קירור עופרת בקטע של 40-תאים עם מחליפי חום PTFE. סלילי העופרת דרשו הסרת אבנית כל 4-6 שבועות, כאשר ערכי U ירדו ב-40% בין ניקוי לניקוי. טמפרטורת האלקטרוליט בתאים עם סלילים מעורפלים הגיעה ל-68 מעלות במהלך פעולת שיא זרם, מה שמאלץ הפחתת זרם.
סלילי PTFE היו בגודל עבור חובת קירור שווה באמצעות מים צוננים ב-15 מעלות. תצורת הרשת פיצחה את משטח הקירור באופן אחיד על פני רוחב התא. לאחר 12 חודשים של פעולה רציפה, טמפרטורת האלקטרוליט נשמרת על 61±2 מעלות ללא הגבלות זרם. ערך ה-U- נשאר בטווח של 8% מקו הבסיס הנקי. לא בוצעה הסרת אבנית כימית במהלך 12 החודשים.
תַקצִיר
חוסר יעילות קירור בזיקוק האלקטרוני של נחושת נובעת מאבנית נחושת סולפט ומקורוזיה חומצית של סלילים מתכתיים. מדידות טמפרטורה ואבחון-U מזהות את המנגנון הדומיננטי, המנחות את הפעולה המתקנת.
מחליפי חום PTFE נותנים מענה לשני המנגנונים באמצעות תכונות החומר: אנרגיית פני השטח נמוכה ממזערת את הידבקות האבנית, ואינרטיות כימית מבטלת קורוזיה חומצית. ביצועי העברת החום נשארים יציבים ללא השפלה מחזורית והתאוששות של סלילים מתכתיים.
עבור בתי זיקוק נחושת המבקשים להפחית את תחזוקת הקירור ולייצב את טמפרטורת האלקטרוליטים, ניתוח הנדסי עבור גודל סליל קירור PTFE זמין עם הגשת ממדי התא, הרכב האלקטרוליטים, טמפרטורת הפעולה, מפרטי מי הקירור ונתוני ביצועי הקירור הנוכחיים.
