Съхранението на водород в твърдо{0}} състояние на метален хидрид предлага ключови предимства-висока обемна плътност на съхранение, ниско работно налягане, превъзходна безопасност и нулев риск от изтичане на водород под високо{2}}налягане-, което го прави основен технологичен път за стационарно съхранение на енергия, бордово оборудване за водород и разпределени водородни електроцентрали. По време на повтарящи се цикли на зареждане-разреждане праховете от метални хидридни сплави в слоя генерират фин прах поради измиване на газовия поток, топлинно разширение-свиване и триене на частици. Тези микро-фини частици лесно мигрират надолу по веригата, нахлувайки във вентили, регулатори на налягане, прецизни разходомери и сензори за налягане, причинявайки залепване на макарата, дрейф на инструмента и необратимо износване на тръбопровода. Прахово синтеровани метални филтърни елементи, характеризиращи се с тяхната изцяло-метална монолитна пореста структура, отлична устойчивост на водородна крехкост, съвместимост с двупосочен поток и регенеративна способност, се превърнаха в основен филтриращ компонент за задържане на частици в твърди-системи за съхранение на водород.
Тази статия разглежда работните характеристики на сектора на водородната енергия, сравнява присъщите разлики в материалите, логиката на структурния дизайн и границите на приложение на филтри от синтерована прах от неръждаема стомана SS316L и филтри от синтерована прах от титан, анализира основните причини за повреда на филтрирането при условия на двупосочно зареждане-разреждане и прави преглед на индустриалните-стандартни указания за проектиране и практики за поддръжка. Целта е да се предостави техническа справка за стандартизиран дизайн на филтриращи модули в твърди -системи за съхранение на водород.
Уникални работни условия на филтриране и болни точки в индустрията в системите за съхранение на метален хидрид
1.1 Характеристики на поведението на системната течност и прах
За разлика от сценариите за-съхраняване на газообразен водород под високо{0}}налягане, транспортиране на течен водород или-водна електролиза за производство на водород, системите за съхранение на метален хидрид показват три отличителни експлоатационни характеристики: двупосочен променлив газов поток, термично циклично свързване и непрекъснато отделяне на частици.
►Режим на двупосочен поток:Системата работи при изпускане на водород (поток от резервоара към тръбопровод надолу по веригата) и зареждане с водород (обратно високо-налягане H₂ в резервоара). Посоката на потока се сменя периодично. Конвенционалните еднопосочни градиентни филтри страдат от рязък спад в ефективността на обратната филтрация и необратимо блокиране на порите.
►Смяна на налягане-температура:Типичното работно налягане варира от 0 до 50 barg. Реакциите зареждане-разреждане включват значително поглъщане/освобождаване на топлина, като вътрешните температури на леглото варират между –20 градуса и 80 градуса. Филтърните елементи трябва да издържат както на пулсации на налягането, така и на циклични топлинни натоварвания.
►Дефинирано разпределение на размера на частиците:Основните хидриди на основата на редки-земни елементи, Ti-и Mg-базирани имат първичен размер на частиците от 50–200 μm. Дългосрочното-циклене генерира незначителни количества (2–10 μm) вторичен ултра{9}}фин прах. Тези твърди, ъглови частици лесно се вграждат в порите на гъвкавата филтърна среда, причинявайки постоянно запушване.
►Водородна среда с-висока чистота:Продължителното излагане на високо-налягане H₂ причинява водородна крехкост, напукване на решетката и предизвикани от хидрид-пукнатини в обикновените метали. Не-металните полимерни носители страдат от стареене, извличащи се замърсители и недостатъчна устойчивост на натиск, което ги прави неподходящи за дълго-продължително обслужване.
1.2 Ограничения на конвенционалните филтриращи решения в системите за съхранение
Ранните опити в индустрията с използване на тъкани телени мрежи, нагънати полимерни патрони и перфорирани плочи се оказаха неадекватни. Основните недостатъци са обобщени в таблица 1.
| Тип филтър | Еднородност на порите | Двупосочен поток | H₂ Устойчивост на крехкост | Термична регенерация | Стабилност на задържане на частици |
| Плетена телена мрежа | беден | не | Умерен | да | Ниска (деформация на проводника) |
| Плисирана полимерна касета | добре | не | беден | не | Ниска (стареене и напукване) |
| Сортиран композитен метален филтър | добре | не | добре | да | Ниско (обратно блокиране) |
| KСиметричен синтерован метал на прах | Отлично | да | добре | да | Висок (стабилен навсякъде) |
Таблица 1 – Сравнение на конвенционалните типове филтри спрямо изискванията за приложение
Плетена телена мрежа:Непостоянен размер на порите, слаба устойчивост на газови удари, склонност към деформация на проводника при променлив поток, високо проникване на частици и липса на капацитет за дълбочинна-филтрация.
Полимерни плисирани касети:Силно влошаване на водородната крехкост, не може да издържи на високо-налягане H₂, няма-възможност за регенерация при висока{1}}температура, несъвместимо с термични цикли.
Сортирани композитни метални филтри:Асиметрична структура на порите (груба външна, фина вътрешна), проектирана за еднопосочен поток. При обратно зареждане финият повърхностен слой незабавно се запечатва от прах, причинявайки бързо повишаване на диференциалното налягане и намалени скорости на зареждане.
Въз основа на тези предизвикателства-в цялата индустрия,симетрични хомогенни прахово синтеровани метални филтърни елементисе превърнаха в признато оптимално решение за филтриране за-приложения за съхранение на водород в твърдо състояние.
Производствен процес и механизми за филтриране на прахово синтеровани метални филтърни елементи
2.1 Принцип на производство
Прахово синтеровани метални филтърни елементи се произвеждат чрез напълно-процес на синтероване в праховата металургия: сферична неръждаема стомана или чист титанов прах се нанасят равномерно,-пресоват и след това вакуумно-се синтероват при висока температура, за да се постигне между-металургично свързване на частиците-без свързващи вещества, лепила или многослойни интерфейси. Получената структура е три-свързана помежду си еднаква пореста мрежа. Основните структурни предимства са обобщени в таблица 2.
| Атрибут | Описание |
| Разпределение на порите | Силно равномерно (тесен диапазон на размера на порите) |
| Механична якост | Висока устойчивост на смачкване/компресия |
| Медийно проливане | Без{0}}отделяне на частици от самия елемент |
| Съвместимост на материалите | Изцяло метален, напълно съвместим с H₂ системи |
| Регенерируемост | Няколко цикъла на почистване (обратно промиване + ултразвуково + термично) |
Таблица 2 – Основни структурни предимства на синтерованите метални филтри
2.2 Механизми за задържане на частици в системи за съхранение
За прахове от сплави с твърд метален хидрид, синтерованите метални филтри използват двоен механизъм: повърхностно улавяне и дълбоко{0}}задържане.
Скрининг на повърхността:Първичните груби частици (50–200 μm) се задържат върху външната повърхност на филтъра, образувайки пропусклива утайка, която може да бъде отстранена чрез обратно продухване с газ (само-почистване).
Дълбоко{0}}улавяне:Вторичен ултра{0}}фин прах (2–10 μm), генериран от циклично триене, се улавя в изкривените три-измерни канали на вътрешните пори, предотвратявайки проникването към прецизни компоненти надолу по веригата.
Ефект на коригиране на потока:Синтерованата пореста структура потиска ударите на налягането по време на преходите на зареждане/разреждане, намалявайки турбулентните смущения в хидридния слой и минимизирайки вторичното увличане на прах.
......
