Hydrogen Applications

LESER Safety Valves for hydrogen applications

Already today, more than 600 billion cubic meters of hydrogen are produced each year worldwide for the process industry. Hydrogen is a basic material in many industries, e.g. in refineries, in ammonia production or other chemical processes. Hydrogen is produced by chemical processes or electrolysis processes using electrical energy.

In addition to these needs, the technology for using hydrogen as an energy source in combustion engines or via fuel cells is now also ready to replace petroleum products in the future.
The advantages of hydrogen as an energy carrier are among them:

Neutral CO₂-footprint: Hydrogen produced from renewable energies is a CO₂-neutral energy carrier and basic material.
Flexible energy storage: Hydrogen produced from renewable energies can be stored in liquid or gaseous form in tanks and caverns. It is distributed over the area using mobile tanks and existing gas pipelines.
Power to X: Hydrogen can be used flexibly as an energy supplier in fuel cells, fuel in combustion engines and as a coke substitute in steel production. With the addition of CO₂, it can also be used as a fuel and combustible.

Hydrogen_Embrittlement — Fragilización por hidrógeno

Inserto: Fragilización por hidrógeno

Causa:
El hidrógeno atómico (H) se produce en las superficies metálicas en contacto con hidrógeno, por ejemplo, mediante galvanoplastia. Éste penetra en la estructura metálica y vuelve a formar hidrógeno molecular (H2).

Efecto:
El metal pierde su elasticidad y se rompe sin fase de expansión.

La solución LESER :
El acero austenítico, p. ej. 1.4404, que LESER utiliza de forma estándar para sus placas y casquillos de asiento en aplicaciones de hidrógeno, es en gran medida insensible a la fragilización por hidrógeno.

Productos LESER para diversas aplicaciones del hidrógeno

Se prefieren los siguientes grupos de productos:

LESER recomienda acero inoxidables austeníticos como los materiales estándar LESER 1.4404/316L o 1.4408/CF8M para las partes húmedas de la válvula de seguridad . Estos materiales son insensibles a la fragilización por hidrógeno. El uso de material fundido o forjado depende de las condiciones de aplicación .

Las Válvulas de Seguridad LESER han demostrado durante años su idoneidad para temperaturas criogénicas desde -150 °C/-238 °F hasta el cero absoluto. Para obtener los mejores resultados de sellado en estas condiciones, se recomienda la siguiente configuración de productos :

Seguridad válvula con boquilla - Grupo de productos API Tipo 5264
Superficies de sellado metálicas - versión estándar
Estelitado disco - LESER opción de código J25
Estelitado boquilla - LESER opción de código L65

Hidrógeno, ya sea en estado gaseoso, altamente comprimido o licuado, póngase en contacto con nosotros y encontraremos la solución adecuada para su aplicación . LESER prueba válvulas de seguridad para aplicaciones criogénicas en su propio banco de pruebas criogénicas.

Aplicaciones de referencia LESER

LESER cubre toda la cadena de valor del hidrógeno. Desde la producción en plantas de proceso, la compresión con compresores de alta presión, la distribución en depósitos, tuberías y sistemas de repostaje hasta el consumo en depósitos móviles en buques y pilas de combustible.

Hidrógeno: de la producción a la utilización

Power generation

H2 Production

Drying & Storage

Transport

Usage

Generación de electricidad mediante energía solar

Solarkraftwerke — Central parabólica; central Fresnel

Generación de energía solar

La energía solar puede generarse mediante distintos tipos de sistemas.

Algunos ejemplos son:

Centrales termosolares

Absorción del calor solar y transporte a través de un medio de transferencia de calor a una central eléctrica
Conversión en energía eléctrica
Los tipos de centrales eléctricas son los cilindros parabólicos y las centrales de Fresnel, las centrales de torre solar son una variante
En las centrales termosolares se utilizan válvulas de seguridad
Requieren una elevada estanqueidad del cuerpo y del asiento debido a los medios de arrastre , temperaturas de hasta 570 °C / 1.058 °F, y presiones de hasta 40 bar-g / 580 psig

Sistemas fotovoltaicos

Conversión de la energía solar directamente en energía eléctrica a través de una célula solar


Tipo 459 Solar	Tipo 526

Puede encontrar más información sobre válvula de seguridads en plantas de energía solar aquí

Producción - Tipos de electrólisis

Electrólisis PEM

El principio

La electrólisis de "membrana de intercambio de protones" (PEM) utiliza un electrolito polimérico sólido, una membrana de intercambio de protones, que se lava con agua. Cuando se aplica tensión eléctrica a la membrana, los iones de hidrógeno H+ migran a través de ella. Esto produce hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo.

Uso de la válvula de seguridads

La electrólisis produce hidrógeno en estado gaseoso.
La presión nominal de salida es de 5 bar-g. Para la protección contra sobrepresión , la válvula de seguridad tiene una presión de ajuste de 6 bar-g. El sistema completo consta de varios módulos. Cada módulo individual sólo tiene una potencia pequeña o media. Los módulos están protegidos individualmente, en su mayoría con válvulas de seguridad de la serie Rendimiento compacto .


Tipo 437	Tipo 459

Electrólisis alcalina

Sunfire Alkaline Electrolyser — Electrolizador alcalino Sunfire

El principio

La electrólisis alcalina consta de electrodos metálicos sumergidos en una solución acuosa alcalina y separados por una membrana permeable. Al aplicar corriente eléctrica, se produce oxígeno en el ánodo e hidrógeno en el cátodo. Se divide una solución de hidróxido de potasio (KOH) de hasta el 40%. La temperatura de funcionamiento de estas instalaciones industriales supera a veces los
80 °C.

Uso de la válvula de seguridad

Las presiones de operación para la electrólisis alcalina son de hasta 34 bar-g. La protección contra sobrepresión se proporciona a 36 bar-g. Esto significa que las presiones de funcionamiento y de servicio están muy próximas entre sí, ya que esta diferencia suele ser del 20% en el caso de los líquidos. Por lo tanto, las válvulas de seguridad Tipo 821 accionadas por piloto se utilizan cada vez más junto con las válvulas de seguridad Tipo 441 accionadas por resorte . Ventajas:

Baja diferencia de presión de cierre de máx. 7%.
El efecto demodulación reduce la cantidad máxima de hidrógeno descargado en caso de respuesta. Esto reduce el esfuerzo de diseño para los sistemas de soplado.


Tipo 441	Tipo 821

Electrólisis SOEC

SOEC Electrolysis — Electrolizador de alta temperatura

El principio

Las células electrolíticas de óxido sólido (SOEC) funcionan a temperaturas comprendidas entre 500 y 850 °C aproximadamente. La función general de la célula electrolítica es dividir el agua en forma de vapor en H2 y O2 puros. El vapor se introduce en el cátodo poroso. Cuando se aplica un voltaje, el vapor se desplaza a la interfaz cátodo-electrolito y se reduce para formar H2 puro e iones de oxígeno. A continuación, el hidrógeno gaseoso se difunde de nuevo a través del cátodo y se recoge en su superficie como hidrógeno gaseoso combustible.

Uso de válvulas de seguridad

Las válvulas de seguridad protegen el cátodo de una sobrepresión inadmisible. La presión de servicio máxima admisible es de 0,5 bar-g por pila. El LESER Tipo 441 ofrece seguridad a partir de 0,1 bar-g.

Tipo 441

Reformado de vapor

Steam_reforming — Producción de hidrógeno en el Parque Químico de OQ

El principio

En el reformado de vapor , el gas natural, el GLP o la nafta se convierten en CO2 y H2. Primero se desulfura el material de entrada y luego se añade vapor . La mezcla se hace pasar por un catalizador. Esto produce un gas de síntesis a partir de H2, CO, CO2, H2O y CH4.
Las proporciones de las moléculas se cambian por reacción a H2 y CO2. La separación de los dos componentes tiene lugar en un tamiz molecular. Cuando el sistema recoge y almacena el CO2, el hidrógeno producido es "azul".

Uso de válvulas de seguridad

Las válvulas de seguridad protegen las calderas de vapor , así como los materiales de entrada y salida. La protección contra sobrepresión para el hidrógeno puede alcanzar hasta
51 bar-g.


Tipo 526	Tipo 447

Secado y almacenamiento

Secado

El principio

Dependiendo de cómo se produzca el hidrógeno, es necesario secarlo antes de su posterior procesamiento o transporte. Sin el secado, la humedad se condensaría y congelaría durante la compresión o el enfriamiento.

Uso de la válvula de seguridad

Las válvulas deseguridad protegen el sistema de secado de sobrepresiones inadmisibles. Todas las válvulas de seguridad utilizadas son de acero inoxidable austenítico porque es resistente a la fragilización por hidrógeno.


Tipo 437	Tipo 459

H2_Storage — Tanques de almacenamiento de H2

Almacenamiento

El principio

El hidrógeno se almacena en forma líquida a presiones de hasta 70 bar-g o en forma gaseosa a presiones de 200 bar-g y superiores.
El almacenamiento transcrítico es una posible innovación para conseguir una mayor densidad energética. En este caso, el hidrógeno gaseoso se almacena a -240 °C y a más de 300 bar-g.

Uso de válvulas de seguridad

Las válvulas de seguridad protegen los tanques de almacenamiento de sobrepresiones no permitidas. Para el hidrógeno líquido, todas las válvulas de seguridad utilizadas son de acero inoxidable austenítico. A temperaturas de -253 °C, algunos aceros tienden a volverse quebradizos - los aceros inoxidables austeníticos como 1.4404 / SA-479 316L o 1.4408 / SA-351 CF8M son adecuados para estas temperaturas.
Válvulas de seguridad utilizadas:
Tipo 437 hasta 70 bar-g
Tipo 526 hasta 70 bar-g
Tipo 459 hasta 10 bar-g
Si el hidrógeno se almacena en estado gaseoso, la salida puede ser de acero . El hidrógeno sólo está presente en la salida de la válvula de seguridad cuando se descarga , es decir, durante poco tiempo. Válvulas de seguridad utilizadas:
Tipo 459 hasta 352 bar-g


Tipo 437	Tipo 459	Tipo 526

Transporte

Opciones de transporte

El hidrógeno en estado líquido puede transportarse eficazmente por tren o camión, incluso en pequeñas cantidades, y distribuirse de forma descentralizada. En estado gaseoso, el hidrógeno puede transportarse individualmente a presión por camión. Sin embargo, sólo en pequeñas cantidades. Para transportar grandes cantidades de hidrógeno se utilizan tuberías. Un ejemplo es el triángulo químico del centro de Alemania en torno a Bitterfeld, Schkopau y Leuna. Los 3.600 millones de m³ de hidrógeno necesarios anualmente se transportan a través de varias tuberías de hidrógeno de una longitud combinada de 150 km.

Uso de válvulas de seguridad

Los contenedores de transporte están protegidos contra la expansión térmica , por ejemplo, por la radiación solar. Debido a la baja caperuzacidad de potencia requerida, se suele utilizar el grupo de productos Rendimiento compacto con tipos 437 ó 459. Los compresores de los sistemas de tuberías, que generan la presión necesaria para el transporte, pueden protegerse con el tipo 526.


Tipo 437	Tipo 459	Tipo 526

Uso del hidrógeno - ejemplos industriales

Combustibles sintéticos

H2_Synthetic_fuels — Depósito de hidrógeno durante la síntesis del combustible

Producción

Los combustibles sintéticos pueden producirse a partir de hidrógeno y dióxido de carbono atmosférico. Esto significa que se diferencian de los combustibles convencionales por el proceso de producción y el cambio resultante en la estructura química. Mediante este proceso, no se emite más CO2 a la atmósfera.

Uso de la válvula de seguridads

Con la válvula de seguridad Tipo 811 accionada por piloto , las aplicaciones pueden protegerse cerca de la presión de funcionamiento . En concreto, las POSV se abren a más de 30 bar-g -este diseño permite que los sistemas permanezcan en la clase de presión PN40.


Tipo 811	Tipo 438	Tipo 459	Tipo 433

Estaciones de servicio de hidrógeno

Hydrogen_fuling_stations_Hamburg — Estación de servicio de H2, Hamburg Hafen City

Estaciones de abastecimiento de hidrógeno

Dependiendo de si el hidrógeno se utiliza como combustible en coches, camiones o trenes, las presiones de almacenamiento difieren. Los coches suelen funcionar con hidrógeno a una presión de hasta 700 bar-g. En camiones y trenes, en cambio, la presión de almacenamiento es de 350 bar-g. Para repostar, se requiere una caída de presión de unos 200 bar-g entre el depósito intermedio y el vehículo.

Uso de válvulas de seguridad

Las válvulas de seguridad se utilizan para proteger los sistemas de repostaje a presiones de hasta 1.100 bar-g. Estas presiones garantizan una distancia suficiente entre la presión de repostaje y la presión de ajuste . Esto permite acelerar el proceso de repostaje.


Tipo 437	Tipo 459

Industria - Química

H2_Industry_Chemical — Producción de fertilizantes SKW Pisteritz

Uso del hidrógeno en la industria química

La industria química es actualmente el mayor usuario de hidrógeno, ya que constituye el punto de partida de importantes cadenas de valor químicas. En la actualidad, ya se utilizan en Alemania unos 12.500 millones de metros cúbicos de hidrógeno al año*.

Ejemplo: Producción de amoníaco en plantas de urea

La urea es una importante materia prima para los fertilizantes. El hidrógeno se utiliza para producir amoníaco como precursor para la síntesis de Cabermat.

Uso de la válvula de seguridads

Las válvulas de seguridad LESER protegen todos los procesos de producción de urea de sobrepresiones no permitidas. Por ejemplo, el Tipo 526 válvula de seguridads protege el hidrógeno en el proceso de producción de amoníaco a hasta 60 bar-g y temperaturas de hasta 150 °C. La propia síntesis de Cabermat está protegida por la válvula de seguridad LESER urea.

Tipo 526

Aquí encontrará información sobre válvulas de seguridad en instalaciones de urea [EN]

Industria - Plástico

H2_Industry_Plastic — Refinería Heide/Alemania

Uso del hidrógeno en los plásticos

El hidrógeno desempeña un papel importante en la producción de plásticos. Por ejemplo, el hidrógeno se utiliza para romper las cadenas de hidrocarburos y desulfurar los medios del proceso. En este proceso se generan presiones de 200 bar-g y temperaturas de hasta 480 °C en el craqueador.

Uso de la válvula de seguridads

La válvula de seguridad LESER protege todas las aplicaciones en torno a la producción de plásticos contra una sobrepresión no permitida. En el ejemplo descrito, se utilizan válvulas de seguridad de los tipos 433 o 526 para proteger, por un lado, el hidrógeno antes de entrar en el craqueador y, por otro, los materiales de alimentación.


Tipo 433	Tipo 526

Industria - Acero

H2_Industry_Steel — Parque Landscaperuzae Duisburg-Nord/Alemania

Transformación de la industria del acero

Parque Landscaperuzae de Duisburg-Nord:
Un pedazo de la historia de LESER que se puede tocar.

Desde hace más de 25 años, las 180 hectáreas de acerado en desuso se utilizan para actividades deportivas o culturales.
Una combinación única de naturaleza urbana y patrimonio industrial de la cuenca del Ruhr.
LESER forma parte de este patrimonio cultural, ya que algunas de las antiguas LESER válvula de seguridads de alza completa de tipo 541 aún contribuyen al encanto industrial del parque landscaperuzae y pueden admirarse in situ.
La LESER válvula de seguridads aseguró la protección contra sobrepresión alrededor de los altos hornos.

Tipo 441

H2_Industry_Steel_2 — Molino de acero Salzgitter

El futuro de la producción de acero

La producción alemana de acero representa actualmente alrededor del 30% de las emisiones industriales totales de CO2 del país.
Convertir la producción de acero a tecnologías bajas en CO2 y, a largo plazo, neutras para el clima, por ejemplo, utilizando hidrógeno en lugar de carbón de coque.
Diseñar las plantas de producción de acero de forma que se pueda utilizar hidrógeno además de gas natural.

Uso de válvulas de seguridad

LESER salvaguarda los procesos de la industria del acero que deben protegerse contra la sobrepresión no permitida. Las válvulas de seguridad protegen, por ejemplo, la generación de hidrógeno que se utiliza directamente en la reducción del mineral de hierro, así como la reducción de la capa de óxido en la galvanización de flejes de acero . Se utilizan los siguientes tipos :

Tipo 441 a 0,5 bar-g presión de set
Tipo 437 a 2,5 bar-g presión de set
Tipo 458 a 30 bar-g presión de set


Tipo 437	Tipo 441	Tipo 458

Insertar: Los colores del hidrógeno

Aunque el hidrógeno es un gas incoloro, se describe y representa en diferentes colores. Los colores simbolizan los diferentes métodos de producción y generación de energía. Independientemente de cómo se produzca, el hidrógeno impone los mismos requisitos a los sistemas y, por tanto, también a la válvula de seguridads .

Hidrógeno verde - El hidrógeno se produce por electrólisis con agua y electricidad de fuentes renovables como la energía solar, eólica o hidráulica. La producción de hidrógeno verde es neutra en emisiones de CO2.

Hidrógeno turquesa - El hidrógeno se produce por pirólisis de metano. El metano del gas natural se divide en hidrógeno y carbono sólido. El carbono sólido es un granulado, lo que significa que no se libera CO2 a la atmósfera. Si la energía necesaria para la pirólisis del metano procede de fuentes renovables, la producción es neutra para el clima.

Hidrógeno gris - El hidrógeno se produce reformando al vapor combustibles fósiles como el gas natural, el carbón o el petróleo. Esto produce CO2, que se libera a la atmósfera.

Hidrógeno azul - Al igual que el hidrógeno gris, el hidrógeno se produce por reformado de vapor . Sin embargo, el CO2 producido es caperuzado y almacenado. Por tanto, este hidrógeno se considera neutro para el clima.

Hidrógeno amarillo - El hidrógeno se produce por electrólisis. La electricidad necesaria procede del mix eléctrico normal, es decir, de una mezcla de energías fósiles y renovables.

Hidrógeno rojo, rosa o morado - El hidrógeno se produce por electrólisis. La electricidad necesaria procede de la energía nuclear.

Hidrógeno naranja - El hidrógeno se produce por electrólisis. La electricidad necesaria procede de la biomasa o de plantas de gestión de residuos, como incineradoras o plantas de biogás.

Hidrógeno negro: el hidrógeno se produce por electrólisis. La electricidad necesaria procede de la hulla.

Hidrógeno blanco - Por un lado, se trata de hidrógeno natural. Por otro lado, este hidrógeno es un subproducto de ciertos procesos en plantas químicas.

LESER Safety Valves for hydrogen applications

Desafío técnico para las válvulas de seguridad en aplicaciones de hidrógeno

Inserto: Fragilización por hidrógeno

Productos LESER para diversas aplicaciones del hidrógeno

Aplicaciones de referencia LESER

Hidrógeno: de la producción a la utilización

Generación de electricidad mediante energía solar

Producción - Tipos de electrólisis

Electrólisis PEM

Electrólisis alcalina

Electrólisis SOEC

Reformado de vapor

Secado y almacenamiento

Secado

Almacenamiento

Transporte

Uso del hidrógeno - ejemplos industriales

Combustibles sintéticos

Estaciones de servicio de hidrógeno

Industria - Química

Industria - Plástico

Industria - Acero

Transformación de la industria del acero

Insertar: Los colores del hidrógeno

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