Applications de l'hydrogène

LESER Sécurité Soupapes pour les applications hydrogène

Aujourd'hui déjà, plus de 600 milliards de mètres cubes d'hydrogène sont produits chaque année dans le monde pour l'industrie de transformation. L'hydrogène est un matériau de base dans de nombreuses industries, par exemple dans les raffineries, dans la production d'ammoniac ou dans d'autres processus chimiques. L'hydrogène est produit par des procédés chimiques ou des procédés d'électrolyse utilisant l'énergie électrique.

Outre ces besoins, la technologie permettant d'utiliser l'hydrogène comme source d'énergie dans les moteurs à combustion ou via les piles à combustible est désormais prête à remplacer les produits pétroliers à l'avenir.
Les avantages de l'hydrogène en tant que vecteur énergétique sont notamment les suivants :

_{Empreinte CO2} neutre : L'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelables est un vecteur énergétique et un matériau de base_{neutre en CO2}.
Stockage flexible de l'énergie : L'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelables peut être stocké sous forme liquide ou gazeuse dans des réservoirs et des cavernes. Il est distribué dans la région à l'aide de réservoirs mobiles et de gazoducs existants.
Power to X : L'hydrogène peut être utilisé de manière flexible comme fournisseur d'énergie dans les piles à combustible, comme carburant dans les moteurs à combustion et comme substitut du coke dans la production d'acier . Avec l'ajout de_CO2, il peut également être utilisé comme carburant et combustible.

Hydrogen_Embrittlement — Fragilisation par l'hydrogène

Encart: fragilisation par l'hydrogène

Cause:
De l'hydrogène atomique (H) est produit sur les surfaces métalliques en contact avec de l'hydrogène, par exemple par galvanoplastie. L'hydrogène atomique pénètre dans la structure du métal et y forme à nouveau de l'hydrogène moléculaire (H2).

Effet:
Le métal perd son élasticité et se brise sans phase d'expansion.

La solution LESER:
L'acier austénitique, par exemple 1.4404, que LESER utilise en standard pour ses plaques et bagues de siège dans les applications hydrogène, est largement insensible à la fragilisation par l'hydrogène.

Les produits LESER pour les différentes applications de l'hydrogène

Les groupes de produits suivants sont privilégiés :

LESER recommande les aciers inox austénitiques tels que les matériaux standard LESER 1.4404/316L ou 1.4408/CF8M pour les pièces de soupape de sécurité en contact avec le fluide. Ces matériaux sont insensibles à la fragilisation par l'hydrogène. L'utilisation d'un matériau moulé ou forgé dépend des conditions d'application respectives.

Les pièces de sécurité LESER ont prouvé depuis des années qu'elles étaient adaptées aux températures cryogéniques allant de -150 °C/-238 °F au zéro absolu. Pour obtenir les meilleurs résultats de plombage dans ces conditions, il est recommandé d'utiliser le produit de configuration suivant :

Sécurité soupape avec buse - Groupe de produits API Type 5264
Surfaces de plombage métalliques - version standard
Stellité clapet - LESER code d'option J25
Stellité buse - LESER code d'option L65

Hydrogène, qu'il soit gazeux, fortement comprimé ou liquéfié, contactez-nous et nous trouverons la solution adaptée à votre application . LESER teste les soupapes de sécurités pour les applications cryogéniques sur son propre banc d'essai cryogénique.

Applications de référence LESER

LESER couvre l'ensemble de la chaîne de valeur de l'hydrogène. Depuis la production dans les usines de traitement, la compression avec des compresseurs à haute pression, la distribution dans des réservoirs, des pipelines et des systèmes de ravitaillement jusqu'à la consommation dans des réservoirs mobiles sur les navires et les piles à combustible.

Hydrogène - de la production à l'utilisation

Power generation

H2 Production

Drying & Storage

Transport

Usage

Production d'électricité grâce à l'énergie solaire

Solarkraftwerke — Centrale électrique parabolique ; centrale électrique de Fresnel

Production d'énergie solaire

L'énergie solaire peut être produite par différents types de systèmes.

En voici quelques exemples:

Centrales solaires thermiques

Absorption de la chaleur solaire et transport par un fluide caloporteur dans une centrale électrique.
Conversion en énergie électrique
Les types de centrales sont les centrales à miroirs cylindro-paraboliques et les centrales à miroirs de Fresnel, les centrales à tour solaire étant une variante.
Les centrales solaires thermiques utilisent des soupapes de sécurité .
Nécessitent un corps et un siège étanches élevés en raison des fluides crêpés , des températures allant jusqu'à 570 °C / 1 058 °F, et des pressions allant jusqu'à 40 bar-g / 580 psig.

Systèmes photovoltaïques

Conversion directe de l'énergie solaire en énergie électrique par l'intermédiaire d'une cellule solaire.


Type 459 Solar	Type 526

informations sur les soupapes de sécurité dans les centrales solaires sont disponibles ici

Production - Types d' électrolyse

PEM Électrolyse

Le principe

"L'électrolyse par membrane échangeuse de protons (PEM) utilise un électrolyte polymère solide, une membrane échangeuse de protons, qui est lavée par l'eau. Lorsqu'une tension électrique est appliquée à la membrane, les ions hydrogène H+ migrent à travers la membrane. Cela produit de l'hydrogène à la cathode et de l'oxygène à l'anode.

Utilisation de la soupape de sécurité

L'électrolyse produit de l'hydrogène à l'état gazeux.
La contrepression nominale est de 5 bar-g. Pour la protection contre la surpression , les soupapes de sécurité ont une pression de début d'ouverture (PDO) de 6 bar-g. L'ensemble du système se compose de plusieurs modules. Chaque module individuel n'a qu'une puissance faible à moyenne. Les modules sont protégés individuellement, la plupart du temps par des soupapes de sécurité de la série Performance compacte .


Type 437	Type 459

Électrolyse alcaline

Sunfire Alkaline Electrolyser — Electrolyseur alcalin Sunfire

Le principe

L'électrolyse alcaline utilise des électrodes métalliques immergées dans une solution aqueuse alcaline et séparées par une membrane perméable. L'application d'un courant électrique produit de l'oxygène à l'anode et de l'hydrogène à la cathode. Une solution d'hydroxyde de potassium (KOH) pouvant atteindre 40 % est séparée. La température de fonctionnement de ces installations industrielles est parfois supérieure à
80 °C.

Utilisation de la soupape de sécurité

La pression de services pour l'électrolyse alcaline est de 34 bar-g au maximum. La protection contre la surpression est assurée à 36 bar-g. Cela signifie que la pression de service et la pression de début d'ouverture (PDO) sont très proches l'une de l'autre, cet écart étant généralement de 20 % pour les liquides. C'est pourquoi les soupapes de sécurité pilotées de type 821 sont de plus en plus utilisées en plus des soupapes de sécurité chargées par ressort de type 441. Avantages :

Faible différence de pression de fermeture de max. 7%.
L'effetmodulant réduit la quantité maximale de clapet d' hydrogène en cas de réponse. Cela réduit l'effort de conception des systèmes de purge.


Type 441	Type 821

SOEC Électrolyse

SOEC Electrolysis — Électrolyseur à haute température

Le principe

Les cellules d'électrolyse à oxyde solide (SOEC) fonctionnent à des températures comprises entre 500 et 850 °C environ. La fonction générale de la cellule d'électrolyse est de séparer l'eau sous forme de vapeur en H2 et O2 purs. La vapeur est introduite dans la cathode poreuse. Lorsqu'une tension est appliquée, la vapeur se déplace vers l'interface cathode-électrolyte et est réduite en H2 pur et en ions oxygène. L'hydrogène gazeux se diffuse ensuite à travers la cathode et est recueilli à sa surface sous forme d'hydrogène gazeux.

Utilisation de la soupape de sécurité

Les soupapes de sécurité protègent la cathode d'une surpression inadmissible. La pression de service maximale admissible est de 0,5 bar-g par pile. Le LESER Type 441 offre une sécurité à partir de 0,1 bar-g.

Type 441

Réforme de la Vapeur

Steam_reforming — Production d'hydrogène au Parc chimique de l'OQ

Le principe

Lors du reformage à la vapeur , le gaz naturel, le GPL ou le naphta est converti en CO2 et en H2. Le matériau d' entrée est d'abord désulfuré, puis du vapeur est ajouté. Le mélange passe à travers un catalyseur. On obtient ainsi un gaz de synthèse composé de H2, CO, CO2, H2O et CH4.
Les proportions des molécules sont modifiées par une réaction en H2 et CO2. La séparation des deux composants a lieu au niveau d'un tamis moléculaire. Lorsque le système recueille et stocke le CO2, l'hydrogène produit est "bleu".

Utilisation de soupape de sécurités

Les soupapes de sécurité protègent les chaudières à vapeur ainsi que les matériaux d' entrée et de sortie. La protection contre la surpression de l'hydrogène peut atteindre jusqu'à
51 bar-g.


Type 526	Type 447

Stockage de séchage

Séchage

Le principe

Selon le mode de production de l'hydrogène, un séchage est nécessaire avant tout traitement ou transport. Sans séchage, l'humidité se condenserait et gèlerait lors de la compression ou du refroidissement.

Utilisation de la soupape de sécurités

Les soupapes de sécurité protègent le système de séchage d'une surpression inadmissible. Toutes les soupapes de sécurité utilisées sont fabriquées en acier inox austénitique, qui résiste à la fragilisation par l'hydrogène.


Type 437	Type 459

Stockage

Le principe

L'hydrogène est stocké soit sous forme liquide à des pressions allant jusqu'à 70 bar-g, soit sous forme gazeuse à des pressions de 200 bar-g et plus.
Le stockage transcritique est une innovation possible pour une densité énergétique plus élevée. Dans ce cas, l'hydrogène gazeux est stocké à -240 °C et à une pression supérieure à 300 bar-g.

Utilisation des soupapes de sécurité

Les soupapes de sécurité protègent les réservoirs de stockage d'une surpression inadmissible. Pour l'hydrogène liquide, toutes les soupapes de sécurité utilisées sont en acier inox austénitique. A des températures de -253 °C, certains aciers ont tendance à devenir cassants - les aciers inox austénitiques tels que 1.4404 / SA-479 316L ou 1.4408 / SA-351 CF8M conviennent pour ces températures.
Sécurité soupapes utilisées :
Type 437 jusqu'à 70 bar-g
Type 526 jusqu'à 70 bar-g
Type 459 jusqu'à 10 bar-g
Si l'hydrogène est stocké à l'état gazeux, la sortie peut être en acier . L'hydrogène n'est présent dans la sortie de la soupape de sécurité que lorsqu'elle clapetharges , c'est-à-dire pendant une courte période. Soupapes de sécurité utilisées :
Type 459 jusqu'à 352 bar-g


Type 437	Type 459	Type 526

Transport

Possibilités de transport

L'hydrogène à l'état liquide peut être transporté efficacement par train ou par camion, même en petites quantités, et distribué de manière décentralisée. À l'état gazeux, l'hydrogène peut être transporté individuellement sous pression par camion. Toutefois, il ne peut être transporté qu'en petites quantités. Les pipelines sont utilisés pour transporter de grandes quantités d'hydrogène. Le triangle chimique d'Allemagne centrale autour de Bitterfeld, Schkopau et Leuna en est un exemple. Les 3,6 milliards de m³ d'hydrogène nécessaires chaque année sont transportés par différents pipelines d'hydrogène d'une longueur totale de 150 km.

Utilisation de la soupape de sécurité

Les conteneurs de transport sont protégés contre l'expansion thermique , par exemple par le rayonnement solaire. En raison de la faible puissance de bouchon requise, le groupe de produits Performance compacte avec les types 437 ou 459 est généralement utilisé. Les compresseurs des systèmes de canalisation, qui génèrent la pression nécessaire au transport, peuvent être protégés par le type 526.


Type 437	Type 459	Type 526

Utilisation de l'hydrogène - exemples industriels

Combustibles synthétiques

H2_Synthetic_fuels — Réservoir d'hydrogène pendant la synthèse du carburant

La production

Les carburants synthétiques peuvent être produits à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone atmosphérique. Cela signifie qu'ils diffèrent des carburants conventionnels en termes de processus de production et de modification de la structure chimique qui en résulte. Grâce à ce processus, il n'y a plus d'émission de CO2 dans l'atmosphère.

Utilisation de la soupape de sécurité

La soupape de sécurité pilotée de type 811 permet de protéger les applications à proximité de la pression de service . Plus précisément, les POSV s'ouvrent à plus de 30 bar-g - cette conception permet aux systèmes de rester dans la classe de pression PN40.


Type 811	Type 438	Type 459	Type 433

Stations de ravitaillement en hydrogène

Hydrogen_fuling_stations_Hamburg — Station de ravitaillement en carburant H2, Hamburg Hafen City

Stations de ravitaillement en hydrogène

Les pressions de stockage diffèrent selon que l'hydrogène est utilisé comme carburant dans les voitures, les camions ou les trains. Les voitures fonctionnent généralement avec de l'hydrogène à une pression allant jusqu'à 700 bar-g. Pour les camions et les trains, en revanche, la pression de stockage est de 350 bar-g. Pour le ravitaillement, une chute de pression d'environ 200 bar-g est nécessaire entre le réservoir tampon et le véhicule.

Utilisation des soupapes de sécurité

Les soupapes de sécurité sont utilisées pour protéger les systèmes de ravitaillement à des pressions allant jusqu'à 1 100 bar-g. Ces pressions garantissent une distance suffisante entre la pression de ravitaillement et la pression de début d'ouverture (PDO) . Cela permet d'accélérer le processus de ravitaillement.


Type 437	Type 459

Industrie - Produits chimiques

H2_Industry_Chemical — Production d'engrais SKW Pisteritz

Utilisation de l'hydrogène dans l'industrie chimique

L'industrie chimique est actuellement le plus grand utilisateur d'hydrogène, car elle constitue le point de départ d'importantes chaînes de valeur chimiques. Aujourd'hui déjà, environ 12,5 milliards de mètres cubes d'hydrogène sont utilisés chaque année en Allemagne*.

Exemple : Production d'ammoniac dans les usines d'urée

L'urée est un matériau de base important pour les engrais. L'hydrogène est utilisé pour produire de l'ammoniac comme précurseur de la synthèse du Cabermat.

Utilisation de la soupape de sécurité

Les soupapes de sécurité LESER protègent tous les processus de production d'urée d'une surpression inadmissible. Par exemple, la soupape de sécurité de type 526 protège l'hydrogène dans le processus de production d'ammoniac jusqu'à 60 bar-g et à des températures allant jusqu'à 150 °C. La synthèse de Cabermat elle-même est protégée par la soupape de sécurité LESER pour l'urée.

Type 526

Industrie - Plastique

H2_Industry_Plastic — Raffinerie Heide/Allemagne

Utilisation de l'hydrogène dans les plastiques

L'hydrogène joue un rôle important dans la production de matières plastiques. Par exemple, l'hydrogène est utilisé pour briser les chaînes d'hydrocarbures et désulfurer les fluides de traitement. Dans ce processus, des pressions de 200 bar-g et des températures allant jusqu'à 480 °C sont générées dans le craqueur.

Utilisation de la soupape de sécurités

Les soupapes de sécurité LESER protègent toutes les applications autour de la production de matières plastiques contre une surpression inadmissible. Dans l'exemple décrit, des soupapes de sécurité du type 433 ou 526 sont utilisées pour protéger l'hydrogène avant son entrée dans le craqueur d'une part et les matériaux d' alimentation d'autre part.


Type 433	Type 526

Industrie - Acier

H2_Industry_Steel — Landsbouchone Park Duisburg-Nord/Allemagne

Transformation de l'industrie de l'acier

Parc Landsbouchone de Duisburg-Nord :
Un morceau d'histoire de LESER à toucher.

L'usine sidérurgique désaffectée de 180 hectares est utilisée depuis plus de 25 ans pour des activités sportives ou culturelles.
Une interaction unique entre la nature urbaine et le patrimoine industriel de la Ruhr.
LESER est partie prenante de ce patrimoine culturel, puisque certaines des anciennes soupapes de sécurités LESER de type 541 contribuent encore au charme industriel du parc de landsbouchone et peuvent être admirées sur place.
La soupape de sécurités LESER assurait la protection contre la surpression autour des hauts fourneaux.

Type 441

H2_Industry_Steel_2 — Acier mill Salzgitter

L'avenir de la production d'acier

La production allemande d'acier représente actuellement environ 30 % des émissions industrielles totales de CO2 du pays.
Convertir la production d'acier à des technologies à faible émission de CO2 et, à long terme, climatiquement neutres, par exemple en utilisant de l'hydrogène à la place du charbon à coke.
Concevoir les usines de production d'acier de manière à ce que l'hydrogène puisse être utilisé en plus du gaz naturel.

Utilisation de la soupape de sécurité

LESER protège les processus de l'industrie de l'acier qui doivent être protégés contre une surpression inadmissible. Les soupapes de sécurité protègent, par exemple, la production d'hydrogène qui est utilisé directement dans la réduction du minerai de fer ainsi que la réduction de la couche d'oxyde dans la galvanisation des bandes d'acier . Les types suivants sont utilisés :

Type 441 à 0,5 bar-g pression de début d'ouverture (PDO )
Type 437 à 2,5 bar-g pression de début d'ouverture (PDO )
Type 458 à 30 bar-g pression de début d'ouverture (PDO)


Type 437	Type 441	Type 458

Encadré : Les couleurs de l'hydrogène

Bien que l'hydrogène soit un gaz incolore, il est décrit et représenté dans différentes couleurs. Ces couleurs symbolisent les différentes méthodes de production et de génération d'énergie. Quelle que soit la manière dont l'hydrogène est produit, il impose les mêmes exigences aux systèmes et donc à la soupape de sécurité .

Hydrogène vert - L'hydrogène est produit par électrolyse avec de l'eau et de l'électricité provenant de sources renouvelables telles que l'énergie solaire, éolienne ou hydraulique. La production d'hydrogène vert est neutre en CO2.

Hydrogène turquoise - L'hydrogène est produit par pyrolyse du méthane. Le méthane contenu dans le gaz naturel est scindé en hydrogène et en carbone solide. Le carbone solide est un granulé, ce qui signifie qu'aucun CO2 n'est rejeté dans l'atmosphère. Si l'énergie nécessaire à la pyrolyse du méthane provient de sources renouvelables, la production est neutre sur le plan climatique.

Hydrogène gris - L'hydrogène est produit par vaporeformage de combustibles fossiles tels que le gaz naturel, le charbon ou le pétrole. Ce processus produit du CO2, qui est rejeté dans l'atmosphère.

Hydrogène bleu - Comme l'hydrogène gris, l'hydrogène est produit par vaporeformage . Toutefois, le CO2 produit est bouchonné et stocké. Cet hydrogène est donc considéré comme neutre sur le plan climatique.

Hydrogène jaune - L'hydrogène est produit par électrolyse. L'électricité nécessaire provient du mix électrique normal, c'est-à-dire d'un mélange d'énergies fossiles et renouvelables.

Hydrogène rouge, goupillek ou violet - L'hydrogène est produit par électrolyse. L'électricité nécessaire provient de l'énergie nucléaire.

Hydrogène orange - L'hydrogène est produit par électrolyse. L'électricité nécessaire provient de la biomasse ou d'usines de gestion des déchets telles que les usines d'incinération des déchets ou les usines de biogaz.

Hydrogène noir - L'hydrogène est produit par électrolyse. L'électricité nécessaire provient de la houille.

Hydrogène blanc - D'une part, il s'agit d'hydrogène naturel. D'autre part, cet hydrogène est un sous-produit de certains processus dans les usines chimiques

LESER Sécurité Soupapes pour les applications hydrogène

Défi technique pour les soupapes de sécurité dans les applications de l'hydrogène

Encart: fragilisation par l'hydrogène

Les produits LESER pour les différentes applications de l'hydrogène

Applications de référence LESER

Hydrogène - de la production à l'utilisation

Production d'électricité grâce à l'énergie solaire

Production - Types d' électrolyse

PEM Électrolyse

Électrolyse alcaline

SOEC Électrolyse

Réforme de la Vapeur

Stockage de séchage

Séchage

Stockage

Transport

Utilisation de l'hydrogène - exemples industriels

Combustibles synthétiques

Stations de ravitaillement en hydrogène

Industrie - Produits chimiques

Industrie - Plastique

Industrie - Acier

Transformation de l'industrie de l'acier

Encadré : Les couleurs de l'hydrogène

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Information on H2

Enregistrement du compte myLESER

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