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 — Kruchość wodorowa

Informacja uzupełniająca: Kruchość wodorowa

Przyczyna:
Wodór atomowy (H) powstaje na powierzchniach metalowych w kontakcie z wodorem, na przykład w procesie galwanizacji. Wnika on w strukturę metalu i tworzy tam wodór cząsteczkowy (H2).

Efekt:
Metal traci elastyczność i pęka bez fazy rozszerzania.

Rozwiązanie LESER :
Stal austenityczna, np. 1.4404, którą firma LESER standardowo wykorzystuje do produkcji grzybków i tulei siedziska w aplikacjach wodorowych, jest w dużej mierze niewrażliwa na kruchość wodorową.

Produkty LESER dla różnych aplikacji wodorowych

Preferowane są następujące grupy produktów:

Compact Performance
High Performance
API

LESER zaleca stosowanie stali austenitycznych, takich jak standardowe materiały LESER 1.4404/316L lub 1.4408/CF8M do części zaworów bezpieczeństwa mających kontakt z medium. Materiały te są niewrażliwe na kruchość wodorową. Wybór materiału odlewanego lub kutego zależy od warunków zastosowania

Zawory Bezpieczeństwa LESER od lat sprawdzają się w temperaturach kriogenicznych od -150 °C/-238 °F do zera absolutnego. Aby uzyskać najlepszą szczelność w tych warunkach, zalecana jest następująca konfiguracja produktu:

Zawór bezpieczeństwa z dyszą - Grupa produktów API Typ 5264
Metalowe powierzchnie uszczelniające - wersja standardowa
Stellitowane grzybki - kod opcji LESER J25
Stellitowane dysza - kod opcji LESER L65

Wodór, niezależnie od tego, czy występuje w postaci gazowej, wysoko sprężonej czy skroplonej skontaktuj się z nami, a my znajdziemy odpowiednie rozwiązanie dla Twojej aplikacji. LESER testuje zawór bezpieczeństwa dla aplikacji kriogenicznych na własnym stanowisku badawczym.

Aplikacje referencyjne LESER

LESER obejmuje cały łańcuch wartości wodoru. Od produkcji w zakładach przetwórczych, sprężania za pomocą sprężarek wysokociśnieniowych, dystrybucji w zbiornikach, rurociągach i systemach tankowania, po zużycie w mobilnych zbiornikach na statkach i ogniwach paliwowych.

Wodór - od produkcji do wykorzystania

Wytwarzanie energii

Produkcja H2

Suszenie i przechowywanie

Transport

Zastosowanie

Wytwarzanie energii dzięki energii słonecznej

Solarkraftwerke — Elektrownia paraboliczna; Elektrownia Fresnela

Wytwarzanie energii słonecznej

Energia słoneczna może być generowana przez różne rodzaje systemów.

Przykładami są:

Elektrownie słoneczne

Absorpcja ciepła słonecznego i transport za pomocą czynnika przenoszącego ciepło do elektrowni
Konwersja w energię elektryczną
Typami elektrowni są elektrownie paraboliczne i elektrownie Fresnela, elektrownie słoneczne wieżowe sąich odmianą
Zawory bezpieczeństwa są stosowane w elektrowniach słonecznych
Wymagają wysokiej szczelności korpusu i siedziska ze względu na pełzające media, temperatury do 570 °C / 1,058 °F i ciśnienia do 40 bar-g / 580 psig

Systemy fotowoltaiczne

Przekształcanie energii słonecznej bezpośrednio w energię elektryczną za pomocą ogniw słonecznych


Typ 459 Solar	Typ 526

informacje na temat zaworów bezpieczeństwa w elektrowniach słonecznych można znaleźć tutaj

Produkcja - Typy elektrolizy

Elektroliza PEM

Zasada działania

Elektroliza z wykorzystaniem membrany wymiany protonów (PEM) wykorzystuje stały elektrolit polimerowy, membranę wymiany protonów, która jest przepłukiwana wodą. Po przyłożeniu napięcia elektrycznego do membrany jony wodoru H+ migrują przez membranę. W wyniku tego procesu na katodzie powstaje wodór, a na anodzie tlen.

Zastosowanie zaworów bezpieczeństwa

Elektroliza wytwarza wodór w stanie gazowym.
Nominalne ciśnienie wylotowe wynosi 5 bar-g. W celu zabezpieczenia przed nadciśnieniem zawór bezpieczeństwa ma ciśnienie nastawy 6 bar-g. Cały system składa się z kilku modułów. Każdy pojedynczy moduł ma małą lub średnią wydajność. Moduły są indywidualnie zabezpieczone, najczęściej zaworem bezpieczeństwa z serii Compact Performance.


Typ 437	Typ 459

Elektroliza alkaliczna

Sunfire Alkaline Electrolyser — Elektrolizer alkaliczny Sunfire

Zasada działania

Elektroliza alkaliczna polega na zanurzeniu metalowych elektrod w alkalicznym roztworze wodnym i oddzieleniu ich przepuszczalną membraną. Przyłożenie prądu elektrycznego powoduje wytworzenie tlenu na anodzie i wodoru na katodzie. Rozdzielany jest roztwór wodorotlenku potasu (KOH) o stężeniu do 40%. Temperatura robocza tych instalacji przemysłowych wynosi czasami ponad 80°C.

Zastosowanie zaworów bezpieczeństwa

Ciśnienie robocze dla elektrolizy alkalicznej wynosi do 34 bar-g. Ochrona nadciśnieniowa jest zapewniona przy 36 bar-g. Oznacza to, że nastawy ciśnienia roboczego i nadciśnienia są bardzo zbliżone do siebie, ponieważ różnica ta wynosi zwykle 20% dla cieczy. Dlatego zawór bezpieczeństwa Typ 821 sterowany pilotem jest coraz częściej stosowany jako dodatek do zaworu bezpieczeństwa Typ 441 sterowanego sprężyną. Zalety:

Niska różnica ciśnień zamykania wynosząca maks. 7%.
Efekt modulacji zmniejsza maksymalną ilość wodoru rozładowywanego w przypadku aktywacji. Zmniejsza to wysiłek projektowy dla systemów przedmuchiwania.


Typ 441	Typ 821

SOEC Elektroliza

SOEC Electrolysis — Elektrolizer wysokotemperaturowy

Zasada działania

Ogniwa elektrolityczne z tlenkiem stałym (SOEC) działają w temperaturach od ok. 500 do 850°C. Ogólną funkcją ogniwa elektrolitycznego jest rozdzielanie wody w postaci pary na czyste H2 i O2. Para jest doprowadzana do porowatej katody. Po przyłożeniu napięcia para przemieszcza się do granicy katoda-elektrolit i ulega redukcji, tworząc czysty H2 i jony tlenu. Wodór dyfunduje następnie z powrotem przez katodę i jest gromadzony na jej powierzchni jako paliwo wodorowe.

Zastosowanie zaworów bezpieczeństwa

Zawory bezpieczeństwa chronią katodę przed niedopuszczalnym nadciśnieniem. Maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze wynosi 0,5 bar-g na stos. LESER Typ 441 oferuje bezpieczeństwo od 0,1 bar-g.

Typ 441

Reforming parowy

Steam_reforming — Produkcja wodoru w parku chemicznym OQ

Zasada działania

W procesie reformingu parowego gaz ziemny, LPG lub nafta są przekształcane w CO2 i H2. Najpierw materiał wsadowy jest odsiarczany, a następnie dodawana jest para wodna. Mieszanina jest przepuszczana przez katalizator. W ten sposób powstaje gaz syntezowy składający się z H2, CO, CO2, H2O i CH4.
Proporcje cząsteczek ulegają zmianie w wyniku reakcji na H2 i CO2. Rozdzielenie obu składników odbywa się na sicie molekularnym. Gdy system zbiera i przechowuje CO2, wytwarzony wodór jest "niebieski".

Zastosowanie zaworów bezpieczeństwa

Zawory bezpieczeństwa chronią kotły parowe oraz materiały wejściowe i wyjściowe. Zabezpieczenie przed nadciśnieniem dla wodoru może osiągnąć wartość 51 bar-g.


Typ 526	Typ 447

Suszenie i przechowywanie

Suszenie

Zasada działania

W zależności od sposobu produkcji wodoru, przed dalszym przetwarzaniem lub transportem konieczne jest jego osuszenie. Bez suszenia wilgoć skraplałaby się i zamarzała podczas sprężania lub chłodzenia.

Zastosowanie zaworu bezpieczeństwa

Zawory bezpieczeństwa chronią system suszenia przed niedopuszczalnym nadciśnieniem. Wszystkie stosowane zawory bezpieczeństwa są wykonane ze stali austenitycznej nierdzewnej, ponieważ jest ona odporna na kruchość wodorową.


Typ 437	Typ 459

Przechowywanie

Zasada działania

Wodór jest przechowywany w postaci ciekłej pod ciśnieniem do 70 bar-g lub w postaci gazowej pod ciśnieniem 200 bar-g i wyższym.
Przechowywanie w warunkach transkrytycznych jest potencjalną innowacją umożliwiającą uzyskanie większej gęstości energii. W tym przypadku wodów w postaci gazowej jest przechowywany w temperaturze -240 °C i pod ciśnieniem powyżej 300 bar-g.

Wykorzystanie zaworów bezpieczeństwa

Zawory bezpieczeństwa chronią zbiorniki magazynowe przed niedopuszczalnym nadciśnieniem. W przypadku ciekłego wodoru wszystkie stosowane zawory bezpieczeństwa są wykonane ze stali austenitycznej. W temperaturach -253 °C niektóre stale mają tendencję do kruchości - do tych temperatur nadają się stale austenityczne, takie jak 1.4404 / SA-479 316L lub 1.4408 / SA-351 CF8M.

Zastosowane zawory bezpieczeństwa:
Typ 437 do 70 bar-g
Typ 526 do 70 bar-g
Typ 459 do 10 bar-g
Jeśli wodór jest przechowywany w stanie gazowym, wylot może być wykonany ze stali. Wodór jest obecny w wylocie zaworu bezpieczeństwa tylko podczas jego wyładowania, tj. przez krótki czas. Zastosowane zawory bezpieczeństwa:
Typ 459 do 352 bar-g


Typ 437	Typ 459	Typ 526

Transport

Opcje transportu

Wodór w stanie ciekłym może być efektywnie transportowany pociągiem lub ciężarówką, nawet w niewielkich ilościach, a następnie rozprowadzany w sposób zdecentralizowany. W stanie gazowym wodór można transportować indywidualnie pod ciśnieniem ciężarówkami. Jednak tylko w niewielkich ilościach. Do transportu dużych ilości wodoru wykorzystywane są rurociągi. Jednym z przykładów jest centralny niemiecki trójkąt chemiczny wokół Bitterfeld, Schkopau i Leuna. Wymagane 3,6 mld m³ wodoru rocznie jest transportowane różnymi rurociągami wodorowymi o łącznej długości 150 km.

Zastosowanie zaworów bezpieczeństwa

Zbiorniki transportowe są chronione przed rozszerzalnością cieplną, np. przed promieniowaniem słonecznym. Ze względu na niskie zapotrzebowanie wydajności, zwykle stosowana jest grupa produktów Compact Performance o typach 437 lub 459. Sprężarki systemów rurociągowych, które wytwarzają ciśnienie wymagane do transportu, mogą być zabezpieczone typem 526.


Typ 437	Typ 459	Typ 526

Zastosowanie wodoru - przykłady przemysłowe

Paliwa syntetyczne

H2_Synthetic_fuels — Zbiornik wodoru podczas syntezy paliwa

Produkcja

Paliwa syntetyczne mogą być produkowane z wodoru i atmosferycznego dwutlenku węgla. Oznacza to, że różnią się one od paliw konwencjonalnych pod względem procesu produkcji i wynikającej z niego zmiany struktury chemicznej. Dzięki temu procesowi do atmosfery nie jest emitowany dodatkowy CO2.

Wykorzystanie zaworów bezpieczeństwa

Dzięki zaworom bezpieczeństwa typu 811 sterowanym pilotem, aplikacje mogą być chronione w warunkach zbliżonych do ciśnienia roboczego. Zawory POSV otwierają się przy ciśnianiu powyżej 30 bar-g, cot pozwala na utrzymanie systemów w klasie ciśnienia PN40.


Typ 811	Typ 438	Typ 459	Typ 433

Stacje tankowania wodoru

Hydrogen_fuling_stations_Hamburg — Stacja tankowania H2, Hamburg Hafen City

Stacje tankowania wodoru

W zależności od tego, czy wodór jest wykorzystywany jako paliwo w samochodach osobowych, ciężarowych czy pociągach, ciśnienie jego przechowywania jest różne. Samochody są zwykle zasilane wodorem o ciśnieniu do 700 bar-g. Z kolei w ciężarówkach i pociągach ciśnienie przechowywania wynosi 350 bar-g. Do tankowania wymagany jest spadek ciśnienia o około 200 bar-g między zbiornikiem buforowym a pojazdem.

Zastosowanie zaworów bezpieczeństwa

Zawory bezpieczeństwa są stosowane do ochrony systemów tankowania przy ciśnieniach do 1100 bar-g. Ciśnienia te zapewniają wystarczającą odległość między ciśnieniem tankowania a ciśnieniem nastawy. Pozwala to na przyspieszenie procesu tankowania.


Typ 437	Typ 459

Przemysł - Chemikalia

H2_Industry_Chemical — Produkcja nawozów SKW Pisteritz

Wykorzystanie wodoru w przemyśle chemicznym

Przemysł chemiczny jest obecnie największym konsumentem wodoru, ponieważ stanowi punkt wyjścia dla ważnych chemicznych łańcuchów wartości. Już dziś w Niemczech zużywa się około 12,5 miliarda metrów sześciennych wodoru rocznie*.

Przykład: Produkcja amoniaku w fabrykach mocznika

Mocznik jest ważnym materiałem wyjściowym dla nawozów. Wodór jest wykorzystywany do produkcji amoniaku jako prekursora syntezy Cabermatu.

Zastosowanie zaworu bezpieczeństwa

Zawór bezpieczeństwa LESER chroni wszystkie procesy produkcji mocznika przed niedopuszczalnym nadciśnieniem. Na przykład zawór bezpieczeństwa Typ 526 chroni wodór w procesie produkcji amoniaku przy ciśnieniu do 60 bar-g i temperaturze do 150°C. Sama synteza Cabermat jest chroniona przez zawór bezpieczeństwa LESER urea.

Typ 526

Informacje na temat zaworów bezpieczeństwa w układach mocznikowych można znaleźć tutaj [EN].

Przemysł - Tworzywa sztuczne

H2_Industry_Plastic — Rafineria Heide/Niemcy

Zastosowanie wodoru w tworzywach sztucznych

Wodór odgrywa ważną rolę w produkcji tworzyw sztucznych. Na przykład, wodór jest wykorzystywany do rozbijania łańcuchów węglowodorowych i odsiarczania mediów procesowych. W tym procesie w krakingu generowane są ciśnienia rzędu 200 bar-g i temperatury do 480 °C.

Zastosowanie zaworów bezpieczeństwa

Zawory bezpieczeństwa LESER chronią wszystkie aplikacje wokół produkcji tworzyw sztucznych przed niedopuszczalnym nadciśnieniem. W opisanym przykładzie stosowane są zawory bezpieczeństwa typu 433 lub 526, które z jednej strony chronią wodór przed dostaniem się do krakingu, a z drugiej strony chronią materiały wsadowe.


Typ 433	Typ 526

Przemysł - Stal

H2_Industry_Steel — Park krajobrazowy Duisburg-Nord/Niemcy

Transformacja przemysłu stalowego

Duisburg-Nord Park krajobrazowy:
Kawałek historii LESER, którego można dotknąć.

180-hektarowy teren nieczynnej huty jest od ponad 25 lat wykorzystywany do celów sportowych i kulturalnych.
To wyjątkowe połączenie miejskiej przyrody i dziedzictwa przemysłowego Zagłębia Ruhry.
LESER jest częścią tego dziedzictwa kulturowego, ponieważ niektóre stare, sprężynowe zawory bezpieczeństwa LESER typu 541 nadal przyczyniają się do przemysłowego uroku parku krajobrazowego i można je podziwiać na miejscu.
Zawory bezpieczeństwa LESER zapewniały ochronę przed nadciśnieniem wokół wielkich pieców.

Typ 441

H2_Industry_Steel_2 — Stalowy młyn Salzgitter

Przyszłość produkcji stali

Niemiecka produkcja stali odpowiada obecnie za około 30% całkowitej przemysłowej emisji CO2 w tym kraju.
Przekształcenie produkcji stali na technologie niskoemisyjne, a w dłuższej perspektywie neutralne dla klimatu, np. poprzez zastąpienie węgla koksowego wodorem.
Projektowanie zakładów produkcji stali w taki sposób, aby oprócz gazu ziemnego można było wykorzystywać wodór.

Wykorzystanie zaworu bezpieczeństwa

LESER zabezpiecza procesy w przemyśle stalowym, które muszą być chronione przed niedopuszczalnym nadciśnieniem. Zawory bezpieczeństwa chronią na przykład wytwarzanie wodoru, który jest wykorzystywany bezpośrednio w procesie redukcji rudy żelaza, a także redukcję warstwy tlenku w procesie galwanizacji taśmy stalowej. Stosowane są następujące typy:

Typ 441 przy ciśnieniu nastawy 0,5 bar-g
Typ 437 przy ciśnieniu nastawy 2,5 bar-g
Typ 458 przy ciśnieniu nastawy 30 bar-g


Typ 437	Typ 441	Typ 458

Uzupełnienie: Kolory wodoru

Chociaż wodór jest bezbarwnym gazem, jest opisywany i przedstawiany w różnych kolorach. Kolory symbolizują różne metody produkcji i wytwarzania energii. Niezależnie od sposobu produkcji wodoru, stawia on identyczne wymagania systemom, a co za tym idzie również zaworom bezpieczeństwa .

Zielony wodór - wodór jest wytwarzany w procesie elektrolizy z wykorzystaniem wody i energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, takich jak energia słoneczna, wiatrowa lub wodna. Produkcja zielonego wodoru jest neutralna pod względem emisji CO2.

Wodór turkusowy - wodór jest produkowany w procesie pirolizy metanu. Metan zawarty w gazie ziemnym jest dzielony na wodór i stały węgiel. Stały węgiel ma postać granulatu, co oznacza, że CO2 nie jest uwalniany do atmosfery. Jeśli energia potrzebna do pirolizy metanu pochodzi ze źródeł odnawialnych, produkcja jest neutralna dla klimatu.

Szary wodór - wodór jest wytwarzany w procesie reformingu parowego paliw kopalnych, takich jak gaz ziemny, węgiel lub ropa naftowa. W ten sposób powstaje CO2, który jest uwalniany do atmosfery.

Niebieski wodór - podobnie jak szary wodór jest wytwarzany w procesie para-reformingu. Wytworzony CO2 jest jednak wychwytywany i magazynowany. Wodór ten jest zatem uważany za neutralny dla klimatu.

Żółty wodór - wodór jest wytwarzany w procesie elektrolizy. Wymagana energia elektryczna pochodzi z normalnego koszyka energii elektrycznej, tj. mieszanki energii kopalnej i odnawialnej.

Czerwony, sworzeńk lub fioletowy wodór - wodór jest wytwarzany w procesie elektrolizy. Wymagana energia elektryczna pochodzi z energii jądrowej.

Pomarańczowy wodór - wodór jest wytwarzany w procesie elektrolizy. Wymagana energia elektryczna pochodzi z biomasy lub z zakładów utylizacji odpadów, takich jak spalarnie odpadów lub biogazownie.

Czarny wodór - wodór jest wytwarzany w procesie elektrolizy. Wymagana energia elektryczna pochodzi z węgla kamiennego.

Biały wodór - z jednej strony jest to wodór występujący naturalnie. Z drugiej strony wodór ten jest produktem ubocznym niektórych procesów w zakładach chemicznych.

LESER Safety Valves for hydrogen applications

Wyzwanie techniczne dla zaworu bezpieczeństwa w aplikacjach wodorowych

Informacja uzupełniająca: Kruchość wodorowa

Produkty LESER dla różnych aplikacji wodorowych

Aplikacje referencyjne LESER

Wodór - od produkcji do wykorzystania

Wytwarzanie energii dzięki energii słonecznej

Produkcja - Typy elektrolizy

Elektroliza PEM

Elektroliza alkaliczna

SOEC Elektroliza

Reforming parowy

Suszenie i przechowywanie

Suszenie

Przechowywanie

Transport

Zastosowanie wodoru - przykłady przemysłowe

Paliwa syntetyczne

Stacje tankowania wodoru

Przemysł - Chemikalia

Przemysł - Tworzywa sztuczne

Przemysł - Stal

Transformacja przemysłu stalowego

Uzupełnienie: Kolory wodoru

Kontakt LESER

Informacje o H2

Rejestracja konta myLESER

LESER Safety Valves for hydrogen applications

Wyzwanie techniczne dla zaworu bezpieczeństwa w aplikacjach wodorowych

Informacja uzupełniająca: Kruchość wodorowa

Produkty LESER dla różnych aplikacji wodorowych

Aplikacje referencyjne LESER

Wodór - od produkcji do wykorzystania

Wytwarzanie energii dzięki energii słonecznej

Produkcja - Typy elektrolizy

Elektroliza PEM

Elektroliza alkaliczna

SOEC Elektroliza

Reforming parowy

Suszenie i przechowywanie

Suszenie

Przechowywanie

Transport

Zastosowanie wodoru - przykłady przemysłowe

Paliwa syntetyczne

Stacje tankowania wodoru

Przemysł - Chemikalia

Przemysł - Tworzywa sztuczne

Przemysł - Stal

Transformacja przemysłu stalowego

Uzupełnienie: Kolory wodoru

Kontakt LESER

Informacje o H2