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 — Fragilização por hidrogénio

Inserir: Fragilização por hidrogénio

Causa:
O hidrogénio atómico (H) é produzido em superfícies metálicas em contacto com o hidrogénio, por exemplo, por galvanoplastia. Este penetra na estrutura metálica e forma aí novamente hidrogénio molecular (H2).

Efeito:
O metal perde a sua elasticidade e parte-se sem uma fase de expansão.

A solução LESER :
O aço austenítico, por exemplo, 1.4404, que a LESER utiliza como padrão para as suas placas e casquilhos de sede em aplicações de hidrogénio, é largamente insensível à fragilização por hidrogénio.

Produtos LESER para várias aplicações de hidrogénio

São preferíveis os seguintes grupos de produtos:

A LESER recomenda os aços inoxidáveis austeníticos, tais como os materiais padrão LESER 1.4404/316L ou 1.4408/CF8M para as válvulas de segurança em contacto com a água. Estes materiais não são sensíveis à fragilização por hidrogénio. A utilização de material fundido ou forjado depende das respectivas condições de aplicação .

As Válvulas de Segurança LESER provaram a sua adequação a temperaturas criogénicas de -150 °C/-238 °F a zero absoluto durante anos. Para obter os melhores resultados de lacragem nestas condições, recomenda-se a seguinte configuração do produto :

Segurança válvula com bocal - Grupo de produtos API Tipo 5264
Superfícies de lacagem metálicas - versão standard
Disco endurecido "Stellited" - LESER código de opcional J25
Endurecido"Stellited" bocal - LESER código de opcional L65

Hidrogénio, seja gasoso, altamente comprimido ou liquefeito, contacte-nos e encontraremos a solução certa para a sua aplicação . A LESER testa válvulas de segurança para aplicações criogénicas no seu próprio banco de ensaios criogénico.

Aplicações de referência LESER

A LESER cobre toda a cadeia de valor do hidrogénio. Desde a produção em instalações de processamento, compressão com compressores de alta pressão, distribuição em tanques, tubagens e sistemas de reabastecimento até ao consumo em tanques móveis em navios e células de combustível.

Hidrogénio - da produção à utilização

Power generation

H2 Production

Drying & Storage

Transport

Usage

Produção de eletricidade através da energia solar

Solarkraftwerke — Central eléctrica parabólica; central eléctrica Fresnel

Geração de energia solar

A energia solar pode ser gerada por diferentes tipos de sistemas.

Os exemplos são:

Centrais térmicas solares

Absorção do calor solar e transporte através de um meio de transferência de calor para uma central eléctrica
Conversão em energia eléctrica
Os tipos de centrais eléctricas são as calhas parabólicas e as centrais Fresnel, as centrais de torres solares são uma variante
As válvulas de segurança são utilizadas nas centrais térmicas solares
Requerem elevada estanqueidade do corpo e da sede devido a meios fluidos, temperaturas até 570 °C / 1.058 °F e pressões até 40 bar-g / 580 psig

Sistemas fotovoltaicos

Conversão da energia solar diretamente em energia eléctrica através de uma célula solar


Tipo 459 Solar	Tipo 526

informações sobre válvulas de seguranças em centrais de energia solar podem ser encontradas aqui

Produção - Tipos de eletrólise

Eletrólise PEM

O princípio

A eletrólise por "membrana de permuta de protões" (PEM) utiliza um eletrólito de polímero sólido, uma membrana de permuta de protões, que é lavada pela água. Quando a tensão eléctrica é aplicada à membrana, os iões de hidrogénio H+ migram através da membrana. Isto produz hidrogénio no cátodo e oxigénio no ânodo.

Utilização da válvula de segurança

A eletrólise produz hidrogénio no estado gasoso.
A pressão nominal de saída é de 5 bar-g. Para proteção da sobrepressão as válvulas de seguranças têm uma pressão de ajuste de 6 bar-g. O sistema completo é constituído por vários módulos. Cada módulo individual tem apenas uma saída pequena a média. Os módulos são protegidos individualmente, na sua maioria com válvulas de segurança da série Compacta de alta performance.


Tipo 437	Tipo 459

Eletrólise alcalina

Sunfire Alkaline Electrolyser — Eletrolisador alcalino Sunfire

O princípio

A eletrólise alcalina consiste em eléctrodos metálicos imersos numa solução aquosa alcalina e separados por uma membrana permeável. Ao aplicar corrente eléctrica, é produzido oxigénio no ânodo e hidrogénio no cátodo. É dividida uma solução de hidróxido de potássio (KOH) que pode atingir 40 %. A temperatura de funcionamento destas instalações industriais é por vezes superior a
80 °C.

Utilização da válvula de segurança

A pressão operacional para a eletrólise alcalina é de até 34 bar-g. A proteção contra sobrepressão é assegurada a 36 bar-g. Isto significa que a pressão operacional e a pressão de ajuste estão muito próximas uma da outra, uma vez que esta diferença é normalmente de 20% para líquidos. Por conseguinte, as válvulas de segurança Tipo 821 operadas por piloto são cada vez mais utilizadas, para além das válvulas de segurança Tipo 441 carregadas por mola . Vantagens:

Baixa diferença de pressão de fecho de max. 7%.
O efeitomodulado reduz a quantidade máxima de hidrogénio descarregado em caso de resposta. Isto reduz o esforço de desenho para sistemas de descarga.


Tipo 441	Tipo 821

Eletrólise SOEC

SOEC Electrolysis — Eletrolisador de alta temperatura

O princípio

As células electrolíticas de óxido sólido (SOEC) funcionam a temperaturas entre cerca de 500 e 850 °C. A função geral da célula electrolítica é dividir a água sob a forma de vapor em H2 e O2 puros. O vapor é introduzido no cátodo poroso. Quando é aplicada uma tensão, o vapor desloca-se para a interface cátodo-eletrólito e é reduzido para formar H2 puro e iões de oxigénio. O gás hidrogénio difunde-se então através do cátodo e é recolhido na sua superfície como gás combustível de hidrogénio.

Utilização de válvulas de segurança

As válvulas de segurança protegem o cátodo de sobrepressão não permitida. A pressão operacional máxima permitida é de 0,5 bar-g por pilha. O LESER Tipo 441 oferece segurança a partir de 0,1 bar-g.

Tipo 441

Reforma de vapor

Steam_reforming — Produção de hidrogénio no OQ Chemicals Park

O princípio

Na reforma a vapor , o gás natural, o GPL ou a nafta são convertidos em CO2 e H2. Primeiro, o material de entrada é dessulfurado e depois é adicionado vapor . A mistura é passada através de um catalisador. Isto produz um gás de síntese a partir de H2, CO, CO2, H2O e CH4.
As proporções das moléculas são alteradas por uma reação para H2 e CO2. A separação dos dois componentes ocorre numa peneira molecular. Quando o sistema recolhe e armazena o CO2, o hidrogénio produzido é "azul".

Utilização da válvula de seguranças

As válvulas de segurança protegem as caldeiras de vapor , bem como os materiais de entrada e saída. A proteção de sobrepressão para o hidrogénio pode atingir até
51 bar-g.


Tipo 526	Tipo 447

Secagem e armazenamento

Secagem

O princípio

Dependendo da forma como o hidrogénio é produzido, a secagem é necessária antes do processamento ou transporte posterior. Sem secagem, a humidade condensar-se-ia e congelaria durante a compressão ou o arrefecimento.

Utilização da válvula de segurança

As válvulas de segurança protegem o sistema de secagem de sobrepressão inadmissível. Todas as válvulas de seguranças utilizadas são feitas de aço inoxidável austenítico porque é resistente à fragilização por hidrogénio.


Tipo 437	Tipo 459

H2_Storage — Tanques de armazenamento de H2

Armazenamento

O princípio

O hidrogénio é armazenado na forma líquida a pressões até 70 bar-g ou na forma gasosa a pressões de 200 bar-g e superiores.
O armazenamento transcrítico é uma inovação possível para uma maior densidade energética. Neste caso, o hidrogénio gasoso é armazenado a -240 °C e a mais de 300 bar-g.

Utilização de válvulas de segurança

As válvulas de segurança protegem os tanques de armazenamento de sobrepressão inadmissível. Para o hidrogénio líquido, todas as válvulas de segurança utilizadas são feitas de aço inoxidável austenítico. A temperaturas de -253 °C, alguns aços tendem a tornar-se frágeis - os aços austeníticos inoxidáveis como o 1.4404 / SA-479 316L ou o 1.4408 / SA-351 CF8M são adequados para estas temperaturas.
Válvulas de segurança utilizadas:
Tipo 437 até 70 bar-g
Tipo 526 até 70 bar-g
Tipo 459 até 10 bar-g
Se o hidrogénio for armazenado no estado gasoso, a saída pode ser feita de aço . O hidrogénio só está presente na saída da válvula de segurança quando se descarrega , ou seja, durante um curto período de tempo. Válvulas de segurança utilizadas:
Tipo 459 até 352 bar-g


Tipo 437	Tipo 459	Tipo 526

Transporte

Opções de transporte

O hidrogénio no estado líquido pode ser transportado eficazmente por comboio ou camião, mesmo em pequenas quantidades, e distribuído de forma descentralizada. No seu estado gasoso, o hidrogénio pode ser transportado individualmente sob pressão por camião. No entanto, apenas em pequenas quantidades. Para transportar grandes quantidades de hidrogénio, são utilizados gasodutos. Um exemplo é o triângulo químico da Alemanha Central em torno de Bitterfeld, Schkopau e Leuna. Os 3,6 mil milhões de m³ de hidrogénio necessários anualmente são transportados através de vários gasodutos de hidrogénio com um comprimento total de 150 km.

Utilização de uma válvula de segurança

Os contentores de transporte são protegidos contra a expansão térmica , por exemplo, pela radiação solar. Devido à baixa capacidade de potência necessária, é normalmente utilizado o grupo de produtos Compacta de alto desempenho com os tipos 437 ou 459. Os compressores dos sistemas de condutas, que geram a pressão necessária para o transporte, podem ser protegidos pelo tipo 526.


Tipo 437	Tipo 459	Tipo 526

Utilização do hidrogénio - exemplos industriais

Combustíveis sintéticos

H2_Synthetic_fuels — Depósito de hidrogénio durante a síntese de combustível

Produção

Os combustíveis sintéticos podem ser produzidos a partir do hidrogénio e do dióxido de carbono atmosférico. Isto significa que diferem dos combustíveis convencionais em termos do processo de produção e da alteração da estrutura química resultante. Através deste processo, não é emitido mais CO2 para a atmosfera.

Utilização da válvula de seguranças

Com as válvulas de seguranças Tipo 811 operadas por piloto , as aplicações podem ser protegidas perto da pressão operacional . Especificamente, as POSVs abrem a mais de 30 bar-g - este desenho permite que os sistemas permaneçam na classe de pressão PN40.

<tcorpo> </tcorpo>


Tipo 811	Tipo 438	Tipo 459	Tipo 433

Postos de abastecimento de hidrogénio

Hydrogen_fuling_stations_Hamburg — Estação de abastecimento de combustível H2, Hamburg Hafen City

Estações de abastecimento de hidrogénio

Dependendo da utilização do hidrogénio como combustível em automóveis, camiões ou comboios, as pressões de armazenamento são diferentes. Os automóveis são normalmente operados com hidrogénio até 700 bar-g. Para camiões e comboios, por outro lado, a pressão de armazenamento é de 350 bar-g. Para o reabastecimento, é necessária uma queda de pressão de cerca de 200 bar-g entre o tanque-tampão e o veículo.

Utilização de válvulas de segurança

As válvulas de segurança são utilizadas para proteger os sistemas de reabastecimento a pressões até 1.100 bar-g. Estas pressões garantem uma distância suficiente entre a pressão de reabastecimento e a pressão de ajuste . Isto permite que o processo de reabastecimento seja acelerado.


Tipo 437	Tipo 459

Indústria - Produtos químicos

H2_Industry_Chemical — Produção de fertilizantes da SKW Pisteritz

Utilização do hidrogénio na indústria química

A indústria química é atualmente o maior utilizador de hidrogénio, uma vez que constitui o ponto de partida de importantes cadeias de valor químicas. Atualmente, cerca de 12,5 mil milhões de metros cúbicos de hidrogénio são utilizados anualmente na Alemanha.

Exemplo: Produção de amoníaco em fábricas de ureia

A ureia é um importante material de base para os fertilizantes. O hidrogénio é utilizado para produzir amoníaco como precursor da síntese de Cabermat.

Utilização da válvula de seguranças

As válvulas de segurança LESER protegem todos os processos de produção de ureia de sobrepressão não permitida. Por exemplo, as válvulas de segurança Tipo 526 protegem o hidrogénio no processo de produção de amoníaco até 60 bar-g e a temperaturas até 150 °C. A própria síntese de Cabermat é protegida pela válvula de segurança de ureia LESER .

Tipo 526

Informações sobre válvulas de segurança em sistemas de ureia podem ser encontradas aqui [EN]

Indústria - Plástico

H2_Industry_Plastic — Refinaria de Heide/Alemanha

Utilização do hidrogénio nos plásticos

O hidrogénio desempenha um papel importante na produção de plásticos. Por exemplo, o hidrogénio é utilizado para quebrar cadeias de hidrocarbonetos e dessulfurar os meios de processamento. Neste processo, são geradas pressões de 200 bar-g e temperaturas até 480 °C no cracker.

Utilização da válvula de seguranças

As válvulas de segurança da LESER protegem todas as aplicações em torno da produção de plásticos contra sobrepressão não permitida. No exemplo descrito, as válvulas de segurança dos tipos 433 ou 526 são utilizadas para proteger o hidrogénio antes de entrar no cracker, por um lado, e os materiais de alimentação, por outro.


Tipo 433	Tipo 526

Indústria - Aço

H2_Industry_Steel — Parque paisagístico de Duisburg-Nord/Alemanha

Transformação do sector do aço

Parque paisagístico de Duisburg-Nord:
Um pedaço da história de LESER que se pode tocar.

Os 180 hectares de açoworks desactivados são utilizados para actividades desportivas ou culturais há mais de 25 anos.
Uma combinação única entre a natureza urbana e o património industrial da região do Ruhr.
A LESER faz parte deste património cultural, uma vez que algumas das antigas LESER full-abertura mola válvula de seguranças do tipo 541 ainda contribuem para o encanto industrial do parquepaisagístico e podem ser admiradas no local.
A válvula de seguranças LESER assegurou a proteção da sobrepressão em torno dos altos-fornos.

Tipo 441

H2_Industry_Steel_2 — Moinho de aço Salzgitter

O futuro da produção de aço

A produção alemã de aço é atualmente responsável por cerca de 30% do total das emissões industriais de CO2 do país.
Converter a produção de aço em tecnologias com baixo teor de CO2 e, a longo prazo, neutras para o clima, por exemplo, utilizando hidrogénio em vez de carvão de coque.
Desenho de instalações de produção de aço de modo a que o hidrogénio possa ser utilizado em complemento do gás natural.

Utilização da válvula de seguranças

A LESER salvaguarda os processos na indústria do aço que têm de ser protegidos contra sobrepressão inadmissível. As válvulas de segurança protegem, por exemplo, a geração de hidrogénio que é utilizado diretamente na redução do minério de ferro, bem como a redução da camada de óxido na galvanização do aço em tiras. São utilizados os seguintes tipos :

Tipo 441 a 0,5 bar-g de pressão de ajuste
Tipo 437 a 2,5 bar-g pressão de ajuste
Tipo 458 a 30 bar-g pressão de ajuste


Tipo 437	Tipo 441	Tipo 458

Inserir: As cores do hidrogénio

Embora o hidrogénio seja um gás incolor, é descrito e representado em diferentes cores. As cores simbolizam os diferentes métodos de produção e geração de energia. Independentemente da forma como é produzido, o hidrogénio impõe requisitos idênticos aos sistemas e, consequentemente, também à válvula de segurança .

Hidrogénio verde - O hidrogénio é produzido por eletrólise com água e eletricidade de fontes renováveis como a energia solar, eólica ou hídrica. A produção de hidrogénio verde é neutra em termos de CO2.

Hidrogénio turquesa - O hidrogénio é produzido por pirólise do metano. O metano do gás natural é dividido em hidrogénio e carbono sólido. O carbono sólido é um granulado, o que significa que não é libertado CO2 para a atmosfera. Se a energia necessária para a pirólise do metano for proveniente de fontes renováveis, a produção é neutra para o clima.

Hidrogénio cinzento - O hidrogénio é produzido através da reforma de vapor de combustíveis fósseis como o gás natural, o carvão ou o petróleo. Este processo produz CO2, que é libertado para a atmosfera.

Hidrogénio azul - Tal como o hidrogénio cinzento, o hidrogénio é produzido por reformação a vapor . No entanto, o CO2 produzido é capturado e armazenado. Este hidrogénio é, portanto, considerado neutro para o clima.

Hidrogénio amarelo - O hidrogénio é produzido por eletrólise. A eletricidade necessária provém da mistura normal de eletricidade, ou seja, uma mistura de energias fósseis e renováveis.

Hidrogénio vermelho, rosa ou roxo - O hidrogénio é produzido por eletrólise. A eletricidade necessária provém da energia nuclear.

Hidrogénio laranja - O hidrogénio é produzido por eletrólise. A eletricidade necessária provém da biomassa ou de instalações de gestão de resíduos, tais como instalações de incineração de resíduos ou instalações de biogás.

Hidrogénio preto - O hidrogénio é produzido por eletrólise. A eletricidade necessária provém da hulha.

Hidrogénio branco - Por um lado, trata-se de hidrogénio natural. Por outro lado, este hidrogénio é um subproduto de certos processos nas fábricas de produtos químicos.

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Desafio técnico para as válvulas de segurança em aplicações com hidrogénio

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Produtos LESER para várias aplicações de hidrogénio

Aplicações de referência LESER

Hidrogénio - da produção à utilização

Produção de eletricidade através da energia solar

Produção - Tipos de eletrólise

Eletrólise PEM

Eletrólise alcalina

Eletrólise SOEC

Reforma de vapor

Secagem e armazenamento

Secagem

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Combustíveis sintéticos

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Indústria - Produtos químicos

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Indústria - Aço

Transformação do sector do aço

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