Применение водорода

Предохранительные клапаны LESER для водородных систем

Уже сегодня в мире ежегодно производится более 600 миллиардов кубометров водорода для перерабатывающей промышленности. Водород является основным материалом во многих отраслях промышленности, например, на нефтеперерабатывающих заводах, при производстве аммиака или в других химических процессах. Водород производится с помощью химических процессов или электролиза с использованием электрической энергии.

Помимо этих потребностей, технология использования водорода в качестве источника энергии в двигателях внутреннего сгорания или на топливных элементах уже готова заменить нефтепродукты в будущем.
Преимущества водорода как энергоносителя таковы:

Нейтральный_CO2-след: Водород, произведенный из возобновляемых источников энергии, является_{CO2-нейтральным} энергоносителем и основным материалом .
Гибкое хранение энергии: Водород, получаемый из возобновляемых источников энергии, может храниться в жидком или газообразном состоянии в резервуарах и кавернах. Он распределяется по территории с помощью мобильных резервуаров и существующих газопроводов.
Энергия до X: Водород можно гибко использовать в качестве источника энергии в топливных элементах, топлива в двигателях внутреннего сгорания и заменителя кокса при производстве стали. При добавлении_CO2 он также может использоваться в качестве топлива и горючего.

Hydrogen_Embrittlement — Водородное охрупчивание

Вставка: Водородное охрупчивание

Причина:
Атомарный водород (H) образуется на металлических поверхностях, контактирующих с водородом, например, при гальваническом покрытии. Он проникает в структуру металла и образует там молекулярный водород (H2).

Эффект:
Металл теряет свою эластичность и разрушается без фазы расширения.

Решение LESER :
Аустенитная сталь, например, 1.4404, которую компания LESER серийно использует для изготовления пластин и седельных втулок в водородных системах, практически не подвержена водородному охрупчиванию.

Продукция LESER для различных водородных применений

Предпочтение отдается следующим группам товаров:

Компания LESER рекомендует аустенитную нержавеющую сталь, такую как материалы стандарта LESER 1.4404/316L или 1.4408/CF8M, для смачиваемых предохранительных клапанных деталей. Эти материалы нечувствительны к водородному охрупчиванию. Выбор литого или кованого материала зависит от условий применения.

Предохранительные клапаны LESER на протяжении многих лет доказывают свою пригодность для криогенных температур от -150 °C/-238 °F до абсолютного нуля. Для достижения наилучших результатов промбазирования в этих условиях рекомендуется следующая конфигурация изделия:

Предохранительный клапан с соплом - группа продуктов API Тип 5264
Металлические промбазирующие поверхности - стандартное исполнение
Стеллитовая наплавка диска - LESER код опции J25
Стеллитовая наплавка сопло - LESER код опции L65

Газообразный, высококомпрессионный или сжиженный водород - свяжитесь с нами, и мы найдем правильное решение для вашей задачи. LESER испытывает предохранительные клапаны для криогенных применений на собственном криостенде.

Справочные приложения LESER

LESER охватывает всю цепочку создания стоимости водорода. От производства на технологических установках, сжатия с помощью компрессоров высокого давления, распределения в резервуарах, трубопроводах и заправочных системах до потребления в мобильных резервуарах на судах и топливных элементах.

Водород - от производства до использования

Power generation

H2 Production

Drying & Storage

Transport

Usage

Производство электроэнергии за счет солнечной энергии

Solarkraftwerke — Параболическая электростанция; электростанция Френеля

Производство солнечной энергии

Солнечная энергия может вырабатываться различными типами систем.

Примерами являются:

Солнечные тепловые электростанции

Поглощение солнечного тепла и транспортировка через теплоноситель в электростанцию
Преобразование в электрическую энергию
Типы электростанций - параболические желоба и электростанции Френеля, разновидностью являются башенные солнечные электростанции
Предохранительные клапаны используются в солнечных тепловых электростанциях
Требуют высокой герметичности корпуса и седла в связи с наличием кришпилькаговых сред, температуры до 570 °C / 1 058 °F и давления до 40 бар-г / 580 psig

Фотоэлектрические системы

Преобразование солнечной энергии непосредственно в электрическую с помощью солнечного элемента


Тип 459 Солнечный	Тип 526

информацию о предохранительных клапанах в солнечных электростанциях можно найти здесь

Производство - Типсы электролиза

Электролиз ПЭМ

Принцип

В электролизе "протонной мембраны" (PEM) используется твердый полимерный электролит - протонообменная мембрана, которая омывается водой. Когда на мембрану подается электрическое напряжение, ионы водорода H+ мигрируют через мембрану. В результате на катоде образуется водород, а на аноде - кислород.

Использование предохранительных клапанов

При электролизе водород образуется в газообразном состоянии.
Номинальное противодавление составляет 5 бар-г. Для защиты от избыточного давления предохранительные клапаны имеют давление настройки 6 бар-г. Вся система состоит из нескольких модулей. Каждый отдельный модуль имеет небольшую или среднюю мощность. Модули имеют индивидуальную защиту, в основном предохранительные клапаны серии Компактное исполнение.


Тип 437	Тип 459

Щелочной электролиз

Sunfire Alkaline Electrolyser — Щелочной электролизер Sunfire

Принцип

При щелочном электролизе металлические электроды погружаются в щелочной водный раствор и разделяются проницаемой мембраной. При подаче электрического тока на аноде образуется кислород, а на катоде - водород. Расщепляется до 40 % раствора гидроксида калия (KOH). Рабочая температура этих промышленных установок иногда превышает
80 °C.

Использование предохранительных клапанов

Рабочее давление при щелочном электролизе составляет до 34 бар-г. Избыточное давление защиты обеспечивается при 36 бар-г. Это означает, что рабочее давление и давление настройки очень близки друг к другу, так как для жидкостей этот разрыв обычно составляет 20 %. Поэтому предохранительные клапаны с пилотным управлением Тип 821 все чаще используются в дополнение к предохранительным клапанам с пружиной Тип 441. Преимущества:

Низкая разница давления закрытия макс. 7%.
Модулирующий эффект уменьшает максимальное количество водорода, подаваемого в случае срабатывания. Это снижает исполнение системы продувки.


Тип 441	Тип 821

Электролиз SOEC

SOEC Electrolysis — Высокотемпературный электролизер

Принцип работы

Твердооксидные электролизерные ячейки (SOEC) работают при температурах примерно от 500 до 850 °C. Общая функция электролизной ячейки заключается в расщеплении воды в виде пара на чистые H2 и O2. Пар подается на пористый катод. При подаче напряжения пар перемещается к границе раздела катод-электролит и восстанавливается с образованием чистого H2 и ионов кислорода. Затем водородный газ диффундирует обратно через катод и собирается на его поверхности в виде водородного топливного газа.

Использование предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны защищают катод от недопустимого избыточного давления. Максимально допустимое рабочее давление составляет 0,5 бар-г на стопку. LESER Тип 441 обеспечивает безопасность при давлении от 0,1 бар-г.

Тип 441

Реформинг пара

Steam_reforming — Производство водорода в химическом парке OQ

Принцип

В процессе парового риформинга природный газ, сжиженный газ или нафта преобразуются в CO2 и H2. Сначала исходный материал подвергается сероочистке, затем добавляется пар. Смесь пропускается через катализатор. В результате образуется синтез-газ из H2, CO, CO2, H2O и CH4.
Пропорции молекул изменяются в результате реакции на H2 и CO2. Разделение этих двух компонентов происходит на молекулярном сите. Когда система собирает и хранит CO2, образуется водород "голубого" цвета.

Использование предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны защищают паровые котлы, а также входные и выходные материалы. Избыточное давление защиты водорода может достигать 51 бар-град.


Тип 526	Тип 447

Сушка и хранение

Сушка

Принцип

В зависимости от способа получения водорода перед дальнейшей переработкой или транспортировкой необходима сушка. Без сушки влага конденсируется и замерзает при сжатии или охлаждении.

Использование предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны защищают сушильную систему от недопустимого избыточного давления . Все используемые предохранительные клапаны изготовлены из аустенитной нержавеющей стали , поскольку она устойчива к водородному охрупчиванию.


Тип 437	Тип 459

Хранение

Принцип

Водород хранится либо в жидкой форме при давлении до 70 бар-г, либо в газообразной форме при давлении 200 бар-г и выше.
Транскритическое хранение - возможная инновация для повышения плотности энергии. В этом случае газообразный водород хранится при температуре -240 °C и давлении до 300 бар-град.

Использование предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны защищают резервуары от недопустимого избыточного давления. Для жидкого водорода все предохранительные клапаны изготавливаются из аустенитной нержавеющей стали. При температурах до -253 °C некоторые стали становятся хрупкими - для этих температур подходят аустенитные нержавеющие стали, такие как 1.4404 / SA-479 316L или 1.4408 / SA-351 CF8M.
Используемые предохранительные клапаны:
Тип 437 до 70 бар-g
Тип 526 до 70 бар-g
Тип 459 до 10 бар-г
Если водород хранится в газообразном состоянии, выход может быть сделан из стали. Водород присутствует в предохранительном клапане только тогда, когда он разряжается, т.е. в течение короткого времени. Предохранительный клапан используется:
Тип 459 до 352 бар-г


Тип 437	Тип 459	Тип 526

Транспорт

Транспортные опции

Водород в жидком состоянии можно эффективно перевозить поездами или грузовиками, даже в небольших количествах, и распределять децентрализованно. В газообразном состоянии водород можно индивидуально перевозить под давлением на грузовиках. Однако только в небольших количествах. Для транспортировки больших количеств водорода используются трубопроводы. Одним из примеров является центральный немецкий химический треугольник вокруг Биттерфельда, Шкопау и Лёна. 3,6 млрд м³ водорода в год транспортируются по различным водородным трубопроводам общей протяженностью 150 км.

Использование предохранительных клапанов

Транспортные контейнеры защищены от теплового расширения, например, под воздействием солнечной радиации. Из-за низкой требуемой пропускной способности обычно используется группа продуктов Компактное исполнение с типами 437 или 459. Компрессоры трубопроводных систем, создающие необходимое для транспортировки давление, могут быть защищены типом 526.


Тип 437	Тип 459	Тип 526

Использование водорода - промышленные примеры

Синтетическое топливо

H2_Synthetic_fuels — Водородный бак во время синтеза топлива

Производство

Синтетическое топливо может быть произведено из водорода и атмосферного углекислого газа. Это означает, что они отличаются от обычного топлива процессом производства и изменениями в химической структуре. Благодаря этому процессу в атмосферу не выбрасывается больше CO2.

Использование предохранительных клапанов

С помощью предохранительных клапанов Тип 811 с пилотным управлением можно обеспечить защиту приложений вблизи рабочего давления. В частности, POSV открываются при давлении более 30 бар-g - такое исполнение позволяет системам оставаться в классе давления PN40.


Тип 811	Тип 438	Тип 459	Тип 433

Водородные заправочные станции

Hydrogen_fuling_stations_Hamburg — Заправочная станция H2, Гамбург Хафен Сити

Водородные заправочные станции

В зависимости от того, используется ли водород в качестве топлива в легковых, грузовых автомобилях или поездах, различается и давление хранения. Легковые автомобили обычно работают на водороде под давлением до 700 бар-град. Для грузовиков и поездов, напротив, давление хранения составляет 350 бар-град. Для заправки требуется перепад давления между буферной емкостью и транспортным средством около 200 бар-град.

Использование предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны используются для защиты заправочных систем при давлении до 1 100 бар-град. Такое давление обеспечивает достаточное расстояние между давлением заправки и давлением настройки. Это позволяет ускорить процесс заправки.


Тип 437	Тип 459

Промышленность - Химическая промышленность

H2_Industry_Chemical — Производство удобрений SKW Pisteritz

Использование водорода в химической промышленности

Химическая промышленность в настоящее время является крупнейшим потребителем водорода, поскольку он образует начальную точку важных химических цепочек создания стоимости. Уже сегодня в Германии ежегодно используется около 12,5 миллиардов кубометров водорода.

Пример: Производство аммиака на заводах по производству мочевины

Мочевина - важный исходный материал для удобрений. Водород используется для производства аммиака, который является прекурсором для синтеза кабермата.

Использование предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны LESER защищают все процессы производства мочевины от недопустимого избыточного давления. Например, Тип 526 предохранительных клапанов защищает водород в процессе производства аммиака при давлении до 60 бар-г и температуре до 150 °C. Сам процесс синтеза кабермата защищен предохранительным клапаном LESER с мочевиной.

Тип 526

Информацию о предохранительных клапанах в системах с мочевиной можно найти здесь [EN]

Промышленность - Пластик

H2_Industry_Plastic — Нефтеперерабатывающий завод Хайде/Германия

Использование водорода в производстве пластмасс

Водород играет важную роль в производстве пластмасс. Например, водород используется для разрыва углеводородных цепочек и десульфуризации технологической среды. При этом в крекинг-установке создается давление 200 бар-г и температура до 480 °C.

Использование предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны LESER защищают все области производства пластмасс от недопустимого избыточного давления . В описанном примере предохранительные клапаны типа 433 или 526 используются для защиты водорода перед поступлением в крекинг, с одной стороны, и исходных материалов - с другой.


Тип 433	Тип 526

Промышленность - Сталь

H2_Industry_Steel — Ландшафтный парк Дуйсбург-Норд/Германия

Трансформация сталелитейной промышленности

Ландшафтный парк Дуйсбург-Норд:
Кусочек истории LESER, к которому можно прикоснуться.

Заброшенный сталелитейный завод площадью 180 гектаров уже более 25 лет используется для спортивных и культурных мероприятий.
Уникальное сочетание городской природы и промышленного наследия Рурской области.
LESER является деталью этого культурного наследия, поскольку некоторые из старыхштоков LESER полного хода пружина предохранительный клапан типа 541 все еще вносят свой вклад в индустриальный шарм ландшафтного парка и могут быть рассмотрены на месте.
Предохранительные клапаны LESER обеспечивают избыточное давление вокруг доменных печей.

Тип 441

H2_Industry_Steel_2 — Сталелитейный завод Зальцгиттер

Будущее сталелитейного производства

На долю немецкого сталелитейного производства в настоящее время приходится около 30 % всех промышленных выбросов CO2 в стране.
Перевести производство стали на технологии с низким содержанием CO2, а в долгосрочной перспективе - на климатически нейтральные технологии, например, с использованием водорода вместо коксующегося угля.
Исполнение сталелитейных заводов таким образом, чтобы водород можно было использовать в дополнение к природному газу.

Использование предохранительных клапанов

LESER обеспечивает защиту процессов в сталелитейной промышленности, которые должны быть защищены от недопустимого избыточного давления . Предохранительные клапаны защищают, например, производство водорода, который используется непосредственно при восстановлении железной руды, а также восстановление оксидного слоя при гальванизации полосовой стали. Используются следующие типы:

Тип 441 при 0,5 бар-г давление настройки
Тип 437 при 2,5 бар-г давление настройки
Тип 458 при 30 бар-г давление настройки


Тип 437	Тип 441	Тип 458

Вставка: Цвета водорода

Хотя водород - бесцветный газ, его описывают и изображают в разных цветах. Эти цвета символизируют различные методы производства и выработки энергии. Независимо от способа производства водорода, он предъявляет одинаковые требования к системам, а значит, и к предохранительным клапанам.

Зеленый водород - водород производится путем электролиза с использованием воды и электроэнергии из возобновляемых источников, таких как солнечная энергия, энергия ветра или воды. Производство зеленого водорода является CO2-нейтральным.

Бирюзовый водород - водород производится путем пиролиза метана. Метан, содержащийся в природном газе, расщепляется на водород и твердый углерод. Твердый углерод представляет собой гранулы, а это значит, что CO2 не выбрасывается в атмосферу. Если энергия, необходимая для пиролиза метана, поступает из возобновляемых источников, производство является климатически нейтральным.

Серый водород - водород производится путем парового риформинга ископаемых видов топлива, таких как природный газ, уголь или нефть. При этом образуется CO2, который выбрасывается в атмосферу.

Голубой водород - как и серый водород, водород производится путем парового риформинга. Однако образующийся CO2 улавливается и хранится. Поэтому такой водород считается климатически нейтральным.

Желтый водород - водород производится путем электролиза. Необходимая электроэнергия поступает из обычного энергобаланса, т. е. из смеси ископаемых и возобновляемых источников энергии.

Красный, шпилька или фиолетовый водород - водород производится электролизом. Необходимая электроэнергия поступает из атомной энергетики.

Оранжевый водород - водород производится электролизом. Необходимая электроэнергия поступает из биомассы или с заводов по переработке отходов, таких как мусоросжигательные заводы или биогазовые установки.

Черный водород - водород производится электролизом. Необходимая электроэнергия вырабатывается из каменного угля.

Белый водород - с одной стороны, это водород природного происхождения. С другой стороны, этот водород является побочным продуктом некоторых процессов на химических заводах.

Предохранительные клапаны LESER для водородных систем

Техническая задача для предохранительных клапанов в водородных системах

Вставка: Водородное охрупчивание

Продукция LESER для различных водородных применений

Справочные приложения LESER

Водород - от производства до использования

Производство электроэнергии за счет солнечной энергии

Производство - Типсы электролиза

Электролиз ПЭМ

Щелочной электролиз

Электролиз SOEC

Реформинг пара

Сушка и хранение

Сушка

Хранение

Транспорт

Использование водорода - промышленные примеры

Синтетическое топливо

Водородные заправочные станции

Промышленность - Химическая промышленность

Промышленность - Пластик

Промышленность - Сталь

Трансформация сталелитейной промышленности

Вставка: Цвета водорода

Связаться с LESER

Information on H2

myLESER Регистрация учетной записи

Предохранительные клапаны LESER для водородных систем

Техническая задача для предохранительных клапанов в водородных системах

Вставка: Водородное охрупчивание

Продукция LESER для различных водородных применений

Справочные приложения LESER

Водород - от производства до использования

Производство электроэнергии за счет солнечной энергии

Производство - Типсы электролиза

Электролиз ПЭМ

Щелочной электролиз

Электролиз SOEC

Реформинг пара

Сушка и хранение

Сушка

Хранение

Транспорт

Использование водорода - промышленные примеры

Синтетическое топливо

Водородные заправочные станции

Промышленность - Химическая промышленность

Промышленность - Пластик

Промышленность - Сталь

Трансформация сталелитейной промышленности

Вставка: Цвета водорода

Связаться с LESER

Information on H2