Kuinka optimoida tehokas ja tuottava elektrolyyseri?
Vety on yhä enemmän esillä suurien mahdollisuuksien vihreänä energialähteenä. Euroopan komissio pyrkii tuottamaan 10 miljoonaa tonnia sekä tuomaan 10 miljoonaa tonnia uusiutuvaa vetyä Euroopan unioniin vuoteen 2030 mennessä. Analyytikot odottavat, että myös Kiinassa elektrolysaattoreiden myynti yli kaksinkertaistuu 2023 mennessä, maan jatkaessa vihreiden vetyprojektien käyttöönottoa.
Vedyn yleistyminen energialähteenä mahdollistetaan kapasiteetin kasvattamisella ja laadukkaalla tuotannolla. Tehokas ja tuottava elektrolyyseri tarvitsee luotettavaa veden syöttöä ja syntyvien vety- ja happikaasujen tehokasta ulosvirtausta. Siksi näitä toimintoja suorittavat järjestelmät ovat uusia vetylaitoksia suunniteltaessa ratkaisevan tärkeitä.
Vetytuotannossa on kaksi elektrolyysilaitteistojen päätyyppiä:
1. Alkaliset elektrolyyserit (Alkaline Electrolyzer / AEL): Alkalielektrolyysi tekniikkaa on käytetty jo yli 100 vuotta. Alkalielektrolyysi toimii matalissa lämpötiloissa ja käyttää kaliumhydroksidin (KOH) tai natriumhydroksidin (NaOH) nestemäistä alkaliliuosta sähköä johtavana elektrolyyttinä. Se hajottaa veden vedyksi ja hapeksi hyödyntäen sähkövirtaa. Se on halvin tapa tuottaa vetyä, mutta siihen liittyy korkeat ylläpitokustannukset.
2. Protoninvaihtokalvo elektrolyyserit (Proton Exchange Membrane Electrolyser / PEM / polymeerielektrolyyseri). PEM-teknologia saatetaan tuntea protoninvaihtomembraani-, polymeerielektrolyyttimembraani- sekä kiinteäpolymeerielektrolyytti-nimellä. PEM-elektrolyyserit käyttävät sähkön johtamiseen kiinteää elektrolyyttiä nestemäisen muodon sijasta. Polymeerielektrolyyserit ovat yleensä tehokkaampia, vaativat vähemmän huoltoa ja vievät vähemmän tilaa, kuin AEL-elektrolyyserit. PEM-elektrolyyserien käyttö on kuitenkin kalliimpaa, koska ne vaativat jalometalleja, kuten platinaa.
Veden syöttö sekä vety- ja happikaasujen ulosvirtauksen käsittely- ja hallintajärjestelmät ovat kriittisiä molemmille elektrolyysityypeille.
Vuotojen minimointi ensiasennuksen aikana
Jos FAT:n aikana havaitaan vuotoja?
Testausprosessi on lopetettava
Järjestelmä on puhdistettava
Operaattoreiden on tunnistettava vuotokohdat
Vuodot on korjattava manuaalisesti
Testaus on aloitettava manuaalisesti
Pienetkin vuodot voivat johtaa resurssien tehottomaan käyttöön
Kun prosessiaineina käytetään happea ja vetyä, voivat vuodot aiheuttaa sekä tuotannon laskua että merkittävän turvallisuusriskin. Tarjoamme Swagelok Helsingillä syväluotaavia asennuskoulutuksia neste- ja kaasujärjestelmien asennusten toteuttamiseen ja tarkastamiseen. Koulutukset voidaan myös kustomoida erityisesti vetyjärjestelmät huomioon ottaen. Oikeaoppisilla asennuksilla säästetään laitoksen käyttöönotosta alkaen prosessi- ja tukijärjestelmien huolto- ja seisonta-ajassa, energiankulutuksessa, prosessiaineissa sekä maksimoidaan laitoksen turvallisuus laadukkailla järjestelmillä ja näin ollen tuetaan koko vetytoimialan kasvua.
Huomiot kentältä, Ana Dominguez, Engineering Services Supervisor, Swagelok Company
"Yksi yleisimmistä syistä vuotoihin järjestelmän käynnistyksen yhteydessä on virheellinen asennus. Tämä pätee vedyn tuotantolaitoksissa ja lähes kaikissa laitoksissa, joissa neste- ja kaasujärjestelmät ovat kriittisiä osia toiminnassa. Jos vedyntuottajat haluavat minimoida kustannukset käynnistyksen aikana, asennuskoulutuksella voi olla suuri vaikutus. Asentajat, joilla on oikeat tiedot ja parhaat käytännöt, välttävät todennäköisemmin vuotoja aiheuttavia virheitä."
Puhdas vety tuotannossa
Vedyn tuotannossa kaasujen puhtausaste on ratkaisevan tärkeää, elektrolyyserikaasujen puhtausasteen on oltava 99,9 prosenttia. Puhtaustason ylläpitäminen koskee sekä ulosvirtausjärjestelmiä että itse elektrolyyseriä.
Puhtaus elektrolyyserijärjestelmässä voi olla haastavaa korrosoivasta ympäristöstä johtuen. Elektrolyysiprosessille ominaiset korkeat lämpötilat ja korkeat kosteustasot edistävät korroosion kehittymistä heikkolaatuisemmassa haponkestävässä teräksessä. H2 kaasuun voi siirtyä epäpuhtauksia korrosoituneesta järjestelmästä matkalla elektrolyyseristä varastosäiliöön. Korroosio on myös turvallisuuskysymys, sillä voimakkaasti syöpyneissä putkissa tai liitososissa on suurempi vikaantumismahdollisuus.
Puhtaus tulee ottaa huomioon ja vetyjärjestelmää suunnitellessa. Materiaalivalinnat korostuvat juuri vetyjärjestelmäsuunnittelussa. Korkealaatuiset haponkestävät teräkset, jotka sisältävät korkeampia kromi- ja nikkelipitoisuuksia kuin ASTM-vaatimukset, kestävät paremmin korroosiota ja vetyhaurastumista.
Diffuusio 316/316L ruostumattomaan teräkseen tapahtuu hyvin hitaasti, mutta korkeissa paineissa ja pitkällä aikavälillä vetyatomeja voi kerääntyä metallin kiderakenteeseen. Tämä ilmiö tunnetaan vetyhaurastumisena. Heikompilaatuisissa ruostumattomissa teräksissä vetyhaurastumista voi kuitenkin ilmetä ja jos väsymissäröjä ilmenee, vetyatomit kiihdyttävät säröjen etenemistä läpi komponentin. 316/316L -materiaalin lujuuteen vetyatomit eivät vaikuta negatiivisesti edes niiden siirryttyä kiderakenteeseen.
Kaikki Swagelok® stainless steel -tuotteet ovat tuplasertifioitua 316/316L materiaalia, jonka korkeat kromi- ja nikkeliarvot sopivat materiaalikoostumukseltaan erittäin hyvin vetyjärjestelmäkomponentiksi.
Lisäksi suosittelemme korkealaatuisia kaasun näytteenottojärjestelmiä vetytuotannon puhtaustason säännölliseen analysointiin ja seurantaan. Tekninen asiakaspalvelumme suunnittelee, konsultoi, kokoonpanee ja asentaa tarvittavat näytteenottojärjestelmät vetyprosessikaasujen seurantaan.
Tuottavuuden maksimoinnista yhteenvetona
Oikein asennetut, laadukkaat tulo- ja poistojärjestelmät voivat auttaa elektrolyysereitä hyödyntämään täyden potentiaalinsa ja maksimoimaan tuottavuuden.
Liitosten tiiviys auttaa välttämään kalliita jälkitöitä tehtaan hyväksymistestauksen aikana. Se auttaa myös ehkäisemään ennakoimattomia huolto-ongelmia ja niihin liittyviä seisokkeja pitkällä aikavälillä.
Vetyjärjestelmän suunnittelun alussa on ratkaisevan tärkeää valita korkealaatuiset komponentit ja kokoonpanot, jotka on suunniteltu erityisesti vetyä varten, jotta laitos saadaan toimintaan nopeammin, turvallisemmin ja pitkäaikaisella elinkaarella tuottavuutta ajatellen.
Huomiot kentältä; Sami Juntunen, Tekninen johtaja, Swagelok Helsinki
"Vedyn tuotanto on uusi teollisuuden ala, johon ei ole olemassa vakiintunutta suunnitelmaa, kuinka uusi laitos voidaan käyttöön ottaa luotettavasti ja kustannustehokkaasti. Tiedämme kuitenkin, että vedyn tuotanto on riippuvainen luotettavasta nesteen ja kaasujen siirrosta, joka on erityisosaamisalaamme, ja jota voimme soveltaa auttaaksemme vetylaitoksia minimoimaan vuodot, turvallisuushaasteet ja kunnossapitoon liittyvät ongelmat. "
.png?width=628&height=628&name=TechnicalIdea_OutlineCircle_80Gray%20(1).png)
