Atyrau Oil & Gas
Технологии KSB для энергоносителей будущего
Сегодня энергоемкие отрасли, такие как химическая и металлургическая промышленность, по-прежнему используют ископаемое топливо. В будущем эти виды топлива будут частично заменены зеленым водородом. Насосы и арматура обещают сыграть решающую роль в этом процессе.
Декарбонизация промышленности
Экологически чистый водород, то есть водород, производимый климатически нейтральным способом, приобретает всё большее значение в качестве источника энергии для промышленности. Этот водород можно использовать не только в качестве топлива для транспортных средств и хранения энергии, получаемой из возобновляемых источников, а также для уменьшения доли ископаемой составляющей в общей стоимости продукта. Например, на нефтеперерабатывающих заводах «серый» водород, который образуется в результате парового риформинга природного газа и используется в настоящее время в процессах десульфуризации при производстве бензина и дизельного топлива, постепенно может быть заменен его зеленым аналогом.
Сталелитейная промышленность уже реализует пилотные проекты, в которых используется зеленый водород для уменьшения доли железной руды, данная технология является экологичной альтернативой процессу выплавки в печи с высоким выбросом парниковых газов.
Необходимым условием для такого перехода является развитие эффективного и в то же время экономичного водородного хозяйства, включая необходимую инфраструктуру для производства, импорта, транспортировки, хранения и переработки газа. В теории всё достаточно понятно, но на самом деле при реализации таких стратегий необходимо учитывать множество нюансов.
Казахстан на правительственном уровне активно поддерживает такой важный этап энергоперехода и реализуемые в этой связи проекты с целью повышения конкурентоспособности и устойчивости местных предприятий отрасли в мире.
Роль насосного оборудования и трубопроводной арматуры в экологически чистой промышленности
Являясь одной из самых высокотехнологичных компаний, обладающих инженерным опытом в области производства оборудования для технологических процессов нефтехимии и возобновляемых источников энергии, KSB уже много лет активно работает в области водородных технологий. Ассортимент арматуры и насосов компании уже включает множество продуктов, которые можно использовать на всех этапах производственного процесса. У компании также накоплен достаточный опыт в области применения оборудования KSB в процессах производства голубого и зеленого водорода.
Особая сложность при реализации водородных проектов заключается в том, что требования к материальному исполнению используемых компонентов в оборудовании значительно отличаются от требований, предъявляемых к оборудованию для стандартных применений.
При этом опыт реализации проектов и разработки оборудования для химической промышленности, в частности, для производства аммиака или «серого» водорода путем паровой конверсии метана (SMR), автотермического риформинга (ATR), или процессов улавливания, использования и хранения углерода, позволяет компании KSB стать поставщиком инженерных решений для новых экологичных проектов промышленности и энергетики.
Одной из задач, которые необходимо решить на пути перехода к устойчивой водородной экономике, является определение размера будущих систем. В настоящее время электролизеры строятся на модульной основе с использованием небольших контуров. Однако пока до конца не определено, какие типы установок получат широкое применение в будущем: модульные контейнерные типы, интегрированные крупные системы или оба варианта.
Это напрямую повлияет на выбор используемых насосов и арматуры. В то время как электролизеры контейнерного типа рассчитаны на производительность примерно 10 м3/ч, показатели в крупных интегрированных системах (согласно исследованиям) могут достигать 800 м3/ч. Аналогичная ситуация касается рабочего давления, которое может варьироваться от 6 до 40 бар.
Более крупные модульные системы также могут предъявлять более высокие требования к системам автоматизации для обеспечения оптимального взаимодействия компонентов. KSB предлагает как насосы с регулируемой частотой вращения, так и регулирующие клапаны для таких применений. В крупномасштабных системах надежность отдельных компонентов может сыграть решающую роль. KSB также предлагает системы мониторинга для контроля работы насосного оборудования и раннего обнаружения неисправностей.
Рис. 1. Электролизер контейнерного типа производительностью 10 м3 /ч
Соответственно, являясь одним из крупнейших поставщиков насосов и арматуры, KSB предлагает не только широкий ассортимент продукции для различных применений, но и обладает экспертными знаниями в области проектирования систем, режимов работы, материалов и энергоэффективности.
Продукция KSB находит свое применение во всех основных технологических процессах производства экологически чистого водорода: будь то щелочной электролиз (AEL), электролиз полимерно-электролитной мембраны (PEM), а также перспективные технологии будущего, такие как электролиз с использованием анионообменных мембран (AEM) или высокотемпературный электролиз (HTEL).
Для повышения безопасности процессов используются герметичные насосы и мембранные клапаны типа SISTO-16 или SISTO-20, или дисковые затворы типа ISORIA или KE, которые изготавливаются из коррозионностойких материалов или имеют специальное защитное покрытие. Обратные клапаны поворотного типа серии SISTO-RSK или SISTO-RSKS с футеровкой эластомерами или покрытием ECTFE имеют неподвижное уплотнение относительно окружающей среды и характеризуются коротким ходом закрытия, что еще больше повышает надежность и непрерывность работы систем.
Рис 2. Мембранный клапан с мягким уплотнением SISTO-20 – все внутренние функциональные детали не имеют контакта с рабочей средой
SISTO-20 – все внутренние функциональные детали не имеют контакта с рабочей средой
Мембранные клапаны SISTO имеют только два компонента, которые контактируют с перекачиваемой средой: корпус клапана и саму мембрану. Мембрана обеспечивает плотное перекрытие и полную герметизацию от утечек во внешнюю среду. Уникальная система уплотнения клапанов SISTO представлена мембраной, заключенной в корпус и поддерживаемой металлической пружиной во всех положениях клапана. В зависимости от области применения, подбираются оптимальные материалы исполнения корпуса и его покрытия. Главное – правильно подобрать мембрану! В дополнение к эластомерным мембранам KSB предлагает мембраны из TFM с дополнительным защитным покрытием PVDF, а также мембраны с оболочкой из мягкого каучука EPDM.
Арматура для криогенных применений, необходимая в процессах последующей транспортировки низкотемпературной жидкости, представлена серией дисковых затворов с двойным эксцентриситетом типа DANAÏS. В ходе работы над оптимизацией ракеты Ariane во Французской Гвиане эти поворотные затворы для жидкого водорода (-253 °C) прошли успешные испытания.
Герметичные насосы Magnochem в процессах производства зеленого водорода
Рис 3. Magnochem, химический насос с магнитной муфтой
Среди насосов, прошедших успешные испытания и применяемых в процессах щелочного электролиза, ведущее место занимают герметичные насосы Magnochem с магнитной муфтой в стандартном консольном исполнении и в виде моноблока. Этот насос уже много лет используется в технологических процессах нефтеперерабатывающих заводов, нефтехимических и химических предприятий, где перекачиваемая жидкость может вступить в реакцию с окружающей средой. Как правило, речь идет о крайне агрессивных, токсичных, взрывоопасных и ценных жидкостях. Поэтому Magnochem идеально подходит для применения в водородных технологиях.
Благодаря магнитной муфте, этот химический насос абсолютно герметичен, что исключает риск утечки. Это играет важную роль при щелочном электролизе, когда перекачивается едкий калий, который кристаллизуется при контакте с внешней средой и может быть вредным для здоровья. А в моноблочном исполнении насос Magnochem идеально подходит для установки в условиях ограниченного монтажного пространства.
Рис. 4. Типы насосов Magnochem
Запатентованная конструкция герметичного разделительного стакана делает его чрезвычайно стойким к коррозии и не вызывает вихревые токи, когда магнитное поле проходит через него. Нежелательная потеря тепла, вследствие которой понижается производительность и КПД насоса, исключена.
Рис. 5. MagnoProtect – разделительный стакан инновационной конструкции
С целью повышения безопасности и расширения областей применения насоса Magnochem концерн разработал и с помощью аддитивных технологий в 2024 году начал производство инновационных разделительных стаканов с двухбарьерной защитой от утечек MagnoProtect. MagnoProtect интегрируется в модульную систему Magnochem и позволяет использовать насос при температурах до 400 °C и давлении до 40 бар.
Насос выполняется по стандарту ISO 5199, соответствует самым строгим стандартам качества и доступен в различных вариантах материального исполнения в зависимости от области применения. Благодаря унифицированной концепции магнитной муфты, Magnochem предполагает большое количество технически осуществимых вариантов, что делает его подходящим для решения самых разнообразных задач по производству водорода, а заказчик получает насос, характеризующийся высочайшей надежностью, экономической эффективностью и максимальным соответствием требованиям его системы.
Рис 6. Насос высокого давления Movitec
Еще одним насосом, применяемым в процессах производства водорода, является многоступенчатый вертикальный центробежный насос высокого давления Movitec. Он используется, например, для очистки воды и систем повышения давления. Он рассчитан на давление до 40 бар и отличается большой вариативностью по возможному количеству ступеней и регулированию скорости вращения. Компактная конструкция Movitec идеально подходит для установки в труднодоступных местах, например, в системах контейнерного типа или модульных решениях. Даже при низких скоростях потока насос может создавать высокое давление. Многоступенчатый насос Movitec также доступен в широком диапазоне типоразмеров.
Водородная технология включает в себя нечто большее, чем просто производство водорода. Другим ключевым процессом является достаточная подача охлаждающей воды.
Насосы серий Etabloc и Etaline, а также дисковые затворы и мембранные клапаны серий ISORIA и SISTO-20 идеально подходят для охлаждения теплообменников. Энергоэффективные характеристики обеспечиваются за счет применения частотного регулирования. Компактная конструкция оборудования делает его оптимальным для монтажа в контейнерных установках.
Рис 7. Etaline, насос типа «в линию»
Узнайте подробнее о новых разработках и технологиях KSB на профильных выставках 2024 года:
14-16 мая 2024, Ташкент, Узбекистан, 26-я Международная выставка и конференция «Нефть и Газ Узбекистана - OGU 2024».
4-6 июня 2024, Баку, Азербайджан, 29-я Международная выставка и конференция «Нефть и Газ Каспия - Caspian Oil & Gas 2024».
10-14 июня 2024, Франкфурт-на-Майне, Германия, ACHEMA 2024 - Международная выставка и конгресс по вопросам химического машиностроения, перерабатывающей промышленности и защиты окружающей среды.
25-27 сентября 2024, Алматы, Казахстан, 29-я Международная выставка и конференция «Нефть и газ» (KIOGE Oil&Gas Kazakhstan).
Технология щелочного электролиза известна уже более века и является наиболее часто применяемой в процессе производства водорода. В настоящее время активное развитие получила более новая технология – электролиз полимерно-электролитной мембраны (PEM). Ее преимуществами являются надежность, простота использования и гибкость. По сравнению со щелочным электролизом эта технология дает потенциал для технических разработок и повышения рентабельности, она не требует использования каких-либо опасных химикатов, за исключением токсичного электролита. Таким образом, для этой области применения вполне подходят насосы и арматура KSB, которые применяются в щелочном электролизе.
Преимущества новой технологии станут более очевидными, как только использование возобновляемых источников энергии в процессе производства водорода получит широкое распространение.
Оборудование KSB также готово к будущим технологиям, таким как электролиз с использованием анионообменных мембран (AEM) или высокотемпературный электролиз (HTEL). Здесь основная задача связана с работой оборудования на высоких температурах, что предъявляет особые требования к материальному исполнению.
Уже сегодня в пилотных проектах задействованы насосы и арматура KSB, ведутся дальнейшие исследования и разработки с целью модернизации существующих и создания новых продуктов и решений для успешного внедрения технологий будущего. Эксперты видят главный вызов в высоких температурах, которые предъявляют повышенные требования к материалам. KSB участвует в нескольких исследовательских проектах по испытанию новых сплавов и изучению воздействия экстремальных условий на компоненты.
Независимо от того, какой процесс электролиза в производстве зеленого водорода будет использоваться в будущем и какой размер системы получит широкое применение, ассортимент продукции KSB удовлетворяет самым разнообразным требованиям. Благодаря многолетнему опыту, KSB разрабатывает и производит насосы и арматуру, необходимые для решения любой поставленной технологической задачи и обеспечения максимальной эффективности, безопасности и надежности системы.