KIOGE-2024
Как сделать промышленность более экологичной?
Водород для промышленности – важный ресурс для повышения экологичности промышленных процессов. Промышленности требуется большое количество водорода. К сожалению, пока все современные методы его производства способствуют образованию парниковых газов. Для получения водорода более экологичным способом нужны специализированные технологии и насосы.
В 2022 году концерн KSB поставил насосы и трубопроводную арматуру в Норвегию для проекта электролизной установки мощностью 24 МВт для производства «зеленого водорода» в качестве сырья для «зеленого аммиака». В данном случае необходимый водород будет вырабатываться посредством электролиза с использованием гидроэлектроэнергии. Объем поставки для проекта включал в себя стандартные химические насосы серии MegaCPK, все детали проточной части которых изготовлены из высококачественной дуплексной нержавеющей стали, и обратные клапаны SISTORSK, оснащенные специальным покрытием. Компания KSB получила этот заказ, благодаря успешному опыту участия в реализации проектов строительства полипропиленовых установок, воздушных сепараторов и сепараторов углекислого газа.
Без водорода в промышленности мало что происходило бы: водород необходим, например, для синтеза аммиака, который является основным материалом для производства удобрений.
Водород также необходим для получения метилового спирта, базового продукта в производстве химических веществ, таких как формальдегид или уксусная кислота.
Нефтеперерабатывающие заводы используют водород для очистки минеральных масел или в производстве синтетического топлива.
Использование водорода может найти свое применение в литейном производстве без выбросов углекислого газа. В настоящее время этот сектор является основным источником выбросов парниковых газов в промышленности.
Причем при производстве самого водорода также образуется большое количество углекислого газа, который попадает в атмосферу и способствует дальнейшему глобальному потеплению. В чем причина и как минимизировать негативные последствия?
Около 95 процентов водорода, используемого сегодня в промышленности, представляет собой так называемый «серый» водород. Его получают из природного газа в результате паровой конверсии метана (технология SMR) или более современным методом автотермической конверсии (ATR). Однако оба этих метода производят большое количество углекислого газа–около десяти тонн на каждую тонну вырабатываемого водорода.
Наиболее экологичным способом получения водорода является электролиз. В этом случае электролизер расщепляет воду (H2 O) с помощью электроэнергии на ее элементы: водород (H2 ) и кислород (О2 ).
Если используется энергия из возобновляемых источников, то полученный таким образом водород является климатически нейтральным. Вот почему его называют «зеленым водородом».
Однако для масштабного внедрения этих технологий все еще нужно время. Произвести «зеленый водород» в достаточном количестве пока не представляется возможным в ближайшем будущем.
«Голубой водород» – Экологичное Промежуточное решение
До тех пор, пока процессы электролиза для получения водорода не станут более совершенными и не появятся достаточные мощности для производства «зеленого» водорода, «голубой» водород может служить экологичным промежуточным решением. Его получают тем же способом, что и обычный «серый водород», путем паровой конверсии природного газа. Разница в том, что CO2, образующийся в этом процессе, отделяется с использованием технологии CCS (улавливания и хранения углерода) вместо того, чтобы выбрасываться в атмосферу. Затем CO2 может транспортироваться на борту судна или по трубопроводу в подземные хранилища.
Истощенные газовые и нефтяные хранилища в Северном море могут быть использованы для хранения CO2. Здесь CO2 может подвергаться сжатию и закачиваться в глубокие слои пористого песчаника, где он вступит в реакцию с породой и в долгосрочной перспективе минерализуется.
Защитный слой из горных пород толщиной в несколько километров не позволит углекислому газу выйти из хранилищ.
«Голубой водород», который доступен для промышленности в ближайшей перспективе, был получен благодаря многолетнему опыту хранения CO2, о чем свидетельствует проект Sleipner, расположенный в 250 километрах от побережья Норвегии.
Эта технология могла бы послужить промежуточным решением в борьбе с глобальным потеплением и параллельно дать время для разработки инфраструктуры для производства «зеленого водорода»
Исследования показали, что «голубой» водород может быть почти таким же экологичным, как «зеленый», при соблюдении двух условий:
- во-первых, технология, используемая для преобразования природного газа, должна обеспечивать отделение более 90 процентов углекислого газа;
- во-вторых, при обращении с природным газом и его транспортировке необходимо предотвращать утечку, не более одного процента используемого метана.
Согласно данным Международного энергетического агентства, технология применяется в таких странах, как Норвегия, Великобритания и Нидерланды. В этих условиях при производстве «голубого водорода» образуется от 2 до 3,5 килограммов CO2 в эквиваленте на килограмм водорода – значения, сопоставимые с показателями при производстве «зеленого водорода».
Насосы и арматура KSB в производстве водорода
Для производства водорода, а также для технологий сбора, транспортировки и хранения CO2 необходимы специализированные насосы и трубопроводная арматура. Они не только перекачивают находящийся под давлением сжиженный диоксид углерода, но и абсорбенты, такие как растворы аминов, которые связывают газ– подобно газированной воде.
Кроме того, системы улавливания и хранения углерода (CCS) требуют технологической воды и включают многочисленные контуры охлаждения, в которых циркулирует вода. Необходима максимальная защита от утечек, а системы и оборудование должны быть устойчивы к коррозии, поскольку растворенный диоксид углерода и растворы аминов могут вызывать коррозию. Важно предотвратить образование зон низкого давления в системах, в которых диоксид углерода переходил бы из жидкого состояния в газообразное. Это требует большого практического опыта.
Преимущество KSB, как всемирно признанного производителя насосов и арматуры, в том, что компания очень хорошо знает процессы химической промышленности и имеет многолетний опыт производства «серого водорода», что также полезно при производстве «голубого водорода».
На своем испытательном стенде во Франкентале KSB подробно исследовали факторы, влияющие на агрегатное состояние углекислого газа. Это позволило подобрать наиболее эффективный насос и подходящий рабочий диапазон для процессов улавливания и хранения углерода (CCS).
Уникальные ноу-хау KSB в области насосных технологий позволяют уже сегодня реализовать проекты по декарбонизации с использованием «голубого водорода».
Универсальные насосы для экстремальных условий эксплуатации в системах улавливания и хранения углерода
В небольших установках, перерабатывающих от 10 000 до 100 000 тонн CO2 в год, промышленные компании отдают свое предпочтение герметичному насосу с магнитной муфтой серии Magnochem.
Его вращающийся вал не проходит сквозь корпус и, следовательно, не нуждается в герметизации, что исключает риск протечки через уплотнение. Магнитная муфта передает крутящий момент от двигателя внутрь корпуса насоса без какого-либо контакта. Это означает, что стандартный химический насос сам по себе герметичен, обеспечивая защиту от протечек.
Насос соответствует самым высоким стандартам качества ISO 5199. Он доступен в широком ассортименте материального исполнения. Его прочная конструкция подходит для работы при давлении до 40 бар. Также возможно исполнение по стандарту API 685. Широкий выбор типоразмеров гидравлических частей и магнитных муфт обеспечивает максимальную вариативность.
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.
С целью повышения безопасности и расширения областей применения насоса Magnochem концерн разработал и с помощью аддитивных технологий 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.
В крупных системах, перерабатывающих около миллиона тонн CO2 в год, используются насосы, соответствующие стандарту API 610 / ISO 13709. Например, двухкорпусной многоступенчатый насос серии CHTR, тип BB5.
Этот насосный агрегат оснащен подшипниками с обеих сторон рабочих колес для равномерного распределения нагрузки при высоком давлении или больших скоростях потока. Он был разработан с учетом максимальной надежности и простоты обслуживания: оптимизированная конструкция компенсирует перепады давления и снижает осевую нагрузку на вал, которая является одним из основных факторов, влияющих на износ подшипников и уплотнений.
Прочные подшипники качения или упорные подшипники удерживают рабочие колеса в осевом положении и поглощают оставшуюся осевую нагрузку. Механические уплотнения и подшипники можно обслуживать без необходимости открывать насос.
Безопасная арматура для оптимального регулирования расхода
Трубопроводная арматура так же важна, как и насосное оборудование, при производстве «голубого водорода». Многие компании выбирают поворотные затворы с двойным эксцентриситетом и седлом из пластомера серии DANAÏS 150. Пластомерные материалы обладают химической стойкостью, улучшают герметизирующие свойства и снижают износ по сравнению со стандартным исполнением седла. Часто при эксплуатации систем улавливания и хранения углерода (CCS) также используют односедельные регулирующие клапаны с массивной направляющей клетки. Они оснащены одним клапанным диском, опирающимся на клетку или раму. Клапаны этого типа часто используются на промышленных предприятиях, когда требуется точный контроль потока жидкости.
Для сжижения углекислого газа используются дисковые поворотные затворы с металлическим седлом, изготовленные из нержавеющей стали. Металлический контакт между поверхностью диска и поверхностью седла обеспечивает плотное перекрытие и сводит к минимуму риск утечки.
Оборудование и технологии KSB–инновации во имя экологического будущего нашей планеты.
KSB SUPREMESERV – гарантия бесперебойной эксплуатации
Даже самое высококачественное и сверхнадежное оборудование требует тщательного внимания и ухода. Регулярные профилактические осмотры и техническое обслуживание – гарантия бесперебойной работы систем и долговечности поставленного оборудования. Сервисная служба KSB SupremeServ обеспечивает поддержку всех международных проектов по производству водорода, реализуемых в Республике Казахстан. Специалисты «КСБ Казахстан» осуществляют выезд на объект заказчика, шефмонтаж, пусконаладку, ввод в эксплуатацию, оказывают услуги по техническому обслуживанию, гарантийному и послегарантийному сопровождению, поставку и замену запасных частей, проводят технические консультации и обучение персонала служб эксплуатации и сервиса заказчика. Наши знания, профессиональный опыт и качество продукции KSB обеспечивают надежность, эффективность и производительность систем.
Узнайте больше об инновационных разработках, технологиях, оборудовании и услугах KSB для декарбонизации промышленности.
