Pumput ja venttiilit vihreälle vetyvoimalle
Metalliteollisuuden ohella kemianteollisuus kuluttaa eniten energiaa Saksassa – ja tällä hetkellä suurin osa siitä tulee fossiilisista polttoaineista. Tämä tulee kuitenkin pian muuttumaan, kun vihreä vety ottaa johtavan roolin. Ota selvää, miksi pumput ja venttiilit tulevat olemaan ratkaisevassa roolissa tämän vähähiilisen siirtymän toteuttamisessa.
Metalliteollisuuden ohella kemianteollisuus kuluttaa eniten energiaa Saksassa – ja tällä hetkellä suurin osa siitä tulee fossiilisista polttoaineista. Tämä tulee kuitenkin pian muuttumaan, kun vihreä vety ottaa johtavan roolin. Ota selvää, miksi pumput ja venttiilit tulevat olemaan ratkaisevassa roolissa tämän vähähiilisen siirtymän toteuttamisessa.
Teollisuuden hiilidioksidipäästöjen vähentäminen
Vihreä vety, eli ilmastoneutraalisti tuotettu vety, on yhä tärkeämpi energianlähde teollisuudelle. Tätä vetyä voidaan käyttää paitsi ajoneuvojen polttoaineena ja uusiutuvan energian varastointiin, myös materiaalien arvoketjujen defossilisaatioon. Esimerkiksi jalostamoissa nykyisin käytettävä "harmaa" vety, joka tuotetaan maakaasun höyryreformoinnilla ja jota käytetään bensiinin ja dieselin esituotteiden rikinpoistoon, voitaisiin vähitellen korvata vihreällä vedyllä.
Terästeollisuudessa vihreää vetyä käytetään jo suoraan rautamalmin pelkistämiseen vaihtoehtona korkeapäästöiselle masuuniprosessille, tosin toistaiseksi vain pilottihankkeissa.
Tällaisen siirtymän edellytyksenä on tehokkaan ja samalla taloudellisen vetytalouden kehittäminen – mukaan lukien tarvittava infrastruktuuri vedyn tuotantoon, tuontiin, kuljetukseen, varastointiin ja muuntamiseen. Tämä on ainakin teoria. Käytännössä tällaisten strategioiden toteuttamisessa on otettava huomioon paljon enemmän yksityiskohtia.
Nykyiset pumput ja venttiilit tulevaisuuden vihreälle teollisuudelle
Teknologiayrityksenä, jolla on insinööriosaamista prosessitekniikan, petrokemian ja uusiutuvien energioiden aloilla, KSB on ollut aktiivinen vetyteknologian parissa jo vuosia. Sekä sen venttiili- että pumppuvalikoimat sisältävät jo monia tuotteita, joita voidaan käyttää vedyn arvoketjun kaikissa vaiheissa. KSB voi myös hyödyntää lukuisia referenssiprojekteja ja laajaa kokemusta, joka on saatu KSB:n tuotteista tunnetuissa tai pilotoiduissa vedyn tuotantoteknologioissa, kattaen sekä sinisen että vihreän vedyn.
Materiaaliasiantuntijoiden merkitys vetykäytössä
Vedyn käyttö asettaa korkeat vaatimukset käytetyille komponenteille. Christof Lindner, joka vastaa vetyteknologiasta KSB:n yleisen teollisuuden markkina-alueella, selittää tilannetta:
"Erityinen haaste vedyn käyttöön liittyvissä projekteissa on, että käytettyjen komponenttien yksityiskohtaiset vaatimukset vaihtelevat edelleen suuresti, esimerkiksi materiaalien osalta."
Tästä syystä KSB ei ainoastaan sitoudu tutkimus- ja kehitysosaamiseensa asiakasprojekteissa, vaan osallistuu myös standardointiorganisaatioiden (esim. CEN Ranskassa ja DIN Saksassa) perustamiin työryhmiin.
KSB:llä on vuosikymmenten kokemus kemianteollisuudesta
Toimittajana, jolla on vuosikymmenten kokemus, KSB:llä on etuna se, että se tuntee jo hyvin kemianteollisuuden sovelluksissa käytettävät prosessit. Erityisesti muunnosprosesseissa (esim. ammoniakin tuotanto) ja fossiilisiin polttoaineisiin perustuvissa harmaan vedyn tuotantoprosesseissa (SMR, ATR, CCS) KSB voi hyödyntää monien vuosien kokemustaan.
Sama pätee venttiileihin, joita käytetään kloroalkalielektrolyysissä. Myös tässä lukuisat yritykset ovat luottaneet KSB:n kalvoventtiileihin ja läppäventtiileihin jo vuosikymmenien ajan. Kuten Christof Lindner kuitenkin tarkentaa: "Monet kysymykset ratkeavat lopulta vasta, kun kehitys on pidemmällä ja tietoa on kertynyt hurjasta määrästä käyttötunteja.”
Miten prosesseja voidaan laajentaa vetytaloutta varten?
Yksi suurimmista haasteista kestävän vetytalouden tiellä on tulevien järjestelmien koko. Tällä hetkellä elektrolyysilaitteet rakennetaan modulaarisesti käyttäen pieniä alajärjestelmiä. Kysymys kuuluu kuitenkin, tulevatko modulaariset konttiratkaisut vai integroidut suurjärjestelmät/yhdistetyt järjestelmät vallitsemaan tulevaisuudessa vai ehkä molemmat?
Tällä olisi ilmeinen vaikutus käytettävien pumppujen ja venttiilien valintaan. Kun konttiratkaisujen virtausnopeudet ovat noin 10 m³/h, suurjärjestelmät (tutkimusten mukaan) voisivat helposti saavuttaa 800 m³/h. Samoin käyttöpaine voi vaihdella 6:sta 40 bariin.
Suuremmilla modulaarisilla järjestelmillä voi myös olla korkeammat säätövaatimukset komponenttien optimaalisen vuorovaikutuksen varmistamiseksi. KSB tarjoaa tällaisiin sovelluksiin sekä muuttuvanopeuksisia pumppuja, että säätöventtiilejä. Suurissa integroiduissa järjestelmissä yksittäisten komponenttien luotettavuus voi olla vieläkin tärkeämpää. Täällä KSB tarjoaa jo valvontajärjestelmiä toiminnan valvontaan ja vikojen varhaiseen havaitsemiseen.
Vety-elektrolysaattori kompaktina konttiratkaisuna: Virtausnopeus tässä on noin 10 m³/h.
Pumppujen ja venttiilien toimittajana, emme tarvitse ainoastaan laajaa tuotevalikoimaa kattamaan monenlaisia sovelluksia, vaan erityisesti yksityiskohtaista tietoa järjestelmätekniikasta, toimintatiloista, materiaaleista ja energiatehokkuudesta.
Christof Lindner, KSB
Ihanteelliset tuotteet ja tarvittava asiantuntemus alkalielektrolyysiin
KSB:n tuotteet kattavat kaikki vihreän arvoketjun pääteknologiat, mukaan lukien erilaiset ratkaisut elektrolyysiin – alkalielektrolyysistä (AEL) ja protoninvaihtokalvoelektrolyysistä (PEM) lupaaviin tulevaisuuden teknologioihin, kuten anioninvaihtokalvoelektrolyysiin (AEM) ja korkean lämpötilan elektrolyysiin (HTEL).
Prosessien turvallisuuden parantamiseksi käytettyjä tuotteita ovat tiivisteettömät pumput ja kalvoventtiilit, kuten SISTO-16- tai SISTO-20-sarjat, tai läppäventtiilit, kuten ISORIA- tai KE-sarjat, jotka on valmistettu korroosionkestävästä materiaalista tai päällystetty vastaavasti. SISTO-RSK- tai SISTO-RSKS-sarjojen takaiskuventtiilit, joissa on elastomeerivuoraukset tai ECTFE-pinnoitteet, jotka vaativat erittäin lyhyet vakautusetäisyydet eikä niissä ole pyöriviä osia, lisäävät järjestelmien luotettavuutta ja jatkuvaa toimintaa.
SSISTO-kalvoventtiileissä on vain kaksi komponenttia, jotka ovat kosketuksissa käsiteltävän nesteen kanssa: venttiilirunko ja kalvo. Kalvo tarjoaa täysin tiiviin sulun sekä ilmatiiviin sulun. SISTO:n ainutlaatuinen tiivistysjärjestelmä sisältää rungon sisään suljetun kalvon, jota tukee metallispiraali kaikissa venttiiliasennoissa. Sovelluksesta riippuen kalvoventtiilit voidaan valita optimaalisesti sopivilla runkomateriaaleilla, vuorauksilla ja pinnoitteilla. Oikean kalvon valinta on avainasemassa! Elastomeerikalvojen lisäksi KSB tarjoaa TFM-kalvoja, joissa on lisätty PVDF-suojakalvo sekä EPDM-taustakalvoja.
Kryogeenisiin sovelluksiin, kuten myöhempään kuljetukseen, tarvittavat venttiilit kattaa KSB:n valikoimassa DANAÏS-venttiilisarja. Lisäksi KSB:n virtausasiantuntijat ovat keränneet kokemusta nestemäisen vedyn (-253 °C) venttiileistä Ariane-raketin optimoinnista testilaitoksissa.
Aukileikattu malli KSB:n SISTO-20 kalvoventtiilistä. Kuten selvästi näet, kara ja kaikki sisäiset käyttöelementit eivät ole kosketuksissa nesteen kanssa.
Etsitkö täydellistä pumppua? KSB:llä on juuri se, mitä tarvitset!
Magnochem-kierukkakotelopumppu magneettikäytöllä
Alkalisen elektrolyysin kokeiltuihin ja testattuihin pumppuihin kuuluu Magnochem vaakasuora kierukkakotelopumppu magneettikäytöllä, saatavana lähikytkentäisenä tai takavedettävänä mallina. "Tätä tiivisteetöntä pumppua on käytetty vuosia aina, kun teollisuudessa on tarvinnut pumpata myrkyllisiä, räjähtäviä tai arvokkaita nesteitä. Se on ihanteellinen valinta vetyteknologiaan", Lindner selittää.
Magneettikäytön ansiosta standardoitu kemiallinen pumppu on hermeettisesti suljettu, mikä estää vuotoriskin. Tämä on erittäin tärkeää alkalisen elektrolyysin yhteydessä, jossa pumpataan kaliumhydroksidia, joka kiteytyy joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa ja voi olla haitallista terveydelle. Lähikytkentäisen rakenteensa ansiosta pumppuyksikkö sopii erinomaisesti ahtaisiin asennustiloihin. ISO 5199 -standardin mukainen pumppu täyttää tiukimmatkin laatuvaatimukset ja on saatavana monista eri materiaaleista. Laajan hydraulikokojen ja magneettikäyttöjen valikoiman ansiosta Magnochem tarjoaa suuren määrän teknisesti toteutettavia vaihtoehtoja, mikä tekee siitä hyvän valinnan monenlaisiin vedyn tuotannon tehtäviin, ja käyttäjä saa pumpun, joka tarjoaa maksimaalisen turvallisuuden, luotettavuuden ja taloudellisen tehokkuuden.
Movitec korkeapaineinen keskipakopumppu
Toinen vetyntuotantoon sopiva pumppu on Movitec-monivaiheinen, pystysuora korkeapaine-keskipakopumppu. "Sitä käytetään esimerkiksi vedenkäsittelyyn ja paineen tuottamiseen. Se on suunniteltu kestämään jopa 40 baaria ja on erittäin joustava vaiheiden määrän ja nopeudensäädön suhteen", Lindner kertoo pumpun käyttökohteista. Movitecin kompakti rakenne sopii täydellisesti asennettavaksi ahtaisiin tiloihin, kuten konttiratkaisuihin tai moduuleihin. Se pystyy tuottamaan korkeita paineita jopa alhaisilla virtausnopeuksilla. Laajan valintakaavionsa ansiosta se voidaan ihanteellisesti sovittaa eri prosesseihin.
Movitec korkeapaineinen linjapumppu on saatavana laajassa valikoimassa eri malleja – aina täydellisesti sovitettuna tiettyyn käyttökohteeseen
Seuraava iso juttu? PEM-elektrolyysin jatkokehitys
Vetyteknologiaan kuuluu muutakin kuin pelkkä vedyn tuotanto. Toinen keskeinen prosessi on riittävän jäähdytysveden saanti.
Etabloc/Etaline-tyyppisarjan pumput ja ISORIA- ja SISTO-20-sarjan venttiilit ovat täydellisiä lämmönvaihtimien jäähdytykseen. Vaihtuvanopeuksisen käyttöjärjestelmänsä ansiosta pumput tarjoavat maksimaalisen energiatehokkuuden. Niiden kompakti rakenne tekee niistä joustavia ja hyvin soveltuvia asennettavaksi konttiratkaisuihin.
Mutta tietenkään ei ole vain alkalista elektrolyysiä. PEM-elektrolyysi on paljon uudempi teknologia, joka tarjoaa kompaktin järjestelmäsuunnittelun ja korkean joustavuuden muuttuvissa kuormituksissa. Verrattuna alkaliseen elektrolyysiin, prosessi tarjoaa paljon potentiaalia tuleville teknisille kehityksille ja kustannussäästöille. Lisäksi sillä on suuri etu, ettei se vaadi vaarallisten kemikaalien käyttöä.
Prosessi on erityisen mielenkiintoinen, kun tarkastellaan vedyn tuotantoa uusiutuvista energialähteistä, jotta se soveltuisi massatuotantoon tulevaisuudessa. Entä pumput? Myrkyllistä elektrolyyttiä lukuun ottamatta PEM-sovellusten käyttöolosuhteet ovat samanlaiset kuin alkalisen elektrolyysin. Jo nykyään KSB:n kalvoventtiilejä ja läppäventtiilejä sekä erilaisia pumppuja käytetään pilottijärjestelmissä.
Nesteiden hallinnan asiantuntijat ovat varautuneet kaikkiin mahdollisiin tilanteisiin
KSB:n pumppu- ja venttiiliasiantuntijat tuntevat olevansa hyvin varustautuneita tulevaisuuden teknologioiden, kuten anioninvaihtomembraanielektrolyysin (AEM) tai korkealämpötilaisen elektrolyysin (HTEL), tehtäviin. Asiantuntijat näkevät erityisen haasteen korkeissa lämpötiloissa, jotka asettavat vaativia vaatimuksia materiaaleille. KSB on mukana useissa tutkimusprojekteissa testaamassa uusia seoksia venttiileille ja niiden etuja, kun komponentit altistuvat tällaisille olosuhteille.
Riippumatta siitä, mitä elektrolyysiprosessia tulevaisuudessa käytetään ja mikä järjestelmän koko osoittautuu sopivammaksi, KSB:n valikoima kattaa monenlaiset vaatimukset. Ja vuosikymmenten kokemuksen ansiosta KSB tarjoaa pumppuja ja venttiilejä, jotka voidaan hienosäätää prosessiin parhaan tehokkuuden sekä maksimaalisen turvallisuuden ja luotettavuuden saavuttamiseksi.
Käytetyt tuotteet
Magnochem
Vaaka-asenteinen, akselitiivisteetön prosessirakenteinen spiraalipesäpumppu, jossa magneettikytkin. Standardin DIN EN ISO 2858 / ISO 5199 mukainen. Saatavana ATEX-malli.
Movitec
Monivaiheinen, pystysuora ja osavalmisteinen keskipakoinen korkeapainepumppu, jossa on vastakkaisilla puolilla sijaitsevat ja saman nimelliskoon (rivimalli) imu- ja paineyhteet. Moduulirakenteinen käyttömoottori. Pumppu voidaan varustaa KSB:n SuPremE-reluktanssimoottorilla (poikkeus: 0,55 kW:n / 0,75 kW:n ja kierrosnopeuden 1500 min⁻¹ moottoriko’oissa on kestomagneetit), jonka teholuokka on IE4/IE5 standardin IEC TS 60034-30-2: 2016 mukaan. Sopii käytettäväksi tyypin KSB PumpDrive 2 tai tyypin KSB PumpDrive 2 Eco (ilman roottorin asentoanturia) kierrosluvun säätöjärjestelmässä. Kiinnityskohdat standardin EN 50347 mukaisesti, kotelomitat standardin DIN V 42673 (07-2011) mukaisesti. Saatavana ATEX-malli.
SISTO-20
Laipoilla, kierremuhvikytkennällä tai hitsausmuhvikytkennällä varustettu DIN/EN-standardien mukainen kalvoventtiili. Porttimainen läpimenomalli, jonka läpivienti ja ulkopuoli on tiivistetty tuetulla ja kammioidulla sulkukalvolla. Saatavana verhottuna tai vuorattuna. Asennonosoittimessa integroitu karasuoja, kaikki käyttöosat käyttöaineen ulkopuolella, ei vaadi huoltoa.
ISORIA 10/16
Keskitetty sulkuläppä, jossa on nelikulmainen ISO 5211:n mukainen akselin pää, elastomeerinen rengaspalje, käsivipu tai manuaalinen alennusvaihde ja pneumaattinen, sähköinen tai hydraulinen toimilaite. Saatavana rengaspesä (T1), semi lug -pesä (T2), kierteellinen full lug -pesä (T4), tai U:n muotoinen pesä ilman tiivistekiskoa (T5). Pesätyypit T2 ja T4 on mahdollista sulkea yhdeltä puolelta umpilaipalla ja asentaa päätyventtiiliksi vastalaipan kanssa. Liitännät EN-, ASME- ja JIS-standardin mukaan.