Pompen en afsluiters voor de groene krachtstof waterstof
Naast de metaalindustrie verbruikt de chemische industrie in Duitsland de meeste energie – en op dit moment is daarvan het grootste deel afkomstig van fossiele grondstoffen. Maar dit moet veranderen: In de toekomst zal groene waterstof de hoofdrol spelen. Ontdek waarom pompen en afsluiters een cruciale rol spelen in deze overgang.
Naast de metaalindustrie verbruikt de chemische industrie in Duitsland de meeste energie – en op dit moment is daarvan het grootste deel afkomstig van fossiele grondstoffen. Maar dit moet veranderen: In de toekomst zal groene waterstof de hoofdrol spelen. Ontdek waarom pompen en afsluiters een cruciale rol spelen in deze overgang.
Activiteiten voor het verwijderen van koolstofafzettingen in de industrie
Groene waterstof, die op een klimaatneutrale manier wordt geproduceerd, wordt steeds belangrijker als energiebron voor de industrie. Deze waterstof kan niet alleen worden gebruikt om voertuigen aan te drijven en hernieuwbare energie op te slaan, maar ook om in de toekomst materiaalwaardeketens te defossiliseren. In bijvoorbeeld raffinaderijen kan de "grijze" waterstof die tot nu toe wordt gebruikt voor de stoomreforming van aardgas, toegepast voor het ontzwavelen van de voorproducten van benzine en diesel, geleidelijk worden vervangen door de groene tegenhanger.
Groene waterstof wordt in de staalproductie al gebruikt voor directe reductie van ijzererts in plaats van het broeikasgas intensieve hoogovenproces, maar tot nu toe wel alleen in pilotprojecten.
Een dergelijke omschakeling vereist echter de totstandbrenging van een efficiënte en tegelijkertijd zuinige waterstofeconomie, met inbegrip van de nodige infrastructuur voor de productie, invoer, vervoer, opslag en omzetting van het gas. Wat de theorie betreft: in werkelijkheid moeten er nog veel meer details in overweging worden genomen bij het implementeren van dergelijke strategieën.
Pompen en afsluiters van vandaag voor de groene industrie van morgen
KSB is een technologiebedrijf met technische expertise op het gebied van procestechniek, petrochemie en hernieuwbare energie en is al vele jaren betrokken bij waterstoftechnologie. Er zijn al veel producten in het assortiment afsluiters en pompen die in alle fasen van de waardeketen voor waterstof kunnen worden gebruikt. Bovendien: Er zijn al veel referenties en ervaringen met KSB-producten in bekende of geteste productiesystemen, of het nu blauwe of groene waterstof betreft.
Experts op het gebied van materialen zijn belangrijk bij waterstofprocessen
Waterstoftoepassingen stellen hoge eisen aan de gebruikte componenten. Christof Lindner, verantwoordelijk voor waterstoftechnologie in het KSB-marktgebied "Algemene industrie", legt de situatie uit:
"Een uitdaging bij de uitvoering van waterstofprojecten is dat de gedetailleerde eisen met betrekking tot de te gebruiken componenten nog steeds variëren, bijvoorbeeld de materiaalkeuze."
KSB is daarom niet alleen betrokken bij zijn klanten met onderzoeks- en ontwikkelingscompetentie, maar neemt ook deel aan de relevante werkgroepen van normalisatie-organisaties (bijvoorbeeld bij CEN in Frankrijk, DIN in Duitsland of NEN in Nederland).
KSB profiteert van tientallen jaren ervaring in de chemische industrie
Als leverancier met tientallen jaren ervaring heeft KSB het voordeel bekend te zijn met de processen in de chemische industrie. KSB kan bogen op een jarenlange ervaring, met name in de conversieprocessen (bijv. bij de productie van ammoniak) en de op fossiele brandstof gebaseerde productieprocessen voor grijze waterstof (SMR, ATR, CCS). Hetzelfde geldt voor afsluiters die worden gebruikt bij elektrolyse van chlooralkali: Ook hier vertrouwen velen al tientallen jaren op de membraanafsluiters en kleppen van KSB. Desondanks weet Christof Lindner ook: "Uiteindelijk zullen veel vraagstukken pas worden opgelost nadat de ontwikkeling is gevorderd en de bevindingen beschikbaar zijn na talloze bedrijfsuren."
Hoe kunnen processen voor de waterstofeconomie worden opgeschaald?
Een van de grootste uitdagingen op weg naar een duurzame waterstofeconomie is de omvang van toekomstige installaties. Op dit moment worden de elektrolyzers volgens het modulaire principe opgebouwd uit kleine subsystemen. De vraag is echter of modulaire containeroplossingen of geïntegreerde grootschalige systemen /onderling verbonden systemen in de toekomst de overhand zullen krijgen, of misschien zelfs beid?
Dit zou natuurlijk een directe invloed hebben op de keuze van de gebruikte pompen en afsluiters. Hoewel de transportvolumes voor containeroplossingen ongeveer 10 m³h bedragen, kunnen ze gemakkelijk 800 m³/h bereiken voor grootschalige installaties (volgens onderzoeken). Hetzelfde geldt voor de werkdruk, die tussen 6 en 40 bar kan variëren.
Grotere, modulaire systemen zouden ook hogere besturingseisen kunnen stellen om een optimale interactie tussen de componenten te garanderen. Voor dergelijke toepassingen biedt KSB zowel pompen met variabel toerental als regelkleppen aan. In het geval van geïntegreerde grootschalige systemen kan de betrouwbaarheid van de afzonderlijke componenten een grotere rol spelen. Hier biedt KSB al bewakingssystemen voor bedrijfsbewaking en vroegtijdige foutdetectie.
Waterstof elektrolyser als compacte containeroplossing: Debiet hier is ca. 10 m³/h.
Als leverancier van pompen en afsluiters hebben wij niet alleen een breed scala aan producten nodig voor een breed toepassingsgebied, maar vooral ook gedetailleerde kennis van systeemtechniek, processen, materialen en energie-efficiëntie.
Christof Lindner, KSB
Ideale producten en de benodigde expertise voor alkalische elektrolyse
De producten van KSB omvatten alle essentiële technologieën van de groene waardeketen. Dit omvat ook de verschillende oplossingen voor elektrolyse, of het nu gaat om alkalische elektrolyse (AEL), proton uitwisselingsmembraan elektrolyse (PEM) of veelbelovende toekomstige technologieën, zoals de anion uitwisselingsmembraan elektrolyse (AEM) of de hoge temperatuur elektrolyse (HTEL).
Producten die worden ingezet om de processen veiliger te maken, zijn afdichtingsloze pompen en membraanafsluiters, zoals de SISTO-16 of SISTO-20 of vlinderkleppen, zoals ISORIA of de KE-serie, gemaakt van corrosiebestendig materiaal of met geschikte coatings. Terugslagkleppen uit de serie SISTO-RSK of SISTO-RSKS met elastomeervoeringen of ECTFE-coatings die extreem korte stabilisatieafstanden vereisen en geen roterende componenten hebben, verhogen de betrouwbaarheid en continue werking van de systemen nog verder.
De SISTO-membraanafsluiters hebben slechts twee componenten die in contact komen met het transportmedium: het klephuis en het membraan. Het membraan zorgt voor een absoluut strakke afsluiting en een hermetische afdichting naar de atmosfeer. Het unieke afdichtingssysteem van de SISTO heeft een membraan dat zit opgesloten in het klephuis en in alle posities wordt ondersteund door een metalen spiraal. Afhankelijk van de toepassing kunnen membraanafsluiters met optimaal geschikte materialen en coatings worden geselecteerd. Het is belangrijk om het juiste membraan te kiezen! Naast elastomeerkwaliteiten zijn ook TFM-membranen met extra PVDF-barrièrefolie en EPDM-supportmembranen beschikbaar.
En als er afsluiters nodig zijn in de cryogene gedeelte, bijvoorbeeld voor vervolgtransport, heeft KSB de DANAÏS-serie in haar portfolio. De medium specialisten van KSB hebben reeds ervaring opgedaan met afsluiters voor vloeibare waterstof (-253 °C) in testopstellingen voor het optimaliseren van de Ariane-raket.
Dwarsdoorsnede van de membraanafsluiter SISTO-20 van KSB. Hier ziet u duidelijk: de as en alle interne componenten komen niet in aanraking met het medium.
Op zoek naar een geschikte pomp? KSB heeft precies wat u zoekt!
De centrifugaalpomp met magnetische koppeling: Magnochem
De pompen die zich hebben bewezen in de alkalische elektrolyse zijn onder andere de Magnochem, een centrifugaalpomp met magnetische koppeling, die verkrijgbaar is in blokuitvoering of bak-pull-out-design. "De pomp zonder asafdichting wordt al jaren gebruikt voor het transporteren van giftige, explosieve of kostbare stoffen in de industrie. Het is daarom een ideale match voor waterstoftechnologie", licht Lindner toe.
Door de magnetische koppeling is de standaard chemische pomp hermetisch afgesloten, waardoor het risico op lekkage wordt geëlimineerd. Dit speelt vooral een belangrijke rol bij de alkalische elektrolyse, waarbij kaliloog wordt verpompt, die kristalliseert in contact met de atmosfeer en schadelijk kan zijn voor de gezondheid. Dankzij de Bloc-uitvoering is de eenheid geschikt voor gebruik in krappe installatieruimten. De pomp voldoet aan ISO 5199, voldoet aan de strengste kwaliteitsnormen en is verkrijgbaar in in groot aantal materialen. Met het verfijnde hydraulische raster en het brede scala aan magnetische koppelingen maakt de Magnochem een verscheidenheid aan technische varianten mogelijk. Hierdoor kan de pomp worden gebruikt op een groot aantal waterstofproductielocaties en krijgt de gebruiker een pomp die maximale veiligheid en zuinigheid biedt.
De Movitec hogedruk-centrifugaalpomp
De meertraps verticale hogedruk-centrifugaalpomp Movitec is ook geschikt voor waterstofproductie. "Deze pomp wordt onder andere gebruikt voor waterbehandeling en drukopbouw. De pomp kan worden ingezet tot 40 bar en is zeer variabel vanwege het aantal stappen en de mogelijke toerenregelingen", zegt Lindner over de toepassing van de Movitec. Het compacte ontwerp van de Movitec is zeer geschikt voor installatie in krappe ruimten, zoals in containeroplossingen of modules. Zelfs bij lage capaciteiten kan er een hoge druk worden opgebouwd. Dankzij het selectieschema is ook optimale afstemming mogelijk met het gewenste proces.
De Movitec-hogedrukpomp is verkrijgbaar in een groot aantal varianten – altijd perfect voor de betreffende toepassing.
De volgende grote stap? De verdere ontwikkeling van PEM-elektrolyse
Waterstoftechnologie draait niet alleen om het feitelijke productieproces, maar voldoende toevoer van koelwater is ook belangrijk.
De pompen van de Etabloc/ Etaline-serie en de afsluiters van de ISORIA- en SISTO-20-serie zijn perfect voor het koelen van de warmtewisselaars. De pompen worden gekenmerkt door een maximale energiezuinigheid dankzij de toerengeregelde aandrijving. Dankzij het compacte ontwerp kunnen ze flexibel worden gebruikt en zijn ze zeer geschikt voor installatie in containeroplossingen.
Maar natuurlijk is er niet alleen alkalische elektrolyse: PEM-elektrolyse is een veel nieuwere technologie, gekenmerkt door het compacte systeemontwerp en de hoge flexibiliteit bij het veranderen van de belasting. Vergeleken met alkalische elektrolyse biedt het proces ook grote mogelijkheden voor toekomstige technische ontwikkelingen en kostenbesparingen. En een groot voordeel: De technologie vereist geen gevaarlijke chemicaliën.
Het proces wordt vooral interessant als waterstofproductie uit hernieuwbare elektriciteit in de toekomst massaal bruikbaar moet worden. En de pompen? Met uitzondering van de toxische elektrolyt zijn de gebruiksomstandigheden bij PEM-toepassingen vergelijkbaar met die bij alkali-elektrolyse. Membraanafsluiters en vlinderkleppen en diverse pompen van KSB worden al gebruikt in de eerste proefinstallaties.
Medium-experts zijn voorbereid op alle mogelijke omstandigheden
De pomp- en afsluiterspecialisten van KSB zijn ook uitstekend toegerust voor de taken van toekomstige technologieën, zoals anion uitwisselingsmembraan elektrolyse (AEM) hoge temperatuur elektrolyse (HTEL). Een bijzondere uitdaging zien de experts in de hoge temperaturen die hoge eisen stellen aan materialen. KSB is betrokken bij verschillende onderzoeksprojecten om nieuwe legeringen voor kleppen en hun voordelen te testen wanneer de componenten aan dergelijke omstandigheden worden blootgesteld.
Ongeacht welke elektrolyseproces in de toekomst zal worden gebruikt en welke grootte van de installatie geschikter is: Het portfolio van KSB dekt de meest uiteenlopende eisen. Bovendien: Dankzij tientallen jaren ervaring biedt KSB pompen en afsluiters die nauwkeurig kunnen worden aangepast aan het proces, zodat de beste efficiëntie en veiligheid wordt bereikt.
Products used
Magnochem
Horizontale pomp met spiraalvormig huis zonder asafdichting in procesbouwwijze, met magneetkoppeling, volgens DIN EN ISO 2858 / ISO 5199, met radiale waaier, één stromingsrichting, eentraps. ATEX-uitvoering verkrijgbaar.
Movitec
Meertraps, verticale hogedruk-centrifugaalpomp van het type ledenpomp met tegenover elkaar liggende zuig- en persaansluitingen met dezelfde nominale diameter (inline-uitvoering) en blokuitvoering voor aandrijving. Met KSB SuPremE, een magneetvrije synchroon-reluctantiemotor (uitzondering: motorgrootten 0,55 kW / 0,75 kW met 1500 min⁻¹ zijn uitgerust met permanente magneten) van efficiëntieklasse IE4/IE5 volgens IEC TS 60034-30-2: 2016, voor bedrijf met toerenregelsysteem type KSB PumpDrive 2 of KSB PumpDrive 2 Eco zonder rotorpositiesensor. Bevestigingspunten conform EN 50347, maten van de ommanteling conform DIN V 42673 (07-2011). ATEX-uitvoering verkrijgbaar.
SISTO-20
Membraanafsluiter conform DIN/EN met flenzen, draadmofaansluiting of lasmofaansluiting, recht model met verbindingsstuk, afdichting in doorlaat en naar buiten door een ondersteund en ingesloten afsluitmembraan, huis met coating en bekleding, klepstandindicatie met geïntegreerde spindelbeveiliging, alle werkende delen die buiten het bedrijfsmedium liggen zijn onderhoudsvrij.
ISORIA 10/16
Centrische vlinderklep met vierkant asuiteinde volgens ISO 5211, met elastomeer-ringbalg, handgreep of handbediende reductiekast, pneumatische, elektrische of hydraulische actuator, ringvormig huis (T1), huis met centreerogen (T2), huis met draadflensogen (T4), huis in U-profielmodel zonder afdichtvlak (T5). De huistypen T2 en T4 staan eenzijdig afflenzen en inbouw als eindafsluiter met tegenflens toe. Aansluitingen conform EN, ASME, JIS.
