COMPRESIÓN DE HIDRÓGENO CON COMPRESORES DE TORNILLO.

8 de marzo de 2022

Hasta ahora, el gas natural y el carbón han dominado como portadores de hidrógeno, pero en el futuro, la parte del agua crecerá con fuerza. El oxígeno húmedo producido durante la electrólisis del agua, también se debe reutilizar: las soplantes de refuerzo de AERZEN son ideales para este propósito.

LA MOLÉCULA DE LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA.

El avance del hidrógeno como vector de energía central del siglo XXI está en pleno apogeo. Cada vez más países están trabajando concienzudamente para dar forma a una nueva economía del hidrógeno, respetuosa con el clima y están adoptando estrategias nacionales para la descarbonización y el acoplamiento sectorial asociado. El abastecimiento y acoplamiento de los sectores industriales de la química, la petroquímica y el acero, así como la producción de combustibles, impulsan el desarrollo de capacidades de producción y transporte de forma masiva, a lo largo de la década de 2020.

Una considerable capacidad de almacenamiento nueva, así como estructuras de importación de hidrógeno gaseoso y líquido, se encuentran en la etapa de planificación avanzada o ya se están implementando. Las redes de distribución y los oleoductos existentes están a punto de ampliarse e implican proyectos de cooperación tanto transfronterizos como intersectoriales. Los electrolizadores modernos para la producción de hidrógeno se están ampliando actualmente del rango de megavatios de uno a dos y tres dígitos. El número de proyectos power-to-gas en Alemania continúa creciendo constantemente.

Alrededor de las tres cuartas partes de toda la materia consiste en átomos de hidrógeno. Como la molécula más pequeña (es la más ligera), el H2 gaseoso ocupa un volumen particularmente grande y es extremadamente volátil. Sin embargo, el gas inflamable y ligeramente explosivo, puede liberar mucha energía sin producir gases de efecto invernadero. Por eso es tan valioso en comparación con los combustibles fósiles. Un kilogramo de H2 contiene 2,8 veces más energía que un kilogramo de gasolina.

La compresión eficiente y segura utilizando diferentes tipos de compresores hace posible proporcionar los volúmenes y presiones requeridos para aplicaciones industriales de forma económica. Además de los clásicos compresores alternativos y de diafragma para presiones en el rango de bar de tres dígitos, los compresores de tornillo en particular tienen su legitimación y ventajas económicas en el rango de baja presión, especialmente con flujos volumétricos crecientes y condiciones de operación fluctuantes.

GAS HIDRÓGENO HÚMEDO DE LA ELECTROLISIS DEL AGUA.

Varias fuentes naturales están disponibles para producir hidrógeno a gran escala industrial. Hasta ahora, el gas natural y el carbón han dominado como portadores de hidrógeno, pero en el futuro la proporción de agua crecerá considerablemente. Los electrolizadores dividen el agua con la ayuda de la electricidad y entregan alrededor de 200 Nm3/h H2 (equivalente a aproximadamente 18 kg/h) y 100 Nm3/h O2 por megavatio de potencia de entrada. Dependiendo del tipo de electrolito, o si es un electrolito sólido o líquido, queda del 0,01 al 0,5 % en volumen de la otra molécula respectiva, así como una carga de agua dependiente de la temperatura de hasta el 60 % en el H2 u O2 saturado Flujo de masa.

Para los fabricantes de compresores, esto significa que este contenido de agua también se comprime o, en gran medida, se separa mediante un secado previo (p. ej., secado por refrigeración). Dependiendo de la aplicación del consumidor (final), se requieren diferentes grados de pureza del gas H2. Para los requisitos más altos, p. 5.0 para pilas de combustible, se han probado los llamados secadores de-oxo, cuyas funciones radican en la minimización de oxígeno y humedad. Después de la precompresión, estos sistemas de-oxo pueden diseñarse para que sean correspondientemente pequeños y, por lo tanto, rentables.

Para otros procesos que consumen hidrógeno, como la reducción del mineral de hierro, la producción de ciertos productos químicos básicos o también para la alimentación de redes de gas natural, las tolerancias y los valores límite con respecto a los componentes extraños en el gas H2 son en algunos casos significativamente más altos, lo que simplifica ajusta el proceso global en términos de tecnología de procesos y, por lo tanto, reduce los costes. Por lo tanto, desde una perspectiva económica y operativa, siempre es recomendable tener un concepto de proceso orientado a la aplicación y abierto a la tecnología en el que las necesidades y el alcance del suministro de los participantes del proceso puedan complementarse de manera óptima.

TECNOLOGÍA DE TORNILLO: VERSÁTIL Y FIABLE.

Los compresores de desplazamiento positivo, como el compresor de tornillo, demostraron su valía en aplicaciones exigentes de gas ya en la segunda mitad del siglo XX y desde entonces se han establecido. En particular, su insensibilidad a las condiciones de operación fluctuantes y su compresión interna relacionada con el diseño sin fuerzas de masa libre hacen que los tornillos sean corredores de resistencia flexibles con la menor intensidad de mantenimiento y costos de operación comparativamente bajos en operación de carga completa y parcial.

El principio de funcionamiento se basa en un rotor principal y un rotor secundario que, por rotación continua, incluyen porciones de gas del llamado lado de succión y las descargan contra una geometría de salida más pequeña en el llamado lado de descarga. Mientras que el rotor principal suele asumir la función de accionamiento, la tarea del rotor secundario es la formación y el sellado de la cámara.

Básicamente, los tornillos se pueden dividir en tipos de máquinas compresoras inundadas con aceite y sin aceite. Ambos se utilizan en conceptos de una o varias etapas en aplicaciones de hidrógeno; sin embargo, en diferentes rangos de trabajo debido a su diseño (se refiere a la velocidad circunferencial de los rotores, presión diferencial, volúmenes de entrega).

Para todos los tipos es posible controlar el caudal volumétrico a través de la velocidad con la ayuda de un convertidor de frecuencia. A par constante, los cambios de carga de aproximadamente 1 Hz/s son estándar en todo el rango de control. El tipo de cojinete radial compromete las fuerzas máximas con la velocidad mínima y, por lo tanto, el rango de control de flujo volumétrico. AERZEN combina elementos de rodillos o cojinetes de manguito para ofrecer la mejor solución tecnoeconómica para casos de aplicación determinados.

En principio, las tasas de rendimiento y eficiencia aumentan con el aumento del sellado o la minimización de los espacios internos entre rotores, carcasa y cojinetes (así como entre rotores y correderas de control en el caso de máquinas inundadas de aceite con corredera de control). Cuanto mayor sea la presión diferencial y menor la densidad del gas, mayores serán las pérdidas por separación. Por lo tanto, la inyección de un fluido (aceite, agua) no solo sirve para enfriar, sino también para sellar huecos.

SELECCIÓN DE TECNOLOGÍA BASADA EN LA APLICACIÓN.

Los requisitos del proceso y del producto difieren mucho según la aplicación y el usuario final en términos de pureza y confiabilidad requeridas, así como en el modo de operación y la sensibilidad a los costos. Los valores límite críticos individuales para los contenidos residuales de agua, oxígeno y aerosoles de aceite a veces tienen una gran influencia en los costos de adquisición y operación y pueden requerir el uso de compresores sin aceite o separadores finos adicionales para máquinas inundadas con aceite.