甲烷等離子體裂解器節省制氫成本

Bürkert 的 過程控制閥 已在許多氫能應用中證明了其可靠性。例如，Graforce 將其用於甲烷等離子體裂解器中，該裂解器能以較高的產量和較低的成本生產氫氣和固體碳。

氫氣蘊藏著巨大的能源潛力，它不僅存在於水中。它是工業廢水、泥漿、塑料或氣體中許多有機和無機化合物的成分。Graforce 提供等離子體裂解器，利用殘留材料中富含能量的化合物生成氫氣，生產成本顯著降低，產量更高。

綠色氫氣——未來能源

氫氣具有高能量，被認為是能源轉型的重要助手，也是汽油、柴油等能源的「綠色」替代品。它不僅可以按照傳統方式直接燃燒，還可以用於電化學方式發電和制熱。這種富含能量的氣體適用於為車輛、船舶甚至飛機提供動力。廢氣中不產生顆粒物、氮氧化物和其他空氣污染物，只產生水蒸氣。

不產生 CO₂ 的發電和制熱

如果透過電解法獲得氫氣，即利用電力將水分離成氫氣和氧氣，則生產過程需要大量能源，因此成本高昂。「每公斤氫氣的平均成本在 6 到 9 歐元之間」，Graforce GmbH 的開發工程師 Kai Dame 說。「然而，與其他化合物相比，氫在水中的結合要緊密得多。因此，我們的等離子體裂解器所需的能量要少得多，因為它不是從水中提取氫，而是從其他高能化合物中提取氫。例如，在沼氣或天然氣中，氫的結合力很弱。這意味著，僅 10 kWh 的能量就足以用 4 kg 沼氣或天然氣生產出 1 kg 氫和 3 kg 碳。每公斤氫的成本平均僅為 1.5 到 3 歐元。」

在 Graforce 的甲烷等離子體裂解器中，利用太陽能或風能產生高頻電壓場，將甲烷分解成其分子組成部分氫（H2）和碳（C）。每個等離子體裂解器系統每小時最多可產生 500 kW 或 550 Nm³（標準立方米）氫氣，並可以模塊化方式進行擴展。與氫氣 CHP（熱電聯產裝置）或 SOFC 燃料電池（固態氧化物燃料電池）相結合，可以實現不產生 CO₂ 的發電和制熱。固體碳可用作工業原料，例如用於生產鋼、碳纖維和其他碳基結構。例如，2023 年 4 月，這種甲烷等離子體裂解器在林茨附近的一個岩洞儲庫中投入使用。

設備的核心部件是兩個反應器，在其中進行甲烷等離子體裂解。該設備還有一個用於分離氫氣和固體碳兩種產品的分離器、回收工藝熱的設備和儲氫容器。這些氣體在 500 mbar 的壓力下被輸送到壓縮機工作站，然後被壓縮到 25 bar 的壓力。該設備高約 25 米，透過控制技術、介質流和壓縮空氣接口與營運商的整套設備整合，每小時可生產 50 kg 氫氣。

在 Graforce 的甲烷等離子體裂解器中，利用太陽能或風能產生高頻電壓場，將甲烷分解成其分子組成部分氫 (H2) 和碳 (C)。

耐氫工藝配件

為了在甲烷等離子體裂解設備中安全、高品質地生產氫和碳，需要大量的工藝配件。然而，氫能應用在這方面要求很高，因為氫原子的品質最小，因此非常容易揮發。由於氫氣也是一種易燃易爆氣體，所有與之接觸的部件都必須滿足嚴格的密封要求。此外，它還具有滲透到金屬中並改變材料特性的不良特性。這會導致金屬脆化或腐蝕。

在 Bürkert 的產品系列中發現了這家位於柏林的初創企業。目前，在等離子體裂解設備中近 50 個公稱直徑為 DN 15 至 DN 65 的流程閥配有氣動執行機構，例如氫和碳管線上的（2000 型和2012 型）氣動角座閥和截止閥。由於其可靠性高，因此使用壽命長，壓降最小。反應器上使用了（8802 型）帶定位器的過程控制系統以及（8805 型）帶氣動旋轉執行器的球閥。

氫和碳管線上使用了約 50 個流程閥。反應器上使用了帶定位器的過程控制系統和帶氣動旋轉執行器的球閥。

使用8652 型 AirLINE 閥島進行控制。「由於尺寸小巧，它們很容易安裝在緊鄰工藝流程的控制櫃中」，Dame 補充說。Bürkert 也可以提供合適的控制櫃，但 Graforce 決定自己製造。「我們希望盡可能多地將設備掌握在自己手中；也許我們以後會在另一個項目中使用這一方案」，Dame 補充說。

溝通渠道短，交付速度快

選擇 Bürkert 過程控制閥有幾個原因。Bürkert 在氫能應用方面擁有豐富的專業知識，所使用的材料符合該應用範疇的特殊要求。沒有脆化或洩漏的風險。

Graforce 現在還在另一種設備中使用 Bürkert 閥門。一台運行了一段時間的污水等離子體裂解器已改裝為帶雙線圈的電磁閥和 Kick-and-Drop 電子元件，以減少廢熱和電力消耗。線圈最初會被高壓脈衝過勵磁，以產生打開閥門所需的高拾取力。幾毫秒後，整合在模制線圈中的電子元件切換到節能保持運行模式。因此，與傳統解決方案相比，閥門的能耗最多可降低 80%。