Predstavljamo tehnološko napredne merilnike našega angleškega partnerja Michell za merjenje nečistoč in kontaminantov med proizvodnjo in uporabo naravnih in drugih plinov
Vodikove gorivne celice ponujajo večjo zanesljivost in proizvajajo manjši ogljični odtis v primerjavi z dizelskimi in baterijskimi sistemi. Za zagotovitev optimalne proizvodnje energije je potreben vodik ultravisoke čistosti (UHP), izpolnjevanje strogih standardov kakovosti pa je izziv za proizvajalce, logiste in končne uporabnike.
Naš partner Michell Instruments (del skupine Process Sensing Technologies, ki združuje uspešne razvijalce in proizvajalce senzorske tehnike) ponuja natančne, uporabniku prilagojene merilne instrumente za zagotavljanje popolnega zaznavanja sledi vlage in nečistoč, prisotnih v plinih indrugih okoljih. Merilniki sledijo visokemu tehnološkemu razvoju in so razviti za meritve v potencialno eksplozivnih atmosferah (Ex). Z izpolnjevanjem najvišjih standardov kakovosti so primerni za uporabo v industrijski proizvodnji, proizvodnji s procesnimi in naravnimi plini ter aplikacijah z vodikom.
Vodikova gorivna celica je elektrokemična celica, ki pretvarja kemično energijo goriva (v tem primeru vodika) in oksidacijskega sredstva (pogosto kisika) v električno energijo s kemičnimi redukcijskimi in oksidacijskimi reakcijami.
Gorivne celice so na voljo v številnih različicah, vendar vse delujejo po enakem principu. Sestavljene so iz treh sosednjih segmentov:
Na vmesnikih treh različnih segmentov se pojavita dve kemični reakciji. Končni rezultat obeh reakcij je, da se porabi gorivo, ustvari voda in nastane električni tok. Le ta se lahko uporablja za napajanje električnih naprav.
Velike stacionarne gorivne celice se uporabljajo za komercialno, industrijsko in domačo proizvodnjo primarne in sekundarne energije za:
Ker so vodikove gorivne celice kompaktne, lahke in nimajo večjih gibljivih delov, so idealne za uporabo v transportu, zlasti pri večjih vozilih:
Ker je edini stranski produkt gorivnih celic voda, predstavlja veliko čistejšo obliko energije kot tradicionalni motorji z notranjim izgorevanjem. S tem se izognemo okoljskim in etičnim problemom, povezanim s proizvodnjo in odstranjevanjem litijevih baterij, ki se uporabljajo v številnih električnih avtomobilih.
Za uporabo v gorivnih celicah je potreben vodik najvišje čistosti (t.i. UHP vodik), da se poveča življenjska doba uporabljenega elektrolita in katalizatorjev. Uporabljeni vodik mora biti v skladu s standardom ISO 14687 (2. del), ki določa zahteve glede kakovosti vodikovega goriva za vse komercialne črpalke za gorivo za vozila z gorivnimi celicami (FCV) s protonsko izmenjevalno membrano (PEM). Sprejemljive meje kontaminantov so navedene v spodnji tabeli:
| Kemična sestavina | Formula | Omejitve laboratorijskih testnih metod, ki jih je treba upoštevati in so v razvoju | Minimalna analitična | Meja zaznavanja |
| Indeks vodikovega goriva | H2 | ›99.97 % | ||
| Spodaj navedene skupne dovoljene sestavine brez vodika, helija in delcev | 100 ppm | |||
| Sprejemljiva meja vsake posamezne sestavine | ||||
| Voda | H2O | 5 ppm | ASTM D7653-10, ASTM D7649-10 | 0.12 ppm |
| Skupni ogljikovodiki (osnova C1) | 2 ppm | ASTM D7675-11 | 0.1 ppm | |
| Kisik | O2 | 5 ppm | ASTM D7649-10 | 1 ppm |
| Helij | 300 ppm | ASTM D1945-03 | 100 ppm | |
| Dušik, Argon | N2, Ar | 100 ppm | D ASTM D7649-10 | 5 ppm |
| Ogljikov dioksid | CO2 | 2 ppm | ASTM D7649-10, ASTM D7653-10 | 0.1 ppm |
| Ogljikov monoksid | CO | 0.2 ppm | ASTM D7653-10 | 0.01 ppm |
| Skupna vsebnost žvepla | 0.004 ppm | ASTM D7652-11 | 0.00002 ppm | |
| Formaldehid | HCHO | 0.01 ppm | ASTM D7653-10 | 0.01 ppm |
| Formična kislina | HCOOH | 0.2 ppm | ASTM D7550-09, ASTM D7653-10 | 0.02 ppm |
| Amonijak | NH3 | 0.1 ppm | ASTM D7653-10 | 0.02 ppm |
| Skupna vsebnost halogenov | 0.05 ppm | (delovna točka 23815) | 0.01 ppm | |
| Koncentracija delcev | 1 mg/kg | ASTM D7650-10, ASTM D7651-10 | 0.005 mg/kg | |
Večina vodika se proizvede iz zemeljskega plina s parnim reformiranjem metana – tako imenovan „sivi“ vodik. Slaba plat tega procesa je velika količina ogljikovega dioksida, ki nastane kot stranski produkt cepitve metana – CH4 – v njegove sestavne molekule.
Ker zemeljski plin sestoji iz mešanice ogljikovodikovih plinov in tekočin skupaj z drugimi onesnaževali, ta način proizvodnje vodika povzroča nekatere zelo strupene stranske produkte, kot so žveplov dioksid, formaldehid in drugi.
„Zeleni“ vodik se proizvaja z električno energijo iz obnovljivih virov (veter, sončna energija itd.) za napajanje elektrolize vode. To razdeli H2O na molekule vodika in kisika.
Čeprav je elektroliza čistejša in ne proizvaja nevarnih onesnaževal kot stranski produkt, je dražja od predelave zemeljskega plina. Kljub pomanjkljivostim, je vodik iz zemeljskega plina še vedno okolju prijaznejša alternativa od uporabe zemeljskega plina kot goriva. Procesorji namreč zajamejo ogljikov dioksid, ko se proizvaja.
Zaradi teh dveh razlogov bo uporaba sivega vodika še nekaj časa prevladovala. Postopek parnega reformiranja,
ki se uporablja za pridobivanje vodika iz zemeljskega plina, se lahko uporablja tudi z biometanom. Njegova prednost je manj škodljivih stranskih produktov ter izvajanje na mestu proizvodnje.
Merilne točke za reformiranje bioplina so enake kot za reformiranje zemeljskega plina. Prikazane so na spodnjem diagramu.
| Proces | Namen merjenja | Razpon | Izmerjeni plin/plin v ozadju | Priporočeni izdelki |
| Absorpcijsko čiščenje zaradi nihanja tlaka | Potrditev čistosti proizvedenega vodika | 90 % … 100 % za čisti H2 | Čisti H2 | XTC601 (do 99 %) |
| Merilna točka čistega vodika: ne-UHP vodiku (H2) | Določitev čistosti vodika | 90 % … 100 % H2 | Čisti vodik | XTC601 za ATEX XTC501 za GP |
| Sledenje nečistoč v UHP vodiku (H2) | Analiziranje sledov nečistoč prisoten | Zelo nizke ppb ravni | Ar, O2, N2, H2O in čisti H2 | QMA401/QMA601 |
| Sledenje vlage v ne-UHP vodiku (H2) | Zagotavjanje čistosti proizvedenega H2 | Nizke ravni ppm | H2O | Easidew PRO I.S. |
Zraven splošnih meritev kakovosti vodika, s pomočjo plinskega kromatografa, se v praksi izvajajo omrežne meritve vlage in kisika v vodiku. To pomaga zmanjšati tveganje izgube cele serije, saj se v nadzorne sisteme vnašajo podatki v realnem času.
Pri elektrolizi so lahko prisotne nevarne mešanice plinov. Meje vnetljivosti H2 v O2 so med 4 % … 94 % H2 pri atmosferskem tlaku. Zato je treba vzpostaviti varnostne protokole za zmanjšanje tveganja za operaterje in industrijski obrat. Prvi korak je spremljanje proizvedenega O2 v H2 in obratno. To sovpada z merili kakovosti. Drugi korak je aktivno zmanjševanje tveganja. V primeru, da se koncentracije približajo vnetljivi zmesi, bo industrijski obrat za predelavo vodika poskušal mešanico razredčiti na varnejšo raven. Zadnji korak bi bila prisilna zaustavitev, kar je drag, a včasih nujen korak. Strožji nadzor procesa z zanesljivimi instrumenti bo omogočil manj varnostnih rezerv pri teh zadnjih dveh korakih. Tako bo obrat deloval dlje. Z analizatorji in sistemi, ki podpirajo raven varnostne celovitosti (SIL), lahko naprave učinkovito in brezskrbno upravljate.
Robusten toplotni paramagnetni analizator kisika, v protieksplozijski zaščiti, omogoča stabilne in linearne meritve kisika v vnetljivih plinih.
Robusten lastnovaren pretvornik točke rosišča za dolgoročno stabilnost in hiter odziv na spremembe vlage.
Analizatorja vlage v sledovih, z minimalno potrebo po vzdrževanju, temeljita na merilni tehnologiji zaznavanja kristalov kvarca (Quartz Crystal Microbalance). Primerna sta za zelo občutljive in natančne meritve vsebnosti vlage v sledovih v številnih področjih uporabe (tudi aplikacije z naravnimi plini, ki vsebujejo do 20 % vodika).
Robustna, linearna in stabilna analizatorja toplotne prevodnosti merita binarne mešanice plinov, kot je zrak v vodiku. Primerna sta za uporabo v ATEX, IECEx, TC TR Ex & CCSAUS certificiranih potencialno eksplozivnih atmosferah. Na voljo je različica za splošno uporabo.
☏ Pokličite nas: +386 2 62 96 720
Za mnenja in razlage sta vedno na voljo:
strokovnjak za prodajni program Michell: Rok Samec
strokovnjak za meritve: Zoran Lepenik
Mojca Kugler in Katarina Žunko, vir: Measurement of Trace Impurities in UHP Hydrogen for Fuel Cells, PST
januar, 2024
Pokličite nas:
+386 (0)2 62 96 720
Pišite nam:
[email protected]
