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Uma **usina de hidrogênio líquido** liquefaz o hidrogênio. O gás hidrogênio se torna hidrogênio líquido em uma usina de hidrogênio líquido ao ser resfriado para cerca de 253 graus Celsius. Diferentes tecnologias estão disponíveis para construir uma usina de hidrogênio líquido, incluindo processamento criogênico, pré-resfriamento e destilação.
Processamento criogênico
A principal tecnologia que todas as usinas de hidrogênio líquido devem usar é o processamento criogênico. Este método envolve o uso de temperaturas extremamente baixas para resfriar e, eventualmente, liquefazer o gás hidrogênio. O processamento criogênico começa com a compressão do gás hidrogênio. Essa compressão aumenta a temperatura do gás. O gás é então passado por um trocador de calor onde é resfriado pela circulação de nitrogênio líquido frio. O nitrogênio absorve o calor do gás hidrogênio, diminuindo sua temperatura. O gás hidrogênio é então comprimido novamente, diminuindo ainda mais sua temperatura até que se torne um líquido.
Pré-resfriamento
Algumas usinas de hidrogênio líquido usam sistemas de pré-resfriamento antes que o processamento criogênico comece. Os sistemas de pré-resfriamento usam um refrigerante para resfriar o equipamento da planta e o ambiente antes de iniciar o processamento criogênico. Isso garante que o gás hidrogênio passe por um processo de liquefação eficiente.
Destilação
Absorve o calor do hidrogênio. O hidrogênio é então transformado em gás novamente. O gás passa por uma coluna de fracionamento no método de destilação. O gás é separado em diferentes componentes pela coluna de destilação. O hidrogênio é purificado pela remoção de impurezas por meio deste método, garantindo que apenas hidrogênio de alta pureza passe pelo processo de liquefação.
As especificações essenciais das usinas de hidrogênio líquido são descritas abaixo, juntamente com suas necessidades de manutenção.
Pureza
A pureza do hidrogênio líquido é vital para suas demandas de uso final. As plantas devem ter hidrogênio variando de 99,0% a 99,9999% para produzir hidrogênio líquido de pureza semelhante.
Mecanismos de manutenção da pureza, como filtros e armadilhas, devem ser inspecionados, limpos ou substituídos regularmente para manter a integridade da bomba e a pureza da hidrogenação catalítica seletiva (Sonic). Os processos sônicos envolvem a redução seletiva de impurezas usando catalisadores.
Desidratação
Uma unidade de secagem extrai a umidade do hidrogênio para garantir que ele permaneça em estado gasoso durante o resfriamento criogênico. Ele usa materiais adsorventes como zeólitas ou alumina ativada para reter moléculas de água do fluxo de gás.
Inspecionar, regenerar ou substituir materiais adsorventes impede que o vapor de água contamine o fluxo de hidrogênio e garante uma depressão confiável do ponto de orvalho.
Filtração
É necessária uma filtração competente para manter o oxigênio líquido no fluxo de hidrogênio livre de partículas sólidas. Os filtros criogênicos geralmente incorporam membranas de metal sinterizado ou cerâmica que retêm partículas para tamanhos de micrômetros ou submicrônicos.
Trocar ou limpar os elementos do filtro conforme prescrito pelo fabricante manterá uma filtração eficaz para evitar o entupimento dos equipamentos a jusante.
Resfriamento
O sistema de refrigeração primário da LTH compreende um trocador de calor que transfere calor do LOI ou LN2 para a água do sistema de refrigeração termo-fluido na seção da coluna interestágio (MCC). Um sistema de refrigeração excedente terá HTHHs, MCCs, tubulações isoladas a vácuo e linhas de produto de hidrogênio.
Inspecione e mantenha os trocadores de calor, válvulas, bombas e isolamento de todos os sistemas de refrigeração. Garanta a circulação adequada do fluido e a troca de calor eficiente para evitar entupimentos por congelamento e manter o resfriamento criogênico.
Isolamento
Em uma usina de hidrogênio líquido, o isolamento é vital para manter baixas temperaturas em componentes criogênicos e minimizar a transferência de calor. Isolamento a vácuo e isolamento de espuma são exemplos típicos.
Manter a integridade do isolamento criogênico é fundamental para a segurança da planta, a eficiência energética e a estabilidade operacional.
Sistemas de segurança
Sistemas de parada de emergência, alívio de pressão, detecção de vazamentos e segurança contra incêndio são sistemas de segurança críticos em uma usina de hidrogênio líquido que devem ser monitorados, inspecionados e mantidos continuamente.
A falha dos sistemas de segurança pode ter consequências catastróficas, colocando em risco a vida humana, a propriedade e o meio ambiente.
Os maiores mercados que atualmente usam usinas de produção de hidrogênio são indústrias, refinarias e amônia. Essas três indústrias sozinhas representam mais de 80% da demanda total por usinas de hidrogênio.
Espera-se que a demanda da indústria de refino dê um grande impulso a todo o mercado de usinas de produção de hidrogênio. As usinas de produção de hidrogênio líquido são usadas na refinação de petróleo para remover impurezas como enxofre para produzir combustíveis mais limpos. De acordo com relatórios, aproximadamente 300 milhões de metros cúbicos de hidrogênio são usados por ano na indústria de refino.
As indústrias químicas também são um usuário significativo de hidrogênio. Sua aplicação representa 65% da demanda do mercado de usinas de produção de hidrogênio. O hidrogênio é usado para fabricar amônia, que por sua vez é usada para produzir fertilizantes nitrogenados. A demanda agrícola por fertilizantes nitrogenados dá um grande impulso ao mercado de amônia. Cerca de 40% da amônia é usada para fazer fertilizantes nitrogenados. Cerca de 120 milhões de toneladas métricas de amônia são produzidas a cada ano.
Além disso, o hidrogênio também é usado para fabricar metanol. Relatórios indicam que aproximadamente 90 milhões de toneladas métricas de metanol são produzidas a cada ano. 12% do metanol são usados para produção de formaldeído e 20% para ácido acético. O restante é usado para solventes, plásticos e gasolina.
Outras aplicações incluem células de combustível de hidrogênio que são usadas em automóveis e na indústria espacial. Espera-se que a demanda por veículos com células de combustível de hidrogênio cresça rapidamente à medida que o foco global se desloca para a redução das emissões de carbono. Relatórios indicam que o mercado global de veículos com células de combustível de hidrogênio foi superior a 9.000 unidades no ano passado e deve atingir mais de 20.000 unidades até 2025. A taxa de crescimento anual é de 18%.
À medida que a demanda por usinas de produção de hidrogênio continua a crescer, muitas grandes usinas estão explorando a opção de investir em usinas de produção de hidrogênio. Não apenas atenderão à sua própria demanda, mas também aproveitarão o mercado em expansão.
Processo de produção:
Entenda o processo de produção da usina de hidrogênio líquido. Familiarize-se com o principal equipamento e a tecnologia chave relacionada ao processo de produção para garantir que ele seja avançado e confiável.
Capacidade:
Escolha uma usina de hidrogênio líquido com capacidade adequada de acordo com a demanda. Considere fatores como demanda do mercado, cronograma de produção e possibilidades de expansão futura para garantir que a capacidade selecionada possa atender a requisitos específicos.
Vantagens tecnológicas:
Ao selecionar uma usina de hidrogênio líquido, dê prioridade àquelas que demonstram vantagens tecnológicas. As tecnologias avançadas das usinas podem aumentar a eficiência da produção, otimizar o uso de recursos e reduzir os custos operacionais.
Desempenho ambiental:
Considere o desempenho ambiental da usina de hidrogênio líquido, como sistemas de tratamento de resíduos e medidas de controle de emissões. A seleção de usinas com excelente desempenho ambiental pode atender às responsabilidades ambientais e garantir o cumprimento de regulamentos relevantes.
Segurança e confiabilidade:
Dê preferência a usinas de hidrogênio líquido que possuem certificações de segurança e registros confiáveis de operação. Realize avaliações abrangentes da segurança e confiabilidade dos equipamentos e instalações de suporte para minimizar os riscos operacionais.
P: Qual o tamanho do mercado de hidrogênio líquido?
R: O mercado global de hidrogênio líquido foi estimado em US$ 4,9 bilhões em 2021. Espera-se que ele cresça a uma taxa de crescimento anual composta de 6,7% para atingir US$ 8,4 bilhões até 2028.
P: Quais são os usos do hidrogênio líquido?
R: O hidrogênio líquido tem múltiplos usos. É usado como propelente de foguetes na exploração espacial. Também é usado em laboratórios e instalações médicas para armazenamento criogênico. Algumas indústrias usam hidrogênio líquido como matéria-prima para fazer combustíveis sintéticos, amônia e outros produtos químicos. É usado em metalurgias como aço e titânio para pureza. O hidrogênio líquido também é usado na fabricação de chips de semicondutores e eletrônicos.
P: Como as usinas de hidrogênio líquido são projetadas?
R: As usinas de hidrogênio líquido são projetadas com segurança em mente. Eles têm vários sistemas de segurança redundantes, como ventilação, detectores de fluxo excessivo, válvulas de alívio de pressão e sistemas de parada de emergência. As plantas também possuem técnicas de análise de riscos, como análise de modo de falha e efeitos (FMEA) e avaliações de risco qualitativas/quantitativas.
P: Quais são as etapas para fazer hidrogênio líquido em usinas de hidrogênio?
R: A produção de hidrogênio líquido em usinas de hidrogênio envolve as seguintes etapas: produção de hidrogênio, purificação, liquefação e armazenamento. A produção de hidrogênio pode usar o método de reforma a vapor de metano ou gaseificação de biomassa. O hidrogênio produzido é purificado para remover gases indesejáveis como metano e dióxido de carbono. Na etapa de liquefação, o hidrogênio é resfriado a temperaturas criogênicas usando refrigeradores de hélio em cascata ou pré-resfriados. O hidrogênio liquefeito é então armazenado em tanques criogênicos isolados para distribuição.
P: Qual a diferença entre hidrogênio líquido e hidrogênio gasoso?
R: O hidrogênio gasoso é hidrogênio no estado gasoso à temperatura e pressão ambiente. Ele tem um volume maior do que o hidrogênio líquido. O hidrogênio líquido é hidrogênio em temperaturas extremamente baixas (-253 °C ou -423 °F). O hidrogênio líquido é mais compacto do que o hidrogênio gasoso. É mais fácil de armazenar e transportar. Um litro de hidrogênio líquido equivale a 800 litros de hidrogênio gasoso.