氢渗透是什么?

无处不在的氢经济能源过渡了新的势头作为领导者在公共和私营部门推动脱碳工业经济。

氢可以生成一个清洁分子,不排放。这可以通过传统的方法如蒸汽甲烷改革鼻中隔黏膜下切除术后(),气化过程与碳捕获,或电解,利用低成本或盈余从电网可再生能源。

具有挑战性的热负荷,很难使充电,如“绿化”炼油厂和化学过程,氢成为实现零经济的最佳选择。

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有一个正在进行的和健壮的辩论关于氢利用率的优先级,鉴于其相对较高的生产成本比传统和替代燃料和能源载体。然而,在一个碳中性的社会的背景下,它的采用是不可避免的。

预计到2050年,制氢占世界上12%的能源供应等一系列新颖应用混合氢天然气或效用尺度电解槽(IRENA)。

Endress +豪泽,过程仪表的主要制造商,在整个价值链中起着举足轻重的作用的氢,跨越从生产到结束使用。

丰富的历史提供指导和参与的氢过程,豪泽Endress +提供了专门的专业知识来解决遇到的不断变化的挑战在这个市场复活。测量的一个重要方面,压力,面临一个特定风险:氢的渗透通过膜的过程。

氢渗透是什么?

直接氢气服务的隔膜表面压力变送器氢分子的离解的经历。

接下来,氢原子进行电子损失,使H的扩散⁺离子通过标准316 L合金C膜片。

到达另一侧的金属膜片,H⁺离子恢复电子和重组为H₂分子。这些新成立的H₂分子然后溶解细胞填充流体的压力。

的速度和程度上渗透过程中压力和温度的影响。

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为什么氢渗透压力不利于发射器?

相关的风险氢渗透不是直接的。只要保持一个适当的过程压力膜片,H₂分子仍将解散。只有当过程压力下降到接近或低于大气压力损失发生。

当这个过程压力减少,H₂分子内填充液的解决方案,形成气泡。这种现象发生迅速,导致流体体积和内部压力的增加。

由于细胞或膜片密封封闭环境的压力,这些额外的体积缺乏一个逃生出口。因此,薄316 L / C合金膜变得膨胀,导致灾难性的破坏。

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制氢

三个新兴技术存在大规模的电解,包括使用高直流电流将H₂O为它的组成元素,H₂和O₂。

压力的重要性是很重要的,因为许多这些技术的依赖通过膜的压力差。

一旦H₂O转换,产生的氢气干燥和最终用途为其治疗。监控出口压力和通过关键部件的压力差,成为至关重要的健康和评估过程,在某些情况下,遵守安全检测系统(SIS)或功能安全要求。

因此,氢渗透的风险通过压力变送器膜片是一个常数问题由于不同工艺条件与这些小说相关的生产技术,因为他们直接影响到渗透氢气的风险。

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氢混合

有更复杂的问题,偏离过去典型的氢的应用。

最近电厂示威,以长脊能源氢在汉尼拔电厂,俄亥俄州,揭示了越来越多氢的集成到天然气的兴趣。这种集成旨在减少碳含量在天然气管道和燃料系统。

附带的图片演示了这一过程在管道中的应用,在压缩机采用注入混合气体回管道。保持较高的注射压力比管道的压力是至关重要的,确保成功引入混合气体进入管道。

下图表示管道应用程序。

来源:澳大利亚能源理事会。图片来源:Endress +豪泽

压缩机是用来注入混合气体回管道。关键要注射压力高于管道压力,确保混合气体将推入管道。

任何压力在混合气体行发射器和下游的注射部位将受到一些体积氢的比例增加了。压力测量的失败可能会导致一个潜在的访问控制回路中,如果供应压力的缺点。

渗透的风险是不同的在不同的混合氢,这增加了复杂性最终用户和工程公司参与设计新系统或评估现有基础设施的功能涉及潜在的氢气的体积百分比。

可以做些什么来减轻风险的氢渗透?

常用的方法包括应用黄金(Au)涂层的外表面隔膜。

这层隔膜的密度增加,创建一个扩散的障碍,阻碍氢渗透。当使用得当,黄金涂层可以减少10对氢渗透⁶*由于其极低的扩散系数。

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你应该确定什么黄金涂层厚度对氢的应用程序?

虽然有各种涂料,并不是所有的都适合防止氢渗透。涂层厚度25µm通常推荐的罢工一个好的保护和成本之间的平衡。

薄涂层更具有挑战性的应用发展中小孔均匀和携带的风险,这将减少的保护级别。比25µm厚涂层也可以,但他们有增加成本和交货时间。

氢渗透持续时金属膜片。涂层不能完全阻止它发生。然而,当适当地应用,黄金涂料提供了一个具有成本效益的方法显著降低氢渗透和延长寿命的压力变送器。

如果氢与天然气混合呢?

虽然减少氢气的体积也会降低氢渗透的风险,它并不能消除它。保守的设计方法,即使在混合应用程序,建议使用金色涂布膜。

如果氢混合是暂时的或构成了不到10%的体积,传统的316 L不锈钢膜可能被考虑。

引用和进一步阅读

1. 维达,l;卡斯特罗,r .最近的事态发展在制氢技术:最先进的审查与关注Green-Electrolysis。达成。11363年Sci。2021年,11日。https://doi.org/10.3390/ app112311363

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