NOTRE MISSION

Hydrogène et transfert de chaleur, inextricablement liés

Nous sommes convaincus, comme vous probablement, que l’hydrogène vert apportera une contribution majeure à la transition énergétique. Les développements dans le domaine de l’hydrogène sont fulgurants, le nombre d’installations et d’électrolyseurs augmentant rapidement dans le monde entier. Mais les processus ne sont pas encore totalement cristallisés. Et c’est compréhensible ! Partout dans le monde, on cherche la configuration optimale pour produire de l’hydrogène de la manière la plus durable et la plus efficace possible. Dans le domaine du transfert de chaleur, Kapp connaît la voie à suivre et nous disposons d’un échangeur de chaleur adapté à chaque étape de la production d’hydrogène. Cela nous donne un avantage réel, qui profite à nos clients. Mais la connaissance et l’expérience d’autres experts de l’industrie de l’hydrogène sont essentielles pour nous. Notre approche sur ce marché est donc : “Ici pour enseigner, ici pour apprendre “. Cette philosophie découle de la prise de conscience que le temps est compté et que nous pouvons accélérer les développements ensemble en collaboration avec d’autres experts du secteur.

NOTRE ENGAGEMENT

Des coûts d’investissement et d’exploitation réduits

L’appel aux énergies renouvelables implique de grands défis. L’hydrogène vert est un beau développement, mais de nombreux processus doivent être optimisés. La bonne technique est la plus durable et la plus efficace possible. Dans le domaine du transfert de chaleur, nous avons les réponses. Et nous promettons de réduire les coûts d’investissement et d’exploitation.

Des solutions compactes, sûres et efficaces

Chaque étape de la production d’hydrogène comporte des risques et des défis. Kapp connaît les ficelles du métier. Le bon échangeur de chaleur est suffisamment compact pour laisser de la place à d’autres composants, il est résistant, calculé en fonction des fluides, des températures et des pressions afin de garantir la sécurité, et si efficace qu’un minimum d’énergie précieuse est perdue.

La meilleure solution garantie

Nous étudions le processus de l’hydrogène depuis très longtemps, tout simplement parce que nous pensons que l’hydrogène a un énorme potentiel pour devenir l’énergie durable de l’avenir, en particulier pour l’industrie. Par conséquent, nous savons aujourd’hui exactement comment améliorer fondamentalement les processus et les projets de nos clients. Dès la phase de l’offre, nous consacrons beaucoup de temps à l’analyse de vos paramètres, du processus et de l’installation. Vous avez ainsi la garantie que la solution que nous vous proposons est toujours la meilleure.

Respect des exigences les plus strictes

Kapp répond aux exigences les plus strictes depuis plus de 25 ans et connaît les facteurs critiques de l’industrie. Tous nos produits répondent aux exigences de qualité et aux normes applicables à l’industrie, notamment PED, ASME VIII, EN13445, AD2000, API660, API661, API662, TEMA, ISO 9001 et ISO 14001.

NOS SOLUTIONS

Nous pouvons améliorer votre processus de production d’hydrogène

La production d’hydrogène vert nécessite une électricité générée de manière durable. C’est dans cette optique que nous nous attaquons aux défis du processus de production d’hydrogène. Les échangeurs de chaleur sont utilisés à chaque étape du processus de production d’hydrogène. Nous connaissons bien les processus, les défis associés et les solutions. Pour chaque étape, nous disposons d’un échangeur de chaleur adapté. Et dans les sous-processus de compression et de purification, nous avons tout simplement un avantage unique avec un échangeur de chaleur très compact. Nous serions ravis de vous informer plus à ce sujet.

Étape

Elektrolyse

HET PROCES

Elektrolyse werkt door twee elektrodes in water te dompelen en die te verbinden met een gelijkstroombron. Aan de anode ontstaat door de splitsing van water zuurstof en aan de kathode wordt waterstof geproduceerd. Voor de efficiëntie van het proces is het van belang dat de temperatuur op niveau blijft. Ná electrolyse worden het gevormde waterstof en zuurstofstromen nagekoeld en electrolyt terug gecondenseerd. De restwarmte uit deze processen kan elders ingezet worden.

De uitdaging

Om groene waterstof een interessant alternatief te maken zal de proces-efficiëntie komende jaren enorm moeten toenemen. Daarnaast zien we een uitdaging in het bijna dagelijks opstarten van processen, op de momenten dat duurzaam opgewekte elektriciteit beschikbaar is. Vaak blijft er dan nog restwarmte over, die Kapp altijd ambieert effectief in te zetten voor bijvoorbeeld stadsverwarming of elders in processen. En last but not least, waterstof- en zuurstofstromen kennen beide hun risico’s, veiligheid is dus een belangrijk thema.

De oplossing

Voor het koelen van elektrolyt op relatief lage drukken is een Plate & Frame warmtewisselaar met RVS (PEM) of nikkel platen (Alkaline) een perfect fit. We zien ook ontwikkelingen waarbij electrolysers op hogere drukken werken, bijvoorbeeld bij het koelen van KOH in een alkaline elektrolyseproces, met drukken tussen de 30-50 barg. In dit geval is een Plate & Shell warmtewisselaar met nikkel platen juist de beste match. Onze engineers weten de juiste balans te vinden tussen CAPEX en OPEX door hun ruime ervaring in soortgelijke projecten. Vraag gerust naar referenties om onze expertise te verifiëren. Electric heaters kunnen ingezet worden bij het opstarten en opwarmen van het medium en dienen als vorstbeveiliging bij stilstand. Voor het koelen van waterstof en zuurstofstromen en het terugcondenseren en terugwinnen van warmte uit elektrolyt zijn semi-gelaste (LWC) platenwisselaars of volledige gelaste platenwarmtewisselaars (welded plate type heat exchangers) zeer geschikt.

Koeling

het proces

Bij de productie van groene waterstof wordt er tussen de 30-50% van de elektrische energie omgezet in warmte. Dit komt voor een groot deel uit de electrolyzer zelf, maar ook bij het comprimeren, deoxideren en drogen komt warmte vrij. Met de duurzame ambities van de waterstofsector is het ons inziens een vereiste om deze warmte te hergebruiken.

De uitdaging

Soms kan restwarmte elders in het waterstofproces hergebruikt worden, het kan ook ingezet worden voor bijvoorbeeld stadsverwarming. Maar in de warmere maanden ligt de warmtevraag doorgaans lager en dient laagwaardige warmte alsnog weggekoeld te worden. Bij de selectie van de warmtewisselaar moet daarbij rekening gehouden worden met lokale beperkingen zoals ruimte, toelaatbare geluidsniveaus, beschikbaarheid en de kwaliteit van het koelwater.

Veel offshore waterstofproductielocaties plant men op nieuwe of bestaande productieplatformen en gebruiken bestaande infrastructuur (pijpleidingen), gevoed door duurzame opgewekte elektriciteit van offshore windmolenparken. Koeling is hier vooral uitdagend omdat toegelaten gewicht en afmetingen van componenten zeer beperkt zijn.

De oplossing

In de filosofie van Kapp (en volgens de trias energetica) hoort restwarmte hergebruikt te worden. We hebben onwijs veel ervaring met restwarmte-projecten en hebben dus altijd een geschikte warmtewisselaar in onze scope. Als de warmtevraag laag is, kan overbodige warmte alsnog weggekoeld worden. Koelen kan met lucht, water of een hybride oplossing. Voor offshore installaties zijn (titanium) platenwarmtewisselaars of speciale offshore aircoolers zeer geschikt, vooral vanwege hun compactheid.

Compressie

het proces

Om waterstof geschikt te maken voor opslag en transport is compressie vereist, van circa 2 bar (alkaline) of 20-40 bar (PEM) tot 30-100 bar. Deze processtap zien we vaak gecombineerd met het deoxideren en purificeren van het waterstof. Na het comprimeren vindt condensatie plaats, waarbij er al veel water uit het waterstof wordt gehaald. In het gehele proces komt wederom veel warmte vrij, die we niet verloren willen laten gaan.

De uitdaging

Waterstof is het kleinste molecuul. Lekkage vormt dus een groot risico bij geconcentreerd waterstof. Het gevolg van een lek kan funest zijn omdat waterstof extreem brandbaar is. Een andere uitdaging is de extreem lage dichtheid van waterstof, waardoor het bij lage druk een gigantisch volume heeft. Door de electrolyse en de deoxidatie bevat het waterstof veel water, wat er na compressie uitgecondeseerd wordt. Dit proces vormt een groot deel van de thermische belasting.

In deze processen heb je te maken met start-ups van de installatie op regelmatige basis. Dat brengt grote temperatuurwisselingen, een kleine approach (zeker bij warmteterugwinning) en bij condensatie hoge vermogens met zich mee, dus veel warmtewisselend oppervlak is vereist.

De oplossing

Volledig gelaste platenwarmtewisselaars zijn zeer geschikt voor compressie van waterstof omdat ze de compactheid van een platenwarmtewisselaar combineren met de sterkte van een buizenwarmtewisselaar. Onze volledig gelaste en pakkingvrije warmtewisselaar is daarnaast geschikt voor dagelijks opstart. Voor offshore toepassing, waar er doorgaans met zeewater gekoeld wordt, leveren wij titanium platenwarmtewisselaars.

Purificatie

het proces

Zodra het waterstof uit de electrolyser komt moet het geschikt gemaakt worden voor bijvoorbeeld brandstofcellen. Het waterstof wordt gepurificeerd tot zo’n 99.99% door het water en zuurstof eruit te scheiden. De eerste stap vindt plaats in de deoxidizer: in de deoxidizer zit een catalysator die dat beetje zuurstof dat meekomt met de waterstof laat reageren tot water. Ná de deoxidizer wordt het waterstof gedroogd, door middel van PSA (pressure swing absorption) of TSA (temperature swing absorption).

De uitdaging

Bij het opstarten van het purificatieproces is er geen restwarmte beschikbaar, dus er is een warmte-input nodig om de deoxidizer voor te verwarmen. In de stap erna, het droogproces, koelen, condenseren en regeneren we. Het gecomprimeerde waterstof heeft een hoge druk en kent daarom dezelfde risico’s als in de compressie-stap.

De oplossing

Voor het voorverwarmen en opstarten van de deoxidizer biedt een electrical heater uitkomst, en ook bij het regeneren van het waterstof is dit de ideale techniek. Omdat drukken hier nog altijd erg hoog zijn door het comprimeren, blijft een volledig gelaste platenwarmtewisselaar een vereiste voor deze stap.

Finale compressie

het proces

Voor transport, opslag en vullen van tanks zal het waterstof nog verder gecomprimeerd worden. Daarbij hebben we te maken met extreem hoge drukken, in sommige gevallen zelfs > 700 bar. Als tanks gevuld moeten worden, gebeurt dat op lage temperatuur en is verdere koeling vereist. Hierna is het waterstof geschikt voor gebruik in o.a. industrie, utiliteit, woningen en transport.

De uitdaging

Waterstof weegt weinig en is een licht ontvlambaar gas. De drukken in deze stap liggen extreem hoog, dus het risico neemt daarmee ook exponentieel toe. Veiligheid staat ten alle tijden voorop. Net als bij elk ander gas is het van belang om er bij productie, transport en gebruik voorzichtig mee om te gaan. Als waterstof wordt ingezet in bestaande gasleidingen is het van belang om het ‘gedrag’ van waterstof in de praktijk nader te onderzoeken. Waterstof is namelijk lichter dan aardgas en kan makkelijker ontsnappen bij kleppen en afsluiters. Bij het vullen van tanks is het aantal cycli daarnaast erg hoog. Bij de verkeerde materiaalkeuze kan materiaalmoeheid opspelen, met alle risico’s van dien. Componenten in de gehele installatie moeten daarom bestand zijn tegen regelmatig wisselende temperaturen en drukken.

De oplossing

Voor toepassingen tot zo’n 100 bar (afhankelijk van temperaturen) is een plate & shell warmtewisselaar zeer geschikt, maar als de drukken nog hoger worden is deze techniek niet meer toereikend. Voor die extreem hoge drukken hebben we een printed circuit warmtewisselaar in ons assortiment. Dit type warmtewisselaar is extreem sterk dankzij de combinatie van twee technologieën; chemisch etsen en diffusielassen. De stroomkanalen worden chemisch geëtst op een metalen plaat. Geëtste platen worden gestapeld en door diffusielassen tot één blok gevormd.

NOTRE UNICITÉ

La meilleure solution pour le processus de production d’hydrogène

L’hydrogène est la plus petite molécule. Lors de la production d’hydrogène, cela comporte des risques. Dans certains processus de production d’hydrogène, les pressions sont élevées et les fuites peuvent être désastreuses ; les flux d’hydrogène et d’oxygène présentent un risque d’explosion. Dans des processus aussi critiques, disposer du bon équipement est vital. Pour les processus de production d’hydrogène, les grands échangeurs de chaleur à tubes traditionnels sont encore souvent envisagés en raison de leur solidité. Parfois, c’est la bonne solution, mais plus souvent, d’autres techniques sont mieux adaptées. Et il existe de nombreux exemples où notre échangeur de chaleur à plaques entièrement soudées est pratiquement la seule solution appropriée. Dans certains cas, nos solutions pèsent 70 % de moins, coûtent 50 % de moins, récupèrent plus de chaleur et sont au moins aussi solides que l’échangeur de chaleur à tubes traditionnel. Pour un certain nombre de processus de production d’hydrogène, un échangeur de chaleur à plaques et à coques est la technique parfaite, et dans certains cas la seule appropriée. Un échangeur de chaleur à plaques et à coques est :

très compact, donc plus petit, ce qui implique moins de travaux de génie civil, d’isolation, de tuyauterie, etc. ;
adapté aux pressions élevées ;
entièrement soudé, et donc sûr pour l’application de l’hydrogène et garanti sans fuite ;
plus rentable grâce à des coûts d’investissement et d’exploitation réduits.

CONTACT

Vous souhaitez parler d’hydrogène et de transfert de chaleur ?

Vous souhaitez mieux comprendre le transfert de chaleur ? Vous souhaitez en discuter ou vous avez besoin d’aide pour prendre des décisions concernant votre processus d’hydrogène ? Contactez Jeroen.

Jeroen van Ruitenbeek

Directeur Général

jeroen@kapp.nl +31 78 611 7355