甲烷等离子分解器可以节省制氢成本

Bürkert 的工艺控制阀已经在许多氢气应用中证明了其可靠性。例如，Graforce 将其用于甲烷等离子电解槽中，这种电解槽能以较高的产量和较低的成本生产氢气和固体碳。

氢蕴藏着巨大的能源潜力，而且不仅仅存在于水中。它是工业废水、粪肥、塑料或气体中许多有机和无机化合物的成分。Graforce 提供等离子电解槽，利用废料中富含能量的化合物生产氢气，显著降低了生产成本，提高了产量。

绿色氢气——未来的能源

氢气蕴含高能量，被认为是能源转型的重要推动力，也是汽油、柴油等的“绿色”替代品。它不仅可以按照传统方式被直接燃烧，还可以用于电化学发电和制热。这种富含能量的气体适用于为车辆、船舶甚至飞机提供动力。它的废气中不含颗粒物、氮氧化物和其他空气污染物，而只含水蒸气。

不产生二氧化碳的发电和供热

如果通过电解法制备氢气，即利用电能将水分离成氢气和氧气，则生产过程需要消耗大量能源，导致高昂的成本。Graforce GmbH 的开发工程师 Kai Dame 说：“生产每公斤氢气的平均成本在 6 到 9 欧元之间。”“然而，氢在水中的结合度比在其他化合物中要牢固得多。鉴于此，我们的等离子分解器不从水中提取氢气，而是从其他高能化合物中提取氢气，因此所需的能量要少得多。例如，氢只是很弱地被结合在沼气或天然气中。这意味着，仅用 10 kWh 的能量就足以从 4 kg 沼气或天然气中生产出 1 kg 氢气和 3 kg 固体碳。生产每公斤氢气的成本平均仅为 1.5 到 3 欧元。”

Graforce 的甲烷等离子分解器利用太阳能或风能来产生一个高频电压场，以将甲烷分离成氢气 (H2) 和纯碳 (C)。每个等离子分解器系统每小时最多可提供 500 kW 的功率，这意味着，它每小时可产生 550 Nm³（标准立方米）的氢气。由于模块化设计，该系统还可以得以扩展升级。与氢 CHP（热电联产装置）或 SOFC 燃料电池（固体氧化物燃料电池）相结合时，它可以实现不产生二氧化碳的热电联产。固体碳可用作工业原料，例如用于生产钢、碳纤维和其他碳基结构。例如，2023 年 4 月，这种甲烷等离子分解器在林茨附近的一个地下储存设施中被投入使用。

系统的核心部件是两个反应器，甲烷在其中被等离子分解。该系统还有一个用于分离氢气和固体碳这两种产品的分离器、用于回收工艺热量的设备和用于缓存氢气的储存器。所产生的氢气将在 500 mbar 的压力下被输送到压缩机站，然后被压缩到 25 bar 的压力。该系统高约 25 m，通过用于控制器、介质流和压缩空气的接口与运营商的整个设施集成在一起，每小时可生产 50 公斤氢气。

Graforce 的甲烷等离子分解器利用太阳能或风能来产生一个高频电压场，以将甲烷分离成氢气 (H2) 和纯碳 (C)。

耐氢工艺管件

为了在甲烷等离子分解器中安全、高质量地生产氢气和碳，需要用到大量的工艺管件。然而，这一氢应用遇到了很大的挑战，因为氢原子的质量最小，因此非常不稳定。由于氢气也是一种易燃易爆气体，所有与之接触的部件都必须要有很好的密封性。此外，它还有可能扩散到金属中并负面地改变材料特性。这会导致脆化或腐蚀。

这家柏林初创公司在 Bürkert 的产品系列中找到了自己想要的东西。在等离子分解器中，目前使用了近 50 个通径在 DN 15 至 DN 65 之间的、配备气动执行器的工艺阀，例如，气动角阀和直座阀（2000 型和2012 型）被用在氢气和碳管线上。它们可靠性高，压降很小，减少了停机时间。反应器上使用了带 8802 型定位器的工艺控制系统和带气动旋转执行器（8805 型）的球阀。

氢气和碳管线上使用了约 50 个工艺阀。反应器上使用了带定位器的工艺控制系统和带气动旋转执行器的球阀。

 控制由 8652 AirLINE 型阀岛进行。Dame 补充说：“由于它们尺寸小，它们很容易安装在紧邻工艺流程的控制柜中”。Bürkert 也可以提供合适的控制柜，但 Graforce 决定自己制造控制柜。Dame 继续说：“我们希望对自己所使用系统的结构构造了然于心；也许我们会在今后的项目中使用他们的控制柜”。

直接沟通，快速交货

他们选择 Bürkert 工艺控制阀出于几个原因。Bürkert 在氢气应用方面拥有丰富的专业知识，所使用的材料符合该应用领域的特殊要求。它们没有发生脆化或泄漏的风险。

 Graforce 现在在另一个系统中也使用了 Bürkert 阀门。一台使用了很长时间的废水等离子分解器现在安装了带双线圈和 Kick-and-ｄｒｏｐ 电子元件的电磁阀，以减少废热的产生和电力消耗。线圈最初会被一个高压脉冲过激励，以产生打开阀门所需的高吸合力。几毫秒后，集成在模制线圈中的电子元件会切换到节能保持模式。因此，与传统解决方案相比，阀门的能耗降低了高达 80 %。