Küresel ekonomi, 2050 ile 2100 yılları arasında sera gazı açısından “nötr” hale gelecektir. Bu, Birleşmiş Milletler’in iklimi korumak için kararlaştırdığı ve Kasım 2016’da yürürlüğe giren Paris Anlaşması’nda öngörülmüştür. Ancak sadece yenilenebilir enerji kaynaklarının yayılması konulan hedeflere ulaşılması için yeterli değildir. Bunun yerine, günümüzün enerji sisteminde reform yapılması kaçınılmazdır. Bu süreçte, yalnızca enerji kaynakları değişmekle kalmayacak, enerji taşıyanlar da değişecektir. Geleceğin en umut veren ve şu anda tartışmasız olan enerji taşıyıcıları içinde hidrojen sayılabilir. Akışkanın güvenli hareketi için kaliteli kelebek vanalar kullanılmalıdır. Aşağıda, üretici Müller Quadax’ın yaratıcıları kelebek vanaların enerji sistem dönüşümünde hangi rolü oynadığını ve hidrojenin endüstriyel vanalar üzerinde hangi güçlükleri yarattığını anlatmaktadır.

Günümüzde, hidrojen (H2) çoğunlukla azotlu gübrelerin üretimi veya petrol rafinerilerinde hidrokarbonların parçalanması için kullanılır. Hidrojen sentetik yakıtların üretiminde de aynı derecede önemli bir rol oynamaktadır. Bunun için birincil enerji olarak gaz, kömür veya biyokütle kullanılır. Gelecekte, elektrikli hareketlilikte hidrojenle beslenen yakıt hücrelerinin çevre dostu bir enerji dönüştürücü olarak önemi artacaktır.

Ayrıca, H2 nakliye araçları için geleceğin taşıyıcısı olarak geçerli olacaktır. Şu anda buhar reformasyonu, karbon içeren enerji taşıyıcıları ve sudan meydana gelen hidrojenin üretilmesinde en önemli büyük ölçekli süreçtir. Bu süreçte doğalgaz buhar oluşumu için en önemli hammadde olup Quadax vanaları 250°C ila 300°C arası sıcaklıklardaki doğal gaz ve buharda ve en fazla 100 bar basınçta başarıyla kullanılır.

Resim1: Günümüzde ve gelecekte dönüşüm süreci

Yüksek kömür kaynakları olan ülkelerde, aynı şekilde hidrojen üretimi için fosil ham madde olarak kullanılır. Karbon içeren enerji kaynaklarının termokimyasal dönüşümü yenilenebilir enerji kaynakları kullanılmadığından sürdürülebilir veya üretimi atmosfere önemli miktarda CO2 salınımına neden olduğu için iklim nötr değildir. Bugün itibariyle buhar reformu, bilgi kaynaklarına bağlı olarak hidrojen üretiminin %80 ila %90’lık bir pazar payına sahiptir. Bu, önümüzdeki yıllarda değişecektir (Resim 1).

H₂ Üretiminde Yeni Süreçler

Günümüzün enerji politikası enerji sektörünün karbonsuzlaştırılması için yeni bir düşünceyi gerektirmektedir. Bu süreçte, CO2’de düşük olarak üretilen ya da CO2 olmadan ortaya çıkan hidrojen enerji taşıyıcısı olarak daha ön plana çıkacaktır. Sözde yeşil hidrojen üretimi için yeni teknolojiler geliştirilme aşamasındadır. Yeşil, çünkü birincil enerji yenilenebilir ve iklim açısından nötr bir kaynaktan geliyor. Su elektrolizi süreci pilot projelerde kanıtlanmıştır ve tamamen yenilenebilir enerjiden CO2 nötr şekilde büyük miktarda hidrojen üretebilecek kadar ilerlemiştir. Enerjiden gaza olarak bilinen süreç bir elektrokimyasal süreçtir.

Burada, %70 ila %80 arasında verimlilik seviyelerine ulaşılır. Halihazırda elektrolizörün doğrudan rüzgar türbinleri veya hidroelektrik santrallerinden tedarik edildiği projeler bulunmaktadır.

Artan üretim kapasitesinin dalgalanan talebe daha iyi uyum sağlaması için, gelecekte devasa hidrojen depoları gerekli olacaktır. Bu amaçla, gaz halindeki hidrojen eksi 253°C’ye kadar soğutulur, sıvı halde yoğunlaştırılır ve sıvı gaz depolarında saklanır.

Güçlük

Hidrojen ile hangi çek ve kontrol vanalarının daha uygun olduğunu değerlendirmek için belirli kriterlerin takip edilmesi gerekir. Kimyasal ve fiziksel özelliklerine bağlı olarak hidrojenin işlenmesi sıvı gaz (LPG) veya sıvı doğal gaz (LNG) gibi enerji taşıyıcılarından önemli şekilde farklılaşmaktadır:

• Hidrojen renksiz, kokusuz ve tatsızdır ve konsantrasyonuna bağlı olarak ortam havasının gaz karışımıyla bağlantılı olarak yanıcı ve hatta patlayıcı tepki verebilir. Özellikle gaz haldeki hidrojenin emisyonu insan duyularıyla algılanamadığı için hassastır (Resim 2).
• Yanma entalpisi, yani termodinamik süreçte enerjinin ölçeği, hidrojenle pek çok başka hidrokarbonla karşılaştırıldığında daha düşüktür ve örneğin doğal gaza göre daha düşük bir hacimsel enerji yoğunluğu bulunmaktadır. Buna göre, aynı miktarda enerjiyi saklamak için doğal gaza göre ya üç kat büyük tanklar ya da üç kat yüksek basınç gerekmektedir.
• Sonuç olarak, hidrojen, çeşitli malzemelerden nispeten iyi bir şekilde yayılır. Yüksek sıcaklıklar ve yüksek çalışma basınçları ek olarak difüzyon tehlikesini artırır. Bu nedenle yüksek karbon içeriğine sahip çelikler bu ortam için uygun değildir, çünkü hidrojen atomları bileşenlerle birlikte kırılgan hale gelir ve bu nedenle güçlerini kaybeder.

• Hidrojenin atmosferik basınçta sıvılaştırılması için “yalnızca” eksi 162°C gerektiren LNG’ye karşı eksi 253°C sıcaklık gerekir. Sıvı hidrojen litre başına 0.071 kg ağırlığındadır. Açıklamak için: Sıvı doğal gaz (LNG) litre başına yaklaşık 0.41 kg ila 0.5 kg ağırlığında ve H2’ye göre 5.8 ile 7 kat daha yoğundur.
• Bu nedenle, bir yandan tank ve vana üreticileri için zorluk, sürdürülebilir H2 uyumlu malzemeler kullanmak ve diğer yandan H2’nin yüksek difüzyon davranışı nedeniyle sızdırmazlık sistemlerini uyarlamaktan ibarettir.

Kriyojenik koşullarda sıvı halde -253°C’ye varan sıcaklıkta saklanırken +50°C sıcaklıkta nakliye veya gaz halde dağıtım yapılırken arasında 300°C’den fazla sıcaklık değişimi olduğu düşünülürse bu oldukça zor bir işlemdir.

Çözüm

Zorlu uygulamalarda lider vana üreticilerinden biri olan Quadax®, birçok fırsatı ile hidrojen konusuna yoğun bir şekilde odaklanmaktadır. Bir yandan, hidrojen sektörü için yüksek kalite vanalar üretiminin güçlüğü çalışma koşullarına bağlı olarak 100 bara ulaşan yüksek basınç ve diğer yandan sıvı H2’nin -253°C saklama sıcaklığı koşullarından kaynaklanmaktadır. Bu koşullarda ayrıca mutlak sızdırmazlık elde edilir. Quadax®, 4 eksenli tasarım ilkesini kullanır (Resim 3). Bu ilke kelebek vanaların etrafında eşit bir duvar kalınlığı ile yuvarlak sit ile karakterize edilebilir.

Resim 5: En yüksek gereksinimler için hazır

Bu şekilde, tasarım yaygın olarak kullanılan ve oval şekilde siti olan 3 eksantrik türden önemli şekilde ayrılır (Resim 3).

Yüksek sıcaklık dalgalanmasına bağlı olarak malzeme genişlemesi bütün sızdırmazlık yüzeyinde homojen olarak davranır ve optimal sıkılığı sağlar. Bu yakın zamanda bağımsız bir test enstitüsü tarafından helyum kullanılarak yapılan bir performans testinde kanıtlanmıştır (bakınız bu sayıdaki Zagers teknik raporu).

Ayrıca Quadax®-H vanalarda aşırı düşük sıcaklıkta bile düzgün çalışması için özel bir malzemeden özel bir sızdırmazlık contası bulunmaktadır. Sızdırmazlık contası yuvasına düzgün bir şekilde yerleştiği için aşınma önemli ortanda azalır. Malzemeleri seçerken müller- quadax gmbh yüzde 10 ile 30 arası nikel içeriği olan bir alaşım kullanır. Hidrojenle temas ettiği zaman bu alaşım çok az kırılganlık gösterir ve bileşenler herhangi bir mukavemet kaybetmezler. Sıvı roket yakıtı üretilirken ve depolarken ve ayrıca rokete kısmen -220°C’den daha soğuk kriyojenik yakıt bileşenlerini doldururken güvenlik ve emniyet önde gelir çünkü en ufak sızıntılar bile yıkıcı sonuçlara neden olabilir.

Ekstrem Operasyon Koşulları İçin

4 eksenli tasarım ve en yeni üretim teknolojisi ile Quadax® kelebek vanaları ortak standartlara göre son derece yüksek sızdırmazlık gereksinimlerini karşılar. Bu üreticinin kelebek vanalarını kullanan pek çok kullanıcı için -270°C ve +800°C sıcaklık aralığı nadir oluşan bir durum değildir.

Referanslar arasında Linde ve Air Liquide dışında uzay sektöründeki önemli kullanıcılar da yer almaktadır. Uygulamaları çok zorludur ve kalite ve güvenlik konusunda çok büyük gereksinimler gerektirir. Yakıtlar, diğer kimyasal maddelerle bağlantılı olarak sıvı hidrojenden oluşur.

Şirket Hakkında

Şirket merkezi Forchtenberg’in Baden-Wuerttemberg şehrinde olan Müller Quadax’ın 50 çalışanı bulunmaktadır (Group 300). Şirketimizin ürettiği ürünler dünya çapında kullanılmaktadır –En yüksek kalite koşullarının yüksek basınç ve aşırı sıcaklıklarla el ele ilerlemesinin gerektiği her yerde. Müller Quadax kendisini deneyimi ve güvenilirliği ile müşterileri için ulaşılabilir olan bir inovasyon öncüsü olarak görmektedir. 1986 yılında kurulmuş olan Otkonsaş A.Ş. olarak uzun yıllardır Quadax’ın Türkiye tek temsilciliğini yürütmekteyiz. Quadax 4 offset kelebek vanalarımız Türkiye’de de birçok majör proje ve tesis tarafından tercih edilmektedir. Deneyimli satış ve servis ekibimiz ile Türkiye’nin her noktasına ulaşabiliyor ve müşterilerimizin sorunlarına çözümler sunabiliyoruz.

Yazarlar

Patrick Hofacker, Yönetici Müdür, müller quadax gmbh

Michael Knorr, Teknik Müdür, müller quadax gmbh