• Bewerking
  • Verpakking
  • Transport
  • Componenten
  • Opslag
  • Diensten
  • Besturing

ECN

Drie in één installatie voor efficiënte waterstofproductie

maandag, 04 oktober 2010

Large_hysep_ecn-waterstof-scheidingsmembraan

PETTEN – Onlangs werd een ECN waterstof scheidingsmembraan in Italië 500 uur lang aan de tand gevoeld in het demonstratieproject FISR. Uit aardgas en stoom produceert de installatie waterstof. Door toepassing van de ECN-membraanmodule om de waterstof bij hoge temperatuur te scheiden van kooldioxide, wordt het proces ruim 10 procent energiezuiniger. “Een succes dat ons enorm stimuleert om veel werk te maken van het Carena-project dat 1 januari 2011 start”, aldus een enthousiaste Yvonne van Delft, projectleider bij Efficiency & Infrastructure.

De reactor-membraanmodule (RMM) moest 20 Nm3 waterstof per uur afleveren. Dat heeft hij 500 uur probleemloos gedaan. Opvallend aan de ECN-waterstofscheider is dat hij gecombineerd is met de reactor waar de stoffen reageren. Hij onttrekt de waterstof aan het reforming-proces, waardoor het evenwicht verschuift en de reactie geprikkeld wordt meer H2 te produceren. “Dankzij de combinatie kan de reactietemperatuur zakken van 850-900 °C naar 550-650 °C. Dat scheelt een slok op een borrel bij dit energie-intensieve proces. Ook wordt de hele installatie veel compacter waardoor de investeringskosten voor de fabrikant dalen”, legt Van Delft uit.

Drie in één installatie voor efficiënte waterstofproductie
Zo verteld klinkt het logisch, maar aan dit recente succes gaat een lang verhaal van ontwikkelwerk vooraf. Want de composiet palladium (Pd) membranen in de waterstofscheider houden niet van hoge temperaturen, terwijl het waterstofproducerende proces juist baat heeft bij een hoge temperatuur. De grote verdienste van de ECN-onderzoekers is dat zij erin zijn geslaagd de Pd membranen zo sterk te maken dat zij niet bezwijken bij de huidige werktemperatuur. Van Delft: “Bovendien zit er een uiterst dunne laag palladium op ons membraan van slechts 3-9 micron (µm), terwijl de commerciële metalen filters een Pd-laag hebben van 20-50 micron. De dikte van de laag palladium bepaalt direct de waterstofflux, de hoeveelheid waterstof die per tijdseenheid door het filter stroomt, dus dit is een flinke verbetering.”

Hysep op de markt
De test van het 0,4 vierkante meter groot scheidingsfilter + reactor in Italië door Tecnimont duurde 500 uur. Het ontwerpen en bouwen van de installatie eromheen op een terrein van 1000 m2 duurde twee jaar, met name vanwege vergunningen. Onderwijl zat men in Petten niet stil. ECN bracht het waterstoffilter als Hysep® op de markt. Van Delft: “In een paar standaard maten kunnen bedrijven een demonstratieversie van ons waterstoffilter kopen om hem in hun proces te testen en eventueel te vergelijken met een bestaande of een andere scheidingsinstallatie. Op deze manier is de drempel voor de (petro)chemische bedrijven en engineeringbureaus laag om kennis te maken met deze nieuwe scheidingstechnologie.”
Scheiding middels membranen is nogal revolutionair in de petrochemische industrie, die al ruim honderd jaar stoffen scheidt via destillatie. Om die reden heeft Tecnimont de reformer en de membraanmodule apart in de installatie opgenomen. Van Delft: “Dat was de uitdrukkelijke wens van Tecnimont, dat heel goed op de hoogte is van de succesfactoren voor innovatie bij zijn klanten. Eerst moet de membraanmodule zich apart bewijzen. Pas als de waterstofscheidingsmembranen zich als industriële technologie hebben bewezen kan de stap naar een volledig geïntegreerd systeem worden gemaakt.”

Toekomst
De Hysep® is een puur scheidingsfilter voor waterstof, een zogeheten MM (membraanmodule). De onlangs door Tecnimont succesvol geteste waterstofscheider is een zogeheten RMM (een combinatie van reformer en membraanmodule). Daarmee is ECN qua ontwikkelingswerk in de proof of conceptfase aanbeland en Van Delft benadrukt ‘dat ECN daarmee in de wereld een unieke positie heeft’. Dat legt het kennisinstituut bepaald geen windeieren. “Ongetwijfeld heeft dit goede track record ervoor gezorgd dat men ons vroeg om het Carena-project (15 partners, 12 miljoen euro) te coördineren.”
In Carena gaan verschillende onderzoeksgroepen samenwerken en kennis/kunde uitwisselen op het gebied van membraanreactoren. Niet elke groep zit in dezelfde fase van het ontwikkelingswerk, ‘maar dat maakt het alleen maar interessant’. Van Delft heeft de plannen voor haar onderzoek al uitgewerkt. “De testen bij Tecnimont hebben laten zien dat de reformer succesvol te combineren valt met de membraanmodule. Voor dit lange termijnonderzoek onderzoeken we of ons Pd-scheidingsmembraan ook volledig te integreren is met de reformer.”
Het waterstofscheidende membraan dat door Tecnimont is onderzocht, heeft een werkzaam oppervlak van 0,4 m2 maar is desondanks goed voor ruim 20 Nm3/h. Toekomstige waterstofmembraanreactoren worden groter en door ze parallel te schakelen kan de capaciteit ook groeien. Van Delft geeft aan dat de technologie geschikt is voor de meeste energie-intensieve sectoren van de chemische industrie. “De productie van ammoniak uit aardgas, bijvoorbeeld, kan stukken voordeliger en energiezuiniger plaatsvinden met deze technologie.”

© ECN