Wodór - krwioobieg nowoczesnej rafinerii, a może paliwo

Grupa LOTOS
Wodór
krwioobieg nowoczesnej rafinerii,
a może paliwo przyszłości?
Jan Biedroń
Szef Biura Innowacji
15 października 2015
Jan Biedroń
1
Grupa LOTOS
Czym jest wodór?
o Najlżejszy pierwiastek chemiczny
o Bezbarwny, bezwonny gaz, słabo rozpuszczalny w wodzie
o W normalnych warunkach występuje jako formie cząsteczkowej H2
o W 0⁰C i 1 atm. jest 14,4 razy lżejszy od powietrza
o Niska temperatura krytyczna wodoru (-239,9 ⁰C) powoduje, że jego
skroplenie jest trudniejsze niż skroplenie powietrza i większości innych
gazów
o Unikatową właściwością wodór jest jego znaczna rozpuszczalność w
niektórych metalach. W wysokich temperaturach rozpuszcza się w:
platynie, niklu, żelazie, miedzi. Gąbka palladowa jest w stanie pochłonąć
objętość wodoru 800 razy większą od swej własnej objętości.
Jan Biedroń
2
Grupa LOTOS
Występowanie wodoru
o Wodór jest najbardziej
rozpowszechnionym pierwiastkiem
we wszechświecie
o Stanowi około 75% masy materii
wszechświata, około 24% to hel,
poniżej 1% pozostałe pierwiastki
o Wodór występuje głównie w formie
atomowej
Jan Biedroń
3
Grupa LOTOS
Występowanie wodoru c.d.
Wodór metaliczny – hipotetyczny stan wodoru pod skrajnie wysokim ciśnieniem
(~25GPa), w którym pierwiastek ten wykazuje dobre przewodnictwo elektryczne i
inne właściwości metaliczne. Przyjmuje się, że metaliczny wodór występuje we
wnętrzu planet: Jowisza i Saturna.
Źródło: Wikipedia
Jan Biedroń
4
Grupa LOTOS
Występowanie wodoru
o
Na Ziemi wodór jest znacznie mniej
rozpowszechniony. Szacowana zawartość
wynosi 0,87%mas. czyli 15,4%wszystkich
atomów)
o
Wodór w przyrodzie występuje normalnie w
stanie związanym, natomiast w stanie wolnym
spotyka się go w małych ilościach w gazach
wulkanicznych, a niekiedy i w gazie ziemnym.
o
Źródła wodoru to: woda i związki organiczne,
głównie oparte o atomy węgla i wodoru
Jan Biedroń
5
Grupa LOTOS
Zastosowanie wodoru w przemyśle
Przemysł
chemiczny
Wodór stosuje się do syntezy amoniaku a
dalszym etapie do produkcji nawozów
sztucznych. Synteza alkoholu metylowego lub
węglowodorów
Przemysł
rafineryjny
Wodór jest zużywany w procesie hydrokrakingu oraz
procesach odsiarczania, izomeryzacji, hydrorafinacji
węglowodorów pochodzących z ropy naftowej
Przemysł
tłuszczowy
Stosowany jest do utwardzania tłuszczów ciekłych
(np. produkcja margaryny i mydła)
Przemysł
metalurgiczny
W metalurgii wodór stosowany jest do redukcji
niektórych rud metali (np. german, molibden wolfram)
Inne
zastosowania
Historycznie: gaz stosowany w balonach i
sterowcach, paliwo rakietowe,
Jan Biedroń
6
Grupa LOTOS
Przemysłowe metody produkcji wodoru
Reforming parowy
Elektroliza
Jan Biedroń
Zgazowanie
7
Grupa LOTOS
Reforming parowy – czyli najbardziej
rozpowszechniona technologia produkcji wodoru
CH4 + H2O ↔ CO + 3H2
CH4 + 2H2O ↔ CO2 + 4H2
CO + H2O ↔ CO2 + H2
Jan Biedroń
reforming
reforming
konwersja CO
8
Grupa LOTOS
Dlaczego wykorzystujemy wodór w rafinerii?
o Aby spełnić wymagania stawiane
nowoczesnym paliwom silnikowym
(zawartość siarki, związki
nienasycone)
o Żeby zwiększyć konwersję, czyli
uzyskać więcej paliw z jednej baryłki
ropy (hydrokraking)
o W procesach hydrorafinacji i innych
specyficznych procesach
katalitycznych
Jan Biedroń
9
Grupa LOTOS
Wodór w rafinerii – produkcja i zużycie
Produkcja wodoru
Zużycie wodoru
Hydrokraking 2
Wytwórnia wodoru 2
Wytwórnia
wodoru 1
HDSy
Odzysk
wodoru
Gaz wodorowy
do odzysku
Hydrokraking 1
WOW
Sieć gazu
opałowego
Jan Biedroń
Grupa LOTOS
Odzysk gazu wodorowego + koncepcja WOW
Wodór
Gazy
wodorowe
Gaz
opałowy do
sieci
WOW
Kriogenika
LPG
Benzyna
lekka
Jan Biedroń
11
Grupa LOTOS
Sprzedaż gazów płynnych i prognozy
Jan Biedroń
12
Grupa LOTOS
Czy możemy wykorzystywać wodór na co dzień?
Ogniwo paliwowe i czyli reakcja wodoru z tlenem w celu wytworzenia
energii elektrycznej
- Do ogniwa należy dostarczyć wodór zmagazynowany lub
wytworzony na potrzeby ogniwa
- Najpopularniejszy surowiec do wytworzenia – metanol (ale reforming
metanolu powoduje emisję CO2)
- Ograniczona moc ogniw paliwowych (30-50 kW) i wciąż spore
rozmiary instalacji
Bezpośrednie spalanie wodoru w silnikach iskrowych
- Kosztowna instalacja do magazynowania i doprowadzania paliwa do
silnika
- Potrzeba rozwoju infrastruktury do tankownia wodoru
- Teoretycznie istnieje możliwość zasilania różnymi rodzajami paliwa
jednak przy spalaniu mieszanki powietrza z wodorem może
następować spalanie detonacyjne
Jan Biedroń
13
Grupa LOTOS
Zalety i wady stosowania wodoru
Zalety:
Wady:
 Wysoka wartość opałowa
 Konieczność magazynowania
pod wysokim ciśnieniem
 Niska toksyczność
produktów spalania (tlenki
azotu)
 Istnieją sprawdzone i
wydajne technologie
produkcji
 Brak odpowiedniej floty i sieci
dystrybucji
 W przypadku produkcji w
oparciu o konwencjonalne
źródła energii emisja GHG jest
w innej lokalizacji (instalacja,
elektrownia)
 Problemy ze skropleniem
 Wciąż wysokie koszty produkcji
Jan Biedroń
14
Grupa LOTOS
Dziękuję za uwagę!
Jan Biedroń