Hydrogen Summit destaca los desafíos y las oportunidades en la compresión de hidrógeno

Por Jack Burke08 junio 2023

Discusiones técnicas profundas, aspectos destacados de la creación de redes del evento

La descarbonización, ya sea impulsada por la legislación o por los objetivos ESG de la empresa, significa que la producción y el movimiento de hidrógeno podrían convertirse en una parte creciente del mundo COMPRESSORTech2.

Pero todavía hay muchas incógnitas sobre la mejor manera de utilizar el hidrógeno y sus efectos en todo, desde la metalurgia hasta el rendimiento de las válvulas, según los oradores de la COMPRESSORTech2 Hydrogen Summit. El evento, que se llevó a cabo a fines de abril en Houston, atrajo a más de 140 asistentes de una variedad de compañías, incluidas bp, Atlas Copco, Cook Compression, Dover Precision Components y muchas más.

Presentaciones de la Cumbre

Conferencias magistrales

Jeff Falkiner, gerente de ingeniería de operaciones y mantenimiento: operaciones de transmisión en Enbridge Gas Inc. (EGI), abrió la conferencia con un discurso de apertura matutino que destacó los elementos clave de ingeniería en la reutilización de activos de gas natural para el servicio de hidrógeno combinado.

Falkiner es responsable del soporte de ingeniería para todos los equipos auxiliares y de compresión en la operación de almacenamiento y transmisión en EGI, que incluye una cartera de más de 800 000 hp. En su cargo actual, está profundamente involucrado en las evaluaciones de los impactos del hidrógeno y la idoneidad de los equipos de compresión.

Falkiner habló sobre algunos de los proyectos de hidrógeno de EGI, incluido el proyecto de mezcla de hidrógeno de Markham, Ontario, Canadá, el primer proyecto de este tipo en América del Norte.

El proyecto piloto de $5,2 millones es una asociación con Cummins y se inició en 2018 para ayudar a equilibrar el suministro y la demanda de electricidad de Ontario almacenando el excedente de electricidad de la provincia como hidrógeno puro hasta que se necesite.

A partir de enero de 2022, el hidrógeno de la instalación se inyectó en una parte del sistema de gas natural existente de Enbridge Gas que atiende a unos 3600 clientes en Markham.

Señaló que la empresa necesitaba crear un programa de gestión de integridad y operaciones específico para rastrear y cuantificar la seguridad y confiabilidad de la red. Incluso desarrolló y entregó programas de capacitación para los socorristas para que supieran cómo manejar el gas natural combinado.

El discurso de apertura de la tarde estuvo a cargo de Jacob Saletsky, un ingeniero que apoya al grupo New Energy Ventures de Williams en Tulsa, OK. Saletsky apoya el desarrollo y la ejecución de proyectos centrados en la descarbonización de los activos existentes de recolección, procesamiento y transmisión de gas natural, y también participa en tecnologías de transición energética como hidrógeno, amoníaco, captura de carbono, gas natural renovable, recuperación de calor residual y servicios públicos. -escala solar.

Señaló que los combustibles a base de hidrógeno, como el amoníaco y el metanol, tienen ventajas sobre otras vías de reducción de carbono, como la captura de carbono o la tecnología de accionamiento eléctrico.

También habló sobre la prueba de campo reciente en Wyoming en un motor alternativo Cooper 6V-250 heredado. Se agregaron varios porcentajes de hidrógeno, hasta un 30 %, al combustible del motor para determinar los efectos en la producción de óxido nitroso, dióxido de carbono, metano, NOX y otros contaminantes.

Al 100 % del par motor, una mezcla de hidrógeno al 30 % redujo el óxido nitroso en casi un 25 % en comparación con el gas natural completo y aproximadamente el 12 % del metano. El único contaminante que aumentó durante la prueba fue el NOX. Pero Saletsky dijo que el NOX se puede reducir sin mejoras en el motor al reducir aún más el combustible, pero solo hasta cierto punto.

Los otros oradores de la cumbre cubrieron una amplia gama de temas relacionados con el hidrógeno y sus impactos en las tecnologías utilizadas en la compresión de gas. Dado que se espera que el hidrógeno desempeñe un papel fundamental en la combinación energética futura, este es un evento que no debe perderse nadie que participe en cualquier nivel de la industria de la compresión de gas.

Tipos de compresores

Peter Roth, director de productos PPI en Sundyne, habló sobre las fortalezas y debilidades de los diferentes tipos de compresores cuando se trata de hidrógeno. Por ejemplo, los compresores centrífugos pueden manejar flujos de gas muy grandes y son buenos para aplicaciones de tuberías, recirculación y secado, pero una desventaja es que tienen relaciones de presión moderadas. Los compresores de diafragma no filtrarán hidrógeno a la atmósfera, pero no son factibles para flujos más grandes. Los compresores alternativos pueden manejar flujos de gas más grandes, pero es posible que los pistones lubricados con aceite contaminen el gas.

Además de Sundyne, ha trabajado con Siemens Energy, Rolls Royce Energy Systems y MAN Turbo & Diesel.

Marybeth McBain, ingeniera de ventas sénior de Elliott Group, habló sobre los efectos potenciales en la infraestructura del sistema de tuberías y combustible para satisfacer la necesidad de producir, transportar y almacenar hidrógeno. Por un lado, se necesita un mayor flujo volumétrico de hidrógeno para obtener el equivalente energético del gas natural. Eso impacta potencialmente en la cantidad de estaciones de compresión necesarias o al menos en la energía necesaria para mover el mayor volumen de gas.

En su mayor parte, los requisitos de compresión para el hidrógeno son similares desde la producción hasta el transporte, lo que requiere unidades de refuerzo, compresores de transporte por tuberías, compresión de almacenamiento y posiblemente bombas o compresores de estaciones de servicio.

En su puesto actual, McBain cubre el mercado de productos de ingeniería en América del Norte y del Sur, que incluye compresores de GNL, transporte por tuberías, compresores de refinería/descendente y aplicaciones de hidrógeno y CO2.

Burak Bekisli y Paul Modern discutieron los desafíos asociados con la compresión alternativa de hidrógeno no lubricado a alta presión. Bekisli es director de ingeniería de materiales en Dover Precision Components y Modern es ingeniero jefe de válvulas y productos de control de flujo en Cook Compression, su presentación discutió algunos de los desafíos asociados con la compresión de hidrógeno e ilustra formas de resolver esos problemas a través de estudios de casos.

Dijo que el mercado del hidrógeno está evolucionando, impulsado principalmente por los objetivos de descarbonización. Muchos ven al hidrógeno como un excelente vector de energía y medio de almacenamiento.

Las nuevas aplicaciones para la compresión recíproca incluyen aplicaciones de almacenamiento y transporte, reabastecimiento de combustible y tuberías. El hidrógeno señalado es inherentemente difícil de sellar y para minimizar posibles vías de fuga, el acabado y las tolerancias son críticos.

También profundizaron en los límites de los materiales a base de PTFE en aplicaciones de hidrógeno, señalando que son menos aplicables a presiones elevadas.

Pruebas de campo

Una presentación de Jordan Smith y Hans Mathews de Cooper Machinery Services destacó los experimentos de la compañía en el uso de hidrógeno en sus motores de gas y su prueba de campo de un motor integral de baja velocidad y gran calibre que funciona con una mezcla de combustible de hidrógeno al 30%.

Señalaron que el hidrógeno tiene una velocidad de llama rápida, aproximadamente 10 veces mayor que la del metano, que requiere un retraso en el tiempo de encendido para evitar el "golpe".

La compañía realizó una prueba de campo con la compañía de líneas de gas Southern Star en un motor-compresor integral Cooper-Bessemer GMVH-12. Hasta ahora, las pruebas se han considerado exitosas, ya que el motor de dos tiempos de gran calibre sin modificar manejará aproximadamente un 30 % de hidrógeno por volumen.

También descubrieron que incluso pequeñas cantidades de hidrógeno añadidas a la mezcla de combustible pueden generar reducciones de emisiones. Descubrieron que el hidrógeno actúa como una palanca de 2:1 en la reducción de CO y una palanca de 1,5:1 en la reducción de metano. Agregar hidrógeno también mejoró la tasa de calor del motor y mejoró la calidad de la combustión.

En el lado negativo, el aumento en la producción de NOX requiere una estrategia de mitigación, la reducción de dióxido de carbono es inferior a 1:1 para la reducción de carbono. Y el flujo de combustible aumenta a medida que aumenta el hidrógeno.

Mathews se unió a la industria de gasoductos y compresión en 1991 con Tenneco, donde pasó nueve años en ingeniería, mantenimiento y análisis antes de unirse a Hoerbiger en 2000. Allí, se convirtió en vicepresidente senior y gerente general de su equipo de Servicios de ingeniería (HES). HES fue adquirida por Cooper en 2020.

Smith es vicepresidente de sustentabilidad y tecnología emergente en Cooper Machinery Services. Es un veterano de 20 años en la industria de la compresión que se especializó en el diseño de tecnologías de reducción de emisiones para grandes motores de generación de energía y compresión de gas mientras trabajaba en Cameron Inc. Ha ocupado puestos de ingeniería y gestión de ventas y recibió su certificación PE en Colorado.

Joel Sanford, experto clave sénior del Grupo de Tecnología e Innovación de Siemens Energy, habló con Steve Chaykosky, experto clave sénior en el grupo de ingeniería de compresores alternativos de Siemens Energy.

Los dos hablaron sobre el rendimiento de las válvulas, un elemento clave para la confiabilidad y eficiencia de los compresores alternativos. Señalaron que, aunque el hidrógeno apenas está ganando notoriedad en algunos mercados, el gas se ha utilizado durante décadas en varias industrias. Las válvulas Magnum de Siemens se aplicaron por primera vez a aplicaciones de hidrógeno en 1997 y están diseñadas para soportar presiones diferenciales altas y presiones de descarga y se pueden usar en todas las etapas de compresión.

Presentaron un estudio de caso sobre los compresores de hidrógeno de una refinería de EE. UU. Entre 2000 y 2002, la flota de 21 compresores de la refinería (con 50 cilindros en funcionamiento continuo) tuvo un promedio de 16 fallas de válvulas al año. Para evitar el tiempo de inactividad no programado, la compañía simplemente haría que un equipo de mecánicos cambiara las válvulas cada tres o cuatro semanas.

Usando la misma flota de compresores, la refinería instaló válvulas Magnum en 2003, y la mayoría de los cilindros estaban equipados con válvulas Magnum para 2007. El número de fallas de válvulas se redujo a un promedio de dos por año.

Impacto de la cuenta IRA

Después de las presentaciones técnicas, los delegados escucharon un panel de discusión titulado "La forma cambiante de nuestra infraestructura energética". Noureen Faizee, directora de estrategia y crecimiento – hidrógeno en Worley; Luiz Soriano, gerente de ventas y desarrollo de negocios de Siemens Energy; y Patrick McCalley, gerente de ventas y productos, economía del hidrógeno - Américas, con NEA Group, participaron.

Los panelistas hablaron sobre los efectos de la Ley de Reducción de la Inflación en las inversiones de capital hacia la energía alternativa y lo que eso podría significar para la compresión de hidrógeno. La Ley de Reducción de la Inflación ofrece un crédito fiscal para la producción de hidrógeno, conocido como el crédito fiscal "45V", subsidia la inversión en la producción de hidrógeno limpio o la producción de hidrógeno en sí. El valor del crédito de 45 V aumenta a medida que disminuyen las emisiones del ciclo de vida asociadas con la producción de hidrógeno.

A corto plazo, el aumento del crédito fiscal para la captura y el secuestro de carbono, un crédito conocido como "45Q", también podría tener un gran efecto en la reducción de las emisiones asociadas con la producción de hidrógeno. Algunos sugieren que los créditos fiscales en la IRA ya son suficientes para hacer que la producción de hidrógeno a partir de gas natural con captura y secuestro de carbono sea competitiva con la producción actual de hidrógeno sin captura y secuestro de carbono].

COMPRESSORTech2 planea celebrar otra Cumbre del Hidrógeno, probablemente en el área de Houston, en abril de 2024.