À medida que líderes e organizações se esforçam para reduzir as emissões de carbono, o uso de hidrogênio como fonte de combustível continua a surgir como uma alternativa atraente. O aquecimento do processo por meio da combustão de hidrogênio não é necessariamente novo. As indústrias de refino e petroquímica aproveitaram o conteúdo de aquecimento em subprodutos (muitos deles ricos em hidrogênio) para maximizar a eficiência da unidade, reduzir o consumo de combustível comprado e eliminar a liberação de hidrocarbonetos não queimados na atmosfera. Embora a natureza livre de carbono para o hidrogênio ofereça um caminho aparentemente simples para emissões livres de carbono, a transição para o hidrogênio apresenta vários desafios que, se não forem mitigados, afetarão negativamente a viabilidade de produtos e serviços críticos para nossas vidas diárias.
Entendendo o básico
O aquecimento a lenha tem sido um método eficaz e popular para fornecer o calor necessário para conduzir reações químicas em grandes processos industriais. Os processos de refino, reforma e craqueamento tradicionalmente dependem de fontes de energia prontamente disponíveis (por exemplo, gás natural). Embora os combustíveis fósseis tenham sido uma fonte de energia eficiente e de baixo custo necessária para o refino e destilação do petróleo, o carbono contido nesses combustíveis resulta em emissões indesejáveis que têm impactos ambientais de longo prazo. No entanto, a combustão de hidrogênio mitiga a formação de CO2 como produto da combustão, tornando-se uma opção atraente para reduzir as emissões de gases de efeito estufa.
Embora
a mecânica da queima de hidrogênio seja semelhante à da maioria dos outros combustíveis de hidrocarbonetos, o desempenho do queimador é significativamente diferente ao queimar hidrogênio. A combustão de hidrogênio tem uma temperatura de chama adiabática consideravelmente mais alta, limites de inflamabilidade mais amplos e taxa de reação mais rápida. Essas propriedades afetarão as taxas de transferência de calor, a eficiência geral do aquecedor de processo e, finalmente, como os fornos devem ser operados. Além disso, essas características podem causar estragos em equipamentos de aquecimento acionados (por exemplo, queimadores de pré-mistura) que podem não ser projetados para isso.
Confiabilidade do queimador
A alta temperatura da chama, os amplos limites de inflamabilidade e a velocidade da chama do hidrogênio podem levar ao aumento do desgaste dos materiais usados em equipamentos de aquecimento acionados. Os projetos gerais de equipamentos que funcionam bem com gás natural podem se degradar a uma taxa acelerada ao lidar com a combustão de hidrogênio. Isso requer o desenvolvimento de estratégias de projeto de queimadores mais robustas, juntamente com materiais de construção atualizados, para reduzir as preocupações com a confiabilidade e atingir os comprimentos de execução desejados.
Preocupações de segurança
O hidrogênio tem uma faixa de inflamabilidade mais ampla em comparação com o gás natural, aumentando o risco de ignição e explosões durante as condições de inicialização. A implementação de protocolos de segurança bem fundamentados e o projeto de sistemas à prova de falhas são cruciais para mitigar esses riscos.
Oportunidades de inovação
Projeto de queimador vantajoso:
As propriedades únicas da combustão de hidrogênio oferecem uma oportunidade de inovar no projeto do queimador. Os queimadores e tecnologias de John Zink são adaptados para prosperar na operação de campo específica. Com décadas de experiência na queima de altos teores de hidrogênio, o desenvolvimento de queimadores tem se concentrado em resolver duas questões principais:
- Confiabilidade do equipamento: Os consumíveis em um queimador de processo são, em termos práticos, inevitáveis. Portanto, os projetos de queimadores vantajosos serão aqueles que reduzem de forma significativa e eficaz a dependência de consumíveis sem reduzir o desempenho do queimador.
- Operações consistentes: O próximo nível de desempenho pode ser encontrado ao aproveitar a experiência no assunto para ajustar o desempenho da combustão em tempo real para alcançar o desempenho desejado, independentemente da mudança na composição do combustível e na temperatura do ar de combustão. O gravador SOLEX pode fazer exatamente isso. Ao alavancar duas zonas de combustão independentes, a estequiometria em partes estratégicas do queimador pode ser ajustada para mitigar efetivamente o risco de recapitulação e, ao mesmo tempo, otimizar o desempenho do NOx.
Figura 1 Zonas
- Sistemas de segurança: A necessidade de sistemas de segurança robustos está promovendo a inovação na tecnologia de sensores e sistemas de controle. Esses avanços garantem que o hidrogênio possa ser usado com segurança, reduzindo o risco de acidentes e aumentando a confiabilidade geral do processo.
Considerações econômicas
A transição para o hidrogênio requer um investimento de capital significativo. Isso inclui a adaptação da infraestrutura existente, o desenvolvimento de novos equipamentos e a garantia da conformidade com os padrões de segurança. Embora os benefícios de longo prazo da redução das emissões de carbono sejam claros, os custos iniciais podem ser um impedimento para muitas aplicações. Governos e órgãos reguladores podem desempenhar um papel fundamental, fornecendo incentivos e subsídios para compensar esses custos e incentivar a adoção da tecnologia de hidrogênio. Além disso, esses investimentos em infraestrutura de hidrogênio podem aumentar a produtividade da unidade e oferecer um retorno sobre o esforço de descarbonização.
