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Salvar na lista de leitura Publicado por Callum O'Reilly, editor sênior Hydrocarbon Engineering, segunda-feira, 16 de agosto de 2021 11:50

De acordo com o Departamento de Energia dos EUA (DOE), a reforma do gás natural ou reforma do metano a vapor (SMR) responde atualmente por 95% do hidrogênio produzido nos EUA; é indiscutivelmente um dos, se não o mais, métodos econômicos e energeticamente eficientes para fabricar hidrogênio.

Figura 1. Visão geral de um processo SMR típico.

A Figura 1 mostra uma visão geral de um processo SMR típico. SMR é considerado um processo de produção maduro pelo qual uma fonte de metano (ou seja, gás natural, biogás, gás de síntese, etc.) reage endotermicamente com vapor de alta temperatura na presença de um catalisador para produzir hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono:

CH4 + H2O (+ calor) → CO + 3H2

Posteriormente, o monóxido de carbono e o vapor reagem na presença de um catalisador para produzir hidrogênio e dióxido de carbono adicionais em relação à reação de 'deslocamento água-gás':

CO + H2O → CO2 + H2 (+ calor)

Por fim, o gás hidrogênio é purificado por adsorção por oscilação de pressão (PSA), que remove o dióxido de carbono e outras impurezas. Muitas vezes, uma planta de amônia existirá a jusante da planta de hidrogênio, em que o hidrogênio reage com nitrogênio para produzir amônia.

A combinação de altas temperaturas e pressões resulta em um ambiente de serviço severo que apresenta desafios significativos para os requisitos de isolamento de fluido. No reformador e no gerador de vapor, as temperaturas e pressões podem atingir ou exceder 1500°F e 1500 psig, respectivamente. Essas temperaturas e pressões elevadas prevalecem em vários módulos e aplicações dentro do processo SMR, incluindo o reformador, água de alimentação de caldeira, linhas de gás de alimentação, freios de tambores de vapor, aplicações de purga e aplicações de purga.

Além da ilha SMR e na seção de amônia da planta, esses desafios de temperatura e pressão também persistem nas aplicações de nitrogênio – por exemplo, válvulas de suprimento de nitrogênio para compressores e cabeçotes de flare podem atingir ou exceder 4.000 psig a 400°F.

À medida que o mundo avança em iniciativas de energia renovável, o hidrogênio vem ganhando força como um 'pilar estratégico' para a transição energética, pois é uma molécula de queima limpa e um potencial substituto para os combustíveis fósseis. Combinado com as tecnologias de captura e sequestro de carbono (CCS), o processo SMR permite a conversão da produção convencional de hidrogênio, conhecida como 'hidrogênio cinza', para a produção de hidrogênio com baixo teor de carbono, também conhecido como 'hidrogênio azul'. Para que o hidrogênio azul se torne economicamente viável como fonte de energia primária, os custos em toda a cadeia de valor do hidrogênio, incluindo produção, armazenamento, distribuição etc., precisam ser reduzidos para atender às metas de custo do DOE para futuros automóveis e outras aplicações. No que diz respeito à produção de hidrogênio, o processo SMR permanece como o método mais econômico em comparação com outros, como a eletrólise. Embora o processo SMR seja considerado uma tecnologia madura, existem oportunidades de otimização comercial e ambiental e estão sendo realizadas por meio de temperaturas e pressões mais altas sustentadas em áreas específicas do processo. Por exemplo, o Hydrogen Council e a McKinsey & Co. afirmam que: "a condução de ATR [reforma autotérmica] em temperaturas mais altas também pode aumentar as taxas de conversão de metano em hidrogênio, resultando em menor teor de metano no gás de produto, reduzindo ainda mais as emissões. "1 Como resultado, as novas usinas são projetadas para operar muito mais quentes e com pressões mais altas em aplicações e módulos específicos em comparação com as instalações existentes. Além disso, a eficácia de um verdadeiro sistema de circuito fechado sem vazamentos para a atmosfera torna-se extremamente importante, tanto do ponto de vista comercial quanto ambiental. Como tal, um isolamento confiável com fechamento positivo torna-se não apenas muito mais desafiador para as válvulas nessas aplicações, mas também de vital importância para todo o processo de produção.