Sistema de almacenamiento y transporte de hidrógeno por el

Fuente:JASE-W Productos y Tecnologías Japonesas de Punta para el Ahorro Inteligente de Energía
http://www.jase-w.eccj.or.jp/technologies-s/index.html
F-02
Palabras clave
Y3
equipo o facilidad
Z4
S5
Energía renovable
L
Servicios Técnicos
electricidad
Chiyoda Corporation
Sistema de almacenamiento y transporte de hidrógeno por
el método de hidruros químicos orgánicos – Sistema hidrógeno SPERA®
Característica
El método de hidruros químicos orgánicos cosiste en adicionar químicamente al tolueno el hidrógeno que es
un gas ligero, convertirlo en metilciclohexano (MCH), producto químico en líquido a temperatura y presión
constante para ser almacenado y transportado, extraer y aprovechar el hidrogeno en la cantidad necesaria
en el lugar de uso mediante deshidrogenación y recuperar y reusar el tolueno formado como portador de
hidrógeno. Es un método altamente seguro que permite manejar la energía de hidrógeno con un riesgo
semejante a la gasolina convencional.
El hidrógeno es un medio portador de energía limpio y una energía secundaria que se puede producir de
cualquier energía primaria, sin embargo, hasta la fecha no se ha establecido una técnica para almacenar y
transportar hidrógeno en gran cantidad en grandes buques. El método de hidruros químicos orgánicos es
una tecnología propuesta desde los años ochenta, pero hasta ahora no existía un proceso de dehidrogenación estable.
Nuestra empresa emprendió desde 2002 la investigación y desarrollo de catalizador de deshidrogenación,
que sería la clave del desarrollo, hasta la fecha ha logrado desarrollar un nuevo catalizador de deshidrogenación, aprovechable en usos industriales y ha completado el desarrollo de un proceso de deshidrogenación con el uso de un reactor multi-tubular de lecho fijo aprovechando dicho catalizador. En 2013 se
construyó una planta piloto para el sistema completo y se completó el establecimiento de la técnica del
sistema entero (Sistema hidrógeno SPERA®) a través de las pruebas de operación, lo que permitió una
comercialización técnica.
<Características del método de hidruros químicos orgánicos>
· *Bajo condiciones seguras de temperatura y presión constante, se puede almacenar y transportar en gran
cantidad por vía marítima y terrestre sin pérdidas de hidrógeno durante largo periodo.
· Se pueden transportar 3.000 TM de hidrógeno en un buque cisterna comercial de 50.000 TM para
productos químicos. (Equivalente a la cantidad de hidrógeno necesaria para llenar los depósitos de un
total de 600.000 vehículos de pila de combustible de hidrógeno)
· Tiene eficiencia de energía más alta y costo más bajo que otros métodos y es un método más practicable
como técnica de transporte masivo.
· El costo de suministro de hidrógeno por este método es más económico que con otros métodos, lo cual
convierte a ésta en la tecnología más próxima a su aplicación real para el transporte masivo de
hidrógeno.
Concepto Básico o Principio
A continuación se esquematiza el método de hidruros químicos orgánicos. El hidrógeno es una energía
secundaria limpia que puede producirse desde diversos hidrocarburos (gas natural, gases asociados,
petróleo, carbón, etc.) mediante técnicas existentes. También se puede producir a partir de energías
renovables (hídrica, eólica, solar, etc.). El hidrógeno es convertible en MCH por hidrogenación catalítica del
tolueno. La hidrogenación es una tecnología disponible desde los años setenta, y comercializada en las
plantas de producción de MCH. Junto con tolueno y MCH, está clasificado como “materiales peligrosos”
al igual que la gasolina y es un producto derivado del petróleo utilizado en gran cantidad como solvente
industrial. Puede aprovechar eficazmente grandes instalaciones de almacenamiento existentes y comercialmente el transporte marítimo masivo en buques químicos y el terrestre en camiones o vagones cisterna
químicos. De esta manera ha sido factible la puesta en práctica del Sistema hidrógeno SPERA® con el
desarrollo del proceso de deshidrogenación y la optimización del sistema entero.
Fuente de hidrógeno
☆ Combustible fósil (w/CCS)
☆ Energía renovable
MCH
Tolueno
CH 3
CH 3
+ 3H2
Tolueno
Proceso de
hidrogenación
Aprovechamiento del hidrógeno
☆ Combustibles para la generación
eléctrica
☆ Vehículo de celda de combustible
☆ ENE FARM
☆ Reacción de cambio inverso, etc.
CH 3
CH 3
Reacción exotérmica
205kJ/mol
MCH : Methylcyclohexane
Almacenamiento
Transporte
Tecnología ya comercializada
+ 3H2
MCH
Reacción endotérmica
205kJ/mol
Tolueno
Almacenamiento
Proceso de
deshidrogenación
El desarrollo de catalizador /
proceso de deshidrogenación
permitió poner en práctica todo el
proceso del sistema.
Composición general del Sistema hidrógeno SPERATM
La hidrogenación es una reacción exotérmica y la deshidrogenación es una reacción endotérmica. El valor
calorífico que entra y sale en estas reacciones representa un 30% de la energía de hidrógeno. El calor generado de la deshidrogenación es recuperado y utilizado efectivamente en la planta de producción de hidrógeno.
La energía térmica introducida en la deshidrogenación se convierte en la energía de hidrógeno mediante la
reacción de deshidrogenación. Esto permite convertir la energía térmica derivada de centrales eléctricas,
fábricas e incineración de basura en una energía de hidrógeno mediante deshidrogenación, y aprovecharla.
F-02
Efectos del ahorro de energía y Notas especiales
Generación eléctrica
con pila de combustible
Para lograr un crecimiento sostenible
[Países productores
de la humanidad, es indispensable
[Japón]
[Transporte marítimo]
de gas, etc.]
Generación
crear un sistema que, sin perjuicio de
termoeléctrica
Sistema hidrógeno SPERA™ (Sistema de almacenamiento y transporte de
(Combustión mixta
un incremento del consumo de energía,
hidrógeno por el método de hidruros químicos orgánicos)
con el gas natural
[Plan de hidrógeno]
y el carbón)
permita reducir emisiones de CO2 y
Metilciclohexano
controlar el calentamiento global.
Tanque de
DehydroMuchas de las energías renovables
almacenamiento
Hidrógeno
Planta de
Hidrógeno
genation
y reserva
dehidrogenación
plant
(eólica, hídrica, fotovoltaica, etc.) se
derivan de la energía solar. El sistema
Tolueno
Separación
de producción de hidrógeno a partir del
Sistema
consistente
en
transportar/almacenar
hidrógeno en estado líquido a temperatura
de CO2
y presión ambientales en forma de metilciclohexano, producto de reacción de hidrogeno
agua, utilizando energía renovable, y
con tolueno, y recuperar/reutilizar el tolueno, una vez separado del hidrogeno mediante
deshidrogenación.
FCV, materia
devolviendo el agua al ciclo natural tras
prima industrial
Remodelación
Hidrógeno
Hidrógeno
su uso es el sistema energético de sol y
Foto catalizador
[Plan de hidrógeno] Método IS
agua más avanzado, y constituye un
Gas natural
Separación
desafío tecnológico sumamente imporde CO2
Energía
Energía Energía
tante para solucionar el calentamiento
Campo
solar
eólica
hídrica
Energía
Electrolisis
de
gas
nuclear
del
agua
Energía
Energía
global y los problemas energéticos de
Gasificación
solar
geotérmica
de carbón
nuestro país.
Energía renovable
La puesta en práctica de esta tecnología
Recuperación
de metano
Carbón
Planeamiento para solucionar futuros problemas energéticos reduciendo la
permitirá materializar el concepto de la
emisión de CO2 en Japón.
[Países productores
Es posible evolucionar positivamente a una sociedad con baja emisión de carbono,
Mina
de
carbón
cadena de suministro de hidrógeno que
meta final de este esfuerzo.
de carbón]
aparece en la figura derecha. En la fase
Fig.1 Idea de cadena de suministro de hidrógeno
inicial de este planteamiento, se
propone producir el hidrógeno a partir de
los combustibles fósiles (gas natural,
carbón, etc.) para su transporte en
Hidrogenación
Deshidrogenación
(Sitio donde exportar)
(Sitio donde importar)
grandes cantidades y a larga distancia.
Tanques de tolueno
Tanques de MCH
Reactor de
El gas CO2 derivado de la combustión
Reactor de
Deshidrogenación
Hidrogenación
de hidrocarburos es recuperado a bajo
costo en el proceso de producción de
hidrógeno en los países productores de
petróleo y de gas natural, y es utilizado
para acelerar la recuperación del crudo
o es almacenado por CCS, y el hidrógeno limpio será almacenado y transportaCapacidad de almacenamiento:
：
1 semana por 50 Nm3/h (tanque de 20m )
do en grandes cantidades. La puesta en
(a) Sección de reactor
(b) Sección de almacenamiento
práctica de esta fase inicial permitirá al
Japón promover el uso de la energía de
Planta de demostración
hidrógeno a gran escala en la fase
temprana.
La meta final de este planteamiento es facilitar el paso a una sociedad con bajos niveles de carbono mediante
almacenamiento y transporte masivo de energía renovable. Por lo pronto iremos reduciendo eficientemente la emisión
de gas carbónico, aprovechándola como energía complementaria de las energías fósiles como el gas natural, y
ampliando al mismo tiempo el uso de energías renovables, de esta manera lograremos pasar a una futura sociedad
con baja emisión de carbono y solucionaremos los problemas energéticos; esta es la idea que orienta todo este
Tanques para la unidad de hidrogenación
Tanques para la unidad de deshidrogenación
3
Antecedente y Programa de introducción
Japón
Planta de demostración
Finalización en diciembre de 2012
Lugar: Research Park de Chiyoda Corporation (Kanagawa-ku, Yokohama)
Escala: 50Nm3/h (volumen de almacenamiento y de producción de hidrógeno)
Exterior
Contacto: Chiyoda Corporation
Minatomirai Grand Central Tower, 4-6-2 Minatomirai, Nishi-ku, Yokohama City,
Kanagawa Prefecture 220-8765, Japan
Hydrogen Chain Promotion Section,
Tel: +81-45-225-4872 Fax: +81-45-225-4990
URL : http://www.chiyoda-corp.com/