Diseño, Simulación y Operación de una planta de electrólisis PEM

Abstract

Este trabajo se centra en el estudio de la producción de hidrógeno a partir de electrólisis del agua, la simulación de una planta de electrólisis tipo PEM con una capacidad nominal de producción de H2 de 30 kWth (PCI), y el desarrollo de la ingeniería básica de la planta y los elementos de seguridad y control asociados. El documento abarca la descripción detallada de los procesos principales que tienen lugar en la producción de hidrógeno, compara las distintas tecnologías de electrólisis en desarrollo, considerando las ventajas y limitaciones de cada una de ellas. Asimismo, describe los métodos actuales más comúnmente utilizados para la purificación, la compresión y el almacenamiento del hidrógeno y las especificaciones técnicas de los equipos principales seleccionados para la planta considerada. Además, se presentan los procedimientos de arranque y parada de la planta, así como los modos de operación contemplados, y se detallan los sistemas de supervisión y control diseñados para la operación segura y eficiente de la planta. Finalmente, se incluyen como anexos la memoria de cálculo de los equipos clave para la planta, el diagrama de instrumentación y tuberías (P&ID) de la planta e información sobre la simulación realizada, incluido el balance de materia y energía del proceso diseñado.

The present work focuses on the study of hydrogen production from water electrolysis, the simulation of a PEM with a nominal H2 production capacity of 30 kWth (LHV) electrolysis plant, and the development of the basic engineering of the plant and the associated safety and control elements. The document covers a detailed description of the main processes that take place in hydrogen production, compares the different electrolysis technologies under development, considering the advantages and limitations of each. Likewise, it describes the most commonly used current methods for the purification, compression, and storage of hydrogen and the technical specifications of the main equipment selected for the considered plant. In addition, the procedures for starting up and shutting down the plant as well as the contemplated modes of operation are presented, and the supervision and control systems designed for the safe and efficient operation of the plant are detailed. Also, included as appendices are the calculation memory of the key equipment for the plant, the instrumentation and piping diagram (P&ID) of the plant, and information on the simulation carried out, including the material and energy balance of the designed process.