Verfahrenstechnik 11/2023

MESSEN, REGELN,

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN WASSERSTOFF KOMPONENTEN FÜR DIE GASANALYSE FLÜCHTIGES RICHTIG ÜBERWACHEN Wasserstoff spielt eine große Rolle in der aktuell laufenden Diskussion zur Energiewende. Es ist das häufigste Element im Universum, kommt aber nur in gebundener Form vor. Gasförmig ist es rund 14 Mal leichter als Luft und es verbrennt rückstandsfrei. Wasserstoff (H 2 ) hat eine hohe Energiedichte und eignet sich deshalb gut als Substitut für fossile Energieträger wie Kohle oder Erdgas. Da es in der Natur überwiegend nur gebunden vorliegt, muss es aus seinen Trägern herausgelöst werden. Dies erfolgt zum Beispiel bei Wasser (H 2 O) durch Elektrolyse. Kommt der Strom dabei aus erneuerbaren Quellen spricht man von grünem Wasserstoff oder bei Methan (CH 4 ), dem Hauptbestandteil von Erdgas, durch ES GIBT ZWEI VERFAHREN: DIE AEL ELEKTROLYSE UND DIE PEM ELEKTROLYSE. BEIDE VERFAHREN HABEN VOR- UND NACHTEILE mestellen, vorzugsweise an jedem Ausgang eines Moduls. Aus diesen wird das Messgas von einer speziellen Messgaspumpe, welche auch in der Lage ist, eventuell auftretendes Kondensat zu fördern, angesaugt und unter leichtem Überdruck einem Messgaskühler zugeführt. Bei der Bemessung der erforderlichen Fördermengen ist auf der H 2 Seite die geringere Dichte von Wasserstoff zu berücksichtigen damit vor dem Analysator auf den korrekten Durchfluss eingedrosselt werden kann. MATERIAL BEIM SYSTEMAUFBAU Herrschen bereits im Produktionsprozess genügend Druck und Fördermenge, kann auf die Pumpe verzichtet werden. Im Kühler wird die Feuchte abgeschieden und das trockenen Messgas in den oder die Analysatoren geleitet. Der Überdruck im Messgas verhindert das Eindringen von Fremdluft und sorgt für unver- Dampfreformation oder Pyrolyse. Bei der Reformation entsteht als Nebenprodukt CO 2 (blauer Wasserstoff) und der Pyrolyse CO (türkiser Wasserstoff). Beide Stoffe können als Rohstoffe weiterverarbeitet oder gelagert (CCS) werden. Das gewonnene H 2 ist infolge seiner sehr geringen Dichte extrem flüchtig, wodurch sein Transport zu den Nutzern sehr anspruchsvoll ist. Gasförmig ist der Transport per Pipeline denkbar, verflüssigt kann Wasserstoff in isolierten Tankschiffen oder Tankwagen zum Verbraucher gelangen. Dabei muss leider mit nicht vernachlässigbaren Fluktuationsraten gerechnet werden. Darüber hinaus hat H 2 die Eigenschaft versprödend auf Werkstoffe zu wirken, was bei Nutzungsdauer und Auslegung aller Anlagenkomponenten zu berücksichtigen ist. Besonders für die Herstellung von grünem Wasserstoff muss am Produktionsort sichergestellt werden, dass nicht nur ausreichend grüner Strom, sondern insbesondere genügend Wasser in bester Qualität vorhanden ist. WIE WIRD ÜBERWACHT? Wie in viele anderen Fällen auch, müssen die Herstellungsprozesse von H 2 analytisch überwacht werden. Dabei steht in erster Linie die Einhaltung der UEG und der SIL Vorgaben im Fokus. In allen Herstellungsverfahren ist die extraktive Gasanalytik dafür die bevorzugte Analysenmethode. Dabei wird vor Eintritt des Messgases in den Analysator die Restfeuchte entfernt, um die Messzelle zu schützen und die Messwerte nicht zu verfälschen. Basierend auf jahrzehntelanger Erfahrung in der Ausrüstung und Konzeptionierung von Analysensystemen in der Gasanalytik schlägt Bühler vor, für diese Applikationen ein druckbeaufschlagtes extraktives Aufbereitungssystem einzusetzen. Dies ist prinzipiell wie folgt aufgebaut: Da beim Elektrolyseverfahren keine partikulären Verschmutzungen im Messgas zu erwarten sind, reichen einfache Entnah- 01 Zur Prozessführung oder der Emissionsüberwachung in der chemischen Industrie, der Petrochemie oder der Biochemie ist … 30 VERFAHRENSTECHNIK 2023/11 www.verfahrenstechnik.de

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN fälschte Messergebnisse. Gleichzeitig wird durch den Überdruck das anfallende Kondensat über einen entsprechenden automatischen Kondensatableiter aus dem System gedrückt. Durchfluss und Überdruck werden durch geeignete Geräte permanent überwacht. Die Verrohrung von der Entnahmestelle über den Pum- 02 … die Gasanalyse penkopf bis hin zum automatischen Kondensatableiter erfolgt in Edelstahl. Den gleichen Systemauf- der Schlüssel zum sicheren und effizienten Betrieb bau empfiehlt Bühler auch für die Überwachung der Anlagen, hier beide des ebenfalls anfallenden Sauerstoffs. Zur Unterbringung des Überwachungssystems wird infolge Varianten in der ATEX Version Kat. 2 der hohen Fluktuation von H 2 lieber zu einer luftigen Behausung geraten. Die im System verwendeten Komponenten unterliegen im Fertigungsprozess natürlich besonderen Verfahren. Ihre Eignung für die Anwendung H 2 /O 2 wird teilweise zertifiziert. Dieser Systemaufbau reduziert laut Bühler den Materialmix im Aufbereitungssystem auf ein Minimum, bietet die bestmögliche Nutzungsdauer und ermöglicht unverfälschte Messergebnisse. Bilder: Bühler Technologies, Mediaparts – stock.adobe.com www.buehler-technologies.com UNTERNEHMEN Bühler Technologies GmbH Harkortstrasse 29, 40880 Ratingen Tel. 02102 4989-0 E-Mail: info@buehler-technologies.com YOUR SENSOR SPECIALIST Füllstandsensoren Strömungssensoren Induktive Sensoren für extreme Umweltbedingungen Induktive Sensoren Prozess- Sensoren • Extreme Temperaturen – 60 °C...+250 °C • Wasserdicht und hochdruckreinigungsfest IP 68 / IP 69 • ATEX / IECEx • Offshore Sensoren seewasserfest bis 300 m • Kundenspezifische Anpassungen EGE-Elektronik Spezial-Sensoren GmbH Ravensberg 34 • 24214 Gettorf T 04346-41580 F 04346-5658 info@ege-elektronik.com ege-elektronik.com SPS 2023 Halle 7A Stand 7A-111 www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 2023/11 31