Sichere Produktion von grünem Ammoniak
Schutz von Menschen, Umwelt und Ressourcen durch zuverlässige Messungen
Die Umstellung auf grünes Ammoniak und die Verbesserung der CO2-Bilanz erfordern die Einführung von Sicherheitsverfahren und technischen Lösungen zur Minimierung von Treibhausgasemissionen und Gasaustritten. Eine zentrale Herausforderung ist die Überdruckbeaufschlagung. Reaktoren und Tanks arbeiten unter hohem Druck, und plötzliche Druckspitzen können zu Explosionen oder Brüchen führen. Darüber hinaus entsteht durch die Entflammbarkeit von Ammoniak die Gefahr eines Brandes oder einer Explosion. Aufgrund der Toxizität von Ammoniak gefährden Leckagen Arbeitnehmer und Umwelt.
Schlüsselfaktoren
3-facher
Anstieg des Ammoniakbedarfs bis 2050 gegenüber 2020 (2022 Innovation Outlook Renewable Ammonia)
Sichere Produktion von grünem Ammoniak
Prozessübersicht über die Ammoniakproduktion mit Messpunkten.
Luftzerlegungsanlage (Air Separation Unit – ASU)
Luftzerlegungsanlagen trennen Luft in ihre Hauptbestandteile Stickstoff und Sauerstoff und sind für die Bereitstellung von Industriegasen für die chemische Produktion von entscheidender Bedeutung. Das Verfahren umfasst in der Regel eine kryogene Destillation, bei der die unterschiedlichen Siedepunkte dieser Gase bei niedrigen Temperaturen genutzt werden. Die Luftzerlegungsanlage liefert eine Stickstoffquelle für den Ammoniak-Syntheseprozess. Der gewonnene Stickstoff wird dann in einem Reaktor mit dem durch Elektrolyse erzeugten grünen Wasserstoff kombiniert.
Unsere Kompetenz im Feld
Um die Sicherheit bei der Herstellung von grünem Ammoniak aus erneuerbaren Ressourcen zu erhöhen, ist die Messung von Schlüsselparametern von entscheidender Bedeutung. Parameter wie Druck, Temperatur und Füllstand sind wesentliche Faktoren für die Risikominimierung und die Umsetzung von Sicherheitsmaßnahmen. Mit der Instrumentierung von Endress+Hauser können diese Parameter effektiv überwacht werden, um die Sicherheit und Leistung der Luftzerlegungsanlage zu gewährleisten.
- Die Überwachung des Drucks vor dem Kompressor mit dem Drucktransmitter Cerabar PMP71B von Endress+Hauser sorgt für optimale Ansaugbedingungen und schützt den Kompressor vor Schäden durch zu niedrigen oder schwankenden Druck.
- In jeder Kühlstufe sorgen präzise Temperaturmessungen für eine effiziente Verflüssigung und sind entscheidend für die Taktung, die Regeneration und die Produktqualität. Der Temperatursensor iTHERM TM131 von Endress+Hauser ist die richtige Wahl für diese Anwendungen.
- Bei der Abscheidung wird die gekühlte Luft auf extrem niedrige Temperaturen (unter -184 °C) abgekühlt. Das Multipoint-Thermometer iTHERM TMS02 gewährleistet eine zuverlässige Temperaturüberwachung und ermöglicht eine effektive Trennung von Stickstoff, Sauerstoff und Argon.
- Die Sicherstellung einer ausreichenden Flüssigkeitsmenge für die Verdampfung ist entscheidend für einen stabilen Betrieb. Das geführte Radar Levelflex FMP54 von Endress+Hauser überwacht im Reboiler zuverlässig den Flüssigkeitsstand und vermeidet damit auch Schäden am Reboiler.
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Grüner Wasserstoff: CO2-freies Ausgangsmaterial für die Ammoniakproduktion
Der Großteil des in der Ammoniaksynthese verwendeten Wasserstoffs stammt traditionell aus der Methandampfreformierung (SMR) von Erdgas. Bei diesem Verfahren werden erhebliche Kohlendioxidemissionen freigesetzt („grauer“ Wasserstoff). Grüner Wasserstoff, der durch Elektrolyse von Wasser unter Verwendung erneuerbarer Energiequellen hergestellt wird, bietet eine saubere Alternative zum Ersatz von aus fossilen Brennstoffen gewonnenem Wasserstoff.
Unsere Kompetenz im Feld
Die Speicherung von Wasserstoff stellt eine besondere Herausforderung dar. Aufgrund der geringen Energiedichte nimmt sie viel Platz ein und erfordert entweder hohen Druck oder extrem kalte Temperaturen für die Lagerung, wodurch Kosten entstehen. Darüber hinaus ist Wasserstoff brennbar und anfällig für Leckagen, wodurch strenge Sicherheitsmaßnahmen erforderlich werden. Die Speicherung großer Mengen grünen Wasserstoffs führt zwangsläufig im Laufe der Zeit zu einem gewissen Energieverlust.
- Eine präzise Druckmessung ist unerlässlich, um einen Überdruck zu vermeiden und die Lebensdauer der Kompressoren zu verlängern. Der Drucktransmitter Cerabar PMP71B misst die Wasserstoffkomprimierung hochgenau und zuverlässig.
- Die Temperatur beeinflusst die Effizienz der Kompression. Unser Temperatursensor iTHERM Moduline TM131 kann zur Überwachung der Effizienz des Kompressors verwendet werden.
- Endress+Hauser ist ein Komplettanbieter für Metering Skids entlang der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette. Um eine zuverlässige Abwicklung und die Einhaltung von Normen zu gewährleisten, begleiten wir Sie während des gesamten Projekts mit unserem Fachwissen vor Ort.
©Endress+Hauser
Ammoniakproduktion (Haber-Bosch-Verfahren)
Das Haber-Bosch-Verfahren ist ein bewährter industrieller Prozess zur Herstellung von Ammoniak (NH₃). Die wichtigsten Ausgangsstoffe für dieses Verfahren sind Stickstoff und Wasserstoff. Der Stickstoff aus der Luftzerlegungsanlage wird mit dem Wasserstoff zusammengeführt und nach dem Haber-Bosch-Verfahren erfolgt in einem Ammoniak-Konversionsreaktor die Synthese zu Ammoniak.
Unsere Kompetenz im Feld
Die Messtechnik spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung eines sicheren und effizienten Betriebs von Ammoniakproduktionsprozessen. Nachfolgend sind einige wichtige Aspekte aufgeführt, die zeigen, wie Messinstrumente zu einer sicheren Ammoniakproduktion beitragen:
- Sauerstoff kann bei Katalysatorvergiftungen ein großes Problem darstellen. Bereits Spuren von Sauerstoff können irreversible Schäden verursachen. Mit einem Sauerstoffanalysator wie dem Sauerstoffanalysegerät OXY5500 können Verunreinigungen im Speisegas genau überwacht werden.
- Mehrere Thermoelemente wie das iTHERM MultiSens Flex TMS01 Thermometer werden strategisch im gesamten Katalysatorbett platziert, um ungewöhnliche Temperaturspitzen oder Temperaturgradienten zu erkennen.
- Ein Raman Rxn5-Prozessanalysator ermöglicht quantitative Messungen der chemischen Zusammensetzung und unterstützt bei der Überwachung und Steuerung der Ammoniakkonzentration im Reaktorkreislauf, der Katalysatorleistung und bei der Prozessoptimierung.
- Zu viel Wasserstoff führt zu einer Explosionsgefahr im Prozesskreislauf. Deshalb ist das richtige stöchiometrische Verhältnis von Wasserstoff und Stickstoff im Reaktor von entscheidender Bedeutung. Das Coriolis-Durchflussmessgerät Promass F 300 eignet sich für diese Anwendung.
- Der Reaktor ist aufgrund der exothermen Reaktion und der Gefahr des Durchgehens ein Schwerpunkt der Überdruckabsicherung. Der intelligente Drucktransmitter Cerabar PMP71B kann helfen, Überdruck im Zentrum des Haber-Bosch-Verfahrens zu vermeiden.
Vorteile
Zuverlässige und sichere Messinstrumente in der Produktion von grünem Ammoniak erhöhen nicht nur die Sicherheit, sondern tragen auch wesentlich zur Gesamteffizienz des Prozesses, zu einer besseren Ressourcennutzung, zur Emissionsminderung und zur Einhaltung von Nachhaltigkeitszielen und Vorschriften bei. Diese Vorteile unterstützen insgesamt die Entwicklung eines sicheren, nachhaltigen und umweltfreundlichen Ammoniakproduktionsverfahrens.
Schlüsselfaktoren
10
Millionen installierte Geräte in sicherheitsrelevanten Anwendungen seit 1953
Schlüsselfaktoren
3 %
Ertragssteigerung bei der Produktion von grünem Ammoniak mit der Raman-Technologie
Mehr Sicherheit bei der Produktion von grünem Ammoniak
Die Prozessinstrumentierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Erhöhung der Sicherheit bei der Produktion von grünem Ammoniak, da sie zuverlässige Daten über kritische Prozessparameter liefert. Zuverlässige Messungen können die Sicherheit erhöhen durch:
- Identifizierung von Hotspots im Reaktor und damit die Verhinderung lokaler Überhitzung durch Überwachung und Steuerung der Multipoint-Temperatur
- Vermeidung von Überdruck durch Überwachung
- Verunreinigungen im Ammoniakstrom, die ein Sicherheitsrisiko darstellen könnten, mit TDLAS-Technologie erkennen
- Überwachung von Hochdruckschwankungen in der Luftzerlegungsanlage
- Aufspüren von Leckagen bei der Speicherung von grünem Wasserstoff
