Prozessoptimierung und kostengünstiger Betrieb sind heute wichtiger denn je. KROHNE kennt diese Herausforderungen und unterstützt Unternehmen bei der Effizienzsteigerung durch die Bereitstellung erstklassiger Prozessinstrumentierungen, messtechnischer Lösungen und Vor-Ort-Serviceleistungen, die es ermöglichen, das volle Potential einer Anwendung zu erschließen.
KROHNE bietet ein komplettes Portfolio an Prozessmesstechnik für die Durchfluss-, Füllstand-, Druck- und Temperaturmessung sowie Prozessanalytik in Energieerzeugungsanlagen an. Möglich sind Messungen mit Temperaturen bis +600°C / 1112°F und Drücken bis 490 bar / 7107 psi.
Wir liefern Durchflussmessgeräte für den eichpflichtigen Verkehr, hochgenaue Durchflussmessgeräte für Speisewasseranwendungen sowie spezielle Produkte mit hoher Beständigkeit gegenüber Strahlung und/oder Erschütterungen. Die Produkte von KROHNE werden durch Serviceleistungen und Messlösungen ergänzt. Wir decken einen breiten Anwendungsbereich ab, darunter Kohle- und Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke, Fernwärme, Abfallverbrennung, Solarthermie- oder Power-2-Gas-Anlagen.
Erneuerbare Energiequellen spielen bei der Energiewende eine zentrale Rolle. Messtechnik von KROHNE gewährleistet einen sicheren und effizienten Betrieb. Beispielsweise dienen OPTISONIC 4400 HT Ultraschall-Durchflussmessgeräte zur Durchflussmessung von bis zu 600°C / 1112°F heißer Salzschmelze in solarthermischen Kraftwerken. Magnetisch-induktive OPTIFLUX Durchflussmessgeräte werden unter anderem in Flüssigkeitskühlkreisläufen von Windkraftanlagen eingesetzt.
Wasserstoffelektrolyseure sind Apparate, die mithilfe von elektrischem Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Wenn der Strom für die Elektrolyse aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne gewonnen wurde, wird der erzeugte Wasserstoff als grüner Wasserstoff bezeichnet. Damit Elektrolysesysteme effizient und sicher arbeiten, werden zuverlässige Prozessmessungen benötigt. Prozessmessgeräte von KROHNE für Durchfluss, Füllstand, Druck und Temperatur dienen beispielsweise zum Messen der Wasserzufuhr zum Elektrolyseur oder des Elektrolytdurchflusses, zum Überwachen von Füllständen, Drücken und Temperaturen im Inneren des Elektrolysesystems.
Beim Prozess der Dampfreformierung von Methan (SMR) wird Methan aus Erdgas mithilfe von Dampf erhitzt und in der Regel durch einen Katalysator unterstützt, wodurch ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff entsteht.
CH4+H20→CO + 3H2
Bei einer anschließenden Wassergas-Shift-Reaktion reagiert das Kohlenmonoxid mit Dampf, wodurch Kohlendioxid und noch mehr Wasserstoff entstehen.
CO +H20→CO2 + H2
Im letzten Schritt, der sogenannten Druckwechsel-Adsorption, werden das Kohlendioxid und andere Verunreinigungen aus dem Gas abgeschieden, sodass nur reiner Wasserstoff übrigbleibt. Dieser Wasserstoff wird als grauer Wasserstoff bezeichnet, da der Prozess CO2 freisetzt. Wird die Dampfreformierung mit einer CO2-Abscheidung und -Speicherung kombiniert, wird der Wasserstoff als blauer Wasserstoff bezeichnet.
Die KROHNE OPTIBAR DP Differenzdruck-, OPTISWIRL Wirbelfrequenz- und OPTISONIC Ultraschall-Durchflussmessgeräte sind als Prozessmessgeräte optimal für die Messung von heißem Dampf und Gasen ausgelegt.
Beim Prozess der Kohlevergasung wird Kohle unter Zufuhr von Dampf und Sauerstoff unter Druck in ein Gas umgewandelt. Die Kohle wird in einem Hochtemperatur-Druckbehälter mit Dampf und einer dosierten Menge Sauerstoff verarbeitet, um ein Gas zu erzeugen. Das Gas wird als Synthesegas oder Syngas bezeichnet und besteht hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff.
3C (z. B. Kohle)+O2+ H2O → H2 + 3CO (Syngas)
Bei einer anschließenden Wassergas-Shift-Reaktion reagiert das Kohlenmonoxid mit Dampf, wodurch Kohlendioxid und noch mehr Wasserstoff entstehen.
CO +H20→ CO2 + H2
Im letzten Schritt, der sogenannten Druckwechsel-Adsorption, werden das Kohlendioxid und andere Verunreinigungen (wie Schwefel) aus dem Gas abgeschieden, sodass nur reiner Wasserstoff übrigbleibt. Dieser Wasserstoff wird als brauner Wasserstoff bezeichnet, da der Prozess CO2 freisetzt. Wird die Kohlevergasung mit einer CO2-Abscheidung und -Speicherung kombiniert, wird der Wasserstoff als blauer Wasserstoff bezeichnet.
Die KROHNE OPTIBAR DP Differenzdruck-, OPTISWIRL Wirbelfrequenz- und OPTISONIC Ultraschall-Durchflussmessgeräte sind als Prozessmessgeräte optimal für die Messung von heißem Dampf und Gasen ausgelegt.
Industriegase werden für den Einsatz in industriellen und Produktionsprozessen erzeugt. Technische Gase bilden eine Untergruppe der Industriegase und zeichnen sich durch ihren Reinheitsgrad aus. Die Reinheit wird durch Aufbereitung und Extraktion in Prozessanlagen erreicht. Wasserstoff wird in einer Druckwechsel-Adsorptionsanlage gewonnen, in einem vierstufigen Prozess: Adsorption, Druckabsenkung, Regeneration und erneuter Druckaufbau.
Die KROHNE OPTIBAR DP Differenzdruck-, OPTISWIRL Wirbelfrequenz-, OPTISONIC Ultraschall-, VA Schwebekörper- und OPTIMASS Coriolis-Durchflussmessgeräte finden breite Verwendung in DWA-Applikationen.
Beim Prozess der CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS von eng. Carbon Capture and Storage) wird CO2 in Kraftwerken und Industriebetrieben abgeschieden und dann entweder unterirdisch gespeichert, z. B. in einer ausgeförderten Gaslagerstätte (CCS), oder als Einsatzstoff für die Produktion von u. a. synthetischen Kohlenwasserstoffen (CCUS) genutzt. Die Abscheidung kann grundsätzlich durch drei Prozesse erfolgen: vor der Verbrennung (vorgeschaltet), nach der Verbrennung (nachgeschaltet) und Verbrennung in Sauerstoffatmosphäre (Oxyfuel-Verfahren). Messgeräte von KROHNE dienen zum Messen des Drucks, der Temperatur, des Durchflusses und des Füllstands der verschiedenen Fluide in den Prozessen, wie Dampf, Amine, Wasserstoff und CO2.
Für den Transport von und Handel mit CO2 werden eichpflichtige Messungen benötigt. KROHNE liefert zertifizierte Durchflussmessgeräte sowie komplette schlüsselfertige Messsysteme für CO2 im gasförmigen, flüssigen und überkritischen Zustand.
Die Zement- und Stahlindustrie sind Beispiele für Einsatzbereiche, in denen mit hohen Temperaturen gearbeitet wird. Schmelz- und Trockenöfen werden traditionell mit fossilen Brennstoffen wie Erdgas und Kohle befeuert. Um Kohlenstoffemissionen zu vermeiden, will man in diesen Industriezweigen weg von fossilen Brennstoffen. Doch die nötigen hohen Temperaturen (in einigen Fällen über 1000°C / 1832°F) sind mit Ökostrom nicht zu erreichen. Folglich wird Wasserstoff als alternativer Brennstoff in Erwägung gezogen.
In der Stahlindustrie lassen sich die CO2-Emissionen weiter reduzieren, wenn Wasserstoff zur Direktreduktion des Eisens angewendet wird; bei diesem Prozess entsteht H2O anstelle von CO2. Schwebekörper-Durchflussmessgeräte von KROHNE dienen zur Kontrolle der Einblasrate von Wasserstoff in Hochöfen. In der Zementindustrie stammen 60% der CO2-Emissionen aus dem chemischen Prozess der Dekarbonisierung von Kalkstein. Mittels CCS bei der Zementproduktion lassen sich die CO2-Emissionen weiter verringern. KROHNE OPTIMASS Coriolis-Durchflussmessgeräte und OPTISONIC Ultraschall-Durchflussmessgeräte werden zur Wasserstoff- und CO2-Messung in Prozessen und im eichpflichtigen Verkehr eingesetzt.
Ammoniak findet als chemischer Einsatzstoff breite Verwendung, z. B. in der Düngemittelproduktion, und soll in der Zukunft eine wichtige Rolle als Kraftstoff oder Energieträger spielen. Der Vorteil von NH3 als Energieträger ist seine hohe Energiedichte pro Volumeneinheit und die relativ gemäßigten Bedingungen für seinen Transport in flüssiger Form (-32°C bei atmosphärischem Druck). Als Kraftstoff setzt NH3 bei der Verbrennung kein CO2 in die Atmosphäre frei.
Der gängige Prozess für die Ammoniak-Produktion ist das Haber-Bosch-Verfahren, bei dem Stickstoff mit Wasserstoff reagiert.
N2+3H2 ⇄ 2NH3
Wird der nötige Wasserstoff durch Dampfreformierung von Methan gewonnen, gelangt CO2 in die Atmosphäre. Durch Kombination der Ammoniak-Produktion mit CCS wird blaues Ammoniak produziert. Wenn der benötigte Wasserstoff durch Wasserelektrolyse mit erneuerbarer Energie erzeugt und der Prozess mit Ökostrom beheizt wird, kann das Ammoniak ohne CO2-Emissionen hergestellt werden, was zu grünem Ammoniak führt
KROHNE bietet Füllstand-, Temperatur-, Druck- und Durchflussmessgeräte an, die Daten für die Prozesssteuerung der Ammoniak-Produktion liefern.
In der chemischen Industrie dient Wasserstoff als Einsatzstoff und fällt bei anderen chemischen Prozessen als Nebenprodukt an.
Einsatzstoff: Am meisten Wasserstoff wird für die Produktion von Ammoniak und Methanol verbraucht. Daneben gibt es weitere kleinere Wasserstoffverbraucher wie die Produktion von Wasserstoffperoxid oder die Nutzung von Wasserstoff als Reduktionsmittel.
Nebenprodukt: Als Nebenprodukt entsteht Wasserstoff bei der Dampfspaltung von Kohlenwasserstoffen zur Gewinnung hochwertiger Chemikalien (HVC) für die Kunststoffherstellung sowie bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse, wobei Wasserstoff als Nebenprodukt der Produktion von Chlor und Natriumhydroxid anfällt. Der gewonnene Wasserstoff kann direkt vor Ort verbraucht oder für andere Industrieverbraucher bereitgestellt werden.
Zur Messung von gasförmigem Wasserstoff im Verteilnetz an einem Chemiestandort kann der OPTIMASS 6400 eingesetzt werden. Wird Wasserstoff an einen nahegelegenen Industriestandort verkauft, lassen sich eichpflichtige Messungen mit dem ALTOSONIC V12 umsetzen.
KROHNE bietet ein komplettes Portfolio von Durchfluss-, Füllstand-, Druck- und Temperaturtransmittern für die chemische Industrie an, u. a. zur Messung von Wasserstoff und verbundenen Produkten.
Raffinerien sind industrielle Prozessanlagen, in denen Rohöl aufbereitet und zu nützlichen Produkten wie Benzin, Diesel, Kerosin und Naphtha raffiniert wird. In Raffinerien wird Wasserstoff sowohl als Einsatzstoff verbraucht als auch als (Neben-)Produkt gewonnen.
Wasserstoffverbrauch: Mehrere Prozesse verbrauchen Wasserstoff wie z. B. das Hydrocracken, das die Kohlenwasserstoffe im Rohöl unter Zufuhr von Wasserstoff unter hohem Druck in einfachere Moleküle wie Benzin und Kerosin aufspaltet. Ein weiterer Prozess, der Wasserstoff verbraucht, ist z. B. die Hydrodesulfurierung, auch Hydrotreating genannt; Schwefel und andere Komponenten wie Stickstoff und Aromaten werden durch Reaktion mit Wasserstoff bei hohen Temperaturen aus Kohlenwasserstoffen extrahiert.
Wasserstoffgewinnung:
Der in Raffinerien benötigte Wasserstoff kann vor Ort durch Dampfreformierung von Methan erzeugt werden oder bei anderen Raffinerieprozessen als Nebenprodukt anfallen. Ein solcher Prozess ist z. B. die katalytische Reformierung von Naphtha, bei der ein Naphtha-Strom in Reformat umgewandelt wird, das als Zusatzstoff für hochoktaniges Benzin dient.
Fließbilder für diese Raffinerieprozesse finden Sie auf der KROHNE-Website.
Gebäude und Gebäudebau sind für etwa 30% des gesamten Energieverbrauchs weltweit verantwortlich. Zum Beheizen von Gebäuden wird traditionell auf fossile Brennstoffe zurückgegriffen. Komplett elektrische und wasserstoffbasierte Lösungen bieten hier eine sinnvolle Option, um Kohlenstoffemissionen zu vermeiden, haben jedoch beide spezielle Vor- und Nachteile. Ein H2-fähiger Heizkessel ist ein gasbefeuerter Heizkessel, der sowohl Erdgas als auch reinen Wasserstoff (100%) verbrennen kann. H2-fähige Heizkessel ermöglichen die Umrüstung der bestehenden Gasverteilnetze von Erdgas (was hauptsächlich Methan ist) auf Wasserstoff. Die Durchfluss-, Druck- und Temperaturmessgeräte des KROHNE Portfolios sind für Messungen von Erdgas, reinem Wasserstoff und Gemischen aus Erdgas und Wasserstoff, mit denen größere Industriegebäude versorgt werden, einsetzbar.
Der Mobilitätssektor ist ein Sektor mit Jahr für Jahr steigendem Energieverbrauch. Wasserstoff bietet hier eine sinnvolle Option, um Kohlenstoffemissionen zu vermeiden. Wasserstoff, der in Brennstoffzellen mit Sauerstoff reagiert, kann Elektromotoren antreiben. Als weniger verbreitete Lösung kann Wasserstoff auch in einem Verbrennungsmotor verbrannt werden. Bei Kleinwagen stehen Elektrofahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzelle im starken Wettbewerb mit Batterie-Elektrofahrzeugen. Generell wird davon ausgegangen, dass für Langstreckenfahrten (Busse) und Frachtguttransporte (Lkw) Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge eine realisierbare Lösung darstellen. Für Schiffe kann Wasserstoff als Treibstoff genutzt werden, auch Folgeprodukte wie z. B. Ammoniak (NH3) werden als Option in Betracht gezogen. In der Luftfahrt kann Wasserstoff Kerosin als Treibstoff ersetzen, wobei synthetisches Kerosin, das aus grünem Wasserstoff und (abgeschiedenem) CO2 gewonnen wird, eine Lösung bietet, die weniger Auswirkungen auf die aktuelle Infrastruktur und Lieferkette hat.
Die Durchfluss-, Füllstand-, Druck- und Temperaturmessgeräte des KROHNE Portfolios sind für Messungen von Wasserstoff, Ammoniak, Methanol und synthetischen Kraft- und Treibstoffen wie synthetischem Kerosin oder synthetischem Diesel einsetzbar. Basierend auf seiner umfangreichen Erfahrung mit Messungen in der Öl- und Gasindustrie sowie der chemischen Industrie kann KROHNE verschiedene Messgeräte und Messsysteme für den Mobilitätssektor anbieten.
Power-to-X ist eine geläufige Bezeichnung für Verfahren, die Elektroenergie in andere Energieträger oder Chemikalien umwandeln, wobei normalerweise Wasserstoff durch Wasserelektrolyse gewonnen wird. Das „X“ steht für den Kraftstoff, die Chemikalie, Energie oder Wärme, der bzw. die durch die Umwandlung entsteht. Bei „Power-to-gas“ (P2G) wird beispielsweise elektrolytischer Wasserstoff gewonnen oder synthetisches Methan aus elektrolytischem Wasserstoff in Kombination mit CO2 erzeugt. Analog entstehen bei „Power-to-liquid“ (P2L) wasserstoffbasierte flüssige Kraftstoffe. Wasserstoffbasierte Kraftstoffe, die elektrolytischen Wasserstoff integrieren, werden zusammengenommen als „electrofuels“ (dt. E-Fuels) oder im sehr speziellen Fall von Kraft aus Sonnenenergie als „solar fuels“ bezeichnet. Im Power-to-gas-Projekt Jupiter 1000 in Frankreich misst der OPTIMASS 6400 grünen Wasserstoff und synthetisches Methan, das OPTISWIRL 4200 Wirbelfrequenz-Durchflussmessgerät misst das abgeschiedene CO2 und das OPTISONIC 7300 Ultraschall-Gasdurchflussmessgerät misst den Durchfluss von Erdgas.
Wasserstoff kann in gasförmiger sowie flüssiger Form transportiert und gespeichert werden.
Der Transport von gasförmigem Wasserstoff erfolgt in der Regel per Pipeline oder Tube-Trailer (Druckwasserstoff). Pipelines können für reinen Wasserstoff oder für Gemische aus Wasserstoff und Erdgas genutzt werden. Für eichpflichtige Messungen bei Rohrleitungstransporten bietet KROHNE den SUMMIT 8800 Mengenumwerter und das ALTOSONIC V12 Ultraschall-Durchflussmessgerät an, beide für reinen Wasserstoff als auch Gemische aus Wasserstoff und Erdgas. Darüber hinaus kann KROHNE komplette schlüsselfertige Messsysteme für den eichpflichtigen Verkehr von Wasserstoff liefern.
Die unterirdische Speicherung von Wasserstoff in Salzhöhlen wird bei großen Wasserstoffmengen und langen Speicherzeiträumen genutzt. Dies ermöglicht die so genannte saisonale Speicherung, um erneuerbare Energie, die im Sommer erzeugt wird, für den Verbrauch im Winter zu puffern. Es sind auch kürzere Speicherzyklen möglich, um „Dunkelflauten“, bei denen einige Tage lang aufgrund von zu wenig Sonnenschein oder Wind weniger Strom aus Erneuerbaren erzeugt wird, zu kompensieren.
Die Temperatur von flüssigem Wasserstoff beträgt -253°C (-423°F) und liegt damit nur 20°C (36°F) über dem absoluten Nullpunkt. Die Transport- und Speicherinfrastruktur für flüssigen Wasserstoff ist der Infrastruktur für Flüssigerdgas (LNG) sehr ähnlich. Der Hauptunterschied liegt in der niedrigeren Temperatur von -253°C gegenüber -160°C (-423°F ggü. -265°F), die höhere Anforderungen an die Instrumentierung stellt. KROHNE bietet mit seinem OPTIBAR-Portfolio geeignete Druckmessgeräte zur Differenzdruck-Durchfluss- und -Füllstandmessung sowie zur Prozessdruckmessung von flüssigem Wasserstoff an.
Alternative Verfahren für den Transport und die Speicherung von Wasserstoff sind wasserstoffreiche Moleküle wie Ammoniak (NH3) und Methanol (CH30H). Die Transport- und Speicherbedingungen sind bei diesen Fluiden weniger anspruchsvoll als bei Wasserstoff. Am Zielort können Ammoniak und Methanol direkt verbraucht oder in Wasserstoff rückumgewandelt werden. Auch flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC) können für den Transport und die Speicherung von Wasserstoff genutzt werden. LOHC sind organische Verbindungen, die durch chemische Reaktionen Wasserstoff absorbieren und freisetzen können.
Neben der Verwendung als Einsatzstoff in der Industrie oder als Verbrennungskraftstoff kann Wasserstoff auch mithilfe von Brennstoffzellen in Elektroenergie rückumgewandelt werden. Eine Brennstoffzelle ist wie eine Batterie, die mit Wasserstoff läuft, wobei der Wasserstoff in Strom und Wärme umgewandelt wird. Brennstoffzellen können zur Stromversorgung an Orten ohne Netzanbindung dienen oder in Kombination mit einer saisonalen Wasserstoffspeicherung Strom liefern, wenn die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen gering ist.
Es gibt auch Ammoniak- und Methanol-Brennstoffzellen. In diesen Brennstoffzellen wird Ammoniak bzw. Methanol direkt in Strom und Wärme rückumgewandelt. Der Vorteil dieser Art der Rückumwandlung liegt darin, dass sich diese Fluide relativ einfach transportieren lassen.
Wenn Wasserstoff mittels eines flüssigen organischen Wasserstoffträgers (LOHC) transportiert oder gespeichert wurde, muss der Wasserstoff am Zielort aus dem LOHC freigesetzt werden. Dies erfolgt mithilfe eines chemischen Dehydrierungsprozesses, bei dem unter Wärmezufuhr der Wasserstoff aus dem Träger freigesetzt wird.
KROHNE ist ein führender Hersteller und Systemanbieter im Bereich der industriellen Prozessmesstechnik. Mit über 4.000 Mitarbeitern weltweit entwickelt und liefert KROHNE Komplettlösungen für die Durchfluss-, Füllstand-, Druck- und Temperaturmessung sowie für die Prozessanalyse. Neben den Messgeräten bietet KROHNE auch Inbetriebnahme-, Kalibrierungs- und Wartungsservices an. Der Name KROHNE steht für Innovation, Zuverlässigkeit und hochwertige Produkte.
