Verbruiksmeting van waterstof (H₂) in chemische fabriek

Een producent van organische en anorganische chemicaliën exploiteert een productielocatie in Tsjechië. Voor chemische syntheseprocessen gebruikt het bedrijf waterstof (H₂), dat ter plaatse wordt geproduceerd uit synthesegas (syngas) en aan verschillende productie-installaties wordt geleverd.

Syngas, een gasmengsel van waterstof en koolmonoxide, wordt geproduceerd door stoomreforming van methaan (SMR), nog steeds veruit de meest toegepaste methode voor kosteneffectieve waterstof productie. Bij steam reforming, wordt een endotherm reactieproces van aardgas met water/stoom (H₂O) toegepast om methaan (CH₄) om te zetten in koolmonoxide (CO) en H₂. De evenwichtsreactie die plaatsvindt, is afhankelijk van druk en temperatuur en wordt zo geregeld dat een zo groot mogelijke hoeveelheid waterstof wordt verkregen. Het resterende CO wordt vervolgens van de syngas stroom gescheiden door adsorptie en kan verder worden geoxideerd tot CO₂, waarbij extra H₂ wordt gevormd door de water-gasverschuivingsreactie (WGSR) om het waterstofrendement verder te verhogen. De gezuiverde waterstof wordt vervolgens via een pijpleiding (DN100) naar de productie-installaties getransporteerd bij drukken van 4...6 bar en temperaturen van +5...+25°C. De operator zocht een flowmeter om het waterstofverbruik nauwkeurig en betrouwbaar te meten. De flowmeter moest zich in de praktijk reeds hebben bewezen en een groot dynamisch meetbereik hebben om de fluctuerende flow van 20...1300 Nm³/h te kunnen hanteren.

Het chemische bedrijf koos voor de OPTISONIC 7300 ultrasone flowmeter om hogere flow rates waterstof te meten bij lage, gemiddelde en hoge druk. De KROHNE gasflowmeter heeft een lange staat van dienst in veeleisende flowtoepassingen met methaan, methaan/waterstofmengsels en zeer zuivere waterstof. Is uitgebreid getest bij waterstofmetingen en voldoet aan de hoge toepassingsvereisten. Met z’n volledig vrije doorlaat zonder bewegende of uitstekende delen veroorzaakt de meter nagenoeg geen drukverlies. De meter meet vanaf nul flow, heeft een groot meetbereik en heeft geen moeite met de fluctuerende flow.

Door de speciale gedrags- en media-eigenschappen van waterstof vereist het ontwerp van de meetapparatuur specifieke aandacht. De ingenieurs van KROHNE voerden daarom een gedetailleerde ontwerptest uit, rekening houdend met de on-site omstandigheden van het meetpunt. Het bleek dat een oplossing met een signaalversterker van duplexstaal composietmateriaal en een standaardstalen meetbuis het meest geschikt was, rekening houdend met kostenefficiëntie en veiligheid.

De flowmeter werd af fabriek met lucht gekalibreerd bij atmosferische druk en geïnstalleerd in de DN100-pijpleiding in een explosie-gevoelige buitenomgeving. De ultrasone flowmeter werd daarom geleverd in een intrinsiek veilige uitvoering. Dankzij de 2-pads configuratie heeft de flowmeter slechts een rechte inlaatsectie van10DN nodig. Hierdoor is de installatie eenvoudig en compact uitgevoerd. De meetwaarden van de OPTISONIC 7300 worden via 4...20 mA doorgegeven aan de controlekamer, waar het debiet met behulp van bestaande druk- en temperatuurmetingen wordt omgezet naar standaardcondities.

De klant profiteert van een betrouwbare, veilige en nauwkeurige meting van het waterstofverbruik. Het grote meetbereik van de OPTISONIC 7300 zorgt ervoor dat de waterstof flowmeting in alle bedrijfsmodi van de installatie behouden blijft. De ultrasone flowmeter werkt volgens het principe van transittijdverschil en maakt een stabiele meting mogelijk. In tegenstelling tot meetapparatuur met roterende delen is periodieke herkalibratie en onderhoud niet nodig, wat de KROHNE ultrasone flowmeter een voordeel geeft ten opzichte van bijvoorbeeld verdringingsmeters en meetapparatuur met vergelijkbare meetprincipes. Aangezien waterstof een relatief hoge geluidssnelheid heeft, kan de OPTISONIC 7300, dankzij de geïntegreerde geluidssnelheidsmeting, ook worden gebruikt om onzuiverheden of verhoogde hoeveelheden van andere gassen in de waterstofstroom te detecteren.

Of het nu gaat om procesmetingen of custody transfer metingen, KROHNE beheerst vele aspecten van waterstoftoepassingen en toepassingen met aardgas/waterstofmengsels, zoals in syngas fabrieken, power-to-gas (P2G) fabrieken en transportlijnen. KROHNE heeft een waterstof compatibel portfolio van flow-, druk- en temperatuurmeettechnologie en meet- en lekdetectiesystemen voor waterstof. Naast de levering van de instrumenten biedt KROHNE een volledige scala aan pre- en after-sales diensten, van planning, engineering en kalibratie, tot inbedrijfstelling en verificatie.