Erfolgsgeschichten
Dampfdurchflussregelung bei geringer Belastung (0,2–2 kg/h) für eine Pilotanlage zur Erzeugung von Synthesegas und Wasserstoff
Projektbeschreibung
Ein Technologiezentrum, das sich der Erzeugung von Wasserstoff und Methan aus Synthesegas widmet, benötigte ein Dampfsystem, das mit sehr geringen Durchflussmengen und bei konstantem Druck arbeiten kann, um die Stabilität seiner Versuche zu gewährleisten. Herkömmliche Anlagen boten nicht die erforderliche Präzision, wodurch die Reproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse und der ordnungsgemäße Ablauf der Forschungsprozesse gefährdet waren.
Ursprüngliche Situation
Vor welche Herausforderungen hat uns der Kunde gestellt?
Ein führendes Technologiezentrum, das sich intensiv mit der Entwicklung fortschrittlicher Verfahren zur Verwertung von Synthesegas (Syngas) zur Erzeugung von Wasserstoff und Methan befasst, musste ein Dampfversorgungssystem integrieren, das äußerst stabile Betriebsbedingungen in einer Pilotversuchsanlage gewährleisten kann.
Die eigentliche Herausforderung bestand nicht darin, Dampf zu erzeugen, sondern ihn zu steuern. Der Prozess erforderte den Einsatz sehr geringer Dampfdurchflussmengen zwischen 0,2 und 2 kg/h bei einem konstanten Betriebsdruck von 4 barg. Es handelt sich hierbei um einen Betrieb bei minimaler Belastung, bei dem die meisten herkömmlichen Dampferzeuger an Stabilität verlieren: Sie unterliegen Schwankungen, überhitzen oder liefern einen unregelmäßigen Durchfluss.
Und genau darin lag das Risiko. Bei der Wasser-Gas-Shift-Reaktion (CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂) ist Wasserdampf kein Hilfsstoff, sondern ein Reaktionspartner, der das Kohlenmonoxid aus dem Synthesegas in zusätzlichen Wasserstoff umwandelt. Jede Schwankung im Wasserdampfdurchsatz verändert unmittelbar das H₂/CO-Verhältnis, verschiebt das Gleichgewicht der Reaktion und gefährdet das Wertvollste einer Pilotanlage: die Reproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse.
Aus diesem Grund suchte das Technologiezentrum nicht lediglich einen Ausrüstungslieferanten, sondern einen Partner, der auf die Erzeugung, Regelung und Steuerung von Dampf unter Teillastbedingungen spezialisiert ist und spezifisches Fachwissen einbringen kann, wo ein Standardkatalog an seine Grenzen stößt.
Lösung bereitgestellt
Von Giconmes ad hoc entwickelte Dampflösung
Vorgeschlagene Lösung
Wir bringen unser Know-how im Bereich der Dampftechnik ein, um eine spezifische Lösung für die Anforderungen der Pilotanlage zu entwickeln: kein Standardgerät aus dem Katalog, sondern ein Skid zur Dampfdurchflussregelung , das genau dort präzise arbeitet, wo andere Systeme an Stabilität verlieren – nämlich im Niedriglastbereich.
Der Leistungsumfang umfasste die Konstruktion, Lieferung und Integration einer kompakten , auf einem Aluminiumprofilrahmen montierten Baugruppe mit allen für eine stabile und wiederholbare Dampfdosierung erforderlichen Komponenten:
- Hochpräziser Durchflussmesser mit variabler Messfläche, der speziell für die zuverlässige Messung minimaler Dampfdurchflussmengen im erforderlichen Bereich ausgewählt wurde.
- Pneumatisch betätigtes, modulierendes Dampfregelventil mit Stellungsregler, das für eine stufenlose und sanfte Durchflussregelung sorgt.
- Schaltschrank mit Siemens S7-SPS, Netzteil und 24-V-DC-Steuerung, vollständig verkabelt, zur automatischen Prozessregelung.
- Datenaufzeichnung mittels microSD-Karte – ein entscheidender Faktor für die Rückverfolgbarkeit und Reproduzierbarkeit von F&E-Versuchen.
- Notwendige Instrumente und Hilfsvorrichtungen zur Gewährleistung der Betriebsstabilität, einschließlich Installation und Tests.
Die Lösung wurde vollständig in die Pilotanlage des Technologiezentrums integriert und ermöglichte so die kontrollierte Zufuhr von Wasserdampf in den Reaktionsprozess mit Synthesegas.
Das gelieferte System stellte den erforderlichen Dampf stabil bereit, um die Umwandlungsreaktionen des Synthesegases (Syngas) zu fördern , die auf eine Steigerung der Wasserstoff- und Methanproduktion abzielten. Bei dieser Art von Prozessen fungiert Wasserdampf als Reaktionsmittel: Er wandelt das Kohlenmonoxid des Synthesegases durch die Wasser-Gas-Verdrängungsreaktion in zusätzlichen Wasserstoff um.
Daher war die Präzision bei der Dampfregelung entscheidend: Nur ein stabiler und kontrollierter Durchfluss gewährleistet reproduzierbare Versuchsbedingungen und maximiert die Effizienz des Forschungsprozesses.
Verwendete Technologie
- Dampfdurchflussregel-Skid, ausgelegt für einen stabilen Betrieb im Niedriglastbereich
- Hochpräziser Durchflussmesser mit variabler Querschnittsfläche zur Messung geringster Dampfdurchflussmengen
- Pneumatisches, modulierendes Dampfregelventil mit Stellungsregler zur stufenlosen Durchflussregelung
- Siemens S7-SPS mit Netzteil und 24-V-DC-Schaltanlage zur automatischen Prozesssteuerung
- System zur Datenerfassung und -aufzeichnung mittels microSD-Karte zur Rückverfolgbarkeit von Versuchen
- Prozessmesstechnik und Zusatzkomponenten zur Gewährleistung von Stabilität und Wiederholbarkeit im Betrieb
HERAUSFORDERUNGEN
Wir erfüllen die Anforderungen unserer Kunden
Die Installation hat die vom Kunden festgelegten Ziele vollständig erfüllt. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen:
Stabile Regelung des Dampfdurchflusses im erforderlichen Betriebsbereich (0,2 – 2 kg/h).
Aufrechterhaltung eines konstanten Betriebsdrucks von 4 barg.
Die Integration in die übrige Pilotanlage verlief erfolgreich, wobei die für das Erreichen der erwarteten Versuchsergebnisse erforderlichen Prozessbedingungen hergestellt wurden.
Automatisierter Betrieb mittels SPS mit Datenaufzeichnung zur Rückverfolgbarkeit.
Dank der Kombination aus spezifischer Technologie und Erfahrung im Bereich des Dampfmanagements bei geringer Belastung war es möglich, eine robuste und zuverlässige Lösung für eine äußerst anspruchsvolle F&E-Anwendung anzubieten, die zur Entwicklung von Technologien zur Wasserstoffproduktion und zur Energiewende beiträgt.
Benötigen Sie eine maßgeschneiderte Lösung?
Wir helfen Ihnen bei der Festlegung der Art der Installation, die Sie benötigen
Es gibt keine Schadstoffemissionen, die über die bei der Stromerzeugung entstehenden hinausgehen, so dass sie je nach Strommix neutral werden können. Elektrische Dampfkessel sind die Gegenwart und die Zukunft.
Perfekt. Sie wird sogar für maximale Effizienz empfohlen. Es gibt kein Problem mit der Fernsteuerung, solange die geltenden Vorschriften eingehalten werden.
Ein Dampferzeuger ist ein unter Druck stehendes Gerät, das zusammen mit dem dazugehörigen Rohrleitungsnetz gemäß der im Königlichen Dekret 809/2021 vom 21. September veröffentlichten Verordnung einer behördlichen Kontrolle und ergänzenden technischen Anweisungen unterliegt. Seine Wartung ist in einen Teil der einfachen Einhaltung durch den Eigentümer unterteilt:
- Sie kennen die Gebrauchsanweisungen des Herstellers, die Sicherheitsvorkehrungen und die Wartungsvorschriften und wenden diese an.
- die Anlage nicht in Betrieb zu nehmen oder den Betrieb von Druckgeräten zu verhindern, wenn die Anforderungen der Verordnung nicht eingehalten werden.
- Halten Sie mindestens die folgenden Unterlagen für das Druckgerät bereit, während es installiert ist: Konformitätserklärung, falls zutreffend, Bedienungsanleitung des Herstellers und, falls zutreffend, Installationszertifikat, zusammen mit anderen unterstützenden Unterlagen (falls zutreffend, Installationsprojekt, Bericht über die letzte regelmäßige Inspektion, Bescheinigungen über Reparaturen oder Änderungen am Gerät sowie alle anderen Unterlagen, die in der entsprechenden ergänzenden technischen Anweisung (ITC) dieser Verordnung gefordert werden). Zum Inhalt siehe Anhang IV der Verordnung. Diese Unterlagen müssen der zuständigen Stelle der Autonomen Gemeinschaft und den Unternehmen, die die Wartung, Reparatur oder regelmäßige Inspektion durchführen, zur Verfügung stehen.
- Verwenden Sie Druckgeräte innerhalb der vom Hersteller angegebenen Betriebsgrenzen und nehmen Sie sie aus dem Verkehr, wenn sie die erforderlichen Sicherheitsanforderungen nicht mehr erfüllen.
- Warten Sie Anlagen, Druckgeräte, Sicherheitszubehör und Kontrollvorrichtungen entsprechend den Betriebsbedingungen und den Anweisungen des Herstellers und überprüfen Sie sie mindestens einmal pro Jahr .
- Ordnen Sie regelmäßige Inspektionen gemäß den Bestimmungen von Artikel 6 der Verordnung an.
- Führen Sie ein aktuelles Verzeichnis der Druckgeräte der Kategorien I bis IV der RD 709/2015 vom 24. Juli oder der diesen Kategorien gemäß Artikel 3.2 der Verordnung gleichgestellten Geräte sowie ihrer Anlagen.
Es ist allgemein bekannt, dass sich Wasser bei Anwendung einer Wärmequelle ab dem Siedepunkt und bei atmosphärischem Druck in Dampf verwandelt. Ab diesem Punkt müssen wir je nach dem für die richtige Anwendung erforderlichen Sättigungsgrad des Dampfes den Druck erhöhen, um eine höhere Temperatur zu erreichen. Um die Temperatur und den Sättigungsgrad des Dampfes zu ändern, müssen wir immer den Druck ändern.
Es ist eine Druckeinheit, die 1Kg/cm2, 0,98 Atmosphären oder 14,50 PSI entspricht.
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