Feuchtemessung für Wasserstoff- und Erdgasgemische

Michell Instruments: Unterstützung bei der Einführung von Netto-Null-Technologien

Wenn das Vereinigte Königreich sein Netto-Null-Ziel bis 2050 erreichen will, muss sich die Art und Weise, wie wir Energie, insbesondere Erdgas, erzeugen und nutzen, drastisch ändern.   85 % unserer Haushalte und Unternehmen sind beim Heizen auf Gas angewiesen.  Im Jahr 2017 verursachte ein durchschnittlicher Haushalt etwa 2,7 Tonnen Kohlenstoffemissionen; um das Ziel für 2050 zu erreichen, muss diese Zahl nach Angaben des Energy Systems Catapult auf nur 138 kg sinken. 

Die Herausforderung besteht darin, dieses Ziel so effizient und kostengünstig wie möglich zu erreichen.  Natürlich spielen erneuerbare Energien eine wichtige Rolle, aber auch der Übergang von Erdgas zu einer flächendeckenden Versorgung, die schließlich auf einer Kombination aus Biomethan und Wasserstoff basieren wird. 

Dieser Prozess ist bereits weit vorangeschritten.  Bei einem Pilotprojekt in einem geschlossenen Gasnetz an der Keele University in Staffordshire wird eine 20 %ige Mischung aus Wasserstoff und Erdgas verwendet, während ein weiterer Versuch zur Wasserstoffbeimischung in Winlaton, Gateshead, ein öffentliches Gasnetz anzapft.  Ähnliche Versuche finden auch in anderen Ländern der Welt statt. 

Die Energy Networks Association (ENA) geht nun davon aus, dass das nationale Gasnetz so weit ist, dass die Verteilerunternehmen ab 2023 mit der großflächigen Beimischung von Wasserstoff zu Erdgas beginnen können.  Mit der Zeit soll auch Biomethan eingeführt werden.  Zu diesem Zweck hat die ENA vor kurzem eine ehrgeizige Initiative "Gas Goes Green" ins Leben gerufen, in der die britischen Gasnetzbetreiber zusammenarbeiten, um die 284 000 km lange Leitungsinfrastruktur des Landes auf eine Mischung aus Wasserstoff und Biomethan umzustellen, ohne die Heiz-, Warmwasser- oder Kochgeräte der Verbraucher zu beeinträchtigen. 

Die Herausforderungen bei dieser Umstellung sind technischer, wirtschaftlicher und politischer Natur.  Die ENA fordert die britische Regierung auf, ihr Ziel für eine kohlenstoffarme Wasserstofferzeugung ehrgeiziger zu formulieren und empfiehlt, das Ziel von 5 GW bis 2030 zu verdoppeln.  Weitere Probleme sind die Fähigkeit, nachhaltig genügend Wasserstoff zu erzeugen, um die Nachfrage zu befriedigen, während Bedenken über mögliche Risiken der Wasserstoffversprödung in älteren Eisen- und Stahlrohrleitungen bestehen und die Notwendigkeit, den Druck in den Rohrleitungen anzupassen, um die unterschiedliche Energiedichte von Wasserstoff und Erdgas auszugleichen. 

Sobald diese Herausforderungen überwunden sind, besteht jedoch das Potenzial, dass ein 20 %iges Wasserstoff-Erdgas-Gemisch allein im Vereinigten Königreich jedes Jahr rund 6 Millionen Tonnen Kohlendioxidemissionen einsparen wird - das entspricht dem Wegfall von 2,5 Millionen Autos auf der Straße. 

Spurenfeuchtemessung in Wasserstoff-Erdgas-Gemischen

Wie bei allen Anwendungen im Bereich der Erdgasgewinnung, -produktion und -übertragung ist auch bei der Mischung und Überwachung von Wasserstoff und Erdgas eine strenge Überwachung einer Reihe von Schlüsselkriterien erforderlich.  Dabei ist die Messung der Spurenfeuchte eines der wichtigsten Kriterien, um die Gasqualität, die Effizienz des Prozesssystems und die Sicherheit zu gewährleisten und die Einhaltung kommerzieller und gesetzlicher Verpflichtungen sicherzustellen. 

Der größte Teil der Gasverteilungs- und -transportinfrastruktur wurde für reines Erdgas entwickelt, und die Überwachungssysteme sind entsprechend ausgelegt.  Die Einführung eines Wasserstoffgemischs wirft bei Anlagen-, Wartungs- und Kontrollingenieuren häufig die Frage auf, ob die Prozessmessungen mit den vorhandenen Geräten weiterhin gültig sind, und es bestehen Bedenken hinsichtlich der Notwendigkeit - und der Kosten - des Austauschs von Sensoren und Analysatoren durch neue spezielle Geräte. 

Die gute Nachricht für Kunden, die die Feuchte-, Wassertaupunkt- und Kohlenwasserstoff-Taupunkt-Analysatoren von Michell Instruments einsetzen, ist, dass diese bereits für den Einsatz in Erdgas mit einer Wasserstoffbeimischung von bis zu 20 % ausgelegt sind, ohne dass irgendwelche Modifikationen erforderlich sind.  Ebenso werden alle neuen Analysatoren weiterhin die aktuellen und zu erwartenden technischen, kommerziellen und behördlichen Anforderungen für Wasserstoff/Erdgas-Gemische erfüllen. 

Unser Angebot an Analysatoren bietet Anlagen- und Produktionsingenieuren eine breite Palette an Optionen, die durch ein außergewöhnliches Maß an technischem, anwendungs- und regelkonformem Wissen und Support unterstützt werden.  Die aktuelle Produktpalette verfügt über ATEX-, IECEx-, UKCA- und NEC505-Zertifizierungen für die Gasgruppen IIC oder IIB+H2 sowie über NEC500 Ex für die Gasgruppen A oder B und umfasst die folgenden Geräte: 

QMA401/601 QCM-Feuchtigkeitsanalysator

Das Prinzip der Quarzkristall-Mikrowaage (QCM) wird häufig zur Feuchtemessung in Erdgas und Wasserstoff eingesetzt. Die Schwingungsfrequenz des messenden piezoelektrischen Quarzkristalls ändert sich proportional zur Masse des Feuchtigkeitsdampfes, der von einer hygroskopischen Beschichtung auf der Oberfläche des Kristalls adsorbiert wird. Dieses Prinzip ist unabhängig von der Hintergrundgaszusammensetzung.

QMA401-Analysatoren ermöglichen die Messung der Spurenfeuchte in reinem Wasserstoff, der für Brennstoffzellen in Kraftfahrzeugen bereitgestellt wird. In Ölraffinerien, QMA601-Analysatoren zur Überwachung des recycelten Gases in katalytischen Reformierungsprozessen eingesetzt. Dieses Gas enthält in der Regel 75 Volumenprozent Wasserstoff und 25 Volumenprozent gemischte Kohlenwasserstoffe.    

Promet IS/EExd Keramischer Metall-Oxid-Feuchtigkeitsanalysator

Die Feuchtigkeitsmoleküle in der strömenden Gasprobe werden in das poröse hygroskopische Dielektrikum dieser kapazitiven/impedanten keramischen Metalloxid-Feuchtesensoren eingelagert. Die Sensoren reagieren auf den Partialdruck von Wasserdampf, der explizit mit der Wassertaupunkttemperatur verknüpft ist, was eine Kalibrierung auf diesen Parameter und die Messung des Wassertaupunkts direkt unter Prozessdruckbedingungen ermöglicht. Dieses Prinzip ist unabhängig von der Zusammensetzung des Hintergrundgases, einschließlich der Wasserstoffkonzentration. Die keramischen Metalloxid-Feuchtemesstechniken von Michell Instruments erfüllen die Anforderungen verschiedener Anwendungen für Gase und Flüssigkeiten in der Fertigungs- und Prozessindustrie. Beispiele für Wasserstoffanwendungen sind Metallglühöfen und Generatorkühlsysteme in Stromkraftwerken.  

Condumax II Kohlenwasserstoff-Taupunkt-Analysator

Der Condumax II wendet eine Adaption des grundlegenden Taupunktmessprinzips mit Kühl-/Kühlspiegeln an. Die optische "Dark Spot"-Technik erkennt die Bildung von Kohlenwasserstoffen mit niedriger Oberflächenspannung, die bei der HC-Taupunkttemperatur kondensieren. Der Condumax II misst den Kohlenwasserstoff-Taupunkt der gesamten Gaszusammensetzung einschließlich des eingespritzten Wasserstoffs genau. Durch die Einspritzung von Wasserstoff in das Erdgas werden die Konzentrationen aller vorhandenen Kohlenwasserstoffe proportional verdünnt, wodurch der Kohlenwasserstoff-Taupunkt sinkt. Schätzungen der Zustandsgleichung sagen voraus, dass die Änderung des Kohlenwasserstoff-Taupunkts relativ gering sein wird - weniger als 1 ˚C Verringerung bei einer Wasserstoffeinspritzung von 20mol % - wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt.

CDP301 Condumax Taupunkt-Tester

Die direkte Taupunktmethode mit gekühltem Spiegel und hochauflösender Kamera ermöglicht es dem CDP301, die tatsächlichen Kohlenwasserstoff- und Wassertaupunkttemperaturen der gesamten Erdgaszusammensetzung zu messen, einschließlich aller vorhandenen Wasserstoffanteile.

Klicken Sie hier um mehr über unsere Lösungen für den Kohlenwasserstoff-Taupunkt zu erfahren.

Mit über 40 Jahren Erfahrung in der Entwicklung innovativer Präzisionsinstrumente sind wir die Experten für Spurenfeuchtemessungen für alle Erdgasanwendungen. Wenn Sie Ihre Anforderungen besprechen möchten, wenden Sie sich bitte an kontaktieren Sie unser Team noch heute.

Quellen:

Energy Systems Catapult

Energy Networks Association