Prozessanalytik-Lösungen für die Produktion von grünem Erdgas

Die Erzeugung von grünem Erdgas stellt weltweit einen entscheidenden Weg zur Dekarbonisierung der Energienetze, zur Verwertung organischer Abfallströme und zur Synthese von klimaneutralem Erdgasersatz dar. Der Übergang von der konventionellen, auf fossilen Brennstoffen basierenden Erdgasförderung zu hochdynamischen und nachhaltigen Produktionsprozessen – insbesondere anaerobe Vergärung, Biomassevergasung, Power-to-Gas (P2G)-Methanisierung und mehrstufige Gasaufbereitung – bringt jedoch beispiellose betriebliche Herausforderungen mit sich. Um bei schwankenden biologischen und thermischen Belastungen einen stabilen Betrieb aufrechtzuerhalten, eine irreversible Katalysatordeaktivierung zu verhindern, strukturelle Korrosion zu mindern und die strikte Einhaltung internationaler Standards für die Einspeisung in das Erdgasnetz (wie EN 16723-1 und EN 16723-2) zu gewährleisten, benötigen Anlagenbetreiber und EPC-Auftragnehmer ein zuverlässiges, integriertes Rahmenkonzept für die Prozessanalyse. Die MZD Analytik GmbH bietet fortschrittliche Lösungen für die Prozessanalytik an, die darauf ausgelegt sind, kritische Messpunkte entlang der gesamten Kette von der vorgelagerten Rohstofferzeugung über Reaktionskreisläufe und Reinigungssysteme bis hin zu den endgültigen Einspeisepunkten in das Rohrleitungsnetz zu unterstützen.

1. Überblick über das integrierte Prozessanalysesystem

Die Produktion von grünem Erdgas ist als kontinuierliche Kette eng miteinander verbundener Prozessanlagen konzipiert. Da eine Störung oder Konzentrationsabweichung in Schlüsselbereichen die Stabilität nachgelagerter Prozesse beeinträchtigen kann, umfasst das Analysesystem von MZD eine spezialisierte Qualitätsüberwachung in allen wichtigen Prozessphasen:

Kernbereiche der Online-Messung:

• Rohsubstrat und Integrität der Vergärung: Kontinuierliche Überwachung der biologischen Gaserzeugung sowie des Aufbaus von Inertgasen und der Explosionsrisiken (CH₄ / CO₂ / H₂S / O₂).

• Thermochemisches Synthesegas und Shift-Kontrolle: Überwachung von mehrkomponentigen brennbaren Gasen und Steuerung der stöchiometrischen Verhältnisse beim Wasser-Gas-Shift-Verfahren zur Unterstützung der nachgeschalteten Umwandlungskatalysatoren.

• Katalysatorschutz: Schutz empfindlicher Methanisierungs- und Aufbereitungskatalysatorbetten vor Spuren permanenter Vergiftungsstoffe (H₂S, HCl, O₂ und schwere Teere).

• Universeller Schutz vor Spurenfeuchtigkeit: Verhinderung von Korrosion in nachgeschalteten Rohrleitungen und Messfehlern bei der Wärmeleitfähigkeit durch absolute Feuchtigkeitskartierung an kritischen Knotenpunkten der Kompression, Mischung und Aufbereitung.

• Pipeline-Einspeisung und Einhaltung von Qualitätsstandards: Bereitstellung zuverlässiger Messungen der Wärmeleitfähigkeit und optischer Messungen, um sicherzustellen, dass das fertige Biomethan die strengen regionalen Standards für die Pipeline-Einspeisung erfüllt.

• Umwelt- und Versorgungssicherheit: Gewährleistung der Einhaltung von Emissionsgrenzwerten an der Fackelanlage, Überwachung der Sicherheit von Biogasspeichern und Schutz der Kühlwasserkreisläufe der Hilfsanlagen.

2. Architektur der Prozessmessung (nach Funktionsblöcken)

2.1 Anaerobe Vergärung und Deponiegas (AD & LFG)

• Prozessherausforderungen: Bewältigung korrosiver Gärrückstände mit hohem Ammoniakgehalt, Umgang mit gesättigten Nassgasströmen und Erkennung einer beginnenden Säurebildung.

• Technische Lösung: Einsatz spezieller, porenfreier Festkörper-pH-/ORP-Sensoren und robuster Konfigurationen zur Biogasprofilierung in 'Gas- und Flüssigkeitsanalysatoren für Biogas und Deponiegas'.

2.2 Biomassevergasung und Umwandlung in Bio-SNG

• Technische Herausforderungen: Aufbereitung von verschmutztem Synthesegas, das komplexe, aus mehreren Komponenten bestehende brennbare Stoffe, Teere und korrosive saure Gase enthält, bei gleichzeitiger Steuerung der Wasser-Gas-Shift-Verhältnisse.

• Technische Lösung: Informieren Sie sich über die robusten spektroskopischen Sensoren, die speziell für raue thermochemische Umgebungen in 'Prozessanalytik für die Biomassevergasung und die Herstellung von Bio-SNG'.

2.3 Power-to-Gas (P2G) und Methanisierungsanlagen

• Prozessherausforderungen: Umgang mit Schwankungen der Reinheit von grünem Wasserstoff, Verhinderung einer gefährlichen Ansammlung von H₂/O₂-Gemischen, die zu Explosionen führen können, sowie Überwachung des Umwandlungsgrades bei der Sabatier-Reaktion.

• Technische Lösung: Überprüfung MZD VaporSense™ Technologien zur Kompensation hoher Luftfeuchtigkeit in 'Prozessanalytik für Power-to-Gas und Methanisierung'.

2.4 Gasaufbereitung und mehrstufige Reinigung

• Prozessherausforderungen: Optimierung der Druckwechseladsorption (PSA), der Membrantrennung und der Aminwäsche, um Methanleckagen zu vermeiden und die Pipeline-Spezifikationen zu erfüllen.

• Technische Lösung: Erfahren Sie, wie Sie eine präzise Überwachung von CO₂-Restgehalten und Spurenverunreinigungen in 'Prozessanalytik für die Aufbereitung und Reinigung von Biomethan'.

2.5 Kompressions-, Speicher- und Abfackelsysteme

• Prozessherausforderungen: Hochpräzise Analyse von Spurenfeuchtigkeit zur Vermeidung von Spannungsrisskorrosion unter hohem Druck, Überwachung von Methanleckagen und Überprüfung der vorschriftsmäßigen Abfackelung.

• Technische Lösung: Erfahren Sie, wie Sie sichere und vorschriftsmäßige Randbedingungen in den Ausgleichssystemen der Anlage gewährleisten können.

2.6 Versorgungsanlagen und Kühlwassersysteme

• Prozessherausforderungen: Kontinuierliche pH- und 4-Elektroden-Leitfähigkeitsmessung zur Früherkennung von Leckagen aus dem Prozess in das Wasser und zur Überwachung des Zustands des Hilfskreislaufs.

3. MZD Analytik – Umfassendes Geräteportfolio

Um die in der Prozessarchitektur beschriebenen Anforderungen an zentrale Analyseknoten zu erfüllen, bietet die MZD Analytik GmbH ein fortschrittliches, industrietaugliches Messgeräteportfolio an, das auf physikalischer Stabilität, driftfreier Mechanik und intelligenter Druck- und Feuchtigkeitsisolierung basiert:

3.1 Analysegeräte für Gasreinheit und Prozesssicherheit

• Analysator für Detektoren zur Messung der Wärmeleitfähigkeit (TCD): Optimiert mit der MZD VaporSense™-Technologie zur aktiven Wasserdampfkompensation, wodurch die direkte Messung der Rohgasreinheit in feuchten Gasströmen ohne Drift ermöglicht wird.

• Optischer Sauerstoffanalysator: Nutzt eine robuste Technologie zur Löschung von Lumineszenz und Fluoreszenz. Das System kommt vollständig ohne Verbrauchsmaterialien oder chemische Reagenzien aus und zeichnet sich aus durch MZD BaroSense™ um Messwerte von Druckspitzen zu isolieren.

3.2 Messgeräte für Spurenverunreinigungen und Feuchtigkeit

• Spurenfeuchtigkeitsanalysatoren: Liefert absolut genaue, driftfreie Feuchtigkeitsmessungen (ppm) zum Schutz empfindlicher Katalysatorbetten und zur Erfüllung strenger Anforderungen an die Einspeisung in Pipelines.

• Galvanischer Spuren-Sauerstoffanalysator: Integriert mit MZD BaroSense™ Technologie zur präzisen Überwachung niedriger Sauerstoffkonzentrationen nach der Reinigung.

• NDIR-Gasanalysator & TDLAS-Gasanalysatoren: Äußerst zuverlässige Infrarot- und Laser-Optikplattformen für die kontinuierliche, störungsfreie Überwachung von CH₄, CO₂, H₂S und NH₃.

3.3 Analytik von Flüssigkeiten in der Industrie

• Nichtporöse Festkörper-Referenz-pH-/ORP-Messgeräte: Die Konstruktion kommt ohne Flüssigkeitsübergänge aus, um den Einsatz in Gärresten mit hohem Salzgehalt und hohem Ammoniakgehalt sowie in Gaswäscherkreisläufen zu ermöglichen, ohne dass es zu Verstopfungen oder einer Verfälschung der Referenzwerte kommt.

• 4-Elektroden-Leitfähigkeitsmessgeräte: Beugt Polarisationserscheinungen über einen enormen Dynamikbereich hinweg vor – von normalem Prozesswasser bis hin zu konzentrierten chemischen Lösungen.

4. Checkliste für das werksweite Analyseschema

Setzen Sie gezielte Prozessanalysen ein, um die Anlagenstabilität zu gewährleisten, Ihre Investitionen in Katalysatoren zu schützen und die Einhaltung der Vorschriften für die Einspeisung in die Pipeline sicherzustellen. Wenden Sie sich unter sales@mzdd.de an uns, um anwendungsspezifische technische Unterlagen, Formulare zur Bewertung der Gasmatrix und auf Ihr Projekt zugeschnittene Empfehlungen zur Messtechnik anzufordern.