Die Erzeugung von Biokraftstoffen unterliegt anspruchsvollen Prozessbedingungen. Sie stellen deshalb auch die Füllstandsmessung in einer Bioraffinerie vor große Herausforderungen. Die in den Kernprozessen eingesetzten Geräte müssen entsprechend ihrem jeweiligen Einsatzort in wasserstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen unter hohem Druck und zugleich in Flüssigkeiten mit äußerst niedrigen Dichten arbeiten. WIKA hat einem Kunden magnetische Niveaustandsanzeiger mit spezieller Konfiguration geliefert, die diese Anforderungen zuverlässig meistern.
Im Streben nach einer CO2-reduzierten Kraftstoffversorgung spielen die qualitativ hochwertigen HVO („Hydrotreated Vegetable Oil“) und HEFA („Hydroprocessed Esters“ and „Fatty Acids“) eine zentrale Rolle. Bei beiden handelt es sich um nachhaltige Produkte, vorwiegend hergestellt aus Pflanzen- und Altspeiseölen sowie tierischen Fetten. Sie kommen als Diesel, aber auch als Flugkraftstoff auf den Markt.
Vielzahl an Behältern in einer Bioraffinerie benötigt präzise Füllstandsmessung
Die Herstellung von HVO und HEFA umfasst wichtige Produktionsprozesse, unter anderem das „Hydrotreatment“ und die „Hydroisomerisierung“. Dabei kommt eine Vielzahl an Reaktoren, Tanks und andere Behälter zum Einsatz. Diese erfüllen diverse Funktionen wie beispielsweise katalytische Reaktionen, Separations-, Waschprozesse sowie Regenerierung und Lagerung. In allen Fällen benötigen die Betreiber einer Bioraffinerie eine präzise Füllstandsmessung.
Eine zuverlässige Füllstandsüberwachung ist vor allem unter den eingangs geschilderten Produktionsbedingungen mit Standardgeräten kaum zu gewährleisten: Die Geräte müssen unter anderem in wasserstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen unter erhöhten Drücken von bis zu 58 barg zuverlässig funktionieren und gleichzeitig in Flüssigkeiten mit außergewöhnlich niedrigen Dichten von bis zu 462 kg/m³ präzise messen.
Titanschwimmer sind druckbeständig und leicht genug für geringe Flüssigkeitsdichte
Das Typenschild weist auf die Anwendung hin: In diesem Beispiel ist der dazugehörige Bypass-Niveaustandsanzeiger Typ BNA für flüssiges Biopropan ausgelegt. BNA zur Füllstandsmessung in einer Bioraffinerie – hier eine Ausführung mit magnetostriktivem Sensor und Schaltkontakten – benötigen entsprechend der jeweiligen Prozessmedien mitunter einen DLC-beschichteten Titanschwimmer (rechts unten).
Das Ingenieurteam des CoE („Center of Excellence“) Füllstand löste diese Aufgabe mit einem umfassenden Ansatz und dem Bypass-Niveaustandsanzeiger Typ BNA als Basismodell. Für den Schwimmer wählte es Titan als Werkstoff. Dieses Material hält hohen Drücken stand. Es ist zugleich leicht, was auch im Fall einer sehr geringen Flüssigkeitsdichte die für eine präzise Messung notwendige Auftriebskraft gewährleistet.
Schutz durch DLC-Beschichtung
Für die Füllstandsmessung in einer Bioraffinerie mussten die Titanschwimmer allerdings noch einen besonderen Schutz erhalten. Denn unter bestimmten Prozessbedingungen besteht die Gefahr einer Wasserstoffversprödung. Aus diesem Grund wurden die Schwimmerkörper mit einer speziellen DLC-Beschichtung („Diamond-Like Carbon“) überzogen. Diese Schicht bildet eine starke Barriere gegen eine H2–Infiltration und schützt gleichermaßen vor einer mechanischen Beschädigung.
Die technischen Spezifikationen des Kunden machten außerdem ein unkonventionelles, überdimensioniertes Gerätedesign notwendig, was die Komplexität zusätzlich erhöhte. Dies erforderte den Wechsel von einer Standardkammer (2 Zoll, Schedule 10) zu einer robusteren 3-Zoll-Schedule 40-Konfiguration. Folglich mussten kundenspezifische Schwimmer mit einem Außendurchmesser von 72 mm hergestellt werden. Dies war eine Herausforderung, die mit innovativen technischen Lösungen und präzisen Fertigungsverfahren bewältigt wurde.
Sonderwerkstoff für das Gehäuse wegen erhöhtem Korrosionsrisiko
Bei der Auslegung des BNA galt auch dem Gehäusematerial besondere Aufmerksamkeit. Denn an bestimmten Messstellen besteht ein erhöhtes Korrosionsrisiko aufgrund des potenziellen Vorhandenseins von freien Fettsäuren, Kohlenstoffdioxid, Wasser und Chlor in den Prozessmedien. Daher fiel die Wahl des Werkstoffs für diese Messstellen auf Inconel 625.
Füllstandsmessung in der Bioraffinerie auch bei Stromausfall
Durch die Integration fortschrittlicher Materialien, dem Einsatz von Präzisionstechnik und maßgeschneiderten Fertigungslösungen lieferte WIKA magnetische Niveaustandsanzeiger, welche die strengen Leistungsanforderungen erfüllen und zugleich eine langfristige Zuverlässigkeit in einer anspruchsvollen Raffinerieumgebung gewährleisten. Da der BNA eine kontinuierliche Füllstandsanzeige auch ohne Stromversorgung bereitstellt, bleibt eine zuverlässige Prozesssteuerung auch bei Stromausfall sichergestellt.
Hinweis
Wissenswertes zum Thema Biokraftstoffe sowie zur Messinstrumentierung für deren Herstellungsprozess hat WIKA auch in einem Whitepaper zusammengefasst. Allgemeine technische Informationen zum Bypass-Niveaustandsanzeiger Typ BNA finden Sie auf der WIKA-Webseite. Dort erhalten Sie auch unsere Broschüre „Maßgeschneiderte Füllstandslösungen für die Prozessindustrie“ zum Download. Außerdem stellen wir Ihnen weitere Lösungen für das Marktsegment Öl und Gas vor. Sollten Sie darüber hinaus noch Fragen haben, steht Ihnen Ihr Ansprechpartner gerne zur Verfügung
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