Die Druckmessung spielt in der Chlor-Produktion eine zentrale Rolle. Die Herstellung ist ein sicherheitskritisches Verfahren. Denn Chlor ist hoch reaktiv und kann daher in Verbindung mit organischen Substanzen leicht Explosionen auslösen. Also gilt es, alle Produktionsschritte präzise zu überwachen, um Schäden für Mensch und Umwelt zu vermeiden. Deshalb spricht bei der Messung des Prozessdrucks alles für Druckmittlersysteme. Diese verschweißten Einheiten von Druckmittler und Messgerät bieten sowohl die gebotene Widerstandsfähigkeit als auch die erforderliche Genauigkeit.
Deswegen empfiehlt auch der europäische Herstellerverband Euro Chlor, bei der Druckmessung in der Chlor-Produktion eine Prozessanbindung über Druckmittler zu realisieren. Bei der Auslegung des Druckmittlers haben Anwender darauf zu achten, dass alle messstoffberührten Teile mit chlorbeständigen Werkstoffen ausgeführt sind. Für die frontbündige Membrane kommen anwendungsspezifisch Tantal, Hastelloy®C276, und Titan, aber auch Kunststoffe wie beispielsweise ECTFE in Frage. Die Systemfüllflüssigkeit muss auf jeden Fall inert, also reaktionsträge mit den meisten Stoffen sein. Das trifft beispielsweise auf Halocarbonöl zu.
Chloralkali-Elektrolyse im energiesparenden Membranverfahren
Chlor wird über eine Chloralkali-Elektrolyse aus Natriumchlorid und Wasser gewonnen. Bei dem Verfahren entstehen außerdem zwei Kuppelprodukte: Wasserstoff und Natronlauge. Eine erfolgreiche Elektrolyse setzt daher die Trennung von Anode und Kathode voraus, damit sich Chlor und Wasserstoff nicht zu einem explosiven Gemisch verbinden. Deswegen nutzt die Industrie für die Elektrolyse mehrheitlich das energiesparende Membranverfahren. Das heißt: Zwischen Anode und Kathode ist eine hauchdünne Spezialmembrane gespannt, die lediglich positive Natriumionen diffundieren lässt.
Druckmessung bei der Chlor-Produktion mittels Elektrolyse ist eine komplexe Aufgabe
Für die Drucküberwachung während der Elektrolyse: Die Druckmittler des Differenzdrucktransmitters Typ DPT-20 haben Membranen aus Gold und Tantal.
Die Anforderungen an die Druckmessung während der Chlor-Produktion mittels Elektrolyse sind komplex. Die Installation von Drucktransmittern an den beiden Kammern der Anlage reicht allein nicht aus. Entscheidend ist die Ermittlung des Differenzdrucks zwischen den Kammern. Denn nur bei ausgeglichenen Druckverhältnissen bleibt die empfindliche Membrane unbeschädigt. Infolgedessen sind Veränderungen beim Differenzdruck unmittelbar zu detektieren, um im Fehlerfall den Prozess unverzüglich stoppen zu können.
Auf diese Aufgabe zugeschnitten sind hochgenaue Differenzdrucktransmitter mit zwei Druckmittlern, zum Beispiel Typ DPT-20 von WIKA mit einer Genauigkeit von 0,1 Prozent der Spanne. In Anbetracht der kritischen Umgebung sollte das Gerät eine Zulassung für den explosionsgefährdeten Bereich haben. Entsprechend der Messaufgabe werden die Druckmittler des Differenzdrucktransmitters unterschiedlich ausgeführt: Die Chlor-Messstelle benötigt eine Membrane aus Tantal, die für Wasserstoff eine mit Goldbeschichtung.
Andere Abläufe der Chlor-Produktion können die Druckmittler-Membrane angreifen
Die Elektrolyse ist keinesfalls der einzige Verfahrensschritt bei der Chlor-Produktion, bei dem die Druckmessung höchst zuverlässig sein muss. In manchen Abläufen ist eine Beschädigung der Druckmittler-Membrane allerdings nicht hundertprozentig ausgeschlossen. Zwar sind die Membranen gemäß den Prozessbedingungen gefertigt, ein unvorhersehbarer Überdruck oder eine Korrosion anhaftender Partikel beispielsweise vermag jedoch auch sie anzugreifen – mit negativen Folgen. Eine ungewollte Verformung kann das Messergebnis signifikant verfälschen. Im Fall eines Membranbruchs würde außerdem die Systemfüllflüssigkeit in den Prozess gelangen und die Qualität des Chlors beeinträchtigen.
Druckmittlersystem mit Membranüberwachung an besonders neuralgischen Stellen
Das Druckmittlersystem Typ DMS27 mit integrierter Membranüberwachung setzt die Drucküberwachung selbst bei einem Membranbruch zuverlässig fort. Der Prozess bleibt bis zur Schadensbehebung geschlossen.
Einem derartigen Schadensfall lässt sich an besonders neuralgischen Stellen durch ein Druckmittlersystem mit integrierter Membranüberwachung vorbeugen. Bei diesem von WIKA entwickelten System – im Fall von Chlor-Anwendungenkommt Typ DMS27 in Frage – verfügt der Druckmittler über zwei übereinanderliegende Membranen. Der Raum zwischen beiden ist evakuiert, und ein Sensor überwacht das Vakuum. Im Fall einer Beschädigung der prozessseitigen Membrane, übernimmt die zweite Membrane ihre Messfunktion. Zugleich wird der Vakuumverlust erfasst und bei Erreichen des kritischen Werts ein elektronisches Alarmsignal gesendet. Bis zum Austausch funktioniert die Überwachung des Prozessdrucks weiterhin zuverlässig. Zudem ist die Kontamination durch austretende Füllflüssigkeit ausgeschlossen.
Hinweis
Weitere Informationen zum Differenzdrucktransmitter DPT-20 und dem Druckmittlersystem DMS-27 erhalten Sie auf der WIKA-Webseite. Dort finden sie zudem einen Überblick über WIKA-Messlösungen für die Chemieindustrie sowie die branchenspezifische Broschüre. Bei Fragen steht Ihnen Ihr Ansprechpartner gerne zur Verfügung.
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