“Groene” ammoniak is een ideale energiedrager. Omdat het geen koolstof bevat, biedt het een zeer interessant potentieel voor de toekomst. Als een typische bouwsteen van het “power-to-X”-principe draagt “groene” ammoniak bij aan het koolstofvrij maken van de economie – met name als transportmiddel voor waterstof. Sinds de lancering van het geavanceerde ammoniak productieproces ondersteunt WIKA ontwikkelaars en operators van fabrieken met op maat gemaakte instrumentatieoplossingen voor de meetgebieden druk, temperatuur, niveau en stroming.
Tot nu toe diende ammoniak NH3 oornamelijk als basis voor meststoffen. Het wordt synthetisch geproduceerd uit waterstof (H2) en stikstof (N2) in een reactor. Het conventionele waterstofproductieproces vindt voornamelijk plaats in een steam methane reformer (SMR) en gaat gepaard met een hoge input van fossiele grondstoffen en fossiele brandstoffen – vooral aardgas – met de bijbehorende CO2 uitstoot in de atmosfeer.
Productie met behulp van hernieuwbare elektrische energie
De wereldwijde drang naar alternatieve energiebronnen heeft nu echter geleid tot een verandering van “grijze” naar “groene” ammoniak. De verandering is gebaseerd op de “power-to-X” strategie. Dit betekent dat hernieuwbare elektrische energie wordt gebruikt om de benodigde chemische moleculen te verkrijgen. In de behuizing van ammoniak wordt wind- en zonne-energie gebruikt om de elektrolyse-installaties voor de productie van waterstof uit water en de luchtscheidingseenheden (ASU) voor stikstofextractie uit de lucht van stroom te voorzien.
“Groene” ammoniak biedt veelzijdigere toepassingen dan “grijze” NH3
Vergeleken met het “grijze” product kan “groene” ammoniak op meer manieren worden gebruikt: niet alleen als een belangrijke meststof, maar bijvoorbeeld ook als brandstof voor de energie-intensieve scheepsbouwindustrie. Daarnaast speelt het een belangrijke rol als drager voor “groene” waterstof. NH3 maakt namelijk energiezuinig en ruimtebesparend transport per schip mogelijk van de regio’s waar waterstof wordt geproduceerd naar regio’s wereldwijd met een grote vraag. Op de plaats van bestemming splitsen ammoniakkrakers de waterstof weer af en maken deze beschikbaar voor alle consumenten.
Groene ammoniak: Het diagram toont de waardeketen op basis van de “power-to-X”
De vraag zal verdrievoudigen tegen het jaar 2050
Gezien deze mogelijkheden zal de vraag naar ammoniak volgens het International Renewable Energy Agency (IRENA) en de Ammonia Energy Association (AEA) groeien van voorheen 200 miljoen ton per jaar tot naar schatting 690 miljoen ton in 2050. Daarom investeert de industrie zwaar in productie en logistiek. Wereldwijd zijn er 300 geregistreerde projecten voor de productie van “groen” NH3. WIKA biedt een compleet portfolio aan oplossingen op dit gebied.
Voorbeelden van op maat gemaakte meetsystemen in de waardeketen
Vanwege specifieke uitdagingen vereisen tal van processtappen in de NH3 waardeketen op maat gemaakte meetsystemen. Hier zijn vier voorbeelden:
Voor elke stap in de waardeketen biedt WIKA geschikte meetsystemen (met de klok mee vanaf links), bijvoorbeeld een niveau-indicator met dubbelkamersysteem voor ammoniakscheiding en vloeibaarmaking, het model TC96-O Flex-O™ multipoint thermokoppel voor ammoniaksynthese, de HHR FlowPak® debietmeter voor de luchtscheidingseenheid en het type TC59-E eTEFRACTO-PAD® tubeskin thermokoppel voor ammoniakkraken.
- Meting van de stroming in de luchtseparatie-eenheid: De installatieruimte in deze eenheid is vaak beperkt. Voor dergelijke toepassingen heeft WIKA de HHR FlowPak® stromingsmeter ontwikkeld. Het instrument, dat is gebaseerd op het drukverschilprincipe, heeft geen stroomopwaartse en stroomafwaartse leidingen nodig en kan zelfs worden geïnstalleerd na twee 90°-pijpellebogen. Toch biedt het een zeer hoge nauwkeurigheid
- Temperatuurbewaking tijdens ammoniak synthese: Thermokoppels met meerdere punten en snelle reactietijden maken het mogelijk om snel een temperatuurprofiel te genereren in de katalysatorbedden van de reactoren. Met slechts één aansluiting kunnen op deze manier tot 40 meetpunten worden gerealiseerd. De types TC95 en TC96-O Flex-O™ worden gekenmerkt door hun modulariteit en zijn speciaal ontworpen voor dergelijke toepassingen.
- Niveaubewaking tijdens het scheiden en vloeibaar maken van ammoniak: Voor deze taak biedt WIKA een aanpasbare niveau-indicator met diverse overbodige bewaking in een dubbelkamersysteem. De oplossing met twee kamers is voorzien van een ketting of magnetostrictieve sensor, een geleide-golfradar en een magnetische indicatie die gemakkelijk van een afstand kan worden afgelezen. Hij is met gemak bestand tegen hoge drukken. Het slimme ontwerp van het meetsysteem zorgt er ook voor dat een borrelend effect veroorzaakt door “kokende” vloeibare ammoniak de vlotter niet laat dansen, waardoor een storingsvrij signaal gegarandeerd is.
- Het monitoren van de temperatuur van de tubeskin in ammoniakkrakers: De scheiding van waterstof uit ammoniak vindt plaats in talloze met katalysatoren gevulde krakerbuizen. De thermische input die nodig is voor de chemische reactie wordt geleverd door externe verbranding. De exacte continue meting van de temperatuur van de tubeskin is een belangrijke variabele om processen efficiënt te regelen en oververhitting te voorkomen. WIKA’s portfolio omvat hiervoor verschillende typen instrumenten, waaronder de gepatenteerde TC59-E eTEFRACTO-PAD® die met slechts één lasnaad wordt gemonteerd en de exacte temperatuur van de tubeskin de klok rond output.
“Groene” ammoniak: Diensten voor meetinstrumenten voor de productie
Alle processtappen vereisen ook proces- en drukverschiltransmitters en bijbehorende instrumentatiekleppen, die ook worden gebruikt voor hydrostatische niveau- en stromingsbewaking. Bovendien kunnen fabrieksoperators gebruikmaken van de begeleidende diensten van WIKA, bijvoorbeeld tijdens installatie, onderhoud en kalibratie.
Opmerking
Op de website van WIKA vindt u een overzicht van instrumentatieoplossingen voor zowel waterstoftoepassingen als voor conventionele ammoniakproductie. Daar vind je ook meer informatie over de genoemde instrumenten TC95, TC96-O Flex-O™, TC59-E eTEFRACTO-PAD®, HHR FlowPak® en niveau-indicator. We presenteren ook verdere metingoplossingen voor de chemische industrie. Wilt u meer weten over de duurzaamheidsstrategie van WIKA? Download dan een kopie van de duurzaamheidsverslag. Mocht je nog vragen hebben, dan helpt je contact je graag verder.
Lees tevens onze artikelen
Een multipoint thermokoppel gebruiken om duurzame vliegtuigbrandstof te produceren
CCUS is vaak de enige optie voor decarbonisatie
WIKA ontwikkelt druksensor voor waterstofvoertuigen
New Food: Biomassa fermentatie brengt complexe meetvereisten met zich mee