WIKA

Ammoniak-Anlage

Ammoniak ist seit vielen Jahren als wichtiger Grundstoff im Bereich der Düngemittelproduktion (Harnstoff und Ammoniumsalze) etabliert. Mittels des Haber-Bosch-Verfahrens werden unter Drücken von 250 bar und Temperaturen von 550 °C Wasserstoff und Stickstoff zu Ammoniak (NH3) synthetisiert. In Abhängigkeit des geografisch verfügbaren Rohstoffs und der gewünschten Produktionskapazität wird das individuelle Anlagenkonzept gewählt.

Der Herstellungsprozess vollzieht sich in vier Abschnitten:

  • Aufbereitung des Ausgangsrohstoffs
  • Herstellung und Reinigung des Syngas
  • Ammoniaksynthese
  • Separation und Lagerung

Um den Energiebedarf zu reduzieren und einen gleichmäßigen Durchsatz bei konstanter Qualität zu erzielen, sind die Betreiber auf das Einhalten mehrerer kritischer Prozessparameter – Druck, Temperatur, Durchfluss, Füllstand – in den jeweiligen Anlagenteilen angewiesen.

Ammoniak × 3

Primärreformer

Primärreformer
2

Pre-Reformer

Pre-Reformer
4

Sekundärreformer

Sekundärreformer
7

Kryogene Reinigungseinheit

Kryogene Reinigungseinheit
6

Methanisierung

Methanisierung
1

Hydrierung und Entschwefelung

Hydrierung und Entschwefelung
9

Ammoniak-Chiller

Ammoniak-Chiller
8

Ammoniak-Synthese-Reaktor

Ammoniak-Synthese-Reaktor
5

Wassergas-Shift-Reaktoren

Wassergas-Shift-Reaktoren
10

Kalibrierung & Service

Kalibrierung & Service
Ammoniak
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Hydrierung und Entschwefelung

Neben Kohle, Naphtha und Öl wird heute hauptsächlich Erdgas als Ausgangsrohstoff für die Ammoniakproduktion verwendet. Ungewünschte Erdgas-Bestandteile wie zum Beispiel Schwefel werden durch gezielte Hydrierung mit Wasserstoff in Form von Schwefelwasserstoff (H2S) gebunden und anschließend im Entschwefelungsreaktor entfernt.

Um die Aktivität des Katalysators im Hydrierreaktor über das gesamte Bett hinweg konstant zu überwachen, kommen speziell darauf abgestimmte Stufenthermometer zur Mehrpunktüberwachung zum Einsatz. Die korrekte Funktion muss dauerhaft gewährleistet sein, da durchgeschlüpfte Schwefelanteile die nachgelagerten Prozessschritte vergiften würden. Der korrekte Gasstrom wird mittels Kompaktblenden und Venturirohren mit angebauten Differenzdrucktransmittern erfasst.


Hydrierung und Entschwefelung × F

Durchfluss

Durchfluss
L

Füllstand

Füllstand
T

Temperatur

Temperatur
P

Druck

Druck
Hydrierung und Entschwefelung
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Pre-Reformer

In Abhängigkeit des Ausgangsrohstoffs und gewählten Anlagendesigns werden zur Methan-Dampfreformierung ein, zwei, oder drei Reformertypen in Reihe installiert:

  • 1. Pre-Reformer
  • 2. Primärreformer: Dampf-Methan-Reformer ("Steam Methane Reformer"; kurz: SMR)
  • 3. Sekundärreformer: Autothermer-Reformer (ATR)

Diese Kombination ist die Basis für die optimale Gewinnung von Wasserstoff und Syngas. Im Katalysatorbett-basierten zylindrischen Pre-Reformer findet unter Zuführung von heißem Wasserdampf bei rund 500 °C und 30 bar die erste Vor-Reformierungsstufe statt.

Um die Aktivität und Alterung des Katalysators über das gesamte Bett hinweg konstant zu überwachen, kommen speziell abgestimmte Stufenthermometer für die Mehrpunkterfassung zum Einsatz. Das Verhältnis zwischen Gas und Wasserdampf muss präzise überwacht werden, um Verkokung und Beschädigung des Katalysators zu verhindern. Kompaktblenden und Venturirohre mit montiertem Differenzdrucktransmitter übernehmen diese Aufgabe zuverlässig und langlebig.


Pre-Reformer × F

Füllstand

Füllstand
L

Füllstand

Füllstand
P

Druck

Druck
T

Temperatur

Temperatur
Pre-Reformer
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Primärreformer

Im Primärreformer ("Steam Methane Reformer"; kurz: SMR) sind in mehreren Reihen Reformerrohre vertikal montiert, die von außen kontinuierlich mit Brennern befeuert werden. Im katalysatorgefüllten Rohrinneren findet die Umwandlung des Gas-Dampfgemischs in Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid statt. Die Wandung der in der Regel speziell legierten Reformerrohre steht auf Grund der hohen Temperaturen dauerhaft unter besonderem Stress. Ein Riss während der regulären Laufzeit wegen Übertemperatur ist keine Seltenheit. Dieser kann das Herunterfahren der Produktion erforderlich machen oder gar zu Beschädigungen der gesamten Anlage führen. Das alternative Betreiben des Prozesses – wie es häufig praktiziert wird – mit reduzierter Flamme führt dazu, dass ein verminderter Durchsatz erfolgt und der Anlagenbetreiber dauerhafte Effizienzeinbußen hinnimmt.

Durch die gezielte Analyse des individuellen Setups und perfekte Positionierung auf die Rohrmaterialien abgestimmter Rohr-Oberflächen-Temperatursensoren (XTRACTO-PAD®) bieten wir die perfekte Lösung. Die exakte und vom Flammenschlag unabhängige Rohroberflächentemperatur wird auf Grund des besonderen geschirmten Designs 24/7 erfasst. Der SMR wird nun tatsächlich auf Langlebigkeit mit höchstem Durchsatz geregelt. Des Weiteren werden neben den Rohroberflächen auch die Temperaturen der durch die Befeuerung entstandenen Rauchgase in der Kammer überwacht. Hierfür geeignete Sensorlösungen mit Schutzrohren aus langzeitbeständigen Werkstoffen werden speziell für Ihre Applikation erarbeitet.


Primärreformer × F

Durchfluss

Durchfluss
P

Druck

Druck
T

Temperatur

Temperatur
Primärreformer
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Sekundärreformer

Nachdem im Primär-Reformer zunächst rund ein Drittel des durchgesetzten Gases umgewandelt wurde, „zündet” im Sekundär-Reformer bei Temperaturen von über 1000 °C und Drücken von über 30 bar die nächste Stufe, um eine Konvertierung von nahezu hundert Prozent zu erreichen. Der Autotherme-Reformer (ATR) ist im Innenraum feuerfest ausgekleidet. Von oben werden das Gas-Dampfgemisch und über einen großen Brenner vorgewärmte Prozessluft (Sauerstoff- und Stickstoffanteile) zugeführt. Es erfolgt zunächst eine teilweise Verbrennung – partielle Oxidation. Danach durchströmt das Gemisch das im mittleren Teil des Reformers angesiedelte katalytische Bett und die restlichen Methan-Anteile werden final umgewandelt.

Um diesen anspruchsvollen Prozess dauerhaft korrekt zu überwachen, wird in vielen Katalysatorbetten mittels speziell ausgeführter WIKA-Mehrpunkt-Temperatursensoren die korrekte Temperatur erfasst. Diese bieten durch ihren widerstandsfähigen Aufbau und den Schutz der Sensorelemente vor Wasserstoffvergiftung eine langzeitstabile redundante Messung.


Sekundärreformer × F

Durchfluss

Durchfluss
L

Füllstand

Füllstand
T

Temperatur

Temperatur
P

Druck

Druck
Sekundärreformer
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Wassergas-Shift-Reaktoren

Die während des Reformierungs-Prozesses entstandenen Kohlenstoffmonoxidanteile würden die spätere Ammoniaksynthese durch Vergiftung des dort eingesetzten Katalysators negativ beeinflussen. Unter Zuführung von Wasserdampf wird im Hochtemperatur-Shift-Reaktor (HTS) und im Niedertemperatur-Shift-Reaktor (LTS) Kohlenmonoxid in Kohlstenstoffdioxid umgewandelt. Das CO2 kann in den nachfolgenden Prozessschritten in der Gaswäsche und im Methanator deutlich besser aus dem Medienstrom abgesondert werden.

Die gleichmäßige Aktivität der Katalysatoren im HTS- und LTS-Reaktor ist entscheidend für die Reaktion. Nicht umgewandeltes Kohlenstoffmonoxid darf nicht in die nächsten Prozessschritte gelangen. Aktivität und Alterungsstadium können durch den Einsatz von multiplen im Bett verteilten Stufenthermometerpunkten präzise in Erfahrung gebracht werden. Dadurch wird eine messdatenbasierte Vorhersage über das Lebenszyklusende des Katalysators ermöglicht.


Wassergas-Shift-Reaktoren × L

Füllstand

Füllstand
T

Temperatur

Temperatur
F

Durchfluss

Durchfluss
P

Druck

Druck
Wassergas-Shift-Reaktoren
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Methanisierung

Im Methanisierungs-Reaktor werden aus dem Wasserstoff-Stickstoff-Medienstrom unerwünschte Restanteile an Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid entfernt. Unter Zuführung von zusätzlichem Wasserstoff findet mittels katalytischer Reaktion die Methanisierung von CO und CO2 zu Methan und Wasser statt.

Die gleichmäßige Aktivität der Katalysatoren ist entscheidend für die Reaktion. Nicht umgewandeltes Kohlenstoffmonoxid darf nicht in die nächsten Prozessschritte gelangen. Aktivität und Alterungsstadium können durch den Einsatz von multiplen im Bett verteilten Stufenthermometerpunkten präzise in Erfahrung gebracht werden. Dadurch wird eine messdatenbasierte Vorhersage über das Lebenszyklusende des Katalysators ermöglicht.


Methanisierung × L

Füllstand

Füllstand
T

Temperatur

Temperatur
F

Durchfluss

Durchfluss
P

Druck

Druck
Methanisierung
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Kryogene Reinigungseinheit

In der kryogenen Reinigungseinheit werden in einer isolierten Cold-Box bei Temperaturen unter -170 °C Verunreinigungen wie zum Beispiel Argon entfernt und das gewünschte Verhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff für die Ammoniaksynthese eingestellt.

Für solch niedrige Temperaturen kommt eine Reihe an WIKA-Instrumentierungs-Ventilen in Monoflansch- und Nadelventilausführung zum Einsatz (Block, Block-and-bleed und Double-block-and-bleed). Dadurch ist eine sichere und dauerhaft dichte Anbindung der Druck- und Differenzdrucktransmitter-Lösungen möglich.

Spezielle Schutzrohr-Temperatursensor-Kombinationen, die den niedrigen Temperaturen und den besonderen Montagebedingungen in den isolierten Doppelwänden gerecht werden, sind häufig als Gesamtlösung mit abgesetztem SIL-Temperaturtranmsitter in Einsatz.


Kryogene Reinigungseinheit × F

Durchfluss

Durchfluss
L

Füllstand

Füllstand
P

Druck

Druck
T

Temperatur

Temperatur
Kryogene Reinigungseinheit
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Ammoniak-Synthese-Reaktor

Im Ammoniak-Synthese-Reaktor findet unter Drücken von 150 ... 250 bar und Temperaturen von 400 ... 520 °C die Synthese von Wasserstoff und Stickstoff zu Ammoniak (NH3) statt. Die stehenden oder liegenden Reaktoren enthalten mehrere katalysatorbefüllte Betten, in denen das Gasgemisch in mehreren Durchläufen umgewandelt wird.

Um sicherzustellen, dass der benötigte Druck für die gewünschte Synthese konstant zur Verfügung steht, wird am Reaktoreinlass mittels eines temperaturabgeglichenen Transmitter-Druckmittlersystems auch unter hohen Temperaturen exakt gemessen. Während der mehrstufigen Reaktion entsteht viel Wärme, welche mittels Zwischenkühlstufen weggeführt wird. Die kritische Temperaturverteilung entlang der Reaktorbetten wird durch mehrere schnellansprechende Stufenthermometer mit rapidem Wärmeübergang überwacht.


Ammoniak-Synthese-Reaktor × F

Durchfluss

Durchfluss
L

Füllstand

Füllstand
P

Druck

Druck
T

Temperatur

Temperatur
Ammoniak-Synthese-Reaktor
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Ammoniak-Chiller

Nach der Ammoniaksynthese wird mittels eines Verbundsystems an Wärmetauschern und Ammoniak-Chillern das Gas in mehreren Stufen deutlich heruntergekühlt und verflüssigt. Zur kritischen Füllstandüberwachung werden oftmals diversitär redundante Sensoren eingesetzt. Differenzdrucktransmitter mit über Kapillaren angeschlossene vollverschweißte frontbündige Druckmittler geben die hydrostatische Füllstandssäule aus.

Füllstandsanzeiger mit Reed-Kette oder Magnetorestriktiv-Füllstandstransmitter mit Zweikammersystem lassen durch aufkochendes Ammoniakgas entstehende Gasblasen einfach am Schwimmer vorbeiziehen und sorgen somit für eine betriebsbewährte konstante analoge Messung mit stabilem Signal.


Ammoniak-Chiller × F

Durchfluss

Durchfluss
P

Druck

Druck
L

Füllstand

Füllstand
T

Temperatur

Temperatur
Ammoniak-Chiller
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Beratung, Konzeption, Realisierung – alles aus einer Hand

Präzise Kalibriergeräte sind die Ausgangsbasis zur Lösung Ihrer Prüfaufgabe. Sie bilden jedoch nur einen Teil eines leistungsstarken Kalibriersystems. Aus unserem umfangreichen Produktprogramm konzipieren wir für Sie eine individuelle Komplettlösung, die alle relevanten Komponenten beinhaltet: mit Adaptiermöglichkeit der Prüflinge, Druck- und Vakuumbereitstellung, Komponenten zur Druckregelung und Feindosierung bis hin zu Spannungsversorgung und Multimeter für die Kalibrierung elektrischer Prüflinge. Unsere besondere Stärke liegt in der Projektierung, Entwicklung und dem Bau von individuellen, anwenderspezifischen Komplettsystemen – vom einfachen Handarbeitsplatz bis hin zur vollautomatischen Prüfanlage in der Serienproduktion.

Kalibriertechnik und Kalibrierservices

Sie sind auf der Suche nach passendem Kalibrierequipment für Ihre Anwendungen? Verschaffen Sie sich einen Überblick über unser breites Angebot an Kalibratoren. Nutzen Sie außerdem unseren Kalibrierservice für Druck, Temperatur, Kraft, Durchfluss sowie elektrische Messgrößen. Wir kalibrieren herstellerunabhängig Ihre Referenzen und Prüfmittel in unseren akkreditierten Kalibrierlaboren oder direkt bei Ihnen vor Ort.

Weitere Services

WIKA unterstützt Sie mit weiteren Services – unsere Experten stehen Ihnen gerne zur Verfügung. Servicetechniker stellen sicher, dass Ihre Messgeräte bei Störfällen und Reparaturen in kürzester Zeit wieder funktionstüchtig sind. Von Druckcontroller, über Druckmittlersysteme bis hin zu Kalibrierbädern – Sie erhalten alles von uns aus einer Hand. Weiterhin installieren wir Ihre Messeinheiten und unterstützen Sie bei der Inbetriebnahme der Instrumentierung. Durch unsere lokalen Experten sind wir weltweit erreichbar, schnell verfügbar und auf individuelle Gegebenheiten eingestellt. Überzeugen Sie sich selbst.


Kalibrierung & Service
Kalibrierung & Service
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