Anlagenbau & Prozesstechnik

Prozessindustrie im liberalisierten Gasmarkt

Union Instruments sichert mit fortschrittlicher Gas-Messtechnik Prozesse und Maschinen

13.08.2014 -

Die Liberalisierung des Erdgasmarktes in Deutschland und Europa bringt deutliche Veränderungen für private und gewerbliche Verbraucher. Neben einer größeren Versorgungssicherheit und längerfristigen Vorteilen aus zunehmendem Wettbewerb wird eine wachsende Instabilität der Gasbeschaffenheit im Gasnetz bei Gasversorgern und in speziellen Bereichen der Prozessindustrie Schwierigkeiten bereiten. Hier kann ein verstärkter Einsatz moderner Gasmesstechnik helfen, Beeinträchtigungen von Produkten, Prozessen und Maschinen zu vermeiden.

Erdgas und erdgasähnliche Gase wie Biomethan (angereichertes Biogas, auch mit Bio-Erdgas bezeichnet), Grubengas und andere spielen heute in der Energieversorgung von Haushalten, Gewerbe und Industrie eine zunehmend große Rolle. Das bringt ökonomische und ökologische Vorteile: Erdgas und die regenerativen Gase sind zukunftssicher, denn weltweit sind große Vorkommen bekannt und werden neue erschlossen, z. B. durch das Fracking. Gase sind leicht zu transportieren (Pipelines, Erdgasnetze, LNG-Tanker, LNG-Terminals) und Erdgas weist zudem die günstigste Umweltbilanz aller fossilen Brennstoffe auf. Zusätzlich bilden die bestehenden Gasnetzte, allein in Deutschland mit über 450 000 km Länge, attraktive Infrastrukturen, über welche Haushalte, Gewerbe und Industrie mit Gas versorgt werden können.

Für die Einspeisung in das deutsche Gasnetz gibt das Blatt G 260 des Regelwerks des DVGW (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfachs) die Grenzen der Gasbeschaffenheit durch den dafür als Kenngröße dienenden Wobbe-Index vor. Angesichts der bisher weitgehend konstanten Einspeisung von L(Low)-Gas aus deutschen und niederländischen Quellen und H(High)-Gas aus Norwegen und Russland wurden im deutschen Netz diese Grenzen bis heute nie erreicht oder gar überschritten. Dieser stabile Zustand wird sich als Folge der Gasmarkt-Liberalisierung zukünftig zu Lasten besonderer industrieller Verbraucher ändern.

Folgenreiche Gasmarkt-Liberalisierung

Angesichts seiner volkswirtschaftlichen Bedeutung ist der Erdgasmarkt ein Thema deutscher und europäischen Politik geworden. Dabei wird das Ziel verfolgt, durch eine Liberalisierung in Richtung von mehr Bezugsquellen in mehr Ländern und Maßnahmen wie Trennung von einspeisenden und transportierenden Unternehmen die Versorgungssicherheit für diesen Energieträgern zu erhöhen und gleichzeitig den freien Wettbewerb für ein zumindest stabiles Preisniveau zu nutzen.

Diesen positiven Aspekten stehen jedoch auch Schwierigkeiten gegenüber: Die steigende Zahl von Bezugsquellen für Gase unterschiedlicher Herkunft, die Zunahme von LNG -Anteilen und schließlich die Einspeisung von Bio-Erdgas und möglicherweise von Wasserstoff aus PtG (Power-to-Gas)-Anlagen wird in den Netzen zu bisher unbekannten räumlichen und zeitlichen Schwankungen der Gasbeschaffenheit und damit des Brennwertes führen. Das aber kann einigen Bereichen der Prozessindustrie wie Glas und Keramik, aber auch Metall und Chemie mit ihren teilweise sehr temperatursensiblen Produktionsverfahren Schwierigkeiten bereiten. Weiterhin entsteht prinzipiell bei allen Verbrauchern eine Abrechnungsunsicherheit z.B. bei Stadtwerken gegenüber ihren Lieferanten, da die Gaszusammensetzung innerhalb eines vereinbarten Liefervolumens und damit die gelieferte und zu bezahlende Energie schwanken kann.

Thermoprozesse und Gasturbinen betroffen

Im Bereich der Glas-, Keramik- oder Metallindustrie sowie in Teilen der chemischen Industrie kann die Produktqualität, aber auch Effizienz und Schadstoffemission der jeweiligen Prozesse, durch Schwankungen der Gasbeschaffenheit des zugeführten Brenngases negativ beeinflusst werden können. Verstärkt wird dieser Effekt noch durch den Umstand, dass viele Anlagen hinsichtlich wichtiger Parameter bereits optimiert wurden und daher auf thermische Änderungen besonders sensibel reagieren. In manchen Prozessen ist sogar Form und Größe der Flamme ein wichtiger Parameter, dessen Änderung negative Auswirkung auf die Produktqualität hat. Viele Unternehmen haben diesen Zusammenhang mittlerweile erkannt und für Abhilfe durch Installation einer geeigneten Gas-Messtechnik in ihre Steuersysteme gesorgt. Es muss jedoch davon ausgegangen werden, dass andere Betriebe sich dieser Auswirkung auf ihre Prozesse und Produkte noch nicht voll bewusst sind.

Eine ähnliche Situation findet sich im Bereich der Strom- und Wärmegewinnung durch Gasmotoren und Gasturbinen. Diese werden in der Regel vom Hersteller bereits für den Betrieb mit einer bestimmten Gasqualität optimiert und reagieren daher auf Änderungen der Gaszusammensetzung durch sinkenden Wirkungsgrad und steigende Schadstoffemission, fallweise auch durch Vibrationen, Klopfen oder gar Flammenrückschläge, was zu Lebensdauerverkürzung oder gar Zerstörung der Anlage führen kann.

Abhilfe durch Gas-Messtechnik

Der liberalisierte Gasmarkt bringt also für bestimmte Bereiche der Prozessindustrie Herausforderungen mit sich, die gelöst werden müssen. Eine Möglichkeit besteht in der Weiterentwicklung von Gasbrennern und Gasmotoren in Richtung größerer Verträglichkeit bezüglich Schwankungen der Brenngaseigenschaften. Ein anderer, zunehmend genutzter Lösungsweg ist jedoch die Einbindung von geeigneter Gasmesstechnik als Feldgerät in die Steuer- und Regelsysteme der Prozessanlagen. Damit können Änderungen des Brenngases rechtzeitig erkannt und Maßnahmen zur Schadensverhinderung eingeleitet werden.

Das Verbrennungskalorimeter CWD2005 ermöglicht die direkte Ermittlung des Wobbe-Index ohne Analyse der Gaszusammensetzung und ohne weitere Berechnungsschritte. Das zu messende Gas wird verbrannt und die dabei entstehende Reaktionswärme durch Mischung mit einem Wärmeträger (z. B. Luft) an diesen abgegeben. Die Temperaturerhöhung des Wärmeträgers ist dann proportional zum Wobbe-Index des Gases. Gleichzeitig wird die relative Dichte des Gases gemessen und aus beiden Werten Heizwert bzw. Brennwert errechnet. Bei Erweiterung mit einem Gasvolumen-Zähler und einem Energie-Umwerter bestimmen diese Geräte die über einen bestimmten Zeitabschnitt gelieferte Energiemenge. Ein aktuelles Beispiel hierfür ist das EMS von Union Instruments. Verbrennungskalorimeter sind einfach zu handhaben, erfordern eine nur mäßige Investition und arbeiten kontinuierlich, was sie zur Einbindung in Leitsysteme besonders geeignet macht.

Mittlerweile stehen weitere Analysenmethoden zur Verfügung. Eine besonders fortschrittliche Analysenmethode verwendet selektive Sensoren, oft in Miniaturtechnik, um die Konzentration bestimmter Gaskomponenten kontinuierlich und automatisch zu bestimmen. Zu dieser Geräteklasse gehören die Gasanalysatoren aus der Geräteserie INCA.

Betreiber von prozesstechnischen Anlagen sind also in der vorteilhaften Position, bei der Gas-Messtechnik je nach Aufgabenstellung und verfügbarem Budget zwischen Alternativen wählen zu können. Alle genannten Verfahren haben ihre spezifischen Leistungsprofile und alle sind geeignet, in Steuerungssysteme der Prozessindustrie integriert zu werden. Sie sind damit ein Mittel, im Anlagenbetrieb Änderungen der Gasbeschaffenheit rechtzeitig zu erkennen und damit Prozesse und Maschinen zu schützen.

Messtechnik für alle Einsatzbereiche

Union Instruments gehört mit seinen modular aufgebauten Geräteserien CWD, EMS und INCA zu den führenden Anbietern von Geräten bzw. Systemen zur Analyse von Erdgas, Biogas, Biomethan sowie der Prozessgase der Eisen- und Stahlbranche.

Die kontinuierlich messenden Verbrennungskalorimeter CWD2005 können auf bestimmte Einsatzgebiete ausgerichtet werden kann, z. B. für eichamtliche Messungen, zum Betrieb in Ex-Bereichen oder zum Einsatz auf Öl-Bohrinseln.  Die modular aufgebauten Gasanalysatoren INCA zum Nachweis der Komponenten CH4, CO, CO2, C2+, H2S, O2 und H2 sind besonders für den Erdgas- und Biogasmarkt geeignet. Das Messsystem EMS2005 dient zur direkten Bestimmung einer über einen bestimmten Zeitraum transportierten Energiemenge; es ist für eichamtliche Messungen zugelassen und findet seinen Einsatz überall dort, wo die tatsächlich bezogene und zu bezahlende Energiemenge ermittelt werden soll.

Die mit der Liberalisierung des Gasmarktes verbundene Instabilität der Gasbeschaffenheit im Gasnetz stellt neue Anforderungen an die Verbraucher. Den resultierenden fiskalischen und technologischen Schwierigkeiten kann durch Einsatz moderner Gasmesstechnik begegnet werden. Union Instruments stellt dafür geeignete Geräte und Systeme bereit.

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