Gasmischanlagen für die Energiewende: Prozesswärme mit H₂, rLPG und Biogas dekarbonisieren

Industrielle Prozesswärme mit bestehender Brennertechnik dekarbonisieren

Gasmischanlagen ermöglichen es, alternative Energieträger in industriellen Wärmeprozessen einzusetzen und die Nutzung fossiler Brennstoffe schrittweise zu reduzieren. In Industriezweigen wie Stahl, Glas und Keramik müssen dabei hohe Wärmeleistungen, eine gleichbleibende Gasqualität und eine zuverlässige Versorgung sichergestellt werden. Eine vollständige Umstellung auf grünen Wasserstoff ist für viele Unternehmen jedoch noch herausfordernd. Neben der begrenzten Verfügbarkeit erfordert der Einsatz häufig Anpassungen an Brennern, Sicherheitseinrichtungen und Versorgungssystemen.

LT GASETECHNIK entwickelt und fertigt Gasmischanlagen, die unterschiedliche Wege zur Dekarbonisierung eröffnen. Dazu gehören die Beimischung von Wasserstoff in Erdgas, die Herstellung eines Erdgasersatzes aus regenerativem Propan und Luft sowie die Anreicherung von Biogas mit regenerativem Propan. Ziel ist es, vorhandene Brennertechnik möglichst weiterzuverwenden und die Brenngasversorgung an die jeweiligen Standort- und Prozessbedingungen anzupassen.

Welche Möglichkeiten bieten Gasmischanlagen für die Dekarbonisierung?

Die Auswahl des geeigneten Verfahrens hängt von der verfügbaren Gasversorgung, dem Wärmebedarf und den technischen Anforderungen der angeschlossenen Verbraucher ab. Drei Lösungswege stehen dabei im Mittelpunkt:

• Wasserstoffbeimischung in Erdgas: Eine Gasmischanlage dosiert Wasserstoff präzise in den Erdgasstrom. Der H₂-Anteil lässt sich entsprechend der Brennerfreigabe, der Verfügbarkeit und den Prozessanforderungen einstellen. In vielen industriellen Anwendungen sind Beimischungen bis zu 20 Vol.-% möglich, in einzelnen Anwendungen auch bis zu 30 Vol.-%. Voraussetzung ist die Prüfung der gesamten Installation. Wegen des geringeren volumetrischen Heizwerts von Wasserstoff entspricht der Beimischungsanteil nicht unmittelbar der prozentualen CO₂-Einsparung.
• Erdgasersatz aus regenerativem Propan und Luft: Regeneratives Propan, auch rLPG oder Biopropan genannt, wird nach der Verdampfung mit Luft gemischt. Die Anlage stellt eine Gasqualität ein, die für die vorhandenen Erdgasbrenner geeignet ist. Ein wesentliches Kriterium ist der Wobbe-Index, der die energetische Austauschbarkeit von Brenngasen beschreibt. Dieser Ansatz ermöglicht eine vom Erdgasnetz unabhängige Brennstoffversorgung.
• Anreicherung von Biogas mit regenerativem Propan: Durch die Zugabe von rLPG lässt sich der Energiegehalt von Biogas gezielt erhöhen. Die automatische Regelung gleicht Schwankungen der Gaszusammensetzung aus. Neben Brennwert und Wobbe-Index müssen dabei auch der CO₂-Anteil und mögliche Begleitstoffe berücksichtigt werden. Je nach Biogasqualität ist eine zusätzliche Aufbereitung erforderlich.

Bei allen drei Verfahren ist die Kompatibilität mit den vorhandenen Brennern und Thermoprozessanlagen zu bewerten. Eine passende Gasqualität kann den Weiterbetrieb bestehender Technik ermöglichen. Eine generelle Zusage, dass keinerlei Anpassungen erforderlich sind, lässt sich daraus jedoch nicht ableiten.

Auch die Klimabilanz muss differenziert betrachtet werden. Regeneratives Propan und Biogas können fossile Brennstoffe ersetzen und die bilanziellen Treibhausgasemissionen reduzieren. Bei ihrer Verbrennung entsteht dennoch CO₂. Die erreichbare Minderung und eine mögliche Anerkennung im Emissionshandel hängen unter anderem von der Herkunft der Brennstoffe, den Nachhaltigkeitsnachweisen und den geltenden Regelungen ab.

Wie werden Gasqualität und Betriebssicherheit gewährleistet?

Für einen zuverlässigen Betrieb muss die Zusammensetzung des Mischgases auch bei wechselnden Lasten und schwankenden Eingangsgasqualitäten innerhalb der festgelegten Grenzen bleiben. Gasmischanlagen von LT GASETECHNIK kombinieren dafür eine geregelte Dosierung mit kontinuierlicher Gasanalyse. Je nach Anwendung werden der Wasserstoffanteil, der Brennwert, der Wobbe-Index oder der Sauerstoffgehalt überwacht.

Bei der H₂-Beimischung verbindet die Regelung eine vorgelagerte Verhältnissteuerung mit einer nachlaufenden Feinjustierung. Nach Angaben von LT GASETECHNIK erreichen entsprechend ausgelegte Anlagen eine Mischgenauigkeit von besser als ±0,5 Vol.-%, auf Wunsch auch bis zu ±0,2 Vol.-%. Die Automatisierung kann in übergeordnete Leitsysteme integriert werden.

Die sicherheitstechnischen Anforderungen unterscheiden sich je nach Gasgemisch. Wasserstoff besitzt gegenüber Erdgas eine höhere Flammengeschwindigkeit und einen breiteren Entflammbarkeitsbereich. Bei Propan/Luft-Anlagen muss insbesondere verhindert werden, dass unzulässige Mischungszustände entstehen.

Eine HAZOP-Studie dient dazu, mögliche Abweichungen vom vorgesehenen Betrieb systematisch zu untersuchen und geeignete Schutzmaßnahmen festzulegen. Daraus können beispielsweise zusätzliche Überwachungseinrichtungen, sicherheitsgerichtete Abschaltungen oder Anforderungen an die funktionale Sicherheit abgeleitet werden. Bei Propan/Luft-Systemen kann eine sicherheitsgerichtete Sauerstoffüberwachung Bestandteil dieses Schutzkonzepts sein.

Einsatzmöglichkeiten in Industrie und Energieversorgung

Gasmischanlagen kommen unter anderem bei Erwärmungs-, Glüh-, Schmelz- und Trocknungsprozessen zum Einsatz. Für Großverbraucher ist vor allem die Anpassung an wechselnde Leistungsanforderungen bei konstanter Mischgasqualität entscheidend.

LT GASETECHNIK hat Anlagen zur Wasserstoffbeimischung mit Volumenströmen von 10 bis über 3.000 Nm³/h realisiert. Für LPG/Luft-Anlagen nennt das Unternehmen einen realisierten Leistungsbereich von 0,5 bis 70 MW. Die Auslegung erfolgt jeweils auf Grundlage der benötigten Wärmeleistung, der Gasqualitäten und der betrieblichen Anforderungen.

Neben der regulären Brenngasversorgung eignen sich Propan/Luft-Anlagen als Backup bei Erdgasversorgungsunterbrechungen oder zur Spitzenlastabdeckung. Entsprechend ausgelegte Systeme können aus dem Stand-by in weniger als einer Minute gestartet werden. Auch für Standorte ohne Erdgasanschluss bieten sie eine zusätzliche Versorgungsoption.

Brennerprüfinstitute und Gasgerätehersteller nutzen Gasmischanlagen außerdem, um definierte Erdgasqualitäten und variable Wasserstoffanteile für Entwicklung, Prüfung und Zertifizierung bereitzustellen.

Anlagenengineering für eine schrittweise Dekarbonisierung

Gasmischanlagen können Unternehmen dabei unterstützen, alternative Brennstoffe in bestehende Produktionsprozesse zu integrieren. Die technische Auslegung muss dabei Gasqualität, Brennerverträglichkeit, Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit gemeinsam berücksichtigen. So entstehen Lösungen, die sich an veränderte Brennstoffverfügbarkeiten anpassen lassen und vorhandene Investitionen möglichst erhalten.

LT GASETECHNIK verfügt über mehr als fünf Jahrzehnte Erfahrung mit Industrie- und Brenngasen. Das Unternehmen hat weltweit über 2.000 Anlagen zur Regelung und Mischung geliefert, darunter rund 250 kundenspezifische Gasmischanlagen und etwa 90 Anlagen mit Wasserstoff als Mischkomponente.

Das Leistungsspektrum umfasst Konzept- und Detailengineering, Fertigung, Automatisierung, Inbetriebnahme und Wartung sowie Risikoanalysen und CE-Konformitätsbewertung. Als Teil der weyer gruppe kann LT GASETECHNIK zusätzlich auf Partner für Sicherheitsberatung, Explosionsschutz und Genehmigungsmanagement zurückgreifen.

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Alexander C. Hanf
weyer gruppe | LT GASETECHNIK
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