Raman-Spektroskopie optimiert den Prozess

„Die Raman-Spektroskopie ist ein Schlüssel, Gasturbinen-Kraftstoffsysteme (Bild 4) zukunftssicher zu machen“, betont C. Marcon. Die fortschrittliche optische Analysetechnik nutzt Laserstrahlung zur Erzeugung von Licht im sichtbaren oder nahen infraroten Wellenlängenbereich, um Moleküle in einer Probe anzuregen. Durch die Energieübertragung kommt es zu einer Verschiebung (Shift) einergeringen Menge des Laserlichts (Raman-Shift). Die resultierende Streustrahlung ändert ihre Farbe je nach Art der im Gas enthaltenen Chemikalien. Ein Raman-Analysator misst diese gestreuten Farben, um die Bestandteile des Gases zu bestimmen, und die Intensität jeder Farbe, um Konzentrationen der Komponenten zu bestimmen. Damit ist die Raman-Methode ideal für die Analyse von sich schnell ändernden und gemischten Gasturbinen-Kraftstoffen.

Mittlerweile ist die ehemals dem Einsatz im Labor vorbehaltene Technologie als robuste Inline-Prozesslösung verfügbar und bewährt. Dabei wird der Analysator über Lichtwellenleiter direkt mit bis zu vier Sonden im Gasstrom verbunden. Im Fall von Longe Ride Energy wurde der Rxn5 mit einer Raman-Rxn-30-Sonde kombiniert. Sie benötigt 15 s, um eine genaue Messung in der Hautptgasleitung durchzuführen. Gängige Gaschromatografen brauchen mehrere Minuten für eine Analyse. „Die Messung der Zusammensetzung nahezu in Echtzeit ermöglicht auch die Berechnung des Kohlenwasserstoff-Taupunkts. Dieser ist entscheidend für die Vermeidung von Kondensat, das zu einer Verkokung des Brenners führen kann. Zudem besteht bei Wasserstoff gemischen eine höhere Wahrscheinlichkeit für einen Flammenrückschlag, wenn die Verbrennungsbedingungen nicht an die Eigenschaften des Mischbrennstoffs angepasst werden“, sagt C. Marcon.

Erste Erfolge und Erkenntnisse

In der Zwischenzeit konnte Long Ridge Energy dem Erdgas schon mehrmals erfolgreich bis zu 5 % Wasserstoff beimischen. Er wurde von einem nahen gelegenen Chemie unternehmen bereit gestellt. Auch die weitere Erhöhung des Wasserstoff anteils ist mit dem entwickelten Einspritzsystem möglich: Die Kapazität der Wasserstoff-Einspritzleitung vor Ort kann zukünftig mit dem Coriolis-Durchflussmesser Proline Promass X für maximale Durchflussraten sowie geringfügigen Änderungen an der Verrohrung erweitert werden. Ebenso kann das Raman-Rxn5-Analysegerät an spezifische Kraftstoff anforderungen angepasst werden und eine breite Palette von Kraftstoffmischungen verarbeiten, ohne Systemkomponenten ändern zu müssen. „Diese technologische Flexibilität wird den zukünftigen Expansions bemühungen des Unternehmens erheblich zu gute kommen, wenn die Anlage von den derzeitigen Demonstrationsmischungen auf Produktionsverhältnisse von 20 % und mehr umsteigt“, sagt der Branchenmanager. 

Neuentwicklung optimiert Einspritz-Prozess noch weiter

Endress+Hauser selbst hat die Erkenntnisse dieser Installation in die Entwicklung eines Skids einfließen lassen. Es kombiniert Coriolis-Durchflussmessungen sowie Raman-Spektrometrie zu einer Lösung für das Beimischen von Wasserstoff in Brennstoffsystemen und Pipelines. Das Skid ermöglicht es, den Einspritz-Prozess komplett zu automatisieren und die Zusammensetzung des Brennstoffgemischs nach der Einspeisung auch über lange Strecken zu überwachen. „Die Erfahrung von Long Ridge Energy hat gezeigt, dass die wichtigsten Änderungen, die erforderlich sind, um die Verwendung von Wasserstoff gemischen zu ermöglichen, außerhalb der Turbine selbst vorgenommen werden müssen“, bilanziert C. Marcon. „Das ist ermutigend, denn das bedeutet, dass viele andere Gasturbinen mit nur geringfügigen Anpassungen und Nachrüstungen mit Wasserstoffgemischen betrieben werden können. Auf diese Weise kann die Kraftwerksindustrie rund um die Welt zur Dekarbonisierung der Stromerzeugung beitragen.“

Literatur

1. Endress+Hauser AG, Reinach/Schweiz: www.endress.com
2. Long Ridge Energy Generation, Hannibal, Ohio/USA: www.longridgeenergy.com