Müll ist wertvoll. Aus sogenannten festen Siedlungsabfällen wie Verpackungen, Papier oder Lebensmittel lässt sich beispielsweise Treibstoff für Flugzeuge gewinnen. Während des Herstellungsprozesses erfordert die Kontrolle exothermischer Reaktionen eine zuverlässige und präzise Temperaturüberwachung. Dazu ist ein Stufen-Thermoelement notwendig. Ein Hersteller von nachhaltigem Flugkraftstoff oder SAF („Sustainable Aviation Fuel“) nutzt für diese Aufgabe den Typ TC97 von WIKA-Gayesco, ein Sensor in Miniaturausführung für enge Einbausituationen.
Der SAF-Produzent nimmt Kunststoffabfälle als Ausgangsmaterial für seinen Treibstoff. Er lässt sie in großen Mengen zu Feeds schreddern. Diese werden anschließend in einem Vergasungsprozess zersetzt und auf diese Weise zu einem Synthesegas, kurz: „Syngas“, verarbeitet. Im Gegensatz zu einer Verbrennung handelt es sich hierbei um ein geschlossenes Verfahren, das keine Schadstoffe in die Atmosphäre abgibt.
Ein Rohrbündelreaktor dient zur Erzeugung von Rohölersatz, aus dem später der nachhaltige Flugkraftstoff raffiniert wird. Der hier abgebildete Querschnitt eines solchen Reaktors mit Stufen-Thermoelementen zur Temperaturüberwachung ist nicht maßstabsgerecht.
Aus „Syngas“ entsteht ein Rohölersatz
Im nächsten Herstellungsschritt wird das „Syngas“ in einem Rohrbündelreaktor über das Fischer-Tropsch-Verfahren zu einem Rohölersatz umgewandelt, dem „Syncrude“. Dieser Prozess vollzieht sich in Rohren, die eine spezifische Anzahl Füllkörper mit einem herstellereigenen Katalysator enthalten. Jedes Rohr hat eine Länge von 18 Metern.
Neun Stufen-Thermoelemente notwendig
In den Katalysatorrohren treten Temperaturen bis zu +327 °C auf. Eine genaue Kenntnis über das Temperaturprofil in dem Prozess ist entscheidend für dessen effizienten Betrieb und letztlich für die gewünschte Produktqualität. Die hohen Temperaturen stellen dabei keinesfalls die einzige Herausforderung dar. Die Katalysatorrohre haben einen Durchmesser von fünf Zentimetern, entsprechend gering fällt die Bohrung für das Stufen-Thermoelement aus. Dessen Durchmesser muss kleinstmöglich dimensioniert sein, damit das Messgerät die Reaktion nicht beeinträchtigt. Um ein aussagekräftiges Temperaturprofil der Abläufe im Reaktor zu erhalten, sind neun Rohre mit einem Stufen-Thermoelement zu instrumentieren.
Messaufgabe auf kleinstem Raum
Für diese Messaufgabe auf kleinstem Raum wählten die Temperatur-Spezialisten von WIKA-Gayesco den Miniatur-Sensor TC97, ein in exothermen Hochtemperatur- und Hochdruck-Rohrbündelreaktoren bewährtes Stufen-Thermoelement. Sie fertigten neun Geräte mit jeweils 13 Messpunkten in einer 18 Meter langen Sensorhülle, deren Durchmesser lediglich 4,7 Millimeter beträgt.
Temperaturprofil zum frühzeitigen Erkennen prozessgefährdender Hotspots
Die einzelnen Sensoren sind so positioniert, dass sie zusammengenommen die Prozesstemperatur über 39 vordefinierte Höhen im Katalysatorbett hinweg erfassen. Aufgrund der hohen Messqualität und der kurzen Ansprechzeit des TC97 erhält der SAF-Hersteller ein Temperaturprofil, das ihm eine schnelle Reaktion auf Entwicklungen im Prozess ermöglicht. Er kann frühzeitig die Bildung schädlicher Hot Spots als Folge eines unsachgemäßen Prozessverhaltens erkennen sowie die Lebensdauer des Katalysators bewerten.
Stufen-Thermoelement gewährleistet einen dreijährigen Betriebszyklus
Die Installation der Messgeräte erfolgte unter herausfordernden Bedingungen. Es galt, jedes Stufen-Thermoelement durch eine Reihe eng tolerierter Öffnungen zu führen. Wegen des widerstandsfähigen Werkstoffs der Hülsenummantelung und mit Hilfe eines Zugdrahts sowie eines Montagemechanismus gelang der Einbau problemlos. Die TC97 sind entsprechend der Anwendung robust ausgeführt, um analog zur angestrebten Nutzungsdauer des Katalysators einen dreijährigen Betriebszyklus zu gewährleisten. Ihre Signale werden über ein flexibles Kabel via 4 … 20-mA-Transmittern an das DCS- und SIS-System übertragen. Das in dem Fischer-Tropsch-Reaktor gewonnene „Syncrude“ wird anschließend zum Endprodukt raffiniert. Nachhaltiger Flugkraftstoff ist frei von Schwefel, Feinstaub und anderen Verunreinigungen. Im Vergleich zu einem Treibstoff auf fossiler Basis verursacht er 80 Prozent weniger Treibhausgasemissionen.
Hinweis
Detaillierte Informationen zum Stufen-Thermoelement-Sensor TC 97 sowie zu anderen Multipoints erhalten Sie auf der WIKA-Webseite. Dort geben wir Ihnen zudem einen Überblick über weitere Messlösungen für die Öl- und Gas-Industrie. Bei Fragen steht Ihnen Ihr Ansprechpartner gerne zur Verfügung.
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