Het belang van accuraat meten bij ammoniak

Nederland wil waterstof importeren en de beste drager hiervoor lijkt momenteel ammoniak te zijn. Het wordt in de haven gekraakt in stikstof (N2) en waterstof of als ammoniak verder getransporteerd. Procesmetingen voor efficiëntie, kwaliteit en veiligheid zijn daarbij van groot belang. In Nederland is hier al enige ervaring mee; wereldwijd is de ervaring nog veel groter. Endress+Hauser brengt die kennis binnen bereik voor bedrijven in Nederland.

Tekst: Kim de Booij

“Veel van onze collega’s binnen Endress+Hauser hebben al ervaring met ammoniakmetingen opgedaan in onder meer Amerika, Azië, Australië en het Midden-Oosten en delen die kennis binnen de groep”, vertelt Arjan van Ginkel, industry manager bij Endress+Hauser. “We weten dus waar we het over hebben, wat veilig werkt, en hebben dit ook in onze producten verwerkt. Daar hechten onze klanten veel waarde aan.” 

Ammoniakopslag

Endress+Hauser adviseert over wat er aan metingen nodig is om veilig met ammoniak om te gaan. “Eerst willen we graag weten hoe de locatie eruit gaat zien en waar er gemeten moet worden. Als de ammoniak bijvoorbeeld wordt opgeslagen, willen we graag weten of dit koud vloeibaar, bij -33°C is, of warm vloeibaar, onder 9 bar druk.” 

Thermal overload

Bij opslag als koud vloeibaar product is er bijvoorbeeld het risico van thermal overload. “Er ontstaat een risico tot vergassing door de onbedoelde toevoeging van een warmer product. Nauwkeurige temperatuurmetingen tezamen met druk-, dichtheid- en niveaumetingen zijn erg belangrijk om de veiligheid te waarborgen”, aldus Van Ginkel.

Corrosiegevaar

Corrosie kan leiden tot onveilige situaties. “Hoewel het toevoegen van water aan vloeibare (watervrije) ammoniak een gangbare en bewezen praktijk is om spanningscorrosie (stress corrosion cracking, SCC) van koolstofstaal te voorkomen, is het ammoniakgas nog steeds schadelijk voor afsluitingen en afdichtingsringen. De kans is groot dat de transmitterbehuizing van een niveaumeter hierdoor aangetast raakt. Koper en koperlegeringen moeten daarom vermeden worden.”

Veiligheid voor mens en milieu

Omdat Nederland zich bewust is van de gevaren met ammoniak, is er een handreiking voor bedrijven die ammoniak produceren, transporteren, opslaan, kraken en/of gebruiken. Deze kennen we als Publicatiereeks Gevaarlijke Stoffen (PGS). “Voor ammoniak geldt PGS 12:2024/2025 (fase 1) voor nieuwe koude vloeibare opslag (-33 °C) en PGS 12:2021 (interim) voor warme drukopslag en bestaande installaties. In de PGS staat onder meer beschreven dat bij koude opslag heterogeen redundant gemeten moet worden. Dit betekent dat er twee verschillende niveaumetingen naast elkaar ingezet moeten worden. Wat wij vaak zien is dat er naast de ProServo ook drukverschilmetingen gebruikt worden. De toevoeging van een derde druksensor geeft dan ook de dichtheid in de tank aan. Daarnaast zijn er nog diverse andere veiligheidsmetingen in gebruik, zoals een overvulpreventiemeting op basis van trilvork-technologie. Ook wel bekend als high high alarm.” 

Chemische reactie: 2NH3​→3H2​+N2​

Bij het kraken wordt de vloeibare ammoniak eerst verdampt en voorverwarmd. Vervolgens wordt het in een continu reactieproces gekraakt en ontstaat een gasmengsel van N2, H2 en onverkraakt NH3. Van Ginkel legt uit wat het belang van energiemetingen hierin is. “Het reactieproces is endothermisch en heeft dus warmte nodig. Afhankelijk van de katalysator ligt de temperatuur tussen de 450°C en 900°C. Via nauwkeurige energiemetingen kun je hierin optimale efficiëntie bereiken en dus kostenbesparing realiseren.” 

Volume en massa

Om het ammoniakproces te optimaliseren, is een consistente en accurate meting van alle stromen noodzakelijk, geeft Van Ginkel aan. “Hierbij gaat het om het meten van alle ingaande en uitgaande stromen. Die meet je het liefst in kilo’s, niet in volume/dichtheid. De reden daarvoor is dat het volume van iets kan veranderen doordat de dichtheid verandert. Een kilo gas bij 1 bar druk heeft meer ruimte nodig dan bij 10 bar. Het gewicht blijft steeds hetzelfde en is dus de constante.

Door dus zoveel mogelijk in massa te meten en conversies te voorkomen, want die leiden tot een grotere meetonzekerheid, kan je in- en uitgaande stromen het best vergelijken. Zo leg je een solide basis voor procesverbeteringen, kostenbesparingen, energiebesparingen en ook een verhoging van de veiligheid omdat je lekken sneller kan detecteren. Ook hierin adviseren wij onze klanten.” 

Waar betaal je voor

Naast het gewicht is de dichtheid van een gas ook heel belangrijk. “Stel je hebt de waterstof gekraakt en er zit nog 0,1 procent stikstof in je waterstof. Als je dit niet weet, krijg je een behoorlijke fout in je massabalans. De dichtheid van waterstof bij 0°C en 1 bar is namelijk 0,0899kg/m3 en die van stikstof (N2) 1,25kg/m3. Als je dan alleen uitgaat van de massa, betaal je dus vaak te veel. Bij gassen, en ook bij vloeistoffen, gaan dus de metingen van hoeveelheid en kwaliteit hand in hand.” 

Alles in huis

Endress+Hauser heeft een compleet portfolio om in alle metingen rondom ammoniak te voorzien en de kennis en ervaring in huis om hierin goed te adviseren. “Daarin zijn we uniek.”