Real-time flowmeting cruciaal voor duurzaam CO2- en waterstofproject

De Nederlandse onderzoeksorganisatie TNO richt zich op innovaties binnen een tiental domeinen. Ook projecten voor de grootindustrie passeren regelmatig de revue. We bekijken hier het STEPWISE project, een proces dat hoogovengassen viseert, met als doel de staalproductie CO2-neutraler te krijgen. Het project kwam neer op een cascade van uitdagingen, waarbij de accurate real-time meting van uitgaande gasstromen een allesbepalend orgelpunt vormde. Hiervoor kon het project terugvallen op de ultrasone flowmetertechnologie van KROHNE.

Het basisprincipe van het proces bestaat in het strippen van CO2 uit de hoogovengassen, nog voor deze in een energiecentrale worden verbrand. De technologie hierachter heet Sorption Enhanced Water Gas Shift, of kortweg SEWGS. Het STEPWISE proces verwerkt hierbij drie verschillende gasmengsels: Blast Furnace Gas, Coke Oven Gas en Basic Oxygen Furnace Gas.

In een eerste fase zet de installatie koolmonoxide en stoom om in CO2 en waterstofgas, en scheidt aansluitend beide gassen door het CO2 in een kolom onder hoge druk aan een selectief absorptiemateriaal te hechten. 

CO2 -gas wordt hierdoor in dit materiaal geïmmobiliseerd, terwijl tegelijkertijd een H2-rijke stoom ontstaat die gegeerd is voor tal van andere processen. De recuperatie van zowel H2 als CO2 uit de kolom gebeurt echter bij lage druk, waarna de gasstromen in aparte leidingen naar een volgende processtap worden gevoerd.

In deze uitgaande leidingen monitoren KROHNE flowmeters  de gasstromen, waaruit meteen de kwaliteit van de scheidingsfase kan worden afgeleid.

Het real time opmeten van de uitgaande gasstromen is echter allesbehalve evident, omdat de gassen temperaturen van toch 500°C bereiken. Bovendien verlaten de gassen de kolom bij lage druk, waardoor de drukval over de meting zelf miniem moest blijven. 

De samenstelling van de gassen die de kolom verlaten, vormt een ander probleem, omdat het gasmengsel al aan de basis kan verschillen, en bovendien over de volledige duur van de batch verder zal variëren. 

Dit voegde een bijkomend criterium toe aan de vereisten van de flowmeter: deze diende immers verschillende samenstellingen aan te kunnen, en op elk ogenblik toch nog ononderbroken de gasstroom blijven meten.  

Uiteindelijk viel de keuze op de OPTISONIC 8300 van KROHNE, een ultrasone flowmeter die voor dit soort vraagstukken een uitgelezen oplossing bleek. De intrinsieke eigenschappen van de flowmeter zijn daar niet vreemd aan. 

De OPTISONIC 8300 creëert een te verwaarlozen drukval over de meting zelf, behoeft geen kalibratie en is evenmin onderhevig aan slijtage of vervuiling. Dat laatste is een belangrijk pluspunt bij processen die, zoals STEPWISE, af en toe stilstaan. Bovendien kan de meter zo volledig in de installatie ingelast worden.  

Doorslaggevend zijn echter de technische kenmerken die haast perfect aansluiten bij de proceskarakteristieken van het STEPWISE proces. De flowmeter werd immers specifiek ontwikkeld voor hoog temperatuur gassen zoals stoom, met een bewezen efficiëntie voor CO2 en H2. De OPTISONIC 8300 meet volgens het ultrasone meetprincipe transit-time en kan daardoor voor zowel verschillende gassen en gassamenstellingen worden ingezet. De werking is onafhankelijk van de gassamenstelling. Ook worden real-time de transitiefases van de mengverhouding van het gas gevolgd. Zo kunnen de batches compleet worden gemeten, zonder dat er verlies van meetwaardes optreedt.