Wasserstoffverdichtung: Umfüllung vom Trailer in Flaschenbündel
Letzte Änderung: , Autor: sera Group, Fachartikel
Beim Umfüllen von Wasserstoff aus einem Trailer in Flaschenbündel reicht das natürliche Druckgefälle nur bis zu einem bestimmten Punkt. Soll der vorhandene Wasserstoff weiter genutzt und gleichzeitig ein deutlich höherer Enddruck erreicht werden, ist eine zusätzliche Verdichtung erforderlich. Beim Sauerstoffwerk Friedrichshafen übernimmt diese Aufgabe eine zweistufige, redundant aufgebaute Kompressorlösung.
Warum Überströmen allein nicht ausreicht
Beim Transport gasförmigen Wasserstoffs treffen unterschiedliche Druckniveaus aufeinander. Soll Wasserstoff aus einem Trailer in einen Speicher oder in Flaschenbündel übertragen werden, kann zunächst das vorhandene Druckgefälle genutzt werden.
Mit fortschreitender Entleerung sinkt jedoch der Druck im Trailer. Gleichzeitig steigt der Druck auf der Empfängerseite. Irgendwann reicht die Druckdifferenz für eine weitere Befüllung nicht mehr aus.
Genau an diesem Punkt wird der Wasserstoffkompressor zum entscheidenden Bestandteil der Umfüllstation. Er ermöglicht die weitere Übertragung des Gases auch dann, wenn das natürliche Druckgefälle nicht mehr genügt.
15 bar auf der einen, bis zu 500 bar auf der anderen Seite
Für die Sauerstoffwerk Friedrichshafen GmbH wurde eine Anlage realisiert, mit der Wasserstoff aus einem Trailer in Flaschenbündel umgefüllt wird. Dabei besteht eine erhebliche Differenz zwischen dem gewünschten Restdruck im Trailer und dem Enddruck der Flaschenbündel.
Die eingesetzte Kompressorlösung ermöglicht laut sera, den Trailer bis auf einen Restdruck von 15 bar zu entleeren und die Flaschenbündel gleichzeitig auf bis zu 500 bar zu befüllen. Aufgrund dieser Druckdifferenz erfolgt die Verdichtung zweistufig.
Der technische Nutzen liegt auf der Hand: Der Trailer muss nicht bereits dann gewechselt werden, wenn sein Eigendruck für eine weitere Überströmung nicht mehr ausreicht. Durch die aktive Verdichtung kann ein größerer Teil der vorhandenen Gasmenge für die Befüllung genutzt werden.
Zweistufige Verdichtung bei großer Druckdifferenz
Bei einer mehrstufigen Verdichtung wird das gesamte Druckverhältnis nicht in einem einzigen Verdichtungsschritt erzeugt. Stattdessen wird die Druckerhöhung auf mehrere Stufen verteilt.
Welche Kompressorkonfiguration für eine konkrete Wasserstoffanwendung erforderlich ist, hängt unter anderem von Eingangsdruck, gewünschtem Enddruck, Volumenstrom und Betriebsweise ab. Bei der Anwendung in Friedrichshafen führte die Kombination aus niedrigem angestrebtem Restdruck im Trailer und hohem Befülldruck zur zweistufigen Ausführung.
Damit wird deutlich, warum die Angabe „Wasserstoff bis 500 bar“ allein für die Auswahl eines Kompressors wenig aussagekräftig wäre. Für die technische Auslegung muss immer die gesamte Verdichtungsaufgabe betrachtet werden.
Redundanz für die Gasversorgung
Neben dem Druckverhältnis war bei dem Projekt die Anlagenverfügbarkeit eine zentrale Anforderung. Deshalb wurden zwei identische Kompressoren gemeinsam in einem Container installiert.
Fällt ein Kompressor aus oder befindet er sich in Wartung, kann der zweite weiter betrieben werden. Nach Angaben von sera stehen dadurch mindestens 50 Prozent der Förderleistung weiterhin zur Verfügung. Die benötigten Befüll- und Entleerungsarmaturen für Trailer und Flaschenbündel werden in der Gesamtanlage ergänzt.
Die Anwendung zeigt exemplarisch, dass bei Wasserstoffverdichtung nicht allein der maximale Druck betrachtet werden sollte. Eingangsdruck, Enddruck, erforderlicher Volumenstrom, Restgasnutzung, Redundanz und Einbindung in die vorhandene Gaslogistik bestimmen gemeinsam das Anlagenkonzept.