Bedeutung von Flüssigkeitsringverdichtern für Wasserstoff

Wasserstoff ist ein wichtiger Grundstoff, der in vielen industriellen Prozessen benötigt wird. Als Wegbereiter der Energiewende kommt Wasserstoff außerdem eine Schlüsselrolle zu, wodurch der Bedarf und damit auch die Produktionskapazitäten erheblich gesteigert werden. Zur Weiterverarbeitung muss der Wasserstoff in der Regel verdichtet werden. Die niedrige Dichte und Zündenergie bringen neben einigen produktionsspezifischen Anforderungen auch Herausforderungen für die Verdichtung von Wasserstoff mit sich.

Flüssigkeitsringkompressoren sind besonders geeignet, die spezifischen Anforderungen der Wasserstoffverdichtung einfach und sicher umzusetzen, wie die nachfolgende Betrachtung zeigt.

Generell können Flüssigkeitsringverdichter mit unterschiedlichsten Medien betrieben werden. Bei der Wasserstoffverdichtung wird üblicherweise Wasser als Arbeits- und Dichtmedium eingesetzt. Dies macht Nash Flüssigkeitsringkompressoren unempfindlich gegenüber feuchtgesättigten Gasen, wie sie beispielsweise aus der Elektrolyse kommen. Selbst ein gewisser Flüssigkeitsanteil im Gas, der etwa bei Störfällen auftreten kann, ist problemlos mitförderbar.

Die Verdichtung erfolgt nahezu isotherm und bewirkt, dass bei feuchtem Wasserstoff ein Teil des Wasserdampfes schon im Verdichtungsraum kondensiert. Trocknungssysteme können dem Verdichter nachgeschaltet und durch die in diesem Fall vorgeschaltete Kompression und Kondensation deutlich kleiner dimensioniert werden.

Mit Nash Flüssigkeitsringkompressoren kann Wasserstoff auf bis zu 8 Bara verdichtet werden. Werden höhere Drücke benötigt, so können andere Verdichtersysteme nachgeschaltet werden. Dabei kann der Übergabedruck so optimiert werden, dass sich für das Gesamtsystem inklusive der Zwischentrocknung, die für den jeweiligen Bedarfsfall wirtschaftlichste Variante ergibt.

Der permanente Kontakt des Gases mit der Betriebsflüssigkeit ermöglicht in Kombination mit der nahezu isothermen Verdichtung den gefahrlosen Betrieb explosionsfähiger Gase wie Wasserstoff. Atex-Zertifizierungen sind für alle Kategorien, Gasgruppen und Temperaturklassen erhältlich.

Bei Flüssigkeitsringverdichtern wird der Gasstrom kontinuierlich den Schaufelzellen zugeführt und verdichtet, so dass keinerlei Pulsationen im Gasstrom auftreten. Der Druck kann somit sehr präzise geregelt werden, ohne dass dafür zusätzliche Puffertanks benötigt werden. Dies ist gerade bei Elektrolyseuren ein entscheidender Vorteil.

Da auch keine oszillierenden Massen vorhanden sind, erzeugt ein Flüssigkeitsringverdichter nur sehr geringe Vibrationen, was sich positiv auf den Antriebsstrang und die Anforderungen an den Aufstellungsort auswirkt und vergleichsweise niedrigere Schallemissionen zur Folge hat.

Bei der Wasserstoffproduktion mittels erneuerbarer Energien wie Wind und Photovoltaik ("grüner Wasserstoff") kommt es aufgrund der sehr volatilen Verfügbarkeit der Primärenergie zu großen Schwankungen, bis hin zu regelmäßigen Abschaltungen der Produktion. Nash Verdichter können über unterschiedliche Arten der Regelung darauf reagieren und sind auch für häufige Schaltzyklen gut geeignet.

Die Wellenabdichtungen werden mittels flüssigkeitsgeschmierten Gleitringdichtungen realisiert. Durch Doppeldichtungen in Kombination mit Versorgungssystemen (z. B. API Plan 53 oder 54) werden Leckagen sicher verhindert und die Anforderungen nach TA Luft erfüllt.

Dadurch ist die außen liegende Lagerung der Maschine komplett vom Prozessgas getrennt und es wird keine zusätzliche Stickstoffüberlagerung zur Abdichtung des Lagerraums benötigt. Eine mögliche Kontamination sowohl des Prozessgases als auch der Lagerung sind somit auch in Störfällen immer sicher ausgeschlossen.

Bei der Produktion von Wasserstoff mittels Wasser-Elektrolyse entsteht als Nebenprodukt auch Sauerstoff, der in einigen Fällen auch weitergenutzt wird. Aufgrund der hohen Reaktivität ist Sauerstoff noch gefährlicher einzustufen als Wasserstoff. Bauartbedingt bieten NASH Flüssigkeitsringkompressoren die sicherste Art auch dieses Gas auf bis zu 14 bar abs. zuverlässig zu verdichten.

Durch den Einsatz von nur einem berührungsfrei rotierenden Bauteil, der Verwendung von Wasser als Arbeits- und Spaltabdichtungsmedium, durch die Lagerungsart sowie die geringen Vibrationen, reduziert sich der Verschleiß- und Wartungsaufwand auf ein Minimum. Kostenintensive Wartungsarbeiten sind quasi nicht erforderlich. Gleichzeitig führt dies zu einer hohen Betriebssicherheit und sehr langen Standzeiten.

Bereits seit den 1970er Jahren werden Nash Flüssigkeitsringkompressoren für die Verdichtung von Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt. Einige der vor 50 Jahren gebauten Nash-Wasserstoffverdichter sind noch heute im Betrieb, sinnbildlich für deren langlebige und robuste Bauweise.

Neben dem eigentlichen Verdichter ist es auch wichtig, dass alle zugehörigen Komponenten für den dauerhaft sicheren Betrieb, zugeschnitten sind sowie auf die jeweiligen Anforderungen und Randbedingungen konfiguriert werden. Auch hier kommt Nash als Systemlieferant die jahrzehntelange Erfahrung bei der Verdichtung von Wasserstoff und Sauerstoff zugute.

Zur Optimierung der Gesamtanlage trägt auch bei, dass Nash über das größte Portfolio an Flüssigkeitsringverdichtern verfügt und somit für fast jede Anforderung einen passenden Verdichter anbieten kann. Diese können ein- oder mehrstufig, einzeln oder parallel konfiguriert werden. Maximale Volumenströme von über 30.000 m³/h pro Maschine und Verdichtungsdrücke von bis zu 14 bar abs. können so mit den bekannten Nash Baureihen 2BK, 2BG, 2BQ, Vectra XL, 2BE, HP, 905, P2620 realisiert werden.