Am Puls der Zeit: Ammoniak-Versorgungsanlage in Container-Modulen

Ammoniak entwickelt sich von einem klassischen Grundstoff der Düngemittelindustrie zu einem vielversprechenden Energieträger und Wasserstoffspeicher für die klima­neutrale Industrie und Mobilität der Zukunft. Gleichzeitig stellt sein toxisches und ­korrosives Gefahrenpotenzial hohe Anforderungen an Lagerung, Transport und Prozesssicherheit – insbesondere wenn NH₃ unter realen Betriebsbedingungen an ­Motorenprüfständen eingesetzt wird.

Vor diesem Hintergrund galt es, eine kontinuierliche, druck- und temperaturstabile Versorgung mit flüssigem Ammoniak als zentrale Lösung für einen Motorenprüfstand zu gewährleisten, ohne dabei Kompromisse bei Sicherheit, Verfügbarkeit und Automatisierung einzugehen. Die beschriebene Ammoniak-­Versorgungsanlage mit Druckerhöhungs- und Pufferstufe dient als Beispiel, wie moderne Anlagenkonzepte Sicherheitsnormen, Leckageüberwachung und Gaswarntechnik so kombinieren, dass Ammoniak in zukünftigen Energie- und Prüfstandsapplikationen technisch beherrschbar und zugleich wirtschaftlich nutzbar wird.

Die realisierte Anlage zeigt, wie sich ein klassischer Chemie­rohstoff zu einem praktischen Baustein der Energiewende entwickelt und damit unmittelbar rele­vant für Anlagenbauer, Betreiber von Prüfständen, Motoren- und Turbinenhersteller sowie die Energie- und Prozessindustrie wird. Für diese und weitere Zielgruppen ist es von zentraler Bedeutung, dass Ammoniak als CO₂-freier Energieträger unter realen Betriebs­bedingungen sicher, automatisiert und normkonform gehandhabt werden kann, um zukünftige NH₃-basierte Motoren-, Schiffs- und Kraftwerksanwendungen überhaupt zur Marktreife zu bringen.

Die Branche erhält damit ein unmittelbar übertragbares Referenzdesign für den Aufbau eigener NH₃-Infrastruktur, etwa für Testfelder, Pilotanlagen oder spätere Serienanwendungen. Der Anlagenbauer senkt Eintrittsbarrieren, indem er zeigt, wie sich hohe Sicherheitsanforderungen mit Betriebszuverlässigkeit und Prozesskontinuität vereinbaren lassen.

Grundlagen / Stand der Technik

Die Ammoniak-Versorgungsanlage basiert auf einer Kombination aus Druck­erhöhung, Pufferbehälter, Wärmetauscher und automatisierter Fassumschaltung, um flüssiges Ammoniak bei konstantem Druck und begrenzter Temperatur bereitzustellen. Ergänzend dazu sorgen doppelwandige, mit Stickstoff überwachte Rohrleitungen, ein Gaswarnsystem sowie ­sicherheitsgerichtete Abschaltfunktionen für die zuverlässige Umsetzung der Anforderungen aus geltenden Normen und Regelwerken hinsichtlich Leckage­erkennung und Explosionsschutz.

Aufbau der Anlage

Im Detail besteht die Anlage aus drei funktional getrennten, aber prozess­seitig vollintegrierten Containern:

2 Fasscontainern

• für jeweils zwei lagerfähige 500-kg-Ammoniakfässer mit Rückführleitung aus der Druckluftkolbenpumpe und Auffangwannen nach StawaR mit 1.000 l Volumen

sowie

1 Puffercontainer mit

• Ex-geschützter, robuster und energieeffizienter Druckluftkolbenpumpe, die mit geringer Antriebsluft einen hoher NH₃-Druck erzeugt. Bei Enddruck erfolgt eine automatische Abschaltung. Die Pumpe funktioniert ohne elektrische Energie und eignet sich deshalb ideal für Ex-Zonen. Diese Technologie ermöglicht eine sehr präzise Druckführung ohne motorische Wärmequellen im Container.
• 400-l-Pufferbehälter als Hochdruck­reservoir unter Vollkontrolle – mit Temperatursensor und anwendungsabhängig einstellbarem Flüssigphasenregler. Bei max. 40 bar wird ein Sicherheitsventil ausgelöst, das über das Hallendach abführt. Sowohl Drucksteuerung als auch Druckwächter sind nach Kundenwunsch einstellbar. Damit steht jederzeit ausreichend flüssiges NH₃ zur Verfügung – essenziell für Prüfstandsprozesse mit abrupten Lastwechseln.
• Coriolis-Massedurchflussmesser (max. 120 kg/h) zur präzisen Messung des Mediums und redundanzfreien Versorgung des Prüfstands. Dank auto­matisierter Fass­umschaltung ist eine Versorgung ohne Unterbrechung gewährleistet. Die zugrundeliegende Prozesslogik sieht folgendermaßen aus:
  1. Fasspaar A aktiv → Füllstand sinkt
  2. Meldung durch Coriolis-Zähler → automatische Umschaltung auf Fass­paar B
  3. Fasspaar A wird ausgetauscht → Bediener gibt neue Fässer frei
  4. Zyklus wiederholt sich
• Prozessgas-Wärmetauscher mit einer Druckfestigkeit bis 40 bar, der die unzulässige Erwärmung des NH₃ verhindert – ein kritischer Sicherheitsaspekt.Die Temperaturabsenkung ist anwen­dungsabhängig einstellbar, die Nenn­leis­tung liegt bei 5,1 kW. Das Kühlmedium wird kundenseitig bereitgestellt.
• doppelwandiger Rohrleitung, die gewährleistet, dass eventuelle Leckagen erkannt werden: Der Transfer zum Motorenprüfstand erfolgt über eine doppelwandige Rohrleitung mit Stickstoffüberwachung, die einen Stickstoff­anschluss für die Lecka­geüberwachung besitzt (konform zu DIN EN 13160, TRwS 789 „Leck­anzeigegeräte“, TRwS 793 „metallische Rohrleitungen“, AwSV § 18. Die Überwachungsparameter zu Betriebsdruck und Min- bzw Max-Druckschalter wurden in Zusammenarbeit mit dem Kunden festgelegt. Druckabfall deutet auf eine Leckage der Außenwand hin, Druckanstieg auf innere ­Leckage (Ammoniak strömt ein). Temperaturschwankungen werden durch 1 bar Grunddruck ausgeglichen. Im Zweifel schaltet die Steuerung immer ab – ein sicherheitsgerichtetes Merkmal, wie es für NH₃ zwingend notwendig ist.
• NH₃-Gaswarnanlage, die sowohl die Container als auch den Motorenprüfstand überwacht. Zwei Warnstufen gewährleisten, dass Gefahr früh gestoppt werden kann.
  Für mögliche Leckagen wurden folgende Warnstufen bestimmt:
  – Voralarm (optischer Alarm, Blitzleuchte, Meldung nahe der Anlagenkomponenten)
  – Hauptalarm (zusätzlicher akustischer Alarm, rote Meldung im MSR-Schrank, ­Notabschaltung der gesamten Anlage). Der Hauptalarm ist selbsthaltend – erst nach Quittierung und Kontrolle darf die Anlage erneut in Betrieb gehen.
• Abnahme und Zertifizierung:
  Die Anlage ist konform mit den aktuellen EU-Richtlinien und Regelwerke und entspricht den heutigen Stand der Technik.
  – Ausführung nach Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU Kategorie IV mit Modul G Zertifizierung
  – Abnahme und Zertifizierung durch eine notifizierte Stelle
  – Konzipierung und Bau nach den Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen entsprechend den folgenden EU-Richtlinien und Regelwerken.
  • 2014/34/EU Explosionsschutz 
  • 2006/42/EG Maschinenrichtlinie und den
  •  TRBS und TRGS Regelwerken
     

Eine Anlage am Puls der Zeit

Mit dem Projekt wurde nicht nur eine sichere Versorgungsanlage für Ammo­niak geschaffen, sondern ein Baustein für künftige Anwendungen von Ammoniak demonstriert. Die vorgestellte Ammoniak-Versorgungsanlage ermöglicht der Branche, reale NH₃-Anwendungen an Motoren- und Prüfständen sicher zu erproben und damit Technologien für zukünftige klimaneutrale Antriebe und Kraftwerke zur Serienreife zu bringen. Zudem liefert sie ein praxisnahes Referenzkonzept für Planung und Genehmigung von NH₃-Infrastruktur, das zeigt, wie sich hohe Sicherheitsanforderungen mit automatisiertem, unterbrechungsfreiem Betrieb verbinden lassen.

Weiterhin unterstützt die Anlage die Dekarbonisierung ganzer Wertschöpfungsketten, weil Ammoniak als CO₂-freier Energieträger und Wasserstoffspeicher in Schifffahrt, Industrieprozessen und Stromerzeugung an Bedeutung gewinnt und dafür verlässliche Supply-Systeme benötigt werden.

Für Anlagenbauer, Betreiber, Motorenhersteller und Energieunternehmen entsteht so ein direkter Wettbewerbsvorteil: Wer früh sichere NH₃-Systeme beherrscht, kann neue Produkte, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle im wachsenden Markt für klimaneutrale Energieanwendungen erfolgreich und nachhaltig positionieren.

Diese von der PA Propan & Ammo­niak Anlagen GmbH Salzgitter realisierte Ammoniak-Fassanlage mit Druckerhöhungsmodul ist weit mehr als eine technische Versorgungseinheit. Sie ist ein integriertes, hochsicheres und zukunftsfähiges System, das:

• strengste Sicherheitsnormen erfüllt,
• eine automatische Umschaltung des leeren Fasses auf ein volles Fass ermöglicht,
• Prozesskontinuität gewährleistet und
• auf die wachsende Bedeutung von Ammoniak als Energieträger vorbereitet ist.

Damit zeigt die Anlage, was moderne NH₃-Infrastruktur leisten kann – in Forschung, Industrie und in der kommenden Generation nachhaltiger Energietechnologien.

Ausblick auf weitere Entwicklungen

Im Rahmen eines weiteren Projekts befasst sich die Propan & Ammoniak Anlagen GmbH Salz­gitter mit der Technologie des Ammoniak-Crackings. Dafür wird ein Ammoniakverdampfer geliefert, der in einen bestehenden Prozess als Vor­verdampfer integriert wird, in dem Ammoniak (NH₃) bei hohen Temperaturen und unter Einsatz geeigneter Katalysatoren in Wasserstoff und Stickstoff zerlegt wird.

Dieser Prozess ermöglicht die effiziente Bereitstellung von Wasserstoff aus Ammoniak, das aufgrund seiner einfachen Lager- und Transportbedingungen als vielversprechender Wasserstoffträger gilt. Die Analyse soll aufzeigen, in welchem Umfang das Ammoniak-Cracking künftig für Anwendungen in der Energie- und Industrieversorgung nutzbar ist.

www.pa-salzgitter.de