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Wasserstoff-Membranverdichter
Wasserstoff-Membranverdichter von Pangeng – ölfreie Hochdrucklösungen
Die Membranverdichter von Pangeng erreichen eine Gasreinheit von 99,9999 % (vom Eintritt bis zum Austritt) bei einem Betriebsdruck von 1000 bar. Alle unsere Verdichter verlassen das Werk ohne Risiko einer Ölverunreinigung. Ihre vollständig metallischen Membranen bilden eine besonders wirksame physische Barriere zwischen dem Wasserstoff und dem hydraulischen Antriebssystem.
Individuelles Angebot anfordern
Maximaldruck
Bis zu 1000 bar
Volumenstrom
5–2.000 Nm³/h
Gasreinheit
99,9999 %
Instandhaltungsintervall
10.000–40.000 h
Verdichtungsstufen
1–4 Stufen
Anwendungen
12+ Branchen
Membranverdichter für Wasserstoff: Modelle und Auswahlhilfe
Wir fertigen 3 Membranverdichter-Baureihen, die jeweils einen anderen Bereich des Druck-Volumenstrom-Spektrums für Wasserstoff abdecken. Bei allen 3 kommt dasselbe Konzept mit dreilagiger Membran und ölfreier Bauweise zum Einsatz. Sie unterscheiden sich lediglich beim maximalen Austrittsdruck, beim Volumenstrom und bei der Bauform. In der Praxis entfallen rund 60 % unserer Wasserstoffanlagen auf Hochdruckaggregate der Baureihe PG-DH, da die bisherige Nachfrage vor allem von Tankstellen und der Befüllung von Tube-Trailern ausgeht.
Baureihe PG-D
Standard-Membranverdichter
- Maximaldruck 350 bar
- Volumenstrom 5–500 Nm³/h
- Leistungsbereich 5,5–75 kW
- Verdichtungsstufen 1–2
- Gewicht 800–3.500 kg
- Gasreinheit 99,9999 %
Baureihe PG-DH
Hochdruck
- Maximaldruck 1000 bar
- Volumenstrom 10–1.200 Nm³/h
- Leistungsbereich 22–200 kW
- Verdichtungsstufen 2–4
- Gewicht 2.500–12.000 kg
- Gasreinheit 99,9999 %
Baureihe PG-DC
Containerbauweise
- Maximaldruck 500 bar
- Volumenstrom 20–2.000 Nm³/h
- Leistungsbereich 30–160 kW
- Verdichtungsstufen 1–3
- Gewicht 6.000–18.000 kg
- Gasreinheit 99,9999 %
Entscheidungsmatrix – schnelle Auswahl nach Anwendung
| Parameter | PG-D (Standard) | PG-DH (Hochdruck) | PG-DC (Containerbauweise) |
|---|---|---|---|
| Austrittsdruck | Bis zu 350 bar | Bis zu 1000 bar | Bis zu 500 bar |
| Volumenstrombereich | 5–500 Nm³/h | 10–1.200 Nm³/h | 20–2.000 Nm³/h |
| Motorleistung | 5,5–75 kW | 22–200 kW | 30–160 kW |
| Verdichtungsstufen | 1–2 | 2–4 | 1–3 |
| Gewicht des Verdichteraggregats | 800–3.500 kg | 2.500–12.000 kg | 6.000–18.000 kg |
| Typische Anwendung | Laborversorgung, kleine Industrieanlagen | Wasserstofftankstellen, Befüllung von Tube-Trailern | Abgelegene Standorte, modulare Anlagen |
Technischer Einblick: dreilagiger Membranaufbau
Alle Membranverdichter für Wasserstoff von Pangeng verfügen über eine Membranbaugruppe mit 3 Lagen: eine prozessseitige Membran (in direktem Kontakt mit dem Wasserstoff), eine mittlere Überwachungsmembran und eine hydraulikseitige Membran (in Kontakt mit dem Öl). Zwischen der prozessseitigen und der mittleren Lage befindet sich ein Netz aus Mikrokanälen. Es bildet einen Leckage-Überwachungskanal, der mit einem Drucksensor verbunden ist. Ermüdet die prozessseitige Membran mit der Zeit und beginnt Wasserstoff durch das System zu migrieren – mit einer Rate von wenigen Kubikmillimetern pro Minute –, erkennt der Sensor den Druckanstieg und leitet eine automatische Abschaltung ein.
Dieses Konzept sorgt dafür, dass ein Membranversagen kaum unentdeckt bleibt und der Wasserstoff sicher zurückgehalten wird. Nach unserer Felderfahrung erreicht ein installierter Membransatz bei gefiltertem, trockenem Wasserstoff als Fördergas regelmäßig mehr als 20.000 Betriebsstunden, bevor das Überwachungssystem einen messbaren Druckanstieg im Überwachungskanal erkennt. Alle Membranen bestehen aus kaltgewalztem Edelstahl 316L, werden mit enger Toleranz geschliffen (0,01 mm Dickenabweichung) und im Werk spannungsarmgeglüht. Das verlängert ihre Ermüdungslebensdauer bei zyklischer Verformung und hohen Verdichtungsverhältnissen.
Herausforderungen bei der Wasserstoffverdichtung – wie Membrantechnik sie löst
Wasserstoff ist das leichteste Molekül der Welt und stellt die Verfahrenstechnik vor Herausforderungen, die bei anderen Industriegasen nicht auftreten. Sein Atom ist klein genug, um in Korngrenzen von Metallen einzudringen. Wasserstoff ist in jeder Zone als explosionsgefährlich einzustufen und erfordert daher explosionsgeschützte Ausrüstung. Zudem reagiert er so empfindlich, dass bereits wenige ppm Öl eine PEM-Brennstoffzellenmembran innerhalb weniger Wochen unbrauchbar machen. Membranverdichter wurden entwickelt, um diese Probleme zu bewältigen: Das Metall der Membranbaugruppe bildet eine hermetische Barriere und beseitigt mögliche Schwachstellen einer Kolbenring- oder Schraubenverdichterbauweise.
Wasserstoffmoleküle passieren problemlos typische Polymerdichtungen und die Spalte zwischen Kolbenringen in herkömmlichen Verdichtern. Verunreinigungen, etwa geringe Ölmengen aus geschmierten Zylindern, verunreinigen den Gasstrom. In einem Membranverdichter bilden 3 Edelstahlplatten eine gasdichte Barriere. Selbst eine sehr kleine Ermüdungserscheinung unter der Oberfläche der oberen Platte führt zu einer erzwungenen Abschaltung, ausgelöst durch einen Leckage-Überwachungskanal zwischen den Platten. Wir haben bereits nachgewiesen, dass dieses mehrlagige System einen Haarriss in der Membran erkennt, der bei einem Kolbenverdichter leicht wochen- oder möglicherweise monatelang unentdeckt bliebe.
Unter Druck diffundieren Wasserstoffatome in den Kohlenstoffstahl und verursachen Versprödung bis hin zum Sprödbruch. Alle wasserstoffberührten Komponenten der Verdichter von Pangeng (Membranplatten, Gaskopfhohlraum, Ventile und Rohrleitungen) bestehen aus für Wasserstoff geeigneten Werkstoffen wie Edelstahl 316L, Inconel oder Hastelloy – je nach Druckklasse. Da die gasberührte Fläche auf eine kleine, sichtbare und kontrollierbare Oberfläche beschränkt ist, verringert die Membranbauweise das Versprödungsrisiko gegenüber einer langen Zylinderbohrung mit zahlreichen möglichen Schwachstellen.
Eine Reinheit von 99,9999 % bei 500+ bar erreichen nur wenige Verdichtungstechnologien. Bei ölgeschmierten Verfahren nehmen Dichtungsleckagen und Öleintrag mit steigendem Druck weiter zu. Bei der Membrantechnik ist es genau umgekehrt: Mit steigendem Austrittsdruck wird die Gasabdichtung verbessert, weil die Membran stärker gegen die bearbeitete Oberfläche des Gashohlraums gedrückt wird. Deshalb hat sich die Membrantechnik an Wasserstofftankstellen weit verbreitet, wo ein Abgabedruck von 700-1000 bar und die Kraftstoffqualität nach SAE J-2719 nicht beeinträchtigt werden dürfen.
Membranverdichter im Vergleich zu Kolben- und Kreiselverdichtern für Wasserstoff
… daher bin ich sicher, dass die nächste Frage, die mir gestellt wird, mindestens einen Vergleich mit der Leistung eines Kolben- oder Kreiselverdichters umfasst.
| Spezifikation | Membranverdichter | Kolbenverdichter | Kreiselverdichter |
|---|---|---|---|
| Gasreinheit (Förderstrom) | 99,9999 % | 99,9 % | 99,5 % |
| Maximaldruck | 1.000 bar | 600 bar | 200 bar |
| Volumenstrombereich | 5–2.000 Nm³/h | 50–10.000 Nm³/h | 500–50.000 Nm³/h |
| Instandhaltungsintervall | 10.000–40.000 h | 4.000–8.000 h | 8.000–16.000 h |
| Risiko einer Ölverunreinigung | Keines | Mittel | Gering |
| Am besten geeignet für | Hohe Reinheit, mittlere Volumenströme | Hohe Volumenströme, mittlere Reinheit | Sehr hohe Volumenströme, niedriger Druck |
Strategie zur Technologieauswahl
Jedes Wasserstoffprojekt beginnt mit der Wahl der Technologie. Ausschlaggebend dafür sollten die geforderte Reinheit sowie der angestrebte Druck und Volumenstrom sein. Die folgende Grafik hilft Ihnen dabei, unsere tatsächliche Leistung mit den Richtwerten benachbarter Technologien zu vergleichen – anhand von Zahlen, nicht von Werbeversprechen…. Zegbrk_0005. Diese Werte zeigen deutlich, was bei wasserstoffspezifischen Anwendungen zu beachten ist.
Leistungsunterschiede und Anwendungsgrenzen
Kolbenverdichter
Kolbenverdichter bewältigen deutlich höhere Volumenströme von bis zu 10.000 Nm/h. Das Schmieröl kann jedoch über Kolbenringe und Tragbänder in den Gasstrom gelangen und die Reinheit auf höchstens 99,9 % begrenzen. Für einige chemische Anwendungen und als Fördergas bei der Ammoniaksynthese reicht das aus. Die gängigen Wasserstoffreinheitsnormen für Fahrzeuge nach SAE J-2719 werden damit ebenso wenig erfüllt wie die Anforderungen der Halbleiterindustrie an CD 2000.
Kreiselverdichter
Kreiselverdichter bewältigen höhere Volumenströme und arbeiten dabei mit hohem Wirkungsgrad. Bei einem maximalen Eintrittsdruck von ungefähr 200bar erreichen sie jedoch nicht die für Tankstellen erforderlichen Austrittsdrücke von 700-1000bar.
Die Vorteile der Membrantechnik
Nische für anspruchsvolle Anwendungen
Die Membrantechnik bedient eine Nische, die nur wenige andere Verdichterbauarten abdecken: anspruchsvolle Anwendungen, bei denen ein zuverlässiger Austrittsdruck bei hoher Einschaltdauer wichtiger ist als ein möglichst großer Gasvolumenstrom. Bei Volumenströmen über 2.000 Nm/h haben sich alternative Kolbenverdichter-Baureihen für solche Förderaufgaben bewährt. In diesen Fällen empfehlen wir Ihnen die passende Bauart und erstellen das Angebot entsprechend, statt Ihnen einen Membranverdichter anzubieten.
Der optimale Einsatzbereich (5-2.000 Nm³/h und >200 bar)
Bei Volumenströmen zwischen 5-2.000 Nm/h und Austrittsdrücken über 200 bar bietet keine andere Lösung die Reinheit, die bewährte Zuverlässigkeit und, wohl auch, die günstigen Instandhaltungskosten eines Membranverdichters. Bei über 10.000 Betriebsstunden vermeidet ein typischer Instandhaltungszyklus von 40.000 Stunden die Arbeitszeit und Stillstandszeit von 2 oder 3 Überholungen der Kolbenringe.
Kundenergebnisse: Wasserstoffverdichter für Tankstellen und industrielle Gasanwendungen
Membranverdichter von Pangeng kommen an Wasserstofftankstellen, in petrochemischen Anlagen und in Elektronikfertigungsstätten in Asien und im Nahen Osten zum Einsatz. Jede der nachfolgend beschriebenen Verdichtungsanlagen deckt eine eigene Anwendung mit spezifischen Anforderungen an Druck, Reinheit und Zuverlässigkeit ab.
Wasserstofftankstelle
700 bar Abgabedruck für eine kommunale Brennstoffzellenbusflotte
Ein kommunaler Verkehrsbetrieb wollte durch Elektrolyse erzeugten Wasserstoff von 30 bar auf 700 bar verdichten und an eine Flotte von Elektrobussen mit Brennstoffzellen abgeben. Jedes System sollte 16 Stunden am Tag, 7 days/week, laufen und >40 Fahrzeuge betanken. Zuvor waren Kolbenverdichter im Einsatz, bei denen nach 5000 Stunden die Kolbenringe gewechselt werden mussten. Außerdem musste der nachgeschaltete Gasanalysator den Ölgehalt überwachen.
Installiert wurde ein kaskadiertes 4-stufiges Pufferspeichersystem der Baureihe PG-DH. Das Aggregat PG-DH verdichtet den Wasserstoff von 30bar auf 875bar in die Hochdruckspeicherbank; die Zapfsäulen reduzieren den Druck an der Zapfpistole von 875 auf 700 bar. Unser System ist seit über 14 months mit mehr als 6800 Betriebsstunden ohne ungeplante Abschaltungen oder Ölverunreinigungen in Betrieb. Seit der Inbetriebnahme hat der Gasqualitätsmonitor nach SAE J-2719 an der Tankstelle keine Grenzwertüberschreitung aufgezeichnet.
In der Praxis scheinen die Degradationsraten der Membranen in der Brennstoffzellenbusflotte nach dem Umstieg auf membranverdichteten Wasserstoff deutlich niedriger zu sein. Der Betreiber weist jedoch darauf hin, dass zu diesem Zeitpunkt auch mehrere andere Instandhaltungsmaßnahmen umgesetzt wurden. Die Verbesserung der Wasserstoffreinheit ist daher eine von mehreren Verbesserungen.
Wasserstoffhydrierung in der Petrochemie
Rückgewinnung von Prozesswasserstoff – Hydrocracker einer Raffinerie
Nachverdichtung von Hydrocracker-Spülgas (PG) – Diese Anlage gewinnt Wasserstoff aus dem Spülgas des Hydrocrackers zurück und verdichtet ihn für die Rückführung in den Prozess auf 350 bar (5.000 psig). Der Wasserstoffstrom (1 p.p.m. HS; H 2 S weniger als 5 p.p.m. nach der Aminwäsche) beschleunigte den Verschleiß der Dichtungen im alten Kolbenverdichter so stark, dass die Instandhaltungsintervalle auf unter 3.000 Stunden sanken. Die aufgekohlten Dichtflächen unseres Membransatzes PG-DH und der korrosionsbeständige Gaskopf verhinderten, dass HS die Dichtungen beschädigte. Nach 18.400 Betriebsstunden wurde der Membransatz zur Prüfung an uns zurückgesandt. Bei der Prüfung lag er unterhalb der Ermüdungsgrenze und wurde ohne Austausch wieder eingebaut. Die jährlichen Instandhaltungskosten sanken gegenüber dem vorherigen Kolbenverdichter (Austausch von Kolbenringen und Stopfbuchspackungen) um geschätzte 35 %.
Elektronik und Halbleiter
Ultrahochreines Trägergas – Halbleiterfertigung
Die Herausforderung
Eine Halbleiterfertigungsanlage benötigte Wasserstoff als Trägergas mit einer Reinheit von 99,99995 % (Grade 5.5) bei 150 bar für CVD-Beschichtungsprozesse. Die Versorgungskette – flüssiger Wasserstoff als Schüttgut, angeliefert per ISO-Tankwagen und vor Ort verdampft – war zwar zuverlässig, erwies sich angesichts des aktuellen Verbrauchs von 45 Nm/h jedoch als unerschwinglich. Vor der Umstellung auf Elektrolyse vor Ort mit anschließender Verdichtung in der Nähe durfte keinerlei Risiko einer Ölverunreinigung der CVD-Kammern bestehen.
Die Lösung
Wir lieferten einen Verdichter der Baureihe PG-D mit elektropolierten gasberührten Oberflächen und einem speziellen Partikelfiltersystem für 0.01 micron am Austritt. Unser 2-stufiger Verdichter erhöht den Druck des Elektrolyseurprodukts von 15 bar auf 150 bar. Ein Inline-Gaschromatograf überwacht kontinuierlich den Gesamtkohlenwasserstoffgehalt, der seit der Inbetriebnahme deutlich unter 0,05 ppm liegt. Unter diesen Bedingungen senkte die Umstellung auf Verdichtung vor Ort die Beschaffungskosten für Wasserstoff nach Schätzung der Anlage um 40 % gegenüber der Lieferung von Flüssigwasserstoff. Die Amortisationszeit betrug 22 months.
Vergleich der Gesamtbetriebskosten
30–40 % niedrigere Instandhaltungskosten
Gesamtbetriebskosten über eine Lebensdauer von 10 Jahren: Die gesamten Instandhaltungskosten liegen typischerweise 30-40 % unter denen von Kolbenverdichtern. Diese Prognose basiert auf branchenüblichen Instandhaltungsintervallen und Ersatzteilkosten, die den planmäßigen Instandhaltungsempfehlungen nach API 618 entsprechen. Die tatsächlichen Einsparungen hängen von der jeweiligen Anwendung, der Förderaufgabe, der Gaszusammensetzung und den jährlichen Betriebsstunden ab.
Branchenüblicher Vergleichswert auf Grundlage der Instandhaltungsempfehlungen nach API 618. Die tatsächlichen Erfahrungen hängen von der Förderaufgabe, der Reinheit und Zusammensetzung des Fördergases sowie den Instandhaltungspraktiken ab.
Zertifizierungen und Konformität für Wasserstoffanlagen
Jede der nachfolgend aufgeführten Zertifizierungen bezieht sich auf ein konkretes Anliegen von Käufern – etwa die Auditierung des Qualitätsmanagementsystems, die Konformität mit dem Druckgeräterecht oder den Explosionsschutz. Wir verfügen über alle 6 Zertifizierungen, da Wasserstoffverdichtungsanlagen gleichzeitig regulatorische Anforderungen verschiedener Rechtsräume erfüllen müssen. Fehlt auch nur eine Zertifizierung, kann sich die Genehmigung Ihres Projekts um Monate verzögern.
ISO 9001:2015
Qualitätsmanagementsystem – gewährleistet gleichbleibende Fertigungsprozesse und Rückverfolgbarkeit vom Rohmaterial bis zur Endprüfung
API 618
5. Ausgabe – die maßgebliche Auslegungsnorm für Kolben- und Membranverdichter für Prozessgase in der Öl-, Gas- und Chemieindustrie
CE-Kennzeichnung
Konformität mit der EU-Maschinenrichtlinie 2006/42/EC – Voraussetzung für die Installation in Mitgliedstaaten des Europäischen Wirtschaftsraums
ATEX
Richtlinie 2014/34/EU – für den Betrieb in explosionsgefährdeten Wasserstoffatmosphären in Zone 1 & Zone 2 zertifiziert
PED
Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU – verpflichtend für drucktragende Komponenten oberhalb der festgelegten Schwellenwerte auf dem EU-Markt
SAE J-2719
Wasserstoff-Kraftstoffqualitätsnorm für PEM-Brennstoffzellen – bestätigt, dass die Reinheit des Förderstroms den Anforderungen für Brennstoffzellenfahrzeuge entspricht
Die Sicherheitsnormen für Wasserstoff entwickeln sich mit dem beschleunigten Wandel des Energiesystems weiter. Die Kombination aus ATEX-Zertifizierung für Zone 1/2 und PED-Konformität deckt die beiden wichtigsten Sicherheitsbereiche für Wasserstoffanlagen ab: Explosionsschutz und Integrität der Druckgrenze. Bei Tankstellen schreiben Betreiber und Fahrzeughersteller die Konformität mit SAE J-2719 zunehmend als Beschaffungsanforderung vor. Für jedes Aggregat, das für eine Tankstellenanwendung bestimmt ist, prüfen wir die Konformität mit dieser Norm im Rahmen der werkseitigen Abnahme.
Nach unserer Erfahrung verkürzen alle 6 vorab qualifizierten Zertifizierungen die Beschaffungsdauer messbar. Muss der Verdichterlieferant eine fehlende Zertifizierung erst nach Auftragserteilung beschaffen, verlängert sich der Lieferplan häufig um 8-12 Wochen. Diese Zeit schlägt sich als Projektverzögerung und Kostenüberschreitung nieder.
Preisspanne und Kostenfaktoren für Wasserstoff-Membranverdichter
Preistransparenz für Käufer
Die Preise für Wasserstoff-Membranverdichter reichen von $15.000 bis über $200.000. Diese große Spanne erklärt sich durch die erheblichen technischen Unterschiede zwischen einem einstufigen Laboraggregat und einer 4-stufigen Kompressoranlage für eine Tankstelle. Wir veröffentlichen diese Preisspanne, weil all die Aussagen „Preis auf Anfrage“ im Internet Ihre Zeit verschwenden – und unsere. Die folgenden 4 Faktoren bestimmen maßgeblich, wo Ihre konkrete Konfiguration innerhalb der Preisspanne liegt.
| Preisfaktor | Niedriger Bereich | Hoher Bereich | Auswirkung auf den Preis |
|---|---|---|---|
| Austrittsdruckklasse | 50–200 bar | 500–1000 bar | Höhere Drücke erfordern dickere Membranen, schwerere Schmiedeteile und mehr Verdichtungsstufen – meist der größte einzelne Kostentreiber |
| Volumenstrom | 5–50 Nm³/h | 500–2.000 Nm³/h | Ein höherer Volumenstrom erfordert größere Zylinder, leistungsstärkere Motoren und schwerere Tragrahmen |
| Anzahl der Verdichtungsstufen | 1 Stufe | 3–4 Stufen | Jede zusätzliche Stufe erfordert ein vollständiges Verdichtungsmodul mit eigenem Membransatz, Kühler und Rohrleitungen |
| Grad der kundenspezifischen Anpassung | Standardausführung | Komplett schlüsselfertig mit Steuerung, SCADA und Gehäuse | Containeranlagen mit integrierter Kühlung, Steuerung, Sicherheitssystemen und Fernüberwachung kosten 30–50 % mehr als das Grundaggregat |
Lieferzeit
Die reguläre Produktionszeit beträgt ab Auftragseingang 8-16 Wochen und hängt von Auslastung und Modell ab. Standardaggregate der Baureihe PG-D mit üblichen Druckstufen werden meist innerhalb von etwa 8 Wochen geliefert, da wir die stärker nachgefragten Baugruppen auf Lager halten. Kundenspezifische Hochdruckaggregate der Baureihe PG-DH mit Sonderwerkstoffen oder Containeranlagen der Baureihe PG-DC benötigen mit 12-16 Wochen mehr Zeit. Für kritische Projektpfade ist eine beschleunigte Fertigung möglich. Besprechen Sie die Zeitplanung bei der Angebotserstellung, damit wir vorab klären können, ob und wann sie realisierbar ist.
Garantie
Die Standardgarantie umfasst für alle Fertigungs- und Verarbeitungsfehler 12 Monate ab Inbetriebnahme oder 18 Monate ab Versand – je nachdem, welcher Zeitpunkt zuerst eintritt. Im Anschluss an die Standardgarantie kann eine erweiterte Garantie von 24 oder 36 Monaten abgeschlossen werden, die entsprechend 24 oder 36 Monate zusätzlichen Garantieschutz bietet. Sie lässt sich mit vorbeugenden Serviceverträgen kombinieren und ermöglicht eine maximale Verfügbarkeitsgarantie. Da wir den meisten Betreibern regelmäßige Membranprüfungen empfehlen, gibt es nur sehr wenige Garantiefälle: Ausfälle bei Membranverdichtern sind gut nachvollziehbar und nahezu vollständig vermeidbar.
Kundendienst
Zu jedem Verdichter von Pangeng gehört ein klar definiertes Supportangebot:
Ersatzteilbestand
Wir halten Membransätze, Ventilbaugruppen, Hydraulikdichtungen und Dichtungen für alle aktuellen Maschinen vor. Kritische Ersatzteile werden in der Regel innerhalb von 48 Stunden weltweit versandt.
Technischer Support rund um die Uhr
Telefonischer Support und Fernzugriff für Diagnosen durch Anwendungstechniker bei Fehlerbehebung, Alarmen und Instandhaltung.
Vor-Ort-Service
Unsere Techniker übernehmen die Montage, die planmäßige Instandhaltung, den Membranwechsel und die Fehlerbehebung an Ihrem Standort.
Schulungen
Schulungen für Bedien- und Instandhaltungspersonal finden bei der Inbetriebnahme oder nach Vereinbarung an Ihrem Standort statt.
Häufig gestellte Fragen
Wie funktioniert ein Wasserstoff-Membranverdichter?
Wasserstoffverdichter mit Membranen Ein Membran-Wasserstoffverdichter nutzt ein hydraulisch angetriebenes Met membran-Element, um Wasserstoff zu verdichten, ohne dass das Prozessgas mit der Hydraulik oder mechanischen Teilen in Kontakt kommt. Der Prozess läuft in zwei Hüben ab; beim Verdichtungshub drückt ein von einer Kurbelwelle angetriebener Kolben Hydrauliköl gegen die Unterseite einer dreilagigen Metallmembran und presst diese in einen bearbeiteten vorderen und hinteren Gasraum, wodurch die Verdichtung entsteht. Beim anschließenden Saughub zieht der Verdichter den Kolben zurück und bringt die Membran in ihre Ausgangsposition.
Da das Membranelement das Gas vollständig von allen anderen beweglichen Teilen und der Hydraulikflüssigkeit trennt, ist der austretende Wasserstoff zu 100 % ölfrei und frei von Verunreinigungen. Eine Verteilerplatte für das Hydrauliköl unter der Membran ist mit einem genau definierten Rillenmuster versehen. Dieses verteilt die exakt benötigte Ölmenge über die gesamte Membranoberfläche und verhindert lokale Spannungsspitzen, die die Lebensdauer der Membran erheblich verkürzen würden. Diese vollständige physische Trennung von Prozessgas und Antriebsmechanismus macht Membranverdichter zur bevorzugten Technologie für die Erzeugung von Wasserstoff mit ultrahoher Reinheit: für Wasserstoff aus Elektrolysezellen, Wasserstoffabgabestationen für Fahrzeuge, Membrantrennanlagen zur Erzeugung hochreinen Einsatzgases und Trägergassysteme für die Halbleiterindustrie.
Welchen Druckbereich erreichen Membran-Wasserstoffverdichter?
Die Membran-Wasserstoffverdichter von Pangeng können Wasserstoff mit Austrittsdrücken von 50 bar (7.250 psi) bis 1000 bar (14.500 psi) fördern. Die meisten einstufigen Aggregate sind für Verdichtungsverhältnisse bis 10:1 ausgelegt und erreichen bei typischen Eintrittsdrücken 200-350 bar (2.900-5.075 psi). Damit lässt sich Wasserstoff aus den meisten kommerziellen Produktionsverfahren ölfrei verdichten. Mehrstufige Aggregate mit 2 bis 4 Verdichterstufen verteilen die Verdichtung auf mehrere Zwischenstufen. Sie eignen sich beispielsweise für Wasserstofftankstellen, an denen ein Abgabedruck von 700 bar (10.150 psi) in Verbindung mit Kaskadenspeichern bei 875+ bar (12.720+ psi) erforderlich ist.
Der letztlich erreichbare Druckbereich in einer einzelnen Verdichterstufe hängt vom Gesamtverdichtungsverhältnis ab. Wird das Stufenverhältnis in einer einzelnen Stufe über 10:1 erhöht, entstehen so hohe Membranspannungen, dass sich die Lebensdauer erheblich verkürzt. Hochdruckanlagen für Wasserstoff basieren daher auf mehreren Verdichterstufen mit Zwischenkühlung und mehreren moderaten Verdichtungsverhältnissen je Stufe, statt eine einzelne Verdichterstufe für eine sehr hohe Druckerhöhung und ein sehr hohes Verdichtungsverhältnis auszulegen.
Membran- oder Kolbenverdichter – welche Technologie eignet sich besser für Wasserstoff?
Bei einem Membranverdichter hängt der maximal erreichbare Druck direkt vom Gesamtverdichtungsverhältnis ab. Bei Verdichtungsverhältnissen über 10:1 werden die Membranspannungen so hoch, dass sich die Lebensdauer schnell verkürzt. Hochdruckanlagen für Wasserstoff werden deshalb mit mehreren Verdichterstufen, Zwischenkühlern und mehreren moderaten Verdichtungsverhältnissen in den einzelnen Stufen ausgelegt, statt mit einer einzelnen Stufe und einem hohen Verdichtungsverhältnis.
Für Wasserstoff mit sehr hoher Reinheit von mehr als 99,99 % (oft als 4N bezeichnet) ist die Membranverdichtung eine praktikable Lösung. In Kolbenverdichtern kommt das Prozessgas direkt mit Kolbenringen und Schmiermitteln in Kontakt. Dadurch können Ölverunreinigungen durch Öldämpfe entstehen; zudem bieten sich Ablagerungspunkte für Partikel. In der Praxis bedeutet das eine maximale Reinheit des Förderstroms von 99,9 %, selbst mit Filtern höchster Spezifikation. Bei einem ölfreien Membranverdichter ist die gasberührte Oberfläche die einzige mögliche Verunreinigungsquelle; das Energieübertragungssystem liegt außerhalb des Prozessgaswegs.
Wie lang ist das typische Instandhaltungsintervall?
Kolbenverdichter bieten im Vergleich zu Membranverdichtern in der Regel deutlich höhere Volumenströme: bis zu 10.000 Nm/hr gegenüber maximal 2.000 Nm/hr bei Membranverdichtern. Membranen sind konstruktions- und instandhaltungsbedingt aufwendiger, weshalb ihre relativen Kosten bei gleichem Volumenstrom höher sind. Bei Anwendungen mit moderat hohem Volumenstrom und mittleren Reinheitsanforderungen, etwa bei der Ammoniaksynthese, der Entschwefelung in Raffinerien und der Propylenoxidproduktion, sind Kolbenverdichter vorzuziehen. Für DESS-spezifizierten Wasserstoff in Brennstoffzellenqualität, Gas in Elektronikqualität oder andere große Industriesektoren, in denen das Risiko einer Ölverunreinigung eine Rolle spielt, ist dagegen ein Membranverdichter erforderlich.
Welche Gasreinheit lässt sich erreichen?
Bei einem Membran-Wasserstoffverdichter sind zwischen größeren Instandhaltungsintervallen 10.000 bis 40.000 Betriebsstunden zu erwarten. Die Lebensdauer der Membranen (der maximale Abstand zwischen größeren Instandhaltungen ist im Benutzerhandbuch angegeben) hängt vom Anteil der mitgeführten Inertgase im Eintrittsgas ab. Der Austausch der Membranen ist mit 4-8 Stunden pro Wechsel vergleichsweise schnell erledigt. Je trockener und sauberer das Eintrittsgas ist (d. h. je stärker es mit Feuchtigkeit gesättigt ist), desto länger hält die Membran im ölfreien Betrieb.
Diese Reinheit erfüllt die Wasserstoff-Kraftstoffqualitätsspezifikation SAE J-2719 für Brennstoffzellenfahrzeuge, übertrifft die Spezifikationen für nahezu alle Anwendungen in der Pharma- und Halbleiterindustrie und erfüllt die Anforderungen an Trägergase für Labor- und Analysegeräte. Wenn eine dokumentierte Reinheitsprüfung besonders wichtig ist, können am Verdichteraustritt installierte Inline-Analysatormodule an das Steuerungssystem angeschlossen werden. Sie messen kontinuierlich Gesamtkohlenwasserstoffe, Feuchtigkeit und Sauerstoff und ermöglichen so einen Reinheitsnachweis am Einsatzort.
Was kostet ein Membran-Wasserstoffverdichter?
Die Preise für Wasserstoffverdichter reichen von $15.000 für ein einstufiges Niederdruckaggregat bis zu über $200.000 für einen mehrstufigen, containerisierten Verdichter mit Sammelleitung. Die vier wichtigsten Kostentreiber sind der mögliche Austrittsdruck, der Volumenstrom (Nm/h), die Anzahl der Verdichterstufen und der Grad der kundenspezifischen Anpassung beziehungsweise Standardisierung. Typische einstufige Aggregate mit geringem Volumenstrom und moderatem Druckbereich (200 bar oder weniger) kosten $15.000-$40.000. Voll ausgestattete mehrstufige Hochdruckanlagen für Wasserstofftankstellen liegen marktüblich im Bereich von $80.000-$200.000+. Containerisierte Komplettanlagen mit Steuerungen, Vorkühlung, Sicherheitssystemen, Fernüberwachung und -steuerung, Einhausung für die Integration sowie weiteren Komfortfunktionen erhöhen die Gesamtkosten zusätzlich.
Eine erste Preisindikation ist auf Anfrage bereits in der frühen Projektplanungsphase Ihres Teams erhältlich. Unsere Anwendungsingenieure erstellen innerhalb von 48 Stunden nach Erhalt Ihres Prozessdatenblatts ein Angebot für Ihr Projekt. So erhält Ihr Team eine verlässliche Budgetzahl, ohne dafür eine Bestellung auslösen zu müssen.
Welche Zertifizierungen sollte eine Wasserstoffverdichtungsanlage haben?
Zu den erforderlichen Mindestzertifizierungen zählen ISO 9001:2015 (Qualitätsmanagementsystem nach ISO 9001), API 618 5th Edition (Auslegungsspezifikation für Kolben- und Membranverdichter) sowie die Zertifizierung nach ATEX-Richtlinie 2014/34/EU für explosionsgefährdete Bereiche der Zone 1 oder Zone 2. Da Wasserstoff über einen breiten Konzentrationsbereich von 4-75 % in Luft entzündlich ist, ist eine ATEX/IECEx-Zertifizierung für eine sichere Installation unerlässlich.
Die CE-Kennzeichnung (Maschinenrichtlinie 2006/42/EC) und die PED-Zertifizierung (Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU) sind für Maschinen auf dem europäischen Markt verpflichtend. Für Anlagen für den Wasserstofftankstellenmarkt wird eine Bestätigung der Kraftstoffqualität nach SAE J-2719 empfohlen. PG-Membranverdichter sind werkseitig nach allen 6 Spezifikationen exakt zertifiziert, nicht nur nach einer oder zwei. Dadurch muss Ihre Einkaufsabteilung nicht erst bei Ihrem Konstruktionsteam erfragen, welche Zertifizierung erforderlich ist.
Kann Pangeng Verdichter für bestimmte Wasserstoffanwendungen kundenspezifisch anpassen?
Ja. PG fertigt kundenspezifische elektromechanische Membranverdichteranlagen, die auf die besonderen Druckverhältnisse, Volumenströme, Zusammensetzungen und Steuerungsfunktionen Ihres Prozesses ausgelegt sind. Unser Team aus Anwendungsingenieuren arbeitet direkt mit Ihren Prozessdatenblättern. Von der Bestellung bis zur Lieferung dauert ein Projekt in der Regel 12-16 Wochen.
Anwendungsfälle, Werkstoffe und veröffentlichte Modellgruppen
Für Förderaufgaben mit hochreinem Wasserstoff nennt die bestehende Seite eine veröffentlichte Angabe von 99,9999 % Gasreinheit bei 1000 bar und beschreibt vollständig metallische Membranen, die den Gasweg vom hydraulischen Antriebssystem trennen. In der technischen Beschreibung werden außerdem Membranen aus kaltgewalztem Edelstahl 316L genannt. Prüfen Sie die erforderliche Gasqualität, den Druck, den Volumenstrom und die Werkstoffverträglichkeit anhand der Projektspezifikation, bevor Sie die Anlage auswählen.
| Angabe auf der veröffentlichten Seite | Verwendung bei der Auswahl |
|---|---|
| Modellgruppen PG-D, PG-DH und PG-DC | Nutzen Sie die vorhandenen Modellangaben auf der Seite als Ausgangspunkt und stimmen Sie anschließend die vorgesehene Förderaufgabe mit dem Lieferanten ab. |
| Ölisolierung und Membrankonstruktion | Prüfen Sie das Trennkonzept anhand der Anforderungen an Gasreinheit und Kontaminationskontrolle. |
| Werkstoffangaben | Prüfen Sie die Werkstoffverträglichkeit für die tatsächlichen Wasserstoff-Betriebsbedingungen und die Projektnorm. |
Häufige Fragen zu Membran-Wasserstoffverdichtern
Wann ist ein Membranverdichter eine geeignete Lösung?
Er wird häufig in Betracht gezogen, wenn das Projekt eine kontrollierte Trennung des Gaswegs und die Handhabung von Wasserstoff mit hoher Reinheit erfordert. Die endgültige Auswahl muss sich nach der spezifizierten Förderaufgabe richten.
Welche Verdichtertechnologien sollten verglichen werden?
Vergleichen Sie die Projektanforderungen anhand des bestehenden Vergleichs von Kolben- und Membranverdichtern und des Leitfadens zur Auswahl von Wasserstoffverdichtern.
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