Einstellen des Wobbeindex von Brennstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Einstellen des

Wobbeindex eines Brennstoffes, insbesondere von Erdgas, durch Zugabe wenigstens eines den Wobbeindex des Brennstoffes beeinflussenden Mediums.

Der Wobbeindex, auch als Wobbewert, Wobbekennzahl oder Wobbezahl bezeichnet, dient zur Charakterisierung der Qualität von Brenngasen, wie bspw. Erdgas, Stadtgas, etc., die entsprechend ihrer Zusammensetzungen unterschiedlich ist. Der Wobbeindex ist ein korrigierter Heiz- bzw. Brennwert und wird rechnerisch aus dem Quotient des Brennwertes und der Wurzel aus dem Dichteverhältnis von Brennstoff und Luft gebildet.

Erdgas wird gegenwärtig über größere Strecken entweder in gasförmiger Form über entsprechende Rohrleitungen oder in verflüssigter Form mittels sog. LNG-Carrier transportiert. Zur Übernahme des mittels LNG-Carrier transportierten verflüssigten Erdgases im Empfängerland sind sog. LNG-Terminals vorgesehen. In diesen wird das verflüssigte Erdgas gelagert, verdampft sowie komprimiert um anschließend über Erdgasnetze an Kunden ausgeliefert werden zu können.

Die Qualität des gelieferten (Flüssig)Erdgases ist je nach Erdgasquelle sehr unterschiedlich. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Zusammensetzung des an Kunden gelieferten Erdgases so anzupassen, dass die spezifizierten bzw. geforderten Werte, wie Brennwert, Dichte, Wobbezahl, etc., eingehalten werden. Dies geschieht durch Zugabe eines Inertgases, wie bspw. Stickstoff. Der Stickstoff wird hierbei in einer speziell dafür vorgesehenen Luftzerlegungsanlage, die Bestandteil des LNG-Terminals ist, erzeugt. Alternativ zu Luftzerlegungsanlagen können im Falle kleinerer Stickstoff- Mengen auch Adsorptionsanlagen, insbesondere Druckwechseiadsorptionsaniagen zur Anwendung kommen.

Anhand des in der Figur 1 dargestellten Beispiels seien ein gattungsgemäßes

Verfahren sowie eine gattungsgemäße Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes dargestellt. Figur 1 zeigt in schematisierter Form die wesentlichen Bestandteile eines LNG- Terminals, nämlich eine Konditioniereinheit A, in der das über Leitung 1 herangeführte verflüssigte Erdgas verdichtet, angewärmt und konditioniert wird, einen Luftzerleger B sowie ein Kraftwerk C. Die Strom- und/oder Wärmeproduktion innerhalb des

Kraftwerks C erfolgt vorzugsweise mittels Erdgas-befeuerter Motoren, Erdgasbefeuerter Gasturbinen, Erdgas-befeuerter Dampfgeneratoren und/oder

Dampfturbinen. Grundsätzlich dient das Kraftwerk C dem Antrieb des Luftzerlegers sowie der vorzusehenden Pumpen und Kompressoren innerhalb des LNG-Terminals. In der Figur 1 sowie der Figur 2 sind die für die Zwischenlagerung des verflüssigten Erdgases erforderlichen Speicherbehälter nicht dargestellt.

Dem Luftzerleger B wird über Leitung 2 (verdichtete) Luft zugeführt. Der im

Luftzerleger B gewonnene Stickstoff bzw. das in ihm gewonnene Stickstoff-reiche Gasgemisch wird über Leitung 3 der Konditioniereinheit A zugeführt und in dieser dem Erdgas in der gewünschten Konzentration zugemischt. Über Leitung 4 wird das verdichtete Erdgas mit dem gewünschten Wobbeindex seiner weiteren Verwendung zugeführt. Ein Teil des verdichteten Erdgases wird über Leitung 4' dem vorbeschriebenen

Kraftwerk C als Einsatz zugeführt. Die Strom- und/oder Wärmeversorgung der

Konditioniereinheit A sowie des Luftzerlegers B ist durch die gestrichelt gezeichneten Leitungen a und b dargestellt. Der im Kraftwerk C anfallende Kohlendioxid-enthaltende Abgasstrom wird über Leitung 5, nach einer gegebenenfalls vorzusehenden

Nachreinigung, an die Atmosphäre abgegeben.

Luftzerlegungsanlagen stellen vergleichsweise kapitalintensive Anlagen dar. Auch der Energieverbrauch einer Luftzerlegungsanlage hat negative Auswirkungen auf die Gesamtbetriebskosten eines LNG-Terminals. Der Fachmann ist daher bestrebt, sowohl Kosten als auch Energiebedarf der Luftzerlegungsanlage zu reduzieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet, insbesondere eine Reduzierung der Kosten sowie des Energiebedarfs von Luftzerlegungsanlagen ermöglicht oder eine Luftzerlegungsanlage überflüssig werden lässt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes durch Zugabe wenigstens eines den Wobbeindex des Brennstoffes beeinflussenden Mediums vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass als beeinflussendes Medium Wasserstoff und/oder ein Wasserstoff-reiches Gasgemisch zugemischt wird. Die erfindungsgemäße Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes durch Zugabe wenigstens eines den Wobbeindex des Brennstoffes beeinflussenden Mediums weist wenigstens eine Einheit zur Erzeugung von Wasserstoff und/oder einem Wasserstoff-reichen Gasgemisch und wenigstens eine Konditioniereinheit, die der Zuspeisung des Wasserstoffs und/oder Wasserstoff-reichen Gasgemisches zu dem Brennstoff dient, auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes sind dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweilig zusätzlich zu dem Wasserstoff oder Wasserstoff-reichen Gasgemisch wenigstens eine weitere Komponente, vorzugsweise Stickstoff, ein Stickstoff-reiches Gasgemisch, Kohlendioxid und/oder ein Kohlendioxid-reiches Gasgemisch zugemischt wird bzw. werden, und/oder der Wasserstoff und/oder das Wasserstoff-reiche Gasgemisch

mittels einer Elektrolyse,

mittels einer pyrolytischen Zersetzung von Methan und längerkettigen Kohlenwasserstoffen,

- aus dem Offgas eines petrochemischen Prozesses,

mittels eines Raffinerieprozesses,

mittels der Ammoniaksynthese und/oder

mittels eines metallurgischen Prozesses

gewonnen wird. Erfindungsgemäß wird zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes dem Brennstoff nunmehr - ggf. zusätzlich zu Stickstoff bzw. einem Stickstoff-reichen Gasgemisch - Wasserstoff oder ein Wasserstoff-reiches Gasgemisch zugemischt. Im Falle des Verzichts einer Zumischung von Stickstoff erübrigt sich die bisher

vorzusehende Luftzerlegungs- oder Adsorptionsanlage. Sofern neben dem Wasserstoff oder Wasserstoff-reichen Gasgemisch weiterhin Stickstoff zugemischt wird, kann die Luftzerlegungs- oder Adsorptionsanlage entsprechend kleiner dimensioniert werden. Die (ausschließliche) Zumischung von Wasserstoff oder eines Wasserstoff-reichen Gasgemisches erlaubt eine sehr präzise Einstellung des Wobbeindex, da Wasserstoff im Gegensatz zu inerten Molekülen einen nennenswerten, wenngleich im Verhältnis zu Methan kleineren volumetrischen Heizwert aufweist. Aufgrund dieses Sachverhaltes wird zudem die Gefahr einer Überdosierung verringert.

Der dem Brennstoff zuzumischende Wasserstoff bzw. das dem Brennstoff

zuzumischende Wasserstoff-reiche Gasgemisch kann, wie vorstehend aufgeführt, aus verschiedenen Quellen stammen. Im Falle einer Gewinnung von Wasserstoff mittels Elektrolyse ist es besonders sinnvoll, wenn der für die Elektrolyse benötigte Strom aus regenerativen Energiequellen stammt. Der bei der Elektrolyse ebenfalls gewonnene Sauerstoff kann beispielsweise dem vorbeschriebenen Kraftwerk als Brennstoff zugeführt werden. Je nach verwendeter Wasserstoff-Quelle ist jedoch ggf. eine Nachreinigung bzw. Aufbereitung des Wasserstoffs bzw. Wasserstoff-reichen

Gasgemisches vor der Zumischung in den Brennstoff erforderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung zum

Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes sowie weitere vorteilhafte

Ausgestaltungen des- bzw. derselben seien nachfolgend anhand des in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispieles, das ebenfalls in schematisierter Form ein LNG- Terminal darstellt, näher erläutert. Die in der Figur 2 dargestellte Verfahrensführung unterscheidet sich von der in der

Figur 1 dargestellten dadurch, dass der Luftzerleger B kleiner dimensioniert ist, da der Konditioniereinheit A über Leitung 6 erfindungsgemäß Wasserstoff und/oder ein Wasserstoff-reiches Gasgemisch zugeführt und in der Konditioniereinheit A dem Brennstoff in der gewünschten Menge zugemischt wird. Der Wasserstoff bzw. das Wasserstoff-reiche Gasgemisch stammt aus einer Quelle, die in der Figur 2 lediglich als Black-Box D dargestellt ist und bei der es sich vorzugsweise um eine Elektrolyse, eine pyrolytische Zersetzung von Methan und längerkettigen Kohlenwasserstoffen, einen petrochemischen Prozess oder einen metallurgischen Prozess handelt. Der in den vorgenannten Prozessen gewonnene Wasserstoff ist ggf. einer Nachreinigung bzw. Aufbereitung E zu unterziehen. Diese Nachreinigung bzw. Aufbereitung E kann eine Trocknung, eine Abtrennung von Staub, schwefelhaltigen Verbindungen wie S0 ₂ , stickstoffhaltigen Verbindungen wie HCN, etc. umfassen. In vorteilhafter Weise weist der Wasserstoff bzw. das Wasserstoff-reiche Gasgemisch 6 einen Wasserstoffgehalt von wenigstens 20 Vol.-% auf.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können dem Brennstoff weitere Komponenten, die der Einstellung des Wobbeindex dienen, zugeführt werden. Im Falle des in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiels kann daher der Kohlendioxid-enthaltende Abgasstrom 5 bzw. ein Teilstrom desselben - ggf. nach einer entsprechenden Nachreinigung bzw. Aufbereitung - ebenfalls der

Konditioniereinheit A zugeführt werden.

Sofern auf eine Zuführung von Stickstoff bzw. eines Stickstoff-reichen Gasgemisches vollständig verzichtet werden kann, erübrigt sich der in der Figur 2 dargestellte

Luftzerleger B.