Einstellen des Wobbeindex von Brennstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen des Wobbeindex eines

Brennstoffes, insbesondere von Erdgas, durch Zugabe von Stickstoff oder einem Stickstoff-reichen Gasgemisch.

Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes, insbesondere von Erdgas, aufweisend wenigstens eine Einheit zur Erzeugung von Stickstoff oder einem Stickstoff-reichen Gasgemisch und wenigstens eine erste Konditioniereinheit, die der Zuspeisung des Stickstoffs oder Stickstoffreichen Gasgemisches zu dem Brennstoff dient.

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. 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. Die Kraftwerksabwärme kann ebenfalls zur Verdampfung und Anwärmung des verflüssigten Erdgases verwendet werden. In der Figur 1 sowie den weiteren Figuren 2 bis 4 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 strichelt gezeichneten Leitungen a und b dargestellt. Der im Kraftwerk C anfallende Kohlendioxid-enthaltende Abgasstrom wird bisher 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.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoff zumindest zeitweilig zusätzlich Kohlendioxid oder ein Kohlendioxid-reiches

Gasgemisch zugemischt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes ist dadurch gekennzeichnet, dass

die Anordnung wenigstens eine Einheit zur Erzeugung von Kohlendioxid oder einem Kohlendioxid-reichen Gasgemisch aufweist und/oder der Anordnung wenigstens eine derartige Einheit zugeordnet ist und

die erste Konditioniereinheit derart ausgebildet ist, dass sie für die Zuspeisung des Kohlendioxids oder Kohlendioxid-reichen Gasgemisches zu dem Brennstoff verwendet werden kann und/oder wenigstens eine weitere Konditioniereinheit, die der Zuspeisung des Kohlendioxids oder Kohlendioxid-reichen

Gasgemisches zu dem Brennstoff dient, vorgesehen ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes sind dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff oder das Stickstoff-reiche Gasgemisch mittels eines kryogenen, adsorptiven und/oder permeativen Trennprozesses, vorzugsweise mittels eines kryogenen Luftzerlegungsprozesses erzeugt wird, das Kohlendioxid oder Kohlendioxid-reiche Gasgemisch aus einer natürlichen Kohlendioxid-Quelle und/oder aus dem Abgas eines Verbrennungsprozesses gewonnen wird bzw. werden, sofern wenigstens ein Kompressor, der der Verdichtung einer gasförmigen Fraktion dient, und/oder wenigstens eine Pumpe, die der Förderung einer flüssigen Fraktion dient, vorgesehen ist, das Kraftwerk dem Antrieb des kryogenen Luftzerlegungsprozesses, des Kompressors und/oder der Pumpe dient, und/oder das Abgas des Verbrennungsprozesses einer Aufarbeitung, in der Kohlendioxid oder ein Kohlendioxid-reiches Gasgemisch gewonnen wird, unterworfen wird.

Erfindungsgemäß wird zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes dem Brennstoff nunmehr zusätzlich zu dem Stickstoff bzw. dem Stickstoff-reichen

Gasgemisch zumindest zeitweilig Kohlendioxid oder ein Kohlendioxid-reiches

Gasgemisch zugemischt. Dadurch verringert sich die Menge des dem Brennstoff zuzumischenden Stickstoffs bzw. Stickstoff-reichen Gasgemisches, was eine entsprechende Entlastung der Stickstoff-erzeugenden Anlage, bei der es sich wie Eingangs erläutert im Regelfall um einen Luftzerfeger handelt, zur Folge hat.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung zum

Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes sowie weitere vorteilhafte

Ausgestaltungen des- bzw. derselben seien nachfolgend anhand der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele, die ebenfalls in schematisierter Form LNG- Terminals darstellen, näher erläutert. Die in der Figur 2 dargestellte Verfahrensführung unterscheidet sich von der in der Figur ί dargestellten dadurch, dass nunmehr der Kohlendioxid-enthaltende

Abgasstrom des Kraftwerks C über Leitung 5' der Konditioniereinheit A zugeführt wird. Ein Abführen des Kohlendioxid-enthaltenden Abgasstromes in die Atmosphäre ist somit nicht mehr oder nurmehr in Teilen erforderlich. In Abhängigkeit von der

Zusammensetzung dieses Abgasstromes ist eine Reinigungseinheit D vorzusehen, in der der Kohlendioxid-enthaltende Abgasstrom entsprechend seiner beabsichtigten Verwendung aufbereitet werden kann. Diese Reinigungseinheit D kann eine Trocknung und/oder eine Abtrennung von Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, Stick- und

Schwefeloxiden sowie weiteren Verunreinigungen, etc. beinhalten Darüber hinaus wird aufgrund der erfindungsgemäßen Verfahrensweise der Bedarf an Stickstoff bzw. Stickstoff-reichem Gasgemisch aus dem Luftzerleger verringert; dieser kann daher deutlich kleiner ausgeführt werden, woraus eine Reduzierung der

Investitions- und Betriebskosten resultiert. Alternativ kann der erforderliche Stickstoff auch durch eine Flüssig-Stickstoff-Versorgung, eine Membran- oder eine

Adsorptionsanlage bereitgestellt werden.

In vorteilhafter Weise wird zudem das im Luftzerleger B gewonnene Sauerstoff-reiche Gasgemisch über Leitung 7 dem Kraftwerk C zur Unterfeuerung zugeführt. Eine derartige Verfahrensführung macht insbesondere dann Sinn, wenn der Sauerstoff- Gehalt des Gasgemisches 7 wenigstens 50 Mol.-% beträgt. Alternativ oder ergänzend zu der Zuführung eines Kohlendioxid-reichen Gasgemisches über Leitung 5' kann über Leitung 8 Kohlendioxid oder ein Kohlendioxid-reiches Gasgemisch aus einer externen Quelle, wie beispielsweise Flüssig-C0 ₂ -Versorgung oder beliebige

verfahrenstechnische Systeme mit Kohlendioxid-Produktion als Ergebnis eines Oxidationsprozesses, der Konditioniereinheit A zugeführt werden.

Bei den in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen des

erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Anordnung ist die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Konditioniereinheit A in zwei getrennte Einheiten A' sowie A" aufgeteilt. Hierbei dient die erste Einheit A' der Anwärmung und Verdampfung des Brennstoffes bzw. verflüssigten Erdgases, während die zweite Einheit A" der Konditionierung dient. Im Falle der in der Figur 3 dargestellten Ausführungsform wird in der ersten Einheit A' das über Leitung 1 herangeführte Erdgas angewärmt und verdampft. Anschließend wird es über Leitung 40 der zweiten Konditioniereinheit A", in der der gewünschte Wobbeindex eingestellt wird, zugeführt. Über Leitung 41 wird das Erdgas anschließend seiner weiteren Verwendung zugeführt. Der zweiten Einheit A" kann über Leitung 8 Kohlendioxid oder ein Kohlendioxid-reiches Gasgemisch aus einer externen Quelle zugeführt werden. Das über Leitung 3 aus dem Luftzerleger B abgezogene Stickstoffreiche Gasgemisch muss im Regelfall vor der Zuführung in die Einheit A" verdichtet werden, wozu ein ein- oder mehrstufig ausgelegter Verdichter V1 vorzusehen ist. Dieser wird ebenso wie der noch zu erläuternde Verdichter V2 durch das Kraftwerk C angetrieben - dargestellt durch die gestrichelt gezeichneten Leitungen c und d. Wiederum kann - wie bereits anhand der in den Figuren 1 und 2 dargestellten

Verfahrensführungen erläutert - ein Teilstrom des verdampften Erdgases über Leitung 40" dem Kraftwerk C zum Zweck der Unterfeuerung zugeführt werden. Das aus dem Kraftwerk C über Leitung 50 abgezogene Kohlendioxid-enthaitende Abgas wird nach einer gegebenenfalls vorzusehenden Aufbereitung D der zweiten Konditioniereinheit A" zugeführt, wobei ggf. ebenfalls eine Verdichtung V2 vorzusehen ist.

Die in der Figur 4 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes unterscheidet sich von der in Figur 3 dargestellten dadurch, dass in einer der ersten Einheit A', die wiederum der Anwärmung und Verdampfung des

Brennstoffes bzw. verflüssigten Erdgases dient, vorgeschalteten Kolonne E ein Vermischen von verflüssigtem Erdgas 1 , Boil-Off-Gas 1', das aus den in den Figuren nicht dargestellten LNG-Speichern des LNG-Terminals stammt, und Stickstoff bzw. einem Stickstoff-reichen Gasgemisch 3 erfolgt. Diese Kolonne E wird üblicherweise als Recondenser bezeichnet und wird als eine gepackte Kolonne ausgeführt. Das flüssige Erdgas wird mit Hilfe von Pumpen aus dem Zwischenspeicher entnommen und dabei auf ca. 10 bar verdichtet; die Temperatur des flüssigen Erdgases bleibt dabei nahezu unverändert, so dass das flüssige Erdgas nach der Entnahme noch etwas unterkühlt ist. Dies hat zur Folge, dass dem flüssigen Erdgas Wärme zugeführt werden kann, ohne dass dieses verdampft. Diese Eigenschaft wird im Recondenser E ausgenutzt; in ihm wird das warme Stickstoff-reiche Gasgemisch 3 dem flüssigen Erdgas 1 beigemischt. Die über Leitung 10 aus dem Sumpf der Kolonne E abgezogene Flüssigfraktion wird mittels der Pumpe P auf den erforderlichen Pipeline-Druck verdichtet und der ersten Einheit A' zugeführt. Auch der Antrieb der Pumpe P erfolgt vorzugsweise durch das Kraftwerk C - dargestellt durch die gestrichelt gezeichnete Leitung e. Der Vorteil des Recondensers E liegt darin, dass das Stickstoff-reiche Gasgemisch 3 lediglich bis auf Druck des Recondensers verdichtet werden muss (ca. 10 bar) und nicht auf den endgültigen Pipeline-Druck.