Anforderungen an das Gas zur Verflüssigung: CO₂, Wasser, H₂S, Quecksilber und Stickstoff vor der Mikroverflüssigungsanlage

Gas, das einer Mikroverflüssigungsanlage zugeführt wird, muss deutlich sauberer sein als Biomethan für die Netzeinspeisung, denn bei einer Temperatur von etwa −162°C gefrieren Verunreinigungen, die im Netz unbedenklich sind, und verstopfen die Wärmeübertrager. Typische Größenordnungen, die Lieferanten verlangen, sind: CO₂ unter einigen Dutzend ppm (oft 50 ppmv), Wasser unter 1 ppmv, H₂S im Bereich einiger ppm, Quecksilber praktisch nicht vorhanden und begrenzte schwere Kohlenwasserstoffe. Die detaillierten Grenzwerte ergeben sich aus der Konstruktion der Verflüssigungsanlage und müssen in der Spezifikation des Lieferanten bestätigt werden.

Warum diese Grenzwerte

In der Verflüssigungsanlage strömt das Gas durch Wärmeübertrager mit engen Kanälen. Übersteigt die Gaszusammensetzung die Löslichkeit der Verunreinigungen bei niedriger Temperatur, gehen die Verunreinigungen in den festen Zustand über und lagern sich an den Wänden ab, was den Wirkungsgrad senkt, den Druckverlust erhöht und Stillstände erzwingt. Quecksilber zerstört Wärmeübertrager aus Aluminium, indem es Amalgame und Korrosion bildet. Auch Sauerstoff in flüssigem Methan ist aus Sicherheitsgründen unerwünscht.

Die Werte sind orientierend: Jeder Hersteller gibt eigene Spezifikationen an, und die Qualität von LNG für Fahrzeuge wird durch zusätzliche Normen festgelegt.

Wie die Anforderungen erfüllt werden

1. Aufbereitung mit niedrigem CO₂-Gehalt. Bei den meisten Trenntechnologien beträgt der CO₂-Gehalt im Biomethan nach einstufiger Trennung einige Dutzend bis einige tausend ppm, daher ist eine zusätzliche Stufe zur CO₂-Entfernung erforderlich.
2. Adsorption an Molekularsieben (TSA). Zeolithbetten im Temperaturwechselzyklus entfernen CO₂ und Wasser bis unter den Grenzwert. Die Regeneration erfordert heißes Gas.
3. Aktivkohle zur Entfernung von H₂S, VOC, Siloxanen und Quecksilber (oft mit Imprägnierung).
4. Kryogene CO₂-Abtrennung in einem mit der Verflüssigungsanlage integrierten System.
5. Monitoring – Analysatoren für Spurenkonzentrationen von CO₂ und Wasser am Eintritt der Verflüssigungsanlage mit Alarm.

Stickstoff

Stickstoff im Eingangsgas wird in Mikroverflüssigungsanlagen in der Regel nicht entfernt; er verbleibt im Produkt oder gelangt in das Verdampfungsgas. Da er die Parameter des LNG beeinflusst, wird sein Gehalt an der Quelle begrenzt: Deshalb kann die biologische Entschwefelung mit Luftdosierung bei bioLNG ungeeignet sein (siehe Beitrag zur Vorreinigung).

Beispiel: CO₂-Kontrolle

Annahmen: Das Gas nach der Membranaufbereitung enthält 2,0% CO₂ (20.000 ppm). Für die Verflüssigungsanlage sind ≤ 50 ppm erforderlich. Das Molekularsieb muss die Konzentration also um das 400-Fache reduzieren. Bei einem Durchfluss von 400 m³/h beträgt das zurückzuhaltende CO₂: 400 × 0,02 = 8 m³/h ≈ 15,8 kg/h (1,98 kg/m³). Bei einer Sorbenskapazität von z. B. 5% der Masse (Annahme) werden pro Tag ca. 380 kg CO₂ aufgenommen → ca. 7,6 t Sorbens, die im Zyklus zu regenerieren sind; in der Praxis arbeiten mehrere Betten im Wechsel. Das zeigt, dass die erste Lösung die Verbesserung der Aufbereitung (z. B. Amine oder Kryotechnik) statt großer TSA-Betten ist.

Gute Praxis

• Stimmen Sie die Eingangsspezifikation der Verflüssigungsanlage mit dem Lieferanten der Aufbereitung ab, damit beide Systeme gemeinsam ausgelegt werden.
• Installieren Sie eine doppelte Messung von Feuchte und CO₂ vor der Verflüssigungsanlage.
• Planen Sie Regeneration und Austausch der Betten im Wartungsplan ein.
• Sorgen Sie für einen Gaspuffer, damit kurze Qualitätsstörungen keine Abschaltung erzwingen.
• Führen Sie ein Register der Qualitätsmessungen, denn es erleichtert die Diagnose von Problemen.

Wo die Spezifikationen zu prüfen sind

Die Eingangsspezifikationen sind Teil der technischen Dokumentation des Angebots für die Verflüssigungsanlage, die Qualität von LNG als Fahrzeugkraftstoff – der Normen und Anforderungen der Abnehmer. Bevor Sie sich für einen Lieferanten entscheiden, bitten Sie um eine Tabelle der Grenzwerte für alle Komponenten, zusammen mit der Messmethode und der zulässigen zeitlichen Schwankung (kurzzeitige Überschreitungen, Mittelwerte). Die Antworten auf diese Fragen erlauben es zu beurteilen, ob das System zur Endreinigung zu bescheiden oder zu aufwendig im Verhältnis zum tatsächlichen Bedarf sein wird.

Folgen für die Planung der gesamten Biomethananlage

Die Anforderungen der Verflüssigungsanlage beeinflussen die Wahl der Aufbereitungstechnologie, das Verdichtungssystem und die Art der Entschwefelung. Wird bioLNG geplant, ist es mitunter vorteilhaft, von Anfang an eine kryogene Strecke zu planen, in der CO₂-Abtrennung und Verflüssigung integriert sind, statt die Verflüssigungsanlage an eine fertige Netzanlage anzuschließen. Eine solche Integration verkürzt den Gasweg, verringert die Zahl der Geräte und begrenzt Methanverluste, macht das Projekt aber vom Lieferanten eines einzelnen Systems abhängig. Deshalb lohnt es sich, die Rechnung für beide Varianten durchzuführen, unter Berücksichtigung der Umbaukosten, falls die Entscheidung zur Verflüssigung erst nach der Inbetriebnahme der Anlage fällt.

Zusammenfassung

Für die Verflüssigungsanlage zählen ppm, nicht Prozent. Achten Sie darauf, dass das System zur Endreinigung mit Reserve ausgelegt und seine Kosten in die bioLNG-Kalkulation einbezogen werden.