Eisen aan gas voor vloeibaarmaking: CO₂, water, H₂S, kwik en stikstof vóór de microvloeibaarmakingsinstallatie

Gas dat naar een microvloeibaarmakingsinstallatie wordt geleid, moet aanzienlijk schoner zijn dan biomethaan dat in het net wordt ingevoed, omdat bij een temperatuur van ongeveer −162°C verontreinigingen die in het net ongevaarlijk zijn, bevriezen en de warmtewisselaars verstoppen. Typische ordes van grootte die leveranciers vereisen zijn: CO₂ onder enkele tientallen ppm (vaak 50 ppmv), water onder 1 ppmv, H₂S op het niveau van enkele ppm, kwik vrijwel afwezig en beperkte zware koolwaterstoffen. De gedetailleerde limieten vloeien voort uit de constructie van de vloeibaarmakingsinstallatie en moeten worden bevestigd in de specificatie van de leverancier.

Waarom deze limieten

In een vloeibaarmakingsinstallatie stroomt het gas door warmtewisselaars met nauwe kanalen. Wanneer de gassamenstelling de oplosbaarheid van verontreinigingen bij lage temperatuur overschrijdt, gaan de verontreinigingen over in vaste toestand en zetten zich af op de wanden, wat het rendement verlaagt, het drukverlies vergroot en stilstand afdwingt. Kwik vernietigt aluminium warmtewisselaars door amalgamen en corrosie te vormen. Ook zuurstof in vloeibaar methaan is om veiligheidsredenen ongewenst.

De waarden hebben een indicatief karakter: elke fabrikant geeft eigen specificaties op, en de kwaliteit van LNG voor voertuigen wordt bepaald door aanvullende normen.

Hoe aan de eisen te voldoen

1. Opwerking met laag CO₂-gehalte. Bij de meeste scheidingstechnologieën bedraagt het CO₂-gehalte in biomethaan na eentrapsscheiding van enkele tientallen tot enkele duizenden ppm, dus een extra stap voor het verwijderen van CO₂ is noodzakelijk.
2. Adsorptie op moleculaire zeven (TSA). Zeolietbedden in een temperatuurwisselcyclus verwijderen CO₂ en water tot een niveau onder de limiet. Regeneratie vereist heet gas.
3. Actieve kool voor het verwijderen van H₂S, VOC, siloxanen en kwik (vaak met impregnatie).
4. Cryogene CO₂-scheiding in een systeem dat in de vloeibaarmakingsinstallatie is geïntegreerd.
5. Monitoring – analyzers voor spoorconcentraties CO₂ en water aan de ingang van de vloeibaarmakingsinstallatie met alarm.

Stikstof

Stikstof in het ingangsgas wordt in microvloeibaarmakingsinstallaties doorgaans niet verwijderd; het blijft in het product of komt in het verdampingsgas terecht. Omdat het de parameters van LNG beïnvloedt, wordt het gehalte bij de bron beperkt: daarom kan biologische ontzwaveling met luchtdosering bij bioLNG af te raden zijn (zie het artikel over voorreiniging).

Voorbeeld: controle van CO₂

Aannames: het gas na membraanopwerking bevat 2,0% CO₂ (20.000 ppm). Voor de vloeibaarmakingsinstallatie is ≤ 50 ppm vereist. De moleculaire zeef moet de concentratie dus 400 keer verlagen. Bij een debiet van 400 m³/h is de vast te houden CO₂: 400 × 0,02 = 8 m³/h ≈ 15,8 kg/h (1,98 kg/m³). Bij een capaciteit van het sorbens van bijv. 5% van de massa (aanname) wordt per etmaal ca. 380 kg CO₂ verbruikt → ca. 7,6 t sorbens voor regeneratie in de cyclus; de praktijk vereist het afwisselend werken van enkele bedden. Dit laat zien dat de eerste oplossing de verbetering van de opwerking is (bijv. amines of cryogeniek) in plaats van grote TSA-bedden.

Goede praktijken

• Stem de ingangsspecificatie van de vloeibaarmakingsinstallatie af met de leverancier van de opwerking, zodat beide systemen gezamenlijk worden gekozen.
• Installeer een dubbele meting van vocht en CO₂ vóór de vloeibaarmakingsinstallatie.
• Plan regeneratie en vervanging van bedden in het onderhoudsschema.
• Zorg voor een gasbuffer, zodat korte verstoringen van de kwaliteit geen stilstand afdwingen.
• Houd een register van kwaliteitsmetingen bij, want dat vergemakkelijkt de diagnose van problemen.

Waar specificaties te controleren

Ingangsspecificaties maken deel uit van de technische documentatie van de aanbieding van de vloeibaarmakingsinstallatie, en de kwaliteit van LNG als voertuigbrandstof – van normen en eisen van afnemers. Vraag voordat u voor een leverancier kiest om een tabel met limieten voor alle componenten, samen met de meetmethode en de toelaatbare variabiliteit in de tijd (kortdurende overschrijdingen, gemiddelde waarden). Antwoorden op deze vragen maken het mogelijk te beoordelen of het eindreinigingssysteem te bescheiden of te uitgebreid zal zijn ten opzichte van de werkelijke behoeften.

Gevolgen voor het ontwerp van de hele biomethaaninstallatie

De eisen van de vloeibaarmakingsinstallatie beïnvloeden de keuze van de opwerkingstechnologie, het compressiesysteem en de wijze van ontzwaveling. Als bioLNG wordt gepland, is het vaak voordelig van het begin af aan een cryogene lijn te ontwerpen waarin CO₂-scheiding en vloeibaarmaking zijn geïntegreerd, in plaats van de vloeibaarmakingsinstallatie aan een kant-en-klare netinstallatie te koppelen. Zo'n integratie verkort de weg van het gas, vermindert het aantal apparaten en beperkt methaanverliezen, maar maakt het project afhankelijk van de leverancier van één systeem. Daarom is het raadzaam de berekening voor beide varianten uit te voeren, rekening houdend met de kosten van ombouw als de beslissing over vloeibaarmaking pas na de ingebruikname van de installatie valt.

Samenvatting

Voor een vloeibaarmakingsinstallatie tellen ppm, geen procenten. Zorg ervoor dat het eindreinigingssysteem met een marge wordt ontworpen en dat de kosten ervan in de bioLNG-berekening zijn opgenomen.