Gasvorbehandlung vor der Verflüssigung: Reinigung von CO₂, H₂S, Feuchtigkeit und schweren Kohlenwasserstoffen

Einleitung

Das Wachstum von Klein-SNG in Deutschland und den europäischen Nachbarländern hängt direkt mit der Entwicklung der dezentralen Energieversorgung, der Gasversorgung abgelegener Gebiete und dem Übergang zu flexibleren Brennstoffquellen zusammen. In diesen Projekten ist das entscheidende Element nicht der Verflüssigungsblock selbst, sondern das, was davor geschieht — die Gasaufbereitung.

Die Gasaufbereitungsanlage vor der Verflüssigung (GAA) ist ein System, das „Roh"-Erdgas oder Begleitgas in ein kryogen sicheres Produkt umwandelt. Ohne sie wird jede SNG-Anlage zu einem instabilen technologischen Experiment. Der Grund ist einfach: Kryogene Temperaturen von −162 °C verzeihen keine Fehler.

Wenn CO₂, H₂S, Wasser oder schwere Kohlenwasserstoffe im Gas verbleiben, gefrieren sie, bilden Hydrate, blockieren Wärmetauscher, zerstören Armaturen und setzen den kryogenen Block außer Betrieb. Infolgedessen kann die Anlage Wochen, aber nicht Jahre betrieben werden.

Dabei ist die Reinigung des Gases von CO₂ und H₂S keine einzelne Technologie, sondern ein ganzes Bündel von Lösungen: Adsorption, Aminverfahren, Membranseparation und kryogene Nachreinigung. Und jede davon eignet sich nur für eine bestimmte Gaszusammensetzung, einen bestimmten Druck und ein bestimmtes Volumen.

China bietet heute ein breites Spektrum an Ausrüstung für GAA an — von Adsorptionskolonnen bis hin zu modularen Membrananlagen. Doch die Qualität variiert stark: von Werken auf dem Niveau von SASPG und Hangzhou Oxygen bis hin zu Handelsunternehmen ohne echte Produktionskapazitäten.

In diesem Artikel analysieren wir, welche Technologien tatsächlich funktionieren, welche Toleranzen für SNG zwingend erforderlich sind, wie ein Lastenheft zu erstellen ist und welche Fehler am häufigsten zum Ausfall des kryogenen Blocks führen.

Warum die Gasaufbereitung notwendig ist: Was ohne GAA passiert

Wenn man den Gasaufbereitungsblock entfernt, wird das kryogene Modul zu einem System mit schnellem Ausfall. Die Ursache liegt in der Physik der Phasenübergänge und dem Verhalten von Verunreinigungen bei niedrigen Temperaturen.

Kritische Verunreinigungen und ihr Verhalten

CO₂ — der Hauptfeind der Kryogenik

1. gefriert bei −78 °C
2. bildet feste Kristalle
3. verstopft Plattenrippen-Wärmetauscher
4. verursacht Leistungsabfall

H₂S

1. toxisch
2. verursacht Korrosion
3. zerstört Aluminiumelemente
4. macht das Produkt nicht normgerecht

Wasser

1. bildet Hydrate
2. verwandelt sich in Eis
3. blockiert Rohrleitungen
4. reduziert die Zuverlässigkeit des Systems kritisch

Die GOST 5542 stellt Anforderungen an die Qualität von Erdgas, einschließlich des Gehalts an Schwefelwasserstoff und anderen Komponenten; in der industriellen Praxis werden diese Normen als Basisreferenz für die Gasaufbereitung vor der Weiterverarbeitung verwendet.

Schwere Kohlenwasserstoffe (C5+)

1. kondensieren bei hohen Temperaturen
2. gefrieren in der kryogenen Zone
3. bilden Ablagerungen in der Cold Box
4. reduzieren den Wirkungsgrad der Verflüssigung

Ergebnis ohne GAA

Ohne Gasaufbereitung arbeitet der kryogene Block nicht Jahre, sondern Wochen.

Technologische Schemata der Gasreinigung (Hauptblock)

Die Gasaufbereitungsanlage vor der Verflüssigung kann auf vier Basistechnologien aufgebaut werden. In realen SNG-Projekten werden sie häufig kombiniert.

1. Adsorptionsreinigung (Molekularsiebe)

Dies ist das am weitesten verbreitete Schema für Klein-SNG-Anlagen.

Technologieparameter

Vorteile

1. hohe Reinigungstiefe
2. Stabilität der Parameter
3. geeignet für SNG
4. bewährte Technologie

Nachteile

1. Energieaufwand für die Regeneration
2. Notwendigkeit des Adsorbenswechsels
3. komplexe Automatisierung

Chinesische Lieferanten

1. Sichuan Air Separation
2. Hangzhou Oxygen
3. Integratoren Jereh / CIMC Enric

2. Amin-(Absorptions-)Reinigung

Wird in großen Gasaufbereitungsanlagen eingesetzt.

Parameter

Vorteile

1. kontinuierlicher Prozess
2. hohe Leistung
3. geeignet für große Ströme

Nachteile

1. komplexe Aminregeneration
2. Korrosion der Ausrüstung
3. erfordert Gastrocknung

Einsatzbereich

1. große Gasaufbereitungsanlagen
2. Ströme ab 50.000 m³/h und mehr

3. Membran-Gasreinigung

Wird als Vorstufe eingesetzt.

Parameter

Vorteile

1. Kompaktheit
2. keine Reagenzien
3. niedriger Energieverbrauch

Nachteile

1. erreicht keine kryogene Reinheit
2. Kaskade erforderlich
3. Instabilität der Membranen

4. Kryogene Separation

Wird in komplexen SNG-Schemata eingesetzt.

Parameter

Vorteile

1. Kombination von Reinigung und Kühlung
2. Erhöhung des SNG-Wirkungsgrades
3. Entfernung schwerer Fraktionen

Nachteile

1. hoher Energieaufwand
2. erfordert Vortrocknung
3. komplexe Steuerung

Was im Lastenheft für die GAA stehen muss

Ausrüstung für die Gasaufbereitung darf nicht ohne ein strenges technisches Lastenheft beschafft werden.

Ausgangsdaten

1. Gaszusammensetzung (CH₄, CO₂, H₂S, N₂, C2+);
2. Druck und Temperatur;
3. Durchfluss (min/nom/max);
4. saisonale Schwankungen;
5. Vorhandensein von Quecksilber;
6. Feuchtigkeitsgehalt.

Anforderungen an das gereinigte Gas

Formulierungsbeispiel

Die Gasaufbereitungsanlage muss einen CO₂-Gehalt von nicht mehr als 50 ppm, H₂S von nicht mehr als 4 ppm, einen Wassertaupunkt von nicht höher als −60 °C bei 0,1 MPa und einen C5+-Gehalt von nicht mehr als 10 ppm gewährleisten.

Ausrüstung

1. Material der Behälter (09G2S, 12Ch18N10T);
2. Adsorbens-Typ (UOP, Grace oder gleichwertig);
3. Membran-Typ;
4. Ventile und Regler (Marke);
5. Automatisierung (Modbus, OPC UA);
6. Redundanz der Kolonnen;
7. Regenerationssystem.

Chinesische Ausrüstung für GAA: Wo sie funktioniert und wo Risiken bestehen

Funktioniert gut

1. Adsorptionskolonnen (SASPG, Hangzhou Oxygen);
2. Separatoren und Filter;
3. Wärmetauscher (bei Materialprüfung);
4. modulare GAA von EPC-Integratoren (Jereh, CIMC Enric).

Schwachstellen

1. Membranen (unterschiedliches Qualitätsniveau);
2. Armaturen (Regler, Ventile);
3. Automatisierung (Inkompatibilität der SCADA);
4. „Universallösungen" ohne Gasberechnung.

Hauptrisiko

Der Lieferant fragt die Gaszusammensetzung nicht ab → das bedeutet, es wird ein durchschnittliches System ausgelegt → das unter realen Bedingungen nicht funktioniert.

Fehler beim Kauf einer GAA

Prüfung eines chinesischen GAA-Lieferanten (HowTo)

Schritt 1 — Dokumente

1. Lizenzen
2. ISO 9001
3. Referenzen

Schritt 2 — Produktion

1. Adsorptionskolonnen
2. Schweißen von Behältern
3. ZfP-Kontrolle

Schritt 3 — Prüfungen

1. Dichtheit
2. Druck
3. Regeneration

Schritt 4 — Integration

1. Verbindung mit dem kryogenen Block
2. SCADA / PLC
3. Protokolle