DE102008004077A1 - Process and apparatus for the treatment of natural gas for use in a gas engine - Google Patents
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Abstract
Zur Aufbereitung von Erdgas zur Nutzung in einem Gasmotor werden aus einem ankommenden Erdgasgemisch (10) höhere Kohlenwasserstoffe (14) abgeschieden und das verbleibende Erdgasgemisch (16), dessen Methanzahl durch das Entfernen der höheren Kohlenwasserstoffe (14) erhöht ist, wird einem Gasmotor als Brennstoff (18) zur Verfügung gestellt.For processing natural gas for use in a gas engine, higher hydrocarbons (14) are separated from an incoming natural gas mixture (10), and the remaining natural gas mixture (16), whose methane number is increased by removing the higher hydrocarbons (14), becomes a gas engine fuel (18).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdgas zur Nutzung in einem Gasmotor sowie ein entsprechend aufbereitetes Erdgas sowie dessen Verwendung.The The invention relates to a method and a device for the preparation of Natural gas for use in a gas engine and a correspondingly treated Natural gas and its use.
Gasmotoren,
wie Diesel-Gasmotoren und Gas-Ottomotoren, gewinnen zunehmend Bedeutung beispielsweise
als Antriebsaggregate für stationäre Anlagen und
in Erdgasfahrzeugen. Aufbau und Funktionsweise eines Diesel-Gasmotors
sind zum Beispiel in der
Für die Funktionsweise eines Gasmotors, insbesondere seinen Verbrennungsprozess ist die Gasbeschaffenheit des verwendeten Erdgases von entscheidender Bedeutung. Die wesentlichen Bestandteile von Erdgas sind die Kohlenwasserstoffe Methan (CH4), Ethan (C2H6), Propan (C3H8) und Butan (C4H10) sowie die Gase Kohlendioxid (CO2) und Stickstoff (N2) und evt. Schwefelwasserstoff (H2S). Die Methanzahlen der in Europa zur Verfügung stehenden Erdgase liegen je nach Herkunft üblicherweise im Bereich zwischen 70 und 98. Im Allgemeinen nimmt die Klopfneigung während des Verbrennungsprozesses mit geringer werdender Methanzahl zu, wobei reines Methan eine Methanzahl von 100 besitzt und reiner Wasserstoff eine Methanzahl von 0 besitzt. Während im Erdgas vorhandene Anteile an Propan und Butan die Klopffestigkeit herabsetzen, kann es durch die inerten Gasbestandteile Stickstoff und Kohlendioxid zu einer Erhöhung der Klopffestigkeit kommen, so dass sogar Methanzahlen von über 100 für ein Erdgasgemisch möglich sind.For the functioning of a gas engine, in particular its combustion process, the gas quality of the natural gas used is of crucial importance. The essential components of natural gas are the hydrocarbons methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ) and butane (C 4 H 10 ) and the gases carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen (N 2 ) and possibly hydrogen sulfide (H 2 S). Depending on their origin, the methane numbers of the natural gas available in Europe usually range between 70 and 98. In general, the tendency to knock during the combustion process increases with decreasing methane number, with pure methane having a methane number of 100 and pure hydrogen having a methane number of 0 has. While the presence of propane and butane in natural gas reduces the knock resistance, the inert gas constituents nitrogen and carbon dioxide can increase the knock resistance, so that even methane numbers of more than 100 are possible for a natural gas mixture.
Aufgrund zunehmend schlechterer Brenngasqualität mit Methanzahlen auch unter 70 und eingeschränkter Betriebsbereiche moderner Gasmotoren besteht Bedarf an einer Möglichkeit zur Verbesserung der Brenngasqualität, insbesondere zur Erhöhung der Methanzahl des Brenngases.by virtue of increasingly poorer fuel gas quality with methane numbers even under 70 and restricted operating areas more modern Gas engines have a need for improvement the fuel gas quality, in particular to increase the methane number of the fuel gas.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdgas zur Nutzung in einem Gasmotor zu schaffen.It is therefore an object of the present invention, an improved Method and an improved device for the treatment of Natural gas for use in a gas engine to create.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Aufbereitung von Erdgas mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to one The first aspect of the invention achieves this object by a method for the treatment of natural gas with the features of claim 1.
Das Verfahren zur Aufbereitung von Erdgas zur Nutzung in einem Gasmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass aus einem vorhandenen oder ankommenden Erdgasgemisch höhere Kohlenwasserstoffe abgeschieden werden und das verbleibende Erdgasgemisch einem Gasmotor als Brennstoff zur Verfügung gestellt wird.The Process for the treatment of natural gas for use in a gas engine is characterized in that from an existing or incoming Natural gas mixture higher hydrocarbons are deposited and the remaining natural gas mixture a gas engine as a fuel is made available.
Durch
das Abscheiden der höheren Kohlenwasserstoffe aus einem
Erdgasgemisch wird die Methanzahl des verbleibenden Erdgasgemisches
erhöht, was zu einer Verbesserung der Brennstoffqualität
aufgrund seiner höheren Klopffestigkeit führt.
Mit Hilfe dieses Verfahrens können vorteilhaft auch Erdgasgemische
mit niedrigeren Methanzahlen für moderne Gasmotoren mit
eingeschränkten Betriebsbereichen genutzt werden. Die Methanzahl
kann beispielsweise gemäß
Das Verfahren ist zur Aufbereitung von Erdgas zur Nutzung in Gasmotoren wie Diesel-Gasmotoren und Gas-Ottomotoren, jeweils mit oder ohne Vorkammerzündung, jeweils mit oder ohne Aufladung, gleichermaßen geeignet. Dabei können die Gasmotoren beispielsweise für stationäre Anlagen oder in Erdgasfahrzeugen eingesetzt werden.The Process is for the treatment of natural gas for use in gas engines such as diesel gas engines and gas Otto engines, each with or without prechamber ignition, each with or without charging, equally suitable. The gas engines, for example, for stationary installations or in natural gas vehicles become.
Ferner ist das Verfahren grundsätzliche für beliebige Erdgasgemische anwendbar, auch wenn es bei Erdgasgemischen mit geringerer Methanzahl von besonderem Vorteil ist. Zu den abzuscheidenden höheren Kohlenwasserstoffen zählen dabei insbesondere alle Kohlenwasserstoffe mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen, d. h. Ethan, Propan, Butan, usw. Je nach Ausführungsform des Abscheidungsverfahrens zählen zu den höheren Kohlenwasserstoffen insbesondere alle Kohlenwasserstoff mit mindestens drei oder mehr Kohlenstoffatomen. Höhere Kohlen wasserstoffe weisen im Allgemeinen höhere Siedetemperaturen auf. Bevorzugt werden daher aus dem aufzubereitenden Erdgas höher siedende Kohlenwasserstoffe abgeschieden und das verbleibende Erdgasgemisch einem Gasmotor als Brennstoff zur Verfügung gestellt.Further the procedure is basically for any Natural gas mixtures applicable, even if it is lower in natural gas mixtures Methane number is of particular advantage. To the higher to be separated Hydrocarbons include in particular all hydrocarbons having at least two carbon atoms, d. H. Ethane, propane, butane, etc. Depending on the embodiment of the deposition process count to the higher hydrocarbons in particular all hydrocarbon having at least three or more carbon atoms. Higher hydrocarbons generally have higher boiling temperatures. Prefers become therefore from the reprocessing natural gas higher boiling Hydrocarbons separated and the remaining natural gas mixture a gas engine provided as fuel.
Die höheren Kohlenwasserstoffe können aus einem ankommenden Erdgasgemisch beispielsweise mittels eines Membrantrennverfahrens und/oder eines Druckkondensationsverfahrens abgeschieden werden, ohne dass die vorliegende Erfindung auf diese beiden Abscheidungsprozesse beschränkt sein soll. In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die höheren Kohlenwasserstoffe aus dem ankommenden Erdgasgemisch mittels eines mehrstufigen Prozesses entfernt, wodurch die Effizienz des Abscheidungsvorgangs erhöht wird.The higher hydrocarbons can come from an incoming Natural gas mixture, for example by means of a membrane separation process and / or a pressure condensation process are deposited, without the present invention being directed to these two deposition processes should be limited. In one embodiment of the invention the higher hydrocarbons are coming from the incoming Natural gas mixture removed by means of a multi-stage process, whereby the efficiency of the deposition process is increased.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die abgeschiedenen höheren Kohlenwasserstoffe verflüssigt und dann einem Gasmotor als Zündmedium zur Verfügung gestellt. Da die höheren Kohlenwasserstoffe allgemein auch höhere Siedepunkte haben, können sie leicht verflüssigt werden und sind dann wesentlicher zündwilliger als beispielsweise das gasförmige Methan, wodurch zum Beispiel die Glühstifttemperatur einer Zündeinrichtung reduziert werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, the separated higher hydrocarbons are liquefied and then made available to a gas engine as ignition medium. As the higher hydrocarbons generally also higher Have boiling points, they can easily be liquefied and then they are more inflammable than, for example, the gaseous methane, whereby, for example, the Glühstifttemperatur an igniter can be reduced.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdgas mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.According to one Second aspect of the invention, the above object is achieved by a device for the treatment of natural gas with the features of claim 5 solved.
Die Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdgas zur Nutzung in einem Gasmotor ist erfindungsgemäß mit einer Trenneinrichtung zum Abscheiden höherer Kohlenwasserstoffe aus einem ankommenden Erdgasgemisch und einer Einrichtung zum Aufnehmen des verbleibenden Erdgasgemisches als Brennstoff für einen Gasmotor versehen.The Apparatus for treating natural gas for use in a gas engine is according to the invention with a separator for separating higher hydrocarbons from an incoming one Natural gas mixture and means for receiving the remaining Natural gas mixture provided as fuel for a gas engine.
Mit dieser Vorrichtung werden die gleichen Vorteile wie mit dem oben beschriebenen Verfahren erzielt, weshalb auf eine nochmalige Erläuterung verzichtet wird.With This device will have the same advantages as the one above achieved method, which is why a further explanation is waived.
Die Trenneinrichtung ist zum Beispiel zum Abscheiden der höheren Kohlenwasserstoffe aus dem ankommenden Erdgasgemisch mittels eines Membrantrennverfahrens und/oder eines Druckkondensationsverfahrens ausgebildet.The Separator is, for example, for separating the higher Hydrocarbons from the incoming natural gas mixture by means of a membrane separation process and / or a pressure condensation process.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Verflüssigen der abgeschiedenen höheren Kohlenwasserstoffe und besonders bevorzugt eine Einrichtung zum Aufnehmen der verflüssigten höheren Kohlenwasserstoffe als Zündmedium für einen Gasmotor auf.Preferably the apparatus further comprises means for liquefying the precipitated higher hydrocarbons and especially preferably means for receiving the liquefied higher hydrocarbons as ignition medium for a gas engine on.
Obige sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigt die einzige Figur ein schematisches Prozessablaufdiagramm zum Erläutern der vorliegenden Erfindung.Above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment better understood with reference to the accompanying drawings. Therein, the single figure shows a schematic process flow diagram to explain the present invention.
Die
Ein
ankommendes Erdgasgemisch
Das
Abscheiden der höheren Kohlenwasserstoffe
Das
nach dem Abscheiden verbleibende Erdgasgemisch
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
werden die abgeschiedenen höheren Kohlenwasserstoffe
Höhere
Kohlenwasserstoffe haben im Vergleich zu Methan auch einen höheren
Siedepunkt (Methan: –162°C, Ethan: –88,6°C,
Propan: –42°C, Butan: –0,5°C).
Aus diesem Grund lassen sich die höheren Kohlenwasserstoffe
einfach abscheiden, die abgeschiedenen höheren Kohlenwasserstoffe
Das
auf diese Weise erzeugte Zündmedium
Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung stellen somit sowohl einen Brennstoff mit verbesserter Qualität (höhere Methanzahl, geringere Klopfneigung, höhere Leistungsausbeute) als auch ein Zündmedium mit verbesserter Qualität (höhere Zündwilligkeit, Hochdruckverdichtung mit weniger Energie) für einen Gasmotor zur Verfügung.The Methods and apparatus of the invention thus provide both a fuel with improved quality (higher Methane number, lower tendency to knock, higher power yield) as well as an ignition medium with improved quality (higher ignition, high pressure compression with less energy) for a gas engine.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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