DE102011115284A1

DE102011115284A1 - Setting the Wobbe index of fuels

Info

Publication number: DE102011115284A1
Application number: DE201110115284
Authority: DE
Inventors: Volker Göke; Andreas Opfermann; Harald Ranke; Dr. Stiller Christoph
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-04
Also published as: WO2013045025A1

Abstract

Es werden ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes, insbesondere von Erdgas, durch Zugabe wenigstens eines den Wobbeindex des Brennstoffes beeinflussenden Mediums beschrieben. Erfindungsgemäß wird als beeinflussendes Medium Wasserstoff und/oder ein Wasserstoff-reiches Gasgemisch (6) zugemischt. Zumindest zeitweilig kann zusätzlich zu dem Wasserstoff oder Wasserstoff-reichen Gasgemisch (6) wenigstens eine weitere Komponente, vorzugsweise Stickstoff, ein Stickstoff-reiches Gasgemisch, Kohlendioxid und/oder ein Kohlendioxid-reiches Gasgemisch zugemischt werden.The invention relates to a method and an arrangement for adjusting the Wobbe index of a fuel, in particular of natural gas, by adding at least one medium influencing the Wobbe index of the fuel. According to the invention, hydrogen and / or a hydrogen-rich gas mixture (6) are admixed as influencing medium. At least temporarily, in addition to the hydrogen or hydrogen-rich gas mixture (6) at least one further component, preferably nitrogen, a nitrogen-rich gas mixture, carbon dioxide and / or a carbon dioxide-rich gas mixture can be added.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes, insbesondere von Erdgas, durch Zugabe wenigstens eines den Wobbeindex des Brennstoffes beeinflussenden Mediums.The invention relates to a method and an arrangement for adjusting the Wobbeindex of a fuel, in particular of natural gas, by adding at least one medium influencing the Wobbeindex of the fuel.

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.The Wobbe index, also referred to as Wobbewert, Wobbekennzahl or Wobbezahl, serves to characterize the quality of fuel gases, such as natural gas, city gas, etc., which varies according to their compositions. The Wobbe index is a corrected calorific value and is computationally formed from the quotient of the calorific value and the root of the density ratio of fuel and air.

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.Natural gas is currently transported over longer distances either in gaseous form via corresponding pipelines or in liquefied form by means of so-called LNG carriers. LNG terminals are planned to take over liquefied natural gas transported by LNG carriers in the recipient country. In these, the liquefied natural gas is stored, vaporized and compressed in order to be delivered to customers via natural gas networks.

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. Alternativ zu Luftzerlegungsanlagen können im Falle kleinerer Stickstoff-Mengen auch Adsorptionsanlagen, insbesondere Druckwechseladsorptionsanlagen zur Anwendung kommen.The quality of the delivered (liquid) natural gas varies greatly depending on the source of natural gas. For this reason, it is necessary to adjust the composition of the natural gas supplied to customers so as to comply with the specified values such as calorific value, density, Wobbe number, etc. This is done by adding an inert gas, such as nitrogen. The nitrogen is generated in a specially designed air separation plant, which is part of the LNG terminal. As an alternative to air separation plants, in the case of smaller quantities of nitrogen, adsorption plants, in particular pressure swing adsorption plants, can also be used.

Anhand des in der 1 dargestellten Beispiels seien ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes dargestellt.On the basis of in the 1 A generic method and a generic arrangement for adjusting the Wobbeindex of a fuel are shown.

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, Erdgas-befeuerter 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. In der 1 sowie der 2 sind die für die Zwischenlagerung des verflüssigten Erdgases erforderlichen Speicherbehälter nicht dargestellt. 1 shows in schematic form the essential components of an LNG terminal, namely a conditioning unit A, in which the via line 1 The liquefied natural gas is compressed, heated and conditioned, an air separator B and a power plant C. The power and / or heat production within the power plant C is preferably carried out by natural gas-fired engines, natural gas-fired gas turbines, natural gas-fired steam generators and / or steam turbines , In principle, the power plant C serves the drive of the air separator as well as the pumps and compressors to be provided within the LNG terminal. In the 1 as well as the 2 are not required for the temporary storage of liquefied natural gas storage tank.

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.The air separator B is via line 2 supplied (compressed) air. The nitrogen obtained in the air separation unit B or the nitrogen-rich gas mixture obtained in it is sent via line 3 fed to the conditioning unit A and mixed in this natural gas in the desired concentration. Via wire 4 the compressed natural gas with the desired Wobbe index is fed to its further use.

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 gestrichelt gezeichneten Leitungen a und b dargestellt. Der im Kraftwerk C anfallende Kohlendioxid-enthaltende Abgasstrom wird über Leitung 5, nach einer gegebenenfalls vorzusehenden Nachreinigung, an die Atmosphäre abgegeben.Part of the compressed natural gas is via line 4 ' supplied to the above-described power plant C as an insert. The power and / or heat supply of the conditioning unit A and the air separator B is shown by the dashed lines a and b. The resulting in the power plant C carbon dioxide-containing exhaust gas flow is via line 5 , after an optionally provided after cleaning, released to the atmosphere.

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.Air separation plants represent comparatively capital-intensive plants. The energy consumption of an air separation plant also has negative effects on the total operating costs of an LNG terminal. The person skilled in the art therefore endeavors to reduce both the costs and the energy requirements of the air separation plant.

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 oder eine Luftzerlegungsanlage überflüssig werden lässt.Object of the present invention is to provide a generic method for adjusting the Wobbeindex a fuel that avoids the aforementioned disadvantages, in particular allows a reduction in the cost and energy requirements of air separation plants or an air separation plant can be redundant.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes durch Zugabe wenigstens eines den Wobbeindex des Brennstoffes beeinflussenden Mediums vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass als beeinflussendes Medium Wasserstoff und/oder ein Wasserstoff-reiches Gasgemisch zugemischt wird.To solve this problem, a method for adjusting the Wobbeindex of a fuel by adding at least one medium influencing the Wobbeindex of the fuel is proposed, which is characterized in that as influencing medium hydrogen and / or a hydrogen-rich gas mixture is admixed.

Die erfindungsgemäße Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes durch Zugabe wenigstens eines den Wobbeindex des Brennstoffes beeinflussenden Mediums weist wenigstens eine Einheit zur Erzeugung von Wasserstoff und/oder einem Wasserstoff-reichen Gasgemisch und wenigstens eine Konditioniereinheit, die der Zuspeisung des Wasserstoffs und/oder Wasserstoff-reichen Gasgemisches zu dem Brennstoff dient, auf.The arrangement according to the invention for setting the Wobbe index of a fuel by adding at least one medium influencing the Wobbe index of the fuel has at least one unit for generating hydrogen and / or a hydrogen-rich gas mixture and at least one conditioning unit which controls the feed of the hydrogen and / or hydrogen. rich gas mixture is used to the fuel.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes sind dadurch gekennzeichnet, dass

– zumindest zeitweilig zusätzlich zu dem Wasserstoff oder Wasserstoff-reichen Gasgemisch wenigstens eine weitere Komponente, vorzugsweise Stickstoff, ein Stickstoff-reiches Gasgemisch, Kohlendioxid und/oder ein Kohlendioxid-reiches Gasgemisch zugemischt wird bzw. werden, und/oder
– der Wasserstoff und/oder das Wasserstoff-reiche Gasgemisch – mittels einer Elektrolyse, – mittels einer pyrolytischen Zersetzung von Methan und längerkettigen Kohlenwasserstoffen, – aus dem Offgas eines petrochemischen Prozesses, – mittels eines Raffinerieprozesses, – mittels der Ammoniaksynthese und/oder – mittels eines metallurgischen Prozesses

gewonnen wird.Further advantageous embodiments of the method according to the invention and the arrangement according to the invention for adjusting the Wobbeindex of a fuel are characterized in that

- At least temporarily in addition to the hydrogen or hydrogen-rich gas mixture at least one further component, preferably nitrogen, a nitrogen-rich gas mixture, carbon dioxide and / or a carbon dioxide-rich gas mixture is or are mixed, and / or
- The hydrogen and / or the hydrogen-rich gas mixture - by means of electrolysis, - by means of a pyrolytic decomposition of methane and longer-chain hydrocarbons, - from the offgas of a petrochemical process, - by means of a refinery process, - by means of ammonia synthesis and / or - by means of a metallurgical process

is won.

Erfindungsgemäß wird zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes dem Brennstoff nunmehr- ggf. zusätzlich zu Stickstoff bzw. einem Stickstoff-reichen Gasgemisch-Wasserstoff oder ein Wasserstoff-reiches Gasgemisch zugemischt. Im Falle des Verzichts einer Zumischung von Stickstoff erübrigt sich die bisher vorzusehende Luftzerlegungs- oder Adsorptionsanlage. Sofern neben dem Wasserstoff oder Wasserstoff-reichen Gasgemisch weiterhin Stickstoff zugemischt wird, kann die Luftzerlegungs- oder Adsorptionsanlage entsprechend kleiner dimensioniert werden. Die (ausschließliche) Zumischung von Wasserstoff oder eines Wasserstoff-reichen Gasgemisches erlaubt eine sehr präzise Einstellung des Wobbeindex, da Wasserstoff im Gegensatz zu inerten Molekülen einen nennenswerten, wenngleich im Verhältnis zu Methan kleineren volumetrischen Heizwert aufweist. Aufgrund dieses Sachverhaltes wird zudem die Gefahr einer Überdosierung verringert.According to the invention, for adjusting the Wobbe index of a fuel, the fuel is now optionally admixed in addition to nitrogen or a nitrogen-rich gas mixture hydrogen or a hydrogen-rich gas mixture. In the case of the omission of an admixture of nitrogen, the previously provided air separation or adsorption system is unnecessary. If nitrogen is added in addition to the hydrogen or hydrogen-rich gas mixture, the air separation or adsorption plant can be dimensioned correspondingly smaller. The (exclusive) admixture of hydrogen or a hydrogen-rich gas mixture allows a very precise adjustment of the Wobbe index, since hydrogen, in contrast to inert molecules, has a noteworthy, although lower volumetric calorific value than methane. Due to this situation, the risk of overdose is also reduced.

Der dem Brennstoff zuzumischende Wasserstoff bzw. das dem Brennstoff zuzumischende Wasserstoff-reiche Gasgemisch kann, wie vorstehend aufgeführt, aus verschiedenen Quellen stammen. Im Falle einer Gewinnung von Wasserstoff mittels Elektrolyse ist es besonders sinnvoll, wenn der für die Elektrolyse benötigte Strom aus regenerativen Energiequellen stammt. Der bei der Elektrolyse ebenfalls gewonnene Sauerstoff kann beispielsweise dem vorbeschriebenen Kraftwerk als Brennstoff zugeführt werden. Je nach verwendeter Wasserstoff-Quelle ist jedoch ggf. eine Nachreinigung bzw. Aufbereitung des Wasserstoffs bzw. Wasserstoff-reichen Gasgemisches vor der Zumischung in den Brennstoff erforderlich.The hydrogen to be admixed with the fuel or the hydrogen-rich gas mixture to be admixed with the fuel can come from various sources, as stated above. In the case of obtaining hydrogen by means of electrolysis, it is particularly useful if the electricity required for the electrolysis comes from renewable energy sources. The oxygen also obtained in the electrolysis can be supplied as fuel, for example, the above-described power plant. Depending on the hydrogen source used, however, a subsequent purification or treatment of the hydrogen or hydrogen-rich gas mixture before admixing with the fuel may be necessary.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung zum Einstellen des Wobbeindex eines Brennstoffes sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des- bzw. derselben seien nachfolgend anhand des in der 2 dargestellten Ausführungsbeispieles, das ebenfalls in schematisierter Form ein LNG-Terminal darstellt, näher erläutert.The inventive method and the arrangement according to the invention for adjusting the Wobbeindex of a fuel and further advantageous embodiments of the same or be the following with reference to in the 2 illustrated embodiment, which also schematically represents an LNG terminal, explained in more detail.

Die in der 2 dargestellte Verfahrensführung unterscheidet sich von der in der 1 dargestellten dadurch, dass der Luftzerleger B kleiner dimensioniert ist, da der Konditioniereinheit A über Leitung 6 erfindungsgemäß Wasserstoff und/oder ein Wasserstoff-reiches Gasgemisch zugeführt und in der Konditioniereinheit A dem Brennstoff in der gewünschten Menge zugemischt wird.The in the 2 The procedure described differs from that in the 1 represented in that the air separator B is smaller, since the conditioning unit A via line 6 According to the invention, hydrogen and / or a hydrogen-rich gas mixture is supplied and admixed in the conditioning unit A to the fuel in the desired amount.

Der Wasserstoff bzw. das Wasserstoff-reiche Gasgemisch stammt aus einer Quelle, die in der 2 lediglich als Black-Box D dargestellt ist und bei der es sich vorzugsweise um eine Elektrolyse, eine pyrolytische Zersetzung von Methan und längerkettigen Kohlenwasserstoffen, einen petrochemischen Prozess oder einen metallurgischen Prozess handelt. Der in den vorgenannten Prozessen gewonnene Wasserstoff ist ggf. einer Nachreinigung bzw. Aufbereitung E zu unterziehen. Diese Nachreinigung bzw. Aufbereitung E kann eine Trocknung, eine Abtrennung von Staub, schwefelhaltigen Verbindungen wie SO₂, stickstoffhaltigen Verbindungen wie HCN, etc. umfassen. In vorteilhafter Weise weist der Wasserstoff bzw. das Wasserstoff-reiche Gasgemisch B einen Wasserstoffgehalt von wenigstens 20 Vol.-% auf.The hydrogen or the hydrogen-rich gas mixture comes from a source that in the 2 is shown only as a black box D and which is preferably an electrolysis, a pyrolytic decomposition of methane and longer-chain hydrocarbons, a petrochemical process or a metallurgical process. The hydrogen obtained in the abovementioned processes may need to be subjected to a subsequent purification or treatment E. This post-treatment or conditioning E may include drying, separation of dust, sulfur-containing compounds such as SO ₂ , nitrogen-containing compounds such as HCN, etc. Advantageously, the hydrogen or the hydrogen-rich gas mixture B has a hydrogen content of at least 20% by volume.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können dem Brennstoff weitere Komponenten, die der Einstellung des Wobbeindex dienen, zugeführt werden. Im Falle des in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiels kann daher der Kohlendioxid-enthaltende Abgasstrom 5 bzw. ein Teilstrom desselben- ggf. nach einer entsprechenden Nachreinigung bzw. Aufbereitung ebenfalls der Konditioniereinheit A zugeführt werden.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, further components which serve to adjust the Wobbe index can be supplied to the fuel. In case of in the 2 The embodiment shown, therefore, the carbon dioxide-containing exhaust gas stream 5 or a partial flow of the same - if necessary, after a corresponding post-purification or treatment also the conditioner A are supplied.

Sofern auf eine Zuführung von Stickstoff bzw. eines Stickstoff-reichen Gasgemisches vollständig verzichtet werden kann, erübrigt sich der in der 2 dargestellte Luftzerleger B.If it can be completely dispensed with a supply of nitrogen or a nitrogen-rich gas mixture, which is unnecessary in the 2 illustrated air separator B.

Claims

Method for adjusting the Wobbe index of a fuel, in particular of natural gas, by adding at least one of the Wobbe index of the Fuel influencing medium, characterized in that as influencing medium hydrogen and / or a hydrogen-rich gas mixture ( 6 ) is mixed.

A method according to claim 1, characterized in that at least temporarily in addition to the hydrogen or hydrogen-rich gas mixture ( 6 ) at least one further component, preferably nitrogen, a nitrogen-rich gas mixture, carbon dioxide and / or a carbon dioxide-rich gas mixture is or are mixed.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the hydrogen and / or the hydrogen-rich gas mixture ( 6 ) - by means of electrolysis, - by means of a pyrolytic decomposition of methane and longer-chain hydrocarbons, - from the offgas of a petrochemical process - is obtained by means of a refinery process from the ammonia synthesis and / or - by means of a metallurgical process.

Arrangement for setting the Wobbe index of a fuel, in particular of natural gas, by adding at least one medium influencing the Wobbe index of the fuel, having at least one unit for generating hydrogen and / or a hydrogen-rich gas mixture ( 6 ) and at least one conditioning unit, the supply of the hydrogen and / or hydrogen-rich gas mixture ( 6 ) to the fuel.

Arrangement according to claim 4, characterized in that the unit for generating hydrogen and / or a hydrogen-rich gas mixture ( 6 ) - an electrolyzer, - a process for the pyrolytic decomposition of methane and longer-chain hydrocarbons, - a petrochemical process, - a refinery process, - an ammonia synthesis and / or - a metallurgical process.

Arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that at least one further unit for generating a Wobbeindex of the fuel influencing medium, preferably nitrogen, a nitrogen-rich gas mixture, carbon dioxide and / or a carbon dioxide-rich gas mixture, is provided.