Die Technologie von Nordsol erklärt: Flash-2-Sweep

Mit der Technologie von Nordsol wird Bio-LNG durch die Verflüssigung von aus Biogas gewonnenem Biomethan hergestellt. Bei atmosphärischem Druck wird Biomethan bei -162 °C flüssig. Bei diesen niedrigen Temperaturen gefrieren andere Bestandteile des Gases wie CO₂ und Wasser sehr leicht und können Verstopfungen sowie potenzielle Schäden an der Ausrüstung verursachen. Daher ist es entscheidend, dass das Biomethan vor dem Abkühlen und Verflüssigen gründlich gereinigt wird. Dies geschieht im ersten Schritt des Prozesses.

Nordsol setzt ausschließlich Membranen ein, um auf effiziente Weise verflüssigungsfähiges Biomethan zu erzeugen. In diesem Artikel erläutern wir diese einzigartige Technologie und vergleichen sie mit alternativen Verfahren.

Der zweite Schritt der Bio-LNG-Produktion ist der Biomethan-Verflüssigungsprozess. Dieser Schritt wird in einem weiteren Artikel dieser Serie beschrieben. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass die Integration dieser beiden Schritte erhebliche wirtschaftliche und betriebliche Vorteile mit sich bringt.

Traditionelle Gasaufbereitungstechnologien, die in der LNG-Industrie eingesetzt werden, kombinieren typischerweise die CO₂-Absorption mit Aminen, gefolgt von der Gastrocknung mit Molekularsieben (Temperature Swing Adsorption). Einige Bio-LNG-Anlagen, die mit Membranen zur CO₂-Grobreduktion ausgestattet sind, nutzen zusätzlich Molekularsiebe zur Feinreinigung von CO₂ und Wasser.

Der Einsatz von Membranen in Kombination mit Molekularsieben bietet Vorteile gegenüber der Gasaufbereitung mit Aminen. Beispielsweise kann das Regenerationsgas wieder dem Biogaskompressor zugeführt oder ins Gasnetz eingespeist werden. Allerdings bringt der Adsorptionsprozess auch mehrere Herausforderungen mit sich:

1. Nicht-kontinuierlicher Betrieb: Adsorptionsprozesse mit Molekularsieben laufen nicht kontinuierlich ab. Häufige Wechsel zwischen Adsorptions- und Regenerationsmodus verursachen Schwankungen im Gasstrom und in der Temperatur. Dies erschwert die Prozesskontrolle und kann leicht zum Abfackeln von Biogas führen.

2. Hoher Energiebedarf: Der vergleichsweise hohe Regenerationsgasstrom, der zurück in den Biogaskompressor geleitet wird, erfordert einen größeren Kompressor, der mehr Energie verbraucht. Alternativen wie die Regeneration mit Heißluft sind ebenfalls energieintensiv und können Methanemissionen in die Atmosphäre verursachen.

3. Hoher Ausrüstungs- und Chemikalienbedarf: Adsorptionsprozesse erfordern nicht nur viele Anlagenteile, sondern auch den Einsatz von Chemikalien.

Darüber hinaus integrieren Technologie- und Anlagenausrüster in der Regel keine unterschiedlichen, potenziell konkurrierenden Technologien in ein und denselben Prozess. Gasaufbereitungs- und Verflüssigungstechnologien werden kommerziell strikt voneinander getrennt, um verschiedene Technologiekombinationen zu ermöglichen. Nur wenige Unternehmen sind in der Lage, beide Technologien in einer Anlage aus einer Hand und optimal integriert anzubieten.

Nordsol hat diese Chance genutzt. Die Membran-Gasabscheidung ist ein kontinuierlicher und energieeffizienter Prozess. Sie ist der Standard für die Biogasaufbereitung zu Biomethan, benötigt weder Wärme noch Chemikalien und erzeugt keine Abfallströme. Der Nachteil der herkömmlichen Membran-Gasabscheidung besteht jedoch darin, dass sie nicht effizient genug ist, um Verunreinigungen bis auf die sehr niedrigen Konzentrationen zu entfernen, die für die Verflüssigung von Biomethan erforderlich sind. Diese Einschränkung wurde mit Nordsols patentierter Flash-2-Sweep-Technologie überwunden.

Flash-2-Sweep steigert die Leistungsfähigkeit der Membranen, indem die Niederdruck-Permeatseite der Membran mit Flashgas und Boil-off-Gas (BOG) aus der Verflüssigungseinheit gespült wird. Das Permeat wird zurück in den Biogaskompressor geleitet, wodurch kein Biomethan verloren geht.

Das Spülen der Permeatseite von Membranen ist in Anwendungen wie der Gastrocknung sehr verbreitet. Der Einsatz von Flashgas und BOG als Spülgas ist jedoch ein innovativer Ansatz. Dieser Ansatz schafft zudem eine weitere Synergie: Der Biogaskompressor übernimmt nun gleichzeitig die Funktion eines Flashgas- und BOG-Kompressors.

Der Flash-2-Sweep-Prozess wurde mit verschiedenen handelsüblichen 4-Port-Membranen unterschiedlicher Anbieter getestet. Das Verfahren reduziert die CO₂-Konzentration im Retentat der Membran um mehr als den Faktor 200 beispielsweise von 4 mol % auf 200 ppm. Ohne Spülgas würde die Reduktion der CO₂-Konzentration im Retentat lediglich den Faktor 10 erreichen.