Verfahren zur Anpassung der Methanzahl von Gasgemischen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Brenngases aus einem Methan sowie höhersiedende Kohlenwasserstoffe umfassenden, eine kleinere

Methanzahl als das Brenngas aufweisenden Einsatzgas.

Bei der Ausbeutung von Erdöllagerstätten fallen häufig brennbare Begleitgase in erheblichen Mengen an, deren wirtschaftliche Verwertbarkeit aufgrund der großen Entfernungen zu potentiellen Abnehmern oft nicht möglich ist. Lange Zeit wurden die Begleitgase daher abgefackelt, was allerdings unter Klimaschutzgesichtspunkten nicht vertretbar und mittlerweile vielerorts auch verboten ist. Die Betreiber von

Erdölförderanlagen sind somit zunehmend dazu gezwungen, die Begleitgase intern zu nutzen, wozu sich insbesondere ihre Verwendung zum Betrieb von Gasmotoren anbietet.

Entscheidend für die Verwendbarkeit eines Gases als Brenngas in einem Gasmotor ist seine Methanzahl, die ein Maß für die Klopffestigkeit ist. Je größer die Methanzahl, umso weniger neigt das Brenngas zur Selbstzündung und umso höher ist seine Klopffestigkeit. Die Methanzahl gibt den prozentualen Methananteil in einem aus Wasserstoff und Methan bestehenden Vergleichsgas an, so dass die Methanzahl von reinem Methan bei 100 und die von reinem Wasserstoff bei 0 liegt. Während höhersiedende Kohlenwasserstoffe wie Propan und Butan die Methanzahl eines Gases herabsetzen, wird sie durch inerte Stoffe wie Stickstoff und Kohlendioxid erhöht. Weist ein Gas eine Methanzahl von weniger als 70 auf, wie es häufig bei Begleitgas aus der Erdölförderung der Fall ist, kann es sinnvoll nicht direkt, sondern erst nach einer

Behandlung, bei der seine Methanzahl auf einen über 70 liegenden Wert angehoben wird, als Brenngas in einem Gasmotor eingesetzt werden.

Zur Anhebung der Methanzahl eines Gases sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich zwei Möglichkeiten bekannt. So schlägt beispielsweise die

Patentanmeldung DE102008004077 vor, die Methanzahl von Erdgas durch die Abtrennung von höhersiedenden Kohlenwasserstoffen zu erhöhen, während in der Patenanmeldung WO2006100342 ein Verfahren offenbart wird, bei dem höhersiedende Kohlenwasserstoffe durch katalytisch unterstützte Dampfreformierung zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgesetzt werden. Beide Arten der

Methanzahlerhöhung sind jedoch mit erheblichen Nachteilen behaftet. So ist eine effektive Abtrennung der Kohlenwasserstoffe in der Regel nur bei erhöhtem Druck, niedrigen Temperaturen und in mehreren aufeinander folgenden Trennschritten zu erreichen, wodurch erhebliche Kosten entstehen. Darüber hinaus wird die Effizienz der Methode dadurch beeinträchtigt, dass die abgetrennten Kohlenwasserstoffe nicht oder nur mit zusätzlichem Aufwand, etwa durch separate Einspritzung beim Start des Gasmotors, nutzbar sind.

Reformierungskatalysatoren reagieren sehr empfindlich auf schwefelhaltige

Komponenten. Der Gesamt-Schwefelgehalt des zu behandelnden Gases sollte daher einen Wert von 0,1 ppm nicht überschreiten, da ansonsten die Lebensdauer des teuren Katalysatormaterials deutlich verkürzt ist. Begleitgase aus der Erdölförderung, deren Gesamt-Schwefelgehalte oft im Prozentbereich liegen, können somit nur nach einer gründlichen und aufwendigen Vorreinigung reformiert werden. Zusätzliche

Schwierigkeiten treten dann auf, wenn Schwefel nicht ausschließlich als

Schwefelwasserstoff vorliegt, da dann vor der Abtrennung eine Hydrierung notwendig ist, für die Wasserstoff benötigt wird, der insbesondere an abgelegenen Standorten nicht ohne weiteres zur Verfügung steht. Weitere Probleme stellen Verunreinigungen wie Metalle und Halogene dar, die ebenfalls schädlich für den Katalysator sind und daher evtl. in weiteren Reinigungsschritten entfernt werden müssen. Zwingend erforderlich für die Reformierung ist die Verfügbarkeit von Prozessdampf, dessen Erzeugung erhebliche Kosten verursacht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, durch das es möglich ist, die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Einsatzgas in einen ersten und einen zweiten Teil getrennt wird, von denen der erste mit einem Oxidationsmittel gemischt wird, um durch Oxidation brennbarer Stoffe ein Oxidationsprodukt zu erhalten, von dem nachfolgend zumindest ein Teil mit dem zweiten Teil des Einsatzgases zu dem Brenngas vereinigt wird. Durch die Oxidation der brennbaren Stoffe werden höhersiedende, die Methanzahl erniedrigende Kohlenwasserstoffe unter Bildung von Wasser und Kohlendioxid, das seinerseits die Methanzahl erhöht, zersetzt. Darüber hinaus gelangt durch das

Oxidationsmittel, bei dem es sich um technisch reinen Sauerstoff, um mit Sauerstoff angereicherte Luft oder um Luft handelt, Stickstoff in das Oxidationsprodukt, der eine ähnliche Wirkung wie das Kohlendioxid hat. Das erfindungsgemäß gebildete Brenngas weist somit eine höhere Methanzahl als das Einsatzgas auf.

Vorzugsweise erfolgen die Aufteilung des Einsatzgases und die Zugabe des

Oxidationsmittels gezielt so, dass das Brenngas mit einer Methanzahl erhalten wird, die in einem vorgegebenen Wertebereich liegt. Besonders bevorzugt wird eine

Methanzahl von mehr als 70 eingestellt, die es erlaubt, das Brenngas problemlos in einem Gasmotor einzusetzen. Die Oxidation der im ersten Teil des Einsatzgases enthaltenen brennbaren Stoffe kann mit katalytischer Unterstützung durchgeführt werden. Bevorzugt wird die Oxidation jedoch ohne den Einsatz eines Katalysators durchgeführt.

Weiterhin bevorzugt wird über das Oxidationsmittel Sauerstoff in stöchiometrischer Menge zugeführt, so dass die im ersten Teil des Einsatzgases vorliegenden brennbaren Stoffe vollständig oxidiert werden und kein Sauerstoff in das

Oxidationsprodukt gelangt. Der Einsatz einer überstöchiometrischen Sauerstoffmenge soll allerdings nicht ausgeschlossen sein, da der überschüssige, mit dem

Oxidationsprodukt in das Brenngas eingebrachte Sauerstoff bei dessen nachfolgender Verbrennung ohne Nachteile genutzt werden kann. Sinnvoll kann es auch sein, Sauerstoff über das Oxidationsmittel in unterstöchiometrischer Menge zuzuführen, wenn es beispielsweise erforderlich ist, die bei der Oxidation auftretenden

Temperaturen zu begrenzen. Bei der erfindungsgemäßen Oxidation wird Wärme freigesetzt, die zweckmäßigerweise wirtschaftlich genutzt werden soll. Hierzu wird vorgeschlagen, das heiß anfallende Oxidationsprodukt in einem Dampferzeuger abzukühlen und zur Produktion von Dampf zu verwenden, der gegen Gutschrift exportiert wird. Möglich ist es auch, die Wärme des Oxidationsprodukts auf einen anzuwärmenden und nachfolgend wirtschaftlich zu nutzenden Stoffstrom zu übertragen, ohne diesen zu verdampfen. Beispielsweise kann das heiße Oxidationsprodukt unmittelbar mit dem zweiten Teil des Einsatzgases vereinigt werden, wodurch ein vorgeheiztes Brenngas entsteht, bei dessen

Verbrennung in einem Gasmotor die Enthalpie des Einsatzgases weitgehend vollständig nutzbar ist.

Das im Oxidationsprodukt enthaltene Wasser beeinträchtigt den Heizwert des

Brenngases. Insbesondere dann, wenn das heiße Oxidationsprodukt nicht unmittelbar zur Bildung des Brenngases eingesetzt, sondern vor der Vereinigung mit dem zweiten Teil des Einsatzgases abgekühlt wird, ist es daher sinnvoll, das Wasser ganz oder teilweise abzutrennen und lediglich den verbleibenden Rest des Oxidationsprodukts für die Bildung des Brenngases zu verwenden. Zweckmäßigerweise wird das

Oxidationsprodukt hierzu bis unterhalb des Wassertaupunkts abgekühlt, um Wasser auszukondensieren. Grundsätzlich eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren dazu, um aus einem beliebigen methanhaltigen Einsatzgas ein Brenngas mit höherer Methanzahl zu erzeugen. Mit besonderem Vorzug kann es aber zur Behandlung eines Begleitgases aus Erdölförderung oder eines Raffinerieabgases eingesetzt werden. Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Das Einsatzgas 1 , bei dem es sich beispielsweise um ein Erdölbegleitgas handelt, besteht zwar zum Großteil aus Methan, weist aber aufgrund seines Gehalts an höhersiedenden Kohlenwasserstoffen wie Ethan, Propan und Butan eine niedrige Methanzahl auf, die es als Brenngas für einen Gasmotor ungeeignet macht. Um ein solches Brenngas zu erhalten, wird ein erster Teil 2 des Einsatzgases 1 in der

Reaktionskammer R mit einem Oxidationsmittel 3, bei dem es sich um Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft handelt, in einer exothermen Reaktion umgesetzt. Das dabei erhaltene, weitgehend aus Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff bestehende heiße Oxidationsprodukt 4 wird zur Wärmenutzung in den Dampferzeuger D geleitet, wo es unter Produktion von Wasserdampf 5 abgekühlt wird. Im abgekühlten Oxidationsprodukt 6 enthaltenes Wasser (10) wird anschließend im Kühler K auskondensiert, um ein im Wesentlichen aus Kohlendioxid und Stickstoff bestehendes Stoffgemisch 7 zu gewinnen. Die Aufteilung des Einsatzgases 1 und die Wahl von Menge und Art des Oxidationsmittels 3 erfolgt dabei so, dass durch die Vereinigung des Stoffstroms 7 mit dem zweiten Teil 8 des Einsatzgases aufgrund der methanzahlerhöhenden Wirkung von Kohlendioxid und Stickstoff ein Brenngas 9 entsteht, das für den Einsatz in einem Gasmotor geeignet ist.