Herstellen von verflüssigtem Methan und Aufbereitungsanlage

[01] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Biogas und/oder Erdgas in einer Aufbereitungsanlage mit einer Abtrennung von Kohlendioxid und Wasser zum Herstellen und/oder Nutzen von verflüssigtem Methan und weiteren brennbaren organischen Komponenten. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Aufbereitungsanlage.

[02] Derzeit besteht sowohl ein hoher Bedarf an alternativen Brennstoffen zu Erdöl, wie beispielsweise Flüssigerdgas (LNG, liquified natural gas) , als auch an alternativen Kraftstoffen für Fahrzeuge, wie komprimiertem Erdgas (CNG, compressed natural gas) . Für eine derartige Nutzung müssen Biogase und/oder Erdgase den jeweiligen Anforderungen entsprechend aufbereitet werden.

[03] Bekannte Biogase haben folgende Zusammensetzungen:

[04] Erdgase haben je nach Einstufung als L- oder H-Gas eine Zusammensetzung mit:

[05] Als typische Gaszusammensetzungen wird hier für L-Gas das Gas aus Holland und für H-Gas das Gas aus Russland angegeben. Andere Gas schwanken geringfügig in der Zusammensetzung .

[06] Während Biogas allgemein drucklos oder nach neueren bei Verfahren bis zu 10 bar erzeugt wird, steht Erdgas im Leitungsnetz bei festgelegten Drücken von 50, 25, 10, 5 und 1 bar zur Verfügung. Der Druck in einem Hausanschluss beträgt allgemein 0,1 bar und darunter.

[07] All diese Gase lassen sich nicht ohne weitere Aufbereitung für eine Verflüssigung zu LNG verwenden. Wesentliche Ursache dafür sind die enthaltenen hohen Anteile an Kohlendioxid (CO2) und Wasser. Auch die enthaltenen Anteile an Stickstoff sind störend, da dieser unter den LNG-Verf lüssigungsbedingungen nicht kondensiert und folglich Emissionen verursacht. Das in Erdgasleitungen vorhandene Erdgas besitzt bei der Druckstufe 10 bar häufig einen Wassergehalt von bis zu 300 ppm (v) . Damit sind die Wasser- und CCb-Gehalte in diesem Erdgas für eine Verflüssigung des enthaltenen Methans und Aufbereitung zu LNG deutlich zu hoch.

[08] Aus der DD 217788 Dl ist ein Verfahren bekannt, welches Biogase zunächst auf einen Taupunkt von 10 bis 30°C, vorzugweise 20°C drucklos entwässert, und anschließend stufenweise auf 10 bis 320 bar komprimiert. Bei Erreichen eines Druckes von 20 bis 25 bar erfolgt eine Entfernung von CO2 auf unter 5 Vol.% und von Schwefelwasserstoff (H2S) um 85%. Das Wasser wird bei diesen Bedingungen auf einen Taupunkt von -10°C entfernt. Bei 25 bar und einem Taupunkt -10°C besitzt das Gas noch einen Wasseranteil von 105 ppm. Bei einem Druck von 25 bar kann Methan bei einer Temperatur unterhalb -90°C verflüssigt werden. Unter diesen Bedingungen bildet sich eine Eisschicht aus kondensiertem Wasser und CO2 um die Rohre der Verflüssigungseinheit. Dies erlaubt keinen kontinuierlichen Betrieb der Verflüssigungsanlage. Weiter entweichen die nicht kondensierbaren Anteile an Stickstoff, mit mindestens 50 Vol.% Anteil an Methan.

[09] In der AT 508249 Bl ist ein Verfahren zur

Aufbereitung und Verflüssigung von Biogas beschrieben, bei dem das Biogas zunächst drucklos bis auf einen Taupunkt von -50° gekühlt wird. Unter diesen Bedingungen besitzt das Biogas einen Wasseranteil von 51 ppm. Dieses Verfahren setzt als Kühlmedium flüssigen Stickstoff ein, der bei Normaldruck bei -196°C verdampft. Auch diese Prozessführung erlaubt keinen kontinuierlichen Betrieb, da kondensierte Anteile an Wasser und CO2 an den Rohren des Kondensators eine Eisschicht bilden. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist, dass auch die nicht kondensierten Anteile an Stickstoff und gegebenenfalls Sauerstoff unterschätzt werden, die mit einer hohen Gleichgewichtsbeladung an Methan aus der nachgeschalteten Verflüssigung austreten. Die gesamte Prozessführung ist darüber hinaus bei schwankenden Anteilen von CO2 sehr kompliziert.

[10] Aus der DE 10 2007 005494 Al ist es bekannt, dass aus dem Biogas das CO2 drucklos mit einer aminhaltigen Waschlösung entfernt, das behandelte Biogas getrocknet und anschließend auf mindestens 5 bar komprimiert wird, wobei die Verflüssigung von Methan erfolgt. Selbst, wenn CO2 und Wasser ausreichend bei diesem Prozess entfernt werden, damit keine Eisbildung in der Verflüssigungseinrichtung erfolgt, eignet sich dieses Verfahren insbesondere nur für Biogase, die frei von Stickstoff und Sauerstoff sind.

[11] Sind im Biogas oder Erdgas Stickstoff oder Sauerstoff enthalten, so treten diese Gase aus der Verflüssigungseinheit je nach Druck und Temperatur mit einem Anteil von deutlich über 50 Vol.% an Methan aus. Bei Biogasen mit hohem Anteil an Stickstoff und Sauerstoff oder L-Erdgas führt dies sehr schnell zu einem unwirtschaftlichen Betrieb, bei dem zu große Mengen an nicht kondensierbarem Methan entweichen .

[ 12 ] In der DE 199 06 602 Al ist ein Verfahren zum Gewinnen von reinem Methan aus von Wasserdampf , Kohlendioxid und schwerer als Methan siedenden Kohlenwasserstof fen ( C2+ ) gereinigtem Erdgas durch Rekti fikation beschrieben, indem ein Roherdgas zunächst einer Druckwechseladsorption unterzogen wird, in welcher H2O und CO2 bis auf 1 mol ppm aus dem Erdgas entfernt werden . Nach einem Verflüssiger wird das gereinigte Erdgas zusammen mit einem Kopfprodukt aus der Rekti fikation in einen Erdgasspeicher geleitet , in welchem durch indirektes Kühlen mit verdampfendem flüssigem Stickstof f ein Anteil mit Methan verflüssigt und ein gas förmig verbleibender Anteil mit leichter als Methan siedenden Bestandteilen entnommen wird . Der flüssige Methananteil wird der Rekti fikation zugeführt und reines Methan flüssig als Sumpfprodukt gewonnen .

[ 13 ] Die WO 2009/ 146805 Al of fenbart ein Verfahren und eine Anlage zur Reinigung von Biogas zur Gewinnung von Methan, bei dem im Biogas enthaltene Bestandteile , wie Kohlendioxid, Schwefelverbindungen, Ammoniak und andere wasserlösliche Stof fe , in mindestens drei unmittelbar nacheinander folgenden Reinigungsstufen unter Verwendung von im Kreislauf zugeführten zusatz freiem Frischwasser durchgeführt wird, wobei die erste Reinigungsstufe eine Waschkolonne zum Binden der Bestandteile im Frischwasser, die zweite Reinigungsstufe eine erste Strippkolonne zur Reinigung des aus der Waschstufe abgeführten verunreinigten Waschwassers und die dritte Reinigungsstufe eine zweite Strippkolonne zur Abtrennung von im aus der ersten Strippkolonne abgeführten verunreinigten Waschwasser enthaltenen gelösten Kohlendioxid aufweist . In diesem Verfahren wird CO2 mehrstufig in der gesamten Prozess führung der drei Reinigungsstufen abgetrennt .

[ 14 ] Die DE 10 2005 051 952 B3 of fenbart ein Verfahren zur Herstellung von Methan und flüssigem Kohlendioxid aus Raf finerie- und/oder Biogas , bei dem das vorgereinigte Raf finerie- und/oder Biogas einer Absorptionskolonne unter einem Druck von 0 bis 70 bar und einer Temperatur von 0 bis 30 ° C zugeführt wird und das im Raf finerie- und/oder Biogas enthaltene Kohlendioxid mittels eines Gemischs aus Wasser und Amin bestehender Waschlösung absorbiert und das verbleibende im Wesentlichen aus Methan bestehende Gas nach der Trocknung in das Erdgasnetz eingeleitet oder stof flich verwertet wird . Hierbei wird das Wasser aus dem abgetrennten Kohlendioxid bis auf einen Taupunkt von -40 ° C in der nachgeschalteten Trocknungsstufe entfernt .

[ 15 ] In dem Dokument US 2021 / 0229027 Al ist ein mehrstufiger Prozess zur Entfernung von Schadgasen aus Rohmethanströmen mit einer Rückgewinnung und Reinigung von Biogas durch Verwendung mindestens zweier Druckwechseladsorptionsstufen bekannt .

[ 16 ] Aufgabe der Erfindung ist es , den Stand der Technik zu verbessern .

[ 17 ] Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Aufbereiten von Biogas und/oder Erdgas in einer Aufbereitungsanlage mit einer Abtrennung von Kohlendioxid und Wasser zum Herstellen und/oder Nutzen von verflüssigtem Methan und weiteren brennbaren organischen Komponenten, mit folgenden Schritten :

Abtrennen von Kohlendioxid aus dem Biogas in einer ersten Stufe bei einem ersten Druck, sodass ein vorgereinigtes Biogas vorliegt ,

Abtrennen von Kohlendioxid aus dem vorgereinigten Biogas nach der ersten Stufe und optional aus dem einer zweiten Stufe zugeführten Erdgas in der zweiten Stufe bei einem zweiten Druck, wobei der erste Druck und der zweite Druck unterschiedlich sind, sodass Biogas und Erdgas bei den unterschiedlichen Drücken in der Aufbereitungsanlage gleichzeitig aufbereitbar sind, und

Einstellen eines Wassergehaltes des Biogases und/oder Erdgases mittels einer Trocknungsstufe bei dem zweiten Druck auf einen Wassergehalt von unter 0 , 1 ppm (v) , sodass ein aufbereitetes Biogas und/oder Erdgas vorliegt , welches oder welche direkt einer nachschaltbaren Methanverflüssigung, einem Erdgasnetz oder einer

Erdgastankstelle zuführbar ist oder sind .

[ 18 ] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Aufbereitungsanlage zum Aufbereiten von Biogas und/oder Erdgas zum Herstellen von verflüssigtem Methan und weiteren brennbaren organischen Komponenten, wobei die Aufbereitungsanlage in einer ersten Stufe eine erste Waschkolonne mit einer aminhaltigen Waschflüssigkeit zum Abtrennen von Kohlendioxid und eine erste Regenerationseinrichtung zum Regenerieren einer beladenen Waschflüssigkeit und in einer zweiten Stufe eine zweite Waschkolonne mit einer aminhaltigen Waschflüssigkeit zum Abtrennen von Kohlendioxid und eine zweite Regenerationseinrichtung zum Regenerieren einer beladenen Waschflüssigkeit und eine nachgeschaltete Trocknungseinrichtung zum Einstellen eines Wassergehaltes aufweist , wobei die erste Stufe und die zweite Stufe einen unterschiedlichen Druck aufweisen, sodass Biogas in der ersten Stufe und zweiten Stufe und optional Erdgas in der zweiten Stufe gleichzeitig aufbereitbar und das aufbereitete Biogas und/oder Erdgas direkt einer nachgeschalteten Methanverflüssigung, einem Erdgasnetz oder einer Erdgastankstelle zuführbar ist oder sind .

[ 19 ] Somit wird ein Verfahren und eine Aufbereitungsanlage bereitgestellt , mit dem oder der gleichzeitig Kohlendioxid aus Biogas und aus Erdgas mittels zweier Behandlungsstufen abtrennbar ist , wobei im Falle von Biogas in der ersten Stufe eine Grobabtrennung von Kohlendioxid und in der zweiten Stufe eine Feinabtrennung von Kohlendioxid durchgeführt wird . Bei gleichzeitiger Aufbereitung von Erdgas , wird das Erdgas erst der zweiten Stufe zur Abtrennung von Kohlendioxid zugeführt , wobei die unterschiedlichen Drücke der ersten Stufe und der zweiten Stufe derart verwendet werden, dass sowohl Biogas als auch Erdgas möglichst direkt der Aufbereitungsanlage zugeführt und mittel des Verfahrens aufbereitet werden . Folgl ich wird ein anpassbares Aufbereitungsverfahren und eine flexible nutzbare Aufbereitungsanlage bereitgestellt , bei dem und bei der j e nach CCh-Gehalt und Eingangsdruck des Biogases und/oder Erdgases die Abtrennung von Kohlendioxid in der ersten Stufe bei einem ersten Druckwert und/oder in der zweiten Stufe bei einem zweiten Druckwert erfolgt . Durch die weitgehende , stabile Entfernung von Wasser auf einen Wassergehalt von < 0 , 1 ppm (v) und Kohlendioxid auf eine Konzentration von < 50 ppm (v) wird eine Eisbildung an der Verflüssigungsanlage zum Herstellen von verflüssigtem Methan vermieden und diese kann kontinuierlich betrieben werden . Dadurch können mittels des Verfahrens und der Aufbereitungsanlage auch Biogas und/oder Erdgas mit Anteilen an Stickstof f und/oder Sauerstof f nach der Trocknung direkt einer Verflüssigung zugeführt werden, ohne dass dadurch relevante Emissionen entstehen . Folglich wird auch ein wirtschaftlicher Betrieb einer nachgeschalteten Verflüssigung zu LNG ermöglicht .

[ 20 ] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf , ein flexibel ausgestaltbares Verfahren und eine modular zusammensetzbare Aufbereitungsanlage bereitzustellen, mit welchem und mit welcher simultan Biogas und Erdgas entsprechend ihrer Einsatzdrücke und/oder Kohlendioxid- Gehalte in einer zweistufigen CCh-Abtrennung, insbesondere mittels einer zweistufigen Aminwäsche , verfahrenstechnisch optimal und stabil aufbereitet werden und aufgrund der nachgeschalteten Trocknungsstufe das so bevorzugt simultan aufbereitete Biogas und Erdgas direkt einer nachschaltbaren Methanverflüssigung, einem Erdgasnetz oder einer

Erdgastankstelle zugeführt werden können.

[21] Folgendes Begriffliche sei erläutert:

[22] Unter „Biogas" wird insbesondere ein energiereiches Gasgemisch verstanden, welches bei der natürlichen Zersetzung von organischem Material unter Luftabschluss entsteht. Biogas entsteht insbesondere durch Vergärung von Biomasse jeder Art. Biogas wird insbesondere in Biogasanlagen hergestellt, wobei aus Gülle, Bioabfällen, nachwachsenden Rohstoffen und/oder Energiepflanzen Biogas erzeugt wird. Biogas entsteht insbesondere durch natürliche Prozesse des mikrobiellen Abbaus organischer Stoffe unter anoxischen Bedingungen. Die Zusammensetzung von Biogas ist insbesondere sehr unterschiedlich und sowohl von der Zusammensetzung der eingesetzten Substrate als auch der Betriebsweise der Biogasanlage abhängig. Neben den Hauptkomponenten Methan und Kohlendioxid enthält Biogas insbesondere Stickstoff, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, Wasserstoff und/oder Ammoniak. Biogas weist insbesondere einen Druck in einem Bereich von Umgebungsdruck bis 10 bar auf .

[23] „Methan" ist insbesondere unter Normalbedingungen ein färb- und geruchloses, brennbares Gas und mit der Summenformel CH4 der einfachste Vertreter aus der Stoffgruppe der Alkane. Bei Methan handelt es sich insbesondere um in einer Biogasanlage erzeugtes Methan, welches als Brennstoff verwendet werden kann und üblicherweise als „Biomethan" bezeichnet wird. Bei „Biomethan" handelt es sich insbesondere um Methan, welches nicht fossilen Ursprungs ist, sondern aus biogenen Stoffen erzeugt wurde und Bestandteil von Biogas ist. Im Falle von Erdgas ist das Methan insbesondere fossilen Ursprungs.

[24] „Kohlendioxid" (auch „Kohlenstof fdioxid" , „CO2") ist insbesondere eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Kohlendioxid ist insbesondere ein nicht brennbares, saures und farbloses Gas. Kohlendioxid ist insbesondere ein bekanntes Treibhausgas in der Erdatmosphäre und unterliegt folglich Emissionsbeschränkungen .

[25] „Erdgas" ist insbesondere ein brennbares, natürlich entstandenes Gasgemisch, welches in unterirdischen Lagerstätten vorkommt. Erdgas weist als Hauptkomponente üblicherweise Methan auf, wobei die Zusammensetzung der Bestandteile von der Lagerstätte abhängig ist. Erdgas kann insbesondere giftige, korrosive, chemisch-inerte und/oder nicht brennbare Bestandteile aufweisen, welche gegebenenfalls in einer Aufbereitung abgetrennt werden müssen. Erdgas weist insbesondere einen Druck in einem Bereich von 1 bar bis 50 bar, und bevorzugt vorgegebene Druckstufen von 50, 25, 10, 5 und 1 bar, auf.

[26] Ein „Wassergehalt" gibt insbesondere einen Anteil an Wasser in einem Material an. Unter Wassergehalt wird insbesondere der volumetrische Wassergehalt und somit der Volumenanteil des Wassers im Volumen eines Gases oder einer Flüssigkeit verstanden. [27] Die Angabe „ppm" („parts per million") steht insbesondere für einen Faktor 10~ ⁶ oder für ein Millionstel. Die Angabe erfolgt bezüglich der Erfindung insbesondere als Volumenanteil und somit als ppm (v) . Beispielsweise ist 1 ppm (v) gleich 1 Milliliter pro Kubikmeter .

[28] Unter „Nm ³ " werden insbesondere Normkubikmeter verstanden. Ein Normkubikmeter Gas ist insbesondere die Menge eines Gases, die bei 1,01325 bar und 273,15 K (0 °C) in einem Volumen von 1 m ³ enthalten ist.

[29] Eine „Waschkolonne" (auch „Absorptionskolonne" genannt) ist insbesondere ein verfahrenstechnischer Apparat, in dem ein Gasstrom mit einem Flüssigkeitsstrom in Kontakt gebracht wird, um Bestandteile des Gasstroms in der Flüssigkeit aufzunehmen. In der Waschkolonne werden insbesondere das Biogas und/oder Erdgas mit der aminhaltigen Waschflüssigkeit in Kontakt gebracht. Um einen guten Stoffübergang zwischen der Gasphase und der Flüssigkeitsphase zu ermöglichen, weist die Waschkolonne insbesondere Festkörperelemente auf. Unter „Festkörperelementen" werden insbesondere eine feste Oberfläche oder mehrere feste Oberflächen verstanden. Bei Festkörperelementen kann es sich beispielsweise um Füllkörper und/oder gerichtete Packungen handeln. Die erste Stufe weist mindestens eine erste Waschkolonne und die zweite Stufe mindestens eine zweite Waschkolonne auf, wobei die beiden Stufen mit der jeweiligen Waschkolonne in Reihe hintereinandergeschaltet sind. [ 30 ] Unter „Wäsche" ( auch „Aminwäsche" genannt ) wird insbesondere ein chemischer Prozess zur Abtrennung von Kohlenstof fdioxid, Schwefelwasserstof f und/oder anderen sauren Gasen aus Biogas verstanden . Bei der Aminwäsche werden insbesondere in der Waschkolonne leicht alkalische wässrige Lösungen von Aminen eingesetzt , die Kohlenstof fdioxid und/oder weitere saure Gaskomponenten reversibel chemisch absorbieren . In der aminhaltigen Waschflüssigkeit werden insbesondere als Amine Monoethanolamin (MEOA) , Diethanolamin ( ( DEOA) , Methyldiethanolamin (MDEA) , Diisopropylamin, Diisopropanolamin, Diglykolamin ( DGA) und/oder AMP ( 2- Amino-2-methylpropanol ) verwendet . Des Weiteren kann die aminhaltige Waschlösung Alkazidlösungen und/oder weitere Zusätze , wie Piperazine , Morpholin und/oder Schauminhibitoren aufweisen .

[ 31 ] Unter „Regeneration" wird insbesondere verstanden, dass die beladene , aminhaltige Waschflüssigkeit von Bestandteilen, insbesondere dem abgeschiedenen CO2 , befreit und wiederverwendet wird . Bei der Regeneration werden insbesondere unerwünschte Stof fe in der aminhaltigen Waschflüssigkeit durch eine physikalische Trennung entfernt . Diese unerwünschten Stof fe werden insbesondere aus der flüssigen Phase durch Desorptionsvorgänge in die Gasphase überführt . Zur Regeneration kann beispielsweise eine Strippkolonne eingesetzt werden, in welcher insbesondere Kohlendioxid und/oder andere Gase aus der beladenen Waschflüssigkeit entfernt werden . Dazu wird die beladene Waschflüssigkeit bevorzugt im Gegenstrom mit einem Gas , beispielsweise Luft , in Kontakt gebracht . Die Strippkolonne kann im Strippersumpf über einen Wärmeaustauscher die erforderliche Energie für den gesamten Waschkreislauf zum Austreiben von CO2 zugeführt werden . Die gereinigte Waschflüssigkeit kann in die erste Stufe und/oder die erste Waschkolonne und/oder die zweite Stufe und/oder die zweite Waschkolonne zurückgeführt werden .

[ 32 ] Bei einer „Trocknungseinrichtung" handelt es s ich insbesondere um j egliche Einrichtung, mit welcher der Wassergehalt eines Gases reduziert wird . Mit der Trocknungseinrichtung wird insbesondere das aus der ersten Stufe und/oder zweiten Stufe austretende methanhaltige Gas auf einem Wassergehalt von < 0 , 1 ppm (v) reduziert . Bei der Trocknungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Adsorptionstrocknung unter Verwendung von Silicagel und/oder Molekularsiebe handeln . Eine Trocknungsstufe des mehrstufigen Verfahrens weist insbesondere mindestens eine Trocknungseinrichtung oder zwei oder mehrere parallel und/oder in Reihe geschaltete Trocknungseinrichtungen auf .

[ 33 ] In einer weiteren Ausgestaltungs form des Verfahrens ist der zweite Druck größer als der erste Druck .

[ 34 ] Um eine direkte Zuführung des Biogases und/oder Erdgases in die erste Stufe und/oder zweite Stufe zu ermöglichen, kann das Abtrennen des Kohlendioxids aus dem Biogas in der ersten Stufe bei einem ersten Druck von < 0 , 50 bar und aus dem vorgereinigten Biogas und/oder dem Erdgas in der zweiten Stufe bei einem Druck von > 5 , 0 bar durchgeführt werden . [ 35 ] Bevorzugt ist der erste Druck in der ersten Stufe < 500 mbar Überdruck und somit annähernd Normaldruck, wobei der Druck des zugeführten Biogases lediglich den Druckverlust in der ersten Stufe selbst kompensieren muss . Somit kann das Biogas direkt mit einem ausreichenden Eingangsdruck der ersten Stufe zugeführt werden oder es findet eine leichte Druckerhöhung vor der ersten Stufe statt . Dagegen weist die zweite Stufe bevorzugt einen Druck von > 5 , 0 bar auf , sodass Erdgas einer Druckstufe von 5 bar oder höher direkt der zweiten Stufe zugeführt werden kann .

[ 36 ] In einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird das Abtrennen von Kohlendioxid mittels einer Waschkolonne mit einer aminhaltigen Waschflüssigkeit und/oder eine j eweilige Regeneration einer kohlendioxidhaltigen, beladenen Waschflüssigkeit in der ersten Stufe und/oder der zweiten Stufe durchgeführt .

[ 37 ] Das Verfahren und die Aufbereitungsanlage sind vorteilhaft in einzelne Behandlungsschritte und Betriebseinheiten unterteilt . Im Falle des Biogases wird beispielsweise das anfallende Biogas in einer Entschwefelung entschwefelt und dabei vom enthaltenen Schwefelwasserstof f (H2S ) bis auf wenige ppm befreit . Durch die Entschwefelung mit Aktivkohle und/oder einem anderen Adsorptionsmittel erfolgt die Feinentschwefelung und optional eine Kompression des Biogases auf den erforderlichen Druck zur Überwindung des Druckverlustes in der nachgeschalteten ersten Stufe der CCh-Abscheidung aus dem Biogas . Die Abscheidung von CO2 wird beispielsweise mittels Aminwäsche mit einer Reduzierung des CCh-Gehaltes von 30 45 Vol . -% bis auf 1 2 Vol . -% oder darunter durchgeführt . Dabei wird das entstehende Biomethan zeitgleich teilweise entfeuchtet . Bei der Verwendung einer Aminwäsche zur CCh-Abtrennung wird mit einer Regeneration der beladenen, aminhaltigen Waschflüssigkeit das aus dem Biogas abgeschiedene CO2 abgetrennt und in die Umgebung geleitet oder weiterverwendet . Bevorzugt weist die zweite Biomethanfeinreinigungsstufe zur CCb-Abtrennung einen zweiten Druck in einem Bereich von 5 bar bi s 25 bar , bevorzugt von 10 bar bis 20 bar, auf . Dementsprechend wird das vorgereinigte Biogas/Biomethan aus der ersten Stufe in einer nachgeschalteten Biomethanverdichtung auf einen Druck von > 5 - 20 bar, vorzugsweise 10 bar, komprimiert und in der nachfolgenden zweiten Stufe wird die Feinreinigung von CO2 bis auf Anteile < 50 ppm (v) durchgeführt . Das so behandelte Biomethan wird in der nachgeschalteten Trocknungsstufe vom enthaltenen Wasser bis auf einen Wassergehalt von < 0 , 1 ppm (v) getrocknet . Dazu kann beispielsweise eine Adsorptionstrocknung eingesetzt werden . Das so aufbereitete Biomethan kann anschließend wahlweise für eine Einspeisung in ein Erdgasnetz , eine CNG-Tankstelle oder die weitere Verflüssigung zu LNG verwendet werden .

[ 38 ] Um in der kontinuierlichen Aufbereitung in den beiden hintereinander geschalteten Stufen eine optimale Aufreinigung flexibel anzupassen, kann die j eweilige Regeneration auf einen unterschiedlichen Reinheitsgrad der Kohlendioxid-Abtrennung mit bis zu 20 g CO2/ I in der ersten Stufe und mit bis zu 15 g CO2/I in der zweiten Stufe erfolgen . [ 39 ] In einer weiteren Ausgestaltungs form des Verfahrens erfolgt eine Wärmeversorgung der Regeneration der kohlendioxidhaltigen, beladenen Waschflüssigkeit mindestens teilweise aus einem Abgas der nachgeschalteten Methanverflüssigung .

[ 40 ] In den Betriebseinheiten der ersten Stufe der CO2- Abscheidung, der zweiten Stufe der CCh-Abscheidung (Biomethanfeinreinigung) und der Biomethantrocknung wird Energie benötigt . Diese wird in einer Wärmeversorgungseinheit erzeugt , wobei für die Wärmeerzeugung Biogas , Biomethan, Erdgas und/oder vorzugsweise in der Methanverflüssigungsstufe zur LNG- Produktion nicht kondensierbare brennbare Anteile verwendet werden . Hierbei erfolgt die Verbrennung in der Wärmeversorgung für die brennbaren Anteile vollständig . Zur Verbrennung kann auch ein Blockhei zkraftwerk zur Erzeugung von Strom und Wärme verwendet werden . In einer Betriebseinheit der Wärmerückgewinnung für die externe Biogasanlage wird die enthaltene Wärme aus dem Verfahren und der Aufbereitungsanlage ausgekoppelt und zur Behei zung der Biogasanlage oder anderer Einrichtungen verwendet .

[ 41 ] Um gezielt eine entstandene Abwärme weiter zu nutzen, kann eine Abwärme aus der j eweiligen Regeneration der kohlendioxidhaltigen, beladenen Waschflüssigkeit für eine externe Behei zung verwendet werden .

[ 42 ] Somit kann Abwärme anderen externen Pro zessen und/oder Anlagen zur Verfügung gestellt werden . [ 43 ] In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann das aus der j eweiligen Regeneration der kohlendioxidhaltigen, beladenen Waschflüssigkeit abgetrennte Kohlendioxid weiter technisch in einem Gewächshaus zum Pflanzenwachstum oder mit Wasserstof f zur Verarbeitung von Methanol und/oder Methan verwendet werden .

[ 44 ] Dadurch wird das abgetrennte Kohlendioxid nicht in die Umgebung abgegeben und trägt nicht zum Treibhausef fekt bei , sondern wird gezielt technisch genutzt .

[ 45 ] Um die Energiebi lanz weiter zu verbessern, wird ein Abgas der Methanverflüssigung in einem Blockhei zkraftwerk zur Erzeugung von Strom und Wärme genutzt .

[ 46 ] Für die erforderliche Kühlung des Gesamtprozesses , insbesondere der Entschwefelung, der ersten Stufe mit der C02-Abscheidung und der ersten Regeneration sowie der Biomethanverdichtung kann das Verfahren und die Aufbereitungsanlage entsprechende Kühlanlagen zum Bereitstellen von Kühl- und/oder Kaltwasser einsetzen .

[ 47 ] Die Aufbereitungsanlage zum Aufbereiten von Biogas und/oder Erdgas ist insbesondere mit verschiedenen Betriebseinheiten derart eingerichtet , dass ein zuvor beschriebenes Verfahren durchführbar ist . Die gesamte Aufbereitungsanlage ist bevorzugt mobil in einem Container installiert und somit transportabel an verschiedenen Standorten nutzbar .

[ 48 ] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung eines

Aufbereitungsverfahrens und einer Aufbereitungsanlage zum Aufbereiten von Biogas, und

Figur 2 eine schematische Darstellung eines

Aufbereitungsverfahrens und einer Aufbereitungsanlage zum alleinigen Aufbereiten von Erdgas oder zum kombinierten Aufbereiten von Biogas und Erdgas . [49] In einer nicht gezeigten Biogasanlage werden 150 Nm ³ /h Biogas erzeugt, welches bereits auf einen Anteil von 1 - 5 ppm (v) vom H2S befreit wurde. Dieses Biogas 103 wird bei einer Temperatur von 25 °C mit einem Taupunkt von 15 °C einer Entschwefelung 111 des Aufbereitungsverfahrens 101 und der Aufbereitungsanlage 102 zugeführt. In der Entschwefelung 111 wird das zugeführte Biogas 103 zunächst auf bis zu 100 mbar verdichtet und dann über einen Aktivkohlefilter der Entschwefelung 111 zur Feinentschwefelung geleitet. Am Austritt der Entschwefelung 111 weist das Biogas eine Zusammensetzung von 52,5 Vol.-% CH ₄ , 46,0 Vol.-% CO2, 1,5 Vol.-% H ₂ O, 1,0 Vol.-% N ₂ und 1 ppm (v) H2S auf. Ein Kondensat 151 aus der Entschwefelung 111 wird mit einem Mengenstrom von 5 kg/h der externen Biogasanlage zurückgeführt (siehe Figur 1) .

[50] Das entschwefelte Biogas wird anschließend einer Biogasreinigung 113 einer ersten Stufe 107 zugeführt, wobei die erste Stufe 107 neben der Biogasreinigung 113 eine erste Regeneration 115 aufweist . In der Biogasreinigung 113 der ersten Stufe 107 wird mittels Aminwäsche in einer Waschkolonne CO2 aus dem Biogas ent fernt und dementsprechend die aminhaltige Waschlösung mit CO2 beladen . Unter den gegebenen Bedingungen der drucklosen Aminwäsche in der Biogasreinigung 113 ist der CCh-Gehalt von 46 Vol . -% sicher um 95 - 98 % reduzierbar, wobei sich Restgehalte von 1 - 2 Vol . -% CO2 im Biogas einstellen . Folglich ist mit der Aminwäsche der Biogasreinigung 113 eine ständige und immer gleichbleibende Abtrennung von CO2 auf Werte von < 50 ppm (v) für eine nachgeschaltete Verflüssigung von Methan alleine nicht sicher erreichbar . Mittels der in der ersten Stufe 107 integrierten ersten Regeneration 115 wird das in der aminhaltigen Waschflüssigkeit gebundene CO2 durch Temperaturzuführung wieder befreit . Die Temperaturzuführung zur ersten Regeneration 115 erfolgt mittels einer Wärmeversorgung 129 mit einem Thermalölkessel . Die erste Regeneration 115 der beladenen aminhaltigen Waschflüssigkeit mit einem Volumenstrom von 3 , 5 - 4 m ³ /h erfolgt bei Drücken von bis zu 2 bar und einer Temperatur von 115 ° C bis auf CO2- Gehalte von < 20 g/ 1 . Die regenerierte Waschflüssigkeit wird mit der Waschkolonne der Aminwäsche der Biogasreinigung 113 im Kreislauf gefahren . Das aus der ersten Regeneration 115 austretende Methan wird anschließend auf eine Temperatur von 2 - 5 ° C mittels einer Kühlanlage 133 gekühlt , wobei enthaltenes Wasser kondensiert und mit darin gelösten Anteilen von Aminen zur ersten Regeneration 115 zurückgeführt wird . Das ausgetretene , gekühlte Methan wird von der ersten Regeneration 115 mittels einer Methanrückführung 141 der Biogasreinigung 113 zugeführt .

[ 51 ] Das derart vorgereinigte Biogas wird anschließend in einer Biomethanverdichtung 117 mittels eines Verdichters auf einen Druck von 10 bar komprimiert und auf eine Temperatur von 50 ° C eingestellt und in eine nachgeschaltete Biomethanfeinreinigung 123 einer zweiten Stufe 109 geleitet . Die zweite Stufe 109 weist neben der Biomethanfeinreinigung 123 eine zweite Regeneration 125 auf . In der Biomethanfeinreinigung 123 wird ebenfalls mit einer Aminwäsche in einer Waschkolonne eine restliche Entfernung von CO2 auf stabil < 50 ppm (v) aus dem Biogas durchgeführt . In der Biomethanfeinreinigung 123 werden nur 0 , 1 - 0 , 3 m ³ /h aminhaltige Waschflüssigkeit eingesetzt , wobei mit der zweiten Regeneration 125 die CCk-Gehalte auf unter 15 g/ 1 reduziert werden . Durch die zweite Stufe 109 mit der Biomethanfeinreinigung 123 und der zweiten Regeneration 125 wird unter diesen Bedingungen eine stabile Entfernung von CO2 auf < 50 ppm (v) ständig erreicht . Das ausgetretene CO2 wird zumindest teilweise von der zweiten Regeneration 125 mittels einer Rückführung 153 von Methan und/oder Kohlenwasserstof fen der Biomethanfeinreinigung 123 zugeführt , um verwertbares CO2 mit geringen Anteilen an organischen Stof fen zu erzeugen .

[ 52 ] In dieser zweiten Stufe 109 werden circa 3 kg CC h kontinuierlich aus dem Biogas abgetrennt und das Kohlendioxid 149 wird mit einem Volumenstrom von 70 m ³ /h aus der Aufbereitungsanlage 102 , beispielsweise in die Umgebung, geleitet . Das derart abgetrennte Kohlendioxid kann bevorzugt einer technischen Verwendung zur Herstellung von Methanol oder Methan zugeführt werden .

[ 53 ] Das aus der zweiten Regeneration 125 austretende Methan wird auf eine Temperatur von 2 - 5 ° C gekühlt und dabei ebenfalls Wasser abgeschieden, in welchem sich Amine lösen . In diesem Kondensat lösen sich auch hohe Anteile von Methan bis zu 0 , 3 g/ 1 . Dieses Kondensat wird zur Aminwäsche in der Waschkolonne der Biogasreinigung 113 der ersten Stufe 107 zurückgeführt . Das aus der zweiten Stufe 109 austretende Methan besitzt einen Wassergehalt von < 700 ppm (v) und wird einer nachgeschalteten Biomethantrocknung 127 zugeführt . In der Biomethantrocknung 127 erfolgt eine mehrstufige Trocknung des Biomethans mittels von Adsorptionstrocknungsmitteln Silicagel und Molekularsieben auf einen Wassergehalt < 0 , 1 ppm (v) . Das bei einer Regeneration der Trocknungsmittel in der Biomethantrocknung 127 anfallende Wasser wird ebenfalls der Biogasreinigung 113 zur Aminwäsche zugeführt . Folglich treten keine Verluste an Wasser und Methan im gesamten Verfahren auf . Für die Neuansetzung oder Nachregelung der aminhaltigen Waschflüssigkeit wird eine Chemikalienstation 137 unter Verwendung von Amin und Deionat verwendet , wobei die Chemikalienstation 137 auch eine Steuer- und Regeleinrichtung der gesamten Aufbereitungsanlage 102 aufweisen kann .

[ 54 ] Für die Wärmeversorgung 129 zum Versorgen der ersten Regeneration 115 , der Biomethanverdichtung 117 und der zweiten Regeneration 125 sind 12 Nm ³ /h Biomethan/Erdgas erforderlich . Hierbei können mindestens 2 Nm ³ /h an Methan aus dem nicht kondensierbaren Gleichgewichtsgasstrom verwendet werden, welcher sich über den im Biogas enthaltenen Stickstof f aus der Verflüssigung einer der Aufbereitungsanlage 102 nachgeschalteten LNG-Produktion 165 bei der Verflüs sigung von Methan ergibt . Die gesamte Aufbereitungsanlage 102 mit den einzelnen Betriebseinheiten 111 , 113 , 115 , 117 , 123 , 125 , 127 , 129 , 133 und 135 ist modular in einem Container aufgebaut und flexibel anpassbar . Das aufbereitete Biomethan 144 mit einem Volumenstrom von 75 Nm ³ /h und einem CCh-Gehalt von 30 ppm (v) , einem Wassergehalt von 0 , 1 ppm (v) und einem Druck von circa 10 bar ist neben der LNG-Produktion 165 auch direkt einer CNG-Tankstelle 163 und/oder einer Erdgaseinspeisung 161 zuführbar .

[ 55 ] In einer weiteren in Figur 2 gezeigten Ausgestaltungs form des Aufbereitungsverfahrens 101 und der Aufbereitungsanlage 102 erfolgt ein Aufbereiten von Erdgas 105 der Qualität H mit 400 Nm ³ /h mit einem bereits vorhandenen Druck von 10 bar . Dazu weist die Aufbereitungsanlage 102 zusätzlich eine zuführende Rohrleitung für das Zuführen des Erdgases 105 zwischen der Biomethanverdichtung 117 und der Biomethanfeinreinigung 123 auf . Ansonsten weist die Aufbereitungsanlage 102 den oben beschriebenen Aufbau auf . Das zugeführte Erdgas 105 hat die nachfolgende Zusammensetzung .

[ 56 ] Das in der zuführenden Erdgasleitung vorhandene Erdgas kann bei der Druckstufe 10 bar auch einen Wassergehalt von bis zu 300 ppm (v) aufweisen . Diese Wassergehalte und der CCh-Gehalt in diesem Erdgas 105 ist für eine direkte Verflüssigung des enthaltenen Methans und für eine Aufbereitung zu LNG deutlich zu hoch . Deshalb wird das Erdgas 105 direkt der Biomethanfeinreinigung 123 zugeführt , indem der CCh-Anteil mittels der aminhaltigen Waschflüssigkeit in einer Waschkolonne von 900 ppm (v) auf unter 50 ppm (v) reduziert wird . Dabei werden über 0 , 72 kg/h an CO2 aus dem Erdgas abgeschieden . Für die Abtrennung des CO2 wird ein Volumenstrom von 0 , 2 - 1 m ³ /h der aminhaltigen Waschflüssigkeit verwendet , welche wie oben beschrieben mit der kontinuierlichen zweiten Regeneration 125 im Kreislauf gefahren wird . Das aus der Waschkolonne der Methanfeinreinigung 123 austretende Methan wird auf eine Temperatur von 2 - 5 ° C gekühlt und das anfallende Kondensat wird in die Waschkolonne zurückgeführt . Der Wassergehalt des Erdgases am Austritt aus der Biomethanfeinreinigung 123 beträgt dann ebenfalls unter 700 ppm (v) und wird der Biomethantrocknung 127 mit der mehrstufigen Adsorptionstrocknung zugeführt , wodurch der Wassergehalt im Erdgas auf unter 0 , 1 ppm (v) reduziert wird . Das aufbereitete Erdgas/Methan 143 mit einem Volumenstrom von 471 Nm ³ /h und einem CCh-Gehalt von 30 ppm (v) , einem Wassergehalt von 0 , 1 ppm (v) und einem Druck von circa 10 bar ist ebenfalls direkt in der LNG-Produktion 165, einer CNG-Tankstelle 163 und/oder einer Erdgaseinspeisung 161 weiter verwendbar . Für eine Wärmezuführung in die Betriebseinheit der Wärmeversorgung 129 sind nur 2 Nm ³ /h an Erdgas 145 erforderlich . Im Erdgas sind 3 , 28 Nm ³ /h an Stickstof f enthalten, welche nicht bei der Methanverflüs sigung kondensieren und mit denen, j e nach Temperatureinstellung, in der LNG-Produktion 165 mindestens 3 Nm ³ /h Methangas 147 entweichen, welches der Wärmeversorgung 129 zugeführt wird und dessen Wärmeinhalt für die erste Regeneration 115 , die Biomethanverdichtung 117 und die zweite Regeneration 125 ausreicht .

[ 57 ] In einer weiteren Ausgestaltungs form des Verfahrens

101 wird die in der Figur 2 gezeigte Aufbereitungsanlage

102 gleichzeitig zur Aufbereitung von Biogas 103 und Erdgas 105 betrieben . Hierbei wird der Betrieb und das Aufbereitungsverfahren 101 prinzipiell wie oben beschrieben durchgeführt . Dazu wird das Biogas 103 der Entschwe felung 111 zugeführt und, wie oben beschrieben, weiter aufbereitet , während das Erdgas 105 aus einem Erdgasnetz bei der Druckstufe 5 bar oder 10 bar direkt der Biomethanfeinreinigung 123 zugeleitet wird . Die Dimensionierung der einzelnen Betriebseinheiten ist hierbei von den gewählten Mengenverhältnissen zwischen Biogas und Erdgas abhängig . Bei diesem Aufbereitungsverfahren 101 können in der Aufbereitungsanlage 102 bezogen auf Erdgas und einem Volumenstrom in Nm ³ /h mindestens 20-30 % Biogas 103 über die Betriebseinheit Entschwefelung 111 beigemischt werden und somit eine Versorgungssicherheit erlangt werden .

[ 58 ] Somit wird ein flexibles Aufbereitungsverfahren 101 und eine modulare Aufbereitungsanlage 102 zur gleichzeitigen Aufbereitung von Biogas 103 und Erdgas 105 bereitgestellt , wobei die Kohlendioxidabtrennung aus dem Biogas 103 und dem Erdgas 105 in zwei hintereinander geschalteten unterschiedlichen Druckstufen erfolgt . Somit sind Biogas 103 und Erdgas 105 gemeinsam und wirtschaftlich mittels des Aufbereitungsverfahrens 101 und der Aufbereitungsanlage 102 direkt zu verschiedenen Weiternutzungen aufbereitbar .

Bezugs zeichenliste

101 Aufbereitungsverfahren

102 Aufbereitungsanlage

103 Biogas

105 Erdgas

107 erste Stufe

109 zweite Stufe

111 Entschwefelung

113 Biogasreinigung

115 erste Regeneration

117 Biomethanverdichtung

123 Biomethanfeinreinigung

125 zweite Regeneration

127 Biomethantrocknung

129 Wärmeversorgung

131 Wärmerückgewinnung

133 Kühlanlagen ( Tischkühler )

135 Kühlanlagen (Kaltwasser )

137 Chemikalienstation

141 Methanrückführung

143 verflüssigtes Methan

144 Biomethan

145 Biomethan/Erdgas

147 Methangas

149 Kohlendioxid

151 Kondensat

161 Erdgaseinspeisung

163 CNG-Tankstelle

165 LNG-Produktion