In Russland und Australien entstehen zwei neue Großanlagen zur Erdgasverarbeitung. Linde liefert für beide Standorte die Einheiten zur Stickstoffabscheidung (Nitrogen Removal Unit – kurz: NRU). Obwohl jede das klassische Prinzip der Tieftemperatur-Rektifikation nutzt, um das im Erdgas vorliegende Stickstoff-Methan-Gemisch zu trennen, unterscheiden sich die NRU-Anlagen deutlich voneinander: Für das russische Projekt realisiert Linde einen Ein-Kolonnen-Prozess (Single Column Process), die australische Einheit basiert dagegen auf einem Doppel-Kolonnen-Prozess (Double Column Process). Was sind die Stärken beider Verfahren und für welche Zielsetzungen eignen sie sich besonders?
Das Amur-GPP-Projekt in Russland
Bis zum Jahr 2021 baut der Energiekonzern Gazprom im äußersten Osten Russlands die größte Erdgasverarbeitungsanlage des Staates. Das Amur-GPP-Projekt (Amur Gas Processing Plant) wird die dortigen Gasvorkommen nutzbar machen. Linde bekam den Auftrag, mehrere Teilanlagen dafür zu liefern – darunter die Einheit zur Stickstoffabtrennung. Erdgas enthält typischerweise einen Stickstoffanteil von bis zu zehn Prozent, was den Wert des Energieträgers beeinträchtigt. Je mehr Stickstoff (N2) im Gas, desto niedriger liegt dessen sogenannter Heizwert und der damit verknüpfte Wobbe-Index. Der Auftrag an Linde lautete deshalb: Die NRU-Einheit soll den Stickstoffanteil auf ein bis zwei Prozent reduzieren. Gazprom verlangt von der Anlage aber noch mehr: Eine weitere Einheit soll zusätzlich das in sehr geringer Menge im Gas enthaltene wertvolle Helium (Anteil: deutlich unter einem Prozent) abspalten und kommerziell verfügbar machen – und nebenbei den abgeschiedenen Stickstoff in verflüssigter Form für weitere Prozesse bereitstellen.
Die Anlage, die Linde Engineering bis 2017 für Gazprom baut, erledigt diese Aufgaben im Wesentlichen in zwei Stufen: der eigentlichen Trennung (NRU) von Methan und Stickstoff (plus Heliumanteil) und dann der nachgelagerten Abscheidung von Helium. Die erste Stufe nutzt die unterschiedlichen Siedepunkte der übrigen Erdgasbestandteile, um sie in einer kryogenen Kolonne (Single Column Process) zu trennen – in flüssiges Methan einerseits und in ein gasförmiges Gemisch aus 95 Prozent Stickstoff und fünf Prozent Helium andererseits.
Stufe 2 trennt in einem weiteren Tieftemperaturprozess mit Cold Box die restlichen Bestandteile so effizient, dass mehr als 98 Prozent des im Erdgas enthaltenen Heliums nutzbar werden. Der Vorteil der Anlage: Der abgeschiedene Stickstoffanteil fällt zu einem wesentlichen Teil unter Druck oder flüssig an. Er ist damit nicht wie in vielen anderen Anlagen Abfall, sondern lässt sich im nachfolgenden Prozess zur Verflüssigung des Heliums nutzen.
Zwei Kolonnen für Down Under
Im Westen Australiens entsteht eine der größten Erdgasverarbeitungsanlagen des Landes. Linde entwickelte dafür eine Stickstoff-Abtrennungseinheit, die den Heizwert des Gases mit geringerer Qualität verbessern soll, indem sie den Stickstoff-Anteil senkt. In anderen Anlagen bleibt ein minderwertiges Stickstoff-Methan-Gemisch oft ungenutzt, hier soll es künftig in lokale Versorgungsnetze eingespeist werden.
Was das australische Projekt von dem russischen unterscheidet: Die minimalen Helium-Anteile in dem vergleichsweise minderwertigen australischen Erdgas lassen sich nicht wirtschaftlich sinnvoll verwerten. Deshalb geht es nur darum, den an sich wertlosen Stickstoff zu entfernen und an die Luft abzugeben. Um die energetische Effizienz der Anlage zu steigern, entschied sich Linde für einen Doppel-Kolonnen-Prozess. Die Idee dahinter: Aus der unteren der beiden übereinanderliegenden Tieftemperatur-Kolonnen wird unter hohem Druck stehender flüssiger Stickstoff abgezogen, der als Kältemittel für den Prozess dient. Der Stickstoff wird in die obere Kolonne geleitet, dort entspannt und dadurch von etwa minus 150 Grad Celsius auf minus 180 Grad Celsius abgekühlt.
Fazit
In Erdgas-Anlagen, die flüssigen Stickstoff für bestimmte Teilprozesse benötigen, empfiehlt sich oft eine Ein-Kolonnen-Abtrennung des Stickstoffs. Geht es nur darum, den Stickstoff abzuscheiden und ihn in die Luft abzuführen, kann ein Zwei-Kolonnen-Prozess effizienter sein.