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Verjüngungskur für die Gaswäsche

Simulation und Prozessüberwachung in Echtzeit
Verjüngungskur für die Gaswäsche

Das New Yorker Marktforschungsunternehmen „Reports and Data“ prognostiziert eine Zunahme des weltweiten Markts für Gasbehandlung von 3,77 Mrd. US$ in 2018 auf knapp 6 Mrd. US$ in 2025. Das entspricht einer jährlichen Wachstumsrate von 5,7 %. BASF wird mit der stets weiter entwickelten und um Softwaretools und Prozessüberwachung in Echtzeit ergänzten Gaswäschetechnologie auch nach 50 Jahren deutlich daran partizipieren.

Vor ziemlich genau einem halben Jahrhundert begann am wichtigsten Produktionsstandort der BASF in Ludwigshafen die Erfolgsstory der industriellen Gaswäsche. 1971 ging die Ammoniakanlage III an den Start, die Erdgas nach dem Dampfreformierverfahren letztlich in Ammoniak umwandelt. Dabei reagiert das Methan des Erdgases im Primär- und Sekundärreformer mit Wasser und Luft zu einem Gemisch aus Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Stickstoff – dem sogenannten Synthesegas. Und genau das muss vom Kohlendioxid gereinigt werden. An diesem Punkt nahm die erste großindustrielle Gaswäsche vor 50 Jahren ihren Ausgang. Das gereinigte Synthesegas wird dann mithilfe eines Katalysators bei hoher Temperatur und hohem Druck im Haber-Bosch-Verfahren zu Ammoniak umgesetzt.

Die Gaswäsche wurde inzwischen immer wieder weiter entwickelt und steht auch für die Behandlung von Erdgas, Raffineriegas, Rauchgas und Biogas zur Verfügung. Parallel dazu wurde das Portfolio der benötigten Waschmittel, meist auf Basis von Aminen aus dem Unternehmensbereich Intermediates, kontinuierlich erweitert. Das Gaswäschegeschäft der BASF beruht also auf zwei Säulen: Einerseits vergibt das Unternehmen Lizenzen für hoch entwickelte Prozesstechnologie, andererseits produziert es maßgeschneiderte Waschmittel. Vor einem Jahrzehnt wurde die Marke Oase eingeführt, unter der sieben hochspezifische Lösungen zur Behandlung von unterschiedlichen Gasen angeboten werden.

Labor für die Hosentasche

Unter der Bezeichnung Oase Digilab hat das BASF-Start-up Trinamix zusammen mit dem Oase-Team ein neues Verfahren und ein entsprechendes Gerät entwickelt, mit denen der Zustand der Gaswäsche kontinuierlich in Echtzeit überwacht werden können. In den vergangenen Jahren hat es Trinamix geschafft, das Verfahren der NIR-Spektroskopie – NIR steht für Nahinfrarot – entscheidend zu miniaturisieren. So konnten Kunden aus verschiedenen Branchen auf der ganzen Welt mit einem leistungsstarken Labor für die Hosentasche ausgestattet werden. Oase-Anwender sind die ersten, die von der Spektroskopielösung für Flüssigkeiten profitieren.

Bisher war die Analytik der Waschmittel ein ebenso aufwendiger wie zeitraubender Vorgang. So mussten beim jeweiligen Kunden Proben genommen werden, die aus Anlagen rund um den Globus in nur zwei Laboren in Ludwigshafen und Wyandotte (USA) untersucht werden konnten. Bis zum Ergebnis vergingen in der Regel sechs bis acht Wochen. Nun werden die Proben aus der Anlage direkt in das Digilab-Gerät eingespritzt. Innerhalb von nur einigen Sekunden steht die Analyse der Bestandteile zur Verfügung. Auf diese Weise verbessert Oase Digilab die Qualitätskontrolle der Gaswäsche und den Waschmitteleinsatz.

Tragbares Spektrometer

Die tragbare NIR-Spektroskopie bietet große Vorteile, nicht nur in der Gaswäsche, sondern auch in kleineren, unternehmenseigenen Laboren, in Universitäten oder direkt in Produktionsstätten. Das tragbare Spektrometer verfügt über eine cloudbasierte Analytik und eine App zur sofortigen Darstellung der Messergebnisse auf Windows-PCs oder Smartphones. Das Labor kann so mit wenigen Handgriffen genau dort eingerichtet werden, wo es benötigt wird – um den gesamten NIR-Fingerabdruck organischer Flüssigkeiten mit einer Wellenlänge von 1450 bis 2450 nm aufzunehmen. Bei der Test- und Evaluierungsphase von Oase Digilab hat die Ammoniakanlage III wieder einen wichtigen Beitrag geleistet. Denn hier wurden die ersten Proben gesammelt und die ersten Ergebnisse erhalten, um die Methode auf den heutigen Stand weiterzuentwickeln.

Simulation hilft bei der Auslegung

Auch auf einem anderen Gebiet hat BASF in den zurückliegenden Jahren die Forschungsanstrengungen deutlich verstärkt. FLNG – das Kürzel steht für Floating Liquefied Natural Gas – sind Gasvorkommen auf hoher See, bei denen der begehrte Rohstoff in der Regel aus großen Tiefen gewonnen wird. Derartige Vorkommen wurden rund um den Globus exploriert und teilweise bereits erschlossen. Gewaltige Produktionsschiffe sorgen dafür, dass das Gas gefördert, gereinigt und verflüssigt wird. Für eines dieser Großprojekte, das die italienische ENI vor der Küste von Mosambik in etwa 2000 m Tiefe realisiert, hat BASF bereits die Gaswäsche übernommen. Im sogenannten Coral-Feld in Area 4 des Rovuma Bassins sollen rund 450 Mrd. m3 Gas über sechs Unterwasserbohrungen und eine schwimmende LNG-Anlage erschlossen werden. Bei der Auslegung der Gaswäsche kam das Simulationstool von Oase Connect zum Einsatz, wobei eine Zusatzfunktion den Einfluss der Schiffsbewegung berücksichtigt. Oase Connect ist die digitale Online-Plattform für Gaswäsche-Kunden der BASF, die vor allem den Service verbessern soll. Zu den Funktionalitäten der Plattform gehört unter anderem eine Software, die Kunden hilft, die optimale Einstellung für ihre Anlage zu finden und diese entsprechend zu steuern. Das Produktionsschiff im Coral-Feld soll noch 2022 seinen Betrieb aufnehmen und erstes LNG produzieren.

Gaswäsche für LNG-Projekt

Ein neuer Trend ist zudem das Floating Production Storage and Offloading (FPSO), wobei Produktionseinheiten wie Schiffe oder Plattformen das Gas nicht direkt verflüssigen, sondern nach der notwendigen Konditionierung per Pipeline an Land weiterleiten. Auch für derartige Lösungen ist die Gaswäsche unverzichtbar, weil auch in solchen Fällen Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff möglichst energiesparend entfernt werden müssen. Für diese Fälle, von denen die ersten wie das brasilianische Marlim-2-Projekt bereits in Betrieb sind, ist die Oase-Technologie ebenfalls sehr gut geeignet. Darüber hinaus ist sie ebenfalls am größten LNG-Vorhaben der Welt maßgeblich beteiligt.

Anfang 2021 hat Qatargas die Errichtung von vier neuen LNG-Produktionsanlagen im North Field East Project (NFE) angekündigt, das vor der nordöstlichen Küste der Halbinsel Katar liegt. Gemäß der Exploration weist dieses Gasfeld Reserven von 25 Bio. m3 auf, das entspricht etwa 10 % der weltweiten Gasreserven. Das Feld befindet sich im Besitz von Qatar Petroleum und wird von dessen Tochtergesellschaft Qatargas betrieben. Die Erweiterung wird die Produktionskapazität für LNG von 77auf 110 Mio. t/a erhöhen, was einer Steigerung der LNG-Produktionskapazität um etwa 43 % entspricht. In einer Vereinbarung vom April 2021 wurde BASF beauftragt, für alle vier neuen Gasverflüssigungsanlagen sowohl die Technologie für die Hochdruck-Sauergasentfernungseinheiten (insbesondere für Kohlendioxid) als auch für die Niederdruck-Abgasbehandlungseinheiten zu liefern.

BASF SE, Ludwigshafen


Autor: Klaus Jopp

Freier Autor


Kurz erklärt:   Gaswäschetechnolgie Oase

Um beispielsweise saure Bestandteile wie CO2 und/oder Schwefelwasserstoff (H2S) aus Gasen zu entfernen, wird das Einsatzgas im Gegenstrom mit der vollständig regenerierten Oase-Aminlösung in eine Absorptionskolonne gebracht. Hier reagieren die sauren Gase mit der Aminlösung und werden so aus dem Gas entfernt. Das mit saurem Gas vermischte Amin wird erhitzt und einer Regenerationskolonne zugeführt, in der die sauren Bestandteile aus der Lösung abgetrennt werden. Die regenerierte Oase-Lösung wird dann abgekühlt und wieder in die Absorberkolonnen zurückgeführt. In vielen Fällen ist das CO2 so rein, dass es auch für chemische Zwecke verwendet werden kann.

Dieses Gasbehandlungsverfahren benötigt relativ wenig Energie, bietet sehr hohe Verfügbarkeit und liefert eine große Ausbeute an Gasen mit hoher Reinheit. Seine Flexibilität erlaubt auch die selektive Abtrennung bestimmter Gasbestandteile. Die eingesetzten Gaswaschmittel zeichnen sich durch eine hohe Stabilität und lange Lebensdauer aus, sodass nur minimale Mengen nachzufüllen sind.

Für die Behandlung der unterschiedlichen Gase gibt es folgende Produkte:

  • Oase purple entfernt Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff aus dem Erdgas
  • Oase white ermöglicht die Gasreinigung von Gasen die Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid enthalten für zum Beispiel Anwendungen wie Ammoniak und Eisenerz
  • Oase yellow entfernt selektiv die Schwefelbestandteile vom natürlichen Gas sowie von Einheiten der Sauergasanreicherung (AGE) oder Abgasnachbehandlung (TGT).
  • Oase green ermöglicht die Behandlung von auf fermentationbasierendem Gas
  • Oase blue wird zur Kohlenstofferfassung und Lagerung genutzt
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