Fackelgas-Rückgewinnungssysteme

"Mein Ziel ist es, den wirtschaftlichen Verlust und den Schaden für die Umwelt, der durch das Verbrennen von Abfall und den dazugehörigen Gasen in den Fackeln verursacht wird, herauszustellen und eine Gasrückgewinnungstechnik vorzuschlagen, die durch eine schnelle rückzahlbare Investition Verlust in Gewinn verwandelt."

Zitat von Dr. Arno Koernig, Firmengründer von Koernig Engineering

Einführung

Jeder hat schon mal brennende Fackeln in Raffinerien gesehen, obwohl sie in den letzten Jahren weniger geworden sind. Aber zahlreiche Länder sind sich nach wie vor nicht über die wirtschaftlichen Verluste der wertvollen Gase und der Umweltbelastungen durch das Verbrennen dieser Gase bewusst. Durch Erdölraffinerien und petrochemische Komplexe zieht sich ein umfangreiches Rohrleitungssystem. In diesem System werden kontinuierlich - je nach technischem Zustand der Anlage, jedoch auch in Abhängigkeit von der Kühlwassersituation - mehr oder weniger stark anfallende gasförmige Erdölprodukte gesammelt, wobei dieses Rohrleitungssystem auch dazu dient, im Gefahrenfalle übergroße Gasmengen, welche aus Betriebsstörungen resultieren, aufzunehmen und sicher abzuleiten.

Abhängig von den technischen Standards der Rohrleitungssysteme sowie der Verfügbarkeit und der Situation des Kühlsystems, sammeln sich ständig gasförmige Rohöl- und Heizölbestandteile in diesen Systemen. Überschüssige Gasmengen, verursacht durch Betriebsstörungen, werden gesammelt und im Gefahrenfall sicher beseitigt. Die Mengen hängen speziell mit der Art des Produktionsverfahrens zusammen. Die Zusammensetzung dieser Gase kann aufgrund eines Abfallens der Kühlleistung mit einer Zunahme der schweren Kohlenwasserstoffbestandteile häufig variieren, wobei Spitzenzeiten gewöhnlich im Sommer anfallen.

Was geschieht mit den in dem Rohrleitungssystem aufgefangenen Gasmengen?

Eine weitverbreitete Maßnahme ist die Verbrennung dieser an sich wertvollen Gase, unter Einsatz von zusätzlicher Energie an den Fackeln und die Vernichtung wertvoller Energieträger.

Schäden an der Umwelt sind durch die Vernichtung dieser wertvollen und teuren Rohstoffe unvermeidbar. Da die an der Fackel vernichteten Produkte den Raffinerieprozess schon durchlaufen haben, beinhalten sie als veredelte Produkte einen hohen Wert. Die anfallenden Mengen belaufen sich wohl in jeder Raffinerie auf weit über 100.000 t im Jahr.

Die Rückgewinnung dieser Produkte ist durch relativ technisch einfache und kostengünstige Anlagen möglich, jedoch ist ein Punkt zu beachten, der in der Vergangenheit zu erheblichen Beeinträchtigungen von Fackelgas-Rückgewinnungsanlagen geführt hat. Bei diesem Punkt handelt es sich um die Vernachlässigung der vorhandenen Betriebserfahrungen.

Im Gegensatz zu anderen Einheiten in einer Erdölraffinerie ist in einer Fackelgas-Rückgewinnungsanlage mit stark schwankenden Einsatzprodukten zu rechnen. Diese Variable macht es zwingend notwendig, vor Beginn der Planung eine vertiefte Projektstudie durchzuführen, um eine maßgeschneiderte Technik für jeden Verarbeitungsbetrieb zu erarbeiten.

Eine solche Rückgewinnungsanlage verbraucht naturgemäß ebenfalls Energie, und ein wichtiger Faktor ist die Netto-Energiebilanz. Abbildung 2 zeigt ein Diagramm, welches diese Bilanz für eine durchschnittliche Rückgewinnungsanlage dargestellt. Hieraus ist zu sehen, dass ca. 89 % der anfallenden Produkte als Nettowert zurückgewonnen werden.

Warum Fackelgas-Rückgewinnung?

Heutzutage wird Gas von Ölbohrungen, Bohrinseln, Raffinerien, petrochemischen und chemischen Anlagen sowie Mülldeponien und Müllaufbereitungsanlagen verbrannt.

Fackelgas von Ölbohrungen und Bohrinseln: Erdgas ist häufig ein Nebenprodukt, kann aber nicht zum Markt transportiert werden.

Raffinerien, petrochemische und chemische Anlagen: Abgas von Verfahrensanlagen wird während Störfällen, Anfahren, Herunterfahren und Normalbetrieb abgelassen. Das Abgas wird gesammelt und zur Entsorgung zum Fackelsystem geführt.

Fackelgas von Mülldeponien oder Müllaufbereitungsanlagen: Das von Mülldeponien oder Müllaufbereitungsanlagen produzierte Gas hat häufig einen niedrigen Brennwert, der für Pipelinegas nicht geeignet ist, aber als Brennstoff für die elektrische Stromerzeugung nach wie vor wertvoll ist.

Gas abzufackeln bedeutet, Emissionen bei der Verbrennung zu erzeugen, wie z.B. NOx, CO, CO₂. Eine Reduzierung der abgefackelten Gasmenge schützt die Umwelt, verringert die sichtbaren Flammen, Gerüche und Lärm. Eine Verringerung des Fackelbetriebes hilft Ihnen, Ihre gesamten Emissionen zu kontrollieren und den Kauf zusätzlicher Emissionsguthaben zu vermeiden.

Zurückgewonnenes Gas hat normalerweise einen beachtlichen Brennwert und kann als Brennmaterial, Rohstoff oder Produkt wiederverwendet werden. In vielen Situationen ist der Wert des zurückgewonnenen Gases höher als die Kosten seiner Rückgewinnung. Steigende Gas- und Energiepreise verkürzen die Amortisationsdauer für die Fackelgas-Rückgewinnungsanlage.

Die Fackelgasrückgewinnung kann in das vorhandene Fackelsystem eingebunden werden, ohne den Betrieb zu stören oder ohne negativen Einfluss auf die Sicherheit.

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Aufbau des Fackelgas-Rückgewinnungssystems

Die Fackelgas-Rückgewinnungseinheit gewinnt Gas aus der Sammelleitung zurück, das normalerweise über die Fackel verbrannt würde. Das Gas wird aus dem nachgeschalteten Abscheider und dem vorgeschalteten Tauchvorlagebehälter abgezogen und zu einem Gasometer geführt. Die Größe des Gasometers wird sorgfältig geprüft, auf Grundlage der technischen und wirtschaftlichen Bedingungen. Die Auslegung des Systems gewährleistet immer einen leichten positiven Druck in der Fackelgasleitung, um einen Lufteintritt zu verhindern.

Das Gas wird aus dem Gasometer zur ersten Stufe eines Schraubenkompressors, der nach dem Verdrängerprinzip arbeitet, geschickt. Abhängig von den Gasbedingungen kann ein alternativer Kompressor, z.B. Flüssigkeitsringverdichter, Zellenverdichter oder Kolbenverdichter, ausgewählt werden. Nach der ersten Stufe wird das Gas gekühlt, vom Kondensat getrennt und zur zweiten Kompressorstufe geführt. Nach der zweiten Stufe wird das Gas erneut gekühlt und das Kondensat aus dem übrigen Gas zurückgewonnen. Das verbliebene Gas wird in das Heizgassystem eingespeist. Erhöhte Temperaturen des Gases sollten vermieden werden, um eine Polymerisation der ungesättigten Kohlenwasserstoffe zu verhindern.

Die zurückgewonnenen Kondensatströme werden zur weiteren Verarbeitung in vorhandene Anlagen gepumpt, um die erforderliche Verkaufsspezifikation zu erfüllen. Dort wo das nicht möglich ist, wird das Kondensat mittels einer separaten Fraktionierung in C2, C3/C4 und C5+ getrennt, um die erforderlichen Spezifikationen zu bekommen.
Abhängig vom sauren Gasgehalt kann ein Gaswaschabschnitt erforderlich sein, um Gas mit ausreichender Qualität zu erhalten.

Wirtschaftlichkeit der Fackelgas-Rückgewinnung

Im Fackelgas steckt ein hohes Potential an Energie, welches durch die Rückgewinnung des Fackelgases zu ca. 89 % erreicht wird, wie die nachfolgende Abbildung zeigt.

Eine typische Fackelgasanalyse in einer Raffinerie beinhaltet 20 - 25 % Gas, 35 - 45 % LPG und 35 - 45 % Rohbenzin. Basierend auf einer Verdichtung von bis zu 16 barg und den typischen Kühlwassertemperaturstufen, könnten ca. 70 - 80 % des Fackelgases als Kohlenwasserstoff-Kondensat (LPG & Rohbenzin) wirtschaftlich zurückgewonnen werden.

Auf Basis der oben genannten Zahlen ergeben sich für eine Fackelgas-Rückgewinnungsanlage mit einer Kapazität von 100.000 Tonnen pro Jahr 40.000 t Gas, 30.000 t LPG und 30.000 t Rohbenzin jährlich an rückgewinnbaren Produkten.
Mit durchschnittlichen Spot-Markt-Preisen von 230 Euro/t für Heizgasersatz, 340 Euro/t für LPG und 400 Euro/t für Rohbenzin sowie einer Reduzierung von 15 % der o.g. Preise für Downstream Processing, um die Verkaufsspezifikation zu erfüllen, würde der jährliche Bruttogewinn 26,6 Mio. Euro betragen. Wenn man vom Bruttogewinn 20 % Betriebs-, Wartungs-, Kapital- und Abschreibungskosten abzieht, würde der Nettogewinn 21,4 Mio. Euro jährlich betragen.
Der ROI für eine Fackelgas-Rückgewinnungsanlage auf Grundlage einer Kosten-/Gewinn-Analyse wird normalerweise 10 - 14 Monate nicht überschreiten.

Auszug aus unserer Referenzliste

• Studie über Fackelgas-Produktion, Fackelgas-Rückgewinnung und Heizgasentschwefelung, OMW, Karlsruhe, Deutschland

• Basic-Engineering für eine Fackelgas-Rückgewinnungsanlage, OMW, Karlsruhe, Deutschland
• Detail-Engineering für eine Fackelgas-Rückgewinnungsanlage, Shell, Godorf, Deutschland

• Machbarkeitsstudie, Basic- und Detail-Engineering für eine Fackelgas-Rückgewinnungsanlage, ROW, Wesseling, Deutschland
• Basic- und Detail-Engineering, Ausführung und Start-up Überwachung für eine Fackelgas-Rückgewinnungsanlage, Pancevo, Ex-Jugoslawien
• Basic- und Detail-Engineering, Ausführung und Start-up Überwachung für eine Fackelgas-Rückgewinnungsanlage, Krementschug, Rußland

Engineering & Projekt-Durchführung

WEBER Engineering liefert umfassendes Know-how und Problemlösungen auf höchstem technologischem Niveau. Unsere gut ausgebildeten Mitarbeiter sorgen für eine individuelle Beratung und Zusammenarbeit und gewährleisten so eine effiziente Projektdurchführung.

Aufgabenstellung
Unsere Fachleute bieten Unterstützung und geben Hilfestellung während der Projektdurchführung und beurteilen Verfahrensalternativen, schlagen geeignete Lizenzgeber vor und bewerten Investitions- und Betriebskosten.

Engineering & Planung
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Beschaffungswesen & Terminverfolgung
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Bauausführung
Während der Bausphase bieten wir Bauleitung an, einschließlich Fortschrittskontrolle, Terminplanung, Materialwirtschaft und Lagerhaltung.

Schulung, Vor-Inbetriebnahme & Start-up
Unsere Ingenieure und Techniker bieten Personalschulungen und unterstützen während der Vor-Inbetriebnahme und des Start-up.

Anlagenoptimierung und Debottlenecking
Wir analysieren vorhandene verfahrenstechnische Anlagen und Betriebsmittelsysteme, um die Optimierung und Debottlenecking-Potenziale zu ermitteln.

Zusammenfassung mit Ausblick

• Der Einsatz eines Fackelgas-Rückgewinnungssystems bedeutet eine Projektrealisierung mit einer sehr guten Pay-Out-Zeit, da die energetische und die Produkt-Ausbeute in allen Fällen sehr positiv ausfallen.
• Eine Fackelgas-Rückgewinnungsanlage ist eine Betriebseinheit, die völlig autark und in der Regel ohne zusätzliches Personal betrieben werden kann. Die eingesetzten Units sind erprobt und von hoher Standfestigkeit.
• Die zweite Seite ist der hohe ökologische Gewinn durch den Einsatz dieses Rückgewinnungssystems, da die Emissionsbelastungen durch das “Nicht-Mehr-Brennen” der Fackeln praktisch auf “Null” zurückgehen.
• Ein weiterer Schritt in Richtung Erzielung von marktgerechten Produkt-Ausbeuten aus Kohlenwasserstoff-Kondensaten liegt in der optimalen Nachverarbeitung.
• Das Ziel liegt bei einer optimierten Wertstoff-Ausbeute aus Fackelgasen durch spezielle Gaswasch- und destillative Trennverfahren.
• Kleine kompatible Einheiten können direkt im Ausbeute-Bereich eingesetzt werden und somit Fackel- oder Begleitgas vermeiden.
• Die Rückgewinnung von Fackel- oder Begleitgas bedeutet einen Prozess ohne Rückstände: Flüssiggas und C5 / C6–Bestandteile für den Verkauf und Leichtbenzin (C1 / C2) zur Wärmenutzung. Aus diesem Grund ist die Fackelgas-Rückgewinnung überaus umweltfreundlich.