WO2014060168A2 - Vorrichtung zur erdgasverdichtung und verfahren zur methanherstellung - Google Patents

Vorrichtung zur erdgasverdichtung und verfahren zur methanherstellung Download PDF

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Rohöl-Aufsuchungs Aktiengesellschaft Vorstandsbereich Technik
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    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/106—Removal of contaminants of water

Definitions

  • the present invention relates to a device for compressing natural gas, with a single-stage or multi-stage gas compressor. Furthermore, the invention relates to a process for the production of methane from hydrogen and carbon dioxide using a device for compressing natural gas.
  • Natural gas mainly consists of methane and other gaseous hydrocarbons, but may also contain significant amounts of hydrogen, hydrogen sulfide, carbon dioxide and water vapor, depending on their source. These proportions are harmful and can in particular corrosion on piping and equipment parts of the
  • Natural gas distribution systems cause. It is therefore necessary to purify the extracted natural gas before it is fed into a pipeline network.
  • the present invention enables the removal of hydrogen and carbon dioxide from the natural gas and can therefore for
  • Natural gas up to 5% hydrogen admixed.
  • the plants set up for the storage and distribution of natural gas are generally not suitable for hydrogen, in particular not hydrogen-tight.
  • part of the renewable energy obtained can be stored with high energy density.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for artificial
  • the invention solves this problem by a device for compressing natural gas with a gas compressor by a catalyst in the gas stream of the compressed natural gas and a dryer after the catalyst is arranged.
  • the natural gas and the proportions of hydrogen and carbon dioxide contained in the natural gas are heated to such an extent that the subsequently arranged catalyst can run off the sabatizing process, which produces methane and water vapor.
  • the water vapor is removed.
  • the device according to the invention is therefore suitable for
  • the device according to the invention is also suitable for the purification of natural gas.
  • the main application of the invention is to use a gas compressor for methane, which is in any case used for other purposes, such as for the storage or distribution of natural gas, whereby hydrogen is obtained which has been obtained by electrolysis by means of electricity from renewable energy sources.
  • a gas compressor for methane which is in any case used for other purposes, such as for the storage or distribution of natural gas, whereby hydrogen is obtained which has been obtained by electrolysis by means of electricity from renewable energy sources.
  • Compressor opening supply line for the natural gas with at least one feed connection for feeding hydrogen and / or
  • Carbon dioxide is provided. Even more advantageous is a development of the invention, according to which
  • Supply line is provided with a mixer in which hydrogen and carbon dioxide can be fed and mixed before the
  • the inventive method can be better adapted to the existing amounts of hydrogen or carbon dioxide by hydrogen in the natural gas stream before the gas compressor in stoichiometric ratio to the existing
  • Carbon dioxide is fed.
  • more hydrogen from renewable energy to be fed into the gas stream as can be implemented with the present in the natural gas flow of carbon dioxide, it is proposed that in the natural gas stream before the gas compressor additional
  • Carbon dioxide is fed.
  • the invention is further improved by the measure that the
  • the inventive method can be better adapted to the conditions found by the composition of the natural gas is determined by means of the gas chromatograph and hydrogen and / or carbon dioxide are fed depending on the concentration of these gases found in natural gas.
  • the inventive device can be made even simpler and more compact by the catalyst is disposed within the compressor. It is also possible to coat the inside of connecting lines with the catalyst material.
  • a cooler is arranged in the gas stream after the dryer, allows the cooling of the dried natural gas after the production of additional methane, in particular for storage and in a cavern, because for a given maximum pressure is the
  • a bypass line is arranged parallel to the radiator. By opening the bypass line, the natural gas can be routed past the radiator.
  • a first return line is provided, by means of which a part of the gas stream from the outlet of the dryer or the radiator to the input of the
  • Gas compressor is traceable. In the method according to the invention, therefore, a portion of the dried natural gas can be passed via this return line to the inlet of the gas compressor, where it is again compressed, thus heated and compressed and passes through the catalyst and the dryer.
  • a second return line is provided, by means of which a part of the gas flow from the outlet of the gas compressor to the inlet of the gas compressor
  • Gas compressor is led to the input of the gas compressor to be recompressed and heated. As a result, the recirculated gas stays longer in the high temperature range, allowing the sabatizing process to proceed with greater efficiency.
  • FIG. 1 A diagram with a schematic representation of an inventive device for compressing natural gas and for the production of methane.
  • FIG. 1 shows a gas compressor 1, which is driven by a motor 2. Natural gas is fed via a feed line 3 into the inlet 4 of the gas compressor 1, where it is compressed and heated. The compressed natural gas exits from the outlet 5 of the gas compressor 1 and passes through an intermediate line 6 in a catalyst 7.
  • Catalyst 7 is connected via a connecting line 8 with a dryer 9.
  • a dryer 9 steam is separated from the natural gas stream, which is discharged via steam line 10. After the dryer 9, the dried natural gas passes over another
  • the bypass 17 can be opened to the
  • a further bypass line 18 leads from the supply line 3 in front of the gas compressor l to the supply line 15. This further Bypass line 18 serves to bypass the natural gas on
  • a second return line 19 with a valve 20 leads from the outlet 5 of the gas compressor 1 to its inlet 4.
  • a mixer 21 is arranged, in which on the one hand the externally supplied natural gas is introduced and also a first feed connection 22 for feeding of carbon dioxide and a second feed port 23 for feeding hydrogen.
  • the originating from a natural gas source gas is on the
  • Feed line 3 first led into the mixer 21, where hydrogen or carbon dioxide or both can be fed. Depending on how much carbon dioxide or hydrogen is present in the natural gas, additional hydrogen or carbon dioxide is fed, so that the two gas concentrations as close as possible to a stoichiometric
  • Hydrogen and carbon dioxide are premixed in the mixer 21 and added to the natural gas stream. To determine the required levels of carbon dioxide and hydrogen is not shown
  • Gas chromatograph provided which determines the corresponding concentrations of hydrogen and carbon dioxide in the injected natural gas.
  • the optionally enriched with admixed hydrogen and carbon dioxide natural gas passes on via the supply line 3 in the inlet 4 of the gas compressor 1, where it is highly compressed and thereby also strongly heated until it reaches a temperature in the range between 200 ° C and 400 ° C.
  • the compressed and hot gas mixture exits from the outlet 5 of the compressor 1 and enters the catalyst 7, where the sabatizing process takes place and the proportions of hydrogen and carbon dioxide contained in the gas mixture are converted to methane and water vapor.
  • the artificially produced methane remains in the natural gas and increases the already contained methane content. However, the water vapor must still be removed from the natural gas.
  • the gas mixture passes from the catalyst 7 via the
  • the dried natural gas passes through the connecting line 1 1 in the
  • Cooler 13 where it is cooled to then enter the supply line 15.
  • the supply line 15 leads, for example, to a gas storage, in particular an underground cavern, or it can also be fed directly into a gas distribution network.
  • a gas storage in particular an underground cavern
  • the compressed natural gas from the outlet 5 of the gas compressor 1 via the second return line 19 to the inlet 4 of the gas compressor 1
  • valve 20 is opened. It can also be a return of reacted, dried and optionally cooled natural gas from the outlet 14 of the radiator 13 via the first
  • Return line 16 is returned to the supply line 3 and fed in the gas flow between the mixer 21 and the gas compressor 1 in the feed line 3. Conversely, via the bypass line 18 natural gas from the supply line 3 in front of the gas compressor 1 to the Supply line 15 will be diverted so it does not go through
  • Gas compressor 1, catalyst 7, dryer 9 and cooler 13 flows.
  • Natural gas compressor which is used to feed in the natural gas
  • Gas distribution network or serve in a gas storage, in particular an underground cavern, for the artificial production of methane from hydrogen and carbon dioxide use. They have to do this
  • Energy sources can be used for the production of artificial methane, wherein a part of the originally generated renewable energy can be effectively stored and supplied for later use. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Zur Entfernung von im Erdgas vorhandenem Kohlendioxid und/oder Wasserstoff und zur Verwertung von Wasserstoff, der durch Elektrolyse mittels Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen wurde, wird ein Verfahren zur Herstellung von Methan aus Wasserstoff und Kohlendioxid vorgeschlagen, welches sich einer für andere Zwecke, insbesondere für die Speicherung oder Verteilung von Erdgas ohnehin vorhandenen Vorrichtung zum Verdichten von Erdgas mit einem einstufigen oder mehrstufigen Gasverdichter bedient, wobei im Gasstrom des verdichteten Erdgases ein Katalysator (7) und nach dem Katalysator (7) ein Trockner (9) angeordnet ist. Der ohnehin vorhandene Gasverdichter erzeugt beim Verdichten des Erdgases Wärme, sodass das verdichtete Erdgas ohne Zufuhr von externer Wärme bereits Temperaturen im Bereich zwischen 200°C und 400°C aufweist, sodass es erfindungsgemäß lediglich eines Katalysators (7) und eines Trockners (9) bedarf, um das Kohlendioxid und den Wasserstoff zu Methan und Wasserdampf umzusetzen und den Wasserdampf aus dem Erdgas zu entfernen.

Description

Vorrichtung zur Erdgasverdichtung und Verfahren zur
Methanherstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten von Erdgas, mit einem einstufigen oder mehrstufigen Gasverdichter. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Methan aus Wasserstoff und Kohlendioxid unter Verwendung einer Vorrichtung zum Verdichten von Erdgas.
Natürliches Erdgas besteht zum größten Teil aus Methan und anderen gasförmigen Kohlenwasserstoffen, kann aber je nach Herkunft auch beträchtliche Anteile von Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf enthalten. Diese Anteile sind schädlich und können insbesondere Korrosion an Rohrleitungen und Anlagenteilen der
Erdgasverteilungsanlagen verursachen. Es ist deshalb erforderlich das geförderte Erdgas zu reinigen, bevor es in ein Leitungsnetz eingespeist wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Entfernung von Wasserstoff und Kohlendioxid aus dem natürlichen Erdgas und kann daher zur
Verbesserung der Gasqualität beitragen.
Im Rahmen der Nutzung von Elektrizität aus erneuerbarer Energie tritt das Problem auf, dass sich das Angebot an Elektrizität nicht mit der Nachfrage deckt. Insbesondere liefern Fotovoltaik-Anlagen nur dann Strom, wenn die Sonne scheint und Windenergieanlagen nur dann, wenn der Wind weht. Es besteht daher das dringende Bedürfnis der Speicherung der so gewonnenen Energie. Eine Möglichkeit besteht darin, die Elektrizität aus erneuerbarer Energie zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse von Wasser zu nutzen. Allerdings ist die Speicherung und Verteilung von Wasserstoff selbst wieder problematisch. Eine Möglichkeit der Nutzung von Wasserstoff besteht darin, die für die Verteilung von Erdgas
vorhandenen Anlagen und Leitungsnetze zu nutzen, indem man dem Erdgas bis zu 5% Wasserstoff beimischt. Die für die Bevorratung und Verteilung von Erdgas eingerichteten Anlagen sind aber im Allgemeinen nicht für Wasserstoff geeignet, insbesondere nicht wasserstoffdicht.
Man hat daher vorgeschlagen, den unter Verwendung von erneuerbaren Energien hergestellten Wasserstoff zusammen mit aus
Verbrennungsprozessen, Gärprozessen oder einfach aus der Luft stammendem und gut verfügbaren Kohlendioxid zu Methan und
Wasserdampf umzusetzen. Dieser Prozess ist als Sabatierprozess zur künstlichen Methanerzeugung bekannt. Er läuft bei Temperaturen zwischen 200°C und 400°C und unter Verwendung eines Katalysators nach der Formel
4H2 + CO2 = CH4 + 2H2O ab. Das so gewonnene Methan wird vom Wasserdampf getrennt und kann dann mit dem für die Speicherung und Verteilung von Erdgas
vorhandenen Anlagen gespeichert und genutzt werden. Auf diese Weise lässt sich ein Teil der gewonnenen erneuerbaren Energie mit hoher Energiedichte speichern.
Die künstliche Methanerzeugung mittels Sabatierprozess, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, erfordert aber eigens errichtete
Prozessanlagen zur Durchführung des Sabatierprozesses, die einen hohen finanziellen Aufwand mit sich bringen. Zudem muss für die
Durchführung des Sabatierprozesses Wärmeenergie zugeführt werden, was weitere Kosten verursacht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur künstlichen
Herstellung von Methan aus Wasserstoff und Kohlendioxid und eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben, die eine kostengünstigere Methanherstellung ermöglicht als bekannte
Vorrichtungen und Verfahren.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Verdichten von Erdgas mit einem Gasverdichter, indem im Gasstrom des verdichteten Erdgases ein Katalysator und nach dem Katalysator ein Trockner angeordnet ist. Durch den Verdichter wird das Erdgas und die im Erdgas enthaltenen Anteile von Wasserstoff und Kohlendioxid so stark erhitzt, dass im nachfolgend angeordneten Katalysator der Sabatierprozess ablaufen kann, durch welchen Methan und Wasserdampf entsteht. In dem nach dem Katalysator angeordneten Trockner wird der Wasserdampf entfernt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich daher zur
Herstellung von Methan aus den im Erdgas vorhandenen Anteilen von Kohlendioxid und Wasserstoff. Dabei wird das Erdgas gleichzeitig gereinigt. Insbesondere bei Vorhandensein von Wasserdampf wirkt das im Erdgas enthaltene Kohlendioxid sehr korrosiv und beschädigt die mit dem Erdgas in Berührung kommenden Anlagen und Leitungen. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich daher auch zur Reinigung von Erdgas.
Die Hauptanwendung der Erfindung besteht jedoch darin, einen an sich für andere Zwecke, etwa für die Speicherung oder Verteilung von Erdgas ohnehin vorhandenen Gasverdichter zur Herstellung von Methan zu verwenden, wobei Wasserstoff eingespeist wird, der durch Elektrolyse mittels Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen wurde. Für diesen Zweck sieht eine bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass eine in den Eingang des
Verdichters mündende Zuführleitung für das Erdgas mit mindestens einem Einspeiseanschluss zum Einspeisen von Wasserstoff und/oder
Kohlendioxid versehen ist. Noch vorteilhafter ist eine Weiterbildung der Erfindung, wonach die
Zuführleitung mit einem Mischer versehen ist, in dem Wasserstoff und Kohlendioxid eingespeist und gemischt werden können, bevor das
Gasgemisch in den Erdgasstrom gelangt. Mit der so ausgestalteten Vorrichtung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besser an die vorhandenen Mengen von Wasserstoff bzw. Kohlendioxid anpassen, indem in den Erdgasstrom vor dem Gasverdichter Wasserstoff im stöchiometrischen Verhältnis zum vorhandenen
Kohlendioxid eingespeist wird. Für den Fall, dass mehr Wasserstoff aus erneuerbaren Energien in den Gasstrom eingespeist werden sollen, als mit dem im Erdgasstrom vorhandenen Kohlendioxid umgesetzt werden kann, wird vorgeschlagen, dass in den Erdgasstrom vor dem Gasverdichter zusätzliches
Kohlendioxid eingespeist wird. Die Erfindung wird noch verbessert durch die Maßnahme, dass der
Mischer mit einem Gaschromatographen versehen ist. Hierdurch lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren noch besser an die vorgefundenen Verhältnisse anpassen, indem die Zusammensetzung des Erdgases mittels des Gaschromatographen bestimmt wird und Wasserstoff und/oder Kohlendioxid in Abhängigkeit von der vorgefundenen Konzentration dieser Gase im Erdgas eingespeist werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann noch einfacher und kompakter ausgestaltet werden, indem der Katalysator innerhalb des Verdichters angeordnet ist. Möglich ist auch eine Beschichtung der Innenseite von Verbindungsleitungen mit dem Katalysatormaterial.
Die Maßnahme, dass im Gasstrom nach dem Trockner ein Kühler angeordnet ist, ermöglicht die Abkühlung des getrockneten Erdgases nach der Erzeugung zusätzlichen Methans insbesondere für die Speicherung und in einer Kaverne, denn bei gegebenem Maximaldruck ist die
speicherbare Erdgasmenge höher, wenn das Erdgas kühler ist.
Wenn das Erdgas für andere Zwecke verwendet werden soll und eine Abkühlung nicht erforderlich ist, wird eine Ausführungsform empfohlen, bei der eine Bypassleitung parallel zum Kühler angeordnet ist. Durch Öffnen der Bypassleitung kann das Erdgas am Kühler vorbeigeleitet werden.
Um die Ausbeute des Sabatierprozesses noch zu erhöhen, ist eine erste Rückführleitung vorgesehen, mittels der ein Teil des Gasstromes vom Ausgang des Trockners oder des Kühlers zum Eingang des
Gasverdichters rückführbar ist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann daher ein Teil des getrockneten Erdgases über diese Rückführleitung zum Eingang des Gasverdichters geführt werden, wo es erneut verdichtet, somit erhitzt und verdichtet wird und den Katalysator und den Trockner durchläuft.
In einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine zweite Rückführleitung vorgesehen, mittels der ein Teil des Gasstromes vom Ausgang des Gasverdichters zum Eingang des Gasverdichters
rückführbar ist. Diese Maßnahme erlaubt eine Variante des
erfindungsgemäßen Verfahrens, wonach ein Teil des verdichteten
Erdgases über die zweite Rückführleitung vom Ausgang des
Gasverdichters zum Eingang des Gasverdichters geführt wird, um erneut verdichtet und erhitzt zu werden. Dadurch bleibt das rückgeführte Gas länger im Bereich hoher Temperaturen, sodass der Sabatierprozess mit höherer Effektivität ablaufen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
Figur 1 : Ein Diagramm mit einer schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verdichten von Erdgas und zur Herstellung von Methan. In der Figur 1 erkennt man einen Gasverdichter 1 , der von einem Motor 2 angetrieben wird. Erdgas wird über eine Zuführleitung 3 in den Einlass 4 des Gasverdichters 1 geleitet, wo es verdichtet und erhitzt wird. Das verdichtete Erdgas tritt aus dem Auslass 5 des Gasverdichters 1 aus und gelangt über eine Zwischenleitung 6 in einen Katalysator 7. Der
Katalysator 7 ist über eine Verbindungsleitung 8 mit einem Trockner 9 verbunden. Im Trockner 9 wird aus dem Erdgasstrom Wasserdampf abgeschieden, der über Wasserdampfleitung 10 abgeleitet wird. Nach dem Trockner 9 gelangt das getrocknete Erdgas über eine weitere
Verbindungsleitung 1 1 in den Eingang 12 eines Kühlers 13, wo es abgekühlt wird. Danach tritt es aus dem Ausgang 14 des Kühlers 13 in eine Versorgungsleitung 15 ein, durch die das getrocknete und mit dem künstlich erzeugten Methan angereicherte Erdgas einer Nutzung zugeführt wird, insbesondere in ein Gasverteilungsnetz oder in einen Gasspeicher eingeleitet wird. Am Ausgang 14 des Kühlers 13 ist eine erste Rückführleitung 16 angeschlossen, durch die gekühltes und getrocknetes Erdgas in die Zuführleitung 3 vor dem Gasverdichter 1 zurückgeleitet werden kann. Des Weiteren ist am Ausgang 14 des Kühlers 13 ein Bypass 17
angeschlossen, dessen anderes Ende mit dem Eingang 12 des Kühlers 13 verbunden ist. Der Bypass 17 kann geöffnet werden, um das
getrocknete Erdgas am Kühler 13 vorbeizuleiten.
Eine weitere Bypassleitung 18 führt von der Zuführleitung 3 vor dem Gasverdichter l zur Versorgungsleitung 15. Diese weitere Bypassleitung 18 dient zum Vorbeileiten des Erdgases am
Gasverdichter 1 , dem Katalysator 7, dem Trockner 9 und dem Kühler 13.
Eine zweite Rückführleitung 19 mit einem Ventil 20 führt vom Auslass 5 des Gasverdichters 1 zu seinem Einlass 4. In der Zuführleitung 3 ist ein Mischer 21 angeordnet, in den einerseits das von außen zugeführte Erdgas eingeleitet wird und der außerdem einen ersten Einspeiseanschluss 22 für das Einspeisen von Kohlendioxid und einen zweiten Einspeiseanschluss 23 für das Einspeisen von Wasserstoff aufweist. Das aus einer Erdgasquelle stammende Erdgas wird über die
Zuführleitung 3 zunächst in den Mischer 21 geführt, wo Wasserstoff oder Kohlendioxid oder beides eingespeist werden kann. Je nachdem wieviel Kohlendioxid oder Wasserstoff im natürlichen Erdgas vorhanden ist, wird zusätzlich Wasserstoff oder Kohlendioxid eingespeist, sodass die beiden Gaskonzentrationen möglichst nahe an einem stöchiometrischen
Verhältnis zum Ablauf des Sabatierprozesses stehen. Soll zusätzlich Wasserstoff, insbesondere aus erneuerbaren Energien gewonnener Wasserstoff dem Erdgas zugemischt werden, muss auch der zusätzlich einzuspeisende Kohlendioxidanteil erhöht werden. Entsprechendes gilt für den Fall, dass etwa vorhandenes Kohlendioxid verwertet werden soll. Dann muss ein entsprechender Anteil von Wasserstoff zugemischt werden.
Wasserstoff und Kohlendioxid werden im Mischer 21 vorgemischt und dem Erdgasstrom hinzugefügt. Zur Bestimmung der erforderlichen Anteile an Kohlendioxid und Wasserstoff ist ein nicht gezeigter
Gaschromatograph vorgesehen, der die entsprechenden Konzentrationen von Wasserstoff und Kohlendioxid im eingeleiteten Erdgas bestimmt. Das gegebenenfalls mit zugemischtem Wasserstoff und Kohlendioxid angereicherte Erdgas gelangt weiter über die Zuführleitung 3 in den Einlass 4 des Gasverdichters 1 , wo es stark verdichtet und dabei auch stark erhitzt wird, bis es eine Temperatur im Bereich zwischen 200°C und 400°C erreicht. Das verdichtete und heiße Gasgemisch tritt aus dem Auslass 5 des Verdichters 1 aus und gelangt in den Katalysator 7, wo der Sabatierprozess abläuft und die im Gasgemisch enthaltenen Anteile von Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan und Wasserdampf umgesetzt werden. Das so künstlich erzeugte Methan verbleibt im Erdgas und erhöht den ohnehin enthaltenen Methananteil. Der Wasserdampfanteil muss jedoch noch aus dem Erdgas entfernt werden.
Hierfür gelangt das Gasgemisch aus dem Katalysator 7 über die
Verbindungsleitung 8 in den Trockner 9, wo der enthaltene Wasserdampf abgeschieden und über die Wasserdampfleitung 10 abgeführt wird. Das getrocknete Erdgas gelangt über die Verbindungsleitung 1 1 in den
Kühler 13, wo es abgekühlt wird, um dann in die Versorgungsleitung 15 zu gelangen. Die Versorgungsleitung 15 führt beispielsweise zu einem Gasspeicher, insbesondere einer unterirdischen Kaverne, oder es kann auch direkt in ein Gasverteilungsnetz eingespeist werden. Zur Verbesserung der Effektivität der künstlichen Methanherstellung kann das verdichtete Erdgas vom Auslass 5 des Gasverdichters 1 über die zweite Rückführleitung 19 zum Einlass 4 des Gasverdichters 1
zurückgeführt werden. Hierfür wird das Ventil 20 geöffnet. Es kann auch eine Rückführung von umgesetztem, getrocknetem und gegebenenfalls gekühlten Erdgas vom Ausgang 14 des Kühlers 13 über die erste
Rückführleitung 16 zur Zuführleitung 3 zurückgeführt und im Gasstrom zwischen dem Mischer 21 und dem Gasverdichter 1 in die Zuführleitung 3 eingespeist werden. Umgekehrt kann über die Bypassleitung 18 Erdgas aus der Zuführleitung 3 vor dem Gasverdichter 1 zu der Versorgungsleitung 15 umgeleitet werden, sodass es nicht durch
Gasverdichter 1 , Katalysator 7, Trockner 9 und Kühler 13 fließt.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nur ein
Teilstrom aus dem zugeführten Erdgas durch die erfindungsgemäße Vorrichtung geleitet, wenn dadurch erreicht werden kann, dass die
Sabatier Reaktion stöchiometrisch abläuft.
Die Erfindung kann mit wirtschaftlichem Vorteil schon vorhandene
Erdgasverdichter, die zum Einspeisen des Erdgases in ein
Gasverteilungsnetz oder in einen Gasspeicher, insbesondere eine unterirdische Kaverne dienen, für die künstliche Herstellung von Methan aus Wasserstoff und Kohlendioxid nutzen. Dabei müssen diese
Erdgasverdichter nur mit wenigen zusätzlichen Anlagenteilen,
insbesondere einem Katalysator und einem Trockner versehen werden. Die für den Ablauf des Sabatierprozesses erforderliche Temperatur wird durch die Verdichtung erreicht, ohne dass zusätzliche Wärmeenergie zugeführt werden müsste. Auf die erfindungsgemäße Weise wird nicht nur das natürliche Erdgas von Kohlendioxid- und Wasserstoffbeimischungen gereinigt und so seine agressive Wirkung auf Anlagenteile beseitigt, sondern es kann darüber hinaus Wasserstoff aus erneuerbaren
Energiequellen zur Herstellung künstlichen Methans verwendet werden, wobei ein Teil der ursprünglich erzeugten erneuerbaren Energie wirkungsvoll gespeichert und einer späteren Nutzung zugeführt werden kann. BEZUGSZEICHENLISTE
Gasverdichter
Motor
Zuführleitung
Einlass
Auslass
Zwischenleitung
Katalysator
Verbindungsleitung
Trockner
Wasserdampfleitung
Verbindungsleitung
Eingang
Kühler
Ausgang
Versorgungsleitung
erste Rückführleitung
Bypass
Bypassleitung
zweite Rückführleitung
Ventil
Mischer
erster Einspeiseanschluss
zweiter Einspeiseanschluss

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Vornchtung zum Verdichten von Erdgas, mit einem einstufigen oder mehrstufigen Gasverdichter (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass im Gasstrom des verdichteten Erdgases ein Katalysator (7) und nach dem Katalysator (7) ein Trockner (9) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator innerhalb des Verdichters (1 ) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Gasstrom nach dem Trockner (9) ein Kühler (13) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypass (17) parallel zum Kühler (13) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Rückführleitung (16) vorgesehen ist, mittels derer ein Teil des Gasstromes vom Ausgang des
Trockners (9) oder vom Ausgang (14) des Kühlers (13) zum
Eingang (4) des Gasverdichters (1 ) rückführbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Rückführleitung (19) vorgesehen ist, mittels derer ein Teil des Gasstroms vom Ausgang (5) des Gasverdichters (1 ) zum Eingang (4) des Gasverdichters (1 ) rückführbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in den Eingang (4) des
Gasverdichters (1 ) mündende Zuführleitung (3) für das Erdgas mit mindestens einem Einspeiseanschluss (22, 23) zum Einspeisen von Wasserstoff und/oder Kohlendioxid versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitung (3) mit einem Mischer (21 ) versehen ist, in dem
Wasserstoff und Kohlendioxid eingespeist und gemischt werden können, bevor das Gasgemisch in den Erdgasstrom gelangt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (21 ) mit einem Gaschromatographen versehen ist.
10. Verfahren zur Herstellung von Methan aus Wasserstoff und
Kohlendioxid unter Verwendung einer Vorrichtung zum Verdichten von Erdgas nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
- das Erdgas wird in einem Gasverdichter (1 ) verdichtet und erhitzt sich dabei auf eine Temperatur zwischen 200°C und 400°C;
- das heiße Erdgas wird über einen Katalysator (7) geleitet, wobei das im Erdgas enthaltene Kohlendioxid mit dem im Erdgas enthaltenen Wasserstoff zu Methan und Wasserdampf umgesetzt wird;
- der Wasserdampf wird in einem Trockner (9) aus dem Erdgas entfernt.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das getrocknete Erdgas in einem Kühler (13) abgekühlt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des getrockneten Erdgases über eine erste
Rückführleitung (16) zum Eingang (4) des Gasverdichters (1 ) geführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Teil des verdichteten Erdgases über eine zweite Rückführleitung (19) vom Ausgang (5) des Gasverdichters (1 ) zum Eingang (4) des Gasverdichters (1 ) geführt wird.
5 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass in den Erdgasstrom vor dem
Gasverdichter (1 ) Wasserstoff eingespeist wird, vorzugsweise im stöchiometrischen Verhältnis zum vorhandenen Kohlendioxid.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in den 10 Erdgasstrom vor dem Gasverdichter (1 ) zusätzliches Kohlendioxid eingespeist wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserstoff und Kohlendioxid vor der Einspeisung in den Erdgasstrom in einem Mischer (21 ) gemischt werden.
15 17. Verfahren nach einer der Ansprüche 14 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Erdgases mittels eines Gaschromatographen bestimmt wird und dass Wasserstoff und/oder Kohlendioxid in Abhängigkeit von der vorgefundenen Konzentration von Wasserstoff und Kohlendioxid im Erdgas
20 eingespeist werden.
18. Verfahren nach einer der Ansprüche 14 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Teilstrom aus dem zugeführten Erdgas durch die erfindungsgemäße Vorrichtung geleitet wird.
19. Verwendung eines für andere Zwecke, insbesondere für die
25 Speicherung oder Verteilung von Erdgas vorhandenen
Gasverdichters zur Herstellung von Methan gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere unter Einspeisung von Wasserstoff, der durch Elektrolyse mittels Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen wurde.
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