Erdgas-Ersatz (SNG): Gasmischanlage für Propan und Luft

8. März 2024/ Johannes Partz / Ratgeber

Geht es um industrielle Prozesse, ist Kontinuität gefragt. Das gilt vor allem für die Energieversorgung, ohne die es zu Unterbrechungen im Produktionsablauf kommen kann. Schon kurze Pausen führen dabei häufig zu langen Abkühl- und Anfahrzeiten. Außerdem kann es passieren, dass komplette Produkt-Chargen unbrauchbar werden, wenn der Herstellungsprozess unterbrochen ist. Um das zu verhindern, können Industriebetriebe bei Gasmangellagen und reduzierten Erdgasliefermengen auf synthetisches Erdgas (SNG) setzen. Dabei handelt es sich um einen Ersatz für konventionelles Erdgas, der sich durch Mischen von Propan und Luft in der eigenen Anlage herstellen lässt. Wie das mit einer Gasmischanlage für Propan und Luft funktioniert, wann diese zum Einsatz kommen und worauf bei der Planung einer Propan-Luft-Gasmischanlage zu achten ist, darüber informieren wir in den folgenden Abschnitten.

Die Themen im Überblick

• Gasmangellage und reduzierte Erdgaslieferung
• Synthetisches Erdgas (SNG) als Erdgas-Ersatz
• SNG aus Gasmischanlagen für Propan und Luft
• Bestandteile und Funktion einer Gasmischanlage
• Sicherheitsaspekte und wichtige Voraussetzungen
• Eine Gasmischanlage für Propan und Luft planen
• FAQ zum Erdgas-Ersatz aus der Gasmischanlage

Zuverlässige Energieversorgung in der Industrie besonders wichtig

Große Maschinen, lange Produktionsketten und bis aufs kleinste Detail geplante Abläufe: Kommt es zu Einschränkungen in der Energieversorgung, funktioniert all das nicht mehr. Fällt das Gas aus dem Netz aus oder sind die Liefermengen vorübergehend zu knapp, müssen Anlagenbetreiber Maschinen herunterfahren und abkühlen lassen. Bevor die Technik wieder in Betrieb ist, dauert es dann einige Zeit – selbst bei kurzen Ausfällen.

Neben der verlorenen Zeit verlieren in einigen Anlagen auch komplette Produkt-Chargen an Wert, wenn das benötigte Gas nicht mehr in ausreichender Menge strömt. Der Fall ist das häufig dann, wenn Produkte mehrere Produktionsschritte durchlaufen, bestimmte Bearbeitungsdauern oder entsprechende Abkühlzeiten einhalten müssen. Neben dem verlorenen Gewinn entstehen in solch einem Fall auch durch die bereits eingesetzten Rohstoffe hohe Verluste.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine unterbrochene Energieversorgung finanzielle Einbußen nach sich zieht. Ursachen sind dabei unter anderem Gasmangellagen, politische Einschränkungen sowie technische Störungen oder Arbeiten am Gasnetz, die zwar selten sind, theoretisch aber immer wieder einmal vorkommen können.

Wichtig zu wissen: Problematisch ist die Energieversorgung vor allem bei dem Einsatz von Gas. Denn dieses kommt aus dem öffentlichen Netz und ist dadurch mit einer gewissen Abhängigkeit verbunden. Bei Flüssiggas, Heizöl und anderen nicht leitungsgebundenen Energieträgern gibt es diese zwar auch. Hier können Anlagenbetreiber mit ausreichend großen Tanks oder rechtzeitigen Bestellungen jedoch selbst vorsorgen.

Synthetisches Erdgas (SNG) als Ersatz für Erdgas aus dem Gasnetz

Um die aufgeführten Probleme zu verhindern und Produktionsanlagen zuverlässig laufen lassen zu können, benötigen Betreiber einen Erdgas-Ersatz. Dabei handelt es sich um einen Energieträger, der alternativ oder ergänzend zum Gas aus dem Netz in die Anlage einströmt, um Prozesse und Maschinen zu versorgen.

Flüssiggas eignet sich selten als Erdgas-Ersatz in industriellen Anlagen

Eine Möglichkeit wäre Flüssiggas, das durch andere Eigenschaften aber nur eingeschränkt infrage kommt. Da viele Brenner optimal auf Erdgas eingestellt sind, ist ein Wechsel zu Flüssiggas meist mit Nachrüstarbeiten verbunden. Diese ziehen wiederum Ausfallzeiten sowie Zusatzkosten und finanzielle Einbußen nach sich. Gleiches gilt für die erneute Umstellung auf Erdgas, wenn dieses wieder wie gewohnt lieferbar ist.

Synthetisches Erdgas (SNG) als flexible Ergänzung oder Erdgas-Ersatz

Günstiger als reines Flüssiggas ist ein Gemisch aus Propan und Luft, das sich mit einer Gasmischanlage vor Ort herstellen lässt. Die Luft senkt den Energieinhalt des Gases dabei so weit ab, dass sich dieses in den meisten Fällen ohne Umbauarbeiten direkt als Erdgas-Ersatz eignet. Durch die Mischung von SNG (Synthetik Natural Gas oder synthetisches Erdgas) auf der eigenen Anlage, ist der Ersatzstoff bei Bedarf sehr schnell verfügbar.

Umstellung auf Propan-Luft-Gemisch ist auch vorübergehend möglich

Ein besonderer Vorteil ist, dass sich SNG aus einer Gasmischanlage für Propan und Luft bei Bedarf auch vorübergehend einsetzen lässt. Anders als bei Öl, Kohle oder Flüssiggas ist die Umrüstung dabei nicht endgültig. Sie ist umkehrbar und spart viel Zeit sowie Geld. Da auch die angebundenen Verbraucher für Erdgas meist nicht zu verändern sind, fallen die Investitionskosten häufig niedriger aus als bei einer dauerhaften Umstellung, wenn Verantwortliche eine Gasmischanlage für Propan und Luft kaufen.

Gasmischanlagen für Propan und Luft stellen den Erdgas-Ersatz her

Möchten Anlagenbetreiber SNG einsetzen, um sich bei einer Gasmangellage oder bei einer eingeschränkten Gaslieferung vor folgenschweren Ausfällen zu schützen, benötigen sie eine Gasmischanlage für Propan und Luft. Diese versetzt Flüssiggas aus einem Tank mit so viel Sauerstoff, dass der Energieinhalt sinkt. Experten sprechen von der Anpassung des Wobbe-Index, wodurch sich Erdgas durch das Propan-Luft-Gemisch austauschen lässt.

Gleicher Wobbe-Index für Austauschbarkeit der Gase ohne Umrüstarbeiten

Der Wobbe-Index (auch Wobbewert, Wobbekennzahl oder Wobbezahl) ist eine Kennzahl zur Charakterisierung von Brenngasen. Sie lässt sich zum Beispiel mit der testweisen Verbrennung von Gasen bestimmen und ermöglicht einen Vergleich verschiedener Stoffe.

Haben zwei Gase den gleichen Wobbe-Index, lassen sie sich in der Regel austauschen. Denn dann verbrennen sie sehr ähnlich und Brenner müssen nicht umgestellt oder umgerüstet werden.

Wichtig zu wissen ist dabei, dass der Wobbe-Index nicht allein vom Energieinhalt abhängt. Geht es um den Einsatz einer Gasmischanlage für Propan und Luft, spielt dieser daher nicht die wichtigste Rolle. Um dem gerecht zu werden, sind viele Anlagen mit einer Wobbe-Regelung ausgestattet. Diese kontrolliert das Produkt und mischt Propan sowie Luft genau so, dass der gewünschte Wert erreicht wird.

Bestandteile, Funktion und Größe einer Propan-Luft-Gasmischanlage

Damit SNG-Mischanlagen bzw. Gasmischanlagen für Propan und Luft synthetisches Erdgas in der gewünschten Qualität und Menge bereitstellen können, sind einige Komponenten erforderlich. Neben dem Flüssiggastank gehört dazu eine Pumpe, ein Verdampfer, eine Gasmischanlage für Propan und Luft sowie eine entsprechende Regelung.

Flüssiggastank bevorratet Gas unter geringem Druck in flüssiger Form

Ein wichtiges Element der SNG-Mischanlagen ist der Flüssiggastank. Er ist in verschiedenen Größen erhältlich und so gebaut, dass er das verdichtete Gas in flüssiger Form bevorraten kann. Die Aufstellung erfolgt dabei je nach Kundenwunsch ober- oder unterirdisch in der Nähe der Gasverbraucher.
Geht es um die Planung einer Gasmischanlage für Propan und Luft, sind bei der Auswahl und Positionierung der Tanks einige Punkte zu beachten. Wichtig ist unter anderem die sichere Aufstellung, um mechanische Beschädigungen zu verhindern. Zudem sollte der Flüssiggastank gut erreichbar sein, um ihn per Lkw oder Kesselwagen befüllen zu können. Die größere Menge Brennstoff kann außerdem zu höheren Sicherheitsanforderungen führen.

Die folgende Tabelle zeigt typische Gastank-Größen im Überblick:

Bis zu einer Größe von 29 Tonnen erfolgt die Befüllung bedarfsgerecht mit einem Lkw-Tankwagen. Größere Tanks lassen sich darüber hinaus auch mit Kesselwagen der Bahn befüllen, wenn die logistischen Voraussetzungen gegeben sind.

Wichtig zu wissen: Wer einen Flüssiggastank installiert, muss teilweise Genehmigungsprozesse durchlaufen.

• Bei Kleintanks bis 2,9 Tonnen ist das in der Regel nicht der Fall. Diese sind genehmigungsfrei.
• Bis zu 49 Tonnen genügt ein vereinfachtes Verfahren nach 4. BImSchV ohne Öffentlichkeitsbeteiligung. Außerdem ist eine Baugenehmigung erforderlich.
• Tanks mit mehr als 49 Tonnen Flüssiggas durchlaufen ein umfangreiches Verfahren. Zudem fallen sie unter die Störfall-Verordnung. Abhängig von den sonst gehandhabten Stoffen kann letzteres auch bei kleineren Tanks der Fall sein.

Welcher Flüssiggastank für die Industrie zum Einsatz kommt, hängt vom Gasbedarf und von der Entnahmeleistung ab. Je größere letztere ist, umso größer fällt auch das Tankvolumen aus. Fachplaner und Anbieter helfen hier auf Basis des individuellen Bedarfs die passende Anlage zu finden.

Pumpen leiten Gas mit hohem Druck zum Verdampfer der Gasmischanlage

Um Propan und Luft in einer Gasmischanlage miteinander mischen zu können, ist ein gewisser Eingangsdruck nötig. Diesen aufrechtzuerhalten ist die Aufgabe einer Pumpe, die Flüssiggas aus dem Tank über den Verdampfer schickt. Das funktioniert zwar auch ohne Strömungsmaschine, dann allerdings mit einem zu geringen Gasdruck. Dieser liegt im Normalfall bei 0,75 bis 1,5 bar(g) – mit Pumpe sind jedoch mehr als 4,5 bar(g) möglich.

Verdampfer überführen Gas aus dem flüssigen in den gasförmigen Zustand

Bei der Entnahme von Flüssiggas aus dem Tank geht das Gas vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand über. Dieser Vorgang benötigt Energie, die in der Regel aus der Umgebung kommt. Ist die Entnahme zu hoch, sinkt die Temperatur des Gastanks jedoch so schnell, dass Wasser aus der Umgebung kondensiert und sofort gefriert. Ventile setzen zu und Flüssiggas lässt sich nicht mehr entnehmen.

Um das zu verhindern, kommen Verdampfer zum Einsatz. Diese sitzen zwischen Flüssiggastank und Gasmischanlage für Propan und Luft. Sie führen dem Gas Wärme zu, um das beschriebene Vereisen selbst bei großen Entnahmemengen zu verhindern. Je nach System funktioniert das mit:

• Trockenverdampfern: Hier strömt das flüssige Gas an einem wärmenden Kern vorbei, der thermische Energie abgibt. Die Anlagen arbeiten in der Regel elektrisch und ohne Wärmeträgerflüssigkeit.
• Nassverdampfern: Hier strömt flüssiges Propan stofflich getrennt an einem Wärmeträgermedium vorbei. Letzteres gibt dabei Wärme ab, um die Verdampfung wie gewünscht zu realisieren. Neben dem Verdampfer ist hier auch eine Anlage zum Erwärmen der Wärmeträgerflüssigkeit erforderlich.

Welcher Flüssiggas-Verdampfer zum Einsatz kommt, hängt genau wie bei den Tanks vom Energiebedarf und von der Entnahmeleistung ab. Je höher letztere ist, umso mehr muss der Verdampfer leisten können. Fachplaner und Anbieter helfen, die passende Lösung zu finden.

Wichtig zu wissen: Strömt Propan aus dem Verdampfer, hat es meist eine hohe Temperatur. Um der Kondensation, der Tröpfchenbildung und der mechanischen Zerstörung nachfolgender Bauteile entgegenzuwirken, kommen an den Rohren bis zur SNG-Mischanlage häufig Begleitheizungen zum Einsatz.

Gasmischanlagen für Propan und Luft stellen den Erdgas-Ersatz her

In der Gasmischanlage angekommen, trifft das nun gasförmige Propan aus dem Tank auf Luft aus der Umgebung. Die Anlage mischt beide Stoffe nach vorgegebenen Regeln miteinander und erreicht vollautomatisch voreingestellte Werte, wie einzelne Gas-Anteile, Volumen, Druckwerte und/oder den Wobbe-Index. Moderne Gasmischanlagen arbeiten dabei so genau, dass sich Abweichungen von weniger als +/- 0,5 Vol.-% vom Zielwert sicherstellen lassen. Um das unerwünschte Zurückströmen des Gasgemischs zu verhindern, sind Gasmischanlagen außerdem mit Gasdruckreglern oder Rückschlagklappen ausgestattet.

Übrigens: Wird ein Erdgas-Ersatz benötigt, sind Gasmischanlagen für Gas und Luft häufig schon nach wenigen Minuten im Stand-by. Anlagen mit Wasser-Verdampfer (Nassverdampfern) sind dabei nach etwa 30 bis 45 Minuten einsatzbereit. Elektrisch beheizte benötigen dazu etwa 10 bis 20 Minuten.

Während Flüssiggastanks in der Regel den meisten Platz benötigen, sind auch Verdampfer und Mischanlagen nicht zu vernachlässigen. Erstere lassen sich mit einer Druckregelstation zusammen in einem 20-Zoll-Container unterbringen. Die Gasmischanlage für Propan und Luft selbst steht hingegen in einem 30 Zoll Container, in einem Feldschrank oder frei auf einem Gerüst.

Sicherheitsaspekte und wichtige Voraussetzung zur SNG-Herstellung

Der Einsatz von Sauerstoff und Propan geht mit gewissen Gefahren einher. Um dabei das Risiko von Unfällen und Schäden auf ein Minimum zu reduzieren, sind einige Punkte zu beachten.

Wer eine Gasmischanlage für Propan und Luft installieren möchte, muss dabei zunächst die Gefahrstoffmengen prüfen. Denn ab einer Lagermenge von 50 Tonnen Propan fallen Anlagen bereits unter die Störfall-Verordnung. Sind andere Stoffe im Betrieb vorhanden kann das auch bei kleineren Tanks der Fall sein. Die Folge sind in der Regel zusätzliche Dokumentations- und Prüfpflichten.

Verhindern von explosiven Atmosphären im Netz nach der Gasmischanlage

Ein wichtiger Punkt ist die ungewollte Anreicherung des Gasnetzes mit Sauerstoff. Käme es dazu, würde ein explosives Gasgemisch entstehen, das schwere Schäden anrichten könnte. Um das zu verhindern, setzen Gasmischanlagen für Propan und Luft in der Regel auf eine Gasanalyse. Sie kontrollieren dabei das Mischgas und schalten sich ab, wenn der Sauerstoffgehalt einen kritischen Grenzwert überschreitet. Sind Anlagen redundant ausgeführt, geht daraufhin automatisch die zweite Gasmischlinie in Betrieb, um die Versorgung aufrechtzuerhalten.

Übrigens: Für ein hohes Maß an Sicherheit steht hier die SIL-2-Kennzeichnung, die ein genormtes Sicherheits-Integritätslevel beschreibt.

Warnmeldung und automatische Notfall-Abschaltung der SNG-Mischanlage

Für ein hohes Maß an Sicherheit sorgt auch ein Alarm, der Anlagenbetreiber sofort über eine Störung informiert. Zudem kommt es zum Schluss der Regelventile, wenn der Strom ausfällt, ein Analysegerät defekt ist, Analysegas ausgetreten ist oder dann, wenn eine andere Störung auftritt.

Hinweise für die Planung einer Gasmischanlage für Propan und Luft

Sind Anlagenbetreiber von den Vorteilen einer SNG-Mischanlage überzeugt und möchten eine solche anschaffen, geht es um die fachgerechte Planung. Diese erfolgt in der Regel durch Fachexperten der Anbieter oder freie Planer und basiert vor allem auf den örtlichen Gegebenheiten.

Eignungsprüfung: Eignet sich die bestehende Anlage für den Erdgas-Ersatz?

Im ersten Schritt der Planung geht es darum, zu prüfen, ob die bestehende Anlage für den Einsatz eines Gas-Luft-Gemisches als Erdgas-Ersatz geeignet ist. Dabei sind unter anderem die folgenden Fragen zu klären:

• Sind Erdgasbrenner für das Propan-Luft-Gemisch geeignet?
• Kommen Brenner, Prozesse und Anlagen mit einer anderen Flammform zurecht oder sind hier weitere Maßnahmen erforderlich?
• Eignet sich das verlegte Werksnetz für den SNG-Einsatz (Leitungen, Armaturen, Dichtungen etc.)?
• Lassen sich Erdgas und Mischgas im Werksnetz vermischen oder ist eine Trennung erforderlich?

Bestandsdaten als Grundlage der Gasmischanlage für Propan und Luft

Ergeben sich bei der ersten Prüfung keine Einschränkungen, kommen Gasmischanlagen für Propan und Luft generell infrage. Für die weitere Planung ist dabei Folgendes zu klären:

• Wie hoch ist der aktuelle Erdgasverbrauch, den es zu ersetzen gilt?
• Wie hoch ist der mögliche Spitzenverbrauch an Erdgas in der Anlage?
• Welche Entnahmeleistung muss die SNG-Mischanlage abdecken?
• Wie hoch muss der Druck nach der Gasmischung ausfallen?
• Welche Medien kommen zur Mischung in die Gasmischanlage?
• Ist ein bestimmter Wobbe-Index einzuhalten und wie hoch ist dieser?
• Soll die Gasmischanlage für Propan und Luft redundant ausgeführt werden?

Anhand dieser Angaben legen Fachexperten die Gasmischanlage für Propan und Luft aus. Sie dimensionieren den Flüssiggastank, wählen eine passende Pumpe und konzipieren den Verdampfer, um Gas mit den gewünschten Eigenschaften zur SNG-Mischanlage zu führen. Abschließend legen sie dann auch die Gasmischanlage selbst so aus, dass diese alle individuellen Anforderungen erfüllt.

Ausführungsplanung, Genehmigungen und Installation der SNG-Mischanlage

Liegen die wesentlichen Anlagenparameter fest, geht es um die Ausführungsplanung. Hier sind unter anderem folgende Punkte zu klären:

• Wo lässt sich die Gasmischanlage für Propan und Luft aufstellen?
• Ist eine unterirdische Installation des Flüssiggastanks möglich?
• Ändern sich die sicherheitsrelevanten Vorgaben durch die Flüssiggaslagerung?
• Ist eine Genehmigung für die Anlage erforderlich?

Nachdem auch diese Fragen geklärt sind, geht es in die Umsetzung. Auftraggeber oder beauftragte Fachexperten stellen dabei zunächst alle Genehmigungsanträge. Sie leiten bei Bedarf ein BImSchV-Verfahren ein und begleiten die Umsetzung durch Fachfirmen, sobald alle Voraussetzungen erfüllt sind.

FAQ: Fragen zum Erdgas-Ersatz aus Propan-Luft-Gasmischanlagen

Was ist eine Gasmischanlage für Propan und Luft (SNG-Mischanlage)?

Eine Gasmischanlage für Propan und Luft erzeugt einen Erdgas-Ersatz. Das synthetische Erdgas (SNG oder Synthetik Natural Gas) lässt sich daraufhin in Gewerbe- und Industriebetrieben einsetzen, um konventionelles Erdgas bei Bedarf dauerhaft oder vorübergehend zu ersetzen, ohne Brenner und andere Anlagen im Bestand tauschen oder ändern zu müssen.

Was zeichnet eine SNG-Mischanlage aus und wann kommt sie zum Einsatz?

Gasmischanlagen für Propan und Luft bereiten Flüssiggas so auf, dass es einen ähnlichen Wobbe-Index wie Erdgas hat und dieses dadurch ersetzen kann. Moderne SNG-Mischanlagen arbeiten dabei besonders zuverlässig, sicher und genau. Sie beugen den Folgen von Ausfällen, Unterbrechungen und Gasmangellagen vor und sichern im Ernstfall den Weiterbetrieb der Anlage ab.

Wie ist eine Gasmischanlage für Propan und Luft aufgebaut und wie funktioniert sie?

SNG-Mischanlagen bestehen aus einem Flüssiggastank, der eine ausreichende Menge des Energieträgers vorhält. Eine Pumpe hebt den Druck und sorgt dafür, dass das Gas im flüssigen Zustand zum Verdampfer strömt. Dieser bringt thermische Energie ein, um Propan schnell sowie ohne Einfrieren in den gasförmigen Aggregatzustand zu überführen. In diesem strömt das Gas zur Mischanlage, wo Propan und Luft vollautomatisch so vermischt werden, dass ein Ersatz-Erdgas mit konstanten Eigenschaften entsteht. Dieses strömt anschließend in das Gasnetz der Verbrauchsanlage ein.

Welche Sicherheitsvorkehrungen sorgen für einen effektiven Anlagenschutz?

Wichtig ist es, die Sauerstoffkonzentration im Verbrauchernetz nicht über einen kritischen Punkt ansteigen zu lassen. Gasmischanlagen für Propan und Luft verwenden dazu spezielle Mess- und Analysegeräte. Sie schalten sich bei Störungen oder Stromausfällen automatisch ab und sind regelmäßig vom Betreiber zu warten. Wichtig ist es darüber hinaus, die Gasanlage (insbesondere den Flüssiggastank) vor mechanischen Beschädigungen zu schützen. Ab einer bestimmten Flüssiggasmenge gelten zudem die Anforderungen der Störfall-Verordnung.

Was ist bei der Planung von SNG-Mischanlagen zu beachten?

Zunächst ist zu prüfen, ob die bestehende Anlage für den Erdgas-Ersatz aus einer Gasmischanlage für Propan und Luft geeignet ist. Anschließend nehmen Experten die individuellen Anforderungen auf (Leistung, Gasmenge, Gasdruck etc.) und planen die Anlage entsprechend. Ist das erledigt, geht es um die Ausführungsplanung und das Einholen der nötigen Genehmigungen. Sind alle Voraussetzungen erfüllt und Genehmigungen eingeholt, können Fachhandwerker die Gasmischanlage für Flüssiggas und Luft installieren.