LNG-Regasifizierungsanlage: LNG in Gas umwandeln
Flüssigerdgas ist ein attraktiver Rohstoff, der sowohl in der Industrie als auch im Bereich der Energieversorgung zum Einsatz kommt. Da Prozesse, Maschinen und Verbrauchsanlagen nur gasförmiges Erdgas verarbeiten, sind LNG-Regasifizierungsanlagen erforderlich. Wie diese funktionieren und worauf es bei der Umwandlung von LNG zu Gas ankommt, erklärt Flüssiggas1.de im folgenden Ratgeber.
Die Themen im Überblick
- LNG-Regasifizierungsanlage: Was ist das?
- Verdampfungsanlagen im Industriebereich
- Regasifizierung an großen LNG-Terminals
- FAQ: Häufig gestellte Fragen zum Thema
LNG-Regasifizierungsanlagen überführen Flüssigerdgas in die Gasform
Bei Flüssigerdgas handelt es sich um ein methanreiches Gas oder Erdgas. Es lässt sich auch ohne Leitungen oder Pipelines transportieren und in speziellen Tanks bevorraten. Möglich ist das, indem Produzenten den Rohstoff auf eine Temperatur von unter – 162 Grad Celsius abkühlen. Denn dabei geht er in den flüssigen Aggregatzustand über. Da sich das Gas in dieser Form nicht verwenden lässt, sind am Einsatzort oder dort, wo der Energieträger in das öffentliche Netz eingespeist wird, sogenannte LNG-Regasifizierungsanlagen nötig. Einfach beschrieben nehmen diese Flüssigerdgas auf, um dieses zurück in den gasförmigen Aggregatzustand zu überführen.
Wechsel des Aggregatzustands erfordert viel Energie aus der Umgebung
Dehnt sich Flüssigerdgas aus, geht es in den gasförmigen Aggregatzustand über. Ohne die Zufuhr von thermischer Energie könnten die technischen Anlagen dabei einfrieren. Denn genau wie das Gas aus einer Flüssiggasflasche oder einem Feuerzeug benötigt auch LNG Wärme, um sich zu entspannen. Damit das bei LNG-Regasifizierungsanlagen nicht passiert, strömt Flüssigerdgas durch spezielle Wärmeübertrager. Diese übertragen Luftwärme über große Oberflächen auf das Gas oder nutzen eigene Wärmeerzeuger.
LNG kommt per Tanker oder Lkw zu Terminals oder Verbrauchsanlagen
LNG-Regasifizierungsanlagen sind Bestandteil längerer Versorgungsketten im Bereich der Industrie und der öffentlichen Energieversorgung. Industriebetriebe mit einer Anschlussleistung von etwa 900 Kilowatt und mehr versorgen sich auf diese Weise orts- und leitungsunabhängig. Sie beziehen den Rohstoff meist per Lkw und halten ihn in superisolierten Tanks vor. Im größeren Stil liefern LNG-Tanker den Energieträger über die Weltmeere zu LNG-Terminals im Verbraucherland. Diese wandeln Flüssigerdgas in konventionelles Gas um, bevor sie es in das öffentliche Versorgungsnetz einspeisen.
Während Deutschland Flüssigerdgas bisher über Terminals und LNG-Regasifizierungsanlagen aus Frankreich, Polen und den Niederlanden bezog, sind nun eigene Anlagen im Bau. Bis zu Fertigstellung ermöglichen schwimmende Anlagen die LNG-Regasifizierung. Experten sprechen dabei von Floating Storage and Regasification Units oder kurz FSRUs.
Verdampfungsanlagen im Industriebereich: Aufbau und Funktion
Im gewerblichen und industriellen Bereich kommt Flüssigerdgas unter anderem zur unabhängigen Versorgung von Prozessen zum Einsatz. Möglich ist das durch kompakte LNG-Anlagen auf dem eigenen Betriebsgrund, die im Kern aus einem vakuumisolierten Tank bestehen. Aus diesem strömt Flüssigerdgas je nach Bedarf durch sogenannte Verdampfer. Die LNG-Regasifizierungsanlagen führen dem Gas ausreichend Wärme zu, damit dieses ohne Einfrieren der Anlage in den gasförmigen Aggregatzustand übergehen kann.
LNG-Regasifizierungsanlagen setzen auf verschiedene Technologien
Um die Verdampfung sicher und zuverlässig zu realisieren, kommen verschiedene LNG-Regasifizierungsanlagen zum Einsatz. Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal ist dabei der Verdampfer, der entweder mit Umgebungswärme, Strom, Warmwasser oder einer eigenen Feuerung funktioniert. Die folgende Übersicht erklärt die Unterschiede.
| Verdampfer der LNG-Regasifizierungsanlage | Beschreibung und Funktion |
|---|---|
| Umgebungsluftverdampfer | Umgebungsluftverdampfer bestehen aus Rohrschlangen mit aufgesetzten Lamellen. Letztere schaffen eine große Oberfläche, um möglichst viel Wärme aus der Umgebung auf das vorbeiströmende Flüssigerdgas übertragen zu können. Die vergleichsweise günstigen Anlagen funktionieren ohne Fremdenergie zuverlässig, benötigen dafür allerdings viel Platz. Um die Leistung der Anlagen zu steigern, lässt sich die Umgebungsluft mit Ventilatoren an den Wärmeübertragern vorbei blasen. |
| Elektrische Verdampfer | LNG-Regasifizierungsanlagen mit elektrischen Verdampfern verfügen über spezielle Heizelemente. Diese erwärmen sich unter Spannung und wandeln dabei elektrische in thermische Energie um. Der Prozess ist gut regelbar. Er sorgt für kompaktere Bauweisen und stößt am Einsatzort keine Schadstoffe aus. Der Verbrauch von Strom aus dem öffentlichen Netz geht jedoch mit hohen Betriebskosten einher. |
| Wasserbadverdampfer | Wasserbadverdampfer leiten Flüssigerdgas direkt oder indirekt durch ein stark erhitztes Medium (Wasserdampf oder Wasser), um diesem die nötige Verdampfungswärme zuzuführen. Erhitzen lässt sich das Wasserbad dabei mit Abwärme oder verschiedenen Brennstoffen. Während die Betriebskosten in der Regel unter denen elektrischer Verdampfer liegen, emittieren Wasserbadverdampfer bzw. thermische Prozesse zum Aufheizen der Wasserbäder Luftschadstoffe. |
| Geräte mit Direktfeuerung | Sind kompakte LNG-Regasifizierungsanlagen mit großer Leistung gefragt, kommen Verdampfer mit Direktfeuerung zum Einsatz. Diese nutzen beispielsweise Brenner, um das Flüssigerdgas zu erhitzen und zu verdampfen. Genau wie bei Wasserbadverdampfern entstehen auch hier Abgase. |
In der Praxis kommen häufig LNG-Regasifizierungsanlagen mit Umgebungsluftverdampfern zum Einsatz. Denn diese sind vergleichsweise günstig in der Herstellung. Sie benötigen nahezu keine Fremdenergie (nur zur Steuerung/Regelung) und arbeiten besonders zuverlässig.
Übrigens: Wann andere Technologien zur LNG-Regasifizierung nötig sind, welche Lösungen dann zum Einsatz kommen und wie diese auszulegen sind, klären Anbieter der Technik im Rahmen der individuellen Planung und Beratung.
Tipp zum Energiesparen: Abwärme der Verdampfer zur Kühlung nutzen
Die Herstellung von Flüssigerdgas ist energieaufwendig. Umso günstiger, dass sich auch die freigesetzte Kälte, die lange Zeit als thermisches Abfallprodukt galt, weiter nutzen lässt. Möglich ist das sogenannte Kälte-Recycling zum Beispiel mit einem Solekreislauf, der kaltes Wasser an den Verdampfern der LNG-Regasifizierungsanlage vorbeiführt. Das Medium überträgt dabei Wärme an das – 162 Grad Celsius kalte Flüssigerdgas, wobei es sich selbst abkühlt. Hier nimmt die Sole Wärme aus Räumen oder Prozessen auf und strömt mit höheren Temperaturen zum LNG-Verdampfer zurück.
Besonders interessant ist das Kälte-Recycling bei Betrieben, die neben Prozessenergie (mittels LNG) auch viel Kälte benötigen – etwa zum Kühlen von Waren, Räumen, Maschinen oder Prozessen. Die Doppelnutzung entlastet andere Prozesse und sorgt für Einsparungen bei den Betriebskosten.
Stickstoffkühlung reduziert die Boil-Off-Gas-Verluste aus dem LNG-Tank
Wichtig zu wissen ist, dass Flüssigerdgas nicht nur im Vergaser der LNG-Regasifizierungsanlage in den gasförmigen Zustand übergeht. Auch im Tank selbst kommt es durch Wärmeeinträge von Außen zur Verdampfung. Um den Druck zu reduzieren und die Anlagen keiner zu großen Gefahr auszusetzen, strömt das sogenannte Boil-Off-Gas (BOG) ab. Das zu verhindern und die Boil-Off-Gas-Menge zu reduzieren ist die Aufgabe von Stickstoffkühlern. Diese lassen tiefkalt verflüssigten Stickstoff (LIN) am LNG-Behälter vorbeiströmen, um den Tank zu kühlen. Bereits verdampftes Gas lässt sich mit sogenannten LIN-Kühlern außerdem rückverflüssigen und dem Tank wieder zuführen.
Der größte Vorteil solcher Stickstoffanlagen besteht dabei in den geringen Anfangsinvestitionskosten. Die Lösungen arbeiten zuverlässig und der LNG-Verbrauch ist niedrig. Nachteilig ist hingegen der hohe Stickstoffverbrauch. Dieser liegt bei etwa zwei Tonnen pro Tonne wiederverflüssigtes Boil-Off-Gas und sorgt für zusätzliche Betriebskosten.
Übrigens: Bei LNG-Tankstellen kommen sogenannte Druckaufbauverdampfer zum Einsatz, um den Druck im Tank auf einem gewünscht hohen Niveau zu halten. Sinkt der Druck, verdampfen diese einen Teil des Flüssigerdgases, um es anschließend wieder in den Tank zu schicken. Das erhöht den Druck und ermöglicht den bestimmungsgemäßen Betrieb der Anlagen.
Odorierung des verdampften Gases vor dem Einsatz in Verbrauchsanlagen
Da Flüssigerdgas selbst geruchlos ist, folgt auf die LNG-Regasifizierung in aller Regel auch eine Odorierung. Dabei versetzen Anlagen das Gas mit Geruchsstoffen. Diese ermöglichen, dass Verbraucher Leckagen am Geruch (stark chemisch oder faulig) erkennen und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen einleiten.
Industrielle LNG-Regasifizierungsanlagen mobil oder stationär betreiben
Geht es um die Ausführung, lassen sich mobile und stationäre LNG-Regasifizierungsanlagen voneinander unterscheiden. Erstere sitzen zusammen mit dem Tank und der nötigen Peripherie auf Lkw-Anhängern, in Containern oder auf transportablen Stahlrahmen. Sie lassen sich einfach transportieren und flexibel am gewünschten Einsatzort in Betrieb nehmen. Stationäre Anlagen sind fest an einem Ort aufgebaut. Günstig ist das immer dann, wenn die Flüssigerdgasanlagen auf Dauer die Energieversorgung gewährleisten.
LNG-Regasifizierungsanlagen an großen Flüssigerdgas-Terminals
An großen LNG-Terminals findet die Regasifizierung des verflüssigten Erdgases nach dem gleichen Prinzip statt. Hier beladen vor allem große Tanker lokale Speicher mit LNG. Aus diesen strömt das Gas dann sukzessive zu einem Verdampfer. Dieser führt dem Gas thermische Energie zu, um es in den gasförmigen Zustand zu überführen. Es folgt die Bereitstellung des gewünschten Druckes mit Kompressoren und die Odorierung, bevor das gasförmige Flüssigerdgas in das Versorgungsnetz eingespeist wird.
Verdampfer an LNG-Terminals arbeiten meist mit Meerwasser oder Luft
Anders als in industriellen und gewerblichen Anlagen kommen an LNG-Terminals in der Regel keine Elektro-, Wasserbad- oder Direktverdampfer zum Einsatz. Üblich ist hier der Betrieb von Anlagen, die auf Meerwasser oder Umgebungsluft setzen. Ersteres punktet dabei mit ganzjährig hohen Temperaturen, was geringe Schwankungen in der Verdampferleistung zur Folge hat. Kommt die Nutzung von Meerwasser nicht infrage, stellen ausreichend groß dimensionierte Luft-Wärmeübertrager eine gute Alternative dar. Diese bestehen wie bei kleineren Anlagen auch aus Rohrschlangen mit aufgesetzten Lamellen. Letztere schaffen eine große Oberfläche, um möglichst viel Wärme der Umgebungsluft auf das Flüssigerdgas übertragen zu können.
Rückverflüssigungsanlagen reduzieren Verluste und schonen die Umwelt
Um die Gasverluste der LNG-Regasifizierungsanlagen zu reduzieren, kommen auch hier BOG-Rückverflüssigungsanlagen zum Einsatz. Diese arbeiten aus Kostengründen jedoch nicht mit verflüssigtem Stickstoff, sondern mit speziellen Kühlkreisläufen. Das Verfahren basiert auf dem umgekehrten Brayton-Kreislauf und ermöglicht es, sehr große Mengen Boil-Off-Gas vergleichsweise sparsam in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen und dem LNG-Tank wieder zuzuführen.
Kompressoren verdichten Gas nach der LNG-Regasifizierung bedarfsgerecht
Abhängig vom gewünschten Einsatz benötigt das Gas aus der LNG-Regasifizierungsanlage einen bestimmten Druck. Diesen einzuhalten, ist die Aufgabe von Kompressoren. Die Geräte sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, um die benötigten Druckwerte sicher zur Verfügung stellen zu können.
Odorierung vor der Netzeinspeisung hilft, Leckagen im Gasnetz zu erkennen
Aus Sicherheitsgründen ist es auch bei LNG-Regasifizierungsanlagen großer Terminals wichtig, den gasförmigen Rohstoff mit speziellen Duftstoffen zu versetzen. Diese Aufgabe übernehmen Odorierungsanlagen, die vor dem Einspeisepunkt sitzen und die Anforderungen der Netzbetreiber erfüllen. Üblich ist es dabei, dem eigentlich geruchlosem Gas einen stark fauligen oder stark chemischen, klebstoffartigen Geruch zu geben.
Bau als mobile Unit oder fest installierte LNG-Regasifizierungsanlage
Genau wie bei kleineren Verdampferanlagen lässt sich auch die Regasifizierung großer Terminals mobil oder stationär realisieren. Während stationär installierte Anlagen die Regel sind, gibt es auch schwimmende Lösungen. Dabei handelt es sich um umgebaute Tanker mit LNG-Speicher, Verdampfer, Kompressor und Peripherie, die an Bücken vor der Küste liegen. Sie nehmen Flüssigerdgas von LNG-Tankern auf, speichern dieses und überführen es sukzessive in den gasförmigen Zustand. In diesem speisen sie Flüssigerdgas anschließend über Landungsbrücken in das vorhandene Gasnetz ein. Experten sprechen bei solchen Anlagen von schwimmenden LNG-Speicher- und Regasifizierungsanlagen (FSRU oder Floating Storage an Regasification Units).
FAQ: Häufig gestellte Fragen und Antworten zum Thema
Warum ist die LNG-Regasifizierung wichtig?
LNG oder Flüssigerdgas ist tiefkalt verflüssigtes Erdgas. Dieses lässt sich zwar leitungsunabhängig lagern und transportieren – jedoch nicht ohne Weiteres verbrauchen. Soll der Energieträger Prozessenergie liefern oder in das öffentliche Erdgasnetz eingespeist werden, ist er in den gasförmigen Aggregatzustand zu überführen. Bei dieser Umwandlung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand sprechen Experten von der LNG-Regasifizierung.
Wie funktioniert die Verdampfung von LNG?
Der Prozess läuft in sogenannten LNG-Regasifizierungsanlagen ab. Hier strömt tiefkalt verflüssigtes Erdgas durch spezielle Wärmeübertrager. Diese führen dem Energieträger thermische Energie zu, wodurch dieser verdampft und in den gasförmigen Zustand übergeht.
Welche LNG-Regasifizierungsanlagen gibt es?
Zu unterscheiden sind grundsätzlich Verdampfer für lokale Verbraucher und LNG-Regasifizierungsanlagen für große Flüssigerdgas-Terminals. Erstere versorgen lokale Betriebe, Industrieanlagen, Kraftwerke oder kleine Netze mit Erdgas. Große Terminals überführen hingegen große Mengen LNG von Tankern in den gasförmigen Zustand, um es in das öffentliche Gasnetz einspeisen zu können.
Was unterscheidet die verschiedenen Verdampfer?
Üblich sind Luftverdampfer, welche die benötigte thermische Energie aus der Umgebungsluft beziehen. In Industrieanlagen kommen darüber hinaus auch Verdampfer mit Elektroheizung, Dampf- sowie Wasserbad oder Direktbefeuerung zum Einsatz. Vor allem Letztere liefern viel Energie, um entsprechend hohe Verdampferleistungen zu erreichen. Befinden sich LNG-Terminals an der Küste, erreichen sie auch mit Meerwasser-Verdampfern zuverlässig eine ausreichend hohe Leistung.
