MemTEG - Membrananlage zur Regeneration von Triethylenglykol | Projektergebnisse

Förderkennzeichen: 03ET1101B

Laufzeit: 01.05.2014 - 30.04.2017

Die Speicherung von Erdgas erfolgt saisonübergreifend in Untergrundspeichern. Bei der Lagerung in unterirdischen Gasspeichern nimmt das Gas dabei sehr leicht Feuchtigkeit auf. Die Trocknung erfolgt in der Regel durch Triethylenglykol(TEG)-Absorptionstrocknungsanlagen. Die Regeneration des TEGs wird mittels Destillation bei 190°C bis 205 °C und einem Wassergehalt im TEG zwischen 2,0 - 0,5 Ma.-% durchgeführt. Durch die damit verbundene thermische Alterung des TEG, muss dieses regelmäßig ausgetauscht werden. Für Stillstandphasen während den Ausspeiseperioden muss das TEG in der Destillationskolonne auf einer konstant hohen Stand-by Temperatur (>> 100 °C) bereitgehalten werden und verursacht damit einen zusätzlichen hohen Energieverbrauch.

Als Alternative zur der konventionellen TEG-Aufbereitung wurde eine Pilotanlage zur TEG Trocknung mit anorganischen Membranen geplant und auf einem Erdgasspeicher errichtet. Vor der Errichtung und Inbetriebnahme der Anlage wurden die keramischen Membranen unter realen, prozessnahen Bedingungen untersucht und stetig in ihren Trenneigenschaften weiterentwickelt. In der ersten Testphase (ab Oktober 2016) konnten hohe Permeatflüsse (> 0.30 kg/(m²h)) konstant über einen längeren Zeitraum bei 120°C und einer installierten Membranoberfläche von 20 m² nachgewiesen werden. Der maximale Gasdurchsatz beträgt 10.000 m³/h. Das Erdgas wird auf einen Restwassergehalt < 50 mg/m³ getrocknet. Mit steigendem Wassergehalt im TEG, konnten zudem die Permeatflüsse erhöht werden. Die strengen Vorschriften bezüglich der Reinheit des abgetrennten Prozesswasser konnten mit einem TEG-Gehalt < 2 g/l eingehalten werden.

Auf der Basis der erzielten Ergebnisse sowie den Investitions- und Betriebskosten, welche während der Testphase der Pilotanlage ermittelt wurden, konnte ein mathematisches Tool für eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung erstellt werden. Damit ist es möglich, die MemTEG-Technologie mit dem konventionellen Verfahren zu vergleichen und zu bewerten. In diesem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass für Gastrocknungsanlagen mit einem maximalen Gasdurchsatz von 130.000 m³/h die Investitionskosten für eine Membrananlage ca. 100.000 € über denen einer konventionellen TEG-Aufbereitung mittels Destillation liegen. Jedoch konnten die Betriebskosten aufgrund der vergleichsweise niedrigen Prozesstemperaturen deutlich reduziert werden, woraus sich jährliche Einsparungen bei Verwendung der MemTEG-Technologie von ca. 25.000 € ergeben. Weiterhin kann die Membrananlage im Normalbetrieb vollständig emissionsfrei betrieben werden und stellt damit eine umweltfreundliche Alternative zum Standardverfahren dar. Unter Einbeziehung des realen Stromverbrauches einer MemTEG-Anlage auf Basis eines Gasdurchsatzes von 130.000 m³/h lassen sich die CO₂-Emissionen um ca. 330 t/a reduzieren (Abbildung 1).

Eine weitere Anwendung der MemTEG-Technologie ergibt sich auch für den Biogasbereich. Die Prozessbedingungen erscheinen zunächst günstig. Hoher Wassergehalt im Rohbiogas und niedrigere Anforderungen an den Taupunkt im Produktgas ermöglichen einen günstigeren Arbeitsbereich. Aufgrund der geringen Produktgasströme (< 700 m³/h) und den stets hohen Grundkosten für eine Membrananlage, ist die Verwendung aktuell noch nicht wirtschaftlich. Für größere Gasdurchsätze und bei einer weiteren Entwicklung der Membranen kann der Biogassektor für die Verwendung der MemTEG-Technologie interessant werden.

In einem Industriefolgeprojekt (Projekt MATeV) in Zusammenarbeit mit innogy SE wurde auf dem Kavernenspeicher Staßfurt die MemTEG-Technologie für zwei weitere Jahre im Parallelbetrieb zu den regulären Betriebsphasen untersucht. In diesem Zeitraum konnte das Verfahren technisch optimiert werden und die Funktionalität bestätigt werden.

In einem INNOKOM-Folgeprojekt (Projekt MembranTECH) fand zusätzlich die Weiterentwicklung der Membranen statt, so dass die erzielten Permeatflüsse und die Reinheit des abgetrennten Wassers verbessert werden konnten.

Die Verwendung von anorganischen Membranen zur Aufbereitung von Flüssigkeiten wird von der DBI-Gruppe weiterhin intensiv erforscht. In diesem Zusammenhang wird seit dem 01.11.2021 die Prozessentwässerung mit anorganischen Membranen im Projekt ProMem durch die DBI-Gruppe am Standort Leipzig untersucht.