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Controlled Freeze Zone™(CFZ)-Technologie

Die Wissenschaftler von ExxonMobil erfanden und patentierten die Controlled Freeze Zone™-Technologie, einen bahnbrechenden Prozess, mit dem Erdgas effizienter von Verunreinigungen befreit werden kann.

Die CFZ™-Technologie könnte die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid zur Verringerung von Treibhausgasemissionen auch kostengünstiger und wirtschaftlicher machen. Die Technologie ist voll ausgereift und kann im kommerziellen Maßstab eingesetzt werden.

Diese geschützte CFZ™-Technologie zielt auf den hohen Prozentsatz der heutigen Gasvorkommen der Welt ab, die große Mengen an Kohlendioxid (CO2) enthalten. Mit herkömmlichen Technologien ist es unmöglich, Erdgas mit hohen Konzentrationen von CO2 wirtschaftlich aufzubereiten. Die CFZ™-Technologie jedoch kann Erdgas mit einem breiten Spektrum an Verunreinigungen aufbereiten. Die Anwendung der CFZ™-Technologie in globalem Maßstab könnte deshalb dazu beitragen, dass Vorkommen mit sauber verbrennendem Erdgas preiswerter zu erschließen und für die Verbraucher verfügbar zu machen sind.

Die CFZ™-Technologie entfernt wirksam Verunreinigungen aus dem Erdgas und ist kostengünstiger als herkömmliche Technologien, weil sie mit weniger Verarbeitungsschritten und Anlagen auskommt. Das macht diese Technologie umso attraktiver, insbesondere für Offshore-Anwendungen und Anwendungen in abgelegenen Regionen.

Mit der CFZ™-Technologie werden CO2 und Schwefelwasserstoff (H2S) in einem speziell gestalteten Abschnitt eines Destillationsturms abgeschieden, wo das CO2 kontrolliert gefrieren kann.

Dann wird das CO2 geschmolzen und weiter destilliert, um wertvolles Methan zurückzugewinnen. Danach kann es sicher in dafür vorgesehene Bohrlöcher eingebracht werden – entweder zur Speicherung oder zur tertiären Ölgewinnung. Das verbliebene Erdgas besitzt jetzt den gewünschten Reinheitsgrad.

Bei herkömmlichen Verfahren wird das CO2 bei sehr niedrigem Druck abgelassen und muss – mit erheblichem Kostenaufwand – für die Einbringung in unterirdische Lagerplätze komprimiert werden. Die CFZ™-Technologie dagegen scheidet das CO2 als unter hohem Druck stehende Flüssigkeit ab, was wirtschaftlich weitaus vorteilhafter ist. Daher könnte die CFZ™-Technologie die Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff wirtschaftlicher machen.

Die Vorteile der CFZ™-Technologie

Die CFZ™-Technologie bietet im Vergleich zu herkömmlichen Technologien zur Abscheidung von CO2 und H2S in Erdgas die folgenden Vorteile:

Einstufiges Verfahren

  • Erfüllt die Qualitätsanforderungen für Erdgaspipelines ohne zusätzliche Aufbereitung
  • Keine Regeneration von Lösungsmitteln, Rückgewinnung von Zusatzstoffen oder Trocknungsanlagen in nachgelagerten Anlagen

Keine Obergrenzen für den Gehalt an CO2 oder H2S

  • Behandelt hochsaure Gase ohne Schwierigkeiten
  • Während der Betriebsdauer der Anlage leicht an höhere Konzentrationen saurer Gasbestandteile anpassbar
  • Der Kostenvorteil gegenüber konkurrierenden Technologien steigt mit dem Gehalt an sauren Gasen

Hochdruckbetrieb

  • Saure Gase werden als trockene, nicht ätzende Hochdruckflüssigkeit abgelassen, die zur Speicherung oder zur tertiären Ölgewinnung verwendet werden können
  • Für die Einbringung saurer Gase oder die tertiäre Ölgewinnung reichen weniger Komprimierungsleistung und einfachere Anlagen

Alternative zu Schwefelrückgewinnungsanlagen

  • H2S und andere Schwefelverbindungen werden mit dem CO2 zur Entsorgung abgelassen
  • Bietet eine attraktive Alternative zu Schwefelanlagen, deren Bau und Betrieb teuer ist

Allgemeine Kosteneinsparungen

  • Der vereinfachte Prozess und die geringere Anzahl an benötigten Anlagen machen die CFZ™-Technologie zu einer kostengünstigen Alternative
  • Senkt den Erdgas-Eigenverbrauch und führt damit zu höheren Gaserlösen – ermöglicht die effiziente Integration von Gasveredelung, Einbringung von saurem Gas und/oder Stromgewinnung

Die globale kommerzielle Nutzung der CFZ™-Technologie

Die Pilotanlage Clear Lake in der Nähe von Houston, Texas stellte das Konzept der CFZ™-Technologie 1986 erstmals vor. Die Pilotanlage verarbeitete Erdgas mit einem hohen Gehalt an CO2 (bis zu 65 Prozent) und mit einem Durchsatz von bis zu 17.000 Kubikmetern pro Tag. Die erfolgreiche Abtrennung ergab Erdgas mit nur 300 ppm CO2 und flüssiges CO2 mit nur 0,5 Prozent Methan.

2008 machte ExxonMobil einen weiteren Schritt hin zur kommerziellen Nutzung der CFZ™-Technologie und baute eine kommerzielle Demonstrationsanlage in der Shute Creek Treatment Facility in LaBarge, Wyoming – einem Standort, der täglich bis zu 400.000 Kubikmeter aufbereiten kann. Nach Abschluss der Bauarbeiten 2010 führte ExxonMobil vom März 2012 bis November 2013 ein formelles Testprogramm durch.

Die kommerzielle Demonstrationsanlage bereitete ein breites Spektrum an zugeführten sauren Gasen (8 - 71 Prozent CO2 und bis zu 36 Prozent H2S) erfolgreich auf. Die wirksamen und wirtschaftlichen Abtrennungen erfüllten mühelos die technischen Pipeline-Spezifikationen (< 2 Prozent CO2 und < 4 ppm H2S). Unter gewissen Bedingungen erreichte das Methanprodukt mit < 50 ppm CO2 Autogasqualität. Das Projekt zeigte mit der Einbindung der Sauergas-Einbringungsanlage in Shute Creek einen weiteren maßgeblichen Vorteil: die Fähigkeit, CO2 und H2S aus Erdgas in einen Hochdruckstrom abzutrennen und wieder einzubringen, was für die Speicherung oder zur tertiären Ölgewinnung ideal ist. Konkurrierende Technologien benötigen eine teure erneute Komprimierung, um zu vergleichbaren Ergebnissen zu gelangen.

Nach dem Erfolg in LaBarge ist die CFZ™-Technologie jetzt im kommerziellen Maßstab einsatzbereit.

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