Gasbegleitstoffe

Tabelle: Qualitätskriterien der ÖVGW Richtlinie G 31 [ÖVGW 2001]
Brenntechnische Daten
1. Wobbe-Index 13,3 – 15,7 kWh/m³
2. Brennwert 10,7 – 12,8 kWh/m³
3. Relative Dichte 0,55 – 0,65
Gasbegleitstoffe
4. Kohlenwasserstoffe: Kondensationspunkt maximal 0° beim Betriebsdruck
5. Wasser: Kondensationspunkt maximal -8° bei einem Druck von 40 bar
6. Sauerstoff (O2) < 0,5 Vol. %
8. Kohlendioxid (CO2) < 2 Vol. %
9. Stickstoff (N2) < 5 Vol. %
10. Wasserstoff (H2) < 4 Vol. %
11. Gesamtschwefel 10 mg S/m³ (auf Dauer)
30 mg S/m³ (im Schnitt)
12. Mercaptanschwefel < 6 mg S/m³
13. Schwefelwasserstoff (H2S) < 5 mg/m³
14. Kohlenstoffoxidsulfid (COS) < 5 mg/m³
15. Halogenverbindungen> 0 mg/m³
16. Ammoniak (NH3) technisch frei
17. Fest-und Flüssigbestandteile technisch frei
Andere Bestandteile, welche die Betriebssicherheit und den Bestand des Netzes gefährden, dürfen nicht enthalten sein

Die in Erdgas enthaltenen Gasbestandteile bzw. Gasbegleitstoffe sind überwiegend Kohlenwasserstoffe in gasförmigem Zustand. Weiters können Gasbegleitstoffe enthalten sein, die sowohl gasförmig als auch flüssig oder fest sind.

Wobbe-Index

Der Wobbe-Index muss gemäß ÖVGW G31 einen Wert zwischen 13,3 – 15,7 kWh/m³ haben. Der Wobbe-Index ist ein Kennwert für die Austauschbarkeit von Gasen hinsichtlich der Wärmebelastung von Gasgeräten. Mit diesem Index soll beurteilt werden, ob ein Gas durch ein anderes Gas ohne bauliche Änderungen am Brenner ausgetauscht werden kann. Sein Zahlenwert ergibt sich aus der Division von Brennwert durch Wurzel aus relativer Dichte.

Der Wobbe-Index ist eine wichtige Kennzahl im Bereich der sogenannten „Gasfamilien“. In der öffentlichen Gasversorgung werden Brenngase mit weitgehend übereinstimmenden Brenneigenschaften in Gasfamilien zusammengefasst. Soweit aus gerätetechnischen Gründen erforderlich, werden Gasfamilien zusätzlich in Gruppen eingeteilt.

Brennwert

Aktuell wird in der Richtlinie G31 ein Brennwert in einer Bandbreite von 10,7 bis 12,8 kWh/m³ vorgeschrieben [ÖVGW 2001] .

Der Brennwert setzt sich aus der sogenannten Verbrennungswärme und der Kondensationswärme zusammen. Bei vollständiger Verbrennung von einem Normkubikmeter Gas erhält man die Verbrennungswärme. Die dabei entstehenden Verbrennungsprodukte wie Abgase bzw. Wasserdampf werden auf die Ausgangstemperatur von 25 C° abgekühlt. Bei einer bestimmten Temperatur, der sogenannten Taupunkttemperatur, beginnt die Kondensation des Wasserdampfes, die dabei freiwerdende Wärmemenge nennt man Kondensationswärme. Diese Kondensationswärme wird der Verbrennungswärme hinzugezählt und die daraus resultierende Gesamtwärme wird als Brennwert bezeichnet [Tretter 2003] .

Relative Dichte

Die relative Dichte ist das Verhältnis von der Dichte des trockenen Gases zur Dichte von trockener Luft unter gleichen Zustandsbedingungen. Das Dichteverhältnis ist somit ein Indikator, um wie viel das Gas schwerer oder leichter ist als Luft. Weiters wird dadurch auch die Interdependenz von Methan und Kohlendioxid ausgedrückt [ÖVGW 2001] .

Kohlenwasserstoffe

Gase können je nach Ursprung und Aufbereitungsverfahren bei Betriebsbedingungen kondensierbare, darunter auch aromatische Kohlenwasserstoffe enthalten. Bei der Entspannung des Gases unter dem Druck des Aufbereitungsverfahrens können sie unter bestimmten Betriebszuständen ausfallen (retrograde Kondensation).

Die Kondensation von Kohlenwasserstoffen wird beeinflusst durch die Art und Menge der im Gas enthaltenen kondensierbaren Komponenten sowie durch den Druck und die jeweilige Temperatur. Kondensation bewirkt bei Kohlenwasserstoffen die Bildung von Ölen, die zu Verrußung und Verstopfungen in Gasbrennern führen können. Eine weitere Gefahr der Kondensation liegt in der Verpuffung innerhalb eines Brenners, bei der es im Brennraum zu einem Druckaufbau und im Anschluss zu einer explosionsartigen Druckausbreitung kommt [Cerbe 2004] .

Die Begrenzung erfolgt im allgemeinen durch Festlegung des Kondensationspunktes, d.h. einer Temperatur, oberhalb der bei Betriebsdruck keine Kondensation von Kohlenwasserstoffen auftreten soll. Derzeit sieht die Richtlinie G31 für Kohlenwasserstoffe einen Kondensationspunkt von max. 0° Celsius bei Betriebsdruck vor [ÖVGW 2001] .

Wasser

Um nachhaltige Schäden im Gasnetz zu vermeiden, sollten einzuspeisende Gase auch möglichst trocken sein, um Korrosion und Gashydratbildung zu vermeiden. Die Kondensation von Wasser wird beeinflusst durch die Menge des im Gas enthaltenen Wassers sowie durch Druck und Temperatur.

Die Begrenzung erfolgt im allgemeinen durch Festlegung des Kondensationspunktes (Taupunktes), d.h. einer Temperatur, oberhalb der bei einem festgelegten Druck keine Kondensation von Wasser auftreten soll. Laut Richtlinie G31 darf der Kondensationspunkt für Wasser bei maximal -8 °C bei einem Druck von 40 bar liegen [ÖVGW 2001] .

Sauerstoff

Sauerstoff wirkt in wasserdampfhaltigen Gasen korrodierend und greift damit das Gasnetz an. Aus diesem Grund wurde der Sauerstoffanteil von einzuspeisenden Gase in der G31 mit einem Maximalwert von < 0,5 % MOL-Anteil definiert [ÖVGW 2001] .

Kohlendioxid

Kohlendioxid kann entweder durch den Gaserzeugungsprozess oder von Natur aus in Gasen vorhanden sein. Kohlendioxid begünstigt in feuchten Gasen die Korrosion. Aufgrund der Korrosionsgefahr und der damit verbundenen Gefahr der Beschädigung des Gasnetzes wurde der maximal zulässige Wert von Kohlendioxid bei einzuspeisenden Gasen bei < 2% MOL-Anteilen in der ÖVGW Richtlinie definiert [ÖVGW 2001] .

Stickstoff

Die ÖVGW-Richtlinie G31 schreibt eine Obergrenze von 5% Mol-Anteilen an Stickstoff vor. Die geringfügige Beimengung von Stickstoff ist grundsätzlich möglich, setzt aber den Brennwert des Gases herunter, da Stickstoff keinen verwertbaren Energieinhalt enthält [ÖVGW 2001, Gikopoulos 2004/1] .

Wasserstoff

In der Richtlinie G31 wird eine Obergrenze von < 4 % Mol-Anteilen von Wasserstoff definiert. Dieser Grenzwert von 4% Mol-Anteilen entspricht der unteren Zündgrenze von Wasserstoff in der Luft. Es konnten keine nachvollziehbaren Erklärungen recherchiert werden, warum Wasserstoff in methanhaltigen Gasen auch bei 4 % limitiert wird.

Schwefelverbindungen

Unter den Begriff „Schwefelverbindungen“ fallen schwefelhaltige Gasbegleitstoffe wie Schwefelwasserstoff, Kohlenstoffoxidsulfid, sonstige organische Sulfide, Disulfide, Mercaptane und Thiophene.

Der Gehalt an Schwefelverbindungen ist bei erzeugten Gasen vom eingesetzten Rohstoff und von der Gasreinigung abhängig, bei fossilen Gasen hängt der Gehalt von der jeweiligen Lagerstätte der Gase und dem Aufbereitungsverfahren ab.

Der Schwefelgehalt von Gasen (v.a. Gesamtschwefel und Mercaptanschwefel) kann die Lebensdauer von Leitungen und Verbrauchseinrichtungen beeinträchtigen und muss daher limitiert werden. Aus diesem Grund werden in der Richtlinie G31 für Gesamtschwefel Grenzwerte von 150mgS/m³ bei Störfällen, 30 mgS/m³ im Jahresschnitt und 10 mgS/m³ auf Dauer definiert.

Gesamtschwefel kann in entsprechender Konzentration vor allem bei Aufbereitungsanlagen und natürlich auch in den nachgelagerten Netzen zu Korrosionsschäden führen. Des weiteren wird aus den oben genannten Gründen ein Anteil von maximal 6 mgS/m³ Mercaptanschwefel in einzuspeisendes Gas gemäss ÖVGW G31 gestattet [ÖVGW 2001, Gikopoulos 2004/1] .

Halogenverbindungen

Durch die Verbrennung von Halogenverbindungen können Säuren entstehen, die in Verbindung mit Feuchtigkeit oder Wasserdampf zu Korrosion und damit zu Beschädigungen im Gasnetz führen können. Aus diesem Grund definiert die ÖVGW-Richtlinie bezüglich Halogenverbindung einen Anteil von 0 mg/m³ für einzuspeisende Gase [ÖVGW 2001, Gikopoulos 2004/1] .

Ammoniak

In wasserdampfhaltigen Gasen wirkt Ammoniak korrodierend und muss daher bei einzuspeisenden Gas vermieden werden. Die Anforderung „technisch frei“ der Richtlinie G31 bedeutet, dass Ammoniak soweit entfernt wird, dass der dauerhafte Betrieb von Gasgeräten und gastechnischen Einrichtungen, normgerechter oder üblicher Konstruktion, gewährleistet wird. Im gegenteiligen Fall droht unter anderem eine Verpuffungsgefahr, wie unter „Kohlenwasserstoffe“ beschrieben [ÖVGW 2001,Gikopoulos 2004/1] .

Fest-und Flüssigbestandteile

Das Vorkommen von Nebel (Öl, Glykol oder anderen schwerflüchtigen Flüssigkeiten) im Gas ist von den angewandten Aufbereitungsverfahren abhängig. Auch Kompressoranlagen können u.U. Ölnebel (flüssige Kohlenwasserstoffe) im Gas verursachen (Gefahr der Verpuffung). Da Nebel und Staub bei Produktion und Aufbereitung anfallen können und korrosionsbedingte Staubbildung in den Rohrleitungen nicht völlig vermeidbar ist, müssen Maßnahmen zur nachträglichen Abscheidung oder Bindung im notwendigen Umfang vorgesehen werden.

Aus oben genannten Gründen muss daher die Beimengung von Fest-und Flüssigbestandteilen in Gasen vermieden werden, wie bei Ammoniak wird daher in der Richtlinie G 31 das Kriterium „technisch frei“ angeführt, um den dauerhaften Betrieb von Gasgeräten zu gewährleisten [ÖVGW 2001,Gikopoulos 2004/1] .

Informationen über die Regeln der ÖVGW sowie das Publikationsverzeichnis der ÖVGW finden sie unter www.oevgw.at. Richtlinien und Mitteilungen können auf dieser Seite direkt bestellen, Prüfrichtlinien können Sie im PDF-Format gratis downloaden.