Feuchtemessung für die Flüssiggasgewinnung

Anlage zur Gewinnung von flüssigem Erdgas

Anlagenschutz, Energieeffizienz und Kosteneinsparungen

Die Abtrennung von Erdgasflüssigkeiten (Natural Gas Liquids, NGL) ist ein wichtiger Schritt bei der Reinigung von Erdgas, bevor es als trockenes Produkt in Pipeline-Qualität verwendet werden kann. Die Abtrennung von NGL erfolgt in der Regel über einen komplexen Fraktionierungsstrang, der eine genaue Kontrolle der Prozessbedingungen erfordert. Dies wiederum setzt den Einsatz äußerst empfindlicher Überwachungsinstrumente voraus, wobei insbesondere Spurenfeuchteanalysatoren für die Zuverlässigkeit und Energieeffizienz der wichtigsten Produktionssysteme unerlässlich sind. 

Der NGL-Prozess-Strang

Erdgasflüssigkeiten (Natural Gas Liquids, NGL) kommen in Form eines Gemischs gasförmiger Kohlenwasserstoffe mit geringer Dichte im rohen Erdgas vor, das aus Gasfeldern gewonnen wird. Diese Kohlenwasserstoffe werden bei der anfänglichen Gasaufbereitung als flüssige Komponenten abgetrennt und normalerweise als kombinierter Prozessstrom entfernt, der im Allgemeinen als Y-grade NGL bezeichnet wird. Dieser wird dann in einer Fraktionierungsanlage verarbeitet, um den Strom in Ethan, verflüssigte Erdölgase (Propan und Butane) und Naturbenzin zu trennen. 

Ein typischer Prozessablauf beginnt damit, dass das rohe Bohrlochgas durch Filter-Coalescer geleitet wird; diese arbeiten bei normaler Prozesstemperatur, um den Gehalt an mitgerissenen Kohlenwasserstoffkondensaten und Wasser zu reduzieren.

Das resultierende feuchtigkeitsgesättigte Gas/Flüssigkeits-Gemisch wird dann durch einen Glykolkontaktor (Glykoldehydrierungseinheit) entwässert, in dem flüssiges Tri-Ethylen-Glykol (TEG) als Trockenmittel in den durch die Prozesskolonne aufsteigenden Gasstrom eingesprüht wird. 

In diesem Stadium ist das Gas trocken, mit einem Wassertaupunkt zwischen -30 und -10 ˚C bei Prozessdruck, aber es ist noch mit flüssigen Kohlenwasserstoffen beladen. Die Joule-Thomson-Kühlung wird daher als nächster Schritt der NGL-Extraktion eingesetzt, wobei eine Partialdruckreduzierung des Gasstroms um 8-10 bar einen Temperaturabfall von 7-8 ˚C am Eingang eines Flüssigkeitsabscheiders bewirkt. 

Anschließend wird eine Reihe von Molekularsieb-Dehydratisierungskolonnen eingesetzt, um den Feuchtigkeitsgehalt des Prozessgases um 0,01 bis 0,05 ppmV zu reduzieren, bei einem Taupunkt von weniger als -80 ˚C bei Prozessdruck; dies ist für den zuverlässigen Betrieb der primären Extraktionsmethode für leichtere Kohlenwasserstoffflüssigkeiten unerlässlich. 

Der Prozessstrom durchläuft anschließend kryogene Turboexpander, die dem Gasstrom kinetische Energie (Arbeit) entziehen, indem sie ihn in einem nahezu isentropen Prozess (konstante Entropie) von 55 auf 17 bar expandieren. Eine Reihe miteinander verbundener Wärmetauscher senkt die Temperatur des Prozessstroms auf unter -80 ˚C, um den Nicht-Methananteil zu verflüssigen. Die resultierende kalte Gas/Flüssig-Mischphase gelangt in eine Entethanisierungskolonne, die die beiden Phasen in NGL und Restgas trennt. 



NGL-Prozess-Zug
Bildunterschrift: NGL-Prozesszug


Das NGL wird anschließend an Fraktionierungsanlagen geliefert, wo es in einzelne hochreine Kohlenwasserstoffkomponenten aufgetrennt wird, während das verbleibende Gas (das zu mehr als 98 % aus Methan besteht) für den Pipelinetransport als Industrie- und Haushaltsbrennstoff verdichtet wird. 

Die Bedeutung der Spurenfeuchtemessung

Eine genaue Spurenfeuchtemessung ist ein entscheidender Bestandteil des Überwachungs- und Kontrollprozesses der NGL-Abscheidung.

Insbesondere der zuverlässige Betrieb der kryogenen Turboexpander hängt davon ab, dass das aus den Molekularsieb-Dehydratisierungskolonnen kommende Erdgas einen konstant niedrigen Spurenfeuchtegehalt aufweist. Dies ist wichtig, um die schnelle Bildung von Eiskristallen zu verhindern, die die mit hoher Geschwindigkeit rotierenden variablen Einlassleitschaufeln im Turboexpander beschädigen würden. Eine Alarmgrenze von 0,1 ppmV ist typisch; um das Risiko zu minimieren, wird der akzeptable Spurenfeuchtegehalt im Allgemeinen zwischen 0,02 und 0,05 ppmV unter normalen Betriebsbedingungen festgelegt.  

Die Messung der Spurenfeuchte ist auch für die optimale Leistung des Molekularsieb-Trocknungssystems entscheidend. Dieses verfügt über mehrere Trocknungssäulen, die gleichzeitig arbeiten, wobei die Säulen nacheinander durch Rückspülen von trockenem Spülgas über das Trockenmittelbett bei 300 ˚C regeneriert werden. In den meisten Anlagen wird dabei viel Energie verbraucht, und um eine kontinuierliche Zufuhr von trockenem Gas zu den Turboexpandern zu gewährleisten, wird die Anlage sozusagen in einer extrem vorsichtigen Konfiguration betrieben. So ist es zum Beispiel nicht ungewöhnlich, dass die Regeneration bis zu 12 Stunden dauert, einschließlich der Abkühlung, um die adsorbierte Feuchtigkeit freizusetzen. 

Durch den Einsatz eines modernen Inline-Feuchtemessgerätes, das nahezu in Echtzeit präzise Ergebnisse liefert, können die Regenerationszyklen optimiert werden. In der Praxis bedeutet dies, dass der Zeitraum zwischen den Zyklen verlängert wird, so dass jede Säule länger in Betrieb bleiben kann, wodurch der Anteil der Regenerationszeit an der Gesamtprozesszeit reduziert wird, ohne dass die Qualität des Einsatzgases oder die Sicherheit und Zuverlässigkeit der kryogenen Turboextraktoren beeinträchtigt werden. Nach unseren Erfahrungen mit einer Reihe von Kunden im Erdgassektor ist es möglich, die Produktivität jeder Kolonne um bis zu 100 % zu steigern und gleichzeitig die Energiekosten erheblich zu senken. 

Mit der präzisen Spurenfeuchteüberwachung lassen sich zudem detaillierte Leistungsprofile für jede Trocknersäule erstellen. Die Qualität dieser Daten gibt vielen Anlagenbetreibern die Gewissheit, die Funktionsdauer der Trockenmittel zu verlängern, oft weit über die geplanten Austauschtermine hinaus.  Dies wirkt sich unmittelbar auf die Anlagenverfügbarkeit und die Betriebskosten aus. 

Spurenfeuchtemesssysteme

Michell Instruments verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von fortschrittlichen Inline-Spurenfeuchtemesssystemen für den Einsatz in der NGL-Molekularsiebtrocknung und anderen Anforderungen an die Spurenfeuchtemessung in LNG-Prozessen. 

Unsere Systeme werden kundenspezifisch entwickelt und umfassen hochentwickelte Analyseinstrumente, die auf der schnell ansprechenden QCM-Technologie (Quarzkristall-Mikrowaage) basieren, sowie alle Zusatzgeräte und Armaturen. Diese Systeme sind in der Lage, ultra-niedrige Spurenfeuchtegehalte von bis zu 0,01 ppmV nahezu in Echtzeit zu messen. 

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