Was ist der Kohlenwasserstoff-Taupunkt - und wie wird er gemessen?

Bestandteile des Erdgases

Erdgas besteht zum Zeitpunkt der Gewinnung aus 20 oder mehr einzelnen Kohlenwasserstoff- und Nicht-Kohlenwasserstoff-Bestandteilen. Methan ist der Hauptbestandteil, typischerweise zwischen 60 und 90 %, wobei andere Bestandteile in unterschiedlichen Anteilen vorhanden sind, von hohen Prozentsätzen bis hin zu Spuren mit weniger als 0,01 %. Zu den unerwünschten Nicht-Kohlenwasserstoff-Bestandteilen gehören Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und Feuchtigkeit. Zu den weiteren Kohlenwasserstoff-Bestandteilen gehören neben Methan auch Ethan (C2H6), Propan (C3H8) und Butan (C4H10).

Eine erste Aufbereitung trocknet das Gas, um flüssiges Wasser zu entfernen und die Wasserdampfkonzentration zu verringern. Bei der weiteren Aufbereitung werden CO2 und H2S entfernt, bevor durch die Abtrennung bei reduzierter Temperatur mitgerissene Kondensate extrahiert und die Konzentration von Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffen wie den Erdgasflüssigkeiten (NGLs) - Ethan, Propan, Butan, Iso-Butan und Naturbenzin - reduziert werden. Das Ergebnis ist ein Gasgemisch mit einem hohen Anteil an Methan, das aber noch unterschiedliche Mengen an Ethan, Propan und Butan enthält.

Der Begriff "Erdgas" beschreibt also ein Gasgemisch, das eine breite Palette von Kohlenwasserstoffen enthält, von leichten, kurzkettigen Aliphaten (nicht-aromatische Verbindungen) bis hin zu schweren, langkettigen Molekülen.

Wie wird der Kohlenwasserstoff-Taupunkt in der Industrie definiert?

Kohlenwasserstoff-Taupunkt (HCDP) gibt die Temperatur an, bei der schwere Kohlenwasserstoffkomponenten aus der Gasphase zu kondensieren beginnen, wenn das Gas bei konstantem Druck abgekühlt wird. Er wird manchmal auch als "Kohlenwasserstoff-Flüssigkeitstropfen" bezeichnet.

Ein höherer HCDP weist daher normalerweise auf einen höheren Anteil an schweren Kohlenwasserstoffkomponenten hin. Dies ist ein wichtiger Parameter für Pipelinebetreiber: Enthält das Erdgas einen hohen Anteil an schweren Kohlenwasserstoffen, besteht ein größeres Risiko, dass sich flüssiges Kondensat in der Pipeline bildet.

Der HCDP ist definiert als die Reihe von übereinstimmenden Druck- und Temperaturpunkten, an denen Kohlenwasserstoffe aus einem Erdgasgemisch zu Flüssigkeit kondensieren. Sie wird typischerweise in einem Phasendiagramm (siehe unten) als Funktion des Gasdrucks und der Temperatur für Erdgas mit einer bestimmten Zusammensetzung dargestellt. Die Taupunktlinie trennt den Zweiphasenbereich Gas-Flüssigkeit und den Einphasenbereich Gas. Bei einem gegebenen Druck sind zwei Taupunkttemperaturen möglich und bei einer gegebenen Temperatur sind zwei Taupunktdrücke möglich.

Dieses Phasenhüllenphänomen sorgt für ein Verhalten, das als retrograde Kondensation bekannt ist. Das Wort "retrograd" bedeutet "sich rückwärts bewegend" und dieses Phänomen erhielt den Namen, weil es dem Phasenverhalten reiner Komponenten widerspricht, die mit steigendem Druck und/oder sinkender Temperatur kondensieren. Der maximale Druck, bei dem sich Flüssigkeiten bilden können, wird als Cricondenbar bezeichnet, und die maximale Temperatur, bei der sich Flüssigkeiten bilden können, als Cricondentherm. Beachten Sie, dass aufgrund der Form der Phasenhülle die Messung des Kohlenwasserstoff-Taupunkts und der potenziellen Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit normalerweise bei einem Druck zwischen 25 und 30 bar (idealerweise 27 bar) durchgeführt wird, wo der Flüssigkeitsausfall bei den höchsten Temperaturen auftritt. Wenn sich aus einem Gasgemisch Kondensat bildet, ändert sich die Verteilung der Kohlenwasserstoffe so, dass die flüssige Phase mit den schwereren Komponenten angereichert wird, während die Gasphase an diesen schwereren Komponenten verarmt. Wenn das Gas unter seine ursprüngliche Taupunkttemperatur abgekühlt wird, verschiebt sich die gesamte Taupunktkurve für die verbleibende Gasphase, die nun an schwereren Komponenten verarmt ist, kühler. Die abgekühlte Gastemperatur wird zur neuen HCDP des Gasstroms.

Schwierigkeiten bei der Messung des Kohlenwasserstoff-Taupunktes

Der Kohlenwasserstoff-Taupunkt (HCDP) ist kein einfach zu messender Parameter. Gaszusammensetzung, Verunreinigungen und Additive, hohe Drücke und das Vorhandensein von korrosiven Verbindungen variieren von Pipeline zu Pipeline und beeinflussen alle die Messergebnisse.

Das HCDP ist sehr empfindlich gegenüber den spezifischen Bestandteilen des Gasstroms und wird stark von der Konzentration der schwereren Kohlenwasserstoffe, insbesondere C6+, beeinflusst. Das Vorhandensein von schwereren Kohlenwasserstoffen erhöht den HCDP und die Nichtberücksichtigung dieser Kohlenwasserstoffe in einer HCDP-Berechnung führt zu einer Untervorhersage des HCDP. Daher erfordert eine genaue Bestimmung der HCDP die Auswertung der Verteilung der einzelnen Komponenten in der C6+-Fraktion (mindestens C9, aber möglicherweise höher).

Wie misst man den Kohlenwasserstoff-Taupunkt

Es gibt eine Reihe verschiedener anerkannter Methoden zur Messung des Kohlenwasserstoff-Taupunkts, die im Laufe der Zeit entwickelt wurden.

Online-optische Kohlenwasserstoff-Taupunkt-Analysatoren
Diese Analysatoren verwenden einen Taupunktspiegelsensor, um die Kohlenwasserstoff-Taupunkttemperatur der Gasprobe genau und automatisch zu bestimmen. Ihr Hauptvorteil ist die zuverlässige Reproduzierbarkeit der Messungen - im Gegensatz zu den weiter unten beschriebenen manuellen Taupunktmessgeräten sind die Messungen völlig objektiv und automatisch. Es sind keine spezialisierten Bediener erforderlich und die Gesamtbetriebskosten sind gering - obwohl es sich um eine erhebliche Kapitalinvestition handelt.

Michell Instruments' CD603 Condumax Taupunkt-Analysator verwendet die Dark-Spot-Technik - eine Variante des Taupunktsensors mit Taupunktspiegel - um kontinuierliche und genaue Messungen des HCDP zu ermöglichen. Mit dem gleichen Analysator sind auch Wassertaupunktmessungen mit dem keramischen Metalloxid-Feuchtesensor von Michell möglich.

Manuelle Chilled Mirror Kohlenwasserstoff-Taupunkt-Tester
Kohlenwasserstoff-Taupunkt-Tester sind tragbare Geräte, die für die stichprobenartige Überprüfung der Erdgasqualität in Pipelines und für die Verifizierung der Messungen anderer Kohlenwasserstoff-Taupunkt-Analysatoren vorgesehen sind und für den einfachen Einsatz durch einen einzelnen Ingenieur im Feld konzipiert wurden.

Neben ihrer Portabilität liegt der Hauptvorteil der manuellen Taupunkt-Tester in ihrer geringen Investition. Sie werden jedoch nur als Wartungswerkzeug oder zur Durchführung von Stichprobenkontrollen an Stellen empfohlen, an denen kein Online-Analysator installiert ist.

Trotz ihres Komforts gibt es einige Nachteile, darunter hohe Betriebskosten. Obwohl das Gerät selbst einfach ist, ist seine Verwendung sehr arbeitsintensiv und erfordert gut ausgebildetes Personal. Die Messungen selbst sind subjektiv, da sie vom Urteilsvermögen des Bedieners abhängen. Unabhängig davon, wie erfahren und gut geschult die Bediener sind, wird die Messgenauigkeit bei jedem Einzelnen bis zu einem gewissen Grad variieren. Aufgrund dieser Faktoren sind manuelle Taupunkspiegel-Prüfgeräte nur für periodische Stichproben der Gasqualität geeignet.

Die ursprüngliche Technik zur Messung des Kohlenwasserstoff-Taupunktes war die Verwendung eines Taupunktspiegels mit gekühlter Oberfläche. Dies ist eine manuelle Methode, bei der ein geschulter Bediener die Kondensatbildung auf einem Taupunktspiegel beobachten und die Taupunkttemperatur nach eigenem Ermessen bestimmen muss.

Hochauflösendes Video für zuverlässige, wiederholbare Messungen
Neuere Entwicklungen bei neueren Modellen von tragbaren Taupunkt-Tests haben viele der Nachteile und Einschränkungen älterer Geräte überwunden.

Das Condumax-Taupunktmessgerät CDP301 von Michell Instrument verwendet die grundlegende Taupunktspiegeltechnik, reduziert jedoch die Abhängigkeit vom Urteilsvermögen des Bedieners zur genauen Erfassung der Taupunkttemperatur. Das CDP301 nutzt ein hochauflösendes Video, um die Kondensatbildung auf einem Bildschirm darzustellen, so dass der Anwender die genaue Taupunkttemperatur mit einem Knopfdruck bestimmen kann. Das Video wird auch aufgezeichnet, um eine genaue Aufzeichnung aller Messungen für eine spätere Analyse zu ermöglichen. Das CDP301 ist auch in der Lage, den Wassertaupunkt mit demselben Taupunktspiegelsensor zu messen.

Gaschromatograph (GC) zur detaillierten Analyse der Gaszusammensetzung
Mit einem Gaschromatographen kann der Anwender bei entsprechender Anwendung die genaue Zusammensetzung seines Erdgases weiter analysieren. Mit dieser Methode werden die Konzentrationen der einzelnen Kohlenwasserstoffelemente (in den meisten Fällen bis zu C12) bestimmt. Ein Gaschromatograph wie der LDetek MultiDetek2-EX ermöglicht dem Anwender:

• eine Reihe von Gasqualitäts-/Tarifparametern in einem Analysator zusammenzufassen
• Identifizieren Sie die Komponenten, die zu einem hohen Taupunktniveau beitragen, um die Ursache/Quelle zu bestimmen
• eine theoretische Phasenhüllkurve zu erstellen.

Ein GC ist jedoch keine ideale Lösung für die Überwachung des Prozesses, da er berechnete Werte zur Bestimmung des Kohlenwasserstoff-Taupunkts verwendet. Ein Online-Kohlenwasserstoff-Taupunkt-Analysator - wie der Condumax II - ist die effizienteste und kostengünstigste Methode zur Überwachung des Prozesses und zur Erkennung von Prozessstörungen, wobei ein sekundärer GC zur Bereitstellung zusätzlicher Analysedaten verwendet wird.

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Der Kohlenwasserstoff-Taupunkt und die Verarbeitung von Erdgas sind komplexe Themen. Bitte setzen Sie sich mit uns in Verbindung, wenn Sie Anmerkungen zu diesem Artikel haben oder ihn weiter diskutieren möchten.