Feuchtemessung und verflüssigtes Erdgas

Schutz der Versorgungsleitungen, von der Verflüssigung bis zur Wiederverdampfung

Verflüssigtes Erdgas (LNG) ist ein zunehmend wichtiger globaler Energieträger.  Die Marktanalysten von Research and Markets sagen voraus, dass die jährliche Nachfrage bis 2026 um fast 9 % CAGR wachsen wird. 

Diese Zahlen werden von der jüngsten Shell LNG-Marktprognose bestätigt, in der die künftige Rolle von LNG bei der Dekarbonisierung hervorgehoben wird, da es sowohl eine sauberere Alternative zu kohlebefeuerter Energie als auch eine Reserve für erneuerbare Energiequellen darstellt.  Der Shell-Bericht warnt jedoch davor, dass es längerfristig zu einer erheblichen Diskrepanz zwischen Angebot und Nachfrage kommen könnte, die bis 2040 zwischen 200 und 300 Millionen Tonnen pro Jahr (MTPA) liegen könnte. 

Kurzfristig setzt das Nachfragewachstum in Verbindung mit der Markt- und Kostenvolatilität die bestehenden Erdgasförder- und -verteilungsnetze noch stärker unter Druck, was die Aufrechterhaltung der Systemzuverlässigkeit und der Gasqualität bei gleichzeitigem Schutz der Betriebsmargen betrifft. 

Die Verflüssigung und Wiederverdampfung von Erdgas

Obwohl bereits seit dem 18. Jahrhundert mit der Verflüssigung von Gasen experimentiert wird, gelang es erst Ende des 19. Jahrhunderts, Methan, den Hauptbestandteil von Erdgas, zu verflüssigen.  Es dauerte bis in die 1940er Jahre, bis die erste kommerzielle Verflüssigungsanlage in den USA eröffnet wurde. Der erste Transport von Flüssiggas fand 1959 statt, als das eigens dafür gebaute Schiff Methane Pioneer zwischen Louisiana und Canvey Island im Vereinigten Königreich verkehrte. 

Heute ist die Verflüssigung und Wiederverdampfung von Erdgas zu einem integralen und unverzichtbaren Bestandteil unserer weltweiten Energieversorgung geworden, der es ermöglicht, große Gasmengen sicher und rentabel von oft entlegenen Orten zu den jeweiligen Verbrauchsorten zu transportieren.   

Das Verfahren beginnt damit, dass das Erdgas durch eine Reihe paralleler Rohre und Behälter - so genannte "Trains" - geleitet wird, in denen die schwereren Flüssigkeiten und Verunreinigungen entfernt werden.  Andere Verunreinigungen, darunter Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff, werden dann mit Lösungsmitteln auf Wasserbasis entfernt. Leichtere Erdgasflüssigkeiten (Natural Gas Liquids, NGL) wie Propan und Butan werden zur separaten Verwendung extrahiert, entweder als kommerzielles Nebenprodukt oder als Kühlmittel in einem späteren Kühlprozess. 

Das entstehende Gas, hauptsächlich Methan mit einem geringen Anteil an Ethan, kann dann verflüssigt werden.  Dies geschieht in Wärmetauschern, wo es auf -162 °C abgekühlt und das Volumen um den Faktor 600 reduziert wird. Die daraus resultierende klare, farblose und ungiftige Flüssigkeit ist ideal für die Lagerung und den Transport über große Entfernungen.  Bei der Ankunft wird es dann erhitzt, um es wieder in einen gasförmigen Zustand zu versetzen, der für die Verbrennung in Stromerzeugungsanlagen geeignet ist. 

Spuren von Feuchtigkeit in LNG

Durch das oben beschriebene Verfahren wird der größte Teil des im Erdgas enthaltenen Wassers entfernt.  Es besteht jedoch immer das Risiko, dass Spuren von verdampfter Feuchtigkeit im Gas verbleiben.  Diese kann kondensieren und zu Eiskristallen gefrieren.  Unter Druck kann die Feuchtigkeit auch gitterartige Strukturen um die Methanmoleküle bilden, die sich dann als feste Hydrate ablagern.  In jedem Fall können diese Verunreinigungen zu Verstopfungen in Leitungen oder Ventilen führen.   

Außerdem besteht die Möglichkeit, dass sich Feuchtigkeit mit anderen Verunreinigungen wie Schwefelwasserstoff oder Kohlendioxid zu korrosiven Säuren verbindet, die Metalloberflächen angreifen.  Außerdem besteht nach der Wiederverdampfung das Risiko, dass Feuchtigkeit in einem gasförmigen Stadium kondensiert und Korrosion an den Rohrleitungen verursacht.  Schließlich kann, wenn auch selten, ein als "schneller Phasenübergang" bekanntes Phänomen auftreten, bei dem sich LNG, das mit Wasser in Berührung kommt, rasch ausdehnt und explosionsartig hohe Energiemengen freisetzt.  

Die Bedeutung der Spurenfeuchtemessung

Die Vermeidung dieser Probleme erfordert eine strenge Kontrolle aller Prozessbedingungen, von der Gewinnung des Erdgases bis zu seinem endgültigen Verbrennungspunkt.  Insbesondere die genaue Überwachung der Feuchtigkeit ist von entscheidender Bedeutung, da selbst extrem niedrige oder Spuren von Feuchtigkeit zu Problemen führen können.  

Die Feuchtigkeit wird dem Erdgas normalerweise mit Hilfe von Molekularsieb-Trocknungssystemen entzogen, wobei das Gas durch ein Bett aus einem Trockenmittel wie Zeolith (ein Aluminosilikat-Mineral) gepresst wird, das in einem Bindemittel, normalerweise Ton, enthalten ist.  Zeolith hat eine offene, käfigartige Struktur mit mehreren Kanälen, die es zu einem äußerst effektiven Material für die Absorption von Wassermolekülen macht. 

In den meisten Systemen werden Zeolithpartikel unterschiedlicher Größe verwendet, die schichtweise in mehreren Dehydrierungssäulen angeordnet sind.  Die Säulen arbeiten gleichzeitig, wobei die einzelnen Säulen nacheinander regeneriert werden, indem trockenes Gas bei hohen Temperaturen durch das Trockenmittelmaterial zurückgespült wird.  Dieser Prozess ist jedoch sehr energie- und zeitaufwändig, da jeder Regenerationszyklus eine Aufheiz-, Abkühl- und Bereitschaftsphase erfordert, bevor die Säule wieder in Betrieb genommen werden kann. 

Der Schlüssel zu einem effizienten Betrieb liegt in der präzisen Überwachung des Spurenfeuchtegehalts des Gases, wenn es das Trocknungssystem verlässt.  Mit den Daten, die beispielsweise von einem unserer neuesten Quarzkristall-Mikrowaagen-Analysatoren stammen, kann die Gasqualität sichergestellt werden, so dass die nachgeschalteten Systeme geschützt werden und die erforderlichen kommerziellen und technischen Spezifikationen erfüllt werden, während gleichzeitig der Betrieb jeder Trocknungskolonne optimiert wird.  

Die Feuchtemessung ermöglicht es insbesondere, die Häufigkeit der Regenerationszyklen zu verringern, so dass jede Säule länger in Betrieb bleiben kann, ohne dass die Gasqualität beeinträchtigt wird, und erhebliche Energieeinsparungen möglich sind.  Die präzise Überwachung der Spurenfeuchte ermöglicht auch die Erstellung detaillierter Leistungsprofile für jede Trocknersäule und gibt den Anlagenbetreibern die Sicherheit, die Lebensdauer der Trockenmittel zu verlängern, oft weit über die geplanten Austauschtermine hinaus.  Dies wirkt sich direkt auf die Verfügbarkeit der Anlage und die Betriebskosten aus. 

Spurenfeuchtemesssysteme

Unsere Systeme werden kundenspezifisch entwickelt und umfassen hochentwickelte Analyseinstrumente, die auf der reaktionsschnellen QCM-Technologie (Quarzkristall-Mikrowaage) basieren, sowie alle Zusatzgeräte und Armaturen.  Diese Systeme sind in der Lage, nahezu in Echtzeit den extrem niedrigen Spurenfeuchtegehalt von bis zu 0,01 ppmV zu messen. 

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Michell Instruments verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung fortschrittlicher Inline-Spurenfeuchtemesssysteme für den Einsatz in der LNG-Molekularsiebtrocknung und anderen Feuchtemessanwendungen im Erdgassektor. Wenn Sie Ihre Anforderungen besprechen möchten, kontaktieren Sie bitte unser Team noch heute

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Quellen:

Research and Markets LNG Marktbericht

Shell LNG market outlook 2022

Science Direct