Die Risiken von Feuchtigkeit in Sauergas und wie man sie beseitigt

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Feuchtemessung zur Verringerung der Betriebs- und Sicherheitsrisiken bei der Sauergasverarbeitung

Als Sauergas wird Erdgas in Gasfeldern bezeichnet, das einen hohen Gehalt an Schwefelwasserstoff (H2S) - typischerweise über 4 ppmv bei Standardtemperatur und -druck - oder eine Kombination aus Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid (CO2) enthält; Gas mit einem überwiegenden Anteil an CO2 wird gemeinhin als "Sauergas" bezeichnet.  Wo es wirtschaftlich sinnvoll ist, können saure und saure Gase mit einem Verfahren wie der Amingasbehandlung extrahiert und gesüßt werden, um die unerwünschten Verunreinigungen zu entfernen und ein Gas in Pipelinequalität oder ein süßes Gas zu erzeugen, das sich für die Verwendung als Brennstoff oder zur Stromerzeugung eignet. 

Sauergas kann aber auch ein wertvolles Ausgangsmaterial für die Herstellung von Schwefelsäure und elementarem Schwefel sein; diese Stoffe werden in großem Umfang für die Herstellung von Düngemitteln, Waschmitteln, Farbstoffen und anderen chemischen Verbindungen verwendet. 

Unabhängig von der Anwendung ist es für die Prozesseffizienz, Qualität und Sicherheit entscheidend, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Sauergases genau gemessen wird. 

Warum Feuchtigkeit bei der Sauergasverarbeitung ein Risiko darstellt

Das Vorhandensein von Feuchtigkeit in Sauergas kann mehrere Probleme verursachen.  Sie kann mit Schwefelwasserstoff reagieren und Schwefelsäure bilden, die stark korrosiv ist.  Ebenso bildet Kohlendioxid, das mit Wasserdampf auf Metalloberflächen kondensiert, eine korrosive Umgebung.  In jedem Fall führt die Korrosion zu Schäden an Rohrleitungen, Ausrüstungen und Infrastruktur, was zu Gaslecks, Ausfällen und Sicherheitsrisiken führen kann.

Kohlendioxid kann in Gegenwart von Feuchtigkeit bei bestimmten Temperaturen und Drücken auch zur Bildung von Hydraten oder festen kristallinen Verbindungen beitragen.  Diese können möglicherweise Rohrleitungen, Ventile oder andere Verarbeitungssysteme verengen oder blockieren.   

Feuchtigkeit in verarbeitetem Sauergas oder Süßgas führt zu den gleichen Problemen wie oben beschrieben.  Es ist jedoch zu beachten, dass die Feuchtigkeitsmenge, die erforderlich ist, um den Sättigungswasserdampfdruck in Gasen zu erreichen, die reich an Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid sind, erheblich höher ist als die Feuchtigkeitsmenge in Methan oder einem süßen Erdgas bei derselben Temperatur.  Daher wird der gemessene Wassertaupunkt in saurem Gas, unabhängig vom angewandten Messprinzip, deutlich niedriger sein als bei einem süßen Gas mit demselben Feuchtigkeitsgehalt. 

Der Feuchtigkeitsgehalt von Süßgas kann durch die angewandten Behandlungsverfahren beeinflusst werden.  So werden bei der Aminbehandlung zur selektiven Absorption von sauren Gasen wässrige Lösungsmittel wie DEA (Diethanolamin), MDA (Monoethanolamin) und MDEA (Methyldiethanolamin) verwendet.  Diese können auch einen Teil der im Gasstrom vorhandenen Feuchtigkeit absorbieren, was selbst nach der Regenerierung die langfristige Wirksamkeit der Lösungsmittel beeinträchtigen kann. 

Die Verringerung des Feuchtigkeitsgehalts des verarbeiteten Gases auf ein vorher festgelegtes Niveau ist ebenfalls entscheidend, um sicherzustellen, dass das Gas die Qualitäts- und Echtspezifikationen erfüllt, während eine wirksame Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts im gesamten Verarbeitungs-, Transport- und Verteilungsnetz für Sauergas und Süßgas ein Schlüsselfaktor ist, der es den Verarbeitern und Transportunternehmen ermöglicht, die Produktionseffizienz zu optimieren und die Kosten zu kontrollieren. 

Wie misst man den Feuchtigkeitsgehalt bei der Verarbeitung von Sauergas

Zur Messung des Feuchtegehalts in Sauergas werden verschiedene Geräte eingesetzt, wie z. B. Feuchtebestimmer, Taupunkt-Analysatoren und Hygrometer. Diese Geräte nutzen unterschiedliche Prinzipien wie Absorption, Kondensation oder elektrische Eigenschaften, um die Menge der im Gas vorhandenen Feuchtigkeit zu bestimmen.  

Eines der am weitesten verbreiteten Geräte basiert auf der abstimmbaren Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (TDLAS), wie das Michell OptiPEAK TDL600.   

Vereinfacht ausgedrückt, funktioniert dies mit einem Infrarotlaser, der auf die Absorptionseigenschaften des gemessenen Gases abgestimmt ist.  Dieser wird durch eine Gasprobe fokussiert, wobei die Wechselwirkung zwischen den Photonen des Lichts und den Gas- und Feuchtigkeitsmolekülen dazu führt, dass letztere Licht in bestimmten Farben oder Absorptionslinien absorbieren.  Die Intensität des Lichts, das das Gas durchdringt, wird dann von einem Fotodetektor gemessen.  Durch Abtasten der Wellenlänge des Lasers über einen bestimmten Wellenlängenbereich hinweg kann ein Absorptionsspektrum erstellt werden, das die Eigenschaften der Zielgasspezies zeigt und es ermöglicht, diese zu identifizieren und zu quantifizieren.  All dies kann schnell und äußerst genau durchgeführt werden.   

Weitere Informationen über TDLAS finden Sie in unserer zweiteiligen Blog-Serie, die eine nützliche Einführung in diese Technologie bietet.

Eine der Herausforderungen bei der Verwendung von TDLAS zur Messung des Volumens von Wassermolekülen in einer Sauergasprobe ist die Unsicherheit, die mit den Spektren von Schwefelwasserstoff im nahen Infrarotbereich verbunden ist, wodurch präzise Messungen schwierig sind.  Bei relativ hohen Konzentrationen von Kohlendioxid - typischerweise zwischen 3 % und 15 % - überschneiden sich die Absorptionsspektren von Gas und Wasser teilweise, wobei das Kohlendioxid einen druckähnlichen Effekt ausübt, der die Höhe des Absorptionspeaks unterdrückt und die Peakbreite verbreitert. 

In beiden Fällen besteht die Lösung in der Anwendung fortschrittlicher Software-Algorithmen, die die Auswirkungen der einzelnen Gase automatisch kompensieren, um konsistente und genaue Ergebnisse zu erzielen. 

Einer der Vorteile von TDLAS ist, dass es sich um eine berührungslose Technologie handelt.  Für einige Anwendungen in der Sauergasaufbereitung sind jedoch unsere keramischen Metalloxidsensoren, wie sie in den Michell Promet EExD-Feuchtigkeitsanalysatoren für die Sauergasaufbereitung verwendet werden, eine effektive Option.   

Diese Geräte sind nicht durch eine Querempfindlichkeit gegenüber Schwefelwasserstoff oder Kohlendioxid beeinträchtigt und sind in der Lage, äußerst genaue und konsistente Ergebnisse zu liefern, insbesondere in gefährlichen Bereichen.  Obwohl die Sensorschnittstelle im Laufe der Zeit durch den Kontakt mit sauren Gasen beeinträchtigt wird, kann dies leicht durch eine häufigere Rekalibrierung überwunden werden - was durch unser Sensoraustauschprogramm noch einfacher wird.  

Der Begriff Sauergas leitet sich von dem Geruch nach faulen Eiern ab, der für Schwefelwasserstoff bei niedrigen Konzentrationen in der Luft charakteristisch ist.  Im Vergleich dazu hat Süßgas, bei dem die Konzentration von Schwefelverbindungen auf ein Minimum reduziert oder ganz eliminiert wurde, diesen sauren Geruch nicht.

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