, .
.'
D ROG E N V A N A A R D G A S~
Scriptie: Ter beoordeling voorgelegd aan ir.A.G. Montfoort, lector aan de afdeling der Schtdkundige Technologie der Technische Hogeschool Delft
R.P. Hagenaar Kolk 2 Delft - - _. _.-._---~--:-~- ....,---..,.-;"--,---Januari
1975
,
.l'
fJ
1.
Aardgas ( Inlei.dingl3
2.
Adsorptie8
3 •
Ab.sorptie18
.
4.
Koeling23
.
5.
Technische verschillen28
6.
Vergelijking van de processen30
7.
Literatuur31
-1. AARDGAS.
Aardgas wordt vooral gebruikt als brandstof, zowel voor huishoudelijke als industriële doeleinden. Ook kan aardgas het uitgangsmateriaal zijn voor de productie van verschillende
. .
chemicaliën. Het voornaamste gebruik is hier'waarschijnlijk voor de ammoniaksynthese. Eveneens wordt aardgas gebruikt bij de synthesegas bereiding, waterstof en kooloxiden, voor methanol fabricage en roetbereiding.
Aardgas ontstaat uit organisch materiaal in rotsformaties\
sedimentlagen). Methaanproducerende bacterieën kunnen eveneens een groot aandeel hebben in de vorming van het aardgas. Zij produceren door hun celstructuur ook hogere koolwaterstoffen. De kleimineralen die de oorspronkelijke organisch-rijke gesteenten onder druk zettem gedragen zich '
als natuurlijke katalysatoren, hoewel hun activiteit door geadsorbeerd water gereduceerd wordt.
Er wordt onderscheid gemaakt tussen twee typen aardgas: 1) niet geassocieerd gas.
)
Dit is het vrije gas in een reservoir, waar de gasproductie niet op significante wij ze aan de olie pr,oductie gekopp.eld is. Het is het type gas wat in de grote velden in Texas, Algerije, Pakistan en de Noorzeevoorkomt.
2) geassocieerd gas.
Dit is het gas dat in contact is met ruwe olie in wat voornamelijk een olieveld is;de gasproductie is duidelijk aan de olieproductie verbonden. Het wordt ook wel "gas-cap" genoemd.
Indeling van gassen.
Baj de indeling van gassen die voor energielevering dienen wordt een onderscheid gemaakt in hun calorische waarde. Voor
het ontwerpen van branders wordt de zgn. Wobbe index, W, gebruikt,
W
=
.JL
{d'
waarin: H= calorische waarde van het gas
·
kcal.m~3
en d= soortelijk gewieht t.o.v. lucht(bij standaardconditie).
-
' ...-
-- .~-_._---\
\
\
\, Er wordt voorgesteld(39) de volgende indeling naar naam te maken:
"first famil~ gas"
"second family gas"
"third familiy gas"
Wobbe index 5840-6880 kcal.m-3 ook stadsgas genaamd
Wobbe index 11500-'12700: kcal.m-3 ook aardgas genaamd
Wobbe index 17300-22000 kcal.m-
3
ook L.P.G. genaamdI
aardgas 1.Gas, voornamelijk; methaan bevattend,voorkomend in ondergrondse accumulaties.
È,. "second family gas".
Het Groningse aardgas heeft t.g.v. het hogere stikstof gehalte (14 mol • .%) een relatief lage Wobbe-index: 9900 kcal.m -3.
Gas uit de velden bij Bergen (N.H.) heeft een Wobbe 'index boven 10400 kcal.m -3.
Aardgas is samèngesteld uit voornamelijk methaan, met relatief geringe hoeveelheden hogere alifaten. Ook olefinen en aromaten kunnen in zeer geringe hoeveelheden aanwezig zijn. De meest voorkomende niet-koolwaterstoffen zijn water, stikstof, kool-dioxide, zwavelwaterstof, waterstof en ,helium.
Kooldioxide en zwavelwaterstof leveren vooral in aanwezigheid Van water grote corrosieproblemen op. Deze zure gassen worden het eerst met amine oplossing in de plant verwijderd.
Aanwezigheid van vreemde elementen, zoals kwik in het Groningse
~ aardgas (38) kan eveneens tot problemen aanleiding geven. Drogen.
Aardgas wordt gedroogd om h~orming tegen te gaan, corrosie in pijpleidingen te verminderen, om aan bepaalde pijpleiding specificatie te voldoen en om ijsvorming in cryogene processen te voorkomen. De gasunie stelt bijvoorbeeld de volgende eisen: waterdauwpunt lager dan -12 oe bij 69 kg/m2
o
koolwaterstofdauwpunt lager dan 0 C, VOOl" iedere druk tussen 0
afleverdruk 69 kg/m 2
en 64 atm.
De volgende droogprocessen worden in het algemeen toegepast: 1. adsorptie aan vaste stoffen
2. absorptie in vloeistoffen 3. koeling
-
...-,
-
_. I, •,
I t,
I
I 1" I I tI
I
Hydraatvorming.
Hammerschmidt (36) wees reeds in 193~ de gaahydraten aan als oorzaak voor het dichtvriezen van gasleidingen. Sindsdien is hier veel onderzoek aan verricht. De componenten die
hydraat-vorming vertonen zijn methaan, ethaan, propaan en n-en iso butaan,
kooldioxldo on zWfJ.vehtateratot.
Hydraatevenwichtsberekeningen kunnen met deze componenten uitgevoerd worden, waarbij de door Katz et al.(37) ontwikkelde
evenwichtsconstanten worden toegepast. Met behulp van figuur a. (37) kunnen in het algemeen voorspellingen over ·het optreden van
hydraten gedaan worden.
Pressure-temperature Curves
tor
predicting hydrate formation
4,000 3,000 I,SOO 1,000 Isoo c' . 2 ~ 600
.e
~ e - 0 ~ 400 o -'; ... ~ 300 .;: ISO 100 80 60 ~ Hydrate-formation/ /////
area/ /
'lff
/
/~
.
w
V
//J
I
/. 0/ / / / / <><' & / / / / /~
/ ///1 <>" 0)Áo/
/
/
.///
. ~<>~
7
/
/ /
'//-~~
-7
,
/
//~
I
/ /
V///
&
Vh
~
/
;
~>
V/#"
'A
~
r / /
,
/ ~c:>/' / 7
/ /
L
40 SO 60 Temperatule, °F_ 10 Figu:ur a. aoOmstandigheden, die hydraatvorming bespoedigen ~ijn(17)
l
1.:::jg::t:;e:':~:z::.beneden z~jn
w
a
t
erd
auwpunt
z~jn
met
2. lage temperatuur
3.
hoge druksecundaire beschouwingen : 1. hoge snelheden
2. drukgolven
3.> enige vorm van agitatie
4.
aanwezigheid van een klein hydraatkristalFiguur b geeft een algemeen beeld van de waterdauwpunten in'aardgas •
...
I
Water-va por content of natural gas at saturation
Fig 8 1 I I ~ 4,000 3,000 Temperolure range: -60' 10 110 n F.
r-Pressure ronge 50 10 2,000 psio ,/'
... V
2,000 1,000 600 ..; o 400 ~ 300 - 0 .; 200 0."'"
;:: 100 ë -:g 60 :::!: ~ 40-'
:ii 30 'E e 2 0 ... ~ 10 6 4V
I ' ... L I---' v · . / V / ' ~ 1-.(> / ' . / ... ' " I---' , ... --:.J/ /"' ...v
/ , V I---'VII"
~
V V
V
~r;
./ V
/~~
~
~
~
~~
" "7 .·' ~"Z ~ 7 '\.~<y .;' V"";; ... :~Y~./
"
/~
~~f
LZ
/
/'
"
Io~~'"~~'''''"",/""
V / /~ '""",'(i .. ,,<:j ~ - / I ~];;"~;// V
/~
~
~~~'/
/
'/"h
0'
09
~~() /-
~
~
~
~
~
17 . / '/(.; ; ... ' l ~./
./
~,::g;. 7-" / / V'W'
/V
V V /vd~ "l' 3 / /L//Zd
~
2vvv~b
1 - 60 - 40 - 20 o 10 20 30 40 , 50 60 70 80 90 100 110 Temperalure, OF. Figuur b.!
! !' r II
II
i
I
I
I'
I
I' iHydraat "inhibitors"(remmers)
Naast glycolen wordt ook methanol toegepast als hy,draat-inhibitor bij de droging van aé\rdgas.
Methanol word;tvoora,l daar gebruikt, waar injectie van inhibitor onder bepaalde operationele omstandigheden noodzakelijk is,> bijvoorbeeld bij opstarten en lage gasproductiese Het gaat daarbij verloren. Ook bij off shore-operatie wordt het wegens de eenvoud vaak toegepast.
Regeneratie van methanol geeft wel problemen en de verliezen t.g.v. de
~~
dampSpanning zijn groot.EG, DEG, TEG. Als de glycolen vergeleken worden, dan blijkt als alleen op de verli~zen gelet wordt dat DEG hier optimaal is. EG geeft door de
~
dampspanning
aanleiding totverliezen , TEG door
~
ote
oplosbaarheid in condensaat. (22).In bepaalde gevallen kan EG de voorkeur verdienen bijvoorbeeld bij zeer l age temperaturen.
Waterige oplossingen hebben een lager vriespunt t en ee'n
geringere viscositeit. Tevens is voor een bepaalde concentratie de dauwpuntsverlaging groter(34).
Als dehydratie d.m.v. absorptie en glycolinjectie gelijktijdig toegepast worden ligt het voor de hand voor beide systemen '
2. ADSORPTIE.
Inleiding.
Adsorptie processen ,zijn die p~ocessen waarbij gasmoleculen
op het oppervlak van een vaste stof worden vastgehouden. De
adsorbentia kunnen in verschillende klassen wo~den ingedeeld:
- activiteit door oppervlakte adsorptie en capillaire
condensatie(fysische adsorptie)
- activiteit door chemische rea~tie
Daar de laatste groep bij de behandeling van het drogen van
aardgas nauwelijks enige toepassing vindt wordt deze hier
niet behandeld. Van de eerste groep zijn de volgende adsorptie-middelen voor het drogen van aardgas van bel~ng:
-geactiveerd bauxiet(hoofdzakelijk A~O,) -geactiveerd alumina ( zuiver .~ 0, )
-gels(silica of alumina)(silicagel in granulair-type,zgn. "bead "type)( 4 )
-moleculaire zeven(Na-Ca aluminosilicaat,type 3A,4A,5A) -actieve kool
Alle, met uitzondering· van koolstof worden voor dehydratatie
gebruikt, koolstof wordt alleen gebruikt om het
koolwaterstof-dauwpunt te verlagen. Tegenwoordig worden gel-type en moleculaire
zeef het meest toegep.ast. De eerste wegens de goede capaciteit
om water op te nemen en de lage prijs, de tweede voornamelijk
wegens de mogelijkheden om extreem lage water dauwpunten te
realiseren.
Het proces.
Door het verschil in affin~teit tussen het adsorptiemiddel
en de verschiliende componenten van he~ gas, is het
adsorptie-gedrag selectief. Afgezien van actieve kool wordt water ,..-- '
-het sterkst gebonden. Dit maakt deze stoffen bijzonder
geschikt om het water dauwpunt te verlagen. Daar zware koolwaterstoffen preferent boven lichte koolwaterstoffen
nat gas
koolwaterstof dauwpunt verlagen. Doorbraak van zware kool-waterstoffen treedt voor de waterdoorbraak op, zodat de adsorptieduur hierop ingesteld moet worden. De werking is dus sterk afhankelijk van de adsorptietijd. Voor zeer korte tijden treedt naast dehydratatie ook koolwaterstof verwijdering op, voor lange tijden alleen dehydratatie • .
~
Verkorting van de adsorptie cyclus heeft een verhoogdekool-waterstofwinning en hoger' regeneratiegas en- brandstof
. verbruik tot gevolg. Er zal dan ook in
het
algemeen eenoptimale cyclusduur bestaan.
Dehydratie.
Figuur 1 toont schematisch een adsorptieplant. Voor de
'"'
I "'0 ~~-
heater ,-
sepa--
/ ' ~-
Irator,
"
adsorpti regenerat ~e/ 4
koeling -, I I
d
regeneratie-separa~or ,!
droog gas-I
-condensor Figuur 1.,.
(. cyclische procesvoering zijn minimaal twee adsorptie torens
/
nodig. Een wordt wordt geregenereerd door een deel van
het "natte" voedingsgas via een heater door het bed te laten gaan. Het neemt hierbij het grootste deel van het geadsorbeerde materiaal mee. Door koeling van het gas kan in de regeneratie-separator water en eventuele koolwaterstoffen afgescheiden worden. Het gaB wordt nu teruggevoerd naar de hoofdstroom waar het met de rest in de andere toren wordt gedroogd.
De juist geregenereerde toren wordt, voordat tot omschakeling van beide wordt overgegaan eerst nog gekoeld. Door deze
uitvoering gaat alle warmte verloren. Daarom is een uitvoering van drie bedden of meer in het algemeen beter. Hierbij worden dan twee bedden geregenereerd resp. gekoeld, terwijl de
ande~) adsorberen. Het warme gas, dat het bed dat gekoeld
wordt ver~aat, gaat via de heater naar het te regeneren bed. (figuur 2)
u Ir
..
/" ~...
+
- - - - ,
r -
-'t'--,
~
,~,
,
~dsorptie ltdsorptie I l"egenerat e koeling
I I .~ I I 4~ I
,
I,
L.. _ _ _ _ .J drto g gas,.
"
tie-regeneraseparato r condenso Ir- heater
c:::><:::>
+
t
-_.,H20, kwst.
Figuur '2·
Regeneratie •
. Bij lage druk worden regeneratiestromen procentueel gezien groter, daar de warmtecapaciteit per volume eenheid afneemt.
Er is dus meer gas nodig om het bed op te warmen.
Meer adsorptiebedden parallel geschakeld(b.v. relatief goedkope 6 tot 10 voet di8fl\eter torens (5 )) hebben naast een afname van het aandeel van de regeneratiestroom ook een verminderde drukval tot gevolg. De investeringen worden echter hoger. Tevens geldt, dat de flexibiliteit toeneemt, daar een adsorber gemakkelijk uit bedrijf kan worden genomen.
I
I
I .',
I.De richting van de regeneratiestroom kan gelijk of tegen-gesteld aan de adsorptierichting zijn. Voor gevallen waar
bijzonder lage dauwpunt en bereikt moeten worden past men
tegenstroom regeneratie toe (lO,ll) om te; voorkomen dat
het laatste deel van het bed tijdelijk bel~den wordt met
in het eerste deel geadsorbeerd materiaal. Door nu tegenstroom
toe te passen
kan
hetl
a
ats
t
e
d
e
el
van hetbed
t.o.v.de
rest actiever gehouden worden.
De koeling geschiedt altijd in de meestroomrichting(t.o.v. de adsorptie) om vooral het laatste deel Van ,het bed voor
vód'rverzadiging (tlpre1oading") te behoeden. In vooral voor
cryogene plants bestemd gas
word~eling
wel met droogproces gas uitgevoerd om v6órverzadiging te voorkomen.
Deeltjesgrootte.
Kleine deeltjes hebben tot gevolg dat doorslag curven steiler gaan lopen t.g.v. verminderde massa dispersie van geadsorbeerd materiaal. Hierdoor wordt het bed effectiever benut. De drukval neemt echter vrij sterk
toe
(9 ),
zodat niet met te kleine deeltjes gewerkt kan worden.(vaak gebruikt 1/8-1/16 inch).
In het algemeen zijn er met adsorptie processen drie mogelijkheden:
1) alleen dehydratie
2) dehydratie en/of koolwaterstof adsorptie om het koolwaterstofdauwpunt te verlagen
3)
analoog aan 2), echter met het doel om bepaaldekool-waterstoffen te winnen.
Ado3) Met actieve kool kan in combinatie met een extra
gekoelde· condensor ethaan nog redelijk gewonnen worden.
Een gel-plant met luchtgekoelde condensor vangt
weinig buteen en
70-95%
van de pentanen.\-/elk van deze drie processen uitgevoerd wordt, is uiteindelijk
Temperatuur invloed.
In het algemeen wordt opgegeven, dat de maximale werktemperatuur ongeveer in de buurt van de 52
°c
ligt ~2). Dit is het gevolg van de zeer,snel afnemende adsorptiecapaci~eit. Voormoleculaire zeven is de' capaciteit dan nog aanzienlijk á.2) , zodat deze tot een hogere temperatuu~ bruikbaar zijn, nl.
circa
95 °C(zie figuur 3 ). De regeneratie temperatuur ia
dientengevolge ~ok .. hog~r.25rT---~----~---,---~
I
,
20H+-4--~~---~---~---~-4
, MOLECULAR SIEVE TYPE 5A
~
\ . I SILlCA-TYPE ADSORSENT~
I ALUMINA-TYPE ADSORBENT ~ 15~--4---~~~~~---~----~~-4 I-z W U Q: W n. ~ IO~~~~-+--~r-·~----~~---4--4 :r C> W,.
50 150 250 350 450 TEMPERATURE. Ofna; ma. Comparison of the elTects of temperature on the co.pacity of moleclliar sieve
'-type 5-A, silica gel, and Activatccl Aillmina in equilibrium with water vapor at 10-mm pnrtial pressure. The dotted Iines show the effect of 2 per cent rcsidual water at the start of adsorption. (Data ol Linde Companv. ')
Figuur 3
Ten gevolge van adsorptie treedt een warmteeffect op, dat gezien figuur 3 de capaoiteit van een adsorber bijzonder kan verlagen
(14)
0 Berekeningen hieraan zijn door Lee enCummings (13) uitgevoerd. Als de druk Van het systeem echter hoger is dan circa
3
kg.cm-2 (4),
.hetgeen in de meeste aardgas adsorptie plants het geval is, wordt de adiabatische temperatuurstijging door de gunstigerAchteruitgang in capaciteit.
Achteruitgang in kwaliteit vindt altijd plaats. Dit wordt veroorzaakt door:
l)veroudering. Actiéve plaatsen worden permanent gedesactiveerd.
Het oppervlak verandert door regelmatige regeneratie. ,
2)vergiftiging door zware koolwatersto~fen en door polymeriseren
van aromaten en olefinen.
Vergiftiging is een probleem dat in de praktijk veel voorkomt. Speciaal door glycolen, amines en
corrosie-inhibitors die in voorafgaande apparatuur worden gebruikt.
kunnen hiertoe aanleiding geven.
De aanwezigheid van water in vloeibare vorm, vrij water, geeft aanleiding tot verpulvering van adsorptiemateriaal en kan
zoutafzetting tot gevolg hebben(formatie' water)
Een goede afscheiding van bovengenoemde stoffen vooraf is dus van het grootste belang. Vaak wordt dat deel van het bed bij de gas ingang gevuld met speciaal ontwikkelde ongevoelige adsorptiematerialen; Mobilbead W, bijvoorbeeld. Dit deel wordt dan het "guard"bed genoemd.
In het algemeen vertonen moleculaire zeven de geringste en actief alumina de grootste achteruitgang in adsorptiecapaciteit
(zie figuur
4 )
(moleculaire zeef vereist wel de hoogsteregeneratietemperatuur). ë 16 '" t: 14 ';;; ., "0 12 12 810 ~
--
o ... 8 :z: ,g 6,
\
-
0--
I---
~- 3-A molecular sicve-
:0-l---
~1"-
~ -Si,lica gel,
r--...r...
....
~.;.-
H.igh·densityalumina 100 200 300 400 500 600Furnaçe gas dried, thousands of ft3/lb
-Figuur
4
DESICCANT ACTIVITY
_~_4 _ _ _ •
I in drying furnace
9as-Zwavelwaterstof veroorzaakt in het algemeen problemen, daar zwavelafzetting op het adsorptieoppervlak plaats vindt. Moleculaire zeven zijn hier in het algemeen superieur, maar
bij geringe H2S concentraties kunnen gels toch goedkoper
blijken. Voor zeer zure gassen moeten speciale zuurbestendige
Moleculaire zeef.
SindS "Linde1t' met synthetische moleculaire zeef op de markt
kwam is het commerciële belang van moleculaire zeven sterk toegenomen. Juist door hun selectiviteit ten aanzien van de grootte van moleculen zijn zij voor drogirlg.van gassen bijzonder geschikt. Deze selectiviteit wordt door hun
kristall~ne structuur bepaald. Moleculaire zeven hebben
een hoge adsorptie capaciteit bij lage concentraties(figuur5 )
en hoge temperatuur(figuur 3 ) plus zeer hoge activiteit
ten opzichte van onverzadigde en polaire componenten(t.g.v. het polaire karakter van de zeef).
25
MOLE'CULAR1SI EVE,'TYPE JA~
/~.---
---
-/
---,..-,
/
,
~,
I / I,
SILICA GEL,
~/
~
~'
----"/
~"'
, I~ /~I~TIVATED
ALllMHfÁ, /' -I.
-/1-;,i
I- - - -..
--',1/; Lf",j) 13lhf Xi, "F119)
I
20 cri ....J 0 0 15 "-cri ....J..
>- 10 .-u«
Cl..«
5
u 0 10 20 30 4050
RELATIVE HUMI DITY, PER CENT
Figuur 5 Water vapor adsorption at 25° C.
Commercieel verkrijgbaar is moleculaire zeef 3A, 4A en 5A in pellets van meestal 1/16 tot 1/8-inch(kubisch kristallijn alkali/aluminosilicaat). Ten gevolge van de stabiele
kristal-structuur zijn regeneratietemperaturen van 200 tot 350
°c
mogelijk. Type 3A wordt meestal gebruikt voor het drogen van
onverzadi~de koolwaterstoffen, stikstof, waterstof en alcoholen.
Type 4A, het meest universele type voor dehydratatie- wordt aanbevolen voor gassen met een relatieve vochtigheid die erg laag is. Type 5A wordt gebruikt voor de scheiding van
n-paraffinen van gemengde koolwaterstoffen, en voor de
Hoewel zij duurder zijn ,dan andere vast droogmiddelen bieden zij de volgende voordelen( 2)
-goede adsorptie capaciteit bij gassen, met lage relatieve vochtigheid
-kunnen goed toegepast worden bij gassen met een hoge
" temperatuur(zie figuur 3 )
-water kan selectief geadsorbeerd worden(type 3A) -andere verontreinigingèn kunnen met water selectief
verwijderd worden
-ze kunnen gebruikt worden bij adiabatische droging -extreem lage dauwpunten zijn mogelijk
-ze onderv'inden geen schade door de aanwezigheid van vloeibaar
-:---water.Kraychy et al.(
6)
vonden dat de capaciteit vanmolecu~aire zeef sterk achteruit gaat onder invloed van
---vloeibaar water. Afzetting van zout(uit formatie water) en ijzersulfide(t.g.v. corrosie) hebben eveneens een zeer nadelig effect.
Gezien de figuren
4
en ~ zijn moleculaire zeven bij zonder geschikt om als "trimmer"bed te fungeren. De laatste resten waterdamp worden bijzonder effectief geadsorbeerd.Gezien deze gegevens is het een normale ontwikkeling, dat de toepassing van moleculaire zeven steeds meer in zwang is gekomen. Hoewel de olieprijs, vooral de laatste tijd overal in de
wereld bijzonder aan stijgingen onderhevig is, blijft de aardgasprijs nog relatief achter, vooral in de U.S.A.(
3).
Winning van zwaardere koolwaterstoffen uit aardgas, zoals propaan, butaan en "natural gasoline" vindt steeds meer'I
toepassing. Uit recente publicaties,van het Bureau of mines, I U.S.dept ( 8) blijkt, dat er in de verenigde staten een~
verSChUiVing
optreedt Van koolwaterptoffen als condensaat winning(productie-6%)
naar "stocks" van verschillendevloeibare componenten van aardgas tot en met ethaan(productie
+48%).
(
De huidige producties verhouden zich als respectievelijk
4:7
Bbl/Bbl. Deze winning geschiedt in cryogene processen die bijzonder lage dauwpunten van ca.-75 oe vereisen. Deze dauwpunten kunnen practisch alleen met behulp van moleculaire zeven gehaald worden '( 5).I
(f
I
Een ander groot voordeel is dat moleculaire zeef(5A) bijzonder
geschikt is om zure gassen te behandelen, dit in tegenstelling
tot andere vaste adsorptiemiddelen. Door Kraychy en Masuda( 6 ) worden duidelijk de mogelijkheden met moleculaire zeven
beschreven bij droging van aardgas en gelijktijdige H2S(26%)
en CO2 (5%) verwijdering. BS St B heeft met succes moleculaire
zeven toegepast bij de droging van extreem zuur gas(34% ~ s)(
7).
Gelijktijdige verwijdering van water en de zure gassen is zeer economisch. In het algemeen is de eerste behandeling die het
gas ondergaat een H2Sabsorptie, meestal in een alkanolamine
(soms met water) om corrosieproblemen in de volgende
behandelings-sectie te voorkomen. Moleculaire zeven maken deze absorptie overbodig en verlagen dientengevolge de investeringen.
Aangetoond is, dat moleculaire zeef minder gevoelig is voor vervuiling en koolvorming dan de eerder gebruikte silicagel, geactiveerde alumina en bauxiet. Dit is zeker van belang als
er in het gas aromaten of olefinen voorkomen. Po~merisatie
en kraking treedt vooral tijdens de regeneratie periode op.
Toch treedt er bij een regeneratietemperatüur van 260
°c
eenzeer langzame opbouw van koolstof en. zwavel bij moleculaire
zeef op, als gevolg van ontleding van niet te desorberen koolwaterstoffen en mercaptanen. Zij kunnen gewoonlijk
verwijdentworden door een wat l~gere regeneratieduur bij
Vergeli~in~
kls derOO iddelen vergeleken worden blijkt direkt, dat moleculaire zeven superieure kwalitèiten bezitten, echter gecombineerd met een relatief hoge prijs(Union Oarbide: f 10,- tot f 15,- per kg).
Ten aanzien van koolwaterstoffen echter hangt het gedrag zeer sterk af van het toe gepaste type '. Type' 4A is uitermate geschikt om selectief water (en ~S plus
0°
2 ), te verwijderen.Door de zeer lage dauwpunten en geringe adsorptie van lichte koolwaterstoffen wordt dit type zeer veel toegepast voor cryogene processen. Moleculaire zeef 5A 'is bijzonder geschikt om het water en koolwaterstofdauwpunt van aardgas te verlagen(4 ) Silicagel heeft bij hoge relatieve vochtigheid de grootste
capaciteit. Het goed adsorptie-en regeneratie gedrag t.a.v. de zware koolwaterstoffen en de relatief lage prijs(f 5,": tot f
6,-
per kg.) is de oorzaak van hun veelvuldig gebruik. Alumina is in het algemeen iets minder economisch dàar het een hogere regeneratietemperatuur vereist en een geringere capaciteit bezit. De gevoeligheid voor olefinen is groot. Het is ongeveer even duur als silicagel.Bauxiet heeft een nog lagere capaciteit(zie figuur 5 ) en is door de aanwezigheid van ijzeroxide niet te gebruiken voor gassen die' ~ S bevatten. Door de slechte prijs/kwaliteit verhouding zal het niet veel toegepast worden~(5)
Actieve kool is alleen geschikt om het koolwaterstofdauwpunt
te verlagen, en zal altijd in combinatie
me~ehydratie
installatie toegepast worden. Het hangt dan Van de cOI~binatie af of ditsyteem concu~erend is.
Door de hoge cajlaciteit van gels bij hoge relatieve vochtigh. ei9-en de hoge capaciteit Van moleculaire zevei9-en bij lage
relatieve vochtigheid, worden ze gecombineerd gebruikt. Een bed bestaat dan uit twee delen, respectievelijk het "lead" en het "trim" bed. Deze oplossing blij~t onder veel omstandigheden' economisch zeer aantrekkelijk(ll,18)
3.
ABSORPTIE.Als absorptie vloeistoffen worden in het algemeen diethyleen~
glycol (DEG) en vooral triethyleenglycol (TEG) gebruikt. De'
in vroeger jaren toegepaste glycerol en Calciumchloride
(dit is eigenlij~ geen pure absorptie)(22) ~ijn in onbruik
geraakt. Ret laatste is een bijzonderd;roogmiddel, daar het niet geregenereerd wordt. Een korte bespreking hiervan volgt aan het eind van dit hoofdstuk.
Factoren, die tot de toepassing van de glycolen geleid hebben zijn: hygroscopisch karakter, hun hoge stabiliteit t.a.v. warmte en chemische ontleding (21), hun lage dampspanningen en hun redelijke prijs ( f 2,10- f 2,30 per kg).
Figuur
6
geeft een schema karakteristiek voor eenTEG-dehydratie eenheid (22). Een DEG- ah sorptie eenheid verschilt
alleen in de wijze waarop reflux in de regenerator wordt
verwezenlijkt éo ). Waterverwijdering bij TEG installaties
wordt bereikt door het te strippen, terwijl bij DEG
installaties hier een destillatie, dus met een refluxcondensor noodzakelijk is om de glycol verliezen te beperken.
De essentiële bestanddelen van een glycol dehydratie zijn
MAIN LINt WETGA __ BUBBLE PL.ATES WATER RICH STEAM OR _ DIRECT FIRED GLYCOL FILTER ABSORBER
LEAN GLYCOL PUMP(ELECTRIC OR GAS)
Flow .haet for a trIethylene glycol absorption dehydrotor.
Figuur 6. 'WATER OUT
!
I
I'I
een inlaatgas scrubber(niet in de figuur), een
glycol-. gas absorber, een glycol regenerator, glycol warmte-wisselaar, filter en een glycol~omp.
Een flash tank kan bij hoge absorptiedrukke~ nodig zijn, daar er dan meer koolwaterstoffen in de glycol oplossen, spec!Ï.aal als aromaten in het gas aanwe,zig zijn (20). De inlaatscrubber dient ervoor om eventueel vrij water
(0. a. formatiewater ) en vloeibare koolwaterstoffen ,buiten de absorber te houden. Verzouting van de glycol kan hiermee voorkomen worden. Koolwaterstoffen in de regenerator kunnen tot overmatige glycolverliezen aanleiding geven. Een goede werking van de inlaatscrubber voorkomt veel storingen. Het proces is zeer eenvoudig. Geregenereerde glycol wordt in de absorber via schotels in contact met het natte gas
gebracht. De waterrijke glycol gaat naar de regenerator vanuit de bodem van de absorber via de warmtewisselaar. Hier wordt de glycol bij atmosferische omstandigheden van zijn water ontdaan.
De kolom van de regenerator heeft voor TEG slechts lucht-koeling nodig, daar tengevolge van het grote verschil in kookpunten een geringe reflux nodig is.
De dauwpuntsverlaging hangt af van de contacttemperatuur in de absorptiekolom, de compositie van de
(111e an") glycol en de glycolomloopsnelheido
Algemeen.
geregenereerde
Over DEG en TEG absorptie zijn bijzonder veel gegevens c
bekend(23,24), zodat er op basis van ervaring ontwerpregels opgesteld kunnen ,worden. De voornaamste, die voor aardgasplants toegepast worden zijn:
-de omloopsnelheid moet ten minste 3, normaal 4 "gallon" glycol per pound verwijderd water bedragen(21-28 liter/kg). zie ook (25). -de absorber moet minimaal 4 practische schotels bezitten, i.v.m.
met een schotelefficiency van 25%. Omstandigheden (T.E.G.-dehydratie)
Voor contacttempe~aturen van 5 tot
40
oe bij drukken tot 140 atm. is toepassing van glycol dehydratie mogelijk'. Hogere temperaturen veroorzaken te grote glycol verliezen (22) • .Dauwpunts verlagingen van 30 tot 45 °c zijn met standaard
eenheden haalbaar'! Het minimum dauwpunt is ongeveer - 25 °c,
ongeacht de contacttemperatuur, met een standaardeenheid.
De regeneratortemperatuurbij DEG ah sorptie bedraagt niet meer
dan 165 °c, die bij TEG absorptie gewoonlijk. tuss,en175 en
190°C. De glycolen zijn tot 200 oe; stabiel.: DEG of TEG.
Hoewel de prijs van beide glycolen niet of nauwelijks verschilt, heeft TEG ten gevolge van het hogere kookpunt twee voordelen boven DEG.
l.de dampdruk is lager (geringere dampverliezen)
~.een hogere concentratie is gemakkelijker in de stripper te verkrijgen( dus grotere dauwpuntsverlaging).
Hierom wordt TEG absorptie veel frequenter toegepast'dan DEG
absorptie.
In figuur 7 wordt de dauwpuntsverlaging aangegeven die
maximaal op kan treden voor TEG. In de praktijk liggen deze
waarden 20 tot 30 oF (11-16 °C) hoger (26).
,130 120 110 ,u: 100 0 90
...
c 'ö c. 80 ~ 70 Q) 0 60 50 40 30 u: 20 0 10 ,,: c 0 'ö c. 1;; -10 0 -20 ... u.. -30 Triethylene glycol, !t; by w~ight ~e;
O--_~~~ I" 50-- ~ 70. _~~VL
80r7~.,
I' ~~~
';' I' ~ V Lv:
Freezing-point'
~
90Ll'
lL
,
V curve ' .1/ ~"
,
\ , ~i/.. ';' ';' ~L.,I 1-.,,01C_
'-~ V-'-
"'"-' ~ -,=-=,
-~~"V
97 ~ ~ .JI' _ _ I '1 ~ Irf;.
"''j
'f'V
l/
98 !/L
=~:
~
,
VV
V
9~/
,;' ~ I V /I/l/ ~ I L,
L 1"'-~~! /J/V~ ~';" ~9
,
5
~ I~ l.i1~/l/V
9q18~ 1- ... i'Q' ~ ~." .J. ~'I
-40 -10 0 20 40 60 80 100 120Contract temper"ture of solution, 0 F,
• '~':"~ • •• • • , • .,J • • IL; .. .... J. ~ •• 4".':'" .. ~~ .... _·tIo'"
DEWPOINTS of aqueous triethylene glycol
solutions-Figuur 7
*
Door de geregenereerde glycol met een deel van het gedroogde gaste strippen kunnen TEG-concentratie~an ca. 99,95% bereikt worden
(dauwpuntverlaging ca. 75°C).(~0)
I I
I
i,
tl
tI
I
~ r ~ r II
i I ~ [ I , ; IOperatieproblemen.
De meeste operatieproblemen hebben in het algemeen de vo150nde oorzaak:
1.
schuimvorming ~. cor.rosie2.slecht · afvang rendement van de ingangssórubber(voor de absorber)
~. onvoldoende koeling van de geregener'eerde glycol De symptomen die optreden zijn vaak overmatige
glycol-n9rmaaJ.
verliezen en verzouting van de glycol. ~·ver.l~es ca. '1.0'" 6 3
1
1/10 Nm gas ~), ad.l.
schuimvorming is het meest voorkomende probleem. Dit wordt'
door de koolwaterstoffen(aromaten en oliën) in de hand gewerkt. Mistvangers kunnen de glycolverliezen beperken.
Glycolafbraakproducten en corrosiè bijproducten(ijzersulfide) kunnen een stabiel schuim vormen(25). In extreme ge~allen
kan een schuimremmer("inhibitor") de oplossing zijn. ad.2.
zuurvorming kan optreden in de glycol t.g.v. de absor~tie van H2S, en door afbraak van de glycol in aanwezigheid van zuurstof
en bij overmatige hitte. Onvoldoende warmteoverdragend oppervlak in de reboiler kan de oorzaak zijn. Normaal wordt 6800 BTU/Ft2/hr opgegeven(Dow). Door toevoeging van buffers(borax e.a.) moet
de pH omhoog gebracht worden. In de opslagtanks mag zich boven de vloeistof geen lucht bevinden.
ad.3.
Door slechte afvang van de inlaatscrubber kan zout bevattend vrij formatiewater in het glycolsysteem komen. Daar zout bij
hogere temperatuur in glycol neerslaat(20) kan het op de verwarmings-buizen neerslaan en de warmteoverdracht belemmeren. Bij
toepassing van "direct fired boilers" kan dit doorbranden tot gevolg hèbben. Vaste deeltjes, corrosie"inhibitors" en zand kunnen het glycolsysteem binnen komen en dit verstoppen of schuimvorming tot gevolg hebben.
I
If
TEG absorptie heeft de volgende karakteristieke v'oordelen(22): - lage constructie-en operatiekosten
- zeer geringe drukval
- kan gebruikt worden in aanwezigheid van stoffen die de adsorptie middelen zouden kunnen vergiftigen.
- zeer compacte installatie met gering,gewicht. Dit maakt
het buitengewoon geschikt voor off-shore toepassingen. (27). - gering vloeistof"entrainment"
De nadelen zijn:
- geringere dauwpuntsverlaging dan droge adsorptiesystemen.
nogal vaak last van schuimvorming in aanwezigheid van zwaardere koolwaterstoffen.
- zeer goede inlaatscrubber is noodzakelijk - koolwaterstofdauwpunt wordt niet beïnvloed.
CaC12 droging.'
Calciumchloride droging wordt alleen gebruikt bij kleine
afgelegen gasvelden. Ze zïjn ouderwets en door TEG'absorptie
verdrongen. Vooral doordat het calciumchloride niet
geregenereerd wordt en de milieuwetgeving ~trenger zal het proces zijn aantrekkelijkheid verliezen, tenzij de gelegenheid bestaat de afgewerkte pekel via een droge put bijv. diep te lozen.
De procesvoering komt er in principe op neer(zie figuur
8 ),
dat
-~----:-GasCullc! _
Hydrocarbon Cullc! . .
-Figuur 8.
- CaCl, and CaCl,
Hydra!cs
gas de kolom onder in komt en op zijn weg omhoog via de schotels met steeds geconcentreerder pekel oplossingen in contact komt, tot uiteindelij~ het bed gepasseerd wordt waarin de laatste waterresten geadsorbeerd wordeno Hier wordt de geconcentreerde pekel oplossing gevormd die over de schotels stroomt. Dauwpuntsverlagingen van 45 tot 15 °C~ treden op (27). De meeste problemen worden veroorzaakt door bevriezing van de pekel op de schotels.
Andere problemen zijn(29):' het variëren van het dauwpunt en door kanaal-én bru~orming in het bed daalt het rendement.
4.
KOELING.Door koelen van een gas daalt .de hoeveelheid water die het kan bevatten( figuur b ). Tevens kan veeli oondensaat gewonnen worden dat aanzienlijke ompensatie van droog kosten tot gevolg heeft.
De volgende methoden worden toegepast:
!;o
,!.koeling van het gas, gecombineerd met hydraat"inhibitor" 2.Expansie-koeling van het gas (Joule-Kelvin effect) met of
-
. .zonder hydll"aat"inhibitor".
wET INLET eH I LLER
&45 . '---~ I ... ----~ I I
t~
11ËG.t/.R.EH~.
P
Figuur 9 ad.l. LOlv TëMP. ~_ Fq.SE" 5 E' PAA~TO IZ.Koeling, gecombineerd met injectie van hydraatinhibitor(figuur
9 ).
De meest toegepaste hydraatinhibitor is DEGo Door hettoepassen hiervan is het mogelijk,om zonder gevaar voor hydraatvorming, lagere temperatuur te bereiken. Dit systeem wordt toegepast als de beschikbare drukval niet voldoende is om door expansie te koelen, of waar verwacht wordt dat de putdruk snel zal dalen.
Proces.
Het ~as wordt in de ingangsseparator van het vrije water ontdaan. Verse glycol wordt voor de warmtewisselaar
geïnjecteerd, zodat hier geen hydraatvorming kan optreden. De in-en uitgaande stromen dragen via de regeneratieve warmtewisselaar hun warmte over. Na koeling worden in een speciale drie-fasen separator gas, condensaat en glycol
gescheiden. I I. ;
i
I
I
150 140 130 I--'--
v
1\
\
120 ilO 100 o 500 1000 '500 2000 2500 3000 3500 4000 ~500 5000 5500 eooo'HITlAL PRESSURE • PS/I)
I
In amere uitvoeringen (31) worden condensaat en glycollvan het gas gescheiden en worden op hun beurt na verwarming
o . .
tot ca. 20 C in een aparte separator gescheiden. Dit wordt gedaan omdat in het algemeen de scheiding van glycol en condensaat emulsies kan vormen, die bij hogere temperaturen minder stabiel zijn (32). Tevens kan bij hoge druk en lage temperatuur fase-inversie plaatsvinden, de glycol drijft dan
op het ~den6aat. Dit kan verklaard worden doordat het soortelijk
gewicht van de glycol t.g.v. oplossen van gas sterk is afgenomen(24). ad.2a
Expansie-koeling met hydraatinhibitor(figuur 10).
Deze procesvoering verschilt niet veel van; de voorgaande. Koeling wordt door gasexpansie gerealiseerd. Voldoende drukvaL moet ter beschikking staan. Daalt deze, dan kan de propaankoeler de extra koude leveren.
DEHYDRATION SYSTEM GRONINGEN
GAS COOLER TO GATfIERING PIPELINE r - - - . HIGH PRESSURE l<}.--,r4---~ SEPARATOR FREE WATER 1 1 1 I ~~~~ OiOKE I I .... HEAT I I
I
EXCHANGERI
I I I I GLYCOL I I INJECTION I I L -1 I I IQ
PROPAN~
I~!
I CHILLER 1 __ -, WELL PMAX: 200KG/CM2 . PMI,I. 8OKG/CM2 WATER/GLYCOL CONOENSATE TO GLYCOL < 4 - - - . 7 REGENERATION Figuur 10~
Uit figuur kan het temperatuureffect als functie van de drukval bepaald worden voor gas met een s.g. van 0.64 t.o.v. lucht(33). Glycol voorkomt ook hier de vorming van hydraten.
ado2b.
Expansie-koeling zonder hydraatinhibitor(figuurll ).
Een hoge druk stroom direct uit de put wordt gekoeld door de warmtewisselaar in de koude separator en gaat naar een water-afscheider. -.-.- .-...---.
-.-_
.. --~ -~.[
I
I
! rI
<.
" .
. DRY GAS TO Pin LlN[
..
WlLL ST~UN
.
Flow sheet lor a standard expanslon refrlgeration syst.m •.
Figuur 11.
De daarvanaf komende gasstroom wordt adiabatisch geëxpandeerd. Hierdoor komt het gas voor het eerst beneden zijn hydraatpunt en scheiden zich gelijktijdig condensaat en gashydraten af •. Deze laatste worden door de ingaande gasstroom gesmolten en gaan met condensaat naar e~n stabilisator. Hier worden water en condensaat gescheiden. Uitvoering met een regeneratieve warmtewisselaar tussen de verwarmingsspiraaluitgang en
de waterscheideringang maakt werken met kleinere drukverschillen (tot c&.200 atm) mogelijk.
Bij lage ingangsdrukken wordt de dauwpunt onderdrukking gelimiteerd door hydraatvorming in de· warmtewisselaar(22). Glycol injectie(zie boven) wordt dan noodzakelijko
Vergelijking.
]x~ansie_k~eling_z~n~e~ hY~r~aii~hib!t~r_kan alleen uitgevoerd worden als voldoende drukval beschikbaar is, om een voldoende
dauwpuntsverlaging te realiseren. De vereiste drukval is meestal ca. 200 atm.(22). De warmtewisselaar capaciteit
die vereist wordt is van de temperatuur van het te behandelen gas afhankelijk.
Voordelen:
-dit proces is wanneer voldoende drukafname in een proces kan plaatsvinden het goedkoopst.
-meer inkomsten bij toename van condensaatwinning -wanneer voldoende drukverschil mogelijk is kUnnen
lage ~ater)dauwpunten gerealiseerd worden( dauwpunt is ongeveer gelijk aan de temperatuur van de koude separator). Nadelen:
-alleen toepasbaar bij hoge drukverschillen
-bij afname van de reservoirdruk gaat het effect verloren en zal extra apparatuur noodzakelijk zijn.
o · .
-beneden - 30 Cbestaat de kans op brosse breuk.
I
1
-het systeem moet goed bewaakt worden, daar kans op
hydraat vorming voor de expansie bestaat.
b
Ql~c~lin~e~tie1D~Gl ~y~t~m~n_m~t_e!p~n~i~ ko~l!n~.
.~W
De toegepaste hoeveelheid DEG bedraagt ca. 600-1200 1/Nm3 (22,34)
~ -.gas.
Meestal worden oplossingen van 70 tot 85 gew.% DEG toe gepast. Voordelen van deze systemen(22)K:
-effectief bij lagere drukverschillen~ dauwpuntsverlagingen
kunnen groter
zijn
dan bijenkel
gekoelde
systemen
-grote condensaat opbrengst is mogelijk -kleine compacte eenheden
-stabilisatie van condensaat is goedkoper, daar de vloeistof kouder is dan bij vergelijkbare lage temperatuur processen
zonder glycol injectie
r.\O~
-voor gasstromen boven
~.5
Nm3/dag zijn de installatiekostenlager dan voor lage temperatuur Nadelen:
-installatiekosten zijn veel hoger dan voor glycolabsorptie systemen
-operatie en onderhoudskosten zijn iets hoger dan van een lage temperatuur systeem
-glycol moet naar het injectiepunt teruggebracht worden. De hoeveelheid hangt weliswaar van de afstand af, maar is klein lio~linKElei2l1zcol!n.ie~tie.
Dit proces is oneconomischer dan de processen die van·, expansie
gebruik maken. Het wordt alleen toegepast als de druk niet verlaagd kan worden.
Problemen, die bij koeling kunnen optreden.
Algemeen kan retrograde condensatie problemen geven bij de verlaging Van het koolwaterstofdauwpunt. Gas afnemers, zoals de gasunie, verlangen een koolwaterstofdauwpunt over het
o .
gehele gebied beneden 0 C. Bij de hoge drukken waar de
koeling wordt toegepast moet t.g.v. retrograde condensatie een veel lager koolwaterstofdauwpunt gerealiseerd worden.
. ,
In figuur12 moet bijvoorbeeld voor het Ea~ington gas (Noordzee)
o ( I. 0 )
bij 1000 psig (ca.70 atm.) een koeltemperatuur van 7 F -l~ C
gerealiseerd worden (35).
lEi. h.a. vergeleken met lage temperatuur systemen zonder hydraat-inhibitor.
- I VARIATION OF DEW POINT WITH PRE55URE
~
I
0 GAS PRECClOlED TO 3soF AT 1000lbf/!n2\)6 S . ' lSOF •
Cl. v • 100F .
~6o
l
, I
o ~-2-bo 300 -400~ 5~-6~7hó -, ~9~O 1000---- - '
PPE55LJRE(lb'I!,,2o;;)
-Curves showing varia/ion of dew-point w;rh pressure for Easington gas.
Figuur 12
Bij hogere drukken kunnen de verschillen dramatisoh oplopen waardoor koeling als methode uitgesloten kan worden. Vaste droogmiddelen bieden uitkomst.
5.
Technische verschillen.Gebieden waar vast-bed aÖsorbers de voorkeur verdienen boven andere systemen zijn:
- daar, ~aar totale water verwijdering noodzakelijk is; - bij kleine installaties. Het argument is hier de eenvoud
in bediening Van deze systemen. '
- bij hoge druk systemen. Koelen kan dan problemen geven wegens de onnauwkeurigheid van berekening van koo,lwaterstof dauwpunten voor het gehele drukgebied. Als gevolg van het
optreden van retrograde condensatie moet bij hoge drukken meestal tot extreme waarden gekoeld worden. (zie figuur12 ). Opmerking
Bij de dehydratatie van grote hoeveelheden hoge-druk gas (70-100 atm) zijn vloeistmf absorptie systemen(DEG,TEG~
meestal economischer indien sle~hts dauwpuntverlagingen van
4
tot 10oe
nodig zijn. Bij grotere dauwpuntsverlaging tot27
oe is er geen uitspraak te doen. Als een nog grotere onderdrukking (boven 27 °C) v'erkregen moet worden, is vast droo,gmiddel de meest economische manier. In het algemeen is\ ,
het zo, dat een eenvoudige TEG-absorptie, met amosferische regeneratie, wat operatie en constructiemateriaal. betreft economischer i~ dan een vast droogsysteem'
'/
Ondanks de hogere prijs wordt om de operationele eenvoud, speciaal voor systemen met wisselende belasting, vaak.
voor vast-bed droogsystemen gekozen. Voor lage waterdauwpunten, bijvoorbeeld voor processen bij temperaturen beneden
-45
oe(bij CO2 /N2 -verwijdering en "verrijken« Van gas, vaak gecombirieerd met Helium winning) is men altijd op vaste droogmiddelen
aangewezen, vooral als men de laatste resten waterdamp wil verwijderen.
Koolwaterstofwinning bij de "well head" noodzaakt tot glycolinjectie,om de combinatie mogelijk te maken van
) . . ,
t
I
I
I I JI
<.
water-en koolwaterstofverwijdering'wanneer de drukval bep~rkt
is. Dan heeft men nl. een grote temperatuurdaling nodig om een laag dauwpunt te krijgen, omdat men te maken heeft met retrograde condensatie.
In het algemeen zijn vaste droogsystemen bet~r geschikt om gassen bij hoge temperatuur te beha~delen dan Glycol-oplossingen.
Vergelijking van vloeistof-en vaste systemen. De voordelen van vaste systemen zijn:
-extreem lage dauwpunten
-ongevoelig voor niet extreme veranderingen van de gas-temperatuur, gasproductie en druk(grotere flexibiliteit) -eenvoudige operatie en apparatuur(geen transport van
chemicaliën). Gemakkelijk te ontwerpen en volautomatische bedrijfsvoering is mogelijk
-geen grote corrosie-en schuim problemen
-ook toe te passen voor kleine hoeveelheden gas tegen relatief lage kosten
-indien noodzakelijk, kan zonder veel bezwaar op een ander droogmiddel overgestapt worden(Voor moleculaire zeven heeft men een hogere regeneratie temperatuur nodi~)
-bijna geen bewegende delen(" geen " slijtage e_n~aw~~i) __
-silicagel is een goedkoop droogmiddel i.t.t. glycolen welke vrij duur zijn geworden
-
.--verwij dering van water en koolwaterstoffen is in é:n stap mogelijk i.t.t. absorptieprocessen
De nadelen Van vaste systemen zijn:
-hogere initiële materiaal en constructiekosten(zware funderingen)
-grotere drukval
-gevoelig voor vergiftiging vnl. zwavel componenten(behalve bij molzeef) en vloeibaar water
-beperkte levensduur t. g. v. veJ:'pulvering onder invloed van
t~mperatuur-en
drukwisselingen(6)
en contact met vrij water -relatief gezien is er een grotere energie behoefte. Er gaatondanks de recuperatie veel warmte verloren door discontinue operatie
[
!
6. Vergelijking van de Processen.
De eisen die aan het productgas gesteld worden en de
eigenschappen van het gas kunnen tot toepassing van bepaalde processen dwingen. Is dit niet het geval, dan is volgens Campbell (22) TEG-absorptie wat installa.ltie en operatie-kosten betreft het meest economisch. Wanneer voldoende drukval beschikbaar is tussen put en transportleiding, en de extra condensaat opbrengst het rechtvaardigd kan expansie koeling en/of glycolinjectie met expansie koeling een goede keuze zijn. Dit was echter de situatie in 1952. De situatie is tegenwoordig voor vast-bed adsorbers iets gunstiger geworden.
Als bovendien nog beschouwd wordt dat er naast dehydratie ook het koolwaterstofdauwpunt verlaagd moet wor.den, houdt dat . in, dat naast TEG absorptie een ander proces, bijv. koeling' of vast-bed adsorptie moet worden toegepast. Dit' is -eeon',
bijzonder nadeel •. Expansie-koeling met of zonder glycol-injectie en vast-bed adsorptie kunnen het water en kool-waterstofdauwpunt gelijktijdig verlagen.
Rekening moet er ook gehouden worden met het teruglopen van de reservoirdruko. Dit heeft voor de droogprocessen grote gevolgen. Tengevolge van de lage druk, zal de·
temperatuur van het gas bij de hoge druk separator oplopen. Door het hogere waterdampgehalte kunnen de droog-installaties sterk overbelast worden. Om dit te voorkomen, moet het gas voor het gedroog~ wordt meer
' ...
gekoeld worden. In het algemeen moet de
warmtewisselaar-capaciteit uitgebreid worden, vooral bij de expansie-koeling. Eventueel kan mechanische koeling toegepast worden(zie figuurlO ) Wat dit proces bet~eft wordt uiteindelijk de drukval de
limiterende factor. De andere processen worden echter ook d oor e d 1 agere d ru . k b · 1 e~nv oe. d H· ~er U~ . t het h a l ·z~c voor ~n '
hogere gassnelheden.
Bij TEG absorptie heeft dit korte contacttijden, schuimvorming op de schotel en overmatige glycolverliezentot gevolg. Vast-bed adsorptie processen krijgen in het algemeen met
korte cyclusduur t.g.v • . hoger watergehalte en hogere-temperatuur, maar vooral met grote ~ru~val te maken.
7. LITERATUUR.
1. Socony Mobi1 Oi1 Company Inc.,: "Drying Gases with a modern drying agent'" 1950.
2. Linde Company: Pub1ications on mole'cu1ar sieves, Form.
9691-D(Apri1 1958),Form F-1026. 3. Rose, S., Fortune 89(4) 104 (1974)
4. Weiner, A. L., Chem.Eng. sept.16, p.92 (1974)
5. Davis, K.G., Manchanda, K.D., Chem.Eng.,sept.16, p.l02 (1974)
6. Kraychy, P.N.·, Masuda, A., Oil~Gas. Journ. 64(8) 66 (1966)
,
7. Black, Siva11s ~ Bryson Inc., Communicatie No.4068-703-3900 (1968)
8. Hydrocarbon Process. 22(8) 11 (1974)
9. Chappel, R.G., Hammerschmidt, E.G., Derschner, W.r/.,
Ind. Eng.Chem. ~(9) 779 (1944)
10. Lukchis, G.M., Chem.Eng.ju1y, p.84 (1973)
1I. Patterson, E.O., Oil ~ Gas Journ. §1(6) 440 (1952)
12. Kohl, A.L., Riesenfeld, F.C.,"Gas Purification", p.394, New York 1960 •
13. Lee, H., Cummings, W.P., ~hem.Eng.Progr.Symp.Ser.&l(74) 42(1967)
14. Grayson', H.G., Ind.Eng.Chem. ~(l) 41 (1955)
15. Cranfield,
J.,
Petrol Petrochemical Internat. 12(8) 30(1972).16. Streich, M., Hydrocar~on Process. ~(4) 86 (1970)
17. Engineering Data Bookr. Natura1 Gas Processors Supp1ies Assn., Tulsa, Oklahoma, (1972)
18.> Cochrane,G.S., Chemical Eng. aug.24, p.129 (1929)
19. Amero, R.C., Moore, J.W., Capell, R.G., Chem.Eng.Progr.
~(7) 349 (1949)
20. Campbell, J.M., Lawrence, L.L., Petro1.Refiner 2!(11) 109 (1952).
21. Gallaher, F.W. , Hibbert,
J.,
Journ.Am.Chem.Soc.22
2521 (1937).22. Campbe11, J.M., Chem.Eng. Progr. 48( 9) 440 (1952). 23. Union Carbide Chemical Company: "Gas treatil1g Chemicals"
vol. 2, "Glycols. for gas dehydration", may 1952
24. Dow Chemical Company:"Gas conditioning Faç:t Book" 1962
25. Swerdloff, W., Oi1 ~ Gas Journ. 22,(4) 122 (1957)
26. Union Carbide Corp., New York "Glycols Bulletin" F-4763
27. Kennedy, J.L., Oi1StGas Journ.
g
85 (1969)28. Koh1, A.L., Riesenf'e1d, F •. C., " Gas purif'ication" p.369 New York 1960
29. Fow1er, O •. W., Oi18- Gas Journ. , 62 123 (1964)
30.
u.s.
patent 3,105,74831. Su11ivan, J.~., Oi]j. Gas Journ., 2Q.. 43,70 (1952) 32. She11,A.D., Oi1
&,
Gas ·Journ. 66 166 (1968)33. Reoords,J.R.,Sec1y,D.H."Low temperature dehydration of' natura1 gas", Trans. A.I.M.E. 192 61 (1951)
34. Withers, B.M., Lef'f'ingwe11,
J.,
Oi1~ Gas Journ.&2
81 (1967) 35. Cooper,L.S., Densham,M.A., DeRose,A.J. ,Juren,B.,Gas Counci1 Research Communication G.C. 150 (1968) 36. Hammerschmidt,E.G., Ind.Eng.Chem. ~ 851 (1934) ·
37. Katz,D.L.," Handbook of' Natura1 Gas engineering" New York 1959
38. Petro1eum~Petrochemical Int. 12~8) 44 (1972)
39. Gas Engineering Management, 1,2(8) 373 (1974)
I
I
~ I·
