Einsatz von Block-Wärmetauschern bei der Erdgastrocknung

Vollverschweißter Plattenwärmetauscher - prädestiniert für Öl und Gas

Einleitung

Im Zuge der Aufbereitung von Erdgas stellt der Trocknungsprozess einen bedeutenden Schritt zur Gewährleistung der Transportsicherheit dar. Erdgas besteht zu einem großen Teil aus hochentzündlichem Methan, welches unter bestimmten Bedingungen mit Wasserstoff zu Methanhydrat reagiert. Durch diese Reaktion kann es in den Versorgungs-Pipelines zu massiven Druckabfällen kommen, im Zuge derer Rohrleitungen, Ventile und andere Armaturen Schaden nehmen können.

Prozess zur Erdgastrocknung

Der auch als GDU-Prozess (GDU – Gas Dehydration Unit) bezeichnete Verfahrensschritt dient daher dem Entzug von Wasser aus dem Erdgas und verhindert auf diese Weise die Bildung von festen Methanhydraten während des Transports. Maßgeblich für den Trocknungsgrad des Erdgases ist stets der Taupunkt, der zur Gewährleistung eines sicheren Transports unter -8 °C liegen sollte. Darüber hinaus wird durch den Trocknungsprozess ein konstanter Brennwert des Erdgases bei der Einspeisung sichergestellt.

Im Rahmen des Trocknungsprozesses wird häufig stark hygroskopisches Triethylenglykol (TEG) verwendet, welches dem Erdgas im Gegenstromverfahren Wasser entzieht.

Der in Abbildung 1 schematisch dargestellte Prozess basiert im Wesentlichen auf einem Absorber (1), einem Glykol-Wärmetauscher (6), einer „Flash Drum“ zur Druckabsenkung (2) sowie einem FunkeBloc Wärmetauscher (3) und einer „Stripper“-Kolonne (4).

Erdgastrocknung mit dem FunkeBloc

Das feuchte Erdgas wird zunächst in einem Absorber (1) im Gegenstromverfahren mit dem Glykol in Kontakt gebracht. Dem von unten einströmenden Gas wird durch die hygroskopische Wirkung des von oben eingeführten Triethylenglykols Wasser entzogen, wobei eine möglichst große Kontaktfläche zwischen beiden Medien anzustreben ist.

Das so getrocknete Gas durchläuft zur Kühlung des Glykols einen Gas-Glykol-Wärmetauscher (6) und steht somit getrocknet (Taupunkt unter -8 °C) für die weitere Verarbeitung bereit.

Um die Erdgastrocknung als kontinuierlichen Prozess betreiben zu können, muss das mit Wasser angereicherte Glykol im weiteren Verfahren getrocknet und gereinigt werden. Im Zuge dieser Regenerierung wird der Druck des Mediums in einer „Flash Drum“ (2) zunächst auf den gewünschten Regenerationsdruck gesenkt. Die beim Trocknungsprozess aufgenommenen Kohlenwasserstoffe werden zudem ausgeschieden.

Anschließend wird die im gereinigten Glykol (Lean Glycol/Lean TEG) gebundene Wärmeenergie genutzt, um das beladene Glykol (Rich Glycol/Rich TEG) in einem Wärmetauscher aufzuheizen. Durch diese Wärmerückgewinnung kann eine signifikante Reduzierung des erforderlichen Primärenergiebedarfs realisiert werden. Dabei kann beispielsweise ein hocheffizienter, vollverschweißter Plattenwärmetauscher mit großer Flächendichte zum Einsatz kommen.

Das vorgeheizte, beladene Glykol wird nun der „Stripper“-Kolonne (4) zugeführt, in der die Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen wieder aus dem Glykol getrieben werden. Im Anschluss fließt das gereinigte Glykol über den Reboiler zurück in den Wärmetauscher (3) und kühlt dabei ab. Eine Glykolpumpe (5) bringt das Medium wieder auf den gewünschten Absorptionsdruck, nachdem es in einem zusätzlichen gedichteten Plattenwärmetauscher (z. B. der Marke Funke FP) oder direkt in einem Gas-Glykol-Wärmetauscher (6) die restliche Wärme abgibt. Das gereinigte und trockene Triethylenglykol steht nun wieder für den Trocknungsprozess zur Verfügung.

Tabelle 1 gibt einen Überblick über typische Prozessparameter bei der Wärmeübertragung im Wärmetauscher (3):

  Auslegungsdaten Betriebsdaten
  Druck [bar] Temperatur [°C] Druck [bar] Temperatur [°C]
Rich TEG 0-10 bis 230 4,5 72 auf 171
Lean TEF 0-10 bis 230 1,0 195 auf 85

Vollverschweißter Plattenwärmetauscher – prädestiniert für Öl und Gas

Die hier beschriebene Baureihe kommt überwiegend in der chemischen und petrochemischen Industrie sowie in Raffinerien und im Umgang mit Gas und Öl zum Einsatz. Zu den typischen Anwendungsbereichen gehören neben der Wärmerückgewinnung wie im Beispiel der Gastrocknung auch die klassische Prozesserwärmung und -kühlung sowie die Kondensation und Verdampfung. Je nach Modell lassen sich mit den qualitativ hochwertigen Wärmetauschern Betriebstemperaturen von -50 bis +400 °C und Drücke von -1 bis 40 bar realisieren.

Zum Schutz des Wärmetauschers vor Korrosion werden alle medienberührten Teile aus Edelstahl oder anderen korrosionsbeständigen Materialien gefertigt.

Alleinstellungsmerkmal der Wärmetauscher ist vor allem die hocheffiziente Bauart mit großer Flächendichte.

Im Vergleich zu Rohrbündel-Wärmeübertragern können die Heizflächen durch diese Bauweise signifikant reduziert werden, wodurch Investitions- und Wartungskosten gering ausfallen. Dank der kompakten Bloc-Bauweise kann der Apparat im Zuge der Wartung auf kleinstem Raum geöffnet, inspiziert und gereinigt werden.

Bei der Auslegung und Dimensionierung setzt der Hersteller des hier beschriebenen Apparatetyps neuste Software ein, die auf empirischen Ergebnissen des eigenen Testlabors basiert.*

Beim mechanischen Design werden gängige Codes wie EN13445, ASME VIII, Div 1, API662 oder NACE MR0175 / MR0103 berücksichtigt, um höchste Anforderungen zu erfüllen.

Insight-Modell des FunkeBloc FPB006

Insight-Modell des FunkeBloc FPB006: Wartungs- und reinigungsfreundlich konzipiert kann der Apparat komplett intern zerstörungsfrei geprüft werden

* siehe auch Artikel „Leistungsparameter von Wärmetauschern unkompliziert ermitteln und bewerten“ im Kapitel 1 „Simulation/Auslegung“

Autor:

Martin Dierich

Dipl.-Ing.

Martin Dierich

Manager WPHE
Sales & Thermal Design

FUNKE Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH

Zur Dessel 1
31028 Gronau/Leine
Germany


T +49 (0) 51 82 / 582-629
F +49 (0) 51 82 / 582-48

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