Kälte- & Entwässerungssysteme

Der Kälteprozess wird in Gasanlagen eingesetzt, um Wärme aus bestimmten Prozessströmen abzuführen. Die Kühlung in der Erdgasaufbereitung ist ein Prozess, der einer Doppeltaupunktregelung dient - nämlich der Einhaltung des Kohlenwasserstofftaupunktes sowie der Wassertaupunktspezifikation für Rückstände oder Verkaufsgase.

Die Temperatur, auf die das Gas gekühlt wird, hängt zunächst von der Einhaltung dieser Taupunktspezifikationen ab. Dies ist der minimale Kühlbedarf. Die Abkühlung des Gases auf niedrigere Temperaturen als die Mindesttemperatur für die Taupunktregelung muss durch die Wirtschaftlichkeit der Rückgewinnung von Flüssiggas (LPG) begründet sein.

Dies erfordert eine Kostenanalyse des Wertes der zusätzlichen LPG-Rückgewinnung im Vergleich zu erhöhten Kapital- und Betriebskosten. Die zusätzliche Rückgewinnung von Flüssiggas wird mit einem der folgenden Verfahren erreicht:

• Abkühlen des Gases auf kältere Temperaturen, wie z. B. -20 bis -30°F.
• Kontaktierung des Gasstroms mit magerem Öl in einem Absorptionsturm.

Die Kältetechnik ist im Grunde genommen das Pumpen von Wärme von einem Medium zum anderen. Wärme an sich kann nur von einem Medium mit höherer Temperatur zu einem Medium mit niedrigerer Temperatur fließen. Somit ist die Kühlung ein Prozess, der das Kühlmedium bereitstellt, dem das Gas ausgesetzt ist. Kälteanlagen arbeiten im Allgemeinen störungsfrei, können aber an Effizienz verlieren, was eine Untersuchung erfordert.

Abb. 1 zeigt die typischen Kälteanlagen zur Erdgaskühlung. Der Wärmetauscher kühlt das einströmende Gas in das Kühlaggregat, indem er Wärme mit dem Kaltgas austauscht, das auf die Auslegungstemperatur in der Propankühlung gekühlt wurde.

Da das in das Kühlaggregat eintretende Gas normalerweise mit Wasserdampf gesättigt ist und die Temperatur, auf die das Gas gekühlt wird, deutlich unter dem Hydratpunkt des Gases liegt, müssen einige Mittel zur Verhinderung der Hydratbildung eingeleitet werden. Die Bildungstemperatur von Hydraten bei einem bestimmten Druck kann durch Zugabe von Chemikalien wie Methanol oder Glykol unterdrückt werden.

In herkömmlichen Kühleinheiten kocht Propan oder ein anderes Kältemittel in der Kältemaschine bei einer sehr niedrigen, kontrollierten Temperatur und entzieht dem Gasstrom Wärme, wodurch ein Teil des Gases kondensiert wird. Das Kaltgas, das Kondensat und das Glykol strömen von der Kältemaschine zu einem Dreiphasen-Separator. Das Kondensat geht in eine Fraktionierungseinheit. Das Gas wird ausreichend gekühlt, so dass es sowohl den Kohlenwasserstoff- als auch den Wassertaupunkt erreicht. Es tauscht Wärme mit dem einströmenden Gas in den Kühlprozess aus.

Das fette Glykol wird in einem Dreiphasen-Separator aus dem Kohlenwasserstoff-Gasstrom abgetrennt und zu einem Regenerator geleitet. Die Konzentration des regenerierten Glykols liegt in der Regel in der Größenordnung von 75 bis 80% Glykol, wobei der Rest aus Wasser besteht. An den beiden Einspritzpunkten wird ausreichend Glykol eingespritzt, so dass ein Gemisch aus Wasser und Glykol entsteht, um die Hydrattemperatur auf das erforderliche Niveau zu senken, das zu Konstruktionszwecken die Kältemittelsiedetemperatur ist.

Der Kühleffekt wird durch die Verdampfung eines Kältemittels, wie beispielsweise Propan, in der Kältemaschine hervorgerufen. Propan eignet sich für diese Anwendung, da es bei Temperaturen nahe und unterhalb der Umgebungstemperatur kocht. Die Verdampfung von Propan oder Kochen erfordert Wärme, um den Phasenwechsel von flüssig zu dampfnämlich die latente Verdampfungswärme zu bewirken. Durch die Regelung des Drucks, bei dem das Propan zum Sieden gebracht wird, wird die gewünschte Kühltemperatur bis etwa -40°F erreicht.