Untersuchungen zur Optimierung des Betriebs einer Gastrocknung mittels digitaler Methoden

Abstract

Die OMV betreibt seit 1976 die Erdgasspeicher in Schönkirchen- Reyersdorf und Tallesbrunn. Das Erdgas durchläuft in der obertägigen Anlage mehrere verfahrenstechnische Prozesse. Ein wichtiger Prozess ist die Gastrocknung bei der Entnahme des Erdgases. Bei der Gastrocknung handelt es sich um eine verfahrenstechnische Absorptionskolonne, welche den Wassergehalt im Erdgas verringert. Stoffaustausch, Phasenübergang und Phasengleichgewicht sind sehr komplexe Vorgänge in der Kolonne. Durch Veränderung von verschiedenen Prozessparameter, wie zum Beispiel Druck oder Temperatur, verändert sich auch das Ergebnis der Trocknung. Die zunehmende Flexibilisierung des Gasmarktes erhöht die Anforderungen an die Trocknungskolonnen. Zusätzlich stellt die Umstellung auf eine Wasserstoff- basierte Energieversorgung die Gasspeicher und damit auch die Trocknungskolonnen vor neue Herausforderungen. Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, wird mittels Aspen HYSYS ein Simulationsmodell der Trocknung erstellt. Eine Ermittlung der passenden Zustandsgleichung, welche am besten die Übergänge zwischen Erdgas, Wasser und Triethylenglykol beschreibt, ist notwendig. Dabei werden verschiedene experimentelle Daten mit Simulationsergebnissen verglichen. Die Ergebnisse vom Glycol-Package (Zustandsgleichung) korrelieren am besten mit den experimentellen Daten. Im nächsten Schritt werden einzelnen Module, wie zum Beispiel Erhitzer, Mixer und Kolonne, im Simulationsprogramm miteinander verknüpft. Danach wird der Wirkungsgrad der Absorptionskolonnen mit Onlinedaten aus der realen Anlage bestimmt. Somit kann der Einfluss von verschiedenen Parameter simuliert werden. Dabei wird stets der Wassertaupunkt der realen Anlage mit dem Simulationsmodell verglichen. Der Betrieb mit einer Beimischung bis zu 50 % Wasserstoff im Erdgas wird ebenfalls untersucht, um den Einfluss verschiedener Parameter auf das Gesamtsystem zu analysieren.

Since 1976 OMV use the natural gas storages in Schönkirchen- Reyersdorf und Tallesbrunn. Natural Gas streams through different processes at the over ground plant. A main unknown unit is the gas dehydration process during the extraction progress. The dehydration unit is an absorption column, which reduce the water content from the natural gas. Mass transfer, phase equilibrium and phase transition are very complex operations in the column. The change of different parameters, like pressure and temperature, have an impact to the dehydration result. For a change in the energy technology, the dehydration process should be analyzed for the admixture with hydrogen. Aspen HYSYS is used for the simulation, because it already has well implemented models and equations of state. An analysis, of which equation of state describes the transfers between natural gas, water and triethylenglycol best, has to be done. Therefore experimental data have to be compared with the simulation results. The results of the glycol package (equation of state) fits best. For the next step several models, like heater and column, are linked together to a closed system. Then the efficiency from the column is specified with online data from the real plant. Now the impact of different parameters can be simulated. The water dew point is used for the comparison of the real plant and the simulation model. An admixture of to 50 % of hydrogen is also simulated. Hydrogen has different impacts to the dehydration process.