Wie die Öl- und Gastrennung funktioniert: Ein vollständiger Leitfaden

Was ist die Öl- und Gasabscheidung?

Der Prozess der Öl- und Gastrennung ist in der Erdölindustrie von entscheidender Bedeutung, da er bei der Trennung von Rohöl, Erdgas und Wasser für die weitere Verarbeitung und den Transport hilft. Wenn Öl und Gas aus dem Bohrloch kommen, befinden sie sich in einem mehrphasigen System, das aus Kohlenwasserstoffen, Wasser und manchmal auch aus Feststoffen besteht. Wenn es keine Trennung gibt, werden die nachgelagerte Raffination und der Transport beeinträchtigt, was zu betrieblichen Problemen und hohen Kosten führt.

Das Hauptziel des Ölabscheideverfahrens besteht darin, die Reinheit der einzelnen Komponenten mit dem geringsten Energie- und Zeitaufwand zu maximieren. Eine wirksame Trennung verbessert die Produktivität, verringert den Verschleiß der Anlagen und hilft, die gesetzlichen Anforderungen an die Umweltverträglichkeit zu erfüllen. Es funktioniert wie ein Ampelsystem in einer Stadt, bei dem jede Komponente an ihren richtigen Platz geleitet wird, um Staus und Verzögerungen zu vermeiden. Dadurch wird nicht nur die Infrastruktur geschützt, sondern auch die Effizienz der Kohlenwasserstoffgewinnung erhöht, die ein Schlüsselelement der heutigen Gasindustrie ist.

Wichtige Gerätetypen und Funktionen

Zwei-Phasen-Abscheider

Zweiphasen-Separatoren werden eingesetzt, um das Bohrlochfluid in zwei Phasen zu trennen, nämlich in Gas und Flüssigkeit, in diesem Fall Öl und Wasser. Sie funktionieren auf der Grundlage des Dichteunterschieds und der Schwerkraftverdrängung. Wenn das Gemisch eintritt, steigt das Gas in den Gasteil auf und wird freigesetzt, während die Flüssigkeit am Boden des Tanks zurückbleibt. Diese Abscheider werden in der ersten Stufe der Trennung in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt. Sie werden in Lagertanks, am Bohrlochkopf und in Produktionsanlagen mit geringem Wassergehalt eingesetzt. Ihr einfaches Design macht sie kostengünstig, aber sie müssen möglicherweise weiterverarbeitet werden, wenn eine große Menge Wasser entfernt werden soll.

Drei-Phasen-Trenner

Dreiphasen-Separatoren teilen den Bohrlochstrom in Gas, Öl und Wasser auf, was für Felder mit hohem Wassergehalt unerlässlich ist. Sie funktionieren nach dem Prinzip, dass das dichtere Wasser zu Boden sinkt, das Öl die mittlere Schicht bildet und das Gas an der Oberfläche schwimmt. Daher ist es wichtig, den Flüssigkeitsstand und den Gasdurchfluss zu kontrollieren, um eine optimale Trennung zu erreichen. Diese Separatoren werden häufig auf Offshore-Plattformen, auf Ölfeldern und in Gasverarbeitungsanlagen eingesetzt, wo eine hochreine Trennung erwünscht ist. Sie sind zwar komplizierter als Zweiphasen-Separatoren, bieten aber einen besseren Trennungsgrad und steigern die Effizienz der nachgeschalteten Verarbeitung.

Zyklonabscheider

Zyklonabscheider arbeiten nach dem Prinzip der Zentrifugalkraft, um das Gas von der Flüssigkeit zu trennen. Das einströmende Gemisch hat eine hohe Geschwindigkeit, und die schwereren Flüssigkeitsteilchen bewegen sich gegen die Wände des Abscheiders und dann nach unten, während das leichtere Gas nach oben steigt. Aufgrund ihrer geringen Größe eignen sie sich für den Einsatz auf Offshore-Plattformen und in anderen Bereichen, in denen Platz und Gewicht begrenzt sind. Sie können hohe Gasdurchsätze bewältigen und sind weniger anfällig für Schwankungen der Durchflussmenge. Allerdings bieten sie bei feinem Nebel oder geringen Dichteunterschieden möglicherweise nicht die gleiche Abscheideleistung wie Schwerkraftabscheider.

Vertikale Abscheider

Vertikale Abscheider beruhen auf dem Prinzip der Schwerkraft, um die Trennung von Gas und Flüssigkeit zu ermöglichen. Das Gas steigt oben im Behälter auf, während sich die Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft am Boden des Behälters sammelt. Die Konstruktion ist besonders vorteilhaft, wenn das Gas-Flüssigkeits-Verhältnis hoch ist, da der Aufwärtsstrom des Gases die Abscheidung der Flüssigkeit unterstützt. Sie benötigen weniger Platz auf dem Boden, was sie ideal für Offshore-Anlagen und Umgebungen mit begrenztem Platzangebot macht. Sie können jedoch eine geringere Abscheideleistung aufweisen als horizontale Abscheider. Sie werden häufig bei der Bohrlochkopfabscheidung eingesetzt, wo die Gasproduktion in der Regel hoch ist.

Horizontale Abscheider

Horizontale Abscheider bieten auch längere Fließwege, was die Trennung von Öl, Gas und Wasser verbessert. Dies liegt daran, dass die längere Verweilzeit eine bessere Trennung der verschiedenen Phasen ermöglicht. Diese Abscheider eignen sich für den Einsatz in Systemen, in denen große Flüssigkeitsmengen und ein relativ gleichmäßiges Öl-Gas-Verhältnis verarbeitet werden. Aufgrund ihrer Größe können sie ein größeres Volumen bewältigen und eignen sich daher für zentrale Verarbeitungsanlagen und Ölfeldsammelstellen. Allerdings benötigen sie mehr Platz und strukturelle Unterstützung als die vertikalen Separatoren. Sie werden häufig in Ölförderanlagen an Land eingesetzt, wo eine effiziente Phasentrennung für die nachgeschaltete Verarbeitung entscheidend ist.

Öl- und Gastrennverfahren

Einlass Abtrennung

Wenn die Bohrlochflüssigkeit in das Trennsystem eintritt, besteht sie in der Regel aus einem Gemisch aus Öl, Gas und Wasser, oft unter hohem Druck. Die Flüssigkeit wird durch das Einlassrohr in den Separator der ersten Stufe geleitet, wo der Trennungsprozess beginnt. Mechanische Vorrichtungen wie Einlassweichen helfen dabei, die Flüssigkeit gleichmäßig zu verteilen, um Turbulenzen zu vermeiden und einen effizienten Trennungsprozess zu gewährleisten. Die erste Stufe ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Voraussetzungen für die nachfolgenden Phasen schafft, indem sie die Gasmitnahme in der Flüssigkeit reduziert und einen stabilen Fluss für eine effektive Weiterverarbeitung gewährleistet.

Primäre Gas-Flüssig-Trennung

In diesem Stadium wird die Schwerkraft genutzt, um die Flüssigkeitsphasen je nach ihrer Dichte zu trennen. Das leichtere Gas steigt in den Gasbereich auf, während sich die flüssigen Kohlenwasserstoffe am Boden des Behälters absetzen. Einige Gasabscheider verwenden Zyklonabscheider oder Zentrifugalabscheider, um die Effizienz zu erhöhen, insbesondere wenn die Abscheidung schnell erfolgen muss. Das Gas kann dann bis zum oberen Ende des Abscheiders aufsteigen und wird dem nächsten Prozess zugeführt, während die Flüssigkeit in die nächste Phase der Trennung geleitet wird. Eine geeignete Instrumentierung hilft auch bei der Kontrolle der Durchflussmenge und der Druckschwankungen.

Öl-Wasser-Trennung

Nach dem ersten Schritt der Gasentfernung ist die verbleibende Flüssigkeit ein Gemisch aus Öl und Wasser und muss daher getrennt werden. In Abscheidern setzt sich das dichtere Wasser am Boden ab, das Öl bildet die mittlere Schicht und das restliche Gas schwimmt oben. In einigen Fällen ist es erforderlich, stabile Emulsionen mit Hilfe von Demulgatoren zu brechen. Die abgetrennten flüssigen Kohlenwasserstoffe werden dann zu den Aufbereitungsanlagen transportiert, während das Wasser entweder für die Wiederverwendung aufbereitet oder wieder in die Lagerstätte eingeleitet wird. Durch die Optimierung der Öl-Wasser-Trennung wird die Einhaltung der Umweltnormen verbessert und die Ausbeute an Kohlenwasserstoffen erhöht.

Gasaufbereitung und Dehydrierung

Das abgetrennte Gas kann Wasserdampf und Kohlendioxid (CO₂) enthalten, die entfernt werden müssen, um Pipelinekorrosion und Hydratbildung zu vermeiden. Die Tiefenentwässerung wird in der Regel durch den Einsatz von Molekularsieben und Glykolentwässerungsanlagen erreicht. Es kann auch mit Hilfe von Kompressoren verdichtet werden, um den Druck für den Transport an den gewünschten Ort zu erhöhen. In Verbindung mit Heiz- oder Kühlprozessen sorgt die Gasaufbereitung dafür, dass das Gas den richtigen Druck für die Weiterverarbeitung oder den Verkauf hat. Dieser Schritt ist sehr wichtig für die Reinigung des Gases und auch für den Transport des Gases durch Pipelines.

Lagerung und Transport von Flüssigkeiten

Danach wird das verarbeitete Öl in Lagertanks aufbewahrt, bevor es zur Weiterverarbeitung in die Raffinerien transportiert wird. Das vom Ölstrom abgetrennte Wasser wird entweder aufbereitet und dann abgelassen oder zur Aufrechterhaltung des Drucks wieder in das Reservoir eingespritzt. Ventile und Heizungssteuerungssysteme tragen dazu bei, die Stabilität des Öls zu erhalten und die Bildung von Wachs oder Hydraten während der Lagerung und des Transports zu vermeiden. Bei der Beförderung müssen auch Sicherheits- und Umweltaspekte berücksichtigt werden, um ein Auslaufen des Öls zu vermeiden und den Fluss des Öls in den Verteilungsnetzen zu verbessern.

Zweite Stufe und endgültige Abtrennung

In einigen Fällen gibt es eine zweite Trennungsstufe, insbesondere bei Ölfeldern mit niedrigem Druck oder hohem Wasseranteil. Diese Stufe kann ein Flashen beinhalten, bei dem ein plötzlicher Druckabfall gelöste Gase in die Dampfphase überführt und die Stabilität des Öls erhöht. Die Erhitzung kann auch dazu dienen, restliche leichte Kohlenwasserstoffe wie Propan, Ethan, Butan usw. zu entfernen, um die Pipelinequalität zu erreichen. Die abschließende Reinigung erfolgt durch moderne Wäscher und Sekundärseparatoren, um sicherzustellen, dass alle verbleibenden Verunreinigungen vor der Lagerung oder dem Transport entfernt werden.

Welche Rolle spielt das Molekularsieb im Trennungsprozess?

Aus dem oben beschriebenen Prozess der Öl- und Gastrennung geht hervor, dass Molekularsiebe bei der Dehydratisierung von Rohöl und Erdgas gemäß den erforderlichen Spezifikationen sehr wichtig sind. Bei der Trennung enthalten die Rohkohlenwasserstoffe Wasserdampf, der zu Korrosion in den Pipelines, zur Bildung von Hydraten und zur Verringerung der Effizienz der Verarbeitung führt.

Die Molekularsiebe 3A, 4A, 5A und 13X werden in Adsorptionsanlagen zur Entfernung von Wasser aus Erdgasströmen eingesetzt, um die Bildung von Hydraten zu verhindern und die Weiterverarbeitung zu verbessern. Molekularsiebe werden in Kombination mit Kompressoren in Trennanlagen eingesetzt, um das beste Ergebnis bei der Aufbereitung des Gases zu erzielen. Die Glykolentwässerung kann ebenfalls eingesetzt werden, aber die Molekularsiebe ermöglichen eine tiefere Entwässerung, die für die Verarbeitung von Propan, Ethan und Butan erforderlich ist.

Nachstehend finden Sie einen Vergleich verschiedener Molekularsiebtypen, die bei der Erdgastrocknung eingesetzt werden:

Jalon Molekularsiebe für überragende Leistung

Jalon ist ein Hersteller von Molekularsieben, der eine Reihe von Hochleistungsmolekularsieben für die Öl- und Gastrennung anbietet, die den Anforderungen der Dehydratisierung und der Entfernung von Verunreinigungen entsprechen. Das Molekularsieb 3A ist ideal für die Dehydratisierung von Erdgas, da es keine Kohlenwasserstoffe adsorbiert und somit die Zusammensetzung nicht verändert. Die Molekularsiebe 4A und 5A haben eine bessere Adsorption von Wasser und leichten Kohlenwasserstoffen, um die Reinheit des Gases zu verbessern. Wenn sowohl CO₂ als auch H₂S abgetrennt werden müssen, ist das beste Adsorptionsmittel das Molekularsieb 13X. Das Unternehmen hat seine Molekularsiebe in verschiedenen Öl- und Gasanlagen auf der ganzen Welt eingesetzt und die folgenden Vorteile festgestellt:

• Hervorragende Feuchtigkeitsaufnahme für längere Entwässerungszyklen.
• Individuell anpassbare Lösungen, die auf einzigartige betriebliche Anforderungen zugeschnitten sind.
• Strenge Qualitätskontrollen gewährleisten Konsistenz und Zuverlässigkeit.

Optimierung von Trennungsprozessen & zukünftige Trends

Die Optimierung der Öl- und Gastrennung ist ein Prozess, der kontinuierlich durchgeführt werden muss. Zu den Möglichkeiten, die Effizienz zu steigern und Energie zu sparen, gehören die mehrstufige Trennung, die Automatisierung der Prozesssteuerung und die kontinuierliche Überwachung. In Zukunft wird die Industrie schrittweise zu saubereren Trennverfahren übergehen, die nachhaltiger und weniger umweltschädlich sind. Molekularsiebe werden die Hauptkomponente der neuen Generation von Gasbehandlungstechnologien sein, die effizienter und kostengünstiger sein werden.

Schlussfolgerung

Die Öl- und Gastrennung ist ein wichtiger Prozess, der zur Steigerung der Kohlenwasserstoffausbeute und der Zuverlässigkeit des Systems eingesetzt wird. Wenn man den Trennungsprozess versteht, die richtige Ausrüstung auswählt und neue Molekularsiebe verwendet, können die Betreiber hohe Produktionsraten zu niedrigen Kosten erzielen. Molekularsiebe von Jalon bieten ein Höchstmaß an Dehydratisierung, bessere Gasqualität und Produktivität für Ihr Unternehmen. Da sich die Industrie in Richtung Nachhaltigkeit und Energieeffizienz bewegt, werden innovative Lösungen wie Molekularsiebe auch in Zukunft die Zukunft von Öl und Gas bestimmen.