Eksperimentelle undersøkelser av utfrysing i naturgass-systemer: Experimental investigations of freeze out in natural gas systems

Abstract

Hensikten med denne masteroppgaven er å undersøke problemer knyttet til frysepunkt og utfrysning av kritiske komponenter ved naturgasskondensering. Utfrysing og plugging av rør og varmevekslere er en alvorlig utfordring for kryogene prosessanlegg i drift. På grunn av høye trippelpunktstemperatur og relativ høy konsentrasjon i forhold til løselighetsgrensen i naturgass, er det lagt vekt på de kritiske komponentene CO2, benzen og vann i binær blanding med metan, ettersom metan er den største andelen i naturgass. Den teoretiske delen innbefatter en oversikt over basisen for termodynamisk likevekt og en kortfattet oppsummering av tidligere relevant arbeid med CH4-CO2, CH4-benzen og CH4-H2O innenfor utfrysning. Oppgaven fokuserer på utfrysning av rene komponenter og ikke på hydratdannelse.I den eksperimentelle delen er utfrysningsriggen (PVT-80/170 LT) til StatoilHydro Rotvoll brukt, og det er planlagt forsøk med ren CO2, 90 mol% CH4-10 mol% CO2, og 99,99 mol% CH4-0,01 mol% H2O. Grunnet helsefare knyttet til benzen er det ikke planlagt eller gjennomført forsøk med benzen i denne oppgaven. Bakgrunnen for valg av de ulike komposisjonene er testskjemaet til forsøksriggen utarbeidet av StatoilHydro, samt tilgjengelig litteratur. Den viktigste faktoren er imidlertid at utfrysningsriggen per dags dato ikke er klar for å operere med noe annet en kjente blandinger, der man på forhånd vet hvilke komponent som vil fryse ut. Gasskomposisjonene er også valgt for å muliggjøre visuell observasjon av utfrysning, og er derfor noe forskjellig fra spesifikasjonene i LNG-anlegg.Ettersom prøvetakingssystemet er borte fra den opprinnelig utfrysningsriggen, er det planlagt forsøk med visuell observasjon, IR og trykk-/volummåling. Trykk-/volummåling er benyttet for primær deteksjon, IR for sekundær og visuell observasjon for tertiær deteksjon av utfrysning.Grunnet lengre tid per forsøk enn beregnet med ren CO2, lengre tid for StatoilHydro å utføre HAZOP, i tillegg til flere utfordringer knyttet til riggen enn først antatt ble det i denne masteroppgaven ikke anledning til å gjennomføre forsøk med CH4 CO2 eller CH4 H2O. Ved gjennomføring av eksperimentene med ren CO2 ble det avdekket forhold som måtte utbedres. Det er foreslått noen enkle og noen litt mer kompliserte forbedringer av riggen. Noen av forslagene er utført i løpet av masteroppgaven, blant annet isolering av rør, mens andre forslag vil kreve lenger tid å utføre, herunder nytt prøvetakingssystem. Ved videreføring av oppgaven er det foreslått å gjennomføre forsøk med CH4-CO2 og CH4-H2O med prosedyren gitt i denne oppgaven. I tillegg foreslås det å utføre flere forsøk med CH4-CO2, men da med mindre andel CO2.