Podciśnieniowy układ regeneracji glikoli (TEG/TREG) w instalacjach osuszania gazu ziemnego z wykorzystaniem pompy strumienicowej

Abstract

Przedmiotem rozprawy jest zwiększenie efektywności procesu osuszania gazu ziemnego metodą glikolową poprzez ulepszenie układu regeneracji sorbentu. Autor zaproponował nowatorską metodę regeneracji tri- i tetraetylenoglikolu (TEG i TREG) polegającą na obniżeniu ciśnienia wrzenia roztworu glikolu za pomocą strumienicy gazowej. Wytworzenie podciśnienia w warniku kolumny destylacyjnej pozwala uzyskać wyższe stężenie glikolu lean (ubogiego w wodę) niż w tradycyjnej regeneracji przy ciśnieniu atmosferycznym. Dzięki temu osuszany gaz może osiągnąć niższe wartości temperatury punktu rosy fazy wodnej, co oznacza skuteczniejsze usunięcie wilgoci. W ramach pracy wykonano symulacje procesowe modelu instalacji, obliczenia CFD zaprojektowanych strumienie oraz analizę egzergetyczną całego procesu. Wyniki potwierdziły słuszność tezy - użycie strumienicy zwiększa efektywność regeneracji zarówno TEG, jak i TREG, co przekłada się na głębsze osuszanie gazu. W szczególności uzyskano glikol TEG o stężeniu powyżej 98,4% oraz TREG powyżej 99%, co umożliwiło osuszenie gazu do bardzo niskiego punktu rosy. Metoda okazała się szczególnie przydatna przy niskim ciśnieniu gazu złożowego, typowym dla końcowych etapów eksploatacji złóż - w takich warunkach konwencjonalne osuszanie glikolem traci skuteczność, natomiast zastosowanie podciśnieniowej regeneracji glikolu pozwala utrzymać wymagany stopień osuszenia. Analiza egzergetyczna wykazała, że proponowany układ cechuje się niższą destrukcją egzergii (mniejszymi stratami energii) w porównaniu z alternatywnymi metodami iniekcji gazu strippingowego, wstępnym sprężaniem i chłodzeniem gazu itp. Oznacza to, że nowa metoda jest bardziej energooszczędna i może obniżyć koszty operacyjne. Potwierdzono również, że zapotrzebowanie na gaz napędowy strumienicy jest niewielkie w stosunku do uzyskiwanych korzyści procesowych. Zaproponowana technologia została objęta ochroną patentową (PL i UE) i stanowi atrakcyjną alternatywę dla istniejących rozwiązań komercyjnych (GLYNOXX/DRIZO, COLDFINGER, itp.), dzięki niskim nakładom inwestycyjnym oraz łatwej integracji z istniejącymi instalacjami. Praca wnosi zatem istotny wkład w rozwój technik osuszania gazu ziemnego, prezentując nową, efektywną energetycznie i ekonomicznie metodę poprawy procesu glikolowego. The dissertation focuses on enhancing the efficiency of natural gas dehydration by improving the glycol regeneration stage. The author proposes a novel method of regenerating triethylene and tetraethylene glycol (TEG and TREG) by creating a vacuum in the glycol reboiler using a gas ejector. Lowering the pressure in the distillation column allows the glycol solution to boil at a lower temperature, thus achieving a higher lean glycol concentration than in standard atmospheric regeneration. As a result, the dried gas attains a lower water dew point temperature, indicating more effective moisture removal. The research involved process simulations of the dehydration system, CFD modeling of the ejector, and a thorough exergy analysis of the process. The results confirmed the thesis - using an ejector to induce a vacuum significantly improves the regeneration efficiency of both TEG and TREG, leading to deeper gas dehydration. Lean TEG concentrations above 98.4% and lean TREG above 99% were achieved, enabling the gas to be dried to a very low water dew point. The method proved especially beneficial for low-pressure gas streams typical of late-stage gas field production - under such conditions, conventional TEG dehydration struggles to meet dew-point specifications. In contrast, vacuum glycol regeneration maintains the required performance. Exergy analysis demonstrated that the proposed system incurs much lower exergy destruction (irreversible energy losses) than alternative enhancement methods such as stripping gas injection or feed gas pre-compression. This indicates superior thermodynamic efficiency and potential reductions in energy consumption and operating costs. The required motive gas for the ejector is relatively small, making the energy trade-off highly favorable. The proposed technology has been patented (Poland and the EU). It represents an attractive alternative to existing commercial solutions (e.g., GLYNOXX/DRIZO, COLDFINGER), thanks to its low capital cost and ease of retrofit into existing installations. In summary, the dissertation makes a significant contribution by introducing a new, energy-efficient, and cost-effective method to improve glycol-based gas dehydration.