Membrantrennungs-Stickstoffgenerator für Ölfelder

Das Membranmodul nutzt die asymmetrische Hohlfasermembrantechnologie, um Stickstoff aus Druckluft zu trennen und anzureichern. Die Luft enthält 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff, 0.9 % Argon und 0.1 % andere Komponenten. Das Membranmodul produziert qualifizierten Stickstoff nach dem Prinzip der selektiven Permeation. Verschiedene Gaskomponenten lösen sich in der Membran und diffundieren, wodurch ihre eigenen, einzigartigen Permeationsraten entstehen. Sauerstoff ist ein schnelles Gas, das sich rasch auflöst und durch die Membranwand permeiert, während Stickstoff weiterhin durch den inneren Hohlraum der Faserfilamente strömt und einen stickstoffangereicherten Gasstrom bildet. Der sauerstoffangereicherte Gasstrom oder das Permeatgas permeiert bei atmosphärischem Druck aus der Membran und wird abgelassen. Die treibende Kraft für die Trennung ist der Partialdruckunterschied, der durch die verschiedenen Gaskomponenten zwischen dem inneren und äußeren Hohlraum der Membran entsteht.

Prozessablauf:

Druckluft wird in einem Kältetrockner oder Adsorptionstrockner getrocknet und anschließend durch einen Filter gereinigt. Die gereinigte Luft wird durch eine elektrische Heizung auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und gelangt schließlich in die Hohlfaserbündel eines Membranabscheiders. Unter Druck dringen Wasserdampf und Sauerstoff schnell durch die Membranwand, während Stickstoff langsam durchdringt und zurückgehalten wird. Durch das Reinheitskontrollsystem wird unqualifizierter Stickstoff abgelassen und qualifizierter Stickstoff für die Produktion verwendet.

Der Membranstickstoffgenerator besteht aus einem Hohlfasermembranmodul, einer Luftfiltervorrichtung, einem Luftheizsystem, einer Systemschutzvorrichtung, einem Online-Durchflussreinheitserkennungssystem sowie Steuer- und Elektrogeräten. Die Funktionen der einzelnen Geräte werden im Folgenden beschrieben.

1. Hohlfasermembrangruppe: Nutzung der asymmetrischen Hohlfasermembrantechnologie zur Trennung und Anreicherung von Stickstoff aus Druckluft.

2. Luftfiltergerät: Es entfernt alle Ölbestandteile aus der Druckluft, erreicht einen Ölgehalt von 0 ppm und eliminiert feste und flüssige Partikel größer als 0.01 μm.

3. Luftheizsystem: Das Membranmodul muss bei einer bestimmten Temperatur betrieben werden, um eine angemessene Gasproduktionsrate zu erreichen. Daher ist in der Zulaufleitung ein elektrischer Lufterhitzer mit automatischer Temperaturregelung installiert. Die Temperaturregelung wird durch einen Thermowiderstand erfasst und der Temperaturreglerausgang automatisch gemäß PID angepasst.

4. Anlagenschutzeinrichtung: Diese Einrichtung dient in erster Linie dem Schutz des Membranmoduls. Sie verhindert beispielsweise eine Beschädigung des Membranmoduls durch zu hohe Temperaturen.

5. Online-Erkennungssystem für Reinheit und Durchflussrate: Der Stickstoffanalysator erkennt den Sauerstoffgehalt im Stickstoff online, während der Durchflussmesser die Stickstoffdurchflussrate online misst.