U.S. Umweltbehörde (EPA) verbietet erdgasbetriebene Pumpen

Jeder in der Öl- und Gasindustrie wusste, dass es kommen würde. Das Ende der "kostenlosen" Energie, der Nutzung von Erdgasdruck zum Betrieb von Pumpen für die Dehydrierung von Glykolgas und den allgemeinen Flüssigkeitstransfer. Denn sie ist tatsächlich alles andere als kostenlos. Zu den Kosten gehören entgangene Einnahmen aus dem Gasverkauf und die Freisetzung von gefährlichen Luftschadstoffen und Treibhausgasen.

Eine neue EPA-Vorschrift, die am 2. Dezember 2023 veröffentlicht wurde und für neue und bestehende Öl- und Gasbetriebe gilt, verlangt den Einsatz von emissionsfreien Pumpen anstelle von erdgasbetriebenen Pumpen, mit sehr wenigen Ausnahmen. Außerdem werden andere erdgasbetriebene Geräte eingeschränkt, flüchtige Emissionen begrenzt und das Abfackeln von Begleitgas reduziert. Einzelheiten finden Sie in der EPA-Methanverordnung unter https://www.epa.gov/controlling-air-pollution-oil-and-natural-gas-operations/epas-final-rule-oil-and-natural-gas.

Funktionsweise und Auswirkungen gasbetriebener Pumpen

Praktisch alle erdgasbetriebenen Pumpen sind Verdrängerpumpen mit Hubkolbenantrieb. Sie arbeiten mit dem Druckunterschied zwischen dem Gasleitungsdruck und dem atmosphärischen Druck. Im Auslasshub bewegt das unter hohem Druck stehende Erdgas einen Kolben oder eine Membran, um die Flüssigkeit auf der anderen Seite auszutreiben, und im Ansaughub wird das Erdgas in die Atmosphäre entlassen.

Das Ergebnis ist, dass Methan, ein starkes Treibhausgas, das dreißigmal stärker ist als CO2, zusammen mit anderen Schadstoffen wie CO2, NOx, SO2, H2S und BTEX-Abgasen entweder in die Atmosphäre entweicht oder zu einer Fackel geleitet wird, wo es buchstäblich in Rauch aufgeht. Dies ist nicht nur für die Betreiber gefährlich, sondern bei schätzungsweise 40.000 Trocknungsanlagen allein in den USA auch für die Bevölkerung im Allgemeinen.

Eine wichtige Anwendung für erdgasbetriebene Pumpen ist die Flüssigtrockenlegung von Erdgas, bei der dem Gas Wasser entzogen wird, um Korrosion und Hydratbildung zu verhindern, die Gasleitungen verstopfen können. Bei diesem Verfahren wird mageres (wasserarmes oder wasserfreies) Triethylenglykol (TEG) bei einem Leitungsdruck von bis zu 1500 PSI in einen mit Erdgas gefüllten Kontaktturm gepumpt, wo es Wasser und Dampf, die im Gas enthalten sind, absorbiert. Dieses reiche (wasserhaltige) Glykol fließt dann zu einem Reboiler, wo das Wasser verdampft und das heiße Glykol in einem geschlossenen Kreislauf zurück in den Kontaktturm gepumpt wird. Gasbetriebene Glykolpumpen, die auch als "Energieaustausch-" oder "pneumatische" Pumpen bekannt sind, waren die einzige Möglichkeit, diesen Entwässerungsprozess durchzuführen, bevor Elektrizität an Bohrlöchern allgemein verfügbar war. Diese Pumpen stoßen ihr verbrauchtes Antriebsgas ab, das dann in die Atmosphäre abgeleitet oder abgefackelt wird (siehe Abbildung unten).

Diese Freisetzung von Erdgas in das reiche TEG ist genau das, was die EPA verbietet.

Ein weiteres Problem mit diesen Pumpen wird in der EPA-Publikation "Replacing Gas-Assisted Glycol Pumps with Electric Pumps" aus dem Jahr 2006 hervorgehoben, als man versuchte, die Anwender zu einem freiwilligen Wechsel zu bewegen. "Außerdem wird bei gasbetriebenen Pumpen das nasse Hochdruck-TEG dem trockenen Niederdruck-TEG an vier Stellen gegenübergestellt, wobei die beiden Kolben durch Ringe und O-Ringe an der zentralen Kolbenstange voneinander getrennt sind. Wenn die Kolbenringe abgenutzt oder gerillt sind oder die O-Ringe verschleißen, entweicht das fette TEG und verunreinigt das magere TEG. Diese Verunreinigung verringert die Fähigkeit des Dehydrators, Wasser zu absorbieren, und reduziert die Effizienz des Systems. Schließlich reicht die Verunreinigung aus, um zu verhindern, dass das Gas die Pipelinespezifikationen erfüllt (in der Regel 4 bis 7 lb Wasser pro MMcf). Bereits eine Verunreinigung von 0,5 Prozent des mageren TEG-Stroms kann die Zirkulationsrate verdoppeln, die erforderlich ist, um die gleiche effektive Wasserentfernung zu gewährleisten. In einigen Fällen können die Betreiber das TEG zu stark umwälzen, da der Trockner an Effizienz verliert, was wiederum zu noch höheren Emissionen führen kann."

Diese Energieaustauschpumpen verbrauchen zwischen 1,7 scf und 8,3 scf Verkaufsgas pro Gallone Magerglykolfluss, was bedeutet, dass eine einzige Pumpe Hunderte von Dollar pro Tag verbrauchen kann. Das sind Hunderttausende von Dollar pro Jahr an Verkaufsgasverlusten!

Die Lösung: Null-Emissions-Pumpen

Die Alternative, oder in der EPA-Sprache BSER (Best System of Emission Reduction), ist der Einsatz von Null-Emissions-Pumpen, bei denen es sich in der Regel um elektromotorisch angetriebene rotierende Verdrängerpumpen und nicht um gasbetriebene Kolbenpumpen handelt. Drehkolbenpumpen können noch höhere Drücke als gasbetriebene Pumpen erzeugen, bieten einen größeren Fördermengenbereich und eliminieren die bei Kolbenpumpen übliche Pulsation.

Motorgetriebene rotierende Verdrängerpumpen wie die GB-410 Series™ und GB-414 Series™ von Viking beseitigen praktisch alle Nachteile, die mit gasbetriebenen Pumpen für die Glykolentwässerung verbunden sind, und meistern gleichzeitig alle Herausforderungen dieser Anwendung, einschließlich hoher Drücke, hoher Temperaturen, schwankender Viskosität, abrasiver Stoffe und Remote-Betrieb rund um die Uhr. Mit Tausenden von erfolgreichen Installationen in allen großen Gasvorkommen bieten diese Pumpen Kapazitäten von 2,5 bis 128 GPM (9,5 bis 485 lpm) bei bis zu 103 bar (1500 PSI) Differenzdruck. Ihr einzigartiges Design verhindert ein Blockieren aufgrund von Wärmeschocks beim Anfahren, eine häufige Fehlerart bei anderen Kreiselpumpen, deren Zahnräder sich schneller ausdehnen können als das Gehäuse, wenn sie mit heißer Flüssigkeit beaufschlagt werden. In diesem Fall berühren die sich drehenden Zahnräder das Gehäuse, den Kopf und/oder die Halterung, wobei sie sich festfressen und die Pumpe zerstören.

Die TEG-Pumpen von Viking sind für eine Temperatur von 176⁰C (350⁰F) ausgelegt und können bis zu einem Temperaturunterschied von 225⁰ ohne Berührung standhalten, was die Startroutinen des Dehydrators vereinfacht, die ansonsten ein langsames Aufwärmen der Pumpe unter niedrigem Druck über einen Bypass erfordern würden. Diese Fähigkeit wird in diesem Video dokumentiert:

Zusätzliche Anwendungen: Umfüllen von Erdgasflüssigkeit in ein Lager

Eine weitere häufige Anwendung für gasbetriebene Pumpen ist der Transfer von Erdgasflüssigkeiten (NGLs) zur Lagerung oder vom Lager zum Tankwagen. Für den Flüssigkeitstransfer werden häufig druckluftbetriebene Doppelmembranpumpen (AODD-Pumpen) verwendet, die für den Betrieb mit Erdgas anstelle von Druckluft angepasst wurden. Für diese Pumpen muss das einströmende Erdgas gefiltert und auf einen Druck von etwa 7 bar (100 PSI) reduziert werden, was auch der maximale Förderdruck für diese Pumpen ist. AODD-Pumpen leiten erhebliche Mengen an Treibgas direkt in die Atmosphäre ab.

Viking Pump bietet hier motorgetriebene Alternativen an, darunter rotierende PD-Innenzahnrad-, Außenzahnrad- und Flügelzellenpumpen, die eine sanfte Ansaugung und eine niedrige erforderliche Netto-Saughöhe (NPSHr) aufweisen, um das Flashen von flüchtigem Gaskondensat zu minimieren, und die dennoch einen höheren Durchfluss und Druck als AODDs bieten.

Wie bei allen Viking Pumpen ist die Fördermenge direkt proportional zur Drehzahl, unabhängig vom entstehenden Druck, was eine einfache Steuerung der Fördermenge ermöglicht. Sie bieten die Wahl zwischen mechanischen Dichtungen und dichtungslosen Magnetantrieben.

Die Welt verändert sich, und erdgasbetriebene Pumpen sind wie Dinosaurier am Rande des Aussterbens. Mit dem Inkrafttreten der neuen EPA-Vorschriften müssen die Betreiber mit der Umstellung auf emissionsfreie Pumpen beginnen, zusammen mit allen anderen erforderlichen Änderungen an Ausrüstung und Betrieb. Das Energieteam von Viking Pump und seine autorisierten Vertriebspartner sind Experten für diese Anwendungen und unterstützen Sie gerne bei der notwendigen Umstellung auf emissionsfreie Pumpen.