Jul 13,2026
Erdgas, Raffineriegas und Flüssiggas (LPG) enthalten üblicherweise Schwefelwasserstoff (H 2S) und Kohlendioxid (CO 2). Diese sauren Gase müssen entfernt werden, bevor das Gas transportiert oder weiterverarbeitet werden kann. Unter den verfügbaren Gasreinigungsverfahren ist die Aminabsorption nach wie vor am weitesten verbreitet, da sie eine hohe Entfernungseffizienz aufweist und das Lösemittel regeneriert werden kann, um einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen.
In modernen Gasentschwefelungsanlagen zirkulieren Lösungsmittel wie MDEA (Methyldiethanolamin), DEA (Diethanolamin) und MEA (Monoethanolamin) kontinuierlich zwischen Absorber und Regenerator. Obwohl diese Amin-Lösungsmittel wiederverwendbar sind, werden sie im Langzeitbetrieb allmählich verunreinigt. Schwerer Kohlenwasserstoffe, Abbauprodukte, hitzestabile Salze, Korrosionspartikel, Schmieröle und andere Verunreinigungen sammeln sich in der zirkulierenden Lösung an. Sobald die Verunreinigung einen bestimmten Grad erreicht, beginnt die Gesamtleistung des Amin-Systems abzufallen.
Aus diesem Grund ist die Aktivkohlefiltration zu einer Standardkomponente in vielen Aminbehandlungssystemen geworden. Statt H₂S direkt zu entfernen, bewahrt die Aktivkohle die Reinheit des Lösungsmittels und ermöglicht es der Aminlösung, über einen deutlich längeren Zeitraum hinweg mit ihrer vorgesehenen Effizienz zu arbeiten.
Jede Amin-Einheit ist Kontaminanten aus mehreren Quellen ausgesetzt. Das Speisegas führt häufig kondensierbare Kohlenwasserstoffe, Kompressorenöle und feine feste Partikel ein. Gleichzeitig erzeugt die innere Korrosion Eisensulfid- und Rostpartikel, während wiederholte Erhitzung während der Lösungsmittelregeneration schrittweise Abbauprodukte erzeugt, die sich in der Aminlösung lösen.
Viele dieser Kontaminanten können nicht durch herkömmliche mechanische Filter entfernt werden, da sie gelöst und nicht suspendiert vorliegen. Mit zunehmender Kontamination bemerken Betreiber typischerweise instabiles Schaumverhalten, verringerte Absorptionseffizienz, erhöhten Druckabfall und höhere Lösungsmittelverluste. In schweren Fällen kann eine starke Kontamination sogar einen ungeplanten Anlagenstillstand zur Lösungsmittelwechsel oder Reinigung der Ausrüstung erzwingen.
Unter den verschiedenen Amin-Lösungsmitteln wird MDEA aufgrund seiner hervorragenden Selektivität bei der H₂S-Entfernung weit verbreitet eingesetzt. Langfristiger Betrieb führt jedoch zwangsläufig zur Anreicherung von Kohlenwasserstoffen, hitzestabilen Salzen, Abbauprodukten, Eisenpartikeln und anderen Verunreinigungen. Diese Verunreinigungen mindern nicht nur die Entschwefelungseffizienz, sondern stellen auch eine der größten betrieblichen Herausforderungen in Amin-Anlagen dar – das Schaumbildungsproblem.
Die Schaumbildung in Amin-Anlagen gehört zu den häufigsten Ursachen für Betriebsverluste. Schwere Schaumbildung führt zu Flüssigkeitsmitnahme, erhöhtem Druckabfall über Absorber und Regeneratoren, verringerter Verarbeitungskapazität sowie schlechter Massentransfer-Effizienz. Dadurch kann das aufbereitete Erdgas möglicherweise die geforderten H₂S-Spezifikationen nicht erfüllen. Zudem können große Mengen an Amin-Lösung mit dem Schaum stromabwärts transportiert werden, was zu kontinuierlichen chemischen Verlusten führt. Die Betreiber sind oft gezwungen, die Anlagenleistung zu reduzieren und kontinuierlich Antischaummittel zuzudosieren, was die Betriebskosten erheblich erhöht.
Die Hauptursachen für Schaumbildung sind schwere Kohlenwasserstoffe (C5+), Schmieröle, Kompressoröle, suspendierte Feststoffe und Amindergradiationsprodukte. Diese Stoffe wirken als Tenside, verringern die Oberflächenspannung der Aminlösung und fördern die Bildung beständigen Schaums.
Daher ist die Aufrechterhaltung der Lösungsmittelqualität genauso wichtig wie die Auswahl der geeigneten Aminformulierung.
Granulierte Aktivkohle (GAC) wird üblicherweise in einer Nebenstrom-Filtrationsschleife installiert, wobei ein Teil der mageren Aminlösung kontinuierlich durch das Aktivkohlebett fließt, bevor sie wieder in den Prozess zurückgeführt wird.
Aufgrund ihrer hochentwickelten Porenstruktur und ihrer enormen inneren Oberfläche adsorbiert Aktivkohle effektiv eine breite Palette gelöster organischer Verunreinigungen.
Im Gegensatz zu Kartuschen- oder Sackfiltern, die vorwiegend suspendierte Feststoffe entfernen, bindet Aktivkohle Kohlenwasserstoffe, Abbauprodukte, Tenside, organische Säuren und andere Verbindungen, die für die Verschmutzung des Lösungsmittels verantwortlich sind. Durch die kontinuierliche Entfernung dieser Verunreinigungen erhält die Aktivkohle die Qualität des Lösungsmittels bei laufendem Anlagenbetrieb aufrecht.
Ein saubereres Lösungsmittel verbessert nicht nur die Effizienz der Gasbehandlung, sondern verlängert auch die Einsatzdauer des Lösungsmittels, verringert die Austauschhäufigkeit und senkt die langfristigen Betriebskosten.
In Amin-Zirkulationssystemen stellt die Adsorption durch Aktivkohle eine der effektivsten Methoden zur Vermeidung von Schaumbildung und Verschmutzung dar. Statt lediglich Partikel einzufangen, entfernt Aktivkohle Verunreinigungen durch Adsorption – ein oberflächenbasiertes Trennverfahren, das durch molekulare Wechselwirkungen angetrieben wird.
Aktivkohle entfernt wirksam hitzestabile Salze, Abbauprodukte, Kohlenwasserstoffe, Schaumbildner und farbige Verunreinigungen aus Amin-Lösungen. In MDEA-Systemen besteht seine Hauptfunktion darin, Kohlenwasserstoffe und Verunreinigungen, die für die Schaumbildung verantwortlich sind, zu eliminieren.
Schaumbildung gehört zu den häufigsten Betriebsproblemen in Amin-Reinigungsanlagen. Stabiler Schaum verringert den Gas-Flüssigkeits-Kontakt im Absorber, was die Entfernungseffizienz von H 2S und CO₂ senkt und gleichzeitig den Lösungsmittelaustrag sowie den Energieverbrauch bei der Regeneration erhöht.
Erfahrungen aus dem Feld zeigen durchgängig, dass übermäßige Schaumbildung eng mit der Anreicherung organischer Verunreinigungen im Lösungsmittel verbunden ist. Aktivkohle senkt wirksam die Konzentration dieser Verbindungen, wodurch der Schaum weniger stabil wird und die Blasen schneller kollabieren.
Studien an kontaminierten MDEA-Lösungen haben gezeigt, dass ein ausreichender Kontakt zwischen Aktivkohle und dem Lösungsmittel die Effizienz der Schadstoffentfernung deutlich verbessert. Anlagen mit wirksamer Aktivkohlefiltration weisen in der Regel weniger Schaumbildung auf, arbeiten stabiler und ermöglichen eine längere Einsatzdauer des Lösungsmittels.
Forschungsergebnisse zeigen zudem, dass die entwässernde Wirkung der Aktivkohle unmittelbar sowohl von der Kontaktzeit als auch von der Dosierung abhängt. Eine Mindestkontaktzeit von etwa 15 Minuten ist im Allgemeinen erforderlich, um eine zufriedenstellende Schadstoffentfernung und Schaumreduktion zu erreichen. Eine Erhöhung der Aktivkohledosierung unterdrückt die Schaumbildung weiter; Studien berichten über einen nahezu linearen Zusammenhang bis zu einer Dosierung von etwa 50 Gew.-%. Oberflächenspannungsmessungen bestätigen, dass stark schäumende MDEA-Lösungen nach einer sachgerechten Aktivkohlebehandlung nahezu schaumfrei gereinigt werden können.
Nicht alle aktivierten Kohlenstoffe weisen bei der Aminfiltration die gleiche Leistung auf. Die Adsorptionswirksamkeit hängt von der Porenstruktur, dem Rohmaterial, der mechanischen Festigkeit und der Partikelgrößenverteilung ab.
Ein hochwertiger körniger Aktivkohle sollte über ein gut entwickeltes Porensystem verfügen, das in der Lage ist, organische Verunreinigungen zu adsorbieren, und gleichzeitig eine ausgezeichnete Härte aufweisen, um einen kontinuierlichen Betrieb mit minimaler Abnutzung zu gewährleisten.
Für Raffinerien und Erdgasaufbereitungsanlagen wirkt sich die Auswahl der geeigneten Aktivkohle unmittelbar auf die Reinigungsleistung aus. Zu den wichtigsten Auswahlkriterien zählen:
Jodzahl: Zeigt die Adsorptionskapazität für kleine Moleküle an. Für die Aminfiltration verwendete Aktivkohle erfordert typischerweise eine Jodzahl über 900 mg/g; höhere Jodzahlen führen im Allgemeinen zu einer besseren Adsorptionsleistung.
Porenstruktur: Dies ist der entscheidende Faktor. Schwerere Kohlenwasserstoffe, Gummisubstanzen und Asphalten sind vergleichsweise große Moleküle; daher ist eine gut entwickelte mesoporöse (2–50 nm) und makroporöse (> 50 nm) Struktur unerlässlich. Aktivkohle aus Kokosnussschalen weist einen hohen Anteil an Mikroporen auf und eignet sich daher ideal zum Adsorbieren kleiner Abbauprodukte, während kohlebasierte Pellet-Aktivkohle einen höheren Anteil an Mesoporen bietet und somit besser zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen und schaumbildenden Substanzen geeignet ist. Eine ausschließlich hohe Mikroporosität kann durch kleine Moleküle verstopft werden und verringert dadurch die Adsorption größerer Verunreinigungen.
Mechanische Festigkeit: In kontinuierlich zirkulierenden, druckbeaufschlagten Flüssigkeitssystemen zerfällt Aktivkohle mit geringer Festigkeit leicht zu Feinpartikeln, was die Schaumbildung verschlechtern und nachgeschaltete Präzisionsfilter verstopfen kann. Eine Härte von über 95 % wird allgemein empfohlen.
Oberfläche: Eine spezifische Oberfläche von mindestens 800 m²/g wird empfohlen, um eine ausreichende Adsorptionskapazität sicherzustellen; Premium-Produkte überschreiten diesen Wert häufig mit mehr als 1.000 m²/g.
Die Auswahl des richtigen Aktivkohlefilters und die regelmäßige Überwachung der Lösungsmittelqualität können die Filterleistung deutlich verbessern und die Standzeit verlängern.
In einer großen Erdgasaufbereitungsanlage mit schwerem MDEA-Schaumbildungsproblem führte der Austausch des Filtermediums gegen 8 *30-Mesh-körnige Aktivkohle zur vollständigen Eliminierung der Schaumbildung, zur Wiederherstellung normaler Druckdifferenzen sowohl im Absorber als auch im Regenerator, zur Stabilisierung der H 2S-Konzentration innerhalb der Spezifikationen für das Produktgas, zur Reduzierung der Amin-Übertragungsverluste um mehr als 70 % und zu einem drastischen Rückgang des Verbrauchs an Antischaumchemikalien.
In einer weiteren Anlage, kohlenstoffbasiertes aktivierte Kohle der am Ausgang der Amin-Umwälzpumpe installierte Filter reduzierte die Schaumbildung um 90 %, verbesserte die Gesamtsystemstabilität und senkte den Regenerationsenergieverbrauch um ca. 15 %. Branchenberichte weisen zudem darauf hin, dass fachgerecht ausgelegte Aktivkohlefiltersysteme die Amin-Neuzufuhrkosten um 15–30 % senken und ungeplante Anlagenstillstände um nahezu 50 % verringern können.
Fazit
Obwohl Aktivkohle Amin-Lösungsmittel für die Entfernung saurer Gase nicht ersetzt, spielt sie eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Lösungsmittelreinheit und gewährleistet einen stabilen Betrieb von Gasentschwefelungsanlagen. Durch die Entfernung gelöster organischer Verunreinigungen, die mechanische Filter nicht erfassen können, minimiert Aktivkohle die Schaumbildung, verringert die Verschmutzung, steigert die Effizienz der Gasreinigung und verlängert die Lebensdauer des Lösungsmittels.
Da Erdgasaufbereitungsanlagen weiterhin den Schwerpunkt auf Betriebssicherheit und Kostenreduzierung legen, stellt ein fachgerecht ausgelegtes Aktivkohle-Filtersystem nach wie vor eine der praktikabelsten und kosteneffizientesten Investitionen dar, um die Langzeitleistung von Aminbehandlungsanlagen zu maximieren.
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