Investigation of Natural Gas Dehumidification through Adsorption in One of the CNG Stations in Mazandaran Province

Document Type : Original Article

Authors
Armin Hasanpour 1
Alireza Tabazadeh 2
Alireza Afsharpour 3
Diana Vaezi 4
1 B.Sc., Faculty of Chemical and Materials Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Engineering Group, Kimia Faravari Vandad Sharif Company (VanTech), Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Chemical and Materials Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
4 B.Sc. Student, Faculty of Chemical and Materials Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
20.1001.1/jgt.2026.2081987.1067
Abstract
Natural gas dehumidification is a critical stage in the refining process to ensure the quality of Compressed Natural Gas (CNG). This study investigates the performance of an industrial dehumidification unit at a CNG station in Jouybar, Mazandaran, utilizing a dual-bed system packed with Molecular Sieve A3 and Activated Alumina. The primary objective was to evaluate the impact of varying adsorption cycle times (ranging from 6 to 36 hours) on the water removal efficiency, while maintaining a fixed regeneration interval. The performance was assessed by measuring the quantity of desorbed water and condensed heavy hydrocarbons (organic impurities) during the regeneration phase. The results indicated that the adsorption efficiency is significantly dependent on the cycle duration. The maximum specific water desorption was observed in the 6-hour cycle, achieving approximately 3.50 g of water per kg of adsorbent. In contrast, extending the cycle to 36 hours drastically reduced water removal to 0.49 g/kg. Analysis revealed that during longer cycles, the co-adsorption of heavy hydrocarbons (e.g., pentane and hexane) blocks the adsorbent pores, creating mass transfer resistance and preventing effective water uptake. Furthermore, the fixed regeneration time was insufficient for fully cleaning the saturated beds in longer cycles. Consequently, to maintain the outlet gas moisture content below the permissible limit (mass fraction of 36.70 ppm), reducing the adsorption cycle time to 6 hours is recommended to mitigate organic fouling and ensure complete adsorbent regeneration.
Keywords
Gas Dehydration
Adsorption
Molecular Sieve A3
CNG Station
Organic Fouling
Subjects

Article Title Persian

بررسی رطوبت‌زدایی گاز طبیعی از طریق جذب سطحی در یکی از جایگاه‌های CNG استان مازندران

Authors Persian

آرمین حسن پور 1
علیرضا تبازاده 2
علیرضا افشارپور 3
دیانا واعظی 4
1 کارشناسی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه صنعتی شاهرود، سمنان، ایران
2 گروه مهندسی، کیمیا فراوری ونداد شریف (ونتک)، تهران، ایران
3 استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
4 دانشجوی کارشناسی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
Abstract Persian

رطوبت‌زدایی گاز طبیعی یک مرحله حیاتی در فرآیند پالایش برای تضمین کیفیت گاز طبیعی فشرده (CNG) است. این مطالعه عملکرد یک واحد رطوبت‌زدایی صنعتی در یک ایستگاه CNG در جویبار، مازندران را با استفاده از یک سیستم دو بستری پر شده با غربال مولکولی A3 و آلومینای فعال بررسی می‌کند. هدف اصلی ارزیابی تأثیر زمان‌های مختلف چرخه جذب (از ۶ تا ۳۶ ساعت) بر راندمان حذف آب، ضمن حفظ یک بازه زمانی ثابت برای احیا بود. عملکرد با اندازه‌گیری مقدار آب دفع شده و هیدروکربن‌های سنگین متراکم شده (ناخالصی‌های آلی) در طول مرحله احیا ارزیابی شد. نتایج نشان داد که راندمان جذب به‌طور قابل‌توجهی به مدت‌زمان چرخه وابسته است. حداکثر دفع ویژه آب در چرخه ۶ ساعته مشاهده شد و تقریباً ۳/۵۰ گرم آب به ازای هر کیلوگرم جاذب به دست آمد. در مقابل، افزایش چرخه به ۳۶ ساعت، حذف آب را به‌شدت به ۰/۴۹ گرم در کیلوگرم کاهش داد. تجزیه‌وتحلیل نشان داد که در طول چرخه‌های طولانی‌تر، جذب هم‌زمان هیدروکربن‌های سنگین (مانند پنتان و هگزان) منافذ جاذب را مسدود می‌کند، مقاومت در برابر انتقال جرم ایجاد می‌کند و از جذب مؤثر آب جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، زمان ثابت بازسازی برای تمیز کردن کامل بسترهای اشباع در چرخه‌های طولانی‌تر کافی نبود. در نتیجه، برای حفظ رطوبت گاز خروجی زیر حد مجاز (کسر جرمی محاسبه شده ۳۶/۷۰ppm)، کاهش زمان چرخه جذب به ۶ ساعت برای کاهش رسوب آلی و اطمینان از بازسازی کامل جاذب توصیه می‌شود.

Keywords Persian

رطوبت‌گیری گاز
جذب سطحی
غربال مولکولی A3
جایگاه CNG
گرفتگی آلی
  1. Aleghafouri A, Davoudi M. Modeling and simulation of a pressure–temperature swing adsorption process for dehydration of natural gas. Adsorption 2018;24:121–33. https://doi.org/10.1007/s10450-017-9924-z.
  2. Caqueret V, Bostyn S, Cagnon B, Fauduet H. Purification of sugar beet vinasse – Adsorption of polyphenolic and dark colored compounds on different commercial activated carbons. Bioresource Technology 2008;99:5814–21. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.10.009.
  3. Farag HAA, Ezzat MM, Amer H, Nashed AW. Natural gas dehydration by desiccant materials. Alexandria Engineering Journal 2011;50:431–9. https://doi.org/10.1016/j.aej.2011.01.020.
  4. Gholami M, Talaie MR, Roodpeyma S. Mathematical modeling of gas dehydration using adsorption process. Chemical Engineering Science 2010;65:5942–9. https://doi.org/10.1016/j.ces.2010.08.026.
  5. Hasanpour A, Tabazadeh A, Bouteldja M. Investigation Theoretical and Modeling of Hydrocarbon Sediment Formation in Distillation Towers of Monomer Styrene Production Process. Adv J Chem Sect B Nat Prod Med Chem 2025;7. https://doi.org/10.48309/ajcb.2025.513046.1311.
  6. ISO 15403-1:2006. ISO n.d. https://www.iso.org/standard/44211.html (accessed June 16, 2026).
  7. Mehrpooya M, Ghasemzadeh H. Design and modeling of an operating natural gas dehydration process using adsorption method. Journal of Mechanical Engineering, University of Tabriz. https://doi.org/10.22034/jmeut.2020.9995.
  8. Mette B, Kerskes H, Drück H, Müller-Steinhagen H. Experimental and numerical investigations on the water vapor adsorption isotherms and kinetics of binderless zeolite 13X. International Journal of Heat and Mass Transfer 2014;71:555–61. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.12.061.
  9. Nastaj J, Ambrożek B. Analysis of gas dehydration in TSA system with multi-layered bed of solid adsorbents. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 2015;96:44–53. https://doi.org/10.1016/j.cep.2015.08.001.
  10. Nemr AE. Potential of pomegranate husk carbon for Cr(VI) removal from wastewater: Kinetic and isotherm studies. Journal of Hazardous Materials 2009;161:132–41. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.03.093.
  11. Palomba V, Nowak S, Dawoud B, Frazzica A. Dynamic modelling of Adsorption systems: a comprehensive calibrateddataset for heat pump and storage applications. Journal of Energy Storage 2021;33:102148. https://doi.org/10.1016/j.est.2020.102148.
  12. Rubaiee S. High sour natural gas dehydration treatment through low temperature technique: Process simulation, modeling and optimization. Chemosphere 2023;320:138076. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138076.
  13. Snurr RQ, Bell AT, Theodorou DN. Prediction of adsorption of aromatic hydrocarbons in silicalite from grand canonical Monte Carlo simulations with biased insertions. J Phys Chem 1993;97:13742–52. https://doi.org/10.1021/j100153a051.
  14. Takbiri M, Jozani KJ, Rashidi AM, Bozorgzadeh HR. Preparation of nanostructured activated alumina and hybrid alumina–silica by chemical precipitation for natural gas dehydration. Microporous and Mesoporous Materials 2013;182:117–21. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2013.08.025.
  15. Tavan Y, Hosseini SH, Ahmadi G, Olazar M. Mathematical model and energy analysis of ethane dehydration in two-layer packed-bed adsorption. Particuology 2019;47:33–40. https://doi.org/10.1016/j.partic.2018.11.001.
  16. XINTAO. 3A Molecular Sieve. Guangdong Xintao Technology Co, Ltd n.d. https://www.xintaokeji.com/products/molecular-sieve/3a-molecular-sieve (accessed June 16, 2026).