CN114746387A - 减少meg再生中的能量消耗 - Google Patents
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Abstract
本文描述了一种方法，其包括通过使二醇材料与加热介质热接触来使所述二醇材料气化以形成气化二醇物流；增加所述气化二醇物流的压力以形成经加压二醇物流；以及通过使所述加热介质与所述经加压二醇流热接触来提高所述加热介质的温度。
Description
相关申请的交叉引用
本文件是基于2019年12月2日提交的美国临时申请序列号：62/942,489并要求其优先权，该美国临时申请全文以引用方式并入本文。
技术领域
本文的实施方案总体上涉及用于在油和天然气加工中再生单乙二醇(MEG)或其他二醇的设备和方法。具体而言，本文描述了用于减少MEG再生中的能量消耗的方法和设备。
背景技术
二醇在油和天然气回收中被用来抑制天然气水合物晶体的形成，天然气水合物晶体的形成会对烃产品的生产和运输产生负面影响。二醇价格昂贵，因此二醇的再生和再利用在此类过程中很常见。在其他过程中，二醇，特别是单乙二醇(MEG)是通过热能的施加而与其他材料热力学分离的，例如在蒸馏过程中。在油和天然气加工中，一直需要减少在二醇(特别是MEG)的再生中施加的能量。
发明内容
本文所述的实施方案提供了一种方法，其包括通过使二醇材料与加热介质热接触来使所述二醇材料气化以形成气化物流；增加所述气化物流的压力以形成经加压蒸气物流；以及通过使所述加热介质与所述经加压物流热接触来提高所述加热介质的温度。
附图说明
为了能够详细地理解本公开的上述特征的方式，可通过参考实施方案来获得上面简要概述的本公开的更具体的描述，其中一些实施方案在附图中例示。然而应当注意，附图仅例示示例性实施方案，并且因此不应当被视为对其范围进行限制，可允许其他同等有效的实施方案。
图1是根据一个实施方案的二醇再生工艺100的示意性工艺视图。
图2是概述根据另一个实施方案的方法的流程图。
图3是概述根据又一个实施方案的方法的流程图。
为有助于理解，已尽可能使用同一的附图标记来指代附图中共有的同一元件。考虑了一个实施方案的元件和特征可有益地并入在其他实施方案中而无需进一步叙述。
具体实施方式
图1是根据一个实施方案的二醇再生工艺100的示意性工艺视图。工艺100使用气化器102来使二醇从进料物流104中气化。进料物流104在进料位置106处被提供给气化器102。液相108维持在气化器102内。进料位置106是穿过气化器102的侧壁110的端口。进料物流104可以流过进料位置106进入液相108中，或者如这里，进料物流104可以流过进料位置106进入位于液相108上方的蒸气相112中。在一些情况下，如这里所示，任选的传输导管114可以从进料位置106延伸到气化器102的内部116中，使得进料物流104流到内部116中与侧壁110间隔开的位置。
进料物流104含有来自油和天然气加工设施的二醇，例如MEG。进料物流104通常还含有水和潜在的其他固体和液体组分。液相108维持在使二醇的至少一部分从进料物流104中气化的温度下。在含有MEG和水的进料物流的情况下，液相108维持在将进料物流的至少一部分加热到介于MEG和水在气化器102的操作压力下的气化温度与MEG的降解温度之间的温度下。气化器102的压力被维持成使得二醇的气化温度低于二醇的降解温度。
二醇和潜在的一些水通过与气化器102中的加热介质热接触而气化。加热介质可以是液相108的液体，或者可以通过诸如热交换器或热盘管的热接触结构与液相108分离。在某些情况下，加热介质是与二醇不混溶的材料，诸如烃材料。在其他情况下，加热介质可以是浓缩的二醇材料。加热介质的一部分通过抽出管线119从气化器102被抽出，并被导引至热工段120，这任选地使用再循环泵121来进行。热工段120将加热介质的温度升高到支持二醇在气化器102中的气化的温度。加热介质通过再循环管线122从热工段120被导引回气化器102。随着蒸气离开液相108并进入蒸气相112，进料物流104中的溶解的材料可以在液相108中沉淀。这些固体的积聚可以通过通过吹扫管线(purge line)124抽出液相108的吹扫部分来管控，这任选地使用吹扫泵126来进行。该吹扫部分可以通过处置管线128被导引至处置点(disposal)，或者可以任选地被导引至修复工段(remediation section)130，该修复工段去除一些或全部固体以形成经清洁的加热介质。经清洁的加热介质然后可以通过清洁管线132被导引回气化器102。修复工段130的特征可以是任何固体去除单元或其组合，包括离心机、水力旋流器、过滤器、沉降器等。
在气化器102中蒸发的蒸气进入蒸气相112，该蒸气相112作为气化物流通过耦接到气化器102的蒸气管线134在蒸气抽出位置136处从气化器中被抽出，该蒸气抽出位置136可以位于气化器102的顶部138或者位于气化器102的上部140中。蒸气管线134耦接到加压单元142，该加压单元142增加蒸气管线134中的蒸气的压力。加压单元142可包括压缩机144以压缩蒸气管线134中的全部或部分蒸气。对蒸气管线中的气化物流加压会提高蒸气管线134中组分的蒸气压，从而形成露点温度高于气化物流的经加压物流。气化物流被加压至使经加压物流的露点温度高于进入热工段120的加热介质的温度的程度。经加压物流通过经加压管线146被导引至热工段120。
使用热接触器148，使经加压物流与导引至热工段120的加热介质热接触。热接触器148可以是任何有用类型的热交换器，诸如板式交换器、壳管式交换器、螺旋板式交换器、宽间隙交换器、降膜管式交换器或其他类型的交换器。在一些实施方案中，抗垢交换器设计在这种服务中可能是有帮助的。加热介质在进入热接触器148后处于导致热能从经加压物流流向加热介质的温度下。该热能主要作为潜热从经加压物流中被抽提出来，使得该经加压物流的至少一部分在热接触器148中冷凝，从而形成经抽提物流，该经抽提物流通过经抽提物流导管150离开热接触器148。经抽提物流导管150耦接到相分离器152，在该相分离器152中，液体通过冷凝管线154被抽出并且蒸气通过减压蒸气(reduced vapor)管线156被抽出，其可以被导引至进一步加工(例如二醇纯化)点。
冷凝物可以通过冷凝物返回管线158返回到气化器102，这任选地使用冷凝物泵159进行。也可以使用冷凝物抽出管线161抽出或吹扫冷凝物。冷凝物返回管线158在侧壁110的冷凝物返回位置160处进入气化器102，该冷凝物返回位置160可以位于气化器102的液相108或蒸气相112中。在这种情况下，冷凝物返回位置160位于蒸气相112中，并且冷凝物返回管线158延伸到气化器102的中心区域并耦接到分配器162。分配器162将冷凝物作为小滴分配在气化器102的内部116中，以清除可能夹带在蒸气相112中的加热介质的颗粒和小滴。冷凝物的小滴向下穿过蒸气相112行进，从而与加热介质和其他夹带的液体的小滴相互作用，从而促使夹带的液体向下进入液相108。可以是任何方便类型的填料或塔盘结构的表面积结构(surface area structure)170可以任选地用来增加下行冷凝物和上行蒸气与夹带的小液滴之间的接触面积，以增加蒸气物流中小液滴的去除。使冷凝物以这种方式返回气化器102能减少离开气化器102的蒸气中的液体夹带。来自可能出现在气化物流134中的加热介质的液体将与冷凝物一起返回到气化器102。应当注意，也可以以类似的方式，通过将液体进料物流喷射到蒸气相112的上行蒸气中以进一步减少夹带的小液滴来将进料物流104加料到气化器102中。
加热介质的温度在热接触器148中升高。热工段120一般将加热介质的温度升高到所选择的用于使二醇在气化器102中气化的温度。由于加热介质从热工段120流回气化器102，沿途承受一些热量损失，因此加热介质离开热工段120后的温度被选择为使得加热介质在重新进入气化器102中后的温度使得二醇在气化器102中气化。如果需要，可以在热工段120中提供加热器164以实现加热介质的目标温度。加压单元142和加热器164可以一起被用来优化对加热介质的能量输入以在加热介质中实现所需温度。根据气化物流的组成，气化物流中可能有或多或少的潜热。使用加热器164可以获得实现加热介质的目标温度所需的额外能量。
对二醇再生工艺100进行控制以最大化每单位能量消耗的二醇回收率。测量返回到气化器102的加热介质的温度，并且调节加压单元142和加热器164以维持再循环的加热介质温度。在一种情况下，调节加热器164的负荷以维持再循环的加热介质温度，并且然后使用加压单元负荷来最小化能量消耗。加压单元142的负荷将直接影响冷凝物154的流速，并将反向影响减压蒸气156的流速。形成的冷凝物越多，用于加热加热介质的潜热就越多，并且使用加热器164添加的额外能量就越少。如果使用潜热产生一个加热程度所用的能量增量小于使用加热器164实现相同加热程度所用的能量增量，则应增加加压负荷直到每个单元的边际能量相同。同样，如果使用加热器164产生一个加热程度所用的能量增量小于使用潜热实现相同加热程度所用的能量增量，则应降低加压负荷直到每个单元的边际能量(marginal energy)相同。在一种情况下，可以直接测量加压单元142和加热器164的能量消耗，可以以小增量调节加压单元142的负荷，并且确定加热器164的控制响应。然后可以评估能量消耗的总体变化以确定新的运行状态是否比旧的运行状态消耗更少的能量。可以重复这样的操控，从而增加或减少加压单元的负荷以寻求最佳值。在另一种情况下，可以基于再循环的加热介质的温度调节加压单元负荷，并且可以操控使用加热器164的热输入以降低总能量消耗。模拟器还可用来通过测量气化物流的成分并模拟该物流中可用的潜热以及它对加热介质温度的影响预测加压单元负荷或加热器输入的变化的影响。
图2是根据另一个实施方案的二醇再生工艺200的示意性工艺视图。在图2的实施方案中，气化物流202在蒸气抽出位置136处从气化器102中被回收，并被导引至处理器204，处理器204可以是蒸馏塔。经处理蒸气物流从处理器204的上部区域206(在某些情况下为处理器204的顶部208)离开，并通过经处理蒸气管线210被导引至加压单元142。经处理蒸气物流可以是水含量已被降低的经纯化的二醇物流。冷凝物管线212将所有冷凝物或冷凝物的一部分从相分离器152导引至处理器204的上部区域206。在这种情况下，冷凝物管线212延伸到处理器204的内部214，该处理器204通过其侧壁216耦接到分配器218。在这种情况下，表面积结构220(其可以是上面结合图1列出的任何类型的表面积结构)设置在处理器204中以增强由处理器204执行的过程。在一种情况下，表面积结构220可能有助于蒸馏过程的质量传递。下行液体通过底部物(bottoms)管线222在处理器204的底部离开处理器204。底部物管线222在图2中未被示出用于任何特定用途，但可被再循环回到气化器102，作为贫二醇产品被回收，或者被导引至处置点或别处的进一步加工点。如果需要，可以将底部物管线222中的底部物与减压蒸气156混合在一起，以导引至进一步的二醇纯化点。
在这个实施方案中，气化器102上的总蒸发负载降低，因为相对于图1的实施方案，较少的含二醇材料再循环到气化器102。冷凝物不是再循环到气化器中，而是再循环到洗涤器204并然后被导引至进一步加工点。
图3是概述根据一个实施方案的方法300的流程图。方法300是从混合物中回收二醇的方法。该混合物可以是来自油和/或天然气加工设施的含二醇物流。在许多情况下，二醇是MEG，并且含二醇物流也具有水和固体。在302处，将含二醇物流提供给气化器。气化器是用于将热能施加到含二醇物流上以使二醇以及在某些情况下，水或其他轻质材料从含二醇物流中气化的容器。
在304处，使含二醇物流与加热介质热接触以形成气化物流。热能从加热介质传递到含二醇物流从而使二醇以及在某些情况下水从含二醇物流中气化，从而形成气化物流。含二醇物流可以直接接触含有来自含二醇物流的未气化组分的加热介质液体池中的加热介质，或者热接触可以由热接触结构诸如热交换器来介导。加热介质维持在所选择的用于使二醇从含二醇物流或从液体池中气化而不会使二醇显著降解的气化温度下。
加热介质可以是任何可以被加热并且可以将热量传递给另一种材料的材料。该材料可能与气化器中的含二醇物流直接接触，因此可以使用与二醇不混溶或仅部分混溶的材料。该材料还可以与二醇混溶，但应避免形成共沸物。可以使用烃材料，其与包括MEG在内的大多数二醇不混溶。烃材料的沸点一般显著高于待回收的二醇。
在306处，增加气化物流的压力以形成经加压物流。可以使用任何合适的旋转或往复运动的压缩机压缩全部气化物流或气化物流的一部分。气化物流的一部分可以通过简单的流动分离获得，或者气化物流的该部分可以通过诸如蒸馏、闪蒸气化物流或者对气化物流执行抽提以产生气化物流的一部分的工艺获得。例如，对气化物流执行的蒸馏过程可以使气化物流的一部分成为顶部物(overhead)，该部分可以被增压并随后被用于方法300中。
增加气化物流或其一部分的压力是为了提高该物流的组分的蒸气压，以使得经加压物流将具有支持热传递到加热介质的温度。因此，将气化物流或其一部分加压至产生用于加热加热介质的目标温度的压力。加压可以是基本上绝热的或亚绝热的。在这种背景下，亚绝热加压是一种加压过程，其产生的温升小于绝热加压产生的温升，这是由于热损失所导致的。通过使经加压物流与较冷的物流热接触而使该经加压物流进入热力学状态(该热力学状态主要或完全是温度等于或高于经加压物流的露点，但足够接近降低经加压物流的温度的物流的露点的气相)，这将导致经加压物流的一些冷凝并伴随潜热的释放。在一些情况下，可对经加压物流进行去过热(superheated)。
在一些实施方案中，经加压物流的流速和热条件可以被选择为最大化通往加热介质的可传递热能。控制器可以监测在304处形成的气化物流的组成，或源自其他加工点的气化物流的一部分。控制器可以使用热力学模型来确定从任何这样的物流中获得最大可传递热能的条件，并且可以操纵控制阀来传输一定流速的待使用可控压缩机加压至选定压力的选定组合物。根据可用的质量和组成，可将气化物流的滑流(slip stream)导引至压缩机，或将蒸馏的顶部物流导引至压缩机，或两者兼而有之。控制器还可以调节加热介质的循环速率和其他变量，以最大化或优化热能从气化物流中的回收。
调节经加压物流的热条件包括调节温度和/或压力。在一些情况下，可以调节温度和压力中的一者或两者以将经加压物流的热条件移动到最大化可用的可转移热能的状态。例如，当增加压力以形成经加压物流产生了少量冷凝物时，可以使用微调加热器加热经加压物流以使冷凝物气化。替代地或附加地，可以减少压缩机负荷以避免冷凝。在其他情况下，微调冷却器可用于对经加压物流进行去过热(de-superheat)，或在某些情况下甚至对经加压物流进行过冷。
在308处，使经加压物流与加热介质热接触。加热介质的一部分从气化器中被抽出并被导引至热接触器。经加压物流也被导引至热接触器，在那里经加压物流和加热介质之间发生热交换。热接触器通常是在经加压物流和加热介质之间提供导热界面的设备。一个或多个金属壁可以与经加压物流和加热介质接触以促进热能从经加压物流流向加热介质。
在310处，从经加压物流到加热介质的热能流使经加压物流的至少一部分冷凝。如果需要，可将经加压物流的经冷凝的部分与未经冷凝的部分分离，并且可使经冷凝的部分返回气化器或者可将经冷凝的部分导引至其他加工点。
在312处，将加热介质的温度升高到所选择的用于使二醇的至少一部分在气化器中气化的目标温度。可以使用第二加热器来实现目标温度。加热介质的温度最初通过与经加压物流热接触而升高，并且在第二加热器中的加工使温度达到目标。然后将加热介质导引回气化器。
在一个实施方案中，MEG和水在气化器中气化。使MEG和水与与MEG不混溶的加热介质直接接触。气化器中的加热介质维持在介于MEG的沸点与水的沸点之间的气化温度下。在某些情况下，气化器在减压下运行，以便加热介质可以维持在较低的温度下。将加热介质维持在较低温度下以使MEG气化能够降低MEG的降解速率。
MEG/水蒸气从气化器的顶部被取出并被导引至压缩机。压缩机基本上绝热地提高MEG/水蒸气的压力，使MEG/水蒸气的温度沿着饱和极限升高或者升高到接近饱和极限。同时，加热介质的一部分从气化器中被抽出并且被导引至热接触器。在进入热接触器后，加热介质处于入口温度下，由于热损失，该入口温度可能低于气化器中加热介质的温度。MEG/水蒸气的压缩被构造成将MEG/水蒸气的温度升高到等于或高于加热介质的入口温度的水平。然后经压缩的MEG/水蒸气被导引至热接触器以加热加热介质。经压缩的MEG/水蒸气在热接触器中稍微冷却并且至少部分冷凝。由冷凝释放的热量将加热介质加热到热接触器处的出口温度。加热介质然后任选地被导引至微调加热器，该微调加热器将加热介质的温度升高到目标温度，以使得加热介质维持在气化温度下。
经冷却的MEG/水物流被导引至沉降器以将蒸气与液体分离。该液体可被导引回气化器以进行进一步纯化，或者可被传送至后续的纯化操作点。通常蒸气还被导引至后续的纯化操作点。这样，添加到MEG/水蒸气中的气化热可以被至少部分地回收到加热介质中从而节省了能量。
利用潜热加热来加热介质一般可以通过在MEG/水物流被冷却后测量减压蒸气和冷凝物的流速来最大化。使冷凝物最大化能最大化潜热的利用，但用于实现增量冷凝的增量压缩负荷可能比使用微调加热器的情况需要更多的能量来加热加热介质。压缩机的能量消耗可以通过测量通往压缩机的电流来直接测量。微调加热器的能量消耗可以通过测量微调加热器中使用的热流体的入口和出口温度以及流速来测量，或者在微调加热器是电微调加热器时，可通过测量电流来测量。在任何情况下，都可以比较压缩机和微调加热器的能量消耗的边际变化，以确定是否增加压缩机负荷以捕获更多的潜热。然后可以调节压缩机负荷或微调加热。未经调节的部件可以从随加热介质的温度变化而变化，这样随着压缩负荷的增加，微调加热将会自动减少，反之亦然。
尽管前述内容是针对本公开的主题的实施方案，但是可在不背离本公开的基本范围的情况下设计出本公开的其他和进一步的实施方案，并且本公开的基本范围由所附权利要求书确定。
Claims (20)
1.一种方法，其包括：
通过使二醇材料与加热介质热接触来使所述二醇材料气化以形成气化物流；
增加所述气化物流的至少一部分的压力以形成经加压蒸气物流；和
通过使所述加热介质与所述经加压蒸气物流热接触来提高所述加热介质的温度。
2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括使所述加热介质通过热交换器再循环。
3.如权利要求2所述的方法，其中使所述加热介质与所述经加压二醇物流热接触是使用所述热交换器进行的。
4.如权利要求3所述的方法，其进一步包括使用加热器加热所述加热介质。
5.如权利要求1所述的方法，其中增加所述气化二醇物流的所述至少一部分的压力包括压缩所述气化二醇物流的至少一部分。
6.如权利要求1所述的方法，其中提高所述加热介质的温度使所述经加压蒸气物流的至少一部分冷凝。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述气化物流的所述部分是蒸馏顶部物流。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述增加所述气化物流的至少一部分的压力包括处理所述气化物流以形成经处理物流并且压缩所述经处理物流。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述处理所述气化物流包括蒸馏所述气化物流并且所述经处理物流是所述蒸馏的顶部物流。
10.一种方法，其包括：
通过使二醇材料与加热介质热接触来使所述二醇材料气化以形成气化物流；
增加所述气化物流的至少一部分的压力以形成经加压蒸气物流；和
通过使所述加热介质与所述经加压蒸气物流热接触并且使所述经加压蒸气物流至少部分地冷凝来提高所述加热介质的温度。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述增加所述气化物流的至少一部分的压力包括处理所述气化物流以形成经处理物流并且压缩所述经处理物流。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述处理所述气化物流包括蒸馏所述气化物流并且所述经处理物流是所述蒸馏的顶部物流。
13.如权利要求12所述的方法，其进一步包括使所述加热介质通过热交换器再循环，其中使所述加热介质与所述经加压蒸气物流热接触是在所述热交换器中进行的。
14.如权利要求13所述的方法，其进一步包括使用加热器加热所述加热介质。
15.如权利要求14所述的方法，其进一步包括在使所述加热介质与所述经加压蒸气物流热接触之前调节所述经加压蒸气物流的温度。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述调节所述经加压蒸气物流的温度包括加热所述经加压蒸气物流。
17.如权利要求16所述的方法，其中加热所述经加压蒸气物流包括使通过增加所述气化物流的至少一部分的压力形成的冷凝物气化以形成经加压蒸气物流。
18.一种方法，其包括：
通过使含二醇和水的材料与加热介质热接触来使所述含二醇和水的材料气化以形成气化物流；
蒸馏所述气化物流以形成纯化的二醇物流；
增加所述纯化的二醇物流的至少一部分的压力以形成经加压蒸气物流；和
通过使所述加热介质与所述经加压蒸气物流热接触并且使所述经加压蒸气物流至少部分地冷凝来提高所述加热介质的温度。
19.如权利要求18所述的方法，其进一步包括使所述加热介质通过热交换器再循环，其中使所述加热介质与所述经加压蒸气物流热接触是在所述热交换器中进行的。
20.如权利要求19所述的方法，其进一步包括使用加热器加热所述加热介质。
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