DE2129377A1

DE2129377A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufkonzentrierung von Fluessigkeiten bei der Gasdehydratisierung

Info

Publication number: DE2129377A1
Application number: DE19712129377
Authority: DE
Inventors: Hodgson Robert A
Original assignee: MALONEY-CRAWFORD TANK CORP; Maloney Crawford Tank Corp
Current assignee: MALONEY-CRAWFORD TANK CORP; Maloney Crawford Tank Corp
Priority date: 1970-06-15
Filing date: 1971-06-14
Publication date: 1971-12-23
Also published as: GB1354324A; CA947206A; JPS5422611B1; FR2097884A5; ATA513271A; NL7107951A; US3651617A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Aufkonzentrierung von Flüssigkeiten bei der Gäsdehydratisierung

Bekanntermaßen werden hygroskopische Flüssigkeiten, zu denen Glykol, Salzsolen, organische oder anorganische Flüssigkeiten gehören, als TrocknungsflUssigkeiten für die Dehydratisierung von Naturgasströmen verwendet. So wird beispielsweise Salzsole in einen Kontaktturm eingespritzt, den sie im Gegenstrom durchläuft, oder in andere Strömungs-■ischungseinrichtungen, und zwar oftmals in mehreren Misohstufen oder -schritten. Die aufgebrauchte oder wasserreiche flüssigkeit wird dann von dem Turm abgezogen und getrocknet. In vielen Fällen wird die hygroskopisohe Flüssigkeit, beispielsweise Glyköl, regeneriert. Ih Falle von Glykol geschieht dies durch Erhitzen der Flüssigkeit in einem Kocher, um das Vasser auözot'rftiben, ίό daß das magere oder entwässerte Glykol

Axel ffeiiiihänn, Dipl.-Phy». Sebastian Hernnonn ^1ISi^'"*^'t· r^imm^irtü·, tipo«I/WOnetan g, Kte.4«rr. «2*W · PoriWiKk-Konto: MOncten Nr. «33 W

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in dem i£öntaktturm Wieder verwendet werden kann_o In ähnlicher Weise erfordern viele der anderen flüssigen Trocknungsmittel den Einsätz von Wärme} damit eine wirksame Regeneration erfolgen kann; Öas Problem besteht nun darin, daß es an vielen Orten^ an detteh Naturgas ströme dehydratlsiert werden, nicht praktikabel und gewissen Fällen von Gesetzes wegen unmöglich ist, Verbrennungswärme iii irgendeiner Form zur Regenerierung der Trocknungsmittel zu verwenden. So ist es beispielsweise bei vielen küstennahen Gössystemen aus Wirtscnaftlichkeitserwägüngen oder vöii Gesetzes wegen oder auch aus Gründen der Sicherheit nicht zulässig, für irgendwelche Prozesse, die mit der Herstellung von Kohlenwasserstoffen verbunden sind, eine Verbrenhungswärmequeiie einzusetzen«, Dazu kommt, daß abgelegene und im wesehtliehen unbewohnte Plätze Verbrennungswärme ohne sehr größe Investitionen in Sicherheitsvorrichtungen zur Verhinderung von Explosionen oder Brennstoffver— sehwendüng* falls das Feuer ausgehen sollte, nicht benutzen köhneiio

Die Erfindung befaßt sich deshalb mit einem nicht direkt befeuerten Regenerierungssystem für hygroskopische Flüssigkeiten, die als Trocknungsmittel für die Dehydratisierung von Naturgasströmen verwendet werden. Typisch für solche Flüssigkeiten ist, daß zu ihnen diejenigen gehören, die aus hygroskopischen Salzen oder Glykolen, entweder Äthylen, Diäthylen, Triäthylen oder anderen Stoffen erzeugt werden, die bei der Dehydratisierung von Gasströmen und insbesondere von Naturgasströmen, benutzt werden.

Erfindungsgemäß wird nun die hygroskopische Flüssigkeit in einem kontinuierlichen Verfahren verwendet, das durch das Versagen eil er direkt befeuerten Wärmeerzeugungsanlage nicht beeinträchtigt wird, sicher ist, so daß es an abgelegenen und ablandigen Orten eingesetzt werden kann, um Regierungsbestimmungen oder anderen Vorschriften und Beschränkungen zu , entsprechen, und das auch wirtschaftlich ist.

Ein typischer Bereich, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung gelangen kann, stellen die isolierten, ablandigen, bzw« küstennahen Graserzeugungsplattformen oder- -bohrinseln dar_o Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gashydratisierung benutzt zur Regenerierung der Trocknungsmittel die Umkehrosmose.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet eine neuartige Vorrichtung, die im Zusammenhang mit anderen Unterwassertech— niken der Gasbohrlochkomplettierung installiert werden kann. Verfahren und Vorrichtung benutzen eine regenerierte, hygroskopische flüssige Lösung und arbeiten mit den teueren, wirksamen Arten von flüssigen Trocknungsmitteln in einem geschlossenen Kreislaufsystem, das über längere Zeiträume fernbedient wird"und keiner Beobachtung bedarf.

Zusammenfassend wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren also eine hygroskopische Flüssigkeit benutzt, um nasse Gasströme zu dehydratisieren. Diese Flüssigkeit wird dadurch regeneriert, daß sie durch ein Umkehrosmosesystem geleitet wird, woraufhin sie gespeichert wird und/oder für die Dehydratisierung wiederbenutzt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Fließbild, aus der die typische Vorrichtung für ein Solendehydratisierungssystem ersichtlich ist,

Fig. 2 ein Fließbild, das die typische Vorrichtung für Glykoldehydratisierungssysteme zeigt, und

Fig. 3 ein Fließbild einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgenäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung«,

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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird aus einem Vorratsbehälter 10 mit Hilfe einer Strömungsleitung 12 und einer gasgetriebenen Pumpe 14 in die Strömungsleitung 16 zu dem Kontaktturm 18 Sole gepumpt, den die Sole beispielsweise über Schalen, Stufen oder Kontaktzonen 20 im Gegenstrom zu einem nassen Gasstrom durchfließt, der durch die Strömungsleitung 22 eintritt. Die Kontakt— zonen 20 können an sich bekannter Bauart entsprechen, wie sie beispielsweise in den USA-Patentschriften 2 804 935, 2 804 und 2 804 941 beschrieben ist. Die wasserreiche Sole sammelt sich unter einem Spiegel 24, während Öl oder andere leichtere Flüssigkeiten, die das Gas enthält, sich abscheiden und sich über diesem Spiegel auf einem Spiegel 26 sammeln. Diese leich—

^ teren Flüssigkeiten werden durch die Leitung 28 zu dem unteren Teil des Turms 18 abgeleitet, wo eine weitere Trennung und Abscheidung in an sich bekannter Weise erfolgt. Eine Auslaßleitung 30 für die wasserreiche Sole wird durch ein Ventil 32 durchflußgesteuert, das seinerseits durch ein schwimmerbetätigte.s System 34 bekannter Bauart gesteuert wird. Dieser Fluß wird in eine Umkehrosmoseeinheit 36 hineingeführt, in der das in der Sole befindliche Wasser im wesentlichen entfernt und dann veranlaßt wird, durch die Leitung 38 in das Meßgerät 40 für das spezifische Gewicht zu strömen. Die Austrittsöffnung dieses Gerätes ist an eine Strömungsleitung 42 angeschlossen und führt zu dem Vorratsbehälter 10 zur Wiederverwendung zurück, und der Kreislauf wiederholt sich. Das Meßgerät für das

h spezifische Gewicht arbeitet so, daß es nur dann Sole in seine Kammer 40 einlaufen läßt, wenn diese das richtige spezifische Gewicht aufweist. Sobald die Dichte unter einen gewünschten, eingestellten Wert sinkt, wird das Ventil 44 durch den in der Leitung 47 herrschenden Gasdruck geschlossen, wodurch die Sole solange in der Umkehrosmoseeinheit gehalten wird, bis ihre Dichte gestiegen ist. Wenn die Dichte zu hocb/ist, wird das Ventil 44 geöffnet und das Ventil 45 geschlossen, wodurch die Umkehrosmoseeinheit 36 eingeschlossen wird. Die Umkehrosmose— einheit, wie sie hier benutzt wird, weist vorzugsweise ein

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Permeabilitäts—Trennsystem auf, das gewöhnlich mit mehreren hohlen Fasern einer selektiven, permeation Membran arbeitet. Es ist eine große Vielfalt von Membranen bekannt, die in unterschiedlichem Maße die Eigenschaft haben, daß sie für unterschiedliche Komponenten von unterschiedlichen Gemischen selektiv durchlässig sind₀ So lassen einige Membranen Wasser hindurch, während sie Ionen zurückhalten, andere wiederum sind selektiv für Ionen durchlässig oder besitzen sogar bestimmte selektive Durchlaßgeschwindigkeiten für zwei oder mehr nichtionische -Komponenten von Strömungsmittelgemischen. Die Umkehrosmose oder Ultrafiltration ist die gebräuchlichste Anwendung dieser Art der Trennung. Wenn beispielsweise eine Lösung über die eine Seite einer osmotischen Membran geschickt wird, und das entsprechende Lösungsmittel auf der anderen Seite der Membran angeordnet wird, dann läuft das Lösungsmittel durch die Membran hindurch in die Lösung hinein, wobei die Kraft sich mit den jeweiligen Eigenschaften und Konzentrationen änderte Die Kraft ist der für diese lösung spezifische osmotisehe Druck. Wenn die Lösung mit einer Druckdifferenz beaufschlagt wird, d.h. mit einer Druckdifferenz bezüglich irgendeines Druckes, der auf der Lösungsmittelseite der Membran zur Einwirkung gelangt und den spezifischen osmot&schen Druck des Systems übersteigt, dann wird dadurch eine "Umkehrosmose" oder Ultrafiltration bewirkt. In solchen Fällen wird das Lösungsmittel aus der Lösung durch die Membran hindurchgedrückt, während die Ionen am Durchtreten durch die Membran gehindert werden. In vielen Fällen eignen sich hohle Fasern aus synthetischen, thermoplastischen Polymermaterialien ausgezeichnet als permeable Membranen,

Bei den Fließbild·von Fig. 2 wird mageres Glykol bekannter Art in dem Behälter 50 gespeichert und veranlaßt, mit Hilfe der Pumpe 52 durch die Austrittsströmungsleitung 54 und die Strömungsleitung 58 in einen Gas-FlUssigkeit-Kontaktturm 60 hineinzuströmen, in den das Gas duroh die untere Leitung 62

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eintritt und im Gegenstrom nach oben ströat, wobei eine Ausrüstung Verwendung findet, die in diesen Zweig der Technik bekannt ist» Trockenes Gas tritt durch die Leitung 64 aus und kann weiterverwendet werden. Wasserreiches Glykol sammelt sich am unteren Ende des Kontaktturms 60 und wird mit Hilfe der Leitung 66, die von einem Ventil 68 gesteuert wird, durch einen Gasabscheider und einen Filter 70 entfernt und gelangt dann in die Umkehrosmose-Rohreiinlieiten 72 und 74, die in Reihe geschaltet sind₀ Durch entsprechende Austrittsöffnungen 76 und 78 wird Wasser aus jeder Einheit entfernt. Das Magerglykol läuft dann durch die Leitung 80 zu dem Glykol— vorratsbehälter 50, wo der Kreislauf wiederholt wird. Die Ausführungsform nach Fig. 3 zeigt das Fließbild eines typischen Glykoldehydratisierungssystems, wie es zu Lande und an ablandigen Plätzen Verwendung findet. Mageres Glykol wird durch die Pumpe 96 über die Leitungen 92 und 94 aus dem Speicherbehälter 90 gepumpt«, Vor seinem Eintreten in den Glyko 1-Gaskontaktturm 98 durchströmt das magere Glykol einen Gas/Glykol—Wärmeaustauscher 100, von wo aus es in den oberen Teil des Turms 98 mit einer verminderten Temperatur gelangt, die der Gastemperatur angenähert ist. Durch die Berührung des Gases axt dem Glykol in dem Turm 98 wird Wasser aus dem Gas entferat. Wasserreiches oder wasserangereichertes Glykol, das durch den Turm hindurch— fällt, sammelt sich am Boden einer Glocke und wird dann über die Leitung 102 durch ein Filter 104 zn den Umkehrosmose— einheiten IO6 transportiert, die etwa aufddem Druck des Kontakt— turms 98 gehalten werden. In den Umkeh'rosaioseeinheiten IO6 wird durch die osmotischen Membranen Wasser aus dem Glykol herausgedrückt. Vorzugsweise wird eine Membran verwendet, die es nicht nur Wasser-, sondern auch Salzraolekülen ermöglicht, durch sie hindurchzutreten, um dadurch den Salzgehalt des Glykole sowie dessen Wassergehalt zu verringern. Dadurch wird ein wesentliches Betriebsproblem entschärft, das bei einigen Dehydratisierungsanlagen in bezug auf die Ablagerung von Salz auf dem beheizten Rohrsystem des Regenerators auftritt, wodurch

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der Wärmeübergang in dem Regenerator verschlechtert wird und die beheizten Rohre zerstört werden. Das die Umkehr— osmoseeinheiten 106 verlassende Glykol läuft durch die Leitung 108, über die Pumpe 96 zu einem Gas-Glykol-Separator 110, in dem das aus dem Glykolturm stammende Gas entfernt und als Brennstoffgas zur Beheizung des Peuerrohrkoffers 112 verwendet wird. Glykol aus dem Separator wird unter dem verminderten Druck des Separators durch die Wirkung des Auslaßventils 116 durch die Destillationssäule 114 gefördert. Das von dem Auslaßventil erzeugte Vakuum wird auf dem Kopf einer Schnellverdampferkammer 118 aufgedrückt, wo ein T_eil des Restwassers im Glykol, das von dem Kocher 112 kommt, in Form von Dämpfen zum Auslaßventil 116 abgezogen wird, um auf diese Weise eine weitere Erhöhung der Glykolkonzentration zu erreichen.

Die oben beschriebene Ausführungsform von Figo 3 eignet sich insbesondere zur wirksamen wärmelosen Wasserentfernung aus Glykol und vermindert dadurch die Wasserbelastung des Regenerators oder Kochers bzw. Aufwärmers. Dadurch wird die Verwendung eines kleineren Regnerators ermöglicht, der weniger Gas zur durch Wärme erfolgenden Regeneration des konzentrierten Glykols benötigt. Natürlich wird dies zusätzlich zur Entfernung von Sole oder Salz aus Glykol erreicht, wie dies im obigen beschrieben wurde.

In einigen Fällen kann unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von Fig. 3 der Gas-Glykol-Separator vor der Umkehrosmoseeinheit angeordnet werden, um dadurch das Gas daran zu hindern, in die Umkehrosmoseeinheit einzudringen. Das Rückschlagventil BP-I wird benötigt, um den Glykoldruck vom Turm zu mindern, falls dies erforderlich ist, um dadurch die Umkehrosmoseeinheit zu schützen, die gewöhnlich mit Drücken zwischen 70 und 105 atü arbeitete Einzzweites Rückschlagventil BP-2 kann notwendig sein, um den auf der Umkehrosmoseeinheit 106 lastenden Druck auf einem optimalen Wert zu halten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahr-en zur Auf konzentrierung eines wasserreichen, flüssigen Trocknungsmittels nach seiner Berührung mit Gasströmen zu deren Dehydratisierung, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknungsmittel mit einem Druck beaufschlagt wird, der über dem osmotischen Druck liegt, daß das mit Druck beaufschlagte Trocknungsmittel auf die eine Seite einer semipermeablen Membran selektiver Permeabilität geschickt wird, daß von der anderen Seite dieser Membran Fässer entfernt wird, und daß dieses wasserarme Trocknungsmittel zu einem Gaskontakt-

" turm gefördert wird_o

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trocknungsmittel eine hygroskopische Salzlösung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trocknungsmittel ein Glykol des Typs Äthylen—, Diäthylen- oder Triäthylenglykol verwendet wird.

k. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Aufwärmer für die Flüssigfe keit zum Austreiben des Wassers durch Wärme, gekennzeichnet durch wenigstens eine Umkehrosmoseeinheit (36, 72, 7k; I06), eine Einrichtung zum Transport des Trocknungsmittels in die Umkehrosmoseeinhelt zu der einen Seite einer semipermeablen Membran selektiver Permeabilität, eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines Druckes über dem Trocknungsmittel, der den osmotischen Druck der Membran übersteigt, wodurch ein wesentlicher Teil des in dem Trocknungsmittel vorhandenen Wassers durch die Membran hindurch auf ihre andere Seite strömt, eine Einrichtung (96), mit der das Trocknungsmittel

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aus der Umkehrosmoseeinheit zu dem Aufwärmer (112) schickbar ist, um alles Bestwasser aus dem Trocknungsmittel zu entfernen, und durch eine weitere Einrichtung, mit der im wesentlichen wasserarmes Trocknungsmittel zur Wiederverwendung in dem Gas— kontaktturm (18, 60, 98) förderbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Gas-Troeknungsmittel—Separator (HO) für das von der Umkehrosmoseeinheit (106) zu dem Aufwärmer (112) strömende Trocknungsmittel.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Schneilverdampfertrennkammer (118) und Mittel, mit denen im wesentlichen wasserarmes Trocknungsmittel von dem Aufwärmer in diese Kammer schickbar ist, sowie durch Mittel (116), mit denen in der Kammer (118) ein Druck erzeugbar ist, der geringer ist als der in dem Aufwärmer (112) herrschende Druck.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Schneilverdampfertrennkammer (118), eine Einrichtung, mit der im wesentlichen wasserarmes Trocknungsmittel von dem Aufwärmer (112) in die Kammer des Schnellverdampfers förderbar ist, und durch ein Auslaßventil (ll6), das von dem von dem Gasseparator (HO) kommenden Troeknungsmittelstrom gesteuert wird, um in der Kammer (118) einen Druck zu erzeugen, der tiefer liegt als der in dem Aufwärmer (112) herrschende Druck.

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