NL8004809A - Werkwijze en inrichting voor het verwijderen van een of meer onzuiverheden uit een gasmengsel. - Google Patents

Description

* 4 *

SI

I -..............

L VO 825

Werkwijze en inrichting voor het verwijderen van êen of meer onzuiverheden uit een gasmengsel.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het behandelen van een gasvormig mengsel teneinde de concentratie van een component daarvan te veranderen.

In een ander aspect heeft de uitvinding betrekking op het selec-5 tief absorberen van een ongewenste component uit een gasvormig mengsel.

In nog een ander aspect heeft de uitvinding betrekking op een inrichting, die wordt toegepast ter behandeling van een gasvormig mengsel, waarbij de inrichting in het absorptiemiddel is ondergedompeld.

Nog een ander aspect van de uitvinding heeft betrekking op de 10 wijze van in aanraking brengen van het absorptiemiddel met het mengsel.

Een verder aspect van de uitvinding heeft betrekking op het in aanraking brengen van een absorptiemiddel met een gas, waarin de stroming binnen de absorptie-inrichting tot stand wordt gebracht door dispersie van het gas in het absorptiemiddel.

15 . In nog een ander aspect heeft de uitvinding betrekking op de ver wijdering van kooldioxyde uit een gas.

In nog een verder aspect heeft de uitvinding betrekking op de verwijdering van kooldioxyde uit een gas onder toepassing van zout water, bij voorbeeld zeewater, als absorptiemiddel.

20 In weer een verder aspect van de uitvinding wordt kooldioxyde ver wijderd uit een kooldioxyde-bevattend aardgas.

In weer een ander aspect heeft de uitvinding betrekking op de verwijdering van onzuiverheden uit een gas, waarbij de absorptie-inrichting is ondergedompeld in het absorptiemiddel en het aan onzuiverheden rijke 25 absorptiemiddel bij een zodanige absorptiemiddeldiepte wordt afgevoerd dat de absorptiemiddeldichtheid op het niveau van de afvoer bijna of gelijk is aan de dichtheid van het aan onzuiverheden rijke absorptiemiddel, dat wordt af gevoerd.

In een volgend aspect heeft de uitvinding betrekking op een werk-30 wijze voor het verwijderen van onzuiverheden uit een gas·, waarbij de absorptiemiddelstroomsnelheid wordt geregeld door het vloeistofniveau in de top van de absorptie-inrichting in te stellen.

8004809 -2- % i· " , _ Tenslotte heeft de uitvinding betrekking op de behandeling van uit een buitengaatse put verkregen kooldioxyde-bevattend aardgas, waarin de absorptie-inrichting wordt opgesteld op de bod an van de oceaan en zeewater voor het absorberen van het kooldioxide wordt toegepast.

5 Het volume aan aardgas en industriegas, dat voor verschillende doeleinden wordt behandeld, neemt steeds toe. Effectieve methoden voor het behandelen van deze gassen zijn derhalve voor de industrie van groot belang. De behoefte aan efficiënte en economische behandelingsmethoden . is bijzonder sterk in de aardgasindustrie, waar het percentage geprodu-10 ceerd gas, dat een behandeling vereist, toeneemt naarmate de niet-ver-ontreinigde gasreserves worden uitgeput.

Een van de onzuiverheden, die meestal in aardgas wordt aangetroffen is kooldioxyde. In vele gebieden op de wereld wordt aardgas, in het bijzonder methaan gevonden, waarin tevens aanzienlijke hoeveelheden 15 kooldioxyde aanwezig zijn. Wanneer het kooldioxydegehalte groter is dan ongeveer 10 vol.#, in het bijzonder ongeveer 20 vol.# of meer, wordt de verwijdering daarvan door gebruikelijke middelen, zoals door absorptie met aminen oneconomisch door .het hoge energieverbruik van het amine— proces, nodig om het amine te regenereren en door de uitermate grote 20 afmetingen van de installatie, die noodzakelijk is om een dergelijk groot COg volume te verwijderen. Het hanteren van het grote volume verwijderd COg-gas is tevens een probleem, tenzij er een speciale situatie bestaat, waardoor een waardevolle toepassing van grote hoeveelheden kooldioxyde mogelijk is, zoals in spoelreservoirs voor secundaire of terti-25 aire oliewinning. Het kan tevens economisch zijn het gas zoals het wordt geproduceerd toe te passen als stookgas met lage verhittingswaarde, indien een grote vraag naar brandbaar gas voor de opwekking van energie of voor industriële doeleinden binnen een redelijke afstand van de pro-duktieplaats bestaat. Vele van deze gasreservoirs zijn echter aanwezig 30 in afgelegen gebieden, waar geen grote behoefte aan brandstof bestaat, waar kooldioxyde geen waarde heeft en waar de bouw van gasverwerkingsfabrieken duur is. De transportkosten van het gas kunnen worden verminderd indien het C0g bij de bron zou kunnen worden verwijderd, in het bijzonder indien 00^ in zeer hoge concentratie aanwezig is.

35 Het is bijgevolg een hoofddoel van de uitvinding te voorzien in een werkwijze, waardoor het mogelijk is op meer economische en geschikte wijze gasmengsels te behandelen.

8004809 ί* * , -3-

Het is een ander doel van. de uitvinding te voorzien in een inrichting die voor de behandeling van gasmengsels wordt toegepast.

Het is een volgend doel van de uitvinding te voorzien in een werkwijze voor het behandelen van een gas met een absorptiemiddel, waar-5 bij geen mechanische verpomping van het absorptiemiddel of een hogedruk-absorptievat nodig is.

Het is een verder doel van de uitvinding te voorzien in een eenvoudige werkwijze voor het behandelen van aardgas, hetwelk verkregen is uit buitengaatse putten.

10 Het is voorts een doel van de uitvinding de transportkosten van het gas vanaf een put in afgelegen gebieden, bij voorbeeld een buitengaatse put die bij voorbeeld ca 300 km of meer van het land afligt te verminderen.

Het is een nog verder doel van de uitvinding te voorzien in een 15 nieuwe methode voor het in een trap in aanraking brengen van absorberend zeewater met COg-rijk aardgas in een gelijkstroomcontactinrichting.

Andere doeleinden, aspecten en de diverse voordelen van de uitvinding zullen door de nu volgende beschrijving worden toegelicht.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het behande-20 len van een gasvormig mengsel om daarvan de concentratie te veranderen, d.w.z. een component of een onzuiverheid daarvan te verwijderen. De onzuiverheid wordt door selectieve absorptie verwijderd. Een gas en een absorptiemiddel warden in een gelijkstroomcontactzone met elkaar in aanraking gebracht, waarbij de stroming van het absorptiemiddel tot stand 2.5 wordt gebracht door dispergering van het gas in het absorptiemiddel.

De voorkeursuitvoeringsvarm van de uitvinding betreft een werkwijze voor het verwijderen van COg uit aardgas. De werkwijze van de uitvinding omvat het verwijderen van aardgas, dat 20-95 vol.$ COg bevat, uit een aardgasput, welk gas wordt geleid naar een absorptie-inrichting 30 die bij of op de bodem van de oceaan geplaatst is. Zeewater uit de oceaan in de nabijheid van de absorptie-inrichting wordt dan in de inrichting gevoerd, en daarin in aanraking gebracht met het aardgas, dat de grote hoeveelheid COg bevat. Daardoor wordt een gezuiverd aardgas met een verlaagd kooldioxydegehalte, vergeleken met het aardgas dat uit de 35 put komt geproduceerd, alsmede COg-rijk zeewater.

De absorptie wordt in het algemeen uitgevoerd bij een temperatuur in het gebied van -1,0-27°C. Het heeft de voorkeur en het is voordelig 8004809 -il·- ί de inwendige druk in de absorptiezone en de druk van de omringende oceaan bij benadering gelijk te houden.

Derhalve kan de constructie van de absorptie-inrichting betrekkelijk goedkoop zijn, aangezien geen hoge druk stabiliteit nodig is.

5 Het heeft verder de voorkeur tevens de natuurlijke druk van het aardgas te benutten om de energie te leveren om de fluida door de proceseenheid te bewegen.'

In een uitvoeringsvorm heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze ter verwijdering van ten minste i$n onzuiverheid uit een gas, waar-10 bij een absorptiemiddel met een absorptiecapaciteit voor een bepaalde onzuiverheid en een gas in het onderste gedeelte van de contactzone van een absarptie-inrichting warden, gevoerd, waarbij de absorptie-inrichting in het absarptiemiddel is ondergedompeld, waardoor contact tussen het gas en het absorptiemiddel tot stand wordt gebracht wanneer het gas en 15 het absorptiemiddel in gelijkstroom opwaarts door de absorptie-inrichting stromen. Hiet-geabsorbeerd gas wordt verzameld nabij de top vein de absorptie-inrichting en gewonnen. Absorptiemiddel, dat rijk is aan onzuiverheden, wordt daarna via geschikte afvoermiddelen afgevoerd in de het omgevende absarptiemiddel.

20 Een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding betreft de afvoer van het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel in de omringende absorp-tiemiddeldiepte, zodanig, dat de absorptiedichtheid op het niveau van de afvoer vrijwel gelijk is aan, maar bij voorkeur kleiner is dan, de dichtheid van het aan onzuiverheden rijke absorptiemiddel dat wordt af-25 gevoerd.

In een andere uitvoeringsvorm wordt de absarptiestroamsnelheid __ door de absorptie-inrichting geregeld door het vloeistofniveau in de top van de absorptie-inrichting in te stellen, waardoor de vloeistofdruk waartegen het absarptiemiddel moet stromen, wordt veranderd.

30 De uitvinding is in het bijzonder bruikbaar voor elk kooldioxyde- bevattend gas, maar in het bijzonder wanneer de kooldioxydeconcentratie 10 vol./5 of meer is. Wanneer het systeem wordt toegepast voor de verwijdering van kooldioxyde uit een gas, kan zout water, bij voorbeeld zeewater, als passend absorptiemiddel worden toegepast.

35 Bij gevolg is de werkwijze alsmede de inrichting van de uitvin ding bijzonder goed van toepassing voor de behandeling van een gasvormig mengsel van kooldioxyde en aardgas, waar de aardgasput in een ver- 8004809 O < .......... -5- i vijderd gebied aanwezig en zeewater beschikbaar is. De uitvinding is van bijzonder belang· voor het behandelen van aardgas met een hoge concentratie aan kooldioxyde- verkregen uit een buitengaatse put.

De inrichting die in het algemeen in de werkwijze van de uitvin-5 ding wordt toegepast omvat een contactzone met middelen, voor het invoeren van toevoergas en absorptiemiddel in het bodemgedeelte van de contactzone, alsmede middelen bij de top van de zone voor hét verzamelen en verwijderen van niet-geabsorbeerd gas.

In een andere uitvoeringsvorm omvat de absarptie-inrichting tevens 10 een veelvoud van afvoermiddelen, die op verschillende niveaus zijn geplaatst om het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel op een zodanige diepte te kunnen afvoeren, dat de absorptiemiddeldiehtheid op dat niveau vrijwel gelijk is aan, maar bij voorkeur kleiner dan, de dichtheid van het aan onzuiverheden rijke absorptiemiddel dat wordt afgevoerd.

15 Het absorptiemiddel omvat tevens een middel voor het transporteren van het aan. onzuiverheden rijke absorptiemiddel uit het bovenste deel van de contactzone naar het afvoerorgaan.

De figuur is een schematische voorstelling van een specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding.

20 De behandeling van een gasvormig mengsel met een absorptiemiddel teneinde daaruit een ongewenste component te verwijderen is op zichzelf bekend. De uitvinding voor ziet echter in een nieuw middel voor het tot stand brengen van contact van een absorptiemiddel met een gas in een gelijkstroom contactinrichting.

25 De absorptie-inrichting van de uitvinding omvat een contactzone met een orgaan voor het invoeren van toevoergas en absorptiemiddel in het onderste deel van de contactzone en een verzamelorgaan bij de top van de contactzone voor het verzamelen en verwijderen van niet-geabsorbeerd gas. Elk geschikt bufferorgaan voor het verzamelen en verwijderen ’ 25 van niet-geabsorbeerd gas, dat op zichzelf bekend is, kan in de uitvinding worden toegepast, bij voorbeeld een dampvloeistofseparator of zelfs een omgekeerde trechter-type structuur, waarin het gas wordt verzameld in de kegel en door middel van een leiding afgevoerd naar een passende opslag voor verdere gebruik. De absorptie-inrichting is in het algemeen 30 tot een voldoende diepte ondergedompeld in het absorptiemiddel om de gewenste hydraulische druk te verkrijgen ter handhaving van voldoende druk in de absorptie-inrichting om daardoor het mechanisch verpompen van absorptiemiddel en de noodzaak voor een hogedruk-absorptievat te vermijden,

80 0 4 8 0 S

....... . -6- aangezien de inwendige en uitwendige drukken bijgevolg bijna gelijk zullen zijn.

Het onderste deel van de contactzone, waarin het absorptiemiddel en het gas worden ingevoerd, kan tevens het dispergeerorgaan omvatten.

5 Het dispergeerorgaan kan elke gebruikelijke dispergeerinrichting zijn, bij voorbeeld een bank of veelvoud van mondstukken of een veelvoud van venturibuizen. De dispersie-inrichting bevordert de dispersie van het gas als belletjes in het absorptiemiddel, waardoor het contact tussen het gas en het absorptiemiddel wordt bevorderd en tevens een opwaartse 10 stroming van het absorptiemiddel door de contactzone wordt teweeggebracht .

De absorptie-inrichting kan tevens een veelvoud van afvoerorga-nen omvatten, die op verschillende niveaus van het absorptiemiddel geplaatst zijn, om daardoor het afvoeren van het aan onzuiverheden-rijke 15 absorptiemiddel mogelijk te maken bij een zodanige absorptiemiddel-diepte, dat de absorptiedichtheid op dat niveau bijna gelijk is aan, maar bij voorkeur kleiner dan, de dichtheid van het aan onzuiverhedenrijke absorptiemiddel, dat wordt afgevoerd. Het heeft derhalve de voorkeur dat hetaan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel wordt afgevoerd op 20 een zodanige absorptiemiddeldiepte, dat de absorptiaziddeldichtheid op dat niveau ten minste ongeveer 0,0002 g/ml kleiner is dan de dichtheid van het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel, dat wordt afgevoerd. Hierdoor wordt gegarandeerd dat het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel naar beneden zinkt en niet opstijgt naar het oppervlak van de 25 massa van het Absorptiemiddel. Indien het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel bij een absorptiemiddeldiepte wordt afgevoerd, waarbij de absorptiemiddeldichtheid groter is dan die van het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel, kunnen belletjes van de onzuiverheid worden gevormd en uit de oplossing ontwijken. Dit is bijzonder belangrijk, wan-30 neer C02 door zeewater wordt geabsorbeerd, aangezien het niet wenselijk is, dat C02 uit de oplossing ontwijkt en in de atmosfeer overgaat. Het heeft de voorkeur, dat het CO^-rijke zeewater naar beneden zinkt en dat het C02 onder het oppervlak blijft, zodanig, dat het CO,, geleidelijk wordt verspreid, bij voorbeeld door oceaanst routing en. Het niveau waarop 35 het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel wordt af gevoerd, dient echter niet zodanig ondiep te zijn, dat mengen met vers absorptiemiddel, dat in de scheidingswerkwijze wordt toegepast, mogelijk is.

8004809 • -?-

Het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel stroomt uit de con-; tactzone door doorgangen naar het passende afvoerniveau. De doorgang "behoeft niet meer te zijn dan een ring tussen de contactzone en een verlengd deel van het verzamelorgaan, als weergegeven in fig. 25· De ring 5 wordt gevormd door de verlenging van het onderste deel van het verzamel-orgaan voor het niet-geabsorbeerde gas. Het lagere deel strekt zich buiten de contactzone uit beneden het laagste niveau, waarbij het afvoer-absorptiaaiddel zal worden afgevoerd. De veelvoud van afvoer organen kan verticaal op het verlengde onderste deel van het verzamelorgaan zijn 10 geplaatst, dat tevens kan worden aangeduid als de buitenste mantel van de absorptie-inrichting.

In een andere uitvoeringsvorm kan de absorptie-inrichting een veelvoud van inlaatorganen met verschillende absorptiemiddelniveaus bezitten, waardoor het mogelijk is absorptiemiddel met verschillende dichtheden 15 af te nemen, met geleidingsorganen voor het transporteren van het absorp-tiemidd’el uit de veelvoud van inlaatorganen naar het bodemgedeelte van de contactzone. De veelvoud van inlaatorganen geeft de mogelijkheid de gewenste absorptiemiddeldichtheid te kiezen en maakt het bij voorbeeld ook mogelijk het absorptiemiddel uit een niveau te laten komen, waar de 20 absorptiemiddeldichtheid kleiner is dan die van de aan onzuiverhedenrijke absorptie-afvoerstroom en nog steeds boven het niveau is, waarop aan onzuiverheden-rijk absorptisniddel wordt afgevoerd. Hierdoor wordt . . voorkomen, dat een aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddelafvoerstroom wordt gemengd met absorptiemiddel dat in de contactzone moet worden ge-25 bruikt.

De werkwijze omvat in het algemeen het invoeren van een gas en een absorptiemiddel met een absorptiecapaciteit voor een onzuiverheid aanwezig in dit gas in het onderste deel van de contactzone van een absorptie-inrichting, waardoor wanneer het gas en het absorptiemiddel in gelijk-30 stroom opwaarts door de absorptie-inrichting stromen contact tussen het gas en het absorptiemiddel mogelijk is. De absorptie-inrichting is in het algemeen in het absorptiemiddel bij voorbeeld zeewater, ondergedompeld tot een voldoende diepte om de hydraulische druk te verkrijgen, die gewenst is om de absorptie-inrichting op voldoende peil te houden en daar-35 door mechanisch verpompen van het absorptiemiddel te vermijden. De behoefte aan een hogedrukabsorptievat wordt tevens vermeden aangezien de inwendige en uitwendige drukken bijna gelijk zijn door het onder gedompeld 8004809 t ............. ' .....-8-.................................... ' zijn van de absorptie-inrichting in het absorptiemiddel. Wanneer het absarptiemiddel en het gas de top van de contactzone hereiken, wordt niet-geabsorbeerd gas verzameld bij de top van de absorptie-inrichting in een verzamelorgaan en daaruit gewonnen. Het aan onzuiverheden-rijke 5 absorptiemiddel dat uit de top van de contactzone tevoorschijn komt, wordt daarna uit de absorptie-inrichting afgevoerd in de omgevende absorptie-inrichting via een afvoerorgaan.

De stroming van. het absorptiemiddel in de absorptie-inrichting wordt tot stand gebracht door middel van dispergering van het gas in 10 het. absorptiemiddel, wanneer dit in de gelijkstroom contactzone wordt ingevoerd. Het toevoer’gas wordt geïnjecteerd in het onderste deel van de contactzone, die een gebruikelijke dispersie-inrichting kan bevatten, zoals een bank of een veelvoud van openingen of een veelvoud van venturi-buizen. De. openingen of andere dispersie-organen kunnen over de gehele 15 doorsnede van hét onderste deel van de contactzone zijn opgesteld om een uniforme dispersie van de gasbelletjes in het absorptiemiddel te garanderen. De dispersie van het gas in het onderste deel van de contactzone brengt de absorptiemiddelstraming door de contactzone teweeg en het drijf-vermogen dat ontstaat, doordat het toevoergas wordt gedispergeerd in de 20 vloeistof in de contactzone, levert de voortgezette absarptiemiddel-circulatie. Dit deel van het systeem werkt in wezen op hetzelfde principe als een luchtliftpomp.

Het afvoerorgaan, dat wordt toegepast voor het afvoeren van het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel in het cmgevende absarptiemiddel 25 kan elk geschikt orgaan zijn waarmee het gebruikte absarptiemiddel uit de absorptie-inrichting kan worden gevoerd. Het afvoerorgaan kan bij voorbeeld slechts een opening in de absarptieinrichting zijn, geplaatst bij het bovenste deel daarvan. Een doorgangsorgaan kan tevens worden toegepast om het aan onzuiverheden-rijk absarptiemiddel naar een gewenste 30 diepte van absarptiemiddel te leiden, alvorens het wordt afgevoerd in het omgevende absorptiemiddel. Het heeft de voorkeur dat de aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddelafvoer uit de absorptie-inrichting op zodanige diepte wordt afgevoerd, dat de absarptiemiddeldichtheid op dat niveau bijna gelijk is aan, maar kleiner dan de dichtheid van, de aan onzuiver-35 heden-rijke afvoer, waardoor de kans, dat het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel wordt teruggemengd met vers absorptiemiddel, dat bij de basis van de absorptie-inrichting binnentreedt, minimaal wordt gemaakt.

8004809 ’ ......... _9_

Bij voorkeur wordt de aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddelafvoer uit de absorptie-inrichting op zodanige diepte afgevoerd, dat de absorptie-middeldichtheid op dat niveau ten minste ongeveer 0,0002 g/ml kleiner is dan de dichtheid van het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel, 5 . dat wordt afgevoerd. Door de afvoer van het toegepaste of aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel op een niveau van het omringende absorptiemiddel, dat een kleinere dichtheid heeft, wordt tevens vermeden dat : grote hoeveelheden van. geabsorbeerde onzuiverheden in de nabijheid van de behandeling in de atmosfeer worden afgegeven. Dit is bijzonder ge-10 wenst, wanneer de geabsorbeerde onzuiverheid kooldioxyde is, aangezien hetniet gewenst is grote volumes kooldioxyde op een enkele plaats in de atmosfeer af te geven.· Verder zal het COg niet de. neiging hebben te stijgen en vers zeewater dat in.de scheidingswerkwijze wordt toegepast, te verontreinigen, welk. zeewater wordt afgenomen op een kleinere diepte 15 dan die, waarop het aan COg-rijke zeewater wordt af gevoerd. Het C02 zal echter in oplossing blijven op een lager niveau en geleidelijk door oceaanstromen worden gedispergeerd. De uitvinding is derhalve in het bijzonder bruikbaar, wanneer zeewater wordt toegepast voor het absorberen van kooldioxyde uit aardgas.

20 Wanneer het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel door een door gang passeert, vóórdat het wordt afgevoerd in het omringende absorptiemiddel, kan de absorptiemiddelstroomsnelheid worden ingesteld door het . vloeistofniveau in de top van de absorptie-inrichting te regelen, waar-door de vloeistof druk ( Δ , zie figuur) waartegen 'het absorptiemiddel 25 moet stromen, wordt gewijzigd. Het verschil in niveau tussen het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel in de doorgang en het absorptiemiddel in de contactzone, wordt geregeld om daardoor de absorptiemiddelstroom-snelheid te regelen. Een kleine Δ , hetgeen een hoog niveau van aan onzuiverheden-rijk absorptiemiddel in het doorgangsorgaan aanwijst, be-

30 vordert een grotere absorptiemiddelstraming, terwijl daarentegen een H

hoge Δ » hetgeen een laag niveau van aan onzuiverheden-rijk absorptiemiddel in het doorgangsorgaan aanwijst, een verlaagde absorptiemiddel-stroming veroorzaakt. Behalve de niveauregeling, kan de absorptiemiddelstroomsnelheid tevens volgens andere gebruikelijke methoden worden ge-35 regeld, zoals door toepassing van een drukregelaar om de terugdruk van het behandelde gas te regelen of door alleen de snelheid, waarmee het behandelde gas wordt afgencmen te meten en te regelen. In het algemeen 8004809 ' " ’ ~ ’ -10- kan elke gebruikelijke methode voor het regelen van de absorptiemiddel- * stroomsnelheid worden toegepast om de gewenste snelheid te verkrijgen en te handhaven.

Hoewel in het algemeen een hoge absorptiemiddelstrcming gewenst 5 is, dient de stroomsnelheid van het absorptiemiddel te worden afgewogen tegen het praktische aspect dat een te sterke absorptiemiddelstrcming teveel gas kan oplossen en daardoor een lage graad van winning geeft, bij voorbeeld ik.dit van kracht wanneer zeewater wordt toegepast voor het absorberen van kooldioxyde of een andere onzuiverheid uit aardgas.

: 10 Een hoge absorptiemiddelstrcming beïnvloedt tevens de dichtheid van het aan onzuiverheden-rijke absorptiemiddel, aangezien de concentratie van de onzuiverheid, bij voorbeeld CO^, minder zou worden. Dit zou betekenen, dat het CO^-rijke absorptiemiddel dient te worden afgevoerd op een minder dicht of ondiep niveau, waardoor de kansen van terugmenging met vers -15 absorptiemiddel, dat in de scheidingswerkwijze wordt toegepast, toenemen.

De werkwijze en de inrichting kunnen worden toegepast voor de behandeling en verwijdering van componenten of onzuiverheden.uit elk gas, dat componenten bevat, die moeten worden verwijderd of die meer oplos-20 baar in het oplosmiddel zijn dan de andere componenten van het gas. Aardgas, stikstof, waterstof en vele andere synthese, raffinaderij- en fabrieks-gassen kunnen volgens de werkwijze worden behandeld ter verwijdering van onzuiverheden, zoals kooldioxyde, waterstofsulfide, koolmonoxyde, zwavel-dioxyde en ammoniak, om slechts enkele te noemen. Het type absorptie-25 middel dat wordt toegepast en de omstandigheden van de behandeling zullen afhangen van de bepaalde gassen, die worden behandeld en de bepaalde onzuiverheden, die men wenst te verwijderen. De uitvinding kan bij voorbeeld worden toegepast ter verwijdering van in water oplosbare gassen uit gassen die in water onoplosbaar zijn door water als absorptiemiddel 30 toe te passen. Wanneer een bepaalde component van het gas als de te verwijderen component wordt gekozen, wordt een geschikt absorptiemiddel gekozen, dat een affiniteit voor de component heeft, maar waarin de andere componenten onoplosbaar zijn.

De werkwijze en inrichting zijn bijzonder geschikt voor de behan-35 deling van een kooldioxyde-bevattend gas ter verwijdering van het kooldioxyde. De uitvinding is bruikbaar voor elk kooldioxyde-bevattend gas, maar is bijzonder economisch, wanneer de COg-concentratie ongeveer 10, 8004809 i -11- * _ in het bijzonder 20 vol.# of meer "bedraagt.

Zout water, "bij voorbeeld zeewater, kan economisch en doeltreffend als het absorptiemiddel voor kooldioxyde uit een kooldioxyde-bevattend gas warden toegepast. Hoewel andere geschikte absorptiemid-5 delen kunnen werden toegepast, zal het type te gebruiken absorptiemid-del uiteindelijk worden bepaald door het gas, dat minder oplosbaar dan COg in het absorptiemiddel, gemengd met het kooldioxyde moet zijn.

De uitvinding blijkt bijzonder geschikt te zijn voor de verwijdering van kooldioxyde uit aardgas, in het bijzonder wanneer het aard-ÏQ gas veld in een verwijderd gebied aanwezig is en de CO ^-c one entrat i e 10 vol.# of meer van het gasmengsel bedraagt. De verwijdering van het . kooldioxyde bij de put, wanneer het in dergelijke hoge concentraties aanwezig is, zal de transportkosten van het gas uit- het ver verwijderde gebied naar een gebruiks- of opslagplaats verminderen. De uitvinding 15 is derhalve bijzonder bruikbaar voor de behandeling van aardgas, verkregen uit een gasput, die op zee is gelegen, bij voorbeeld 320 km uit het land, aangezien het verpompen van het gas naar het land voor het verwerken daarvan grote kosten zal betekenen en de verwijdering van kooldioxyde, dat tot ongeveer TO mol# van het gasmengsel kan bedragen, de 20 transportkosten van het gas naar de wal zal doen verminderen.

Het is volgens de uitvinding niet vereist dat de inrichting op zee wordt toegepast, deze kan tevens worden toegepast in zoet of brak . watergebieden, voorzover de inrichting volledig kan warden ondergedompeld. In ondiepe watergebieden kan een gat in de bod an van het reservoir 25 worden gegraven teneinde de kolom volledig te laten onderdompelen en de grotere hydrostatische werkdruk voor de inrichting te leveren. In het algemeen kan indien de absorptiemiddelmassa van onvoldoende diepte is, de hydrostatische werkdruk tot het gewenste niveau worden opgevoerd door een gat in de bodem van de absorberende massa te graven.

30 De uitvinding is tevens bruikbaar voor een groot bassin of een tank van oplosmiddel of absorptiemiddel, waarin de contactinrichting volledig wordt ondergedompeld. Wanneer eenmaal het absorptiemiddel in de inrichting en het gas in de bodem van de inrichting is ingevoerd, is de hydraulische lift voldoende en zijn geen andere pompen nodig om een ge-35 lijkstroomcontact tot stand te brengen.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding betreft echter de toepassing van de werkwijze en de inrichting ter behandeling van aardgas 8004809 sr -12- 1 verkregen uit een buitengaatse put op zee, ter verwijdering van kool- ' dioxyde onder toepassing van het zeevat er als absarptiemiddel. De CO^-verwijdering vordt tot stand gebracht door de gelijkstroomabsorptie-torens op de oceaanbodem op te richten en het omringende zeewater als 5 absarptiemiddel toe te passen. De plaats op de zeebodem is niet essentieel. Zolang de kolaa volledig is ondergedanpeld, kan. deze worden opgehangen of ondersteund of zelfs rusten in een gat van voldoende af-. meting, dat is geboord in de bodem van het waterreservoir teneinde een voldoende hydrostatische werkdruk voor de werkwijze te leveren.

10 De uitvinding voor ziet derhalve in een nieuwe methode en inrich ting voor het bereiken van een êêntraps contact van absorptiemiddelzee-water met C02-rijk. aardgas in een gelijkstroomcontactinrichting. Indien meer dan êén contact trap gewenst is, kan een meertrappig contact worden verkregen door het behandelde gas, dat uit de top van een absorp-15 . tie-inrichting is verwijderd, in de bodem van een andere soortgelijke absorptie-inrichting te voeren.

De uitvinding zal worden toegelicht door de tekening en het nu volgende illustratieve voorbeeld. De tekening en het voorbeeld dienen als een gedetailleerde beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm 20 van de uitvinding en zijn niet beperkend bedoeld. Hoewel de werkwijze wordt beschreven met betrekking tot de verwijdering van kooldioxyde uit aardgas met zeewater als absorptiemiddel, wordt opgemerkt dat de uitvinding niet tot deze ene voorkeursuitvoeringsvorm is beperkt.

Zoals uit de figuur blijkt is de absorptie-inrichting tot elk 25 gewenst niveau ondergedompeld in zee, maar is deze het voordeligst geplaatst bij of op de zeebodem. De buitenmantel van de absarptie-inrich-ting, die een verlengstuk van het orgaan voor het verzamelen van het behandelde gas is, kan als geïllustreerd bij de bodem worden afgesloten, bij voorbeeld afgedicht aan de buisvormige contactzone 2. Naar keuze 30 kan de bodem van de buitenmantel open zijn. Het verlengstuk dient zich echter wel beneden het laagste niveau uit te steken, waarop effluent zeewater zal worden afgevoerd. Toevoergas, met ongeveer de absorptie-temperatuur en met een enigszins hogere druk dan bij de basis van de absorptie-inrichting, om daardoor de energie voor de dispergering te 35 leveren, wordt geïnjecteerd bij 2 in de contactzone, waardoor de stroming van zeewater in de bodem van de contactzone U tot stand wordt gebracht krachtens het drijfvermogen dat wordt gecreëerd door de kolom van 8004809 ’.......... -13- de gedispergeerde gasbelletjes. Een dispergeerorgaan. kan worden toegepast * ter bevordering· van de dispergering van het toevoergas in de vloeistof in de contactzone. Inlaat zeewater, dat als absorptiemiddel wordt toege-.past, wordt bij voorkeur afgenomen op een diepte waar- de waterdichtheid 5 kleiner is dan die van de met CO^-verzadigde afvoerstroom cm daardoor een eventuele menging van het effluentwater met het verse water te vermijden. Aldus zal de inlaat in het algemeen op een ondieper niveau zijn dan het niveau waarop de effluent wordt afgevoerd, zodat verschillende inlaatkleppen 5 op verschillende waterdiepten kunnen worden voorzien om 10 het mogelijk te maken zeewater van een dergelijke lagere dichtheid in te nemen. Absorptiemiddelzeewater kan echter uit elke diepte worden afgenomen, zolang men er voor zorgt menging van de af voer met het inlaat-zeewater te vermijden.

Naarmate de gemengde fasen uit de top van de buisvormige contact-15 zone 6 in. het orgaan voor het verzamelen van het behandelde gas 7 uittreden, zal het niet-geabsorbeerde gas ontwijken en zich ophopen in 7, waarna het uit de top van de absorptie-inrichting via leiding 8 wordt verwijderd. Het CO^-rijke zeewater stroomt in een doorgang en wordt daarna afgevoerd in de oceaan via een afvoerleiding die op een passende 20 diepte is geplaatst. In de tekening is het doorgangsorgaan een ringvormige ruimte 25 tussen de contactzone en de buitenmantel of het verlengstuk van het verzamelorgaan. Het CO^-rijke zeewater wordt, daarna via êén van een veelvoud wan afvoerarganen 9 afgevoerd. Desgewenst kan het verse zeewater in de afvoerleiding worden gevoerd door niet-weergegeven midde-25 len om de CO ^-c one ent rat i e van de effluent te verlagen, waardoor wordt gegarandeerd, dat geen gasbelletjes uit de effluentstrocm worden vrijgemaakt. Indien vers zeepwater wordt toegepast ter verlaging van de CO^-concentratie van de effluent, dient het afvoerniveau zodanig te zijn, dat de dichtheid van de effluent groter is dan die van het omringende zeewater, zelfs bij tsaperatuurevenwicht met het omringende zeewater.

30 Het vloeistofniveau bij de top van de absorptie-inrichting of de

H

kan warden ingesteld teneinde de gewenste stroomsnelheid van het zeewater te verkrijgen of elke andere gebruikelijke methode kan worden toegepast voor het regelen van deze stroomsnelheid. Een bepaalde wijze waarop dit kan worden uitgevoerd geschiedt door het manipuleren van een 35 regelklep 10 bij of aan de behandelde gasafvoer, waardoor de gasterug-druk wordt gewijzigd. Desgewenst kan een drukregelaar, niet weergegeven, 8004809 £· -v -14- worden voorzien op de gasafvoerleiding 8 of een niveauregelaafc 11 en een niveautransmitter 12 kunnen worden toegepast voor het "bedienen van klep 1Q'« De stroomsnelheid van het zeewater kan worden gemeten volgens elk gebruikelijk-orgaan of de stroming kan indirect worden geschat door 5 de samenstelling van het behandelde gas met een gebruikelijke werk- analysator te volgen, bij voorbeeld een gaschromatograaf. Het vloeistofniveau in de absorptie-inrichting kan hetzij boven of beneden de top van de buisvormige contactzone liggen, afhankelijk van de stroomomstan-digheden en de bepaalde configuratie van de inrichting.

.10 Het gewenste afvoerniveau van het COg-rijke 'zeewater kan worden vastgesteld door het dichtheidsprofiel van de onringende zee te vergelijken met de dichtheid van de COg-verzadigde afvoer onder toepassing - van. gebruikelijke dichtheidsmeetinrichtingen of eenvoudig door het temperatuurprofiel van de zee, de temperatuur en de samenstelling van het 15 effluent vast te stellen en deze te vergelijken met bekende dichtheid— temperatuurverhoudingen. Opgelost COg blijkt de dichtheid van zeewater te doen toenemen. Bij 26,6°C zijn bij voorbeeld de zeewaterdichtheden als volgt: d, g/ml COg deeldruk, KPa absoluut 20 1,010426 0 1,020634 1,05 1 ,010762 1 ,4o 1,010850 1,75 1,010880 2,10 25

De dichtheid van zeewater heeft tevens de neiging bij afnemende tenperatuur toe te nemen, terwijl uiteraard de temperatuur van het zeewater bij toenemende waterdiepten af neemt. Bij gelijkblijvende omstandigheden zal des te rijker aan COg het afgevoerde zeewater is, des te dieper het afvoerpunt zijn.

30 Het niveau van de afvoer van met COg verrijkt zeewater kan op verschillende wijzen worden ingesteld. Het heeft de voorkeur afvoerlei-dingen bij twee of meer niveaus uit de absorptie-inrichting toe te passen, als aangeduid door 9 in de figuur. Deze zullen bij voorkeur op afstand worden bediend. De bediening kan zelfs worden geautomatiseerd 35 door toepassing van een differentiële dichtheidsmeter, die de dichtheid van het afvoerwater met die van de onringende zee op passende niveaus kan vergelijken. Het niveau van de zeewaterafvoer kan tevens warden 8004809 5 -15- gevarieerd door toepassing van een beweegbaar of telescoperend afvoer-; orgaan, bij voorbeeld een pijp of een andere leiding, die pneumatisch kan worden bediend.

Het volgende voorbeeld geeft een illustratie van de bruikbaar-5 heid van de uitvinding en geeft als voorbeeld het type omstandigheden, dat in de werkwijze van de uitvinding wordt toegepast. Het voorbeeld is echter geenszins beperkend bedoeld, aangezien de omstandigheden, waarbij de werkwijze kan warden uitgevoerd, sterk variëren en o.a. afhangen van de plaats van de inrichting, het bepaalde absarptiemiddel dat wordt 10 toegepast en het te behandelen gasmengsel. Het bepaalde voorbeeld heeft j betrekking op de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, waarin een i enkele traps-absorptie-inrichting in zeewater wordt onder gedompeld met . het doel kooldioxide uit methaangas te verwijderen.

' - Voorbeeld 15 Aardgas, dat 70 vol.# CO en 30# CH. bevatte, werd. geproduceerd o ^ in een hoeveelheid van 510.000 m /dag uit putten, met een diepte van 150 m. onder het gemiddelde zeepeil bij een overdruk van 210 bar en een temperatuur van 127°C. De zeebodemtemperatuur is ongeveer 15,5°C. Het gas wordt geleid haar een 12 m enkele-traps-absorptie-inrichting, als 20 weergegeven in de figuur. De druk bij de bodem van de absorptie-inrich-ting is ongeveer 14 bar absoluut, waarbij de druk bij de top van de absorptie-inrichting ongeveer 13,8 bar absoluut is. Het gas wordt in aanraking gebracht met het absorptiemiddelzeewater in een 9 m lange ring-" buis-type contactzone.

25 De volgende tabel geeft informatie met betrekking tot de hoeveel- heid geabsorbeerd CO.,. 0β5Ίι1 χ GeTal n

Zeewaterabsorptiemiddelcirculatie 2270 1/sec 45^0 1/sec COg-eindconcentratie (vol.#) 42# 25# verwijderd C02 (vol.#) 73# 90# 30 verwijderd CH^ (vol.#) 11# 28# 8004809

Claims (8)

1. Werkwijze voor het verwijderen van ten minste êên onzuiverheid uit een gas, met het kenmerk, dat a) aardgas dat 20-95 vol.$ kooldioxyde bevat uit een natuurlijke aardgasput wordt afgevoerd; 5 b) het aardgas in een absorptie-inrichting, geplaatst op of bij de bodan van de oceaan wordt geleid; c) het· aardgas in de absorptie-inrichting met afgevoerd zeewater in aanraking wordt gebracht cm aardgas met een verlaagd kooldioxyde-gehalte vergeleken met het aardgas, dat uit de put kcmt en CO^-rijk zee-1Q water te produceren.

2- Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gezuiver-= de aardgas uit de absorptie-inrichting in een verwerkingseenheid wordt geleid.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de absorptie 15 wordt uitgevoerd bij een temperatuur van -1£-27°C. k. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de druk in . de absorptie-inrichting bij benadering gelijk is aan de druk van de oceaan die de absorptie-inrichting omringt.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het CC^-rijke 20 zeewater uit de absorptie-inrichting in de omringende oceaan wordt afgevoerd op een diepte, waar de dichtheid van het omringende zeewater kleiner. is-.dan de dichtheid van het CO^-rijke zeewater dat wordt afgevoerd.

6. Werkwijze voor het verwijderen van CO,, uit een aardgas- en CO^-omvattend gas, met het kenmerk, dat 25 zeewater als absorptiemiddel wordt gevoerd in het onderste gedeel te van een contactzone van een absorptie-inrichting, welke absorptie-• inrichting is ondergedompeld in zeewater, welk zeewater de bron van het absorptiemiddel is, het genoemde gas in de genoemde contactzone wordt gevoerd in con-30 tact met het genoemde absorptiemiddel, waarbij het gas en het absorptiemiddel beide opwaarts door de contactzone stromen, waardoor CO^-rijk zeewater en niet-geabsorbeerd gas worden gevormd, het niet-geabsorbeerde gas bij de top van de absorptie-inrichting wordt verzameld en, het niet-geabsorbeerde gas daaruit wordt gewonnen en het CO^-rijke zeewater via 35 afvoerorganen uit de absorptie-inrichting wordt afgevoerd in het om- 8004809 -17- ; ringende zeewater. J. Werkwijze volgens conclusie 6, metihet kenmerk, dat het COg-rijke zeewater op een zodanige diepte wordt afgevoerd, dat de- dichtheid van het omringende zeewater op het niveau van de afvoer kleiner is dan de 5 dichtheid van het CC^-rijke zeewater, dat wordt afgevoerd.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat het CO^-rijke zeewater uit de top van de contactzone passeert, in een doorgangs-orgaan en uit dit docrgangsorgaan wordt afgevoerd in het omringende zeewater, waarbij de stroomsnelheid van het CO^-rijke absorptiemiddel in 10 het omringende zeewater wordt ingesteld door het vloeistofniveau in het doorgangsorgaan te regelen. : 9. Werkwijze volgens conclusies 6-8, met het kenmerk, dat de absorp-tie-inrichting op de bodem, van de oceaan is geplaatst.

10. Absorptie-inrichting ten gebruike voor de verwijdering, van CO^ 15 uit aardgas, met het kenmerk, dat de absorptie-inrichting (1) onderge-dcmpeld in zeewater als het absorptiemiddel omvat een contactzone (2) met een orgaan (3) voor het invoeren van het toevoergas en absorptiemiddel in het onderste deel van de contactzone, een orgaan (7) bij de top van de contactzone voor. het verzamelen en verwijderen van niet-ge-20 absorbeerd gas, een veelvoud van op verschillende niveaus geplaatste afvoerorganen (9), om het COg-rijke absorptiemiddel bij een absorptie-middeidiepte te kunnen afvoeren op zodanige wijze, dat de absorptie-middeldichtheid op dat niveau kleiner is dan de dichtheid van het CO^-rijke absorptiemiddel dat wordt afgevoerd, waardoor het in het cmringen-25 de zeewater afgevoerde CO^-rijke absorptiemiddel zinkt en een doargangs-orgaan (25)» waardoor het CO^-rijke absorptiemiddel van bij de top van de verzamelzone naar de afvoer zone kan stromen. Π. Absorptie-inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het orgaan (7) voor het verzamelen en verwijderen van niet-geabsorbeerd 30 gas, een onderste gedeelte heeft, dat zich uitstrekt buiten de contactzone (2) en beneden het laagste niveau, waarop men het effluentabsorptie-middel zal afvoeren, en aldus een ring vormt tussen de contactzone en het verlengde lagere deel van het verzamelorgaan, welke veelvoud van afvoerorganen (9) verticaal is geplaatst op het genoemde verlengde onderste 35 deel van het verzamelorgaan en het doorgangsorgaan (25) de genoemde ring is tussen de contactzone (2) en het verlengde onderste deel van het verzamelorgaan. 8004809 -18- *

12. Absorptie-inrichtmg volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het onderste deel van het genoemde orgaan voor het verzamelen en verwijderen van niet-geabsorbeerd gas is gesloten, doordat het ten opzichte van de contactzone is afgedicht. 8004809