NL8400308A - Werkwijze voor de onttrekking van water aan een gas. - Google Patents

Description

i. _____λ % *» * ^ -1- 23731/Vk/mvl

Korte aanduiding: Werkwijze voor de onttrekking van water aan een gas.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de onttrekking van water aan een gas dat koolwaterstoffen bevat 5 onder toepassing van ten minste een permeabel orgaan dat een toevoerruimte en een permeabiliteitsruimte omvat, van elkaar gescheiden door een membraan met een selectieve permeabiliteit, bestaande uit het toevoeren van een te drogen gas onder druk aan de toevoerruimte, het handhaven van de permeabiliteitsruimte op een druk lager dan die van de toevoerruimte, 10 het afvoeren van een met water verrijkt gas uit de permeabiliteitsruimte en het winnen van een gas waaruit water is verwijderd uit de toevoerruimte.

Als gas dat koolwaterstoffen bevat kunnen worden genoemd mijngas, het gas dat zich bevindt in lagen boven olielagen van een aan te boren olielaag, de gezamenlijke gassen die worden verkregen 15 door het scheiden van een mengsel van gas en olie en gassen afkomstig uit diverse bronnen zoals olieraffinaderijen.

De aanwezigheid van water in gassen die koolwaterstoffen bevatten, is zeer nadelig doordat het mogelijk is dat vaste hydraten worden gevormd en corrosie wordt veroorzaakt wanneer die gassen 20 ook kooldioxide en/of zwavelwaterstof bevatten. Het is noodzakelijk het watergehalte te verlagen tot zeer lage waarden wanneer men deze gassen moet transporteren of conditioneren met het oog op bepaalde, later uit te voeren behandelingen zoals vloeibaar maken of het toepassen van deze gassen.

25 Men kan in bepaalde gevallen de nadelen door de aanwezigheid·van water in een gas verminderen door de druk van het gas te verlagen en/of door het gas te verwarmen, maar deze bewerkingen zijn slechts toepasbaar in bepaalde toepassingsgebieden, deze zijn bijvoorbeeld economisch niet acceptabel bij het transport van het gas over een 30 lange afstand en deze bewerkingen zijn duidelijk moeilijk toepasbaar bij het gebruik van de gassen en wanneer moet worden voldaan aan bepaalde specificaties.

De bekende werkwijzen voor het onttrekken van water genoemd in de aanhef bestaan met name uit het onttrekken van water door 35 afkoelen, het onttrekken van water door in contact brengen met glycol, de onttrekking van water door adsorptie aan gelen van siliciumoxide en de onttrekking van water over molekulaire zeven. Al deze bewerkingen maken 8400308 ' r > -3- 23731/Vk/mvl

Zodoende is een doelstelling volgens de uitvinding een werkwijze voor het.onttrekken van water uit een gas dat koolwaterstoffen bevat onder toepassing van ten minste een permeabel orgaan dat een toevoerruimte en een permeabiliteitsruimte omvat, van elkaar ge-5 scheiden door een selectief membraan en bestaande uit het toevoeren van een te drogen gas onder druk aan de toevoerruimte, het handhaven van de permeabiliteitsruimte op een druk die lager is dan die van de toevoer-ruime, het afvoeren van een met water verrijkt gas uit de permeabiliteitsruimte en het winnen van een gas waaruit water is verwijderd uit de toe-10 voerruimte, welke werkwijze hierdoor wordt gekenmerkt, dat het toegepaste membraan is samengesteld uit een bundel holle vezels van polymeren die een actieve laag bevatten en epn drager met een inwendige diameter tussen 0,1 en 0,5 mm, en met een lengte tussen 0,5 m en 3 m en met een dikte gelegen tussen 0,05 mm en 0,3 mm, waarbij de dikte van de enkele actieve 15 laag minder is dan 1 ym, met*een permeabiliteit voor methaan van ten -5 3 2' minste 10 cm /cm -s-cm Hg en een selectiviteitsfactor voor water ten opzichte van methaan boven ongeveer 100 en welke vezels aan de langs-uiteinden open zijn, waarbij het buitenste deel van de holle vezels zich bevindt in de toevoerruimte en het binnenste deel van de holle 20 vezels deel uitmaakt van de permeabiliteitsruimte.

Men drukt de permeabiliteit van een membraan ten 3 aanzien van een gassamenstelling uit in het aantal cm van de verbinding die berekend onder normale omstandigheden van temperatuur en druk een p oppervlak van 1 cm van het membraan gedurende een seconde doorstroomt, 25 onder een drukverschil tussen de toevoerruimte en de permeabiliteitsruimte van Ί cm kwik. Men geeft de permeabiliteit met betrekking tot methaan bijvoorbeeld weer door P/CH^.

Men geeft de selectiviteitsfactor van water ten opzichte van methaan aan door de verhouding tussen de permeabiliteit 30 van water P/H20 en van methaan P/CH^ van dit membraan, onder de omstandigheden zoals toegepast.

Er moet worden opgemerkt dat de permeabiliteit van methaan en de selectiviteitsfactor van water ten opzichte van methaan van een membraan reële grootheden zijn van het toegepaste membraan en 35 hiervan meetbaar zijn. Deze karakteristieke 'grootheden van een membraan zijn afwijkend van de intrinsieke karakteristieken van het gemeten, toegepaste materiaal op een hoeveelheid van dit materiaal; het verwerken 8400308 * > -2- 23731/Vk/mvl installaties noodzakelijk die in het algemeen groot en kostbaar zijn, met name wanneer het gas moet worden getransporteerd. Bovendien geeft de apparatuur voor de onttrekking van water onder gebruik making van glycol problemen met betrekking tot de veiligheid door het gewicht en 5 de omvang en de systemen op basis van het gel van siliciumoxide en de molekulaire zeven kunnen slechts In overweging worden genomen in zeer bepaalde gevallen vanwege de zeer hoge kosten.

Men kan het gebruik overwegen van een passief systeem ten aanzien van de doordringing door een permeatiemembraan met een 10 niet poreuze scheidende laag, dat kan worden geautomatiseerd, met een grote zekerheid, en geschikt is om op grote schaal te worden toegepast en die in werking kan worden gebracht op een modulaire wijze, makkelijk kan worden aangepast aan de te ontginnen olievelden.

Men heeft reeds op effectieve wijze voorgesteld 15 dergelijke systemen op basis van permeatxe toe te passen voor het scheiden van kooldioxide en zwavelwaterstof van een gas door permeatie. Deze techniek is toepasbaar indien men niet effectief kooldioxide of zwavelwaterstof moet scheiden. Wanneer men hierentegen de wateronttrekking van een gas beoogt, is men gebonden aan zodanige 20 systemen met installaties die een weerstand veroorzaken en kostbaar zijn.

De onderhavige uitvinding heeft als doel een werkwijze te verkrijgen voor de onttrekking van water aan een gas door permeatie, waarbij specifieke membranen worden toegepast voor deze 25 toepassingsvorm en waarbij het eveneens mogelijk is op aanzienlijke wijze de weerstand, het gewicht en de kosten van de installatie voor het onttrekken van water te verlagen. Deze overwegingen met betrekking tot het gewicht en de weerstand zijn met name van belang voor de toepassingen op platformen op zee. Ook wanneer men in een keer het 30 onttrekken van water en het instellen van de gehaltes van zure elementen (COg, HgS) in een gas beoogt, kan het de voorkeur verdienen een werkwijze te gebruiken voor het onttrekken van water volgens de onderhavige uitvinding en afzonderlijk organen te installeren voor het onttrekken van zuur, waardoor het met name mogelijk wordt te werken onder het 35 vaker vervangen van alleen de membranen, die dienst doen voor de onttrekking van water, waarvan de bedrijfsduur korter kan zijn en waardoor men een betere beheersing krijgt van de uit te voeren bewerkingen.

8400308

V

-5- 23731/Vk/rovl * *

De waarden van de lagere grenzen die zijn gegeven voor de permeabiliteit van methaan en voor de selectiviteit van water ten opzichte van methaan zijn waarden die lager zijn dan men heeft waargenomen evenals een plotselinge daling van de werking en daardoor een 5 snelle toename van het noodzakelijke oppervlak van het membraan om een bepaalde hoeveelheid van een gas te behandelen voor het verlagen van het watergehalte tot een te voren bepaalde waarde, zodat men weer verder verwijderd zou uitkomen met behulp van een bepaald voorbeeld.

Bij voorkeur is de selectiviteitsfactor van water 10 ten opzichte van methaan in het membraan volgens de uitvinding gekozen en gelegen tussen ongeveer 200 en 400 en de permeabiliteit van methaan -4 3 2 voor dit membraan is in de orde van 10 cm /cm -s-cm Hg.

Men heeft waargenomen dat de werking van een dubbele uitgang van de holle vezels zeer belangrijk is bij de sterke permeabili-15 teit van het membraan en oolc de geometrische karakteristieken van de holle vezels volgens de uitvinding die het mogelijk maken het oppervlak van het aan te brengen membraan aanzienlijk te verlagen.

De karakteristieken van de werkwijze (geometrie van de holle vezels, permeabiliteit en de selectiviteit hiervan) zijn 20 met name aangepast voor de grote hoeveelheden van het te behandelen 6 3 gas, bijvoorbeeld hoeveelheden van meer dan 10 Nm /dag.

De grote permeabiliteit van het membraan maakt het 2 mogelijk grote hoeveelheden gas te behandelen per m membraan en de uitvinding geeft de mogelijkheid tot recirculatie in bepaalde gevallen 25 van een deel van het gas met een verlaagd watergehalte, dan het watergehalte van het gas dat in het permeabel orgaan komt en waardoor de bedrijfsduur van het membraan wordt verbeterd.

Een andere doelstelling volgens de uitvinding bestaat in het aanbrengen van een geheel van twee permeabele organen van het 30 type zoals in de aanhef beschreven, in cascade geplaatst, waarbij het permeabel orgaan dat stroomafwaarts is geplaatst het gas ontvangt met een lager watergehalte afkomstig van het eerder geplaatste permeabele orgaan en het gas dat rijker is aan water verlaat het stroomafwaarts gelegen permeabel orgaan en wordt opnieuw toegevoerd aan de toevoer 35 van het eerder gelegen permeabel orgaan.

Verder streeft de uitvinding ook naar het aanbrengen van een geheel van een eerste en een tweede permeabel orgaan van het §400308 -4- 23731/Vk/ravl ♦ * van het materiaal tot het membraan maakt het noodzakelijk zeer dunne lagen te vervaardigen, waarin men niet meer de intrinsieke eigenschappen van het materiaal terugvindt. Het is met name zeer moeilijk een verhoogde selectiviteitsfactor te handhaven. Een onverwachte waarneming, die 5 is gemaakt tijdens de onderzoekingen die zijn uitgevoerd in het kader van de onderhavige uitvinding,is geweest het verkrijgen van voortreffelijke resultaten met membranen met een relatief zwakke selectiviteitsfactor ten aanzien van water en dat deze niet gevoelig waren voor het verbeteren van de werking onder toepassing van selectievere mem-10 branen.

Een bijzonderheid volgens de uitvinding bestaat dus hierin dat men een membraan heeft gekozen dat zeer permeabel is voor methaan terwijl het een middelmatige selectiviteit heeft ten aanzien van water, terwijl tot nu toe het accent steeds is gelegd op de nood-15 zakelijkheid van een verhoogde selectiviteit van de membranen voor de gasvormige verbindingen die men wenste te verwijderen ten opzichte van de selectiviteit van de andere bestanddelen van het gasmengsel dat moest worden behandeld en met name ten aanzien van de andere bestanddelen die het snelst door de membranen drongen. Men kan in dit opzicht de 20 opmerking maken dat onder de andere bestanddelen dan water een gasmengsel wordt verstaan dat koolwaterstoffen bevat, waarbij methaan in het algemeen niet een van die componenten is die het snelst door het membraan dringt; een membraan van celluloseacetaat kan bijvoorbeeld acht keer permeabeler zijn voor kooldioxide, 27 keer meer permeabel 25 voor waterstof en 24 keer meer permeabel voor helium dan voor methaan.

* De zwakke selectiviteit voor water van het toege paste membraan volgens de uitvinding vergemakkelijkt zodoende de mogelijkheid dat de werking van de membranen veel slechter is dan men had verwacht van het materiaal met die bestanddelen doordat de 30 nadelen die samenhingen met de vervaardiging van de dunne films het actieve deel van de membranen vormen.

Ingewikkelde vervaardigingstechnieken voor de membranen zijn voorgesteld om deze nadelen te voorkomen of minder te doen zijn. Anderzijds kan men volgens de uitvinding in het algemeen 35 deze nadelen toestaan en een vermindering van de selectiviteit van het membraan dat klaar is om te worden toegepast accepteren ten opzichte van de intrinsieke selectiviteit vanhet materiaal waaruit het is samengesteld.

8400308 & · -7- membraan is. De druk in ruimte 6 kan worden geregeld met behulp van een, niet weergegeven, klep tot een waarde, bijvoorbeeld nabij atmosferische druk. Deze klep kan zijn aangebracht in leiding 8.

Het gas dat wordt toegevoerd via leiding 1 bevat 5 methaan en zwaardere koolwaterstoffen die gasvormig zijn onder de thermodynamische omstandigheden van het gas in leiding 1, evenals eventueel kooldioxide en zwavelwaterstof in zeer verschillende hoeveelheden en andere bestanddelen of onzuiverheden. Het watergehalte van dit gas kan zeer variabel zijn vanaf enkele dpm tot verzadiging van het gas 10 met water. De gewenste onttrekking van het water moet afhankelijk van geval tot geval, leiden tot een verhoogd gehalte tot een gehalte van enkele dpm,of eenvoudigweg tot^ een makkelijke instelling van een eerste watergehalte van het gas.

Het membraan 4 wordt gekozen naast de verdraag-15 zaamheid met water en koolwaterstoffen, in hoofdzaak ter verkrijging van een goede permeabiliteit van methaan waarbij het een gemiddelde selectiviteit heeft van het water ten opzichte van methaan en voldoet aan de wensen ten aanzien van de permeabiliteit van de andere bestanddelen van het mengsel dat moet worden behandeld. Dit maakt het mogelijk 20 met name een membraan te gebruiken dat de karakteristieken heeft van een permeabiliteit van methaan en een selectiviteit voor water ten opzichte van methaan zoals boven aangegeven evenals van koolwaterstofgassen die worden ontdaan van water.

Men kan bijvoorbeeld een permeabiliteit voor methaan -4 3 2 25 kiezen van 10 cm /cm -s-cm Hg en een selectiviteitsfactor van water ten opzichte van methaan van 200.

Om dit membraan te verkrijgen gaat men uit van een materiaal dat bestaat uit een enkele stof of uit een mengsel van verbindingen zoals van polymeren, die als geheel een gemiddelde selectivi-30 teit hebben ten aanzien van water en men onderwerpt het aan een bewerking volgens bekende werkwijzen ter verkrijging van een membraan in de vorm van holle vezels.

Bij voorkeur is ten minste een van de bestanddelen van het gekozen materiaal gekozen uit de groep van materialen met ketens 35 of vertakkingen van hydrofiele aard zoals celluloseacetaat, polyamides verkocht onder de merknaam Nylon, carboxymethylcellulose, ethylcellulose, methylcellulose en dergelijke. Het selectieve materiaal kan worden ge- 8400308 * * -6- type zoals in de aanhef vermeld, op een zodanige wijze aangebracht, dat het tweede permeabele orgaan het aan water verrijkte gas ontvangt dat het eerste permeabele orgaan verlaat en dat het gas met een lager watergehalte het tweede permeabele orgaan verlaat of wordt teruggevoerd 5 naar de toevoer van het eerste permeabele orgaan.

Het monteren van de twee permeabele organen in cascade-vorm zal bijvoorbeeld worden toegepast ter verkrijging van een zeer laag watergehalte en/of voor het verbeteren van de terugwinning van het behandelde gas.

10 De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van enkele niet beperkende voorbeelden, waarbij de uitvinding verder wordt toegelicht aan de hand van de bijgevoegde tekening, waarin: fig. 1 schematisch een permeabel orgaan weergeeft, fig. 2 een schema is van een bijzondere uitvoerings-15 vorm van het permeabel orgaan van fig. 1, fig. 3-6 grafieken zijn die de variatie weergeven van het noodzakelijke oppervlak van het membraan in afhankelijkheid van diverse parameters, fig. 7 een schema is van een variabel permeabel 20 orgaan volgens fig. 1, en fig. 8 en 9 installatieschema's zijn met meerdere stappen van de permeabele organen.

In fig. 1 wordt een gas waarvan het water moet worden onttrokken toegevoerd via leiding 1 aan een permeabel orgaan 2, 25 dat schematisch is weergegeven door een omhulling 3, waarvan het inwendige volume is gescheiden door een membraan 4 in een toevoerruimte 5 met een relatief hoge druk en een permeabiliteitsruimte 6 met een lage druk. Een afvoerleiding 7 maakt het mogelijk gas af te voeren dat minder water bevat, door het gas langs membraan 4 te voeren terwijl 30 een afvoerleiding 8 het gas afvoert of terugwint dat door het membraan 4 dringt en verrijkt is aan water.

De druk van het gas dat via leiding 1 wordt toegevoerd is bijvoorbeeld gelegen tussen 30 en 100 bar. Deze druk moet minimaal ongeveer 10 bar zijn of zal kunnen worden verhoogd tot 35 150 bar en meer.

De temperatuur van het gas in leiding 1 moet zijn gelegen tussen ongeveer 0 en 100 °C indien het membraan een organisch 3400308 * * - -9- 23731/Vk/mvl gehalte dat men wenst te verkrijgen en onder toepassing van een membraan zoals beschreven in het voorbeeld dat wordt gegeven, kan men een hoe- 3 veelheid gas van 10 miljoen normale m /dag behandelen met een membraan- 2 oppervlak tussen 500 en 5000 m .

5 Een met water verzadigd aardgasmengsel van 50 bar en 20 °C kan worden gedehydrateerd met een membraan dat geschikt is -4 3 2 voor de dehydratie met de volgende karakteristieken P =10 cm /cm /s-

Cn^f cm Hg en met een selectiviteitsfactor H^O/CH, van 200 volgens de uit- 2 * ** vinding, met een oppervlak van 1600 m , hetgeen geschikt is voor een 3 10 hoeveelheid te behandelen gas van 10 miljoen Nm /dag.

Wanneer men hierentegen het gas uit dit voorbeeld wil ontdoen van water met behulp van een membraan met een permeabiliteit 3 2 ' voor CH, van 0,5 cm /cm -s-cm Hg en met een selectiviteitsfactor 4 2 ^O/CH^ van 1000, is 23.000 m membraan nodig voor eenzelfde hoeveelheid, 15 waaruit duidelijk het voordeel van een specifiek membraan blijkt voor het onttrekken van water, met een sterke permeabiliteit en een gemiddelde selectiviteit.

Een voorbeeld van een membraan dat geschikt is om te worden toegepast volgens de uitvinding, kan met name worden verkregen 20 door uit te gaan van ethylcellulose, hetgeen een hydrofiel materiaal is met de volgende intrinsieke karakteristieken: permeabiliteit voormethaan •1032 6 x 10 crn /cm -s-cm Hg en een selectiviteitsfactor van water ten opzichte van methaan van 4000. Men heeft volgens een bekende methode een actieve dunne laag van ethylcellulose gevormd, in een bepaald geval 25 van 0,3 pm dikte en deze aangebracht op een microporeuze drager om een mechanische ondersteuning te verkrijgen. Zonder de problemen te maskeren heeft men zodoende een membraan verkregen met in dit geval de volgende -5 3 2 karakteristieken: permeabiliteit voer methaan = 5 x 10 cm /cm -s-cm Hg en de selectiviteitsfactor van water ten opz’~hte van methaan is 140.

30 Het feit dat de selectiviteitsfactor is gedaald tot 140, terwijl de intrinsieke selectiviteitsfactor van het toegepaste materiaal 4000 is, geeft aan dat dit membraan nadelen heeft, maar deze hebben geen nadelige invloed op de werking bij het onttrekken van water aan koolwaterstof houdende gassen.

35 Men heeft bijvoorbeeld een te behandelen gas verwerkt met de volgende samenstelling, uitgedrukt in mol%: CH^ = 81,7, C2Hg = 8400308 r » -8- 23731/Vk/mvl * bruikt aangebracht op een drager, die zelf een betere mechanische be-standheid heeft of worden toegepast in een vorm van een samengesteld membraan met een asymmetrische struktuur. Men geeft aan de selectieve laag een dikte die zo dun mogelijk is ter verkrijging van een goede 5 permeabiliteit en waarmee men een even goede permeabiliteit krijgt als met een groot oppervlak bij de keuze van het selectieve materiaal omdat het voldoende is een middelmatige selectiviteit ten aanzien van water te verkrijgen. Het is daarom relatief makkelijk de permeabiliteit te verkrijgen die hierboven is aangegeven.

10 Het membraan 4 is zeer schematisch weergegeven in fig. 1. In werkelijkheid werkt het als een bundel holle vezels waaraan men evenwijdig vanaf het buitenste gedeelte van de vezels het gas toevoert waaraan het water moet worden onttrokken, welk gas daarna selectief door de membranen stroomt,met name door het buitenste van de 15 vezels naar het binnenste geèeelte hiervan. Het gas dat is verrijkt met water wordt verzameld vanaf het binnenste van de vezels en verlaat deze bij de twee longitudinale uiteinden van elke vezel zoals weergegeven in fig. 2. De ruimte 5 omvat dan ook het geheel van de ruimten tussen de holle vezels, terwijl de ruimte 6 het geheel van de inwendige ruimten 20 omvat van de holle vezels.

In feite heeft de werkwijze betrekking op een grote toevoer van het te behandelen gas waarvan de afvoerverliezen in ruimte 6 nader moeten worden bestudeerd. Het is daarom nodig het permeabele orgaan 2 te optimaliseren wat betreft de vorm, de afmetingen, 25 de plaatsing van de ruimten 5 en 6, de membranen 4 en de parameters van de werkwijz'e zoals de druk, temperatuur en dergelijke en men moet proberen een hoge drukverhouding te handhaven ten opzichte van de lage druk die zo hoog mogelijk is in het gehele permeabele orgaan 2.

Het membraan 4 maakt het voor de waterdamp mogelijk 30 sneller binnen te dringen dan de andere bestanddelen van het gas die worden toegevoerd via leiding 1, welk gas bij het doorstromen van ruimte 5 langs membraan 4 wordt ontdaan van water en wordt afgevoerd via leiding 7 met een verlaagd watergehalte. Hierentegen zal het gas dat door membraan 4 dringt meer water bevatten dan het gas dat wordt toege-35 voerd via leiding 1; zodoende verkrijgt men in leiding 8 een gas dat rijker is aan water.

In afhankelijkheid van de verlaging van het water- 8400308 s » -11- 23731/Vk/mvl is voor methaan, zoals blijkt uit fig. 4, waarbij men langs de abscis de lengte L van de vezels heeft uitgezet en langs de ordinaat de verhouding R van de membraanoppervlakken, respectievelijk nodig met aan één uiteinde afgesloten vezels en bij vezels die aan beide uiteinden 5 open zijn. Men heeft de respectievelijke curves C, D en E getrokken -4 -5 -6 3 2 voor de permeabiliteit van methaan van 10 , 10 en 10 cm /cm -s-cm Hg.

-5

Men ziet dat bij een permeabiliteit lager dan 10 er geen belang bestaat voor het gebruik bij vezels die aan beide uiteinden open zijn, omdat de verhouding R de waarde 1 benadert terwijl hierentegen de combinatie 10 van een hoge permeabiliteit met vezels die aan beide uiteinden open zijn een onverwacht belangrijk resultaat geeft, zodra de vezels een lengte hebben die groter is dan 0,5 m, waarbij de verhouding R duidelijk groter is dan 1.

Steeds wanneer volgens het eerder vermelde voor- 15 beeld gas wordt behandeld maar met een membraan waarvan de selectiviteit van water ten opzichte van methaan 100 is, heeft men een curve 2 gevonden zoals weergegeven in fig. 5, waarbij het oppervlak S in ra van het aan te brengen membraan is weergegeven langs de ordinaat voor een permeabiliteit P/CH^ aangebracht langs de abscis,waarbij het 20 membraan vezels heeft met een lengte van 1 'm en met openingen aan -5 3 2 beide uiteinden. Men ziet dat de permeabiliteit P/CH^ van 10 cm /cm -s-cm Hg overeenkomt met een kritische waarde waaronder het oppervlak van het aan te brengen membraan snel groeit, waarbij de tangens langs de curve nagenoeg vertikaal wordt.

25 Fig. 6 geeft een representatieve curve weer van 2 het oppervlak S in m van het aan te brengen membraan, weergegeven langs de ordinaat als functie van de selectiviteitsfactor van water ten opzichte van methaan, waarbij het membraan in dezelfde omstandigheden is weergegeven in fig. 5, behalve dat de permeabiliteit van -5 3 2 30 methaan is gefixeerd op 10 cm /cm -s-cm Hg en de selectiviteit variabel is gemaakt. Men ziet dat de waarde TOO van de selectiviteitsfactor een kritische waarde is waaronder het membraanoppervlak zeer snel stijgt.

Het vergelijken van de curven van de fig. 5 en 6 35 geeft aan dat men een weergave kan verkrijgen in de ruimte van het membraanoppervlak dat nodig is voor de gelijktijdige functie van de permeabiliteit en de selectiviteit. Deze weergave geeft het kritische 3400308 ¥ -10- 23731/Vk/mvl 5,3; C3Hg = 2,2; C^Q = 1,4; = 0,7, CgH^ = 0,8; N2 = 0,2; C05 =3,9; H„S = 3,2; Hp0 =0,5, met een temperatuur van 60 °C en een druk van 70 bar, verkregen in een hoeveelheid van 280.000 Nm /uur, waartoe een oppervlak voor het membraan nodig was om het watergehalte 5 van het gas te verlagen tot 145 dpm met een membraan, verkregen zoals bijvoorbeeld hierna zal worden beschreven, met een selectiviteits-factor van water ten opzichte van methaan van 200 en in de vorm van holle vezels met een uitwendige diameter van 0,5 mm en mst een inwendige diameter van 0,3 mm.

10 Men heeft daarbij gevonden dat met de vezels met -4 een lengte van 1 m en een permeabiliteit voor methaan van 10 , daarbij 2 2 het oppervlak van het membraan respectievelijk 2100 m , 13.200 m en 129.800 m is, wanneer de vezels aan één uiteinde zijn gesloten en 2 2 2 met een oppervlak van 13Q0 m , 11.200 m en 111.000 m indien de mem- 15 branen aan de twee uiteindeA open zijn.

Met vezels van 2 m lengte vond men onder dezelfde 2 2 2 omstandigheden oppervlakken van 4200 m . 14.500 m en 131.600 m wanneer 2 de vezels aan één uiteinde zijn gesloten en oppervlakken van 1900 m , 2 2 11.500 m en 111.500 ra wanneer de vezels aan beide uiteinden open 20 zijn.

Zodoende ziet men bijvoorbeeld dat met een -4 3 2 permeabiliteit voor methaan van 10 cm /cm -s-cra Hg en met vezels die aan één uiteinde zijn gesloten, men een twee keer groter oppervlak van de membranen nodig heeft bij vezels van 2 m lengte (4200 m ) dan 2 25 met vezels van 1 m lengte (2100 m ), om dezelfde ontwatering te verkrijgen'. De extra hoeveelheid oppervlak van het toegepaste membraan met vezels van 2 m lengte, is dus totaal ineffectief.

In fig. 3 heeft men het oppervlak S weergegeven in m langs de ordinaat, van een membraan dat is aangebracht als 30 functie van de lengte L in meters van de gekozen vezels, welke lengte is vermeld langs de abscis. In geval A, waarbij de vezels aan één uiteinde zijn gesloten en in geval B waarbij de vezels aan de twee uiteinden open zijn, heeft het membraan een permeabiliteit -4 3 2 voor methaan heeft van 10 cm /cm -s-cm Hg.

35 De curve B in fig. 3 geeft het grote belang aan van het gebruik van vezels die aan beide uiteinden open zijn. Dit belang bestaat evenwel slechts indien het membraan voldoende permeabel 8400308 <k #· ï -13- 23731/Vk/mvl * permeabel orgaan 2 en waarvoor men dezelfde verwijzingscijfers heeft gebruikt, vermeerderd met 30. Het gas waaraan water is onttrokken wordt afgevoerd via leiding 7 zoals bij de schema’s van de fig. 1 en 2, maar leiding 8 is verbonden met de toevoer 31 van het tweede permeabele 5 orgaan 32, eventueel via een compressor 43, terwijl de afvoerleiding 37 hiervan is verbonden met de toevoerleiding 1 via leiding 41, voorzien van een compressor of drukverhoger 42.

Deze verschillende permeabele organen 12 en 32 kunnen eveneens zijn voorzien van recycleerleidingen die analoog zijn 10 aan leiding 9. Een aantal andere schema's van combinaties van permeabele organen die in cascade zijn geschakeld kunnen eveneens worden toegepast in afhankelijkheid van de behoefte hiervan.

Volgens de uitvinding wordt dan ook een werkwijze verkregen voor het ohttrekken van water aan een gas door dit door een 15 membraan te voeren met een selectieve permeabiliteit, waartoe het gebruikte membraan is samengesteld uit een bundel holle vezels die aan beide uiteinden open zijn, waarvan de permeabiliteit voor methaan -5 3 2 ten minste 10 cm /cm -s-cm Hg is en waarvan de selectiviteitsfactor van water ten opzichte van methaan hoger is dan ongeveer 100, waardoor 20 het mogelijk is dat het gewicht en de weerstand van de ontwaterings-installatie wordt verlaagd.

8400308 * % -12- 23731/Vk/mvl karakter aan van de minimale waarden van de permeabiliteit van methaan en de selectiviteit voor water zoals hierboven is aangegeven, zoals reeds blijkt uit de fig. 5 en 6.

Het kan zijn dat bepaalde membranen geen gas kunnen 5 verwerken dat verzadigd is met water en waaraan water moet worden onttrokken of met een te sterke waterconcentratie. Men kan ook om de condensatie van water in ruimte 5 te voorkomen, het gewenst achten het water-gehalte van het gas dat in het permeabel orgaan 2 komt, te verlagen. Het schema van fig. 7 maakt een dergelijke verlaging van het watergehalte 10 mogelijk. Hiertoe wordt een recycleerleiding 9, voorzien van een druk verhogend orgaan of compressor 10 aangebracht in de afvoerleiding 7 bij de toevoerleiding 1. Het druk verhogende orgaan 10 compenseert het lichte verlies aan toevoer dat plaatsheeft bij het gas wanneer dit wordt af gevoerd vanuit leiding 1 naar leiding 7 via ruimte 5· Het gas 15 dat wordt afgevoerd uit ruimte 5 wordt verdeeld in twee stromen waarvan de eerste stroom bestaat uit het uiteindelijke gas waaraan water is onttrokken, terwijl de andere afgeleide stroom wordt vertakt door leiding 9 in de leiding 1, waar de andere gasstroom zich met# met het gas dat daar wordt toegevoerd om hieraan water te onttrekken. Het gasmengsel dat 20 in ruimte 5 wordt geleid, heeft zodoende een watergehalte dat gelegen is tussen dat van het toegevoerde gas om te worden behandeld en het gas dat wordt afgevoerd uit ruimte 5» dus een gehalte dat lager is dan van het gas dat wordt toegevoerd om te worden behandeld. Men beschermt zodoende membraan 4 en men verbetert de werking van scheidingsorgaan 2.

25 In fig. 8 is een permeabel orgaan 2 stroomopwaarts aangegeven* en wordt gevolgd door een stroomafwaarts gelegen permeabel orgaan 12, van een vergelijkbaar type als van het permeabel orgaan 2 dat stroomopwaarts is gelegen en waarvoor dezelfde verwijzingscijfers zijn gekozen, vermeerderd met 10. De toevoerleiding T1 in het permeabel 30 orgaan 12 is verbonden met de afvoerleiding 7 van het permeabele orgaan 2. Het gas waaraan water is onttrokken wordt opnieuw afgevoerd via leiding 17, terwijl het gas dat verrijkt is met water wordt af gevoerd via leiding 18, dat nagenoeg hetzelfde watergehalte heeft als het gas dat wordt toegevoerd via leiding 1 en wordt afgetakt in de toevoerleiding 35 via leiding 21, voorzien van een compressor 22.

In fig. 9 is een eerste permeabel orgaan 2 gecombineerd met een tweede permeabel orgaan 32 van een type analoog aan dat van 8400308

Claims (5)

6. Werkwijze volgens conclusie 1 of 4, met het kenmerk, dat men een samenstelsel van twee permeabele organen aanbrengt van een type zoals vermeld in deze conclusie, opgesteld in cascade-vorm, waarbij het permeabele orgaan (12) dat stroomafwaarts is gelegen het 5 gas (11) ontvangt waaraan water is onttrokken (7) hetgeen het gas is dat wordt afgevoerd uit het stroomopwaarts gelegen permeabele orgaan (2) en het met water verrijkte gas (18) wordt afgevoerd uit het stroomafwaarts gelegen permeabele orgaan (12) en teruggevoerd naar de toevoer (1) van het stroomopwaarts gelegen permeabele orgaan (2). 7. Werkwijze volgens conclusie 1 of 4, met het kenmerk, dat men samen een eerste (2) en een tweede (32) permeabel orgaan aanbrengt van een typef zoals aangegeven in deze conclusie, aangebracht op een zodanige wijze dat het tweede permeabele orgaan (32) het met water verrijkte gas (31) krijgt toegevoerd afkomstig uit 15 leiding (8) dat wordt afgevoerd uit het. eerste permeabele orgaan (2) en waarbij het gas (37) waaraan water is onttrokken, wordt afgevoerd uit het tweede permeabele orgaan (32) en wordt teruggevoerd via leiding (41) naar de toevoer (1) van het eerste permeabele orgaan (2). Eindhoven, januari 1984 8400308 -14- 23731/Vk/mvl

1. Werkwijze voor de onttrekking van water aan een gas dat koolwaterstoffen bevat onder toepassing van ten minste een 5 permeabel orgaan (2) dat een toevoerruimte (5) en een permeabiliteits-ruimte (6) omvat, van elkaar gescheiden door een membraan (4) met een selectieve permeabiliteit, bestaande uit: het toevoeren van een te drogen gas (1) onder druk aan de toevoerruimte (5), het handhaven van de permeabiliteitsruimte (6) op een druk lager dan die van de toevoer-10 ruimte (5), het af voeren (8) van een met water verrijkt gas uit de permeabiliteitsruimte {6} en het winnen (7) van een gas waaruit water is verwijderd uit de toevoerruimte (5), met het kenmerk, dat het toegepaste membraan (4) is samengesteld uit een bundel holle vezels van polymeren die een actieve laag bevatten en een drager met een inwendige 15 diameter van 0,1 mm tot 0,5 mm en met een lengte tussen 0,5 en 3 m en een dikte tussen 0,05 en 0,3 mm, waarbij de dikte van de enkelvoudige actieve laag minder is dan 1 pm, met een permeabiliteit voor methaan -5 3 2 van ten minste 10 cm /cm -s-cm Hg en een selectiviteitsfactor van water ten opzichte van methaan boven ongeveer 100, welke vezels aan de 20 langsuiteinden open zijn, waarbij het buitenste deel van de holle vezels zich bevindt in de toevoerruimte (5) en het binnenste deel van de holle vezels deel uitmaakt van de permeabiliteitsruimte (6).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de permeabiliteit voor methaan van het membraan (4) in de orde van -4 3 2 25 10 cm /cm -s-cm Hg is.

’ 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de selectiviteitsfactor van water ten opzichte van methaan in membraan (4) is gelegen tussen ongeveer 200 en 400.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 30 dat men een recycleersysteem (9, 10) toepast voor het terugvoeren van een deel van het gas (7) waaruit water is verwijderd naar de toevoer (1) van het gas waaruit water moet worden onttrokken.

5. Werkwijze volgens conclusie 1 of 4, met het kenmerk, dat de drukken en de temperaturen van het gas evenals de 35 watergehaltes worden gecontroleerd en geregeld op een zodanige wijze dat het optreden van vloeibaar water wordt voorkomen. 8400308