NO155644B

NO155644B - PROCEDURE AND DEVICE FOR DEVICATION OF LIQUIDS.

Info

Publication number: NO155644B
Application number: NO843823A
Authority: NO
Inventors: Norolf Henriksen
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 1984-09-24
Filing date: 1984-09-24
Publication date: 1986-01-26
Also published as: NO155644C; NO843823L

Description

Denne oppfinnelse vedrører avgassing av væsker, spesielt fjerning av oksygen fra sjøvann som skal iniseres i dypt-liggende strukturer for å øke den utvinnbare andel av under-jordiske hydrokarbonressurser. This invention relates to the degassing of liquids, in particular the removal of oxygen from seawater to be initiated in deep-lying structures to increase the recoverable proportion of underground hydrocarbon resources.

I denne forbindelse er det viktig å fjerne sjøvannets innhold av oksygen for å redusere korrosjon og forhindre vekst av aerobe bakterier som kan blokkere strømmen av hydrokarboner fra strukturen. Dette problem har vært kjent i lang tid, og det er foreslått flere ulike løsninger. De fleste bygger på ett av to hovedprinsipper; avgassing ved redusert trykk og gass-stripping eller en kombinasjon av disse. Store mengder sjøvann blir injisert, og avgassingen må være tilfredsstillende til enhver tid. Ubehandlet sjøvann er vanligvis mettet med oksygen og dette kan forårsake alvorlig korrosjon hvis deoksidasjonsbehandlingen ikke virker tilfredsstillende. In this regard, it is important to remove the seawater's oxygen content to reduce corrosion and prevent the growth of aerobic bacteria that can block the flow of hydrocarbons from the structure. This problem has been known for a long time, and several different solutions have been proposed. Most are based on one of two main principles; degassing by reduced pressure and gas stripping or a combination of these. Large quantities of seawater are injected, and degassing must be satisfactory at all times. Untreated seawater is usually saturated with oxygen and this can cause serious corrosion if the deoxidation treatment does not work satisfactorily.

Fra britisk patentsøknad nr. 82 01174, publisert som PCT internasjonal søknad WO 83/02402, er det kjent en fremgangsmåte hvor væsken som inneholder den uønskede gassen først settes under trykk. Ytterligere gass blir tilsatt væsken for å oppløses i denne. Deretter blir trykket av væsken redusert, og den tilsatte gass og i det minste deler av den uønskede, opprinnelige gass blir fjernet fra væsken ved desorpsjon. For å redusere volumet av tilleggsgass helt eller delvis, kan gassen resirkuleres. From British patent application no. 82 01174, published as PCT international application WO 83/02402, a method is known in which the liquid containing the unwanted gas is first pressurized. Additional gas is added to the liquid to dissolve it. The pressure of the liquid is then reduced, and the added gas and at least parts of the unwanted original gas are removed from the liquid by desorption. To reduce the volume of additional gas in whole or in part, the gas can be recycled.

Fra norsk patentsøknad nr. 83 1561 er det kjent en fremgangsmåte hvor væske og gass blir blandet ved omgivelsenes trykk og avgasset i et gass/vann strippesystem ved bruk av inertgass som resirkuleres. Inertgassen blir regenerert og renset i gassforig tilstand. Ifølge en foretrukket utførelsesform blir vannet pumpet og avgasset i et gaslift-system. Hydrogen blir tilsatt for å reagere med oksygen i gassen fra gaslift-systemet. Reaksjonen foregår over en katalysator i resir-kuleringssystemet. From Norwegian patent application no. 83 1561, a method is known where liquid and gas are mixed at ambient pressure and degassed in a gas/water stripping system using inert gas which is recycled. The inert gas is regenerated and purified in its gaseous state. According to a preferred embodiment, the water is pumped and degassed in a gas lift system. Hydrogen is added to react with oxygen in the gas from the gas lift system. The reaction takes place over a catalyst in the recirculation system.

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedring av den sist-nevnte metode. The present invention relates to an improvement of the last-mentioned method.

Da ovennevnte gaslift-system ble utprøvet, ble det oppdaget at strømningsmønsteret for gass og væske varierte innenfor gaslift-røret. Valg av et gassvolum for å oppnå optimal gass-stripping så vel som optimal pumpeeffektivitet i et rør på 100 m, resulterte i et strømningsmønster med såkalt stem-pelstrøm ved bunnseksjonen og forandret til opprevet stempel-strøm, opprevet ringstrøm og med ringstrøm i den øvre del av røret. Således ble det funnet at en økning i gassmengden ut-over gaslifteffektens maksimale virkning ikke var mulig. En ytterligere øking av gassvolumet ga ringstrøm i store deler av røret og reduserte kraftig den totale væskestrøm og gas-lif t-effekten. When the above gaslift system was tested, it was discovered that the flow pattern of gas and liquid varied within the gaslift pipe. Selection of a gas volume to achieve optimal gas stripping as well as optimal pumping efficiency in a pipe of 100 m resulted in a flow pattern with so-called piston flow at the bottom section and changed to torn piston flow, torn annular flow and with annular flow in the upper part of the pipe. Thus, it was found that an increase in the amount of gas beyond the maximum effect of the gas lift effect was not possible. A further increase in the gas volume produced ring current in large parts of the pipe and greatly reduced the total liquid flow and the gas lift effect.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det nå overraskende funnet at gass/væske strømingsmønsteret drastisk kan for-bedres til å gi en nær ideell gass/væske turbulent, skummende strøm gjennom hele lengden av røret. Dette oppnås ved å pumpe væsken inn i den rørformede strippesone med en begynnelseshastighet i området 0,6 til 2,5 m sek og samtidig holde gassvolumet som skal blandes med væsken, i et forhold av 2:1 - 6:1 basert på volum. Disse resultater gir en nær stabil tofaset turbulent strøm som forbedrer strippeeffekten og reduserer oppholdstiden i strippesonen. According to the present invention, it has now surprisingly been found that the gas/liquid flow pattern can be drastically improved to give a near-ideal gas/liquid turbulent, foaming flow throughout the entire length of the pipe. This is achieved by pumping the liquid into the tubular stripping zone with an initial velocity in the range of 0.6 to 2.5 msec and at the same time keeping the volume of gas to be mixed with the liquid in a ratio of 2:1 - 6:1 based on volume. These results provide a nearly stable two-phase turbulent flow that improves the stripping effect and reduces the residence time in the stripping zone.

Således er det formålet med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og en anordning til å etablere gass/væske-strippebetingelser med tilnærmet uinnskrenket gjensidig påvirkning mellom fasene, gjennom en enkel innstilling av gass/væske-forhold og reaksjonstid for å oppnå slike optimale strippebetingelser. Thus, the purpose of the invention is to provide a method and a device for establishing gas/liquid stripping conditions with virtually unrestricted mutual influence between the phases, through a simple setting of the gas/liquid ratio and reaction time to achieve such optimal stripping conditions.

Dette og andre formål med oppfinnelsen oppnås med fremgangsmåten og anordningen som er beskrevet nedenfor, og oppfinnelsen er karakterisert og definert ved de medfølgende patentkrav. This and other purposes of the invention are achieved with the method and device described below, and the invention is characterized and defined by the accompanying patent claims.

Andre trekk ved oppfinnelsen er beskrevet mer detaljert nedenfor og også vist i tegningene; 1-3 hvor: Fig. 1 er en skjematisk tegning av systemet ved bruk av et Other features of the invention are described in more detail below and also shown in the drawings; 1-3 where: Fig. 1 is a schematic drawing of the system using a

stripperør i form av en hårnål. stripper tube in the form of a hairpin.

Fig. 2 er et to-trinns system som benytter to hårnålsrør og midler for å tilføre renset strippegass til røret i det annet trinn. Fig. 1 viser systemet som benyttes for å strippe sjøvann med nitrogen som strippegass. Sjøvann som inneholder oksygen, blir pumpet fra en mellomliggende lagringstank 1 med en konvensjonell lavtrykks vannpumpe 4 gjennom et stripperør 2, som er formet som en hårnål med vertikalt forløpende ben 3 og 5. Det er forbundet med en separasjonstank 6, hvor gass blir separert i øvre del og sjøvann oppsamlet i den nedre del. Gassen ledes gjennom røret 9 til et gassrensings- og resir-kulasjonssystem (ikke vist) og det behandlede sjøvann blir ledet gjennom røret 10 til bruk. Fig. 2 is a two-stage system using two hairpin tubes and means for supplying purified stripping gas to the tube in the second stage. Fig. 1 shows the system used to strip seawater with nitrogen as stripping gas. Seawater containing oxygen is pumped from an intermediate storage tank 1 with a conventional low-pressure water pump 4 through a stripper tube 2, which is shaped like a hairpin with vertically extending legs 3 and 5. It is connected to a separation tank 6, where gas is separated in upper part and seawater collected in the lower part. The gas is led through pipe 9 to a gas purification and recirculation system (not shown) and the treated seawater is led through pipe 10 for use.

Renset strippegass blir innført gjennom røret 8, se Fig. 2, til innløpsenden av det første benet 3 til stripperøret 2. Når gass- og vannstrømmer møter hverandre, vil de blande seg godt, forutsatt at væsken har den foreskrevne hastighet og mengden av gass og væske er innstilt til de forhold som er spesifisert ifølge oppfinnelsen. Purified stripping gas is introduced through the tube 8, see Fig. 2, to the inlet end of the first leg 3 of the stripping tube 2. When gas and water streams meet, they will mix well, provided the fluid has the prescribed velocity and amount of gas and liquid is adjusted to the conditions specified according to the invention.

En foretrukket utførelsesform av hårnåloppsettet er beskrevet i Fig. 2. Her er det annet rør 2' benyttet og i tillegg en gass-/væskeseparasjonstank 6' og en væskepumpe 4' er anordnet mellom de to rørene 2 og 11. A preferred embodiment of the hairpin setup is described in Fig. 2. Here the second pipe 2' is used and in addition a gas/liquid separation tank 6' and a liquid pump 4' are arranged between the two pipes 2 and 11.

Behandlet sjøvann fra tanken 6' ledes gjennom røret 10' via en annen lavtrykkspumpe 4' inn i det annet rør 2'. Brukt strippegass blir ledet fra rørene 10 og 10' til en rense- og resirkulasjonskrets (ikke vist), og renset gass innføres gjennom rørene 8 og 8'. Treated seawater from the tank 6' is led through the pipe 10' via another low-pressure pump 4' into the other pipe 2'. Used stripping gas is led from pipes 10 and 10' to a cleaning and recirculation circuit (not shown), and cleaned gas is introduced through pipes 8 and 8'.

Eksempel 1 Example 1

Som en illustrasjon på effektiviteten av det nye strippe-systemet, ble det laget en beregning for å sammenligne gas-lif t-systemet med samtidig pumping og avgassing og systemet ifølge oppfinnelsen ved bruk av hårnåloppsettet som vist på Fig. 1. Det ble antatt at lengdene og diametrene på strippe-rørene var identiske, og hvert system ble tilført renset nitrogen fra samme kilde. As an illustration of the efficiency of the new stripping system, a calculation was made to compare the gas lift system with simultaneous pumping and degassing and the system according to the invention using the hairpin layout shown in Fig. 1. It was assumed that the lengths and diameters of the stripping tubes were identical, and each system was supplied with purified nitrogen from the same source.

Sammenlignet med gaslift-stripping er således effektiviteten forbedret 2 1/2 gang og oppholdstiden redusert til det halve. Compared to gaslift stripping, the efficiency is thus improved 2 1/2 times and the residence time reduced to half.

Sammenlignet med konvensjonell stripping i fylte tårn eller kolonner vil forbedringene bli enda større, og i tillegg vil det oppnås betydelige vektbesparelser. Compared to conventional stripping in packed towers or columns, the improvements will be even greater, and in addition, significant weight savings will be achieved.

Det er ikke lett å fastsette de øvre og nedre grenser for gass/væske hastigheter og gass/væske forhold. Disse verdier er avhengig av hverandre og også til en viss grad avhengig av lengde og diameter av røret. I praksis er det imidlertid funnet at begynnelseshastigheten for væsken alltid skal være over 0,5 m sek , og foretrukket område fra It is not easy to determine the upper and lower limits for gas/liquid velocities and gas/liquid ratios. These values are dependent on each other and also to some extent dependent on the length and diameter of the pipe. In practice, however, it has been found that the initial velocity of the liquid must always be above 0.5 m sec, and the preferred range from

0,6-2,5 m sek i . Den nedre grense for gass/væske forholdene er 2:1 basert på volum og den øvre grense ca. 60:1 basert på volum; det foretrukne område er fra 2:1 til 6:1. 0.6-2.5 m sec in . The lower limit for gas/liquid ratios is 2:1 based on volume and the upper limit approx. 60:1 based on volume; the preferred range is from 2:1 to 6:1.

Inntil nå har det i tidligere kjent teknikk vært antydet at når stripping blir utført i medstrøm, vil det alltid være nødvendig å anvende flere trinn for å oppnå rimelig lavt oksygeninnhold. Dette er ikke i overensstemmelse med resultatene oppnådd ifølge foreliggende oppfinnelse. Resultatene er oppådd med eksepsjonelt enkelt utstyr med lav vekt og med mulighet for å opprette betingelser for gass/væske stripping med praktisk talt uinnskrenket gjensidig påvirkning mellom fasene. Until now, it has been suggested in the prior art that when stripping is carried out in co-flow, it will always be necessary to use several steps in order to achieve a reasonably low oxygen content. This is not in accordance with the results obtained according to the present invention. The results are obtained with exceptionally simple equipment with low weight and with the possibility of creating conditions for gas/liquid stripping with practically unrestricted mutual influence between the phases.

Eksempel 2 Example 2

Et forsøk ble utført med en anordning som vist i Fig. 2, ved å benytte to hårnålsrør hvor hvert ben har en lengde på 14 m. Sjøvann ble pumpet gjennom systemet med varierende hastigheter og gass/væske forhold ble variert mellom 2:1 til 5:1. Således, i en to-trinns prosess med innføring av renset nitrogen også i annet trinn, blir det endelige C^-innhold så lavt som fra 0,002-0,008 ppm. An experiment was carried out with a device as shown in Fig. 2, using two hairpin tubes where each leg has a length of 14 m. Seawater was pumped through the system at varying speeds and the gas/liquid ratio was varied between 2:1 to 5 :1. Thus, in a two-stage process with the introduction of purified nitrogen also in the second stage, the final C 2 content becomes as low as from 0.002-0.008 ppm.

Ovenfor er det beskrevet en foretrukket utførelse av anordningen. Det foreligger flere alternativer til dette. Et an-tall parallelle rør kan plasseres side om side som en rørsats og ren nitrogen kan innføres til hvert av dem. Rørene kan være bøyd flere ganger til å gi en bølge- eller sinuslik kon-figurasjon. Flere mekaniske pumper kan også benyttes for å opprettholde væskehastighetene på de ønskede nivåer. A preferred embodiment of the device is described above. There are several alternatives to this. A number of parallel tubes can be placed side by side as a tube set and pure nitrogen can be introduced to each of them. The tubes can be bent several times to give a wave or sinusoidal configuration. Several mechanical pumps can also be used to maintain liquid velocities at the desired levels.

Claims

1. Procedure for degassing liquids with inert gas where the inert gas is mixed with the liquid in one or more stripping zones in co-flow, characterized by that the liquid is pumped in turbulent co-flow with the inert gas through one or more tubular zones to one or more separation zones where gas and liquid are separated; that the volume ratio between gas and liquid is kept in the order of 2:1 - 6:1, calculated at normal temperature and pressure; that the initial velocity of the liquid is kept from 0.6 to 2.5 m sec when it is pumped into the stripping zone, the tubular zone extending in a straight line and/or bent in a hairpin shape.

2. Method according to claim 1, characterized by that the stripping is carried out in a system with circulating inert gas, where the inert gas is purified in the gas phase by catalytic combustion and regenerated before it is introduced into the stripping zone.

3. Device for carrying out the method according to claims 1-2, comprising devices for stripping and pumping water and gas supply, characterized by that it comprises at least two tubular stripping sections (2, 2') with an upstream and an intermediate pump device (4, 4') and a gas supply device (8) at the entrance end of each stripping section, and that a separation tank (6<*>) is arranged after each stripping section where gas and liquid are separated and passed on.

4. Device according to claim 3, characterized in that the stripping sections (2, 2') are in the form of hairpin tubes.