NO316360B1 - Fremgangsmåte for behandling av naturgass inneholdende vann og kondenserbare hydrokarboner, samt anvendelse av slik fremgangsmåte - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for behandling av en gass, særlig en fremgangsmåte for dehydratisenng

Foreliggende oppfinnelse har spesielle fordeler når det anvendes for dehydratisenng av naturgass

Den kan fordelaktig anvendes til å separere kondenserbare hydrokarboner fra naturgass, f eks slike som har minst tre karbonatomer

Petroleumsprodukter og særlig naturgass inneholder produkter som er uønsket med hensyn til transport og/eller håndtering

Av disse stoffer er vann en av hoved-bestanddelene som skal fjernes, idet vannet har vist seg å fremme dannelse av hydrater og gir opphav til korrosjon I praksis kan hydrater føre til at transport-rørledninger gjentettes og blokkeres, slik at gass på lang sikt hindres fra å strømme gjennom dem, og gassens korrosive virkning forårsaker nedbryting av rørledninger og behandhngsinstallasjoner Disse to faktorer er meget ødeleggende med hensyn til deres konsekvenser og kan ofte føre til ganske langvange produksjonsstanser ettersom det er meget vanskelig å nedbryte hydrater som er blitt dannet, hvilket fører til store finansielle tap

Det er tidligere blitt beskrevet forskjellige metoder for å avhjelpe disse ulemper

FR 2 605 241 og EP-A-0 362 023 bes kn ver en metode for behandling av naturgass, som spenner over flere trinn som utformes i forskjellige anordninger i rekkefølge I et første kammer bringes gassen som skal behandles i kontakt med et avkjølt fysisk løsemiddel med sikte på å produsere en gass som er mettet med det tilsatte vann fra løsemidlet og denne gass blir så avkjølt i en veksler for å kondensere den vandige fase inneholdende oppløsningen og metningsvannet så vel som en fase av flytende hydrokarboner Den avkjølte, dehydratiserte gass og fraksjonen inneholdende de kondenserte hydrokarboner blir så atskilt i en sepa-ratorenhet

Denne metode har betydelige fordeler sammenlignet med de teknikker som anvendes ved kjent teknikk Metan- og hydrokarboner så som propan, samt hydrokarboner med flere enn tre karbonatomer, blir imidlertid ikke fullstendig sepa-rert

Dessuten er det nødvendig å bruke minst to anordninger, hvilket krever ytterligere plass i behandlingsanleggene, med ytterligere kapitalinvesteringer

Foreliggende oppfinnelse avhjelper ulempene ved den kjente teknikk og tilveiebringer en mindre kostbar metode for behandling av gasser, særlig naturgass, som inneholder vann i forskjellige former og som må dehydratiseres Den kan også anvendes for behandling av gass som produseres i industnanlegg, f eks raffinenngsgasser Fremgangsmåten og anlegget ifølge oppfinnelsen krever bare ett kammer for dehydratisenngsprosessen, f eks en veksler-kolonne, hvilket innebærer at installasjonen er billigere enn kjente anlegg og krever mindre plass

Den gjør det også mulig å utføre separenngen, ved forskjellige temperaturer, av de kondenserbare bestanddeler som eventuelt finnes i gassen som skal behandles, i henhold til deres sammensetning og i henhold til produsentens ønske og/eller produksjonsbegrensningene

Den kan med fordel anvendes for naturgass inneholdende i det minste vann, metan og kondenserbare hydrokarboner så som C3t og/eller eventuelt C2t

Gjennom hele besknvelsen vil C3+ bh benyttet for å angi hydrokarboner inneholdende minst tre karbonatomer pr molekyl, C4+ for å angi at alle hydrokarboner har minst fire karbonatomer og C5t at alle hydrokarboner har minst fem karbonatomer

Uttrykket «behandlet gass» vil bli brukt til å angi dehydratisert gass eller gass hvorfra minst en del av metningsvannet er blitt fjernet

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for behandling av gass inneholdende i det minste vann, i den hensikt å fjerne vannet i det minste delvis fra gassen, som angitt i de etterfølgende krav 1-9 Fremgangsmåten anvendes med fordel for dehydratisenng av en naturgass, som angitt i krav 10

Fremgangsmåten minsker kostnadene for behandling av naturgass og øker ytelsen med hensyn til de valgte hydrokarbonfraksjoner

Andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil komme tydeligere frem ut fra den følgende beskrivelse som gir eksempler på forskjellige anvendelser som innebærer behandling av naturgass, som ikke er begrensende, og med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor

fig 1 er en skjematisk illustrasjon av grunnprinsippet for oppfinnelsen, under anvendelse av en ekstern kjølekrets,

fig 2a og 2b viser et anlegg med to kjølekretser, en ekstern krets og en varmevekslmgskrets under anvendelse av minst noe av den behandlete gass samt stabilisenngsmidler,

fig 3 viser en variant av selvkjølingssystemet, hvor den behandlete gass resirkuleres og brukes som kjølemiddel,

fig 4 viser en fremgangsmåte hvor et anlegg har midler for gjenvinning av flytende hydrokarboner fra en naturgass,

fig 5 og 6 viser anlegg innbefattende midler for uttrekking av forskjellige kondensater forbundet med stabilisenngsmidlene,

fig 7 er et eksempel på et anlegg som innbefatter en optimalisert stabihse-ringsprosess,

fig 8 og 9 viser varianter av fremgangsmåten, hvor stabiliseringen skjer i en varmevekslingssone,

fig 10,11 og 12 er eksempler på teknikk som benyttes for fremstilling av varmeveksleren, og

fig 13 viser et eksempel på teknikken som benyttes for varmeveksleren

Utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går ut på samtidig å av-kjøle en gass inneholdende metningsvann og bnnge den i kontakt med en væskefraksjon i nærvær av et løsemiddel, hvis hensikt er å hindre dannelse av is og/eller hydrater

Kjøletrinnet bevirker kondensering av metningsvannet i gassen samt av de flytende hydrokarboner i en rik naturgass

Disse to trinn blir fordelaktig utført i et enkelt kammer innbefattende minst en hoved- eller kontaktkrets for gassen, væskefasen og løsemidlet og en kjøle-krets

I tilfelle av en rik naturgass, har anlegget en fordel ved at det kan brukes til å fraksjonere og gjenvinne de flytende hydrokarboner for ulike sammensetninger avhengig av sammensetningen av den behandlete gass og produsentens behov

Pnnsippet for fremgangsmåten er vist i fig 1 og anvendes, f eks , på en naturgass mettet med vann og inneholdende tilknyttete høye hydrokarboner

Gassen som skal behandles innføres i et kammer EC, så som en varmeveksler, gjennom rørledningen 2 beliggende i dens nedre parti Innvendig i varmeveksleren EC1 bringes den samtidig i kontakt med en væskefase som delvis består av et løsemiddel som mates inn i varmeveksleren EC, via rørledningen 3 og avkjøles ved hjelp av en prosess med indirekte varmevekshng, f eks gjennom en vegg (fig 8, 9)

Et varmevekslingsmedmm kan brukes for kjøleprosessen og vil trenge gjennom mantelen til varmeveksleren EC, fra ledningen 4 under sirkulenng nedover fra toppen for å minske temperaturen til gassen som skal behandles når den stiger, før den føres ut av varmeveksleren via ledningen 5

Andre eksempler på utfønngsformen av kjølekretsen fremgår av figur 2 til 4, som ikke innebærer noen begrensning

Gassen som skal behandles bringes fortrinnsvis i kontakt i motstrøm og kontinuerlig med væskefasen inneholdende løsemidlet, som beveger seg nedover innsiden av varmeveksleren EC, når gassen som skal behandles beveger seg oppover Gassen blir fortrinnsvis avkjølt ved en kontinuerlig prosess av varmevekshng i motstrøm

Denne kjøleprosess bevirker kondensering av de tunge hydrokarboner i gassen og en del av det mettede vann i gassen

Disse to kondenserte væskefaser strømmer nedad gjennom anordningen under tyngdekraftpåvirknmg, i motstrøm med den behandlete gass, som gradvis skaper propan, butan og tyngre hydrokarboner som følge av stoffvekshngen mellom gassfasen og de flytende hydrokarboner Den kondenserte flytende hydrokarbonfase blir gradvis anriket med tyngre bestanddeler etter hvert som den beveger seg nedover Den kondenserte vandige fase rik på løsemiddel ved toppen av varmeveksleren mister løsemiddel etter hvert som den kommer i kontakt med gassen

Disse to faser separeres ved hjelp av en dekantenngsprosess i den nedre del av vekslerkolonnen før den tømmes ut via henholdsvis kanalene 7 og 8

Det er også mulig å tømme ut hele innholdet av disse to faser gjennom en enkelt kanal beliggende i den nedre del av veksleren, f eks i ledningens 7 posi-sjon

Den behandlete gass inneholdende løsemiddel slippes ut fra toppen av vekslerkolonnen EC, gjennom ledningen 6

Gassfasen inneholdende løsemiddel og den kondenserte væskefase behandles separat, f eks , avhengig av deres påfølgende anvendelse eller form for transport, for å tilfredsstille produsentens eller forbrukerens spesifikasjoner

Det fordampete løsemiddel som følger med gassfasen vil hindre problemer med hydratdannelse i tilknytning til avkjøling

Varmeveksleren EC, kan også være utstyrt med midler 9 for stynng av temperaturen, så som temperaturfølere som vil være tilkoplet styre- og behandlings-innretning 10 Temperaturfølerne kan være fordelt langs varmeveksleren EC,for å måle den temperatur som hersker ved forskjellige punkter langs banen til den sir-kulerende gass

Før den føres mn i varmeveksleren EC,, kan gassen som skal behandles avkjøles under anvendelse av hvilke som helst tilgjengelig kjølemiddel, så som vann og/eller luft, i en veksler E, beliggende på ledningen 2 Under temperatur- og trykkforholdene ved utløpet av veksleren E,, vil dette første kjøletnnn separere en bensinfraksjon sammensatt av de kondenserbare hydrokarboner

Det anvendes et løsemiddel som er i det minste delvis blandbart med vann Dets koketemperatur vil fortrinnsvis være lavere enn koketemperaturen til vann, slik at det kan innblandes i den ikke-kondenserte gass

Dette løsemiddel kan f eks være en alkohol, fortrinnsvis metanol Det kan også velges fra følgende gruppe av løsemidler metylpropyleter, etylpropyleter, dipropyleter, metyltertiobutyleter, dimetoksymetan, dimetoksyetan, etanol, metoksyetanol, propanol eller det kan velges fra forskjellige klasser av løsemidler så som f eks aminene eller ketonene, eller eventuelt en blanding av et eller flere av disse produkter

Mengden av løsemiddel som skal injiseres blir vanligvis justert til å passe temperaturen og trykket og/eller sammensetningen av gassen for å unngå dannelse av hydrater og dannelse av iskrystaller på grunn av nærværet av vann

Molforholdet mellom løsemiddelstrømmen og den behandlete gasstrømmen er mellom 1/1000 og 1/10

Behandlingsprosessen kan fordelaktig optimeres ved å justere mengden av løsemiddel som injiseres avhengig av f eks gassens sammensetning, og/eller driftsforholdene så som temperaturen og/eller temperaturvariasjonen og/eller trykket I dette øyemed tas det hensyn til temperaturverdiene og/eller temperaturgradienten som måles ved hjelp av temperaturfølerne beliggende i høyde med veksleren

Det tas fortrinnsvis også hensyn til eventuell behandling gassen vil bh utsatt for når den forlater kammeret

Ettersom den sirkulerer i motstrøm, vil gassen oppta i seg løsemiddelet som er opptatt i væskefasene som beveger seg nedover på grunn av tyngdekraf-ten Disse væskefaser samles ved bunnen, idet løsemidlet i alt vesentlig er fjernet fra dem Løsemidlet som injiseres ved toppen blir derfor hovedsakelig tømt ut i gassfasen som forlater toppen Mengden av løsemiddel som skal injiseres kan derfor justeres for å frembringe det konsentrasjonsnivå i denne gassfase som er nødvendig for å hindre hydratdannelse, under hensyn til temperatur- og trykkforholdene

Jo lavere temperaturen er, dess lavere og svakere vil løsemiddelinnholdet i gassfasen være Mengden av løsemiddel som injiseres fra toppen av veksleren vil derfor være forholdsvis liten og utgjør et supplement beregnet på å kompensere for gasstapene

Løsemidlet som injiseres fra toppen trenger ikke å være rent og kan være blandet med f eks vann forutsatt at konsentrasjonen av løsemiddel i vandig fase vil hindre hydratdannelse

Variasjonen i temperaturen eller temperaturgradienten som oppstår i varmeveksleren, velges på grunnlag av gassens beskaffenhet og mengden av kondenserte hydrokarboner så som LPG og bensin, som skal gjenvinnes

Likeledes blir temperaturen til gassen som skal behandles fortrinnsvis redusert for å oppnå en temperaturgradient over hele veksleren

Fremgangsmåten er fordelaktig delvis eller helt selvkjølende, dvs minst en del av den behandlete gass benyttes for kjøleprosessen

Fig 2A viser en utføringsform hvor varmeveksleren EC, er utstyrt med en kjølekrets som benytter et varmevekslerfluid som strømmer inn via ledningen 4 og ut via ledningen 5 vist i fig 1, idet ledningene 4 og 5 er beliggende i den øvre del, og en ytterligere kjølekrets er anordnet som bruker minst noe av den behandlete gass som tømmes ut fra veksleren via kanalen 6, som trenger inn i veksleren via en ledning 11 som fortrinnsvis er beliggende under tømmeledningen 5 for varme-vekslermediet, og strømmer ut via en ledning 6' i høyde med den nedre del av veksleren

Det ytre varmevekslerfluid avkjøler minst noe av den behandlete gass i den øvre del av veksleren Gassen føres ut via ledningen 6 og mates tilbake inn i veksleren via ledningen 11, idet den danner en forlengelse av ledningen 6

En væskefraksjon inneholdende størstedelen av de tyngre bestanddeler i gassen som er matet inn i varmeveksleren EC, og kondensert under prosessen, strømmer ut via ledningen 8

Denne væskefraksjon kan stabiliseres ved å oppvarme væskevolumet som samles ved bunnen av varmeveksleren EC, som vist i fig 2B, hvor en stabilise-nngsinnretning så som en koker B, er anordnet En væskefraksjon som allerede er blitt stabilisert blir derfor samlet via ledningen 8 og produksjonsytelsen ved C,-C2 forbedres, ettersom metanen og etanen som fordampes ved varmeprosessen er opptatt i den behandlete gass som strømmer ut gjennom ledningen 6'

Eksempel 1

Et første eksempel på utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er vist i fig 2A, hvor en naturgass inneholdende de tilknyttete høye hydrokarboner behandles for å frembringe en dehydratisert gass hvorfra bestanddelene inneholdende minst tre karbonatomer hovedsakelig er blitt fjernet

Varmeveksleren EC, er f eks en rørformet kolonneveksler, hvor rørene er foret for øke stoffoverfønngen mellom gassen, den vandig fase, hydrokarbonfasen og løsemidlet

Massesammensetningen av naturgassen er f eks som følger

Naturgassen blir f eks først avkjølt i veksleren E1, til en temperatur større enn eller lik dens duggpunkt nær 43°C og et trykk hovedsakelig lik 4,4 MPa, før den innføres i behandlingsanordningen gjennom ledningen 2 med en massestrøm hovedsakelig lik 42919 Kg/h Løsemidlet, som hovedsakelig består av metanol, injiseres via ledningen 3 ved en temperatur som er lavere enn eller hk omgivel-sestemperaturen og f eks nær -20°C, med en massestrøm hovedsakelig lik 13 Kg/h

Den øvre del av veksleren EC, avkjøles ved hjelp av et varmevekslermedium som innføres via ledningen 4 ved en temperatur nær -27°C og som strømmer ut via ledningen 5 ved en temperatur nær - 23°C

Den nedre del av veksleren EC, avkjøles av den behandlete gassen som strømmer ut via ledningen 6 og føres tilbake inn i veksleren via ledningen 11 ved en temperatur hovedsakelig hk -22°C og ved et trykk nær 4,4 MPa Den resirkuler-te behandlete gass senker temperaturen til gassen som skal behandles idet den sirkulerer i motstrøm ved hjelp av en prosess med varmebehandling før den strømmer ut via ledningen 6' ved en temperatur på 39°C

Etter hvert som den avkjøles, taper naturgassen som skal behandles på den ene side hydrokarboner inneholdende mer enn tre karbonatomer som kondenserer for å danne en væskefase bestående av flytende hydrokarboner, og på den annen side, vann, idet den vandige fase som dannes ved kondensering av metnmgsvannet gradvis strømmer ut etter hvert som den dannes

Under det hydratiseringsprosessen er naturgassen, metanolen og de to væskefaser i kontakt Nærværet av metanol hindrer dannelse av is og hydrater

Dersom mengden av metanol som innføres ved toppen begrenses til den mengde som er nødvendig for å hindre hydratdannelse, inneholder kondense-nngsvannet fra den behandlete gass som samles ved bunnen av veksleren EC, mindre enn 100 ppm av løsemiddel Dette vann tømmes via ledningen 7 ved en temperatur på 43°C ved en massestrøm nær 82,0 Kg/h Den flytende karbonfase anriket med C3H, hydrokarboner og inneholdende mer enn 99 % C5t hydrokarboner, 65 % av C4+ bestanddeler og 12 % av C3+, f eks , strømmer ut via ledningen 8 etter å være skilt fra den vandige fase, f eks ved hjelp av en dekantenngsprosess, med en massestrøm på ca 5175 Kg/h

Den behandlete gass, dehydratisert og etter å ha tapt omtrent 50 % av sine C3+ hydrokarboner, strømmer ut via ledningen 6 med en massestrøm på 37710 Kg/h Produksjonsytelsen av C, og C2 er ca 98 %, mens ytelsen ville være i området 92 % dersom en kjent fremgangsmåte hadde vært brukt

ifølge en annen utfønngsform er anlegget selvkjølende, ettersom det bruker noe av den behandlete gass fra ledningen 6 som kjølemidlet

Et eksempel av denne type er vist i fig 3 Den behandlete gass som forlater toppen av veksleren, avkjøles i en anordning 12 beliggende på ledningen 6, f eks ved at den ekspanderes gjennom en ventil, eller ved at den ekspanderes gjennom en turbin Etter å være avkjølt på denne måte, føres gassen gjennom ledningen 4 tilbake inn i veksleren EC,, hvor den minsker temperaturen til gassen som skal behandles som strømmer oppad på grunn av varmeveksling Etter varmevekslingen strømmer den ut gjennom ledningen 6' før den sendes til et annet behand-lingsanlegg og/eller en transport-rørledning

Gassen som strømmer ut via ledningen 6' kan sendes til en kompresjons-anordning (ikke vist) nedstrøms for veksleren for videre befordring

Anlegget kan fordelaktig benyttes til å gjenvinne snittene av tyngre karbo-ner fra en naturgass, avhengig av deres sammensetning, særlig antallet karbonatomer pr molekyl

Fig 4 viser behandlingsanlegget innbefattende midler for gjenvinning av LPG-fraksjonene fra en naturgass og separate midler for gjenvinning av bensin

Utfønngsformen vist i fig 4 skiller seg fra den ifølge fig 2, ved at den har gjenvinningsmidler 14,15 anordnet i nivå med veksleren Denne utfønngsform kan derfor også inngå i anordningene vist i fig 1 og 3 uten å avvike fra oppfinnelsens ramme

Naturgass inneholder hydrokarboner som kondenserer ved forskjellige temperaturer Redusering av temperaturen på en gitt gradient i veksleren vil tillate ulike hydrokarboner i naturgassen og kondensere i forskjellige soner De tyngre fraksjoner vil samles ved bunnen av veksleren og de lettere fraksjoner ved toppen av veksleren En hydrokarbonfraksjon med et fast kokepunkt i et visst område kan også samles fra en mellomsone

For separat gjenvinning av f eks LPG-fraksjonen som inneholder propan og butanene (hydrokarboner med tre eller fire karbonatomer) og bensinen som representerer C^-fraksjonen, er veksleren EC, utstyrt med en gjenvinningsinnret-ning så som en plate 14 som kommuniserer med hovedsonen for den behandlete gass og løsemidlet bringes i kontakt Gjenvinningsplaten 14 er beliggende i en del av veksleren, hvis nivå er fast som en funksjon av beskaffenheten av snittene eller hydrokarbonene som skal gjenvinnes og temperaturen ved ulike punkter i kolon-nen

Platen 14 vil gjøre det mulig å separere kondensert vandig fase fra de kondenserte hydrokarboner som hovedsakelig inneholder propanet og butanene så vel som en liten mengde metan og etan og samle dem slik at minst noen av dem kan strømme ut via en sideledning 15 Den separerte vandige fase samt hydrokarbonfasen ved platen 14 som ikke ble gjenvunnet, beveger seg fra platen 14 mot hovedbehandhngskretsen hvor de fortsetter sin nedadbevegelse før de strømmer ut via ledningene 7 og 8 som beskrevet i forbindelse f eks med fig 1

Veksleren kan selvsagt være utstyrt med flere gjenvinningsplater som er forbundet med sideutløpsledninger fordelt langs veksleren avhengig av beskaffenheten til hydrokarbonene som skal gjenvinnes

I visse tilfeller er det fordelaktig å gjenvinne løsemidlet fra et trinn hvor LPG'ene vaskes utenfor veksleren ved uttrekking av væske-væske ved hjelp av et «vaskevann» og/eller løsemiddelmengder fra andre anordninger i behandlingsanlegget

Platen 14 har fordelaktig minst en rørledning 144 gjennom hvilken en væskefase, så som en vandig fase inneholdende et løsemiddel, kan tilføres

Væskefasen som tilføres via ledningen 144 kan f eks komme fra et vaske-tnnn for en avledet væskefraksjon, f eks hydrokarbon-væskefraksjonen som avledes via ledningen 15 I nivå med platen 14 er denne fraksjon av flytende hydrokarboner i likevekt med en vandig fase som delvis inneholder løsemiddel og gassfasen som også inneholder løsemiddel Som følge av denne likevekt, inneholder de flytende hydrokarboner som avledes via ledningen 15 spor av løsemiddel

Den vandige fase fra vasketnnnet som inneholder løsemidlet innledningsvis oppløst i hydrokarbon-væskefraksjonen blir resirkulert til vekslerkolonnen EC, via ledningen 144 og deretter brakt i kontakt med gassen som skal behandles i mot-strøm Under denne kontaktprosess gjennomgår den en stoffutvekshng under av-givelse av den løsningsmiddelmengden som gassfasen inneholder

Ledningen som brukes til å gjeninnføre væskefasen inneholdende løs-ningsmidlet som skal gjenvinnes, kan også være plassert i andre nivåer av vekslerkolonnen Flere injeksjonsledninger av denne type kan også være anordnet på vekslerkolonnen, avhengig av hva slags behandling det er behov for

Gjenvinning av dette løsemiddel og eventuelt andre oppløste produkter vil minske driftskostnadene

Disse utfønngsformer forbedrer gjenvinningen av bestanddelene av et kon-densat for ulike typer av gass

De kan også anvendes med andre gasser enn naturgass, f eks med raffinenngsgasser

Eksempel 2

Et annet eksempel på hvorledes oppfinnelsen utføres, er beskrevet i sam-menheng med fig 4, der snitt av hydrokarboner som naturgassen inneholder kan gjenvinnes på basis av en ønsket sammensetning, f eks de relevante hydrokarboner inneholdende flere enn tre karbonatomer

Naturgassen avkjøles og føres gjennom kontaktprosessen f eks som beskrevet i fig 3 De andre metoder beskrevet i fig 1 og 2 kan også anvendes uten å avvike fra oppfinnelsens ramme

Under dehydratisenngsprosessen mister naturgassen sine tunge C3+-bestanddeler ved en prosess der noen av bestanddelene som er sammensatt av molekyler inneholdende minst tre karbonatomer, kondenserer for å danne en hydrokarbon-væskefase som er anriket med stadig tyngre bestanddeler ovenfra og nedad

For en vekslerkolonne EC, som er dimensjonert f eks for å oppnå ekviva-lenten til 12 teoretiske plater, er propankonsentrasjonen i hydrokarbon-væskefasen oppnådd i nivå med den sjette plate, f eks omkring 26 masse-%, mens den er 9,8% i hydrokarbon-væskefasen som strømmer ut fra bunnen av systemet via ledningen 8 Ettersom propankonsentrasjonen bygges opp langs vekslerkolonnen, er det ønskelig og fordelaktig å avlede hydrokarbonfasene som dannes ved de nivåer som vil frembnnge de ønskete sammensetninger

F eks kan sidegrener brukes til å avlede hydrokarbon-væskefaser av vari-abel sammensetning for å tilpasses produsentens spesifikasjoner

Naturgass innføres via ledningen 2 med en massestrøm på 42837 Kg/h, en temperatur nær 43°C og et trykk hovedsakelig lik 4,5 MPa Metanol leveres via ledningen 3 i en mengde på 13,9 Kg/h for å opprettholde konsentrasjonen av metanol i den vandige fase som dannes i veksleren ved en gradient tilsvarende en konsentrasjon som varierer mellom 99 masse-% ved toppen av veksleren ved en temperatur på -23°C og en konsentrasjon på 0,01 masse-% ved bunnen av veksleren ved en temperatur på ca 43°C

I nivå med gjenvinmngsmidlene 14 og 15 (fig 4) tilsvarende vekslerens fjerde teoretiske platenivå strømmer 70 % av hydrokarbon-væskefasen inneholdende mer enn 25 masse-% av propan ut via ledningen 15 ved en temperatur på ca -2°C og med en massestrøm hovedsakelig lik 3600 Kg/h

Den vandige fase og hydrokarbonfasen inneholdende hoveddelen av kar-bonatomene større enn C4+, strømmer ut etter dekantenng via ledningene 7 og 8

Hydrokarbon-væskefasen inneholdende f eks C5+-hydrokarboner, som strømmer ut via ledningen 8 med en massestrøm på 2525 Kg/h, inneholder mer enn 75% av C5+-hydrokarbonene som er opptatt i gassen som skal behandles

Den behandlete naturgass som avkjøles ved ekspansjon gjennom anordningen 12, brukes i varmevekshngsprosessen til å avkjøle naturgassen som skal behandles og som sirkulerer i motstrøm før den strømmer ut etter vekslingspro-sessen via ledningen 6' med en massestrøm på 36715 Kg/h Den er blitt dehydratisert og mer enn 55 % av dens C3+-hydrokarboner er blitt fjernet

Fordelen med gjenvinning av hydrokarbonene fra valgte soner er innlysen-de når de to eksempler som er beskrevet i forbindelse med fig 2 og 4 sammenlig-nes

En hydrokarbonfase anriket 65 % med C3- og C4-bestanddeler gjenvinnes i nivå med platen 14, mens hydrokarbonfasen som strømmer ut via ledningen 8 bare anrikes ca 20 % i C3 og C4

På den annen side, dersom snittene gjenvinnes fra sidegrener på basis av deres sammensetning og deres kondensenngssone, vil de oppnådde hydrokarbon-væskefaser ha forskjellig sammensetning, én rik på C3 og C4-bestanddeler avledes fra en sidegren og den andre rikt på C5 og C, strømmer ut fra bunnen av systemet

Denne metode vil også øke produksjonen av C,- og C2-bestanddeler fra den behandlete gass

Anlegget kan fordelaktig også brukes til å stabilisere hydrokarbonfraksjone-ne som gjenvinnes under anvendelse av en av de beskrevne metoder i forbindelse med fig 1 til 4

Fig 5 og 6 viser henholdsvis anlegg som innbefatter en hydratisenngs-anordning utstyrt med midler for stabilisering av de kondenserte hydrokarboner

(LPG og bensin)

I fig 5 er tømmeledningen 15 som kommuniserer med gjenvinnmgsplaten 14 for den kondenserte LPG ifølge fig 4 forbundet med en anordning 16 som vil tillate stabilisering av disse Anordningen som anvendes er f eks en stabilise-nngsanordning som fagmenn på området kjenner til, og den skal derfor ikke beskrives nærmere

Ved en annen utfønngsform er stabilisenngsanordningen som anvendes en veksler så som den ovenfor beskrevne, hvorved varmeveksling og stoffutveksling skjer samtidig, slik det skal beskrives i forbindelse med fig 8 og 9

Stabilisenngsmetoden som inngår i prosessen som benyttes for å gjenvinne hydrokarbonfraksjoner, går ut på å tilføre kondensatfraksjonen som er gjenvunnet fra nivået ved platen 14, som inneholder en liten mengde metan og etan og en hoveddel av kondensert LPG, inn i stabilisenngsanordningen 16

Fraksjonen rik på metan og etan strømmer ut fra stabilisenngsanordningen via en ledning 17 og resirkuleres til veksleren EC, i nivå med platen 14 for å samles og blandes med gassen som skal behandles

Den stabiliserte LPG-fraksjon strømmer ut fra den nedre del av stabilisenngsanordningen i nivå med kokeren 19 via en rørledning 18

Denne løsning har den fordel at det blir mulig å stabilisere LPG før de gjenvinnes av produsenten, samt øking av metan- og etanutbyttet ved fremgangsmåten

I fig 6 har anlegget vist i fig 5 en andre stabihsenngsanordning 21 som brukes til å stabilisere bensinen som strømmer ut via ledningen 8

Dnftsdiagrammet er identisk med dnftsdiagrammet beskrevet i forbindelse med fig 5, hvor kondensatet inneholdende det meste av bensinen og en liten mengde C, til C4-hydrokarboner strømmer ut via ledningen 8 og inn i stabilisenngsanordningen 21

Den stabiliserte bensin strømmer ut gjennom ledningen 22 i nivå med kokeren 23

Gassfraksjonen, som hovedsakelig består av metan, etan og propan, strømmer ut fra anordningen via ledningen 25 for å resirkuleres og gjenblandes med gassen som skal behandles idet den ankommer via ledningen 2

Disse to utfønngsformer utgjør optimal gjenvinning av hydrokarbonfraksjo-nene

Stabilisenngsprosessen til LPG-fraksjonene og bensinen som produseres kan forbedres

I dette øyemed skiller anlegget ifølge fig 7 seg fra anlegget ifølge fig 6 ved to ekspansjonsventiler V, og V2 beliggende på tømmeledningene henholdsvis 14 og 8

Gassfraksjonene fra stabilisenngsanordningene 16 og 21 gjenkompnmeres i innretninger så som kompressorer K, og Kj før de føres tilbake via en ledning 28 inn i gassen som skal behandles i nivå med kanalen 2

Fig 8 og 9 viser varianter av utfønngsformen av oppfinnelsen hvor en væskefraksjon stabiliseres i en kontakt- og varmevekshngssone slik som den ovenfor beskrevne

I dette øyemed føres mtnst én av væskefraksjonene gjennom en kontakt-og varmevekshngssone der den samtidig

• bringes i motstrømskontakt med en oppadstigende dampfase,

• oppvarmes ved indirekte varmeveksling i kontakt- og vekshngssonen

F eks i tilfelle av to kontakt- og varmevekshngssoner Z, og Z,, kan væskefraksjonen fra sonen Z, stabiliseres i en kontakt- og vekshngssone Z, som vist i fig 8

I dette eksempel ankommer gassen som skal behandles ved kontaktsonen Z, via ledningen 50 En gassfase annket med løsemiddel samles fra toppen av denne kontakt- og varmevekshngssone Z, og ledes til kontakt- og varmevekslmgs-sonen Zj og forlater deretter toppen av denne kontaktsonen Zj via ledningen 52 En forholdsvis lett væskefraksjon gjenvinnes, som strømmer ut gjennom ledningen 53

Ved toppen av sonen Z„ innføres et løsemiddel via ledningen 100, for å hindre dannelse av f eks hydrater, idet det meste av dette løsemiddel tømmes ut med gassen som strømmer ut via ledningen 52

En forholdsvis tung væskefraksjon samles ved bunnen av kontakt- og vekshngssonen Z, og strømmer ut via ledningen 54

Denne væskefraksjon blir så tilført kontakt- og varmevekslingssonen Z^ der den samtidig

• bringes i kontakt med den stigende dampfase,

• oppvarmes ved indirekte varmeveksling Denne indirekte varmeveksling kan finne sted, på den ene side med et eksternt varmefluid som ankommer via ledningen 51 og strømmer ut via ledningen 55, og på den annen side med væskefraksjonen som strømmer ut fra sonen Z3 via ledningen 56, fanges opp av pumpen P1 og sendes i sonen Z, hvorfra den strøm-mer avkjølt ut via ledningen 57 Det esterne varmefluid kan f eks være gassen som skal behandles, dersom den er tilstrekkelig varm, som f eks når den forlater et kompresjonstnnn eller hvilket som helst annet fluid som er tilgjengelig ved en passende temperatur

• Etter at den har strømmet gjennom kontakt- og behandhngssonen, strømmer væskefraksjonen ut i en stabilisert form, dvs de lettere hydrokarboner som den inneholder er hovedsakelig blitt fjernet, i nivå med den nedre del av vekslings- og reaksjonssonen Z3

En væskefraksjon fra kontakt- og vekshngssonen kan også stabiliseres ved å bringe den til å strømme nedover til en kontakt- og varmevekshngssone beliggende under kontakt- og vekshngssonen hvorfra væskefraksjonen har kommet, i motstrøm med dampfasen som skapes ved oppvarming i kontakt- og varmeut-vekshngssonen hvor stabilisering finner sted

F eks i tilfellet med to kontakt- og vekslingssoner Z1( Z2, kan væskefraksjonen fra sonen Z, stabiliseres i sonen Z2 som vist i diagrammet på fig 7

I dette eksempel sendes væskefraksjonen fra sonen Z2 til sonen Z, hvor den sirkulerer i motstrøm med dampfasen som dannes ved oppvarming i denne sonen Z, Denne varmevekshngen bidrar også til å avkjøle gassen som ankommer via ledningen 50 Den stabiliserte væskefraksjon strømmer ut via ledningen 60 Dampfraksjonen fra dette stabilisenngstrinn strømmer ut fra toppen av sonen 2: og sendes fra 61 inn i sonen Z2

Væskefraksjonen fra en av kontakt- og varmevekshngssonene kan også stabiliseres i en kontakt- og varmevekshngssone som arbeider ved en høyere temperatur når de er blitt ekspandert for å lette stabihseringsprosessen

I dette tilfellet må dampfraksjonene fra et slikt stabilisenngstrinn gjenkomp-rimeres før de sendes til en høyere kontakt- og vekslingssone

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan brukes til å separere, fraksjonere og stabilisere de kondenserbare fraksjoner i en gass som skal behandles

F eks i tilfelle av en naturgass, og under anvendelse av tre kontakt- og varmevekshngssoner Z,, Z2 ogZ3 som arbeider som vist i diagrammet ifølge fig 6, blir det mulig å produsere en stabilisert bensinfraksjon med C5+ ved bunnen av sonen Z3 og en LPG-fraksjon ved bunnen av sonen Zj, som kan stabiliseres i sonen Z, i henhold til diagrammet vist i fig 7

Ved å anordne en fjerde vekslings- og kontaktsone Z,, Z2 som ligger over sonen Z,, Z2 og arbeider ved en lavere temperatur, blir det også mulig å separere en Zj-fraksjon som kan stabiliseres ved varmeveksling, f eks ved å sende den gjennom sone Z, og/eller Zj

Veksleren Z, er f eks en mantel- og rør-varmeveksler, lik den som er vist i fig 10

Gassen som skal behandles ankommer via ledningen 2 og strømmer oppad i de vertikale rør 30 Disse rør er fortrinnsvis forsynt med en foring, så som en strukturert foring, for å forbedre kontakten mellom den oppadstigende gass og væskefraksjonene som strømmer nedover Den behandlete gass strømmer ut fra toppen via ledningen 6 Løsemidlet innføres fra ledningen 3 og ledes inn i de forskjellige rør 30 ved hjelp av en materampe 31 mot en fordehngsplate 32

Hydrokarbon-væskefasen, som er stabilisert ved hjelp av varme fra en koker B-, beliggende i den nedre del av veksleren EC,, f eks , strømmer ut ved et kontrollert nivå via ledningen 8 og den vandige fase strømmer ut ved et kontrollert nivå via ledningen 7

Et varmevekslermedium benyttes for avkjøling og ledes inn i veksleren via ledningen 33 og strømmer ut etter varmevekslingen via ledningen 34

Ved bruk av en annen teknikk kan varmeveksleren EC, være en plateveks-ler, f eks laget av loddet aluminium, som vist i fig 11

En varmeveksler av denne type består av en sammensetning av plane plater 35 mellom hvilke det er innført korrigerte plater 36 for å opprettholde mekanisk fasthet og forbedre varmeoverfønngen

Disse plater avgrenser kanaler 37 gjennom hvilke fluidene som tar del i varmevekslingsprosessens strømmer

Gassen som skal behandles og mates inn i veksleren via ledningen 2, sirkulerer gjennom kanalene 37 i oppadretningen og blir gradvis avkjølt av varme-vekslermediet De mellomliggende korrigerte plater 26 fyller rollen til en strukturert foring for å bedre kontakten mellom den oppadstigende gass og væskefraksjonene som strømmer nedover Løsemidlet som mates inn via ledningen 3 blir jevnt fordelt tvers over toppen av kanalene 37 hvor gassen som skai behandles strøm-mer

Dersom det benyttes en selvkjølende prosess, strømmer den dehydratiserte gassen ut fra toppen av veksleren via ledningen 6, avkjølt ved ekspansjon,

f eks under anvendelse av en fremgangsmåte som beskrevet i forbindelse med fig 3, og ledes tilbake inn i den øvre del av veksleren ved hjelp av kanalen 38 som strekker seg hovedsakelig vinkelrett på planet til snittet vist i fig 11, inn i et mate-kammer for kanaler som ikke er vist på figuren Etter varmeveksling strømmer den ut gjennom ledningen 39 som strekker seg vinkelrett på snittet vist i fig 11, idet kanalen er forbundet med et tømmekammer for kanaler som ikke er vist på figuren Mate- og tømmekamrene er for fagmannen kjente anordninger som tillater passasje av fluidene som sirkulerer i hver av kanalene i tømmeledmngen og mot-satt å fordele fluidet fra en rørledning inn i de forskjellige kanaler

Hydrokarbon-væskefasen, eventuelt stabilisert ved hjelp av kokeren B3, strømmer ut under kontrollert nivå (LC, B) gjennom rørledningen 8 og den vandige fase strømmer ut ved kontrollert nivå gjennom rørledningen 7

Andre typer av platevekslere kan også brukes, så som varmevekslere med rustfrie stålplater som er sveiset til hverandre, enten kant mot kant eller over hele sin overflate, f eks under bruk av en diffusjonssveiseteknikk

Platene er f eks formet ved hjelp av en eksplosjonsteknikk eller ved kje-misk gravenng

Det vil være klart at en fagmann vil kunne bruke hvilken som helst av kjente og tilgjengelige teknikker for å forbedre kontakten mellom fasene og/eller fluidfor-delingen, uten å avvike fra oppfinnelsens ramme

Fig 12 viser en utfønngsform av en plate som gjør det mulig å avlede faser avhengig av deres beskaffenhet, under anvendelse av en prosess lik den som er beskrevet f eks i forbindelse med fig 4

Platen har sjakter 40 som gassen kan stige opp gjennom mot den øvre del av veksleren Væskefasen som samles på denne plate kan strømme ut via ledningen 15 med en styrt strømning, men kan også tillates å strømme over ned til den nedre del av veksleren Det er derfor mulig å anordne systemet slik at bare en fraksjon av væskefasen som ankommer fra den øvre del av veksleren samles

Dersom to væskefaser avledes fra platen, f eks en hydrokarbon-væskefase og en vandig fase, kan de bringes til å strømme ut separat, i det minste i en viss utstrekning Den vandige fase som er den tyngste, søker å samle seg ved bunnen av platen og det er mulig å la den strømme ut f eks gjennom perforering-er 41 i platen

En annen utstrømningsmetode som fagmannen vil kjenne til, kan benyttes for en eller annen av fasene uten å avvike fra oppfinnelsens ramme

Generelt sagt kan hvilken som helst varmevekslingsteknikk anvendes, forutsatt at den tillater

• at varmevekslingen skjer i motstrøm,

• separat sirkulasjon av flere fluider som så kan avledes og strømme ut separat En kontakt- og vekslingssone Zi må være i stand til å arbeide som vist i diagrammet på fig 13, med samtidig passasje for • én eller flere gassfraksjoner som tilføres via ledningen 70 og som sirkulerer i motstrøm med en væskefase som dannes ved avkjøling i sonen Zi, hvorved det dannes en gassfraksjon som strømmer ut fra toppen av sonen Zi via ledningen 71 og en væskefraksjon som strømmer ut fra bunnen av sonen Zi via ledningen 72, • én eller flere væskefraksjoner som tilføres via ledningen 80 og som kan inneholde et løsemiddel, og som sirkulerer i motstrøm med en dampfase som dannes ved oppvarming i sonen Zi, hvorved det dannes en gassfraksjon som strømmer ut ved toppen av sonen Zi gjennom ledningen 81 og en væskefraksjon som strømmer ut ved bunnen av sonen Zi gjennom ledningen 82, • ett eller flere fluider som deltar i avkjølings- eller oppvarmmgsprosessen i sonen Zi, f eks kan et kjølemiddel tilføres via ledningen 91 ved toppen av sonen Zi og strømme ut via ledningen 92 ved bunnen av sonen Zi

Claims (10)

1 Fremgangsmåte for behandling av gass inneholdende i det minste vann, i den hensikt å fjerne vannet i det minste delvis fra gassen, karakterisert v e d at den omfatter minst følgende trinn a) gassen mates inn i en kontaktsone gjennom en første ledning (2) og en væske inneholdende minst en vandig fase i nærvær av et løsemiddel gjennom en andre ledning (3), hvilket oppløsmngsmiddel er et annet ikke-hydro-karbonstoff enn vann, b) gassen bringes i direkte kontakt med væsken over minst en del av kontaktsonen, og gassen i kontakt med væsken avkjøles i kontaktsonen ved hjelp av en kjølekrets, for derved å bevirke kondensenng av en væskefase inneholdende vann og hvorfra løsemiddelet hovedsakelig er blitt fjernet, c) væskefasen tømmes ut ved bunnen av kontaktsonen gjennom en tredje ledning, d) en ikke-kondensert gassfase føres ut ved toppen av kontaktsonen gjennom en fjerde ledning (6), e) en første hydrokarbonfase samles ved et mellomliggende nivå mellom toppen og bunnen av kontaktsonen og den første hydrokarbonfase tømmes ut gjennom en femte ledning (7)

2 Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væsken mates inn i den øvre del av kontaktsonen

3 Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at naturgassen sirkulerer i motstrøm med væsken i kontaktsonen

4 Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at tnnn b)-avkjøhngen utføres ved å frembringe en temperaturgradient som varierer som funksjon av gassens beskaffenheten eller av oppløsningsmiddelets beskaffenhet

5 Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at i trinn b) benyttes gassfasen til å avkjøle gassen i kontakt med væsken

6 Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at oppløsningsmiddelet velges fra gruppen omfattende metylpropyleter, etylpropyleter, dipropyleter, metyltertiobutyleter, dimetoksymetan, dimetoksyetan, metanol, etanol, metoksyetanol, propanol, aminer eller ketoner

7 Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at f) ved bunnen av kontaktsonen separeres væskefasen ved dekantenng inn i en andre vandig fase og en andre hydrokarbonfase, og g) den andre hydrokarbonfasen tømmes ut gjennom en sjette ledning (8)

8 Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at kontaktsonen omfatter en koker (B,)

9 Fremgangsmåte ifølge et av kravene 7 og 8, karakterisert ved at hver av den første og andre hydrokarbonfase mates inn i en stabilise-nngsinnretning

10 Anvendelse av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1 til 9 for dehydratisenng av en naturgass inneholdende vann og minst en annen hydrokarbon enn metan, og for i det minste delvis separering av andre hydrokarboner enn metan