WO2005063363A1 - Verfahren zur aufbereitung von glykol/wasser-gemischen aus der erdgasförderung - Google Patents

Verfahren zur aufbereitung von glykol/wasser-gemischen aus der erdgasförderung Download PDF

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Christoph Bohner
Michael Ritter
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    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas

Definitions

  • the invention relates to a process for the treatment of glycol / water mixtures from the gas production according to. the features of claim 1.
  • a glycol / water mixture is added as a conveying aid in order to prevent the formation of hydrates during the conveyance.
  • Other additives are so-called corrosion inhibitors and scale inhibitors, which are used to prevent deposits.
  • One goal is to recover the aid and additives used.
  • One step of the treatment process in the treatment of the glycol / water mixture is the separation of solids that are larger than 0.5 ⁇ m. are in diameter. Such solids result, for example, from natural gas production or the corrosion of the pipeline.
  • the object of the present invention is in the Natural gas production to achieve a better separation performance of the solids to be separated.
  • a defined separation limit can be achieved by carefully selecting the pore size of the membrane. Solids of the order of 0.1-200 ⁇ m can be separated.
  • the glycol-water mixture is processed with a two-stage membrane separation process, the main stream of the concentrate obtained from the first membrane separation process being circulated and a partial stream of the concentrate obtained being subjected to a second downstream membrane separation process.
  • a recycling rate greater than 95% is achieved.
  • the glycol to be processed (monoethylene glycol, 1,2 ethanediol) /
  • the water mixture is first collected in a buffer tank.
  • a feed pump 1 conveys the solution via a prefilter 2 to a unit 3 in which the mixture to be treated is mixed
  • the membrane separation process is an exemplary embodiment of a microfiltration.
  • the microfiltration unit 3 consists of symmetrical membranes, the filter surface being flown parallel to the membrane (cross-flow filtration).
  • a circulation pump 4 is assigned to the microfiltration unit 3, which ensures that the membrane of the microfiltration unit 3 is flown with a pressure of 1 to 6 bar.
  • the glycol / water mixture flows at a speed of 1 to 5 m / sec. over the filter surface of the microfiltration unit 3.
  • the incoming glycol / water mixture is divided into a solids-laden stream, the concentrate 5 and a filtrate stream 6, also called permeate (first filtration stage).
  • the concentrate stream 5 contains the particles in an increased concentration, the filtrate 6 is free of it within the separation limit of the membrane.
  • the main stream of the glycol / water mixture 5a is circulated via the microfiltration unit 3. This is shown by the arrow.
  • the filtrate 6 and a partial stream of the concentrate 5b are removed from the circuit.
  • the feed pump 1 delivers as much glycol / water mixture into the circuit as can be removed from the filtrate 6 and concentrate 5b.
  • the mode of operation described above is referred to as feed and bleed mode.
  • the filtrate 6 is collected in a collecting container 7 in order to be treated in further process steps.
  • the partial stream of the concentrate 5b is temporarily stored in a settling tank or fed to a disposal unit.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is shown schematically in a block diagram in FIG.
  • the glycol / water mixture to be processed is also collected in a buffer tank.
  • a feed pump 1 conveys the solution via a pre-filter 2 to a unit 8, in which the mixture to be processed is subjected to a membrane separation process.
  • the membrane separation process In the illustrated embodiment, the
  • Membrane separation process a microfiltration.
  • the microfiltration is carried out in three microfiltration units 8 connected in parallel, which can be loaded alternately.
  • the number of microfiltration units 8 can be varied depending on the glycol / water mixture to be prepared.
  • Circulation pumps 4 are assigned to the microfiltration units 8, which ensure that the membranes of the microfiltration units 8 are subjected to a pressure of 1 to 6 bar.
  • the glycol / water mixture flows at a speed of 1 to 5 m / sec. over the filter surface of the microfiltration unit 8, the filter surface being overflowed in parallel.
  • the incoming glycol / water mixture is divided into a stream contaminated with solids, the concentrate 9 and a filtrate stream 10, also called permeate.
  • the concentrate stream 9 contains the particles in increased concentration, the filtrate 10 is free of it within the separation limit of the membrane.
  • the main stream 9a of the glycol / water mixture is circulated via the
  • Microfiltration unit 8 driven. This is shown by the arrow.
  • the filtrate 10 and a partial stream of the concentrate 9b are removed from the circuit.
  • the feed pump 1 delivers as much glycol / water mixture into the circuit as is removed on the filtrate 10 and concentrate 9b.
  • Filtrate 10 is collected in a collecting container 11 in order to be treated in further process steps.
  • the partial flow of the concentrate 9b is in one of two concentrate collection containers 12 arranged parallel to one another processed.
  • the solids-enriched concentrate 9b is further treated. This results in a further concentration of the solids.
  • This second filtration stage consists of two independent units 13, which can be started up alternately. The second filtration stage is fed by feed pumps 14 and works analogously to the first filtration stage. The filtrate 15 obtained in the second filtration stage is also collected via feed lines in the collecting container 11. The main stream of the concentrate 16a is circulated through the microfiltration unit 13. A partial stream of the concentrate 16b is returned to the concentrate collecting container 12. Because of this process control, the solids in the concentrate collecting container 12 are continuously concentrated. If the solids are sufficiently concentrated, the filtration is ended and the mixture is further processed in other steps.
  • the entire facility is designed so that individual
  • Microfiltration units 8.13 can be cleaned and serviced independently of one another. This ensures a continuous filtration operation even during a maintenance or cleaning process.
  • a backflushing device is installed to extend the filtration time. Here, a slightly filtered glycol / water mixture is fed from the filtrate side to the microfiltration units using a backwash pump 17. A short impulse causes the deposits that are formed to be loosened.
  • the individual microfiltration units can be rinsed independently of one another.

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Abstract

Ein Verfahren zur Aufbereitung von Glykol/Wasser-Gemischen aus der Erdgasförderung soll derart weitergebildet werden, dass eine bessere Trennleistung der abzutrennenden Feststoffe erzielbar ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Glykol/Wasser-Gemisch einem ersten Membrantrennprozess unterzogen wird, und der Hauptstrom des durch den Membrantrennprozess gewonnenen Konzentrates dem Membrantrennprozess rückgeführt wird und zumindest ein Teilstrom des gewonnenen Konzentrates ausgeschleust wird.

Description

Verfahren zur Aufbereitung von Glykol/Wasser-Gemischen aus der Erdgasförderung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Glykol/Wasser-Gemischen aus der Ergasförderung gem. den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ergas wird bei der Förderung durch Pipelines transportiert. Als Förderhilfsmittel wird unter anderem ein Glykol/Wasser- Gemisch zugegeben, um die Bildung von Hydraten bei der Förderung zu verhindern. Weitere Zusatzstoffe sind sogenannte Korrosionsinhibitoren und Scaleinhibitoren, die zur Verhinderung von Ablagerungen eingesetzt werden. Um die Kosten bei der Erdgasförderung möglichst gering zu halten, ist es ein Ziel, die eingesetzten Förderhilfsmittel sowie Zusatzstoffe wieder zurückzugewinnen. Ein Schritt des Aufbereitungsprozesses bei der Aufbereitung des Glykol/Wasser- Gemisches ist dabei die Abtrennung von Feststoffen, die größer als 0,5 μm. im Durchmesser sind. Derartige Feststoffe resultieren beispielsweise aus der Erdgasförderung oder der Korrosion der Pipeline.
Bislang werden diese Feststoffe mittels Zentrifugen und Dekantern abgetrennt.
Bei der Verwendung von Zentrifugen erfolgt die Abtrennung der Feststoffe in Abhängigkeit des spezifischen Gewichtes. Eine definierte Trenngrenze in Bezug auf eine vorgebbare Teilchengröße kann nicht erzielt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei der Erdgasförderung eine bessere Trennleistung der abzutrennenden Feststoffe zu erzielen.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Da das aufzubereitende Glykol-Wasser-Gemisch einem Membrantrennprozess unterzogen wird, kann durch gezielte Auswahl der Porengröße der Membran eine definierte Trenngrenze erzielt werden. Eine Abtrennung von Feststoffen der Größenordnung 0,1 - 200 μm kann hierbei erfolgen.
Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens erfolgt die Aufbereitung des Glykol-Wasser-Gemisches mit einem zweistufigen Membrantrennprozess, wobei der Hauptstrom des aus dem ersten Membrantrennprozess gewonnenen Konzentrates im Kreislauf geführt wird und ein Teilstrom des gewonnenen Konzentrates einem zweiten nachgeschalteten Membrantrennprozess unterzogen wird. Hierdurch wird eine Recyclingrate größer 95% erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Glykol/Wasser-Gemischen ist in einem Blockschaltbild in Fig. 1 schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
Das aufzubereitende Glykol (Monoethylenglykol, 1,2 Ethandiol) /
Wasser-Gemisch wird zunächst in einem Puffertank gesammelt. Eine Zuführpumpe 1 fördert die Lösung über einen Vorfilter 2 zu einer Einheit 3, in der das aufzubereitende Gemisch einem
Membrantrennprozess unterzogen wird. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Membrantrennprozess eine Mikrofiltration. Die Mikrofiltrationseinheit 3 besteht dabei aus symmetrischen Membranen, wobei die Filterfläche membranparallel angeströmt wird (cross-flow Filtration) .
Der Mikrofiltrationseinheit 3 ist eine Zirkulationspumpe 4 zugeordnet, die dafür sorgt, dass die Membran der Mikrofiltrationseinheit 3 mit einem Druck von 1 bis 6 bar angeströmt wird. Dabei fließt die Glykol/Wasser-Mischung mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 5 m/sec. über die Filterfläche der Mikrofiltrationseinheit 3. In der Mikrofiltrationseinheit 3 wird die einfließende Glykol/Wasser-Mischung in einen feststoffbelasteten Strom, das Konzentrat 5 und einen Filtratstrom 6 auch Permeat genannt, aufgeteilt (erste Filtrationsstufe) . Der Konzentratstrom 5 enthält die Partikel in erhöhter Konzentration, das Filtrat 6 ist im Rahmen der Trenngrenze der Membran frei davon. Der Hauptstrom der Glykol/Wasser-Mischung 5a wird im Kreislauf über die Mikrofiltrationseinheit 3 gefahren. Dies ist durch den Pfeil dargestellt. Das Filtrat 6 und ein Teilstrom des Konzentrates 5b werden dem Kreislauf entnommen. Die Zuführpumpe 1 liefert jeweils soviel Glykol/Wasser-Mischung in den Kreislauf nach, wie an Filtrat 6 und Konzentrat 5b abgeführt werden. Die obenstehend beschriebene Betriebsweise wird als feed and bleed Betrieb bezeichnet.
Das Filtrat 6 wird in einem Sammelbehälter 7 aufgefangen, um in weiteren Verfahrensschritten behandelt zu werden. Der Teilstrom des Konzentrates 5b wird in einem Absetztank zwischengespeichert oder einer Entsorgungseinheit zugeführt.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Blockschaltbild schematisch dargestellt. Das aufzubereitende Glykol/Wasser-Gemisch wird hier ebenfalls in einem Puffertank gesammelt. Eine Zuführpumpe 1 fördert die Lösung über einen Vorfilter 2 zu einer Einheit 8, in der das aufzubereitende Gemisch einem Membrantrennprozess unterzogen wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Membrantrennprozess eine Mikrofiltration. Die Mikrofiltration wird in der ersten Stufe in drei parallel geschalteten Mikrofiltrationseinheiten 8 durchgeführt, die wechselseitig beschickt werden können. Die Anzahl der Mikrofiltrationseinheiten 8 kann in Abhängigkeit des anfallenden aufzubereitenden Glykol/Wasser-Gemisches variiert werden. Den Mikrofiltrationseinheiten 8 sind Zirkulationspumpen 4 zugeordnet, die dafür sorgen, dass die Membranen der Mikrofiltrationseinheiten 8 mit einem Druck von 1 bis 6 bar angeströmt werden. Dabei fließt die Glykol/Wasser- Mischung mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 5 m/sec. über die Filterfläche der Mikrofiltrationseinheit 8, wobei die Filterfläche parallel überströmt wird. In den Mikrofiltrationseinheiten 8 wird die einfließende Glykol/Wasser-Mischung in einen feststoffbelasteten Strom, das Konzentrat 9 und einen Filtratstrom 10 auch Permeat genannt, aufgeteilt. Der Konzentratstrom 9 enthält die Partikel in erhöhter Konzentration, das Filtrat 10 ist im Rahmen der Trenngrenze der Membran frei davon. Der Hauptstrom 9a der Glykol/Wasser-Mischung wird im Kreislauf über die
Mikrofiltrationseinheit 8 gefahren. Dies ist durch den Pfeil dargestellt. Das Filtrat 10 und ein Teilstrom des Konzentrates 9b werden dem Kreislauf entnommen. Die Zuführpumpe 1 liefert jeweils soviel Glykol/Wasser-Mischung in den Kreislauf nach, wie an Filtrat 10 und Konzentrat 9b abgeführt werden. Das
Filtrat 10 wird in einem Sammelbehälter 11 aufgefangen, um in weiteren Verfahrensschritten behandelt zu werden. Der Teilstrom des Konzentrates 9b wird in einem von zwei parallel zueinander angeordneten Konzentratsammelbehältern 12 abgearbeitet. In einem nun folgenden zweiten
Filtrationsschritt wird das feststoffangereicherte Konzentrat 9b weiterbehandelt. Dadurch wird eine weitere Konzentrierung der Feststoffe erreicht. Diese zweite Filtrationsstufe besteht aus zwei unabhängigen Einheiten 13, die jeweils wechselseitig angefahren werden können. Die zweite Filtrationsstufe wird von Zuführpumpen 14 gespeist und arbeitet analog der ersten Filtrationsstufe. Das bei der zweiten Filtrationsstufe anfallende Filtrat 15 wird ebenfalls über Zuführleitungen im Sammelbehälter 11 aufgefangen. Der Hauptstrom des Konzentrates 16a wird im Kreislauf über die Mikrofiltrationseinheit 13 geführt. Ein Teilstrom des Konzentrates 16b wird in den Konzentratsammelbehälter 12 zurückgeführt. Aufgrund dieser Prozessführung werden die Feststoffe in dem Konzentratsammelbehälter 12 kontinuierlich auf onzentriert . Sind die Feststoffe genügend aufkonzentriert, wird die Filtration beendet und die Mischung in anderen Schritten weiterbehandelt .
Die gesamte Anlage ist so angelegt, dass einzelne
Mikrofiltrationseinheiten 8,13 unabhängig voneinander gereinigt und gewartet werden können. Hierdurch wird auch während eines Wartungs- oder Reinigungsprozesses ein durchgängiger Filtrationsbetrieb sichergestellt. Zur Verlängerung der Filtrationszeit ist eine Rückspüleinrichtung installiert. Hierbei wird mit einer Rückspülpumpe 17 etwas gefilterte Glykol/Wasser-Mischung von der Filtratseite her zu den Mikrofiltrationseinheiten geführt. Eine kurzer Impuls bewirkt dabei, das gebildete Ablagerungen gelöst werden. Die einzelnen Mikrofiltrationseinheiten können unabhängig voneinander gespült werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufbereitung von Glykol/Wasser-Gemischen aus der Erdgasförderung, wobei das Glykol/Wasser-Gemisch einem ersten Membrantrennprozess unterzogen wird, und der Hauptstrom des durch den Membrantrennprozess gewonnenen Konzentrates dem Membrantrennprozess rückgeführt wird und zumindest ein Teilstrom des gewonnenen Konzentrates ausgeschleust wird.
2. Verfahren zur Aufbereitung von Glykol/Wasser-Gemischen aus der Erdgasförderung, wobei der Teilstrom des gewonnenen Konzentrates in einem weiteren Aufbereitungsschritt einem zweiten Membrantrennprozess unterzogen wird und das bei dem ersten und zweiten Membrantrennprozess anfallende Filtrat aus dem Aufbereitungsprozess ausgeschleust wird.
3. Verfahren zur Aufbereitung von Glykol/Wasser-Gemischen aus der Erdgasförderung nach Patentanspruch 2, wobei als erster und zweiter Membrantrennprozess eine Mikrofiltration eingesetzt wird.
4. Verfahren zur Aufbereitung von Glykol/Wasser-Gemischen aus der Erdgasförderung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Glykol/Wasser-Gemisch in mindestens zwei parallele Teilströme aufgeteilt wird, die jeweils einem ersten Membrantrennprozess unterzogen werden.
5. Verfahren zur Aufbereitung von Glykol/Wasser-Gemischen aus der Erdgasförderung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der erste und zweite Membrantrennprozess über eine symmetrische Membran erfolgt, wobei die Membran parallel mit dem aufzubereitenden Gemisch überströmt wird.
6. Verfahren zur Aufbereitung von Glykol/Wasser-Gemischen aus der Erdgasförderung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der erste und zweite Membrantrennprozess über eine symmetrische Membran aus Polypropylen erfolgt.
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