從單乙二醇(meg)進(jìn)料流去除二價(jià)離子的制作方法
【專利摘要】提出一種從MEG進(jìn)料流(15)去除二價(jià)離子的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括化學(xué)處理罐(25)，其中使化學(xué)物質(zhì)與該進(jìn)料流(15)混合以形成不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽。該系統(tǒng)還包括膜型固液分離單元(60)，該單元接收來自該化學(xué)處理罐(25)的進(jìn)料流(35)并且使該進(jìn)料流分離成含有MEG的濾液(90)以及含有不溶性鹽的保留物(130)。該系統(tǒng)還可以包括洗滌該保留物(130)以去除額外MEG，隨后使該MEG再循環(huán)到MEG再生或回收過程。該系統(tǒng)還可以包括干燥器(140)，該干燥器接收來自該固液分離單元(60)的廢漿(132)并且使該廢漿干燥以形成固體廢物，從而促進(jìn)其處理、存儲以及處置。
【專利說明】
從單乙二醇(MEG)進(jìn)料流去除二價(jià)離子
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及被設(shè)計(jì)成用于處理在石油和天然氣工業(yè)中，尤其在海上位置中使用的單乙二醇(MEG)以控制水合物形成的系統(tǒng)和方法。更確切地說，本發(fā)明涉及被設(shè)計(jì)成用于從MEG進(jìn)料流去除二價(jià)離子的系統(tǒng)和方法。
[0002]在石油和天然氣工業(yè)中，MEG在井口和管道中廣泛用作水合物抑制劑來防止在管道條件下水合物形成。在海上天然氣生產(chǎn)設(shè)施上，當(dāng)在海底管道中對較低溫度的暴露顯著時(shí)，MEG普遍用于水合物抑制。將稀(干燥)MEG在井口或井口附近注入海底天然氣管道中并且其容易與產(chǎn)生水混合。利用MEG使水合物形成溫度下降到操作溫度之下并且從而防止水合物堵塞管道的抑制過程是簡單的。
[0003]隨后使現(xiàn)有濃(濕)MEG干燥，使得MEG可以重新用于水合物控制。然而，稀MEG無法通過簡單地蒸餾濃MEG和水來回收，因?yàn)闈釳EG負(fù)載有來自所產(chǎn)生水的溶解鹽離子，包括鈣、鎂、鍶以及鋇的二價(jià)鹽。如果不去除這些鹽離子，那么它們將在處理設(shè)備中沉淀或積累，最終導(dǎo)致下游處理過程失敗。
[0004]作為實(shí)例，如果允許鈣鹽保留在MEG進(jìn)料流中，那么可以在擴(kuò)容分離器中形成Ca(MEG)4Cl2t3這種在約95°C(203°F)下熔融的化合物在冷卻后形成硬固體。這種固體可能堵塞栗、干擾熱傳遞并且阻礙在下游處理過程中去除鹽。此外，插入設(shè)備必須離線采用，其降低效率并且增加整個(gè)處理過程的成本。
[0005]因?yàn)槟承┒r(jià)離子的鹽是高度可溶的，它們不能通過沉淀從MEG進(jìn)料流去除。通常，使用化學(xué)反應(yīng)將二價(jià)離子的形式改變成將沉淀的不溶性形式。這種沉淀物可以使用各種技術(shù)去除。常規(guī)去除方法包括疊片式離心機(jī)、壓濾機(jī)以及燭式過濾器。然而，這些方法中的每一種都有缺點(diǎn)。疊片式離心機(jī)使得離心濾液通氣，導(dǎo)致高的氧吸收。另外，因?yàn)椴荒芟礈禧}，所以大量MEG損失作為廢漿的一部分。廢漿的高M(jìn)EG含量也由于使得漿料難以干燥而使處置復(fù)雜。壓濾機(jī)很重并且需要相對較大量的空間，使得其一般不適用于海上應(yīng)用。燭式過濾器需要化學(xué)物質(zhì)(如預(yù)涂層或體助劑)和大量氣體來干燥濾餅，其增加它們使用的資本和操作成本。
[0006]需要從MEG進(jìn)料流去除二價(jià)離子的系統(tǒng)和方法，以便提高M(jìn)EG回收或MEG再生過程的效率并且防止鹽在處理設(shè)備內(nèi)積累。還需要這樣的系統(tǒng)和方法，其較便宜、需要較少空間、最少化額外化學(xué)物質(zhì)的使用、降低MEG排出頻率、通過使MEG再循環(huán)回到回收或再生過程來減少M(fèi)EG損失并且借助于干燥來促進(jìn)將廢物作為漿料或固體廢物處置。還需要這樣的系統(tǒng)和方法，其可以位于到MEG處理裝置的主要濃MEG進(jìn)料流上或在MEG回收系統(tǒng)內(nèi)的MEG進(jìn)料流上(例如，離開擴(kuò)容分離器容器或再循環(huán)回路的側(cè)流)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]提出一種從MEG進(jìn)料流去除二價(jià)離子的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:化學(xué)處理罐，其中化學(xué)物質(zhì)與進(jìn)料流混合以形成不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽；以及膜型固液分離單元，其接收來自化學(xué)處理罐的進(jìn)料流并且使該進(jìn)料流分離成濾液和保留物。作為實(shí)例，固液分離單元可以是動態(tài)交叉流過濾器或振動膜分離系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可以包括洗滌保留物以去除MEG，隨后可以將MEG回收回到MEG再生或回收過程。該系統(tǒng)還可以包括干燥器，其接收來自固液分離單元的廢漿并且使廢漿干燥以形成固體廢物。
[0008]還提出一種從MEG進(jìn)料流去除二價(jià)離子的方法。該方法包括以下步驟:使進(jìn)料流與化學(xué)物質(zhì)在化學(xué)處理罐中混合，其中二價(jià)離子與化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)以形成不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽；以及使進(jìn)料流從化學(xué)處理罐傳遞到膜型固液分離單元，其中該流被分離成濾液以及含有不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽的保留物。該方法還可以包含以下步驟:洗滌保留物以去除MEG;干燥廢漿以產(chǎn)生固體廢物；以及使濾液的一部分再循環(huán)到固液分離單元以反洗膜。
[0009]本發(fā)明的目標(biāo)包括(I)提供更有效方法以去除MEG進(jìn)料流中所含有的二價(jià)離子；
(2)減少廢漿中損失的MEG量；(3)使從保留物洗掉的MEG返回到回收或再生過程；(4)通過將廢漿轉(zhuǎn)化成固體廢物來促進(jìn)廢漿的處理、存儲以及處置；(5)減少必須離線采用的處理設(shè)備用于清潔的時(shí)間量；(6)提供與常規(guī)系統(tǒng)相比較便宜、需要較少空間并且更易于操作的系統(tǒng)和方法；以及(7)提供對微粒大小、固體負(fù)載以及粒子分布的變化具有高容限的系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0010]圖式呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種從MEG進(jìn)料流去除二價(jià)離子的方法的實(shí)施例。
[0011]圖式以及【具體實(shí)施方式】中使用的元件以及編號
[0012]10 二價(jià)離子去除方法
[0013]15進(jìn)料流
[0014]20化學(xué)物質(zhì)注入源
[0015]22合并的化學(xué)物質(zhì)和進(jìn)料流
[0016]25化學(xué)處理罐
[0017]30混合器
[0018]35具有不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽的進(jìn)料流
[0019]40 水源
[0020]45 閥
[0021]50 閥
[0022]60膜型固液分離單元
[0023]62膜堆疊
[0024]65 電動機(jī)
[0025]90 濾液
[0026]95 閥
[0027]100洗滌水
[0028]105 閥
[0029]120 閥
[0030]130保留物
[0031]132 廢漿
[0032]140干燥器
[0033]145攪拌器
[0034]150加熱介質(zhì)
[0035]155加熱介質(zhì)回流
[0036]160固體收集
[0037]165 閥
[0038]175 閥
[0039]180真空管線
[0040]優(yōu)選實(shí)施例的
【具體實(shí)施方式】
[0041]如圖所示，可以使用涉及化學(xué)反應(yīng)和固液分離的系統(tǒng)和方法以從MEG進(jìn)料流去除二價(jià)離子。更確切地說，該系統(tǒng)和方法包括將化學(xué)物質(zhì)添加到進(jìn)料流或直接添加到化學(xué)處理罐中以形成不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽，這些鹽可以連同其它微粒一起從進(jìn)料流分離出。該系統(tǒng)和方法還通過使MEG再循環(huán)回到回收或再生過程來減少M(fèi)EG損失，并且促進(jìn)將廢漿作為固體廢物來處置。
[0042]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的二價(jià)離子去除方法10的優(yōu)選實(shí)施例以MEG進(jìn)料流15開始，該進(jìn)料流是所產(chǎn)生的水與MEG的混合物。使MEG進(jìn)料流15與來自化學(xué)物質(zhì)注入源20的化學(xué)物質(zhì)合并，并且將經(jīng)合并的化學(xué)物質(zhì)和進(jìn)料流22引導(dǎo)到化學(xué)處理罐25。也可以將化學(xué)物質(zhì)直接注入化學(xué)處理罐25中。一旦進(jìn)入化學(xué)處理罐25中，用混合器30攪拌經(jīng)合并的化學(xué)物質(zhì)和進(jìn)料流22。鈣和其它二價(jià)離子與化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)以形成不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽?；瘜W(xué)處理罐25中的反應(yīng)可以在范圍是大約10°C(50°F)到大約100°C(212°F)的溫度下發(fā)生，優(yōu)選溫度的范圍是大約50°C(122°F)到大約85°C (185°F)?；瘜W(xué)處理罐25內(nèi)的停留時(shí)間被選擇以優(yōu)化晶體生長和形狀，并且可以是在大約5分鐘到大約60分鐘的范圍內(nèi)，優(yōu)選的停留時(shí)間是大約30分鐘。
[0043]與MEG進(jìn)料流15合并的化學(xué)物質(zhì)可以包括(但不限于)碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉以及氧清除劑。作為實(shí)例，可以使用碳酸鉀的水溶液使鈣離子以碳酸鹽形式沉淀。水溶液中碳酸鉀的重量百分比可以在大約15wt%到大約55wt%的范圍內(nèi)，優(yōu)選值是大約47wt%。作為替代物，碳酸鈉的水溶液可以取代碳酸鉀。水溶液中碳酸鈉的重量百分比可以在大約15wt %到大約33wt %的范圍內(nèi)，優(yōu)選值是大約20wt %。作為另一實(shí)例，可以使用氫氧化鈉的水溶液使鎂離子以氫氧化物形式沉淀。水溶液中氫氧化鈉的重量百分比可以在大約1wt %到大約60wt%的范圍內(nèi)，優(yōu)選值是大約50wt%。
[0044]隨后使具有不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽的進(jìn)料流35離開化學(xué)處理罐25并且流到具有膜堆疊62的膜型固液分離單元60。從化學(xué)處理罐25到固液分離單元60的流是通過閥50由壓力或栗(圖中未示)控制。固液分離單元60的類型可以包括(但不限于)動態(tài)交叉流過濾器或振動膜分離系統(tǒng)。在動態(tài)交叉流過濾器中，大多數(shù)流在壓力下通過在壓力容器內(nèi)以旋轉(zhuǎn)盤形式布置的陶瓷超濾膜。不斷旋轉(zhuǎn)的盤有助于自清潔膜的表面，防止膜變得過度積垢。動態(tài)交叉流過濾器內(nèi)的超濾膜是可互換的。振動膜分離系統(tǒng)使用膜結(jié)構(gòu)的高速振動來分解在膜表面上積累的固體積垢層。膜振動或旋轉(zhuǎn)一般是電動機(jī)65驅(qū)動的。
[0045]無論所選擇的類型如何，分離單元60能夠容許微粒大小、固體負(fù)載以及粒子分布的變化。作為實(shí)例，膜型分離器的孔徑足夠小，以便去除除了沉淀在化學(xué)處理罐25內(nèi)的固體之外的其它微粒，如管垢。另外，因?yàn)榉蛛x單元60在操作期間以液體填充，MEG與吹掃氣體的接觸最小。這防止MEG氧化，從而使MEG的降解和處理設(shè)備的腐蝕減到最少。分離單元60還是緊湊的，易于接近以維護(hù)和維修，并且并入就地清潔系統(tǒng)以從膜堆疊62去除積垢。
[0046]分離單元60將具有不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽的進(jìn)料流35分成含有MEG的濾液90以及含有不溶性鹽的保留物130。主要由MEG和水組成的濾液90在通過膜堆疊62之后離開固液分離單元60的頂部，并且隨后通過閥105排放到下游處理過程，如MEG再生或回收。濾液90的一部分可以定期用于反洗分離單元60中的膜。隨著不溶性鹽積累在保留物130中，保留物濃稠到一定點(diǎn)，在這一點(diǎn)下可以從固液分離單元60去除保留物作為廢漿132。
[0047]在被從固液分離單元60去除之前，可以洗滌保留物130以去除MEG并且使廢漿132中的污染物減到最少。保留物洗滌的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是使MEG回收回到處理中，從而使從系統(tǒng)的MEG損失減到最少。這一洗滌涉及停止具有不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽的進(jìn)料流35從化學(xué)處理罐25流到分離單元60。通過關(guān)閉閥50并且關(guān)閉濾液90的排放管線上的閥105使固液分離單元60與化學(xué)處理罐25隔離。打開閥45，允許來自水源40的水流到固液分離單元60。隨后使水在與正常流動相同的方向上流過分離單元60。保留物中剩余的MEG與水一起被攜載通過膜堆疊62并且流出分離單元60通過洗滌水100的回流管線并回到化學(xué)處理罐25。在已經(jīng)充分洗滌保留物130時(shí)，關(guān)閉閥50和95以使分離單元60隔離，并且打開閥120。由于分離單元60在壓力下操作，閥120的打開使保留物排出分離單元60 ο如果保留物被排放到本地加熱器，那么不需要進(jìn)一步處理。然而，如果保留物被排放到用于進(jìn)一步處理的遠(yuǎn)端位置，那么可以打開閥45以提供水來輔助漿料的運(yùn)輸。
[0048]使從保留物130去除的MEG再循環(huán)到MEG再生或回收過程，從而減少廢漿132中的MEG損失量并且提高整個(gè)處理過程的效率。另外，如果未去除MEG，那么廢漿132的干燥由于MEG分解而變得受阻礙。這一分解產(chǎn)生難以處理的堵塞設(shè)備的粘性積垢糊狀物(即使在真空下在低溫下干燥時(shí))，并且阻礙將漿料作為固體廢物來存儲以及處理。在大氣壓下在相應(yīng)的更高溫度下干燥廢漿132將僅增加MEG分解速率，進(jìn)一步使廢物處理和處置復(fù)雜。
[0049]這種廢漿132可以任選地進(jìn)入干燥器140，其中廢漿132的流動受閥120控制。干燥器可以是螺旋干燥器或槳式干燥器。在干燥器140內(nèi)，廢漿132通過攪拌器145攪拌并且通過加熱介質(zhì)150加熱，加熱介質(zhì)在干燥器140的底部附近進(jìn)入，向上流動并且通過位于干燥器140的頂部附近的加熱介質(zhì)回流155離開。干燥器140通過真空管線180在真空下操作，真空管線通過閥175調(diào)節(jié)。干燥溫度取決于干燥器中的操作壓力。在真空下操作可以顯著降低廢漿132的沸騰溫度，從而防止烘烤干燥器140的金屬表面上的固體，最少化廢漿132中任何殘余MEG或碳?xì)浠衔锏慕到獠⑶易钚』僮鲉T對高溫的暴露。干燥器140可以裝備有就地清潔系統(tǒng)以促進(jìn)定期維護(hù)。經(jīng)干燥固體離開干燥器140并且通過打開閥165傳送到固體收集160。經(jīng)干燥固體的形式可以包括(但不限于)顆粒、集結(jié)?；蚍勰?。
[0050]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其從MEG進(jìn)料流去除二價(jià)離子以便提高M(jìn)EG回收或MEG再生過程的效率并且防止鹽在處理設(shè)備內(nèi)積累。另一優(yōu)點(diǎn)是可以洗滌保留物，其中使經(jīng)回收的MEG返回到回收或再生過程。作為實(shí)例，從本發(fā)明系統(tǒng)損失的MEG少于在疊片式離心機(jī)中損失的MEG的百分之十。從保留物去除MEG還促進(jìn)廢漿的干燥并且產(chǎn)生更易于處置、運(yùn)輸以及存儲的固體廢物。另外，本發(fā)明系統(tǒng)具有緊湊設(shè)計(jì)，該緊湊設(shè)計(jì)尤其適合于海上安裝，防止微粒夾帶到濾液和下游處理過程中，不需要使濾液脫氣并且易于手動或通過其就地清潔系統(tǒng)清潔。
[0051]雖然已經(jīng)詳細(xì)描述從含有MEG的進(jìn)料流去除二價(jià)離子的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可以在不脫離以下權(quán)利要求書的范圍的情況下對方法步驟的布置以及在該系統(tǒng)和方法中使用的組分的類型作出某些改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于從MEG進(jìn)料流(15)去除二價(jià)離子的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含: 化學(xué)處理罐(25)，所述進(jìn)料流(15)流動經(jīng)過該化學(xué)處理罐(25)，其中化學(xué)物質(zhì)與所述進(jìn)料流(15)混合以形成不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽；以及 膜型固液分離單元(60)，其接收來自所述化學(xué)處理罐(25)的進(jìn)料流(35)并且使所述進(jìn)料流分離成濾液(90)和保留物(130)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述化學(xué)處理罐(25)的溫度在大約10°C(50°F)到大約100°C(212°F)的范圍內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述化學(xué)處理罐(25)的溫度在大約50°C(122°F)到大約85°C(185°F)的范圍內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述化學(xué)處理罐(25)的停留時(shí)間在大約5分鐘到大約60分鐘的范圍內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述停留時(shí)間是大約30分鐘。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，與所述二價(jià)離子反應(yīng)形成不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽的所述化學(xué)物質(zhì)選自由以下組成的群組:碳酸鉀、碳酸鈉以及氫氧化鈉。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，氧清除劑被添加到所述化學(xué)處理罐(25)中。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述固液分離單元(60)選自由以下組成的群組:動態(tài)交叉流過濾器和振動膜分離系統(tǒng)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述固液分離單元(60)具有就地清潔系統(tǒng)以從所述分離單元(60)中的膜去除積垢。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，洗滌所述固液分離單元(60)中的所述保留物(130)以去除MEG。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，將從所述保留物(130)去除的所述MEG回收到MEG再生或回收過程。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，使用來自所述固液分離單元(60)的所述濾液(90)的一部分來反洗所述分離單元(60)中的膜。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，干燥器(140)接收來自所述固液分離單元(60)的廢漿(132)并且使所述廢漿干燥以形成固體廢物。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述干燥器(140)的溫度隨著所述干燥器(140)的操作壓力而變化。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述干燥器(140)在真空下操作。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述干燥器(140)具有就地清潔系統(tǒng)。17.—種從MEG進(jìn)料流(15)去除二價(jià)離子的方法，所述方法(10)包含以下步驟: 使所述進(jìn)料流(15)中的所述二價(jià)離子與化學(xué)物質(zhì)在化學(xué)處理罐(25)內(nèi)反應(yīng)以形成不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽；以及 使所述進(jìn)料流(35)從所述化學(xué)處理罐(25)傳遞到固液分離單元(60)，其中所述流(35)被分離成濾液(90)以及含有所述不溶性碳酸鹽和氫氧化物鹽的保留物(130)。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包含洗滌所述保留物(130)以去除MEG的步驟。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包含干燥廢漿(132)以產(chǎn)生固體廢物的步驟。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述化學(xué)物質(zhì)選自由以下組成的群組:碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉以及氧清除劑。21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包含使所述濾液(90)的一部分返回到所述固液分離單元(60)作為反洗水的步驟。
【文檔編號】B01D17/00GK105980027SQ201480075191
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年2月11日
【發(fā)明人】布萊恩·A·布賽爾, 西蒙·克勞利-貝維, 安庫爾·D·里瓦拉
【申請人】卡梅倫解決方案公司