从单乙二醇(MEG)进料流去除二价离子

摘要

提出一种从MEG进料流(15)去除二价离子的系统和方法。该系统包括化学处理罐(25)，其中使化学物质与该进料流(15)混合以形成不溶性碳酸盐和氢氧化物盐。该系统还包括膜型固液分离单元(60)，该单元接收来自该化学处理罐(25)的进料流(35)并且使该进料流分离成含有MEG的滤液(90)以及含有不溶性盐的保留物(130)。该系统还可以包括洗涤该保留物(130)以去除额外MEG，随后使该MEG再循环到MEG再生或回收过程。该系统还可以包括干燥器(140)，该干燥器接收来自该固液分离单元(60)的废浆(132)并且使该废浆干燥以形成固体废物，从而促进其处理、存储以及处置。

说明书

背景技术

本发明涉及被设计成用于处理在石油和天然气工业中，尤其在海上位置中使用的单乙二醇(MEG)以控制水合物形成的系统和方法。更确切地说，本发明涉及被设计成用于从MEG进料流去除二价离子的系统和方法。

在石油和天然气工业中，MEG在井口和管道中广泛用作水合物抑制剂来防止在管道条件下水合物形成。在海上天然气生产设施上，当在海底管道中对较低温度的暴露显著时，MEG普遍用于水合物抑制。将稀(干燥)MEG在井口或井口附近注入海底天然气管道中并且其容易与产生水混合。利用MEG使水合物形成温度下降到操作温度之下并且从而防止水合物堵塞管道的抑制过程是简单的。

随后使现有浓(湿)MEG干燥，使得MEG可以重新用于水合物控制。然而，稀MEG无法通过简单地蒸馏浓MEG和水来回收，因为浓MEG负载有来自所产生水的溶解盐离子，包括钙、镁、锶以及钡的二价盐。如果不去除这些盐离子，那么它们将在处理设备中沉淀或积累，最终导致下游处理过程失败。

作为实例，如果允许钙盐保留在MEG进料流中，那么可以在扩容分离器中形成Ca(MEG)₄Cl₂。这种在约95℃(203℉)下熔融的化合物在冷却后形成硬固体。这种固体可能堵塞泵、干扰热传递并且阻碍在下游处理过程中去除盐。此外，插入设备必须离线采用，其降低效率并且增加整个处理过程的成本。

因为某些二价离子的盐是高度可溶的，它们不能通过沉淀从MEG进料流去除。通常，使用化学反应将二价离子的形式改变成将沉淀的不溶性形式。这种沉淀物可以使用各种技术去除。常规去除方法包括叠片式离心机、压滤机以及烛式过滤器。然而，这些方法中的每一种都有缺点。叠片式离心机使得离心滤液通气，导致高的氧吸收。另外，因为不能洗涤盐，所以大量MEG损失作为废浆的一部分。废浆的高MEG含量也由于使得浆料难以干燥而使处置复杂。压滤机很重并且需要相对较大量的空间，使得其一般不适用于海上应用。烛式过滤器需要化学物质(如预涂层或体助剂)和大量气体来干燥滤饼，其增加它们使用的资本和操作成本。

需要从MEG进料流去除二价离子的系统和方法，以便提高MEG回收或MEG再生过程的效率并且防止盐在处理设备内积累。还需要这样的系统和方法，其较便宜、需要较少空间、最少化额外化学物质的使用、降低MEG排出频率、通过使MEG再循环回到回收或再生过程来减少MEG损失并且借助于干燥来促进将废物作为浆料或固体废物处置。还需要这样的系统和方法，其可以位于到MEG处理装置的主要浓MEG进料流上或在MEG回收系统内的MEG进料流上(例如，离开扩容分离器容器或再循环回路的侧流)。

发明内容

提出一种从MEG进料流去除二价离子的系统。该系统包括：化学处理罐，其中化学物质与进料流混合以形成不溶性碳酸盐和氢氧化物盐；以及膜型固液分离单元，其接收来自化学处理罐的进料流并且使该进料流分离成滤液和保留物。作为实例，固液分离单元可以是动态交叉流过滤器或振动膜分离系统。该系统还可以包括洗涤保留物以去除MEG，随后可以将MEG回收回到MEG再生或回收过程。该系统还可以包括干燥器，其接收来自固液分离单元的废浆并且使废浆干燥以形成固体废物。

还提出一种从MEG进料流去除二价离子的方法。该方法包括以下步骤：使进料流与化学物质在化学处理罐中混合，其中二价离子与化学物质反应以形成不溶性碳酸盐和氢氧化物盐；以及使进料流从化学处理罐传递到膜型固液分离单元，其中该流被分离成滤液以及含有不溶性碳酸盐和氢氧化物盐的保留物。该方法还可以包含以下步骤：洗涤保留物以去除MEG；干燥废浆以产生固体废物；以及使滤液的一部分再循环到固液分离单元以反洗膜。

本发明的目标包括(1)提供更有效方法以去除MEG进料流中所含有的二价离子；(2)减少废浆中损失的MEG量；(3)使从保留物洗掉的MEG返回到回收或再生过程；(4)通过将废浆转化成固体废物来促进废浆的处理、存储以及处置；(5)减少必须离线采用的处理设备用于清洁的时间量；(6)提供与常规系统相比较便宜、需要较少空间并且更易于操作的系统和方法；以及(7)提供对微粒大小、固体负载以及粒子分布的变化具有高容限的系统。

附图说明

图式呈现根据本发明实施的一种从MEG进料流去除二价离子的方法的实施例。

图式以及具体实施方式中使用的元件以及编号

10二价离子去除方法

15进料流

20化学物质注入源

22合并的化学物质和进料流

25化学处理罐

30混合器

35具有不溶性碳酸盐和氢氧化物盐的进料流

40水源

45阀

50阀

60膜型固液分离单元

62膜堆叠

65电动机

90滤液

95阀

100 洗涤水

105 阀

120 阀

130 保留物

132 废浆

140 干燥器

145 搅拌器

150 加热介质

155 加热介质回流

160 固体收集

165 阀

175 阀

180 真空管线

优选实施例的具体实施方式

如图所示，可以使用涉及化学反应和固液分离的系统和方法以从MEG进料流去除二价离子。更确切地说，该系统和方法包括将化学物质添加到进料流或直接添加到化学处理罐中以形成不溶性碳酸盐和氢氧化物盐，这些盐可以连同其它微粒一起从进料流分离出。该系统和方法还通过使MEG再循环回到回收或再生过程来减少MEG损失，并且促进将废浆作为固体废物来处置。

根据本发明实施的二价离子去除方法10的优选实施例以MEG进料流15开始，该进料流是所产生的水与MEG的混合物。使MEG进料流15与来自化学物质注入源20的化学物质合并，并且将经合并的化学物质和进料流22引导到化学处理罐25。也可以将化学物质直接注入化学处理罐25中。一旦进入化学处理罐25中，用混合器30搅拌经合并的化学物质和进料流22。钙和其它二价离子与化学物质反应以形成不溶性碳酸盐和氢氧化物盐。化学处理罐25中的反应可以在范围是大约10℃(50℉)到大约100℃(212℉)的温度下发生，优选温度的范围是大约50℃(122℉)到大约85℃(185℉)。化学处理罐25内的停留时间被选择以优化晶体生长和形状，并且可以是在大约5分钟到大约60分钟的范围内，优选的停留时间是大约30分钟。

与MEG进料流15合并的化学物质可以包括(但不限于)碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钠以及氧清除剂。作为实例，可以使用碳酸钾的水溶液使钙离子以碳酸盐形式沉淀。水溶液中碳酸钾的重量百分比可以在大约15wt％到大约55wt％的范围内，优选值是大约47wt％。作为替代物，碳酸钠的水溶液可以取代碳酸钾。水溶液中碳酸钠的重量百分比可以在大约15wt％到大约33wt％的范围内，优选值是大约20wt％。作为另一实例，可以使用氢氧化钠的水溶液使镁离子以氢氧化物形式沉淀。水溶液中氢氧化钠的重量百分比可以在大约10wt％到大约60wt％的范围内，优选值是大约50wt％。

随后使具有不溶性碳酸盐和氢氧化物盐的进料流35离开化学处理罐25并且流到具有膜堆叠62的膜型固液分离单元60。从化学处理罐25到固液分离单元60的流是通过阀50由压力或泵(图中未示)控制。固液分离单元60的类型可以包括(但不限于)动态交叉流过滤器或振动膜分离系统。在动态交叉流过滤器中，大多数流在压力下通过在压力容器内以旋转盘形式布置的陶瓷超滤膜。不断旋转的盘有助于自清洁膜的表面，防止膜变得过度积垢。动态交叉流过滤器内的超滤膜是可互换的。振动膜分离系统使用膜结构的高速振动来分解在膜表面上积累的固体积垢层。膜振动或旋转一般是电动机65驱动的。

无论所选择的类型如何，分离单元60能够容许微粒大小、固体负载以及粒子分布的变化。作为实例，膜型分离器的孔径足够小，以便去除除了沉淀在化学处理罐25内的固体之外的其它微粒，如管垢。另外，因为分离单元60在操作期间以液体填充，MEG与吹扫气体的接触最小。这防止MEG氧化，从而使MEG的降解和处理设备的腐蚀减到最少。分离单元60还是紧凑的，易于接近以维护和维修，并且并入就地清洁系统以从膜堆叠62去除积垢。

分离单元60将具有不溶性碳酸盐和氢氧化物盐的进料流35分成含有MEG的滤液90以及含有不溶性盐的保留物130。主要由MEG和水组成的滤液90在通过膜堆叠62之后离开固液分离单元60的顶部，并且随后通过阀105排放到下游处理过程，如MEG再生或回收。滤液90的一部分可以定期用于反洗分离单元60中的膜。随着不溶性盐积累在保留物130中，保留物浓稠到一定点，在这一点下可以从固液分离单元60去除保留物作为废浆132。

在被从固液分离单元60去除之前，可以洗涤保留物130以去除MEG并且使废浆132中的污染物减到最少。保留物洗涤的一个主要优点是使MEG回收回到处理中，从而使从系统的MEG损失减到最少。这一洗涤涉及停止具有不溶性碳酸盐和氢氧化物盐的进料流35从化学处理罐25流到分离单元60。通过关闭阀50并且关闭滤液90的排放管线上的阀105使固液分离单元60与化学处理罐25隔离。打开阀45，允许来自水源40的水流到固液分离单元60。随后使水在与正常流动相同的方向上流过分离单元60。保留物中剩余的MEG与水一起被携载通过膜堆叠62并且流出分离单元60通过洗涤水100的回流管线并回到化学处理罐25。在已经充分洗涤保留物130时，关闭阀50和95以使分离单元60隔离，并且打开阀120。由于分离单元60在压力下操作，阀120的打开使保留物排出分离单元60。如果保留物被排放到本地加热器，那么不需要进一步处理。然而，如果保留物被排放到用于进一步处理的远端位置，那么可以打开阀45以提供水来辅助浆料的运输。

使从保留物130去除的MEG再循环到MEG再生或回收过程，从而减少废浆132中的MEG损失量并且提高整个处理过程的效率。另外，如果未去除MEG，那么废浆132的干燥由于MEG分解而变得受阻碍。这一分解产生难以处理的堵塞设备的粘性积垢糊状物(即使在真空下在低温下干燥时)，并且阻碍将浆料作为固体废物来存储以及处理。在大气压下在相应的更高温度下干燥废浆132将仅增加MEG分解速率，进一步使废物处理和处置复杂。

这种废浆132可以任选地进入干燥器140，其中废浆132的流动受阀120控制。干燥器可以是螺旋干燥器或桨式干燥器。在干燥器140内，废浆132通过搅拌器145搅拌并且通过加热介质150加热，加热介质在干燥器140的底部附近进入，向上流动并且通过位于干燥器140的顶部附近的加热介质回流155离开。干燥器140通过真空管线180在真空下操作，真空管线通过阀175调节。干燥温度取决于干燥器中的操作压力。在真空下操作可以显著降低废浆132的沸腾温度，从而防止烘烤干燥器140的金属表面上的固体，最少化废浆132中任何残余MEG或碳氢化合物的降解并且最小化操作员对高温的暴露。干燥器140可以装备有就地清洁系统以促进定期维护。经干燥固体离开干燥器140并且通过打开阀165传送到固体收集160。经干燥固体的形式可以包括(但不限于)颗粒、集结粒或粉末。

本发明的优点在于其从MEG进料流去除二价离子以便提高MEG回收或MEG再生过程的效率并且防止盐在处理设备内积累。另一优点是可以洗涤保留物，其中使经回收的MEG返回到回收或再生过程。作为实例，从本发明系统损失的MEG少于在叠片式离心机中损失的MEG的百分之十。从保留物去除MEG还促进废浆的干燥并且产生更易于处置、运输以及存储的固体废物。另外，本发明系统具有紧凑设计，该紧凑设计尤其适合于海上安装，防止微粒夹带到滤液和下游处理过程中，不需要使滤液脱气并且易于手动或通过其就地清洁系统清洁。

虽然已经详细描述从含有MEG的进料流去除二价离子的系统和方法的优选实施例，本领域的技术人员应理解，可以在不脱离以下权利要求书的范围的情况下对方法步骤的布置以及在该系统和方法中使用的组分的类型作出某些改变。