NO833302L

NO833302L - PROCEDURE FOR EXTRACING GAS FROM FLUID

Info

Publication number: NO833302L
Application number: NO833302A
Authority: NO
Inventors: Donald Stuart Miller
Original assignee: British Hydromechanics
Priority date: 1982-01-15
Filing date: 1983-09-14
Publication date: 1983-09-14
Also published as: WO1983002402A1; EP0111488A1; JPS59500165A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for ekstrahering av uønsket gass fra en væske og gjelder spesielt ekstrahering av oppløst luft fra sjøvann som skal pumpes inn i olje-brenner som er boret i sjøbunnen. The present invention relates to a method for extracting unwanted gas from a liquid and particularly applies to the extraction of dissolved air from seawater that is to be pumped into an oil burner that is drilled into the seabed.

Under ekstrahering av olje fra hull som er- boret i sjøbunnen kan utbyttet økes.ved å tvinge sjøvann inn i brønnen for å fylle opp det rom som tidligere ble opptatt av gass og olje. Hvis imidlertid ikke oksygen som er oppløst i sjøvannet reduseres til nivåer på 0,05 ppm og mindre kan det inntre blokk-ering av reservoaret p.g.a. biologisk vekst. Imidlertid støtter man på store vanskeligheter når man skal fjerne den nødvendige mengde oppløst luft fra sjøvann, spesielt ved lave temperaturer som hersker rundt offshore borerigger. During the extraction of oil from holes drilled in the seabed, the yield can be increased by forcing seawater into the well to fill up the space previously occupied by gas and oil. However, if the oxygen dissolved in the seawater is not reduced to levels of 0.05 ppm or less, blocking of the reservoir may occur due to biological growth. However, great difficulties are encountered when removing the necessary amount of dissolved air from seawater, especially at low temperatures that prevail around offshore drilling rigs.

Oppløst gass kan fjernes fra en væske ved å tilsette kjemikalier somreagerer med gassen. Imidlertid er denne metode vanligvis heller kostbar p.g.a. vanskeligheter ved transport og behandling av disse kjemikalier når de brukes i offshore systemer. En annen teknikk er å varme opp væsken, fortrinnsvis til kokepunktet. Dette involverer vanligvis stort energi-forbruk og i det minste i enkelte tilfelle må oljen avkjøles før den kan benyttes. Dissolved gas can be removed from a liquid by adding chemicals that react with the gas. However, this method is usually rather expensive due to difficulties in transporting and processing these chemicals when they are used in offshore systems. Another technique is to heat the liquid, preferably to the boiling point. This usually involves large energy consumption and, at least in some cases, the oil must be cooled before it can be used.

På grunn av disse vanskeligheter blir avgassing av væske hypp-ig gjennomført på mekanisk måte ved bruk av en desorbsjonsinn-retning slik som beskrevet i GB PS 1 461 591 der væsken under-kastes meget lave trykk. For imidlertid å fjerne tilstrekkelig oppløst luft fra sjøvann for å redusere oksygen-nivået til Because of these difficulties, liquid degassing is often carried out mechanically using a desorption device as described in GB PS 1 461 591 where the liquid is subjected to very low pressures. However, to remove sufficient dissolved air from seawater to reduce the oxygen level to

1 ppm er det nødvendig å benytte en flertrinnsprosess og meget lavt trykk. Dette krever komplekst utstyr og høye energiut- gifter og dessuten er prosessen i praksis av begrenset effekt-ivitet. Når man således fjernes oppløst luft fra sjøvann er metoden ikke istand til på hensiktsmessig måte å redusere oksygeninnholdet til de lave nivåer som er nødvendige. En annen metode for ekstrahering av uønsket gass fra en væske omfatter trykkavlastning av væsken og deretter å føre ytterligere gass gjennom væsken for å bringe væsken i grundig kontakt med den ytterligere gass. Imidlertid krever denne metode også flere trinn og god gass- væskekontakt hvis man skal unngå 1 ppm, it is necessary to use a multi-stage process and very low pressure. This requires complex equipment and high energy costs and, moreover, the process is in practice of limited effectiveness. When dissolved air is thus removed from seawater, the method is not able to appropriately reduce the oxygen content to the low levels necessary. Another method of extracting unwanted gas from a liquid involves depressurizing the liquid and then passing additional gas through the liquid to bring the liquid into thorough contact with the additional gas. However, this method also requires several steps and good gas-liquid contact if it is to be avoided

for stort forbruk av ytterligere gass.excessive consumption of additional gas.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse er det ment å tilveie-bringe en fremgangsmåte for føring av ytterligere gass gjennom en væske for å ekstrahere uønsket oppløst gass på en måte som unngår de tidligere mangler ved denne metode, spesielt det for store forbruk av ytterligere gass. By means of the present invention, it is intended to provide a method for passing additional gas through a liquid to extract unwanted dissolved gas in a way that avoids the previous shortcomings of this method, especially the excessive consumption of additional gas.

Dette formål oppnås ved først å sette væsken som inneholderThis purpose is achieved by first putting the liquid containing

den uønskede gass under trykk og deretter å tilsette ytterligere gass til væsken slik at alt eller en del oppløses i væsken og deretter å trykkavlaste væsken slik at ved desorbsjon av minst en del av den ytterligere gass i det minste en del av den opprinnelige gass også strippes fra væsken. the unwanted gas under pressure and then adding further gas to the liquid so that all or part of it dissolves in the liquid and then depressurizing the liquid so that by desorbing at least part of the further gas at least part of the original gas is also stripped from the liquid.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes det således en fremgangsmåte for ekstrahering av uønsket gass fra en væske og som omfatter sette væsken under trykk og å oppløse ytterligere gass i væsken under trykk, og deretter å trykkavlaste væsken slik at i det minste en del av den ytterligere gass og i det minste en del av den opprinnelige gass desorbsjon også strippes fra væsken. According to the invention, there is thus provided a method for extracting unwanted gas from a liquid and which comprises putting the liquid under pressure and dissolving additional gas in the liquid under pressure, and then depressurizing the liquid so that at least part of the additional gas and in at least part of the original gas desorption is also stripped from the liquid.

Den ytterligere gass kan være av en forskjellig sammensetning enn den uønskede gass og velges slik at der den uønskede gass er kjemisk uakseptabel vil gjenværende ytterligere- gass være kjemisk akseptabel. Der den uønskede gass således er oksygen og fordi det er ønskelig å unngå oksydasjon av materialet som kommer i kontakt med væsken kan den ytterligere gass være ikke-oksyderende slik som nitrogen eller en hydrokarbongass. The additional gas can be of a different composition than the unwanted gas and is chosen so that where the unwanted gas is chemically unacceptable, the remaining additional gas will be chemically acceptable. Where the unwanted gas is thus oxygen and because it is desirable to avoid oxidation of the material that comes into contact with the liquid, the additional gas can be non-oxidizing such as nitrogen or a hydrocarbon gas.

For å redusere volumet av ytterligere gass som benyttes- ved gjennomføring kan alt eller en del av denne gass tilbakeføres eller all eller en del av den tilbakeførte gass kan føres gjennom en katalytisk brenner som fjerner uønsket gass fra den tilbakeførte strøm. In order to reduce the volume of additional gas that is used - by implementation, all or part of this gas can be returned or all or part of the returned gas can be passed through a catalytic burner which removes unwanted gas from the returned stream.

Det skal nedenfor under henvisning til de ledsagende tegninger vises to metoder som benytter oppfinnelsen. Fig. 1 er et skjemisk arrangement av en foretrukket apparatur for gjennomføring av oppfinnelsen og som benytter to gassdesorbere som beskrevet i GB PS 1 461 591. Fig. 2 er et skjematisk arrangement av en apparatur tilsvarende den som er vist i fig. 1 men som kun viser en gassdesorber som beskrevet i GB PS 1 461 591. Fig. 3 er et skjematisk arrangement av en ytterligere apparatur for gjennomføring av oppfinnelsen i en to-trinns prosess. Below, with reference to the accompanying drawings, two methods using the invention will be shown. Fig. 1 is a schematic arrangement of a preferred apparatus for carrying out the invention and which uses two gas desorbers as described in GB PS 1 461 591. Fig. 2 is a schematic arrangement of an apparatus corresponding to that shown in fig. 1 but which only shows a gas desorber as described in GB PS 1 461 591. Fig. 3 is a schematic arrangement of a further apparatus for carrying out the invention in a two-stage process.

I den apparatur som er vist i fig. 1 har denne første 1 og andre 2 gassdesorber innløpsrør 3 henholdsvis 4. Hvert innløps-rør er forbundet med to dyser 5 som hver har en konvergerende munning forbundet med et fire-dels desorbsjonsrør 6. Som vist øker tverrsnittet av desorbsjonsrøret 6 brått mellom ved siden av hverandre liggende deler. In the apparatus shown in fig. 1, this first 1 and second 2 gas desorbers have inlet pipes 3 and 4, respectively. Each inlet pipe is connected to two nozzles 5, each of which has a converging mouth connected to a four-part desorption pipe 6. As shown, the cross-section of the desorption pipe 6 increases abruptly between the side separated parts.

Væske under trykk som er tilmåtet gjennom innløpsrørene 3 og 4 trer ut fra dysene 5 i form av divergerende stråler og som et resultat trykkreduksjonen i disse stråler vil ved hver brå for-andring av tverrsnittet i desorbsjonsrøret 6 oppløst gass gå Liquid under pressure which is admitted through the inlet pipes 3 and 4 emerges from the nozzles 5 in the form of divergent jets and as a result the pressure reduction in these jets will, with each sudden change of the cross-section in the desorption tube 6, dissolved gas go

ut .av oppløsning og danner bobler 7.out of solution and form bubbles 7.

Disse boblene stiger til overflaten 8 av væsken 9 i beholderen 10 og fjernes ved vakuum sugepumpe 11. En flottør 12 styrer These bubbles rise to the surface 8 of the liquid 9 in the container 10 and are removed by vacuum suction pump 11. A float 12 controls

en regulator 13 når væskeoverflaten 8 når et på forhånd bestemt nivå og innretningen 13 forårsaker så igangsetting av væskeekstraksjonspumpen 14. a regulator 13 when the liquid surface 8 reaches a predetermined level and the device 13 then causes the liquid extraction pump 14 to start.

Væskeekstraksjonspumpen 14 i den første innretning 1 bringer væske som inneholder en liten mengde oppløst gass under trykk inn i kammeret 15. Ytterligere gass fra tanken 16 mates også til kammeret 15 for å oppløse væsken. Denne væsken mates deretter gjennom innløpsrøret 4 til den andre gassdesorber 2 der gassdesorbsjonsprosessen gjentas og som et resultat i det minste en del av gassen som forble i væskematingen til,kammeret 15 trekkes av fra væsken med i det minste en del av den ytterligere gass fra tanken 16. The liquid extraction pump 14 in the first device 1 brings liquid containing a small amount of dissolved gas under pressure into the chamber 15. Additional gas from the tank 16 is also fed to the chamber 15 to dissolve the liquid. This liquid is then fed through the inlet pipe 4 to the second gas desorber 2 where the gas desorption process is repeated and as a result at least part of the gas that remained in the liquid feed to the chamber 15 is withdrawn from the liquid with at least part of the additional gas from the tank 16.

Når man i praksis fjerner oppløst luft fra kaldt sjøvann blir sjøvann med ca. 10 ppm oppløst oksygen matet til innløpsrøret 3 i en mengde av 100 000 gallons pr. time. Nivået av oppløst oksygen i væsken 9 i beholderen 10 i den første desorber 1 kan reduseres til 1 ppm og dette mates ved hjelp av væskeekstraksjonspumpen 14 under et trykk på 3 bar til kammeret 15. Nitrogen under trykk mates deretter fra tanken 16 til kammeret 15 for å sikre at nitrogen oppløses i væsken. Væsken med oppløst nitrogen føres deretter gjennom den andre desorber 2 som kan være ved eller over atmosfæres trykk for å forhindre innløp av ytterligere luft i den hensikt å bibeholde det lave nivå av oppløst oksygen. Beholderen 10 i den andre desorber 2 kan der for også virke som sjøvannslagringsbeholder for tilførsel til den høytrykkspumpe som er nødvendig for å tvinge sjøvannet inn i oljebrønnen. På denne måte kan nivået av oppløst oksygen i væsken 9 i den andre desorber 2 reduseres til 100 ppb før det fjernes via pumpen 14. Selv om i denne utførelsesform den ytterligere gass var nitrogen kan en annen ikke-oksyderende gass slik som en hydrokarbongass benyttes. In practice, when dissolved air is removed from cold seawater, seawater with approx. 10 ppm dissolved oxygen fed to inlet pipe 3 at a rate of 100,000 gallons per hour. The level of dissolved oxygen in the liquid 9 in the container 10 of the first desorber 1 can be reduced to 1 ppm and this is fed by means of the liquid extraction pump 14 under a pressure of 3 bar to the chamber 15. Nitrogen under pressure is then fed from the tank 16 to the chamber 15 for to ensure that nitrogen dissolves in the liquid. The liquid with dissolved nitrogen is then passed through the second desorber 2 which can be at or above atmospheric pressure to prevent the entry of additional air in order to maintain the low level of dissolved oxygen. The container 10 in the second desorber 2 can therefore also act as a seawater storage container for supply to the high-pressure pump which is necessary to force the seawater into the oil well. In this way, the level of dissolved oxygen in the liquid 9 in the second desorber 2 can be reduced to 100 ppb before it is removed via the pump 14. Although in this embodiment the additional gas was nitrogen, another non-oxidizing gas such as a hydrocarbon gas can be used.

Selv om denne foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen involverer bruk av to gassdesorbere som beskrevet i GB PS 1 461 591 skal det være klart at enten en eller begge av disse desorbere kan erstattes av en desorberingsapparatur med annen konstruk-sjon. Although this preferred embodiment of the invention involves the use of two gas desorbers as described in GB PS 1 461 591, it should be clear that either one or both of these desorbers can be replaced by a desorption apparatus with a different construction.

Som vist i fig. 2 er således den andre desorber 2 i apparaturen som er vist i fig. 1 erstattet med en enkel innretning 17 med en trykkreduksjonsventil 18 ved utslippsenden av innløpsrøret As shown in fig. 2 is thus the second desorber 2 in the apparatus shown in fig. 1 replaced with a simple device 17 with a pressure reduction valve 18 at the discharge end of the inlet pipe

4 fra kammeret 15. Væsken 19 i beholderen 20 i innretningen4 from the chamber 15. The liquid 19 in the container 20 in the device

17 er fri for den oppløste gass som slipper unna i form av bobler 21 og denne væske kan trekkes av fra beholderen 20 gjennom ventilen 22. 17 is free of the dissolved gas that escapes in the form of bubbles 21 and this liquid can be withdrawn from the container 20 through the valve 22.

Apparaturen som er vist i fig. 3 er tilsvarende apparaturenThe apparatus shown in fig. 3 is the corresponding equipment

som er vist i fig. 1 (og der likhet består er det derfor brukt identiske referansetall) men modifisert slik at ekstraheringen av uønsket gass fra væsken under trykk skjer i to trinn. Videre benytter apparaturen i fig. 3 også fordelene ved tilbakeføring av uoppløst ytterligere gass i gassdesorberne 1 og 2, noe som forbedrer økonomien når en lite oppløselig gass slik som nitrogen benyttes. which is shown in fig. 1 (and where similarity exists, identical reference numbers have therefore been used) but modified so that the extraction of unwanted gas from the liquid under pressure takes place in two stages. Furthermore, the apparatus in fig. 3 also the advantages of returning undissolved additional gas in the gas desorbers 1 and 2, which improves the economy when a poorly soluble gas such as nitrogen is used.

I fig. 3 blir uren væske under trykk i innløpsrøret 3 istedet for å føres direkte til dysene 5 som i fig. 1 ført til et kamm-er 23 der ytterligere gass fra en tank 24 tilmåtes for oppløs-ning i væsken. Væsken under trykk med ytterligere, gass mates deretter til dysene 5 i den første innretning 1 der prosessen med gassdesorbsjon skjer og som.et resultat i det minste en del av den uønskede gass trekkes av fra væsken og kommer ut som bobler 7 sammen med gjenværende uoppløst ytterligere gass. Gassene fra den første gassdesorber 1 trekkes av ved hjelp av vakuumpumpen 11 som før men istedet for avgivelse til atmos-færen føres det gjennom en katalytisk brenner 25 for å fjerne uønsket gass. Den rensede gass, nu i form av ytterligere gass, avgis til kammeret 15 i innløpsrøret 4 gjennom rørledningen 26 for kombinasjon med den ytterligere gass som mates inn i dette kammeret fra en tank 16 for senere avgivelse med væske under trykk fra ekstraheringspumpen 14 til dysene 5 i den andre gassdesorber 2. In fig. 3, impure liquid becomes under pressure in the inlet pipe 3 instead of being led directly to the nozzles 5 as in fig. 1 led to a chamber 23 where additional gas from a tank 24 is allowed to dissolve in the liquid. The liquid under pressure with additional gas is then fed to the nozzles 5 in the first device 1 where the process of gas desorption takes place and as a result at least part of the unwanted gas is drawn off from the liquid and comes out as bubbles 7 together with remaining undissolved additional gas. The gases from the first gas desorber 1 are drawn off by means of the vacuum pump 11 as before, but instead of being released to the atmosphere, they are passed through a catalytic burner 25 to remove unwanted gas. The purified gas, now in the form of additional gas, is delivered to the chamber 15 in the inlet pipe 4 through the pipeline 26 for combination with the additional gas that is fed into this chamber from a tank 16 for later delivery with liquid under pressure from the extraction pump 14 to the nozzles 5 in the second gas desorber 2.

Ytterligere uønsket gass i væsken ekstraheres i den andre innretning 2 for å danne bobler 7 av både uønsket gass i små mengder og ikke-oppløst ytterligere gass. Disse gasser fjernes deretter fra innretningen 2 ved hjelp av sugepumpen 11 og føres gjennom rørledningen 27 til kammeret 23 som. mottar primær ytterligere gass fra tnaken 24. Tap av ytterligere gass p.g.a. absorbsjon i væsken under systemets drift kan erstattes ved ytterligere gass fra en frisk gasstank 28 gjennom rørledningen 26 nedstrøms den katalytiske brenner 25. Additional unwanted gas in the liquid is extracted in the second device 2 to form bubbles 7 of both unwanted gas in small amounts and undissolved additional gas. These gases are then removed from the device 2 by means of the suction pump 11 and passed through the pipeline 27 to the chamber 23 which. receives primary additional gas from tnaken 24. Loss of additional gas due to absorption in the liquid during the system's operation can be replaced by additional gas from a fresh gas tank 28 through the pipeline 26 downstream of the catalytic burner 25.

Når man i praksis fjerner oppløst luft fra kaldt sjøvann blir sjøvann med ca. 10 ppm oppløst oksygen matet til innløpsrøret 3 i.en mengde på 450 cm pr. time. Nivået av oppløst oksygen i væsken 9 i beholderen 10 i den første innretning 1 kan være redusert til 1 ppm og dette mates til den andre innretning 2 der oksygeninnholdet ytterligere kan reduseres til 100 ppb ved ut-løpet 29 av den andre gassdesorber 2. I forelggende søknad vil strømningshastigheten for nitrogen i systemet være 4 50 cm pr. time ved standard temperatur og trykk, kontinuerlig tilbake-ført gjennom den katalytiske brenner 25. In practice, when dissolved air is removed from cold seawater, seawater with approx. 10 ppm dissolved oxygen fed to the inlet pipe 3 in. a quantity of 450 cm per hour. The level of dissolved oxygen in the liquid 9 in the container 10 in the first device 1 can be reduced to 1 ppm and this is fed to the second device 2 where the oxygen content can be further reduced to 100 ppb at the outlet 29 of the second gas desorber 2. In the following application, the flow rate for nitrogen in the system will be 4 50 cm per hour at standard temperature and pressure, continuously fed back through the catalytic burner 25.

I denne utførelsesform blir begge innretningene 1 og 2 kjørt ved atmosfærisk trykk men et alternativt arrangement ville ha innretningen 1 ved et høyere trykk enn innretningen 2 slik at væskeekstraksjonspumpen 14 og pumpen 11 i avleveringsrøret 26 ikke ville behøves. In this embodiment both devices 1 and 2 are operated at atmospheric pressure but an alternative arrangement would have device 1 at a higher pressure than device 2 so that the liquid extraction pump 14 and the pump 11 in the delivery pipe 26 would not be needed.

Claims

1. Method for extracting unwanted gas from a liquid, characterized in that it comprises putting the liquid containing the unwanted gas under pressure, dissolving additional gas in the liquid under pressure and depressurizing the liquid so that at least part of the additional gas and at least a portion of the unwanted gas is also stripped from the liquid by desorption.

2. Method according to claim 1, characterized in that the liquid is initially depressurized so that part of the unwanted gas is desorbed from the liquid before the further gas is dissolved in it.

3. Method according to claim 1, characterized in that the application of pressure takes place in two stages, with further gas being dissolved in the liquid before the pressure relief in each step and in which any further gas that is undissolved after the first and second pressure relief steps is recovered and dissolved in the liquid under pressure before pressure relief in the second or first stage.

4. Method according to claim 3, characterized in that any additional undissolved gas that is recovered after depressurization in the first step is catalytically burned to remove traces of unwanted gas that has not been stripped from the liquid in the first step.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the additional gas is of a different composition than the unwanted gas and is chosen so that where the unwanted gas is chemically unacceptable, any remaining additional gas in the liquid will be chemical acceptable.

6. Method according to claim 5, characterized in that the liquid is seawater, the unwanted gas is oxygen and the additional gas is nitrogen.

7. Apparatus for removing unwanted gas from a liquid comprising gas-from-liquid desorption devices (1, 2, 17) for removing at least part of an unwanted gas from a liquid under pressure and delivered thereto, characterized by providing means (15, 16, 23, 24) for supplying additional gas different from the unwanted gas to the liquid under pressure entering said desorption devices U, 2, 17) so that when at least part of the additional gas is desorbed from the liquid is also stripped of at least a portion of the unwanted gas.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the gas-from-liquid desorption devices comprise a first desorber (1) for extracting unwanted gas from the liquid, a second desorber 2 for extracting further unwanted gas from the liquid, the first supply line 3 for release of liquid under pressure to the first desorber (1), a second supply line (4) for dispensing .of liquid under pressure from which at least part of the unwanted gas has been removed to the second desorber (2) for further withdrawal of unwanted gas, the first supply device is for the supply of further gas (23, 24) to said first supply line 3 and other supply devices (15, 16) for supplying further gas to said second supply line (4).

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that it comprises a catalytic burner (25) for removing unwanted gas from recovered additional gas that is not dissolved in the liquid in said first desorber (1), a third supply line (26) for delivering such purified recovered additional gas to said second supply devices (15, 16) and a first supply line (27) for delivering undissolved additional gas recovered in said second desorber (2) to said first supply devices (23, 24).

10. Apparatus according to claims 8 or 9, characterized in that a special supply line (28) is provided for delivering additional gas to said third supply line (3) downstream of said catalytic. burns as new additional gas to replace the loss of additional gas dissolved in the liquid.

11. Apparatus according to claim 10, characterized in that the liquid is seawater, the unwanted gas is oxygen and the additional gas is nitrogen.