NO881045L - Fremgangsmaate for fjerning av opploest gass fra en vaeske. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fjerning av oppløste gasser, f.eks. oksygen, fra væsker.

Det har lenge vært kjent at vann kan ha visse gasser oppløst deri som kan forårsake korrosjonsproblemer. Ved fremstilling av hydrokarboner er det for eksempel vanlig å injisere vann i en produserende formasjon mens hydrokarboner fjernes for å opprettholde produksjonstrykket i formasjonen. Ved offshore-steder blir ubehandlet sjøvann rutinemessig benyttet for dette formål. Som kjent inneholder sjøvann normalt oppløste gasser, inkludert oksygen, som leder til alvorlig korrosjon av injeksjonssystemet som videre eventuelt kan gjentette selve produksjonsformasjonen. Følgelig må ubehandlet sjøvann behandles, dvs. avluftes, for å fjerne oppløst oksygen deri før vannet injiseres i formasjonen.

En rekke forskjellige teknikker er kjent for fjerning av oppløste korrosive gasser fra vann. For eksempel finnes det kjemiske avluftingssystemer hvor reduksjonsmidler kombineres med de oppløste korrosive gassene for kjemisk å redusere disse. På grunn av det store volum av sjøvann som må behandles i en rutinemessig injeksjonsoperasjon, gjør transporten og omkostningene av slike kjemiske avluftningsteknikker dem uattraktive for de fleste offshore-anvendelser.

Flere mekaniske avluftningsteknikker har blitt foreslått som et effektivt alternativ til kjemisk avluftning. Disse innbefatter vakuum-stripping, termisk stripping og gass-stripping, idet det sistnevnte er det mest vanlige benyttede ved offshore-steder. Ved gass-stripping blir partialtrykket for det oppløste oksygen i sjøvannet redusert ved å erstatte den omgivende atmosfære rundt vannet med en oksygenfri gass, for eksempel metan eller nitrogen, hvorved oksygenet får komme ut av oppløsning av bringes bort med strippingsgassen. Gass-strippingssystemene som benyttes på vellykket måte ved offshore-steder krever normalt mindre og ikke så kostbart utstyr sammenlignet med både termisk eller vakuum-avlufting. Videre, gitt en hurtig tilførsel av strippingsgass er de daglige operasjonsomkostningene mindre enn med andre kjente avluftingssystemer.

I de kjente gass-strippingssystemer for avlufting blir imidlertid strippingsgassen alltid ført i motstrøm til strømmen av vannet som behandles. Denne motstrøm foregår vanligvis i en stor kolonne som inneholder kolonnebunner, fyllmateriale, og sprayanordninger som igjen representerer vesentlige tilføyelser til konstruksjonen og fordyrer installasjonen. En kolonne som benyttes i en typisk offshore-avluftingsoperasjon kan for eksempel ha en høyde opp til 21 m og en diameter på mer enn 4,3 m.

På grunn av den størrelse og vekt for kolonnen som er nødvendig for avlufting i motstrøm, blir kolonnen vanligvis plassert nær ytterkanten av produksjonsplattformen og opptar betydelig plass på denne. I mange tilfeller rager faktisk ytterligere dekkskonstruksjoner ut fra siden av plattformen på hvilken kolonnen monteres. Videre, selv i stille eller rolige farvann, er det nøvendig med en eller flere flytende kraner med bommer opp til 49 meter for å montere en av disse kolonnene ved dens offshore-beliggenhet.

For en mer fullstendig beskrivelse og omtale av motstrøms-kolonner for avlufting vises det til "Recommended Practice-Design and Operation of Stripping Columns for Removal of Oxygen from Water", NACE Standard RP-02-78, National Associa-tion of Corrosion Engineer, Houston, Texas 1978; "Deaeration and its adaption to water flood systems," THE CHEMICAL ENGINEER, Nov. 1984, s. 44-48; "The Forties Field Sea Water Injection System", 0E-77.1.SPE 2.6677.5, Offshore Europe 77 Conference, Aberdeen, Skottland September 1977; og "Desorp-tion of Oxygen from Water using Natural Gas for Counter-current Stripping"; Journal of Petroleum Technology, Mai 1963, fra side 51.

Fra det ovenstående fremgår det at mens kjente gass-strippingssystemer for avlufting generelt er mindre og ikke så kostbare som andre kjente avluftingssystemer, så er de ikke desto mindre temmelig store og kostbare å konstruere og montere ved offshore-steder.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en parallellstrøm-gasstrippingsprosess som reduserer mengden av oppløste gasser, f.eks. oksygen, i væsker, slik som vann, til et nivå som er sammenlignbart med det som oppnåes ved kjente mot-strøms-strippingsprosesser, men som utføres ved anvendelse av utstyr som er mye mindre og lettere å montere.

Mer spesielt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fjerning av oppløst gass fra en væske, innbefattende: føring av en strøm av en væske inneholdende en oppløst gass gjennom en statisk blandeanordning;

injeksjon av en strippingsgass som er inert overfor nevnte væske i nevnte væskestrøm slik at strippingsgassen strømmer parallelt med væskestrømmen gjennom den statiske blandeanordningen for å redusere partialtrykket til den oppløste gass og derved la i det minste en del av den oppløste gassen få anledning til å frigjøres fra oppløsning;

føring av nevnte væske fra den statiske blandeanordningen inn i en separeringstank;

la væsken få oppholde seg i separeringstanken for derved å la nevnte gasser skille seg fra væsken; og

fjerning av nevnte gasser og nevnte væske fra tanken gjennom separate utløp.

I en modifikasjon av foreliggende oppfinnelse blir et annet trinn tilføyet for ytterligere å redusere mengden av oppløst oksygen i vannet. Dette innebærer forbindelse av en annen statisk blandeanordning og en annen separeringstank til vannutløpet på den første separeringstanken.

I foreliggende parallellstrømprosess erstatter en relativt liten statisk blandeanordning og separeringstank den store strippingskolonnen i de tidligere kjente motstrømsprosessene. Den statiske blandeanordningen og separeringstanken ifølge oppfinnelsen er lettere og mye billigere å konstruere og montere enn de tidligere kjente kolonnene.

Oppfinnelsen skal nå mer spesielt beskrives under henvisning til de medfølgende tegninger hvor: Figur 1 et skjematisk riss av et typisk tidligere kjent avluftingssystem som anvender en strippingsgass som strømmer i motstrøm til strømmen av vann som behandles; Figur 2 er et skjematisk riss av parallellstrøm-avluftingssystemet ifølge foreliggende oppfinnelse; og Figur 3 er et sideriss av en modifikasjon av systemet på figur 2.

Under henvisning til fig. 1; i det tidligere kjente avluftingssystemet som er vist deri strømmer vann som inneholder en korrosiv gass, f.eks. oksygen, inn i en motstrømskolonne 10 gjennom et vanninnløp 11 og strømmer nedover gjennom bunner, fyllmateriale, og/eller sprayanordninger 12 i kolonnen 10. En oksygenfri strippingsgass som er inert overfor vann, f.eks. naturgass eller nitrogen, tilføres gjennom et gassinnløp 13 og strømmer oppover gjennom kolonnen 10 i motstrøm til den nedover strømmende vannstrøm. Som absolutt forstått i teknikken reduserer strippingsgassen partialtrykket for oksygenet i vannet og lar derved en vesentlig del av den oppløste gassen få anledning til å komme ut av oppløsning og føres av strippingsgassen fra kolonnen 10 gjennom et gassutløp 14. Vannet hvorfra mesteparten av den oppløste gass nå er fjernet, strømmer fra kolonnen 10 gjennom vannutløpet 15. Et oksygen-rensemiddel, f.eks. ukatalysert ammoniumbI sulfitt tilsettes til det behandlede vannet i kolonnen 10 gjennom innløpet 16 for ytterligere å redusere det oppløste oksygen i vannet. Prosessen på figur 1 er velkjent og angående en mer detaljert beskrivelse av en typisk motstrømskolonne 10 vises det til "Deaeration and its adaption to water flood systems", Mangnall, The Chemical Engineer, November 1984, fra side 44.

Under henvisning til fig. 2; parallellstrøm-avluftingssystemet 20 ifølge oppfinnelsen er illustrert slik det ville bli benyttet for å avlufte sjøvann ved en offshore-beliggenhet. Løftepumpen 21 er neddykket i en vannmasse 22 til en dybde, f.eks. 21 m eller mer, under den ved hvilken faststoffer og animalsk materiale, for eksempel plankton, normalt er tilstede i en vesentlig mengde. Ubehandlet sjøvann løftes av pumpen 21 gjennom ledningen 23 og kloreres for å bekjempe bakterier osv., ved injisering av et kloreringskjemikalium eller ved føring av vannet gjennom en elektrokjemisk klor-eringsanordning 24.

Det klorerte vannet føres deretter gjennom et eller flere filtere 25 for å redusere faststoffene i vannet. Det filt-rerte vannet passerer deretter til og gjennom statisk blandeanordning 26 omfattende et avlangt hus inneholdende et materiale som tilveiebringer en buktet bane for vann som strømmer derigjennom til dannelse av turbulent strøm i anordningen 26. Det statiske blandematerialet kan være et permeabelt granulært fyllmateriale eller lignende, men omfatter fortrinnsvis et eller flere seksjoner av et kommersielt tilgjengelig, statiske blandeelement som er sammensatt ved sammenstabling og -festing av korrogerte plater til dannelse av åpne, kryssende kanaler derigjennom; f.eks. Static Mixing Element, modell SMV, som er kommersielt tilgjengelig fra Sulzer Brothers Limited, Winterhur, Sveits.

En oksygenfri strippingsgass som er inert overfor vann, f.eks. naturgass (hovedsakelig metan) eller nitrogen, injiseres gjennom gassinnløpsledningen 27 inn i vannstrømmen i ledning 23 like oppstrøm for det statiske blandematerialet i huset 26. Idet vannet og gassen strømmer parallelt gjennom de buktede banene i den statiske blandeanordningen 26, erstatter strippingsgassen atmosfæren rundt vannet og reduserer derved partialtrykket til oksygenet som er oppløst i vannet. Dette gjør at det oppløste oksygenet kommer ut av oppløsning. Vannet, strippingsgassen og fritt oksygen strømmer deretter fra den statiske blandeanordningen 26 til separatortanken 30 gjennom vann-gass-innløpet 29. Strippingsgassen og det frie oksygen separeres kun under innvirkning av tyngdekraften fra vannet i tanken 30 og utluftes gjennom gassutløpet 31. Dersom naturgass anvendes som strIppingsgass kan den utluftede gass bli benyttet som brennstoffgass ombord på offshore-plattformen eller for lignende bruk hvilket supplerer avluftingsprosessens effektivitet.

Et kjemisk oksygen-rensemiddel, for eksempel ammoniumbi-sulfitt, tilsettes til vannet i tanken 30 gjennom ledningen 32 for ytterligere å redusere mengden av oppløst oksygen i vannet før vannet strømmer ut gjennom utløpet 33 til injeksjonspumpen 34 som igjen pumper det avluftede sjøvannet inn i en produserende formasjon for opprettholdelse av trykket deri.

For bedre å forstå de fordeler som oppnås ved foreliggende parallellstrøm-avluftingsprosess i forhold til den kjente motstrømsprosessen, skal i det følgende angis et kort eksempel som sammenligner størrelsen på det utstyr som er nødvendig for å behandle 238,5 x IO<4>liter sjøvann pr. dag inneholdende 8-10 ppm oppløst oksygen.

I den tidligere motstrømsprosessen på fig. 1 ville kolonne 10 ha en omtrentelig høyde på 18 m og en diameter på 1,2 m og ville innbefatte flere kant-til-senter- og senter-til-kant-strømningsbunner deri. Kolonnen ville bli konstruert av karbonstål med en korrosjonsbestandig foring deri.

I foreliggende fremgangsmåte på fig. 2 har den statiske blandeanordning 26 et hus med en lengde på kun 2,6 m og en ytre diameter på kun 15 cm og er fylt med kommersielt tilgjengelige, statiske blandeelementer som beskrevet ovenfor. Strippingsgass, for eksempel naturgass, strømmer parallelt med sjøvannet i et omfang av 0,7 Nm<3>/m<3>sjøvann. Separatortanken 30 er 4,6 m og 1,8 m i diameter. Tanken 30 tjener tre funksjoner: å gi anledning for separering av strippingsgassen og fritt oksygen fra vannet; å tilveiebringe en 5 minutters oppholdstid for kjemisk reaksjon mellom det gjenværende oppløste oksygen i vannet og oksygen-rensemidd-elet; og å sikre at tilstrekkelig vann alltid er tilgjengelig for injeksjonspumpen 34. På grunn av typen av disse funksjoner er tanken laget av fiberglass eller ekvivalent materiale hvilket vesentlig reduserer omkostningene sammenlignet med en motstrømskolonne 10 av karbonstål.

Det andre tilknyttede utstyret, f.eks. pumper, filtere osv., er identisk for begge prosesser. Innholdet i vannet av oppløst oksygen etter innledende avlufting ved foreliggende parallellstrøm-avlufting er noe høyere enn det i vannet som er avluftet i kolonnen 10, f.eks. 1000 sammenlignet med 50 deler pr. milliard. Ved en svak økning av oksygen-rensemidde-let i foreliggende parallellstrøm-avluftingsprosess vil imidlertid sluttinnholdet av oppløst oksygen i det avluftede vannet være vesentlig likt det i den tidligere kjente prosess. De vesentlige innsparingene i konstruksjons- og installasjonsomkostninger som oppnåes gjennom foreliggende oppfinnelse, mer enn oppveier eventuelle svakt økede drifts-omkostninger som kan forekomme på grunn av bruk av de ytterligere kjemikalier.

Fig. 3 illustrerer en modifikasjon av prosessen på fig. 2 og innbefatter et ytterligere trinn med parallellstrøm-avlufting som anvendes når det oppløste oksygenet i vannet som kommer ut av uttaket 33 i tanken 30 er for høyt. På fig. 3 strømmer vannet fra tanken 30 gjennom en annen statisk blandeanordning 26a som er av samme konstruksjon som den statiske blandeanordningen 26. Strippingsgass Injiseres i vannet like oppstrøms for anordningen 26a. Igjen strømmer strippings gassen i samme retning som vannet gjennom den statiske blandeanordningen 26a og begge deler strømmer inn i den andre separeringstanken 30a hvor de skilles. Gassen og det frie oksygenet strømmer fra tankem 30a gjennom utløpet 31a. Ytterligere oksygen-rensemiddel kan tilsettes gjennom ledningen 32a, om dette er ønskelig. De avluftede vannet strømmer fra tanken 30a gjennom utløpet 33b til injeksjonspumpen 34 (fig. 2).

Det fremgår fra det ovenstående at foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en effektiv gasstrippings-avluftingsprosess for vann som krever mye mindre og mindre kostbart utstyr enn tidligere kjente strippings-avluftningsprosesser. Utstyret krever mindre plass og er mye lettere å montere, spesielt ved en offshore-installasjon.

Selv om foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet i forbindelse med avlufting av ubehandlet sjøvann ved en offshore-installasjon, vil det forstås at foreliggende parallellstrøm-avluftningsmetode kan benyttes like godt ved stripping av gasser eller andre flyktige stoffer fra andre vannstrømmer, f.eks. behandling av injeksjonsvann ved installasjoner på land, behandling av avløpsvann før utslipp, behandling av vann for restituering av vannførende lag, behandling av kjølevann, osv. for raffinerioperasjoner og lignende og behandling av surt vann for fjerning av hydrogen-sulfid, karbondioksyd osv. for oljefelt-, raffineri- og lignende operasjoner.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for fjerning av oppløst gass fra en væske, karakterisert ved at man: fører en strøm av en væske inneholdende en oppløst gass gjennom en statisk blandeanordning; injiserer en strippingsgass som er inert overfor nevnte væske inn i nevnte væskestrøm slik at nevnte strippingsgass strømmer parallelt med nevnte væskestrøm gjennom nevnte blandeanordning for å redusere partialtrykket til nevnte oppløste gass for derved å gi i det minste en del av nevnte oppløste gass anledning til å bli frigjort fra oppløsning; fører nevnte væske fra nevnte statiske blandeanordning inn i en separeringstank; lar nevnte væske få oppholde seg i separeringstanken for derved å gi nevnte gasser anledning til å separeres fra væsken; og fjerner nevnte gasser og væske fra nevnte tank gjennom separate utløp.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte væske er vann.

3. Fremgangsmåte Ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved ved at nevnte oppløste gass er oksygen.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte strippingsgass er naturgass eller nitrogen.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at et oksygen- rensemiddel tilsettes til vannet mens det oppholder seg i separeringstanken.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at man utfører følgende ytterligere trinn: fører nevnte væske fra separeringstanken gjennom en annen statisk blandeanordning; injiserer strippingsgass som er Inert overfor nevnte væske inn i væsken fra nevnte separatortank slik at strippingsgassen strømmer parallelt med eller i samme retning som nevnte væske gjennom nevnte andre statiske blandeanordning for å redusere partialtrykket til den oppløste gassen som er tilbake i vannet for derved å gi i det minste en del av nevnte oppløste gass anledning til å bli frigjort fra oppløsning; fører nevnte væske fra nevnte andre statiske blandeanordning inn i en annen separeringstank; lar nevnte væske oppholde seg i nevnte andre separeringstank for å gi nevnte gasser anledning til å separeres fra nevnte væske; og fjerner nevnte gasser og nevnte væske fra den andre tanken gjennom separate utløp.