РЕГЕНЕРАЦИЯ КИНЕТИЧЕСКОГО ИНГИБИТОРА ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ
REGENERATION OF KINETIC HYDRATE-FORMATION INHIBITOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение касается способа и системы для регенерации кинетического ингибитора гидратообразования (КИГ), когда он используется без термодинамического ингибитора гидратообразования (ТИГ).
Уровень техники изобретения
Ранее кинетические ингибиторы гидратообразования использовались вместе с термодинамическим ингибитором (как правило, гликолем, в основном моноэтиленгликолем - МЭГ). Процесс регенерации как термодинамического гликоля, так и одного или более кинетических ингибиторов (когда и термодинамический, и кинетические ингибиторы находятся в смеси) был предложен ExxonMobil, WO 2006/110192 A1. Данная патентная заявка описывает в целом дистилляционную систему, в которой вода и гликоль разделяются в дистилляционной колонне. Использование термодинамических ингибиторов требует больших установок регенерации с дистилляционными колоннами для отделения термодинамического ингибитора от водной фазы. Если в такой цикл добавляют КИГ, КИГ следует за МЭГ в системе, и другие отличия процесса по сравнению с традиционными процессами регенерации ТИГ без КИГ отсутствуют. Добавление КИГ позволяет использовать более низкие концентрации МЭГ. В остальном система ExxonMobil идентична стандартному циклу МЭГ. В остальном система не меняется, если используется сочетание термодинамического и кинетического ингибитора, и КИГ впоследствии не регенерируют из МЭГ.
Кинетические ингибиторы используются для предотвращения гидратообразования при транспортировке углеводородов в присутствии воды. Кинетический ингибитор добавляют в низких концентрациях, как правило 0,25-5% масс. Тем не менее, это представляет собой дорогостоящее решение, и оно приводит к повышению сброса химикатов в окружающую среду, так что регенерация КИГ была бы полезна как по экономическим, так и по экологическим соображениям.
Сущность изобретения
Таким образом, задачей изобретения является предложить способ и систему для регенерации кинетического ингибитора гидратообразования, которые являются более экономичными.
Данная задача решается с помощью способа и системы согласно независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные дополнительные варианты являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
В настоящее время не существует процесса для регенерации и повторного использования отдельно взятого кинетического ингибитора, и поэтому он непрерывно сбрасывается с попутной водой.
В настоящее время существует практическая необходимость в эффективном предотвращении гидратообразования при транспортировке углеводородов в присутствии воды, при одновременном использовании меньшего количества ингибитора гидратообразования, и в реализации этого экономичным, энергосберегающим, компактным и экологически ответственным образом, и используя меньшее количество химических реагентов.
Настоящее изобретение принимает другой подход и отправную точку, чем известный уровень техники. Настоящее изобретение устраняет необходимость использования МЭГ, т.е. транспортировка водной фазы может проводиться без использования термодинамического ингибитора гидратообразования. Это стало возможным при использовании только кинетического ингибитора гидратообразования. Данный новый процесс, таким образом, не является процессом восстановления МЭГ, в котором также рециклируют КИГ, как показано в известном уровне техники, скорее, он является процессом извлечения КИГ в случае использования без добавления МЭГ.
Настоящее изобретение относится к регенерации кинетического ингибитора в системах, где он используется без термодинамического ингибитора. В дополнение к этому, данный новый способ и система требуют только одной стадии испарения, при этом тепло, необходимое для стадии испарения, может поступать из теплообменника. Таким образом, нет необходимости включать в состав дистилляционную колонну, и это делает оборудование гораздо более компактным. Включение регенерации тепла от теплообменника может, таким образом, снизить энергопотребление процесса более чем на 90%.
Первый аспект настоящего изобретения относится к способу регенерации кинетического ингибитора гидратообразования, используемого как единственный тип ингибитора гидратообразования, т.е. без присутствия термодинамического ингибитора гидратообразования в системе регенерации ингибитора гидратообразования, включающему следующие стадии, на которых:
i) поток, содержащий смесь воды и кинетического ингибитора гидратообразования в качестве единственного типа ингибитора гидратообразования, подают во флэш-сепаратор из линии подачи;
ii) вода во флэш-сепараторе выпаривается, т.е. без использования дистилляционной колонны или аппарата, с помощью тепла, поданного во внешний циркуляционный контур с внешним теплообменником, и выходит в виде пара;
iii) кинетический ингибитор гидратообразования концентрируется во флэш-сепараторе и в циркуляционном контуре, в результате чего кинетический ингибитор гидратообразования может использоваться повторно.
Второй аспект настоящего изобретения относится к способу по первому аспекту, в котором тепло может подаваться во флэш-сепаратор с помощью внутреннего теплообменника или нагревательных спиралей, расположенных внутри флэш-сепаратора.
Третий аспект настоящего изобретения относится к способу по первому или второму аспекту, в котором пар дополнительно нагревается путем сжатия в компрессоре или вентиляторе, передается посредством канала для пара и конденсируется во внешнем теплообменнике, и тепло, полученное при конденсации пара, используется для нагревания и испарения воды в циркуляционном контуре и сепараторе.
Четвертый аспект настоящего изобретения относится к системе для регенерации кинетического ингибитора гидратообразования, использованного в качестве единственного типа ингибитора гидратообразования, т.е. без присутствия термодинамического ингибитора гидратообразования, в котором система содержит следующее:
i) линию подачи для подачи воды и кинетического ингибитора гидратообразования во флэш-сепаратор;
ii) выпускную линию, идущую от флэш-сепаратора к насосу и отводимому потоку для отведения регенерированного кинетического ингибитора гидратообразования;
iii) линию пара для направления испарившегося водяного пара из флэш-сепаратора, т.е. без использования дистилляционной колонны или аппарата, в конденсатор, и линию, соединяющую сторону выпуска конденсатора с конденсатосборником;
iv) возвратную линию, ведущую из теплообменника во флэш-сепаратор.
Пятый аспект настоящего изобретения относится к системе по четвертому аспекту, в которой внутренний теплообменник или нагревательные спирали помещены внутрь флэш-сепаратора.
Шестой аспект настоящего изобретения относится к системе по четвертому или пятому аспекту, в которой линия пара для испарившегося водяного пара из флэш-сепаратора находится в сообщении по текучей среде с компрессором или вентилятором, за которым следует теплообменник, конденсатосборник с двумя выпускными отверстиями, ведущими или к вакуумному насосу, или к насосу для теплого водного конденсата, в результате чего теплый водный конденсат вступает в теплообмен с входящими потоками, и возвратная линия, которая расположена после теплообменника и перед флэш-сепаратором.
Седьмой аспект настоящего изобретения относится к использованию способа первого-третьего аспектов или к системе четвертого-шестого аспектов для предотвращения гидратообразования во время транспортировки углеводородов в присутствии воды.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут теперь проиллюстрированы более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг.1 представлен основной чертеж процесса в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
На фиг.2 представлено подробное описание процесса без регенерации тепла в соответствии с вариантом, показанным на фиг.1;
На фиг.3 представлена иллюстрация ребойлера с внутренним нагреванием в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, и
На фиг.4 показан процесс регенерации кинетического ингибитора с регенерацией тепла в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Гидрат представляет собой твердую форму воды, образующуюся при высоком давлении в присутствии молекул легкого газа, обычно находящихся в углеводородных газах и жидкостях. Гидраты формируют кристаллическую фазу, подобную льду, и потенциально могут закупоривать трубопроводы и производственное оборудование. Типичным примером является транспортировка углеводородов (газа и/или жидкости) в трубопроводе, в котором температура падает из-за холодных условий (море, вода или холодный воздух). Водная фаза может присутствовать всегда, или вода может конденсироваться при понижении температуры. При высоком давлении и низкой температуре вода может образовывать гидраты, стабилизированные молекулами легких газов в углеводородной фазе.
Традиционным способом предотвращения гидратообразования было добавление термодинамического ингибитора гидратообразования. Термодинамический ингибитор работает, по существу, путем разбавления воды и тем самым понижения температуры гидратообразования. Количество добавленного ингибитора зависит от необходимой степени защиты, но, как правило, составляет 30-70% масс. Типичными термодинамическими ингибиторами гидратообразования являются спирты, такие как метанол и этанол, и гликоли, такие как моноэтиленгликоль (МЭГ), диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ). Термодинамические ингибиторы добавляют либо порциями, либо непрерывно. В системах с непрерывным добавлением термодинамических ингибиторов ингибитор, как правило, регенерируют и используют повторно. Это делается в процессе дистилляции, где его отделяют от воды и повторно концентрируют в желаемой концентрации.
Кинетические ингибиторы гидратообразования представляют собой химические реагенты на полимерной основе, которые будут задерживать образование гидратов, в некоторых случаях до нескольких дней. Типичные уровни концентрации составляют 0,25-5% масс., но ингибирование может быть улучшено с помощью увеличения концентрации. Кинетические ингибиторы не регенерируют и просто сбрасывают с попутной водой.
Конкретные признаки в данном изобретении, которые являются новыми.
Регенерация кинетического ингибитора гидратообразования, когда он используется без термодинамического ингибитора, может дать следующие основные усовершенствования:
- дистилляционная колонна не является необходимой, что значительно уменьшает размер оборудования;
- интеграция тепла процесса регенерации, ведущая к очень низкому энергопотреблению.
Преимущества и усовершенствования, достигнутые данным изобретением.
В настоящее время кинетические ингибиторы гидратообразования, используемые без термодинамического ингибитора, не регенерируют. С помощью настоящего изобретения большинство ингибиторов можно будет регенерировать и использовать повторно. Это обеспечит:
- уменьшение воздействия на окружающую среду, поскольку химические вещества не сбрасываются с попутной водой;
- возможность использования более высоких концентраций при по-прежнему пониженных затратах и воздействии на окружающую среду;
- снижение расходов на покупку новых химических реагентов.
В настоящем изобретении кинетический ингибитор регенерируют путем концентрирования его в установке ребойлерного типа. Основной чертеж показан на фиг.1. Более подробные чертежи и объяснения процесса приведены ниже в данном описании. Поток попутных вод подают в бойлер, где вода выпаривается. Кинетический ингибитор гидратообразования представляет собой большие молекулы полимера, которые имеют очень низкое давление паров. Он не будет испаряться, но накапливается в водной фазе в ребойлере. Типичные примеры кинетического ингибитора гидратообразования могут включать поливинилпирролидон (ПВП) или поливинилкапролактам (ПВК) или сополимеры винилпирролидона или винилкапролактама, где длина полимера может варьировать. Многие другие кинетические ингибиторы гидратообразования хорошо описаны.
В предпочтительном варианте осуществления кинетический ингибитор гидратообразования имеет функциональные группы ПВП или ПВК. Также можно использовать смеси указанных соединений в зависимости от условий работы. Когда достигнута желаемая концентрация или предел растворимости, отводимый поток отбирается из ребойлера. Отводимый поток является концентрированным по отношению к ингибитору и готов для повторного использования. Из-за возможного накопления примесей часть повторно концентрированного раствора может быть сброшена. Следует ожидать некоторой потери кинетического ингибитора, и добавление небольшого количества свежего химического реагента может быть необходимо. Повторно концентрированный раствор может закачиваться обратно в трубопровод по отдельному трубопроводу или перевозиться в резервуарах водным, железнодорожным или автомобильным транспортом.
На фиг.2 показано более подробное описание технологического процесса. Водная фаза, содержащая кинетический ингибитор, подается во флэш-сепаратор 2 по линии подачи в одно из альтернативных местоположений 1a, 1b или 1c. Подаваемый материал, который в основном является водой, содержащей КИГ, может иметь диапазон температур от -5°C до +40°C, в зависимости от того, поступает ли он непосредственно из трубопровода или осуществлялась какая-либо предварительная обработка, например сепарация и/или фильтрация. Он подается к одной из точек подачи 1а, 1b или 1c. Флэш-сепаратор 2 частично заполнен жидкостью, и жидкость циркулирует через выпускную линию 3, циркуляционный насос 4, линию 5 и теплообменник 6. Выпускная линия 3 выходит из флэш-сепаратора 2 в его донной части, предпочтительно в самом нижнем положении флэш-сепаратора 2. После выпускной линии 3 предусмотрен циркуляционный насос 4 для перекачивания циркуляционного потока. Линия 5 предусмотрена после циркуляционного насоса 4 для соединения циркуляционного насоса 4 с теплообменником 6, в котором вода нагревается перед возвращением во флэш-сепаратор 2 по возвратной линии 7. Добавление осуществляется за счет циркуляции воды из бойлера 2 с помощью насоса 4 через теплообменник 6 и обратно. Как правило, скорость циркуляции будет в 10-100 раз больше, чем скорость подачи. Тепло в теплообменник 6 может подаваться посредством линии подачи и возвратной линии для теплоносителя (не показано), при этом горячий теплоноситель представляет собой воду, или масло, или пар. Когда температура жидкости во флэш-сепараторе 2 достигает точки кипения, вода будет улетучиваться из флэш-сепаратора 2 в виде пара по линии 8 пара. Количество тепла, добавленное теплообменником 6, определяет, сколько воды испарится, что, в свою очередь, определяет скорость подачи по линии подачи для сохранения постоянного уровня жидкости внутри флэш-сепаратора 2. Альтернативный способ регулирования заключается в приведении скорости подачи 1 к желаемой скорости и корректировании количества тепла, подаваемого в теплообменник 6, для регулирования уровня в сепараторе 2. Если уровень повысится выше целевого уровня, добавляется больше тепла, и тогда будет испаряться больше воды для понижения уровня. Если уровень слишком низок, может добавляться меньше тепла, и меньше воды будет испаряться, и уровень повысится.
Пар по линии 8 пара подается в конденсатор 9, где он охлаждается и конденсируется в воду, которая выходит в виде потока 10 в конденсатосборник 11. Поток 10 может содержать газовую фазу в зависимости от степени охлаждения в конденсаторе 9 и возможного присутствия других летучих компонентов и газов. Водный конденсат откачивается по линии 12 к насосу 13 и далее сбрасывается или направляется на дальнейшую водоочистку по линии 14 сброса. Неконденсирующиеся газы будут выходить из конденсатосборника по линии 15. Для понижения температуры кипения в системе может быть установлен вакуумный насос 16, чтобы сохранять пониженное давление во флэш-сепараторе. Сброс из вакуумного насоса 16 направляется в вентиляционный клапан или обратно в процесс.
Кинетический ингибитор гидратообразования не будет испаряться во флэш-сепараторе 2 и, следовательно, будет накапливаться в циркулирующей жидкости, выходящей из флэш-сепаратора 2 по выпускной линии 3. В связи с этим, отводимый поток 18 может отводиться или ответвляться от флэш-сепаратора 2 после выпускной линии 3, предпочтительно между циркуляционным насосом 4 и теплообменником 6, с помощью регулирующего клапана 19, с образованием регенерированного потока 20 ингибитора, который затем может использоваться повторно. Предпочтительно, регулирующий клапан 19 предусмотрен в линии, которая ответвляется от линии 5.
На фиг.2 тепло для выпаривания подается во внешний циркуляционный контур с внешним теплообменником 6, что означает, что теплообменник предусмотрен снаружи от емкости флэш-сепаратора 2. В качестве альтернативы необходимое количество тепла может добавляться внутренним теплообменником или нагревательными спиралями, как показано на фиг.3. Это является просто практическим/механическим отличием и не меняет состав любого из потоков продукта или общее энергопотребление.
На фиг.4 показано, как можно осуществить теплоинтеграцию бойлера с использованием тепла от конденсации пара. Пар 8 из флэш-сепаратора немного сжимают в компрессоре или вентиляторе 21. Целью сжатия является повышение температуры точки росы. Сжатие также приведет к нагреванию пара. Горячий пар направляется по каналу 22 для пара в теплообменник 6, в котором горячий пар далее конденсируется, и это обеспечивает необходимое тепло для испарения воды во флэш-сепараторе. Водный конденсат 23 собирают в конденсатосборнике 11.
В обоих случаях водный конденсат, сбрасываемый по линии 14 сброса, будет достаточно горячим и может использоваться в межпроцессном теплообменнике для подогрева потока 1 a-c поступающего материала.
Хотя настоящее изобретение описано в некоторых деталях посредством иллюстрации и примера для ясности понимания, специалистам будет очевидно в свете описания данного изобретения, что в нем могут быть сделаны определенные изменения и модификации без отклонения от объема прилагаемой формулы изобретения.
Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрации и описание должны рассматриваться как иллюстративные или приводимые в качестве примера и неограничивающие, и не предназначены для ограничения изобретения описанными вариантами осуществления. Тот факт, что определенные показатели изложены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих показателей не может использоваться предпочтительным образом. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны восприниматься как ограничивающие объем изобретения.