FR2773793A1 - Procede et systeme pour separer un glycol de courants de glycol/saumure - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un système de séparation de glycol de mélanges de glycol et de saumure produits par des puits de pétrole ou de gaz naturel.Le système comprend trois systèmes d'évaporateurs efficaces en série. Chaque système d'évaporateur efficace comprend un évaporateur (102, 82, 52), un récipient séparateur (100, 80, 50), des pompes de produit (108, 88, 58) et un système de séparation de matières solides (110, 90, 60). Application : réutilisation du courant de glycol obtenu comme inhibiteur d'hydrates.
Description
1. Domaine de l'invention
La présente invention a pour objet la séparation glycol/eau. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé et un système de séparation de glycol à partir de courants glycol/saumure produits dans des puits de pétrole ou des puits de gaz naturel.
La présente invention a pour objet la séparation glycol/eau. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé et un système de séparation de glycol à partir de courants glycol/saumure produits dans des puits de pétrole ou des puits de gaz naturel.
2. Description de l'art antérieur
Un problème courant associé à la production du gaz naturel est la formation d'hydrates. Les hydrates sont des composés solides qui apparaissent sous forme de cristaux et qui ont l'aspect de la neige. Ils sont engendrés par une réaction du gaz naturel avec l'eau et, une fois formés, ils sont constitués d'environ 10 W d'hydrocarbures et d'environ 90 W d'eau. Pour éviter le colmatage des conduits et dispositifs de production par les hydrates, il est courant d'injecter un inhibiteur d'hydrates dans le puits de gaz.
Un problème courant associé à la production du gaz naturel est la formation d'hydrates. Les hydrates sont des composés solides qui apparaissent sous forme de cristaux et qui ont l'aspect de la neige. Ils sont engendrés par une réaction du gaz naturel avec l'eau et, une fois formés, ils sont constitués d'environ 10 W d'hydrocarbures et d'environ 90 W d'eau. Pour éviter le colmatage des conduits et dispositifs de production par les hydrates, il est courant d'injecter un inhibiteur d'hydrates dans le puits de gaz.
Habituellement, lors de la production de gaz au large des côtes, du méthanol a été utilisé comme inhibiteur d'hydrates, car il abaisse le point de congélation de la vapeur d'eau et il empêche ainsi la formation d'hydrates dans les conduits d'écoulement. Le méthanol a été produit dans le puits avec la saumure et la solution de méthanol/saumure a été souvent rejetée en la déversant dans l'océan.
Plus récemment, des considérations économiques et d'environnement ont contraint les producteurs d'hydrocarbures au large des côtes à prendre en considération des techniques pour séparer les inhibiteurs d'hydrates des courants d'inhibiteur/saumure. Des procédés qui séparent le méthanol des courants de méthanol/saumure sont connus de l'homme de l'art ; cependant, ces procédés présentent des inconvénients. En particulier, les systèmes de récupération de méthanol laissent généralement dans le courant de saumure une grande partie du méthanol, qui est perdue au cours du rejet. En conséquence, les problèmes d'environnement associés au rejet du courant de saumure continuent à exister. En outre, une certaine quantité de méthanol est perdue avec la phase vapeur. Du méthanol étant perdu au cours du procédé de récupération, une quantité supplémentaire de méthanol doit être acquise et transportée jusqu'à la plate-forme en mer pour compenser les pertes.
L'utilisation de glycol comme inhibiteur d'hydrates pour les courants de gaz naturel contenant de la vapeur d'eau fraîche est connue. Des systèmes de récupération de glycol sont également connus de l'homme de l'art pour séparer le glycol des courants de glycol/eau.
En général, ces courants sont conçus pour produire des courants de glycol/eau comprenant environ cinquante pour cent (50 W) et environ quatre vingt quinze pour cent (95 W) de glycol.
Comme le montre la figure 1, les systèmes de récupération de glycol de l'art antérieur consistaient principalement en une colonne de distillation 10 dans laquelle le glycol était concentré en éliminant par distillation l'eau accompagnant le glycol. Un courant de gaz naturel contenant du glycol et de l'eau a été introduit dans une série de récipients séparateurs 12 et 14 dans lesquels la pression a été réduite pour la vaporisation éclair du gaz naturel. Le courant de glycol/eau a été ensuite introduit dans une colonne de distillation 10 dans laquelle il a été chauffé par le rebouilleur 16, consistant habituellement en un rebouilleur à vapeur d'eau, pour entraîner l'eau en tête et concentrer le glycol. Le courant de glycol recueilli produit par ce procédé comprenait approximativement quatre vingt dix neuf pour cent (99 W) de glycol.
Pien que le glycol soit un inhibiteur d'hydrates efficace pour une utilisation avec les puits de gaz naturel, les systèmes de récupération de glycol de l'art antérieur ne conviennent pas particulièrement à la séparation du glycol des solutions de glycol/saumure produites par les puits de gaz naturel.
Un problème important posé par le système de l'art antérieur représenté sur la figure 1 est engendré par le sel et les autres matières solides présents dans les courants de glycol/saumure. Les courants de glycol/saumure produits à partir des puits de gaz naturel contiennent habituellement environ quarante pour cent (40 W) à environ soixante pour cent (60 W) de glycol, et d'environ soixante pour cent (60 W) à environ quarante pour cent (40 %) d'eau, avec environ dix pour cent (10 W) à environ vingt-cinq pour cent (25 t) en poids de sel dissous dans l'eau produite. Le procédé de distillation a souvent pour résultat la précipitation du sel qui peut encrasser et boucher le système de récupération.
En outre, les systèmes de récupération de glycol de l'art antérieur tels que celui représenté sur la figure 1 consomment une quantité d'énergie extrêmement grande. La colonne de distillation 10 nécessite un rebouilleur 16 pour fournir la chaleur nécessaire pour entraîner la vapeur d'eau. Le besoin thermique du rebouilleur 16 est important et est approximativement égal à 316 260 MMJ par heure pour une unité de récupération de glycol d'une valeur nominale de 794,2 m3 par jour (m3/j).
Ainsi, il existe un besoin d'un procédé qui soit sûr du point de vue de l'environnement et efficace du point de vue de l'énergie pour récupérer les inhibiteurs d'hydrates qui sont produits à partir de puits de pétrole ou de gaz naturel, avec un courant de saumure. En particulier, il existe le besoin d'un procédé de récupération de glycol à partir de courants de glycol/saumure produits à partir de puits de pétrole ou de gaz naturel, qui consomme une moindre quantité d'énergie que les systèmes de l'art antérieur et qui ne soit pas sujet aux problèmes d'encrassement ou de colmatage provoqué par le sel et d'autres matières solides présents dans le courant. En outre, il existe le besoin d'un tel système de récupération de glycol pouvant être utilisé sur des platesformes de production au large des côtes.
En résumé, la présente invention a pour objet un procédé et un système de récupération de glycol à partir d'un courant de glycol et de saumure qui a été produit par un puits de pétrole ou un puits de gaz naturel. La présente invention propose un procédé et un système de récupération, efficaces du point de vue de l'énergie, muni de moyens pour la manipulation du sel et des autres matières solides présents dans le courant de glycol/saumure.
Le système de la présente invention comprend trois systèmes d'évaporateurs efficaces en série. Chaque système d'évaporateur efficace comprend un évaporateur, un récipient séparateur, des pompes de produit et un système de séparation de matières solides. Des systèmes d'évaporateurs triples sont connus de l'homme de l'art pour la concentration d'autres solutions ; cependant, l'utilisation de ces systèmes pour la séparation du glycol de courants de glycol/saumure est nouvelle. Une caractéristique particulièrement nouvelle du système de la présente invention est l'association d'un système d'évaporateur efficace triple avec des systèmes de séparation de matières solides. Les systèmes de séparation de matières solides peuvent consister en une association d'un hydrocyclone et de crépines, d'une centrifugeuse continue à assiettes, ou d'autres systèmes de séparation de matières solides connus de l'homme de l'art.
Le procédé de la présente invention est un procédé nouveau qui utilise le système d'évaporateur efficace triple de la présente invention pour séparer le sel et d'autres matières solides, ainsi que l'excès d'eau, en laissant un courant de glycol qui peut être réutilisé comme inhibiteur d'hydrates. Le procédé de la présente invention débute par le préchauffage d'un courant de glycol/saumure comprenant approximativement cinquante pour cent (50 W) de glycol. Puis le courant est soumis à trois cycles d'évaporation.
Le premier cycle d'évaporation comprend l'introduction du courant préchauffé dans un évaporateur à suppression de point d'ébullition dans lequel le courant est chauffé sous une pression constante. Puis la réduction de pression du courant est réalisée pour provoquer une vaporisation ou distillation éclair d'une partie de l'eau présente dans le courant. Le courant de distillation éclair est ensuite introduit dans un récipient séparateur dans lequel la vapeur d'eau est séparée du courant de liquide restant. La vapeur d'eau est évacuée du séparateur et condensée. Le courant de glycol/saumure liquide restant est ensuite pompé hors du récipient séparateur à travers un système de séparation de matières solides dans lequel les sels précipités et matières solides sont séparés.
Les étapes précitées d'introduction du courant dans un évaporateur pour le chauffage sous pression, de réduction de pression du courant pour provoquer une distillation éclair, de séparation du courant de liquide restant du courant de vapeur, de condensation du courant de vapeur et de pompage du courant de liquide restant à travers un système de séparation de matières solides pour éliminer les sels et les autres matières solides sont répétées deux fois de plus.
Chaque fois que ces étapes sont mises en oeuvre, le courant de liquide restant devient plus concentré en glycol et, au bout du troisième cycle, le produit fini comprend approximativement quatre vingt dix pour cent (90 %) de glycol. Pour parvenir à un rendement énergétique maximal du procédé de la présente invention, l'énergie thermique provenant de la vapeur d'eau engendrée dans le troisième cycle d'évaporation est utilisée pour fournir de la chaleur pour le deuxième cycle d'évaporation, et l'énergie thermique provenant du deuxième cycle d'évaporation est utilisée pour fournir de la chaleur pour le premier cycle d'évaporation. En outre, la chaleur provenant du produit fini consistant en le courant de glycol peut être récupérée et utilisée au cours de l'étape de préchauffage.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en regard des dessins annexés, sur lesquels
La figure 1 est un diagramme schématique d'ensemble d'un système de l'art antérieur utilisant la distillation pour éliminer l'eau d'un courant de glycol/eau
la figure 2 est un diagramme schématique d'ensemble du procédé et du système de la présente invention
la figure 3 est un diagramme schématique d'ensemble d'une forme de réalisation du système de séparation de matières solides de la présente invention, utilisant un hydrocyclone en association avec des crépines ; et
la figure 4 est un autre mode de réalisation du système de séparation de matières solides de la présente invention, utilisant une centrifugeuse à assiettes
La présente invention a pour objet un système et un procédé de séparation de glycol destiné à être utilisés avec des mélanges de glycol et de saumure produits par un réservoir d'hydrocarbures au cours de la production de gaz naturel. Bien que la concentration réelle de gaz naturel du glycol dans la saumure puisse varier en fonction des conditions de production, le procédé de la présente invention est utilisé de préférence pour la séparation du glycol de courants contenant environ cinquante pour cent (50 W) de glycol et environ cinquante pour cent (50 t) de saumure. Habituellement, le courant contient environ treize pour cent (13 t) de chlorure de sodium. Cependant, l'homme de l'art reconnaîtra que le procédé et le système de la présente invention peuvent être appliqués de la même manière à des courants de glycol/saumure à des concentrations différentes. Cependant, de préférence, les courants de glycol/saumure ont des concentrations de glycol comprises dans l'intervalle d'environ vingt-cinq pour cent (25 W) à environ soixante-quinze pour cent (75 t).
La figure 1 est un diagramme schématique d'ensemble d'un système de l'art antérieur utilisant la distillation pour éliminer l'eau d'un courant de glycol/eau
la figure 2 est un diagramme schématique d'ensemble du procédé et du système de la présente invention
la figure 3 est un diagramme schématique d'ensemble d'une forme de réalisation du système de séparation de matières solides de la présente invention, utilisant un hydrocyclone en association avec des crépines ; et
la figure 4 est un autre mode de réalisation du système de séparation de matières solides de la présente invention, utilisant une centrifugeuse à assiettes
La présente invention a pour objet un système et un procédé de séparation de glycol destiné à être utilisés avec des mélanges de glycol et de saumure produits par un réservoir d'hydrocarbures au cours de la production de gaz naturel. Bien que la concentration réelle de gaz naturel du glycol dans la saumure puisse varier en fonction des conditions de production, le procédé de la présente invention est utilisé de préférence pour la séparation du glycol de courants contenant environ cinquante pour cent (50 W) de glycol et environ cinquante pour cent (50 t) de saumure. Habituellement, le courant contient environ treize pour cent (13 t) de chlorure de sodium. Cependant, l'homme de l'art reconnaîtra que le procédé et le système de la présente invention peuvent être appliqués de la même manière à des courants de glycol/saumure à des concentrations différentes. Cependant, de préférence, les courants de glycol/saumure ont des concentrations de glycol comprises dans l'intervalle d'environ vingt-cinq pour cent (25 W) à environ soixante-quinze pour cent (75 t).
En outre, le procédé et le système de la présente invention sont applicables à des types différents de glycols utilisés comme inhibiteurs d'hydrates, comprenant l'éthylèneglycol, le diéthylèâeglycol et le triéthylèneglycol. Cependant, les conditions des procédés mentionnés dans le présent mémoire concernent des procédés pour séparer le triéthylèneglycol.
Lorsqu'on se réfère aux conditions de procédé décrites dans le présent mémoire, la température réelle du procédé est comprise avantageusement dans les limites de 8,2 OC de la température de procédé indiquée et la pression réelle du procédé est comprise avantageusement dans les limites de 70 kPa de la pression de procédé indiquée. De préférence, la température réelle du procédé doit être comprise dans les limites d'environ 2,75 OC de la température de procédé indiquée et la pression réelle du procédé est comprise dans les limites d'environ 21 kPa de la pression de procédé indiquée. En outre, lorsqu'on se réfère aux conditions de mise sous vide, la pression réelle du procédé est comprise dans les limites de 4000 Pa de la pression de procédé indiquée.
En se référant à la figure 2, le procédé de la présente invention débute par le préchauffage du courant de charge de glycol/saumure. Le degré de préchauffage dépend de la température du mélange lors de la production de ce mélange par le puits. En général, cette température est approximativement égale à 4,5 OC. Cependant, le procédé de la présente invention est également applicable à des mélanges produits à d'autres températures. De préférence, le courant de charge de glycol/saumure est préchauffé en deux étapes, pour parvenir à une conservation maximale de l'énergie.
Un préchauffeur de première étape 40, en association avec un préchauffeur de charge de seconde étape 42, est utilisé pour préchauffer le courant d'alimentation d'environ 4,5 OC à environ 98,9 OC. De préférence, le préchauffeur de première étape 40 consiste en un échangeur à cadres et à plateaux, d'un type bien connu. Le condensat de vapeur d'eau provenant d'un premier évaporateur efficace 102 peut être utilisé comme source de chaleur pour le préchauffeur de première étape 40. Le préchauffeur de première étape 40 chauffe généralement le courant de glycol d'alimentation à environ 32,2 OC.
Le préchauffeur de charge de seconde étape 42 soumet à un chauffage supplémentaire le courant de charge de glycol/saumure après que ce courant a quitté le préchauffeur de première étape 40. De préférence, le préchauffeur de seconde étape 42 est un échangeur de chaleur à calandre. Le produit final consistant en le courant de glycol est utilisé du côté des tubes de l'échangeur comme source de chaleur pour le préchauffeur de seconde étape 42. Cela permet de récupérer l'énergie thermique provenant du courant de glycol obtenu comme produit, qui serait par ailleurs perdu par réinjection. Le préchauffeur de seconde étape 42 chauffe le courant de charge de glycol/saumure à environ 98,9 OC.
Comme cela sera reconnu, l'étape de préchauffage est une étape facultative dans le procédé de la présente invention. Cependant, le préchauffage du courant d'alimentation augmente l'efficacité énergétique du procédé. Il sera reconnu également que le type et les dimensions des échangeurs utilisés pour le préchauffage peuvent être modifiés en fonction des températures de courants disponibles et d'autres considérations de conception bien connues de l'homme de l'art. En outre, d'autres sources de chaleur disponibles sur une plate forme de production peuvent être utilisées à titre d'autres sources de chaleur pour l'étape de préchauffage.
Après l'étape de préchauffage, le courant de charge glycol/saumure est introduit dans un système d'évaporateur efficace triple, comprenant un premier système d'évaporateur efficace 100, un deuxième système d'évaporateur efficace 80 et un troisième système d'évaporateur efficace 50. Le concept des systèmes d'évaporateurs efficaces triples est bien connu de l'homme de l'art ; cependant le système de la présente invention a adapté le procédé à la récupération de glycol de courants de glycol/saumure. Le système et le procédé de la présente invention sont particulièrement adaptés à la manipulation du sel et d'autres matières solides présents dans les courants de glycol/saumure. L'homme de l'art reconnaîtra que le procédé et le système de la présente invention utilisent une configuration d'alimentation inverse. Dans une configuration d'alimentation inverse, la solution la plus concentrée de glycol/saumure est à la température la plus élevée dans le premier système d'évaporateur efficace 100, et la solution la plus faiblement concentrée est présente dans le troisième système d'évaporateur efficace 50.
Le procédé d'évaporation débute par l'introduction du courant d'alimentation dans le troisième évaporateur efficace 52. De préférence, le troisième évaporateur efficace 52 est un échangeur à calandre, muni de tubes en titane ou en Monel et d'une calandre en acier au carbone. En outre, l'évaporateur 52 est un évaporateur à suppression d'ébullition, connu de l'homme de l'art. Le courant d'alimentation est surchauffé dans l'évaporateur 52 à une température d'approximativement 98,9 OC, tandis que le point d'ébullition est supprimé en raison du maintien d'une contre-pression d'approximativement cent soixante quinze (175) kPa au manomètre, par le robinet de commande de contre-pression 54. La contre-pression empêche l'ébullition du courant de charge de glycol/saumure à l'intérieur de l'évaporateur 52, pouvant avoir pour résultat un encrassement par le sel ou les autres matières solides présents dans le courant. Facultativement, la contre-pression peut être maintenue en utilisant des robinets, des étranglements de canalisations, un orifice d'étranglement, une élévation ou d'autres moyens connus de l'homme de l'art pour maintenir une contre-pression.
Puis la pression du courant est abaissée lors de l'introduction de ce courant dans le troisième séparateur efficace 56. Lorsque la pression est abaissée, le courant d'alimentation surchauffé bout et une partie de l'eau se vaporise à l'intérieur du séparateur 56. Le séparateur 56 consiste en un récipient pouvant résister à des pressions d'environ 700 kPa au manomètre, ainsi qu'à un vide poussé. De préférence, le séparateur 56 comporte une partie inférieure conique 150 pour empêcher l'accumulation à l'intérieur du séparateur 56 du sel ou des matières solides précipités. Le séparateur 56 peut être conçu avec des plateaux de séparation 152 multiples pour empêcher le glycol d'être entraîné en tête avec la vapeur d'eau.
De préférence, on fait fonctionner le troisième séparateur efficace 56 sous vide pour permettre une distillation éclair à la plus basse température possible.
Habituellement le troisième séparateur efficace 56 est maintenu à une pression d'approximativement 18 665 Pa.
Le courant de glycol/saumure liquide restant est séparé de la vapeur d'eau dans le séparateur 56. La vapeur d'eau quitte le séparateur 56 en tête et est condensée dans le condenseur 62. Le condenseur 62 est de préférence un échangeur à calandre comportant des tubes en titane et une calandre en acier inoxydable 304. De l'eau de mer ou de l'eau provenant d'une colonne de refroidissement peut être utilisée pour évacuer la chaleur dans le condenseur 62.
La condensation de la vapeur d'eau engendre le vide sur le séparateur 56. En outre, l'éjecteur 64 facilite le maintien d'un vide sur le séparateur 56 en agissant sur l'écoulement de toutes les vapeurs non condensables.
La solution de glycol/saumure liquide restante est évacuée du séparateur 56 par les premières pompes efficaces de produit 58 et est pompée au système de séparation de matières solides 60 dans lequel sont séparés le sel et les autres matières solides précités. Le système de séparation de matières solides 60 peut être représenté par les formes de réalisation décrites ci-dessous ou peut être de n'importe quel type bien connu de l'homme de l'art pour séparer les matières solides de courants de traitement.
La concentration du courant de glycol/saumure à ce point dans le procédé de la présente invention est une concentration d'environ 52 % de glycol et d'environ 48 W de saumure. De préférence, une grande partie, égale ou supérieure à environ cinquante pour cent (50 W), , du courant de glycol/saumure évacué du séparateur 56 est recyclée à travers l'évaporateur 52 avec le courant d'alimentation. Le recyclage du courant de glycol/saumure augmente le transfert de chaleur et diminue l'encrassement en résultat d'une vitesse accrue à travers les tubes de l'échangeur. La partie restante du courant de glycol/saumure ("le courant à 52 W de glycol") est introduite dans le deuxième système d'évaporateur efficace 80 dans lequel les étapes précitées sont répétées.
Le courant à 52 W de glycol est introduit dans le deuxième évaporateur efficace 82, dans lequel il est chauffé d'approximativement 60,5 OC à approximativement 114,5 OC, sous une pression d'environ 18,2 kPa au manomètre. Le deuxième évaporateur efficace 82 est un évaporateur à suppression de point d'ébullition ayant une conception similaire à celle du troisième évaporateur efficace 52. Le robinet de régulation de pression 84 maintient une contre-pression sur le courant lorsque l'évaporateur 52 surchauffe ce courant. La pression du courant quittant l'évaporateur 82 est réduite lorsque ce courant est introduit dans le deuxième séparateur efficace 86. Le deuxième séparateur efficace 86 présente une conception similaire à celle du troisième séparateur efficace 56.
Lorsque le courant quittant l'évaporateur 82 subit une chute de pression, ce courant bout et une partie de l'eau se vaporise à l'intérieur du séparateur 86.
Habituellement, le deuxième séparateur efficace 86 est maintenu à une pression d'approximativement 101 323 Pa ou d'approximativement 0 kPa au manomètre.
Le courant de glycol/saumure liquide restant est séparé de la vapeur d'eau dans le séparateur 86. La vapeur d'eau quitte le séparateur 86 en tête et est condensée dans le troisième évaporateur efficace 52 où elle transfère simultanément de la chaleur au courant d'alimentation. Comme on le reconnaîtra, la récupération de chaleur provenant de la vapeur d'eau augmente l'efficacité énergétique du procédé de la présente invention. Le liquide restant dans le séparateur 86 est pompé à travers les deuxièmes pompes efficaces de produit 88 et dans le système de séparation de matières solides 90 pour séparer le sel et les autres matières solides précipités. Le système de séparation de matières solides 90 présente une structure similaire à celle du système de séparation de matières solides 60.
La concentration du courant de glycol/saumure à ce point dans le procédé de la présente invention est d'environ 60 W de glycol et environ 40 a de saumure. De préférence, une quantité égale ou supérieure à environ cinquante pour cent (50 W) du courant de glycol/saumure évacué du séparateur 86 est recyclée à travers l'évaporateur 82 avec le courant à 52 W de glycol. La partie restante du courant de glycol/saumure ("le courant à 60 W de glycol") est introduite dans le premier système d'évaporateur efficace 100, dans lequel les étapes précitées sont répétées.
Le courant à 60 W de glycol est introduit dans le premier évaporateur efficace 102 dans lequel il est chauffé d'approximativement 109,5 OC à approximativement 173,3 OC sous une pression d'environ 210 kPa. Le premier évaporateur efficace 102 est un évaporateur à suppression de point d'ébullition ayant une conception similaire à celle du troisième évaporateur efficace 52. Le premier évaporateur efficace 102 est chauffé par une source de vapeur d'eau, consistant de préférence en vapeur d'eau à une pression de 1050 kPa au manomètre, qui peut être souvent engendrée par la chaleur résiduaire provenant d'autres procédés. Il sera reconnu que, dans le procédé préféré de la présente invention, la source de vapeur d'eau à l'évaporateur 102 est la seule énergie thermique ajoutée au procédé. Pour un courant d'alimentation initial d'approximativement 1589,8 m3 par jour, une quantité d'énergie thermique d'approximativement 59 035 MMJ par heure est requise. Cette valeur est à comparer à la valeur d'approximativement 316 260 MMJ par heure en utilisant le procédé de concentration de glycol/eau de l'art antérieur, représenté sur la figure 1.
Le robinet de régulation de pression 104 maintient une contre-pression sur le courant lorsque l'évaporateur 102 surchauffe ce courant. La pression du courant quittant l'évaporateur 102 est réduite lorsque le courant est introduit dans le premier séparateur efficace 106. Le premier séparateur efficace 106 présente une configuration similaire à celle du troisième séparateur efficace 56. Lorsque le courant quittant l'évaporateur 102 subit une chute de pression, il bout et une partie de l'eau se vaporise à l'intérieur du séparateur 106.
Habituellement, le premier séparateur efficace 106 est maintenu à une pression d'approximativement 105 kPa au manomètre.
Le courant de liquide est séparé de la vapeur d'eau dans le séparateur 106. La vapeur d'eau quitte le séparateur 106 en tête et est condensée dans le deuxième évaporateur efficace 82 dans lequel elle transfère simultanément de la chaleur au courant à 60 W de glycol. La vapeur d'eau condensée provenant de chacun des systèmes d'évaporateurs efficaces 50, 80 et 100 peut être accumulée et rejetée en la déchargeant par dessus bord ou par d'autres moyens.
Le liquide restant dans le séparateur 106 est pompé à travers les premières pompes efficaces de produit 108 et dans le système de traitement de matières solides 110 pour séparer le sel et les autres matières solides précipités. Le système de séparation de matières solides 110 présente une configuration similaire à celle du système de séparation de matières solides 60.
La solution liquide, après la séparation de toute quantité de sels ou de matières solides précipités consiste en le produit fini obtenu par le procédé et le système de la présente invention. Le courant de produit fini a une concentration en glycol d'approximativement quatre vingt dix pour cent (90 W). De la manière décrite ci-dessus, le produit fini peut être refroidi dans le préchauffeur de seconde étape 42, où il sert également de source de chaleur pour le préchauffage de la solution d'alimentation. Si cela est désiré, une partie du courant de solution de produit fini à 90 % de glycol peut être associée à la solution de glycol/saumure produite par le puits, pour maintenir la concentration du courant d'alimentation approximativement constante à une valeur d'environ cinquante pour cent (50 W) de glycol et cinquante pour cent (50 W) de saumure.
Il est possible d'utiliser dans la présente invention plusieurs formes de réalisation des systèmes de séparation de matières solides 60, 90 et 110, comprenant divers systèmes de séparation de matières solides qui sont bien connus de l'homme de l'art. Comme le montre la figure 3, une forme de réalisation des systèmes de séparation de matières solides 60, 90 et 110 consiste en une association d'un hydrocyclone 70 et de crépines 72.
Chacun des systèmes de séparation 60, 90 et 110 est un système distinct ; cependant, un système unique est décrit ci-dessous.
Le fonctionnement et la conception des hydrocyclones sont connus du spécialiste de la filtration et de la séparation de matières solides. La solution de glycol/saumure est pompée par les pompes de produit 58, 88 et 108 dans l'hydrocyclone 70 où les sels et les autres matières solides sont séparés sous l'action de la force centrifuge. Le liquide forme un tourbillon à l'intérieur de l'hydrocyclone 70 et le sel ainsi que les autres matières solides descendent dans le cône 76 au fond de l'hydrocyclone 70 sous forme d'une suspension. Des hydrocyclones pouvant être utilisés convenablement dans la présente invention sont disponibles auprès de Baker Hughes
Process Systems en tant qu'une partie de la série de séparateurs hydrocyclones Vortoil (plus précisément, M5100 150#).
Process Systems en tant qu'une partie de la série de séparateurs hydrocyclones Vortoil (plus précisément, M5100 150#).
Bien que l'hydrocyclone 70 puisse être utilisé seul pour séparer les matières solides des courants de glycol/saumure, une quantité d'approximativement 20 % du courant de liquide pompé dans l'hydrocyclone 70 est perdue avec le sel et les autres matières solides. Pour éviter ce résultat, un accumulateur de précipité 74 et des crépines 72 peuvent être utilisés en série avec l'hydrocyclone pour éviter la perte de solution liquide. La suspension contenant les matières solides quitte l'hydrocyclone 70 et s'écoule dans l'accumulateur de précipité 74 où on laisse les matières solides et le sel se déposer au fond. La solution de glycol s'écoule hors de l'accumulateur 74 et passe à travers les crépines 72 où elle est renvoyée aux courants de glycol/saumure.
Le sel et les matières solides accumulés dans l'accumulateur de précipité 74 peuvent être ensuite entraînés périodiquement avec de l'eau dans les crépines 72 où le sel et les matières solides sont piégés et l'eau d'entraînement est remélangée au courant de glycol. De préférence, l'accumulateur de précipité 74 est un récipient vertical à fond conique qui permet de séparer les sels accumulés. Les sels accumulés peuvent être remélangés à l'eau condensée provenant des systèmes d'évaporateurs efficaces 50, 80 et 100 pour leur rejet.
La forme de réalisation d'hydrocyclone/crépines des systèmes de séparation de matières solides 60, 90 et 110 a pour avantage de ne nécessiter aucune pièce mobile, d'être moins sensible au colmatage et de nécessiter un temps d'arrêt minimal pour l'entretien. L'inconvénient de ce système comprend l'addition d'une quantité supplémentaire d'eau lors de la mise en oeuvre du procédé au cours du balayage de l'accumulateur, et le remplacement et le nettoyage manuels des crépines 72.
En plus de la forme de réalisation représentée sur la figure 3, les systèmes de séparation de matières solides 60, 90 et 110 peuvent comprendre des centrifugeuses continues à buse et assiettes 120 (voir figure 4), des séparateurs acoustiques ou d'autres moyens pour séparer des matières solides, qui sont bien connus dans ce domaine. Un exemple de centrifugeuse continue à buse et assiettes pouvant être utilisée convenablement dans la présente invention est le modèle Merco LPH-30-IN.
Comme on peut maintenant le reconnaître, la présente invention a pour objet un procédé et un système pour la séparation d'un glycol de mélanges de glycol et de saumure produits par des puits de gaz naturel. La présente invention propose un système de séparation, efficace du point de vue de l'énergie, avec des moyens pour manipuler le sel et les autres matières solides présents dans le mélange. En outre, la présente invention convient particulièrement à l'utilisation sur des plates-formes de production au large des côtes, pour lesquelles les économies d'espace et d'énergie sont importantes.
Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.
Claims (34)
1. Procédé pour séparer un glycol d'un mélange de glycol et d'eau, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant
à chauffer le mélange de glycol et d'eau sous pression
à abaisser la pression sur le mélange de glycol et d'eau pour déclencher une distillation éclair et vaporiser une partie de l'eau du mélange
à séparer l'eau vaporisée du mélange de glycol et d'eau restant
à chauffer le mélange de glycol et d'eau restant sous pression
à abaisser la pression sur le mélange de glycol et d'eau restant pour déclencher une distillation éclair et vaporiser une partie de l'eau du mélange restant
à séparer l'eau vaporisée du mélange de glycol et d'eau plus concentré
à chauffer sous pression le mélange de glycol et d'eau plus concentré
à abaisser la pression sur le mélange de glycol et d'eau plus concentré pour déclencher une distillation éclair et vaporiser une partie de l'eau du mélange plus concentré ; et
à séparer l'eau concentrée du courant de glycol concentré
dans lequel l'eau vaporisée provenant de la troisième étape de séparation fournit la chaleur pour la deuxième étape de chauffage, et l'eau vaporisée provenant de la deuxième étape de séparation fournit la chaleur pour la première étape de chauffage.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à séparer les matières solides précipitées du mélange de glycol et d'eau restant après la première étape de séparation et avant la première étape de chauffage.
3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à séparer les matières solides précipitées du mélange de glycol et d'eau plus concentré après la deuxième étape de séparation et avant la deuxième étape de chauffage.
4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à séparer les matières solides précipitées du courant de glycol concentré après la troisième étape de séparation.
5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à préchauffer le mélange de glycol et d'eau avant la première étape de chauffage.
6. Procédé pour la séparation d'un glycol d'un mélange de glycol et de saumure, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant
à chauffer le mélange de glycol et de saumure sous pression
à abaisser la pression sur le mélange de glycol et de saumure pour déclencher une distillation éclair et vaporiser une partie de l'eau du mélange
à séparer l'eau vaporisée du mélange de glycol et de saumure restant
à séparer les matières solides précipitées du mélange de glycol et de saumure restant
à chauffer le mélange de glycol et de saumure restant sous pression
à abaisser la pression sur le mélange de glycol et de saumure restant pour déclencher une distillation éclair et vaporiser une partie de l'eau du mélange restant
à séparer l'eau vaporisée du mélange de glycol et de saumure plus concentré
à séparer les matières solides précipitées du mélange de glycol et de saumure plus concentré
à chauffer sous pression le mélange de glycol et de saumure plus concentré
à abaisser la pression sur le mélange de glycol et de saumure plus concentré pour déclencher une distillation éclair et vaporiser une partie de l'eau du mélange plus concentré ; et
à séparer l'eau vaporisée du courant de glycol concentré
à séparer les matières solides précipitées du courant de glycol concentré
dans lequel l'eau vaporisée provenant de la troisième étape de séparation fournit la chaleur pour la deuxième étape de chauffage, et l'eau vaporisée provenant de la deuxième étape de séparation fournit la chaleur pour la première étape de chauffage.
7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à préchauffer le mélange de glycol et de saumure avant la première étape de chauffage.
8. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le mélange de glycol et de saumure de la première étape de chauffage comprend environ 25 à environ 75 % en poids de glycol.
9. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la saumure présente dans le mélange comprend environ 13 W à environ 25 W en poids de sel.
10. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la première étape de chauffage comprend le chauffage du mélange de glycol et de saumure à une température comprise dans l'intervalle d'environ 96 OC à environ 99 OC, sous une pression comprise dans l'intervalle d'environ 154 à environ 196 kPa au manomètre.
11. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la première étape de réduction de pression comprend la réduction de la pression à une valeur inférieure à 101 323 Pa.
12. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la première étape de réduction de pression comprend la réduction de la pression à une valeur comprise dans l'intervalle d'environ 14 665 Pa à environ 22 664 Pa.
13. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la deuxième étape de chauffage comprend le chauffage du mélange de glycol et de saumure restant à une température comprise dans l'intervalle d'environ 112 OC à environ 117 OC, sous une pression comprise dans l'intervalle d'environ 0 à environ 42 kPa au manomètre.
14. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la deuxième étape de réduction de pression comprend la réduction de la pression à une valeur comprise dans l'intervalle d'environ 4,2 kPa à environ 97 324 Pa.
15. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la troisième étape de chauffage comprend le chauffage du mélange de glycol et de saumure plus concentré à une température comprise dans l'intervalle d'environ 170,5 OC à environ 176 OC, sous une pression comprise dans l'intervalle d'environ 189 à environ 231 kPa au manomètre.
16. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la troisième étape de réduction de pression comprend la réduction de la pression à une valeur comprise dans l'intervalle d'environ 84 à environ 126 kPa au manomètre.
17. Procédé suivant la revendication 6, comprenant en outre l'étape consistant à recycler une partie du mélange de glycol et de saumure restant provenant de la première étape de séparation de matières solides, à la première étape de chauffage.
18. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à recycler une partie du mélange de glycol et de saumure plus concentré, provenant de la deuxième étape de séparation de matières solides, à la deuxième étape de chauffage.
19. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à recycler une partie du courant de glycol concentré, provenant de la troisième étape de séparation de matières solides, à la troisième étape de chauffage.
20. Système de séparation d'un glycol d'un mélange de glycol et de saumure produit par des puits d'hydrocarbures, caractérisé en ce qu'il comprend
un premier système d'évaporateur efficace (102) comprenant
un premier échangeur de chaleur pour le chauffage du mélange de glycol et de saumure
un premier moyen de régulation de pression pour réguler la pression dans ledit premier échangeur de chaleur, tout en induisant une chute de pression dans le mélange de glycol et de saumure
un premier récipient séparateur (100) pour recevoir le mélange de glycol et de saumure et séparer l'eau vaporisée sous l'action de la chute de pression du courant de glycol et de saumure restant ; et
un premier système de séparation de matières solides (110) pour séparer les matières solides précipitées du courant de glycol et de saumure restant ; et
un deuxième système d'évaporateur efficace (82) comprenant
un deuxième échangeur de chaleur pour le chauffage du mélange de glycol et de saumure restant
un deuxième moyen de régulation de pression pour la régulation de la pression dans ledit deuxième échangeur de chaleur, tout en induisant une chute de pression dans le mélange de glycol et de saumure
un deuxième récipient séparateur (80) pour recevoir le mélange de glycol et de saumure et séparer l'eau vaporisée sous l'action de la chute de pression du courant de glycol et de saumure plus concentré ; et
un deuxième système de séparation de matières solides (90) pour séparer les matières solides précipitées du courant de glycol et de saumure plus concentré ; et
un troisième système d'évaporateur efficace (52) comprenant
un troisième échangeur de chaleur pour le chauffage du mélange de glycol et de saumure
un troisième moyen de régulation de pression pour la régulation de la pression dans ledit troisième échangeur de chaleur, tout en induisant une chute de pression dans le mélange de glycol et de saumure
un troisième récipient séparateur (56) pour recevoir le mélange de glycol et d'eau et séparer l'eau vaporisée sous l'action de la chute de pression du courant de glycol concentré ; et
un troisième système de séparation de matières solides (60) pour séparer les matières solides précipitées du courant de glycol concentré.
21. Système suivant la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un préchauffeur avant le premier système d'évaporateur efficace pour le préchauffage du mélange de glycol et de saumure.
22. Système suivant la revendication 21, caractérisé en ce que le préchauffeur comprend deux échangeurs de chaleur, consistant en un premier échangeur de préchaufffeur et un second échangeur de préchauffeur.
23. Système suivant la revendication 22, caractérisé en ce que le premier préchauffeur comprend un échangeur à calandre pour le préchauffage du courant de glycol et de saumure en utilisant le courant de glycol concentré.
24. Système suivant la revendication 20, caractérisé en ce que les premier, deuxième et troisième moyens de régulation de pression sont choisis dans le groupe consistant en robinets, orifices de restriction, restrictions de canalisations et élévations de canalisations.
25. Système suivant la revendication 20, caractérisé en ce que les récipients séparateurs comprennent des récipients ayant des parties inférieures coniques.
26. Système suivant la revendication 20, caractérisé en ce que les systèmes séparateurs comprennent en outre au moins un plateau de séparation par récipient.
27. Système suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le premier évaporateur efficace comprend en outre un condenseur pour condenser l'eau vaporisée séparée par le premier récipient séparateur.
28. Système suivant la revendication 20, caractérisé en ce que
le premier système d'évaporateur efficace (102) comprend en outre une premier pompe (108) pour pomper le mélange de glycol et de saumure restant hors du premier récipient séparateur (100) et à travers le premier système de séparation de matières solides (110)
le deuxième système d'évaporateur efficace (82) comprend en outre une deuxième pompe (88) pour pomper le mélange de glycol et de saumure plus concentré hors du deuxième récipient séparateur (80) et à travers le deuxième système de séparation de matières solides (90) ; et
le troisième système d'évaporateur efficace (52) comprend en outre une troisième pompe (58) pour pomper le courant de glycol concentré hors du troisième récipient séparateur (50) et à travers le troisième système de séparation de matières solides (60).
29. Système suivant la revendication 20, caractérisé en ce que chaque système de séparation de matières solides comprend un hydrocyclone.
30. Système suivant la revendication 29, caractérisé en ce que chaque système de séparation de matières solides comprend en outre une crépine en série avec 1 'hydrocyclone.
31. Système suivant la revendication 30, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un récipient accumulateur pour l'accumulation des matières solides séparées par l'hydrocyclone.
32. Système suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le système de séparation de matières solides comprend une centrifugeuse à assiettes.
33. Système suivant la revendication 32, caractérisé en ce que la centrifugeuse à assiettes comprend une centrifugeuse continue à buse et à assiettes.
34. Système suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le système de séparation de matières solides comprend un séparateur acoustique.
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