用于过滤来自单乙二醇料流的传热流体的方法和设备与流程

用于过滤来自单乙二醇料流的传热流体的方法和设备
1.相关申请的交叉引用
2.本文件是基于2019年8月28日提交的美国申请序列号：16/553,639并要求其优先权，所述申请通过引用方式整体并入本文。
技术领域
3.本文所公开的实施方案总体上涉及石油和天然气处理中化学添加剂的回收。具体地，描述了用于从产生的料流回收利用单乙二醇的方法和设备。


背景技术：

4.在石油和天然气生产中，甲烷水合物的管理是一个挑战。在石油和天然气生产和运输期间常见的某些温度和压力状态下，甲烷与水配合产生甲烷水合物，所述甲烷水合物作为结晶固体出现并且可扰乱管道、泵和压缩机中的流体流动。许多方法用于抑制和/或抵消甲烷水合物在产生的料流中的形成。一种这样的方法是使用化学添加剂来抑制甲烷水合物的形成。最常用的这种添加剂是单乙二醇(“meg”)。meg改变水合物形成的温度范围，使得系统的操作温度不促进水合物形成。
5.必须使用相对大量的meg才能获得有用的结果，并且大量meg是昂贵的。因此，回收利用和再循环meg在经济上具有吸引力。用于从产生的料流回收利用meg的典型过程包括从产生的料流中连同水一起闪蒸meg，并且然后蒸馏meg/水混合物以回收meg。闪蒸过程包括通过使meg与传热流体(“htf”)接触来蒸发meg。蒸发过程可在导致meg快速蒸发的温度和压力下进行。在一些情况下，蒸发可能非常迅速，以至于少量的传热流体可夹带在闪蒸蒸气中并且可污染回收利用的meg，从而导致需要进一步的净化处理。存在对回收利用meg同时使污染最小化的方法和设备的需要。


技术实现要素：

6.本文所述的实施方案提供了一种方法，其包括：使含有单乙二醇(meg)的料流与传热流体(htf)直接接触；通过将热量从所述htf传递到所述meg来蒸发所述meg，以产生富meg料流；使所述富meg料流冷凝；使所述富meg料流通过包括亲油材料的过滤器；以及使用所述过滤器从液体料流去除残留的htf，以形成干净meg料流。
7.本文所述的其他实施方案提供了一种方法，其包括：将meg浓缩物料流与htf混合以形成蒸发混合物；从容器中的所述蒸发混合物蒸发富meg料流；使所述富meg料流在过滤器流动方向上通过包括对所述htf具有选择性的过滤材料的过滤器；将所述htf固定在所述过滤材料上以形成干净meg料流；检测所述干净meg料流中所述htf的量；基于所述干净meg料流中所述htf的所述量确定过滤效率；基于所述过滤效率确定终点；以及在确定所述终点后，通过使低极性非质子溶剂在冲洗流动方向上流过所述过滤器来冲洗所述过滤材料。
8.本文所述的其他实施方案提供了一种方法，其包括：将meg浓缩物流与htf混合以形成蒸发混合物；从容器中的所述蒸发混合物蒸发富meg料流；使所述富meg料流在过滤器
流动方向上通过包括对所述htf具有选择性的过滤材料的多个过滤器；使所述富meg料流的一部分再循环通过所述多个过滤器中的一个或多个；将所述htf固定在所述过滤材料上以形成干净meg料流；检测所述干净meg料流中所述htf的量；基于所述干净meg料流中所述htf的所述量确定过滤效率；基于所述过滤效率确定终点；以及在确定所述终点后，通过使低极性非质子溶剂在冲洗流动方向上流过所述过滤器来冲洗所述过滤材料。
附图说明
9.为了可详细地理解本公开的上述特征的方式，可通过参考实施方案来获得上面简要概述的本公开的更具体的描述，其中一些在附图中例示。然而应当注意，附图仅例示示例性实施方案，并因此不应当被视为对其范围进行限制，可允许其他等效实施方案。
10.图1是根据一个实施方案的设备的过程图。
11.图2是根据另一个实施方案的设备的过程图。
12.图3是概述根据另一个实施方案的方法的流程图。
13.为有助于理解，已尽可能使用相同的参考数字来指代附图中通用的相同元件。预期一个实施方案的元件和特征可有益地结合到其他实施方案中而无需进一步叙述。
具体实施方式
14.为了从在蒸发器回收的meg料流去除残留的htf，可使用对htf具有选择性亲和性的过滤材料从meg料流中过滤htf。当htf是烃材料时，过滤材料可以是亲油材料。亲油材料将来自通过料流的氢材料选择性地吸引和固定到过滤器上。
15.图1是根据一个实施方案的设备100的过程图。设备100包括蒸发区段101。蒸发区段101包括蒸发容器102，所述蒸发容器102具有液体区段104和蒸气区段106。再循环管线108耦接到液体区段104的底部部分110。泵112可用于将液体再循环到液体区段104。热交换器114用于维持循环通过再循环管线108的htf的温度。进料管线116将进料料流添加到再循环管线108以用于蒸发处理。进料料流通常是来自井气处理设施的meg浓缩物料流。htf被加热到将使容器102中的进料料流的至少一部分蒸发的温度。蒸气从液体区段104上升到蒸气区段106，从而形成主要含有meg和水的富meg料流。残留在htf中的杂质通过其他处理去除。
16.htf通常是与乙二醇不可混溶的材料。应当注意，本文所述的主要用于从烃处理设施回收meg的设备和方法可用于回收其他相关乙二醇，诸如二甘醇和三甘醇。在这些过程中通常用作htf材料的材料可以是具有低挥发性以使蒸发区段中的蒸发最小化的氢。可使用任何直链、支链、环状、芳族、链烷烃、多环或聚芳族种类的材料，诸如c
9-c
13
烃。还可使用一些长链脂肪酸、酯和醚，例如棕榈油衍生物。
17.蒸气管线118耦接到蒸气区段106的顶部部分120以释放来自蒸发区段101的蒸气。蒸气管线118耦接到液化器122和过滤器124。液化器122和过滤器124被配置成使得蒸气管线118中的富meg料流可在流动到过滤器124之前被引导到液化器122，或者蒸气可在流动到液化器122之前被直接发送到过滤器124。液化器122液化蒸气管线118中的富meg料流的至少一部分。液化器122可以是冷凝器、蒸馏塔或可液化气体的其他装置。
18.过滤器124含有亲油的过滤材料。亲油材料优先吸附烃材料或具有显著烃含量的材料。此类材料也可以是疏水的。在这方面可用作过滤材料的材料通常是至少约90质量％
的碳和氢。许多此类材料基本上是100质量％的碳或100质量％的碳和氢。可使用许多有机聚合物。聚烯烃诸如聚丙烯和聚苯乙烯具有用于过滤器元件的足够的亲油特性。也可使用杂聚物。例如，可使用硅树脂、聚吡咯和聚酰亚胺、苯乙烯树脂、聚芳族材料、聚酯、聚丙烯酸酯以及碳材料诸如石墨和活性炭。聚合物可以是芳族或脂肪族的。也可使用上述的混合物。通常，用于过滤器的材料对htf的分子具有选择性。在一个实施方案中，过滤器元件由聚苯乙烯树脂(诸如可从密歇根州米德兰的陶氏化学公司获得的树脂，例如xad-4或xad-7)制成。
19.过滤器124可以任何方便的方式配置。要过滤的材料可被迫流过过滤材料的粉末饼，或者过滤材料可被构造为装配到外壳中的过滤器元件插入件。例如，可使用使用由上述材料制成或涂覆有上述材料的纤维的编织纤维过滤器元件。在其他实施方案中，过滤材料可在过滤器外壳内被支撑和流化。过滤材料具有被选择来吸附用作htf的分子或允许用作htf的分子渗透的孔径与高表面积。通常，可用于所选择孔径的最高表面积是最有用的。
20.过滤器124可被配置为气体过滤器或液体过滤器。在图1中，过滤器124和液化器122被构造成使得来自蒸气管线118的蒸气可在被按路线传送到液化器122之前被按路线传送到过滤器124，或者蒸气可在被按路线传送到过滤器124之前被按路线传送到液化器122。当以液体接触模式操作时，过滤器124可在充满液体或具有一部分气体空间的情况下操作。
21.残留的htf被过滤器124中的亲油过滤材料清除并沉积在过滤材料的表面上。由于过滤材料的表面被吸附的htf占据，因此从在管线118中流动的富meg料流去除htf的过滤效率因过滤材料的表面上的吸附性部位的减少而下降。过滤效率可根据流动流体中htf的传入和传出浓度来定义。htf的去除可被定义为比率(f
i-fo)/fi。随着过滤器的htf去除率下降，fo接近fi，并且比率接近零。料流中htf的浓度可通过任何方便的手段诸如色谱法或光谱法来确定。可定义阈值来标记过滤器性能的终点。替代地或另外地，过滤器上的压降可指示过滤器中的吸附正在减少材料传输，并因此降低了过滤效率。当过滤器124达到阈值时，可绕过过滤器124，使得没有蒸气料流118去往过滤器124，使得可更换过滤器元件。可提供第二过滤器126以允许在更换一个过滤器元件时继续过滤。在此类情况下，过滤器124是第一过滤器，并且在更换第一过滤器中的过滤器元件时，第二过滤器126被投入使用。当第二过滤器126中的过滤器元件随后需要更换时，具有新更换的过滤器元件的第一过滤器124可被投入使用。
22.当过滤器元件的性能因使用而降低时，可通过去除吸附在其上的氢来使过滤材料再生。为此，可使用与烃可混溶但不易被过滤器元件吸附的溶剂。在许多情况下，可使用低极性非质子溶剂以容易地从过滤器元件去除htf。此类溶剂包括具有1.5德拜或更小的偶极矩的非质子溶剂。一些低极性非质子溶剂可溶解聚合物，因此通常选择相对于过滤材料具有低溶剂能力的低极性非质子溶剂。可使用的低极性非质子溶剂的实例包括中等蒸气压烃，诸如直链、支链和环状戊烷、己烷、庚烷、辛烷和壬烷；芳族烃诸如苯、甲苯和二甲苯；杂有机化合物诸如二噁烷、苯甲醚、二甲胺、乙醚、甲基叔丁基醚；卤代脂肪族化合物诸如氯甲烷、二氯甲烷、氯仿和四氯化碳。也可使用极性可混溶共溶剂，诸如甲醇、丙醇和丙酮。
23.在一些情况下，可提供冲洗系统来冲洗过滤器元件(或在使用多个过滤器单元的情况下的元件)，而无需从过滤器去除过滤器元件。在图1中，冲洗源128通过冲洗管线144流体耦接到过滤器124和126中的每一者，提供隔离阀130和132以将冲洗材料按路线传送到相
应的过滤器124和126。在这种情况下，冲洗系统被布置成使冲洗流体在与具有杂质的meg的流动方向相反的方向上逆流通过过滤器124和126。替代地，冲洗系统可被布置成使冲洗流体在与具有杂质的meg相同的流动方向上同流通过过滤器124和126。冲洗流体可通过操作阀130和132来对齐通过过滤器124和126中的一者或两者。在一个过滤器正在操作而另一个正在冲洗的情况下，阀门130和132中的一者可打开而另一者闭合。冲洗流体通过冲洗出口歧管134离开过滤器124和126进入冲洗出口管线146。然后可通过冲洗排放管线148将冲洗流体按路线传送到任何方便的处置。通常，富meg在过滤器流动方向上流过过滤器124/126，并且冲洗材料在冲洗流动方向上流过过滤器124/126。过滤器流动方向可与冲洗流动方向相同或不同。例如，冲洗流动方向可与过滤器流动方向相反或横向于过滤器流动方向。
24.如上所述，来自蒸发器的meg料流可通过打开液化器对齐(line-up)阀136并闭合过滤器对齐阀138来直接通过蒸气管线118按路线传送到液化器122。在此类配置中，富meg通过蒸气管线118流动到液化器122的入口151。过滤器对齐阀138允许meg料流直接流动到过滤器124和126，如由位于第一过滤器124的入口处的第一过滤器入口阀152和位于第二过滤器126的入口处的第二过滤器入口阀154确定。在这种情形下，在过滤已经去除meg料流中的htf杂质以形成含有水的干净meg料流之后，将干净meg料流按路线传送到液化器入口151。两个过滤器124和126的输出在此被组合成一个料流，所述料流可被按路线传送到两个位置。需注意，在大多数情况下，只有一个过滤器124/126将在任何时候使用，而另一个过滤器正在通过冲洗或更换过滤介质进行维护。如果蒸气管线118被直接对齐到过滤器124/126，则过滤器输出可直接按路线传送到液化器入口151或液化器122上游的位置。替代地，如果蒸气管线118被直接对齐到液化器入口151，则过滤器输出可被按路线传送到液化器出口156或液化器出口156下游的位置。如上所述，蒸气管线118可通过液化器对齐阀136和过滤器对齐阀138的操作直接对齐到一个或另一个目的地。
25.如果蒸气管线118被直接对齐到液化器入口151，则含有水和htf杂质的富meg料流流过液化器122并且至少大部分从蒸气转化为液体。通过打开过滤器液体进料阀158并闭合液化器出口截止阀160，液化器122的主要含有液体的出口156可一起或单独地按路线传送到过滤器124/126。根据过滤器入口阀152/154的状态，液化器出口156因此对齐成直接流动到过滤器124/126中的一者。在这种情况下，过滤器出口可在液化器出口截止阀160下游的位置处按路线传送回到液化器出口156，以通过打开下游过滤器出口阀162进行后续处理。
26.干净meg料流从过滤器124/126在干净meg管线172中输出，所述干净meg料流可被按路线传送到液化器入口151或液化器出口156，如上所述。含有水的过滤的、液化的、干净meg料流被按路线传送到净化区段180。净化区段180包括保持容器130和meg/水分离单元165，所述meg/水分离单元165继而包括蒸馏塔132和meg收集容器138。保持容器130主要用于给蒸馏塔132进料。蒸馏塔132将meg和水分离成塔顶水料流134和底部meg料流136。meg/水分离单元165中的meg和水的分离程度取决于已知的蒸馏设计原理。塔顶水料流134可被按路线传送到任何方便的后续处置。底部meg料流136收集在meg容器138中，其中第一部分可作为净化meg料流140回收，而第二部分142可用作过滤器124/126的冲洗系统的一部分。如上所述，冲洗源128提供用于冲洗过滤器124/126的冲洗材料。净化meg可用作过滤器124/126的最终冲洗以去除任何未被冲洗源128中的冲洗材料去除的杂质，并且还根据需要去除冲洗材料。可打开meg冲洗阀164以使净化meg从meg容器138流动到冲洗管线144。可闭合冲
洗管线截止阀166以防止meg侵入冲洗源128中。如上所述，操作过滤器冲洗阀130和132以将冲洗meg引导通过相应的过滤器124/126。
27.通常，meg冲洗将在来自冲洗源128的冲洗之后使用以使净化meg的使用最小化。当来自meg容器138的净化meg用于冲洗过滤器124/126中的一者或多者时，meg将夹带或溶解htf材料和沉积在过滤器124/126中的过滤介质上的潜在的其他杂质，从而在过程中被污染。受污染的meg离开过滤器124/126进入歧管134并冲洗出口管线146。在这种情况下，可通过闭合冲洗排放阀148并打开冲洗再循环阀168来回收受污染的meg。冲洗再循环阀168允许冲洗排放材料进入冲洗再循环管线150，所述冲洗再循环管线150将冲洗材料运送回容器102的冲洗进料点172。当净化meg用作冲洗材料时，使所得的受污染的meg通过冲洗再循环阀168和冲洗再循环管线150流动到冲洗进料点172将meg回收到蒸发容器102，从而避免有价值meg的损失。受污染的meg中的污染物主要是htf流体，所述htf流体返回到位于容器102处的其来源。当冲洗再循环管线150在使用时，冲洗排放阀148可闭合。
28.传感器170耦接到流入净化区段180的料流以监测料流的组成。传感器170是检测流动到净化区段的料流中的残留的htf的量的组成传感器。由传感器170检测到的组成可用于检测在使用中的过滤器124/126中的任一者的突破。由传感器170检测到的组成也可用于预测在使用中的过滤器124/126中的任一者的未来突破。代替或除组成传感器170之外，压降传感器可跨过滤器124/126设置以检测因过滤材料上吸附的htf而引起的过滤器堵塞。在此，单个压降传感器174跨两个过滤器124/126设置以检测跨两个过滤器的总压降，而不管哪个过滤器在使用中。替代地，压降传感器可跨每个过滤器单独设置。压降传感器174与组成传感器170一起可用于监测过滤器性能。
29.图1的设备提供蒸发的meg从蒸发容器的过滤，具有在使用一段时间后保持和再生过滤材料的灵活性。提供两种冲洗能力来冲洗过滤介质，从而在不打开过滤器的情况下去除沉积的杂质。两种流体，特别选择用于冲洗过滤器的冲洗流体和净化meg产物流体，可用于冲洗图1的设备中的过滤器，从而提供改进的过滤介质再生和用于过滤器冲洗的meg的回收。图1的设备进一步提供了在过滤之前或之后液化蒸发器塔顶的灵活性。
30.图2是根据另一个实施方案的设备200的过程图。设备200具有蒸发区段101和净化区段180。液化器122以及过滤器124和126在图2中被不同地布置。在此，液化器122、过滤器124和过滤器126串联布置。提供再循环管线202以使液化的富meg再循环流过过滤器124和126。回收富meg提高了过滤材料的利用率，以从富meg去除htf。可操作再循环阀204以启动、停止和控制富meg通过再循环管线202的流动。再循环管线202将富meg从过滤器124和126下游的点运送到过滤器124和126上游的点。可打开部分再循环阀206以使富meg流动到第一过滤器124与第二过滤器126之间的位置。以这种方式，滤波器124/126的操作可串联/并联布置。使用设备200，可基于两个过滤器的性能控制两个过滤器124和126的利用率，一个过滤器比另一个过滤器使用更多或两个过滤器被同等使用。冲洗源128并联耦接到两个过滤器124/126，根据需要，用阀隔离过滤器以进行冲洗。净化meg料流也耦接到冲洗系统，如图1所示。在这种情况下，两个压降传感器174和176用于监测串联操作的两个过滤器124/126的性能。
31.图3是概述根据另一个实施方案的方法300的流程图。方法300是处理来自烃处理厂的meg浓缩物料流的方法。meg浓缩物料流经受蒸发以去除粗杂质，过滤以去除细杂质，并
且最后蒸馏以去除可混溶杂质。在302处，使含有meg的料流与htf接触。含有meg的料流可以是来自烃处理设施的meg浓缩物料流。htf保持在等于或高于含有meg的料流中的meg的泡点并且低于meg的分解温度的温度。温度通常在165℃左右，但如果蒸发过程在减压或真空下操作，则温度可更低。
32.在304处，通过将热量从htf传递到meg来蒸发meg。通常，含有meg的料流直接接触htf作为流体接触。换句话讲，将含有meg的料流注入htf中，使得热传递直接跨meg料流与htf之间的液-液界面发生。meg从含有meg的料流中蒸发，从而在液体混合物中形成气相。含有meg的气体从液相逸出进入气相。蒸发的meg形成具有可混溶杂质和细杂质的富meg料流。使htf再循环通过加热系统以保持htf处于蒸发温度。杂质可通过过滤或其他手段从htf去除。例如，可将再循环htf的一部分按路线传送到任选地以过滤、密度分离或其他分离手段为特征的固体去除单元。
33.在306处，使来自蒸发操作的富meg料流冷凝。所得液体料流含有液体meg以及其他液体杂质。水与meg在单相中混合，而一些痕量的htf可作为不可混溶的液相被夹带。
34.在308处，使液化的富meg料流通过包括亲油过滤材料的过滤器。亲油材料对htf具有选择性，并且优先从液体料流中吸附htf，从而固定htf并从含meg的液体料流去除htf。因此，在310处，htf因此与meg有效地分离，从而产生干净meg料流，所述干净meg料流可分离以产生净化meg。
35.上述过滤材料也可在设备200中使用。上述冲洗操作也可使用上述冲洗材料和方法来执行。在用低极性非质子溶剂冲洗之后，过滤材料可用从下游meg净化单元获得的净化meg冲洗。用净化meg过滤可从过滤器去除大部分带有htf的冲洗材料，为过滤器重新投入使用做好准备。可蒸馏离开过滤器的干净meg料流，例如，以从meg分离水。代替蒸馏或除蒸馏之外，可使用其他分离过程，诸如液体萃取、真空萃取和微分渗透萃取。
36.尽管前述内容针对本公开的主题的实施方案，但是可在不背离其基本范围的情况下设计出本公开的其他和更多实施方案，并且所述基本范围由所附权利要求确定。