NO332549B1

NO332549B1 - Roterende absorpsjonshjul

Info

Publication number: NO332549B1
Application number: NO20101717A
Authority: NO
Inventors: Dag Arne Eimer; Torbjorn Fiveland; Asbjorn Strand; Oystein Engen; John Arild Svendsen; Erik Manger; Holm Helge Folgero
Original assignee: Statoil Petroleum As
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-10-22
Also published as: WO2012076656A1; NO20101717A1

Description

TEKNISK OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og anordning for fjerning av sur gass fra naturgass ved hjelp av kjemiske absorpsjonsmidler eller løsemid-ler.

BAKGRUNNSTEKNIKK

Fjerning av sur gass, slik som karbondioksid (C02) og/eller hydrogensulfid (H2S) fra naturgass, ofte kalt "gassbehandling", er en velkjent teknologi. Det finnes en rekke kommersielle teknologier tilgjengelige for dette formålet slik som kjemiske absorpsjonsmidler eller løsemidler (dvs. aminer, glykol), fysiske løsemidler, membraner, kaldprosesser osv. Et slikt kjemisk absorpsjonsmiddel kan også om-tales som et magert absorpsjonsmiddel, før absorpsjon av sur gass fra naturgassen, eller et rikt absorpsjonsmiddel, etter absorpsjon av sur gass fra naturgassen.

Kjemiske løsemidler slik som aminer er mye benyttet, og det er høstet omfattende driftserfaring. Fjerningsprosessen omfatter en lukket sirkulasjonssløyfe inneholdende løsemiddelet. I en aminbasert absorpsjonsprosess reagerer C02/H2S med aminet i et absorpsjonsapparat og binder sterkt til løsemiddelet. Reaksjonen mellom aminet og den sure gassen er sterkt eksoterm. Løsemiddelet kan regenereres, ofte ved å kombinere flashregenererering med trykkreduksjon og termisk regenerering ved tilførsel av varme i en avdriver, hvor C02/H2S friset-tes fra løsemiddelet. Det regenererte løsemiddelet sendes gjennom egnede komprimerings- og varmevekslingsapparater for trykksetting og temperaturjus-tering og returneres til absorpsjonsapparatet. Et vanlig, konvensjonelt aminan-legg som benytter en absorpsjonskolonne, er skjematisk angitt på figur 6.

I arrangementet ifølge den kjente teknikken angitt på figur 6 er det stilt til rådighet en fremgangsmåte for fjerning av sur gass hvor en sur gasstrøm inneholdende uønsket hydrogensulfid (H2S) og karbondioksid (C02) tilføres til en kon-taktabsorber A gjennom ledning 601. Etter hvert som den sure gassen strømmer oppover gjennom absorber A, kommer den sure gassen i kontakt med nedover-strømmende blanding av normalt, magert amin som tilføres til absorberen gjennom ledning 602. Prosessgassen har fått mesteparten av de sure gassene fjernet innen den forlater absorberen etter å ha vært i kontakt med det magre aminet fra ledning 602. En produktgass (søt gass) med et vesentlig redusert innhold av hydrogensulfid og karbondioksid trekkes ut av toppen av absorberen via ledning 603.

En strøm av rik aminløsning inneholdende absorbert hydrogensulfid og karbondioksid som salter av amin fjernes fra absorberen gjennom ledning 604. Trykket i løsningen reduseres, og den går deretter til en flashtank for rikt amin C. Flash-gassene strømmer ut gjennom ledning 605, og den rike aminløsningen strømmer ut gjennom ledning 606. Den rike aminstrømmen går gjennom en varmeveksler for magert/rikt amin D for å gjenvinne følbar varme fra varmt, magert amin og tilføres deretter til en regenerator/avdrivingskolonne for amin B gjennom ledning 607. Intern avdrivingsdamp genereres ved koking av aminløsningen i en avdriver/koker, eller en varmeveksler E, ved hjelp av et egnet varmemedium 608. Det magre aminets temperatur kan variere fra cirka 100 °C til 140 °C, avhengig av typen amin, dets konsentrasjon og dets trykk. Dampen generert fra det kokte aminet tilføres nær bunnen av avdrivingskolonne B gjennom ledning 611, sendes oppover gjennom aminløsningen og danner varme for å bryte ned de hydrogensulfid- og karbondioksidholdige aminsaltene og avdrivingsdampene for å feie den sure gassen vekk fra aminløsningen og ut av avdrivingskolonnen. Blandingen av damp, hydrogensulfid og karbondioksid forlater avdriveren i toppen gjennom ledning 610.

En varm, mager aminstrøm 609 forlater bunnen av avdriveren B og sendes gjennom varmeveksleren for magert/rikt amin D og gjennom en kjøler F hvor den magre aminløsningen kjøles til en temperatur på cirka 35 °C til 55 °C. Den kjølte, magre aminstrømmen i ledning 612 fortsetter gjennom ledning 602 til toppen av absorberen A.

Dagens prosessutstyr som anvendt ved for eksempel Sleipner T-anlegget er svært stort. Absorpsjonskolonnens indre diameter er i dette tilfellet nesten 4 m, og den samlede høyden er nesten 18 m. Absorpsjonskolonnens størrelse og vekt er således vesentlig. Avhengig av det anvendte aminet og mengden av sur gass som skal fjernes, vil sirkulasjonshastighetene på løsemiddelet også være vesentlige. Dette krever en vesentlig mengde av kraft for pumping, oppvarming og kjøling av den sirkulerende aminløsningen. Aminløsninger er også kjent for å være etsende, spesielt i de C02-rike delene av prosessen. Avhengig av driftsbe-tingelsene og urenhetene i løsningen er aminet mottagelig for nedbryting og kontaminering. Utstyr som bruker aminer, kan også oppleve forskjellige typer feil forårsaket for eksempel av skumming eller utilstrekkelig kontakt mellom gass og væske. Skumming av gassen og væsken, forårsaket av for eksempel konden-sering av hydrokarbon eller faststoffer suspendert i gassen etter utilstrekkelig forhåndsfiltrering, er også et kjent problem i konvensjonelle absorbere. Medri- ving av amindråper i den søte gassen fra absorberen til nedstrømsutstyret er en annen årsak til skumming. Et ytterligere problem med absorpsjonskolonnen angår betydningen av å opprettholde god kontakt mellom naturgassen og det fly-tende aminet og stille til rådighet en god væskefordeling for å oppnå en effektiv fjerning av sur gass.

EP 0084410 beskriver et roterende apparat med et pakningsmateriale hvor et absorpsjonsmiddel tvinges utover og en gass inneholdende H2S/C02strømmer innover for å separere H2S/C02fra gassen. En lignende anordning vises i publi-kasjonen RAMSHAW, C; "Opportunities for exploiting centrifugal fields"; Heat Recovery Systems &CHP. 1993; Vol.13, No.6; side 493-513. Absorpsjonsmiddelet anvendt i slike alternative absorpsjonsapparater vil ha de samme problemene som beskrevet ovenfor under regenerering av det rike absorpsjonsmiddelet. Oppfinnelsens gjenstand er å løse ovenstående problemer ved å stille til rådighet en forbedret fremgangsmåte og absorber for fjerning av sur gass fra naturgass.

BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Det er et formål for den foreliggende oppfinnelse å stille til rådighet et hittil ukjent arrangement for fjerning av sur gass fra naturgass ved hjelp av et kjemisk absorpsjonsmiddel. Formålet oppnås ved hjelp av en fremgangsmåte og et apparat som beskrevet i de vedlagte patentkravene.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fjerning av sur gass fra naturgass, omfattende hovedsakelig hydrokarboner, ved hjelp av et kjemisk absorpsjonsmiddel. Fremgangsmåten omfatter: tilførsel av trykksatt naturgass inneholdende sur gass til en ytre perimeter av minst én ringformet absorpsjonspakning, hvor naturgassen tvinges mot den

indre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen,

tilførsel av et kjemisk absorpsjonsmiddel til en indre perimeter av den ringformede absorpsjonspakningen,

rotasjon av den ringformede absorpsjonspakningen rundt dens lengdeakse,

idet det kjemiske absorpsjonsmiddelet utsettes for en tilstrekkelig sentrifugalkraft til å tvinge absorpsjonsmiddelet mot den ytre perimeteren av den

ringformede absorpsjonspakningen i motsatt retning av naturgassen,

hvor det forekommer en tverrstrøm for masseoverføring av sur gass fra naturgassen til absorpsjonsmiddelet for å danne søt naturgass.

Den sure gassen kan omfatte C02og/eller H2S, og naturgassen omfatter hovedsakelig hydrokarboner. Et egnet kjemisk absorpsjonsmiddel for dette formål er en ammoniakkforbindelse slik som amin.

Minst den ene ringformede absorpsjonspakningen har en vesentlig sylindrisk form med en forhåndsbestemt forlengelse langs lengdeaksen. Nevnte absorpsjonspakning har en ytre perimeter i form av en sylindrisk overflate i en første radius fra lengdeaksen og en indre perimeter i form av en sylindrisk overflate i en andre radius fra lengdeaksen. Den ringformede absorpsjonspakningens tykkelse bestemmes ved forskjellen mellom nevnte første og andre radius.

Den etterfølgende teksten angår en rekke forskjellige inn- og utløp for gass eller væske. Eventuelle henvisninger til slike inn- og utløp i en bestemt form bør tol-kes som "minst ett" inn- eller utløp, med mindre annet er angitt.

Den trykksatte naturgassen tilføres til et innløp i den ytre perimeteren av minst den ene ringformede absorpsjonspakningen, hvorfra den strømmer radialt innover mot midten av absorpsjonspakningen. Etter hvert som naturgassen strøm-mer gjennom absorpsjonspakningen, fjerner tverrstrømmen med det kjemiske absorpsjonsmiddelet sur gass fra naturgassen, hvilket gir en søt naturgass. Fremgangsmåten omfatter videre overføring av den søte naturgassen fra den indre perimeteren i den ringformede absorpsjonspakningen mot et utløp i den ytre perimeteren av nevnte absorpsjonspakningen gjennom en radialt åpen seksjon i den ringformede absorpsjonspakningen. Utløpet er skilt fra innløpet av minst én radial vegg som strekker seg fra den indre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen til en gasstett tetning i den indre veggen i beholderen.

Det kjemiske absorpsjonsmiddelet tilføres til et innløp i en indre perimeter av en ringformet absorpsjonspakning gjennom en rotoraksel gjennom absorpsjonspakningen. Fra det midtre innløpet strømmer det kjemiske absorpsjonsmiddelet gjennom den hule akselen og inn i radialt førende kanaler i fordelingsmiddelet mot åpninger eller dyser plassert med jevne mellomrom langs en ytre avgren-sende perifer overflate ved den indre perimeteren av absorpsjonspakningen for å sikre en første fordeling av kjemisk absorpsjonsmiddel rundt den indre sylindriske overflaten av absorpsjonspakningen. Nevnte dyser kan holdes stasjonære i forhold til den roterende absorpsjonspakningen eller roteres i en annen hastighet enn nevnte absorpsjonspakning.

Etter hvert som den ringformede absorpsjonspakningen roteres, tvinges det kjemiske absorpsjonsmiddelet fra den indre perimeteren mot den ytre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen av en relativt høy sentrifugalkraft som avhengig av rotasjonshastighet og diameter kan være flere hundre G. Det kjemiske absorpsjonsmiddelet, som i denne fasen er et rikt absorpsjonsmiddel, tvinges radialt utover på den indre veggen i beholderen når det forlater absorpsjonspakningen, og strømmer deretter nedover til et utløp i den nedre delen av beholderen.

Fremgangsmåten kan videre omfatte gjenvinning av kinetisk energi fra den søte naturgassen ved hjelp av radiale utløpsskovler i nevnte åpne seksjon. De radiale utløpsskovlene er festet til minst den ene absorpsjonspakningen og danner en turbin eller et løpehjul som påvirkes av den trykksatte søte naturgassen, hvorved impuls overføres fra den strømmende gassen til den roterende absorpsjonspakningen. Denne energigjenvinningen reduserer strømforbruket for drift av den roterende absorpsjonspakningen.

Ifølge ett eksempel oppnås energigjenvinningen ved overføring av søt naturgass gjennom en radialt åpen seksjon mellom to seksjoner av ringformede absorpsjonspakninger mot utløpet. I dette eksempelet er utløpet skilt fra innløpet av et par radiale vegger fra den indre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen mot den indre veggen i beholderen. De respektive radiale veggene er festet til absorpsjonspakningsseksjonenes motstående ringformede endeflater og er mekanisk koblet til de radiale skovlene. En ytterligere radial vegg kan stilles til rådighet mellom nevnte radiale vegger fra rotorakselen til den ytre perimeteren av absorpsjonspakningene for å hjelpe og føre naturgasstrømmen mot utløpet.

Ifølge et annet eksempel oppnås energigjenvinningen ved overføring av søt naturgass gjennom radialt åpne seksjoner i hver ende av den ringformede absorpsjonspakningen mot utløpet. Som i ovenstående eksempel er utløpet skilt fra innløpet med et par radiale vegger som strekker seg fra den indre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen mot den indre veggen i beholderen. De respektive radiale veggene er festet til absorpsjonspakningsseksjonenes motstående ringformede endeflater og er utstyrt med radiale skovler på siden av den respektive veggen lengst vekk fra absorpsjonspakningens ende.

Avhengig av absorpsjonspakningens forlengelse i lengderetningen er en kombinasjon av eksemplene beskrevet ovenfor også mulig.

Utløpsskovlene for søt naturgass har den tilleggsfunksjon at de separerer dråper av kjemisk absorpsjonsmiddel fra gasstrømmen. Sistnevnte funksjon krever at en form for dråpefangere integreres i konstruksjonen. Gjenvinningen av dråper av absorpsjonsmiddel fra den søte naturgassen kan oppnås ved hjelp av dråpefangere i den ytre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen ved minst den ene siden av nevnte åpne seksjon eller seksjoner beskrevet ovenfor. Dråpefangerne kan omfatte en labyrint eller analoge tetningstyper for å forhind-re gasstrømmen i å ta en snarvei fra innløpet direkte til utløpet forbi minst den ene radiale veggen.

Oppfinnelsen angår også et apparat for fjerning av sur gass fra naturgass ved hjelp av et kjemisk absorpsjonsmiddel. Apparatet omfatter en beholder inneholdende minst én absorpsjonspakning som kan roteres rundt sin lengdeakse i beholderen, hvilken absorpsjonspakning har en forhåndsbestemt aksial forlengelse med en indre radius og en ytre radius. Apparatet omfatter videre et innløp for magert absorpsjonsmiddel, anbrakt radialt innenfor en indre perimeter av absorpsjonspakningen, og et utløp for rikt absorpsjonsmiddel, anbrakt radialt utenfor en ytre perimeter av absorpsjonspakningen. Apparatet omfatter også et na-turgassinnløp for trykksatt naturgass, anbrakt radialt utenfor en ytre perimeter av absorpsjonspakningen, og et naturgassutløp, anbrakt radialt utenfor en ytre perimeter av absorpsjonspakningen.

Når absorpsjonspakningen roteres rundt sin lengdeakse, oppstår en tverrstrøm av absorpsjonsmiddel og naturgass. Den ringformede absorpsjonspakningens rotasjon er anbrakt for å utsette det kjemiske absorpsjonsmiddelet for en tilstrekkelig sentrifugalkraft til å tvinge absorpsjonsmiddelet mot den ytre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen, i motsatt retning av naturgassen, for å forårsake en tverrstrøm for masseoverføring av sur gass fra naturgassen til absorpsjonsmiddelet for å produsere søt naturgass.

Som beskrevet ovenfor har minst den ene ringformede absorpsjonspakningen en vesentlig sylindrisk form med en forhåndsbestemt forlengelse langs sin lengdeakse. Et absorpsjonspakningssystem kan omfatte en enkelt absorpsjonspakning eller flere absorpsjonspakninger som er symmetriske på hver side av et midtre plan i rette vinkler på absorpsjonspakningens rotasjonsakse. Det midtre planet tas for eksempel gjennom en posisjon i midtpunktet av en enkelt absorpsjonspakning eller gjennom en posisjon halvveis mellom de motsatte endene av to absorpsjonspakninger plassert i hver sin ende med en aksial separasjon langs en felles rotasjonsakse. Minst den ene absorpsjonspakningen og eventuelle kompo- nentdeler som er innesluttet av eller inneslutter absorpsjonspakningen og roteres med nevnte absorpsjonspakning, bør fortrinnsvis være symmetriske eller vesentlig symmetriske i forhold til det midtre planet. Nevnte absorpsjonspakning har en ytre perimeter i form av en sylindrisk overflate i en første radius fra lengdeaksen og en indre perimeter i form av en sylindrisk overflate i en andre radius fra lengdeaksen. Den ringformede absorpsjonspakningens tykkelse bestemmes ved forskjellen mellom nevnte første og andre radius. Absorpsjonspakningen er fortrinnsvis fylt med et materiale som har en relativt høy virksom overflate, slik som et metallskum eller et lignende egnet alveolarmateriale.

Den trykksatte naturgassen tilføres til et innløp i den ytre perimeteren av minst den ene ringformede absorpsjonspakningen, hvorfra den strømmer radialt innover mot midten av absorpsjonspakningen. Etter hvert som naturgassen strøm-mer gjennom absorpsjonspakningen, fjerner tverrstrømmen med det kjemiske absorpsjonsmiddelet sur gass fra naturgassen, hvilket gir en søt naturgass. Den søte naturgassen overføres fra den indre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen mot et utløp i den ytre perimeteren av nevnte absorpsjonspakning gjennom en radialt åpen seksjon i den ringformede absorpsjonspakningen. Utløpet er skilt fra innløpet av minst én radial vegg som strekker seg fra den indre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen til en gasstett tetning i den indre veggen i beholderen.

Det kjemiske absorpsjonsmiddelet tilføres som et magert absorpsjonsmiddel til et innløp i en indre perimeter av en ringformet absorpsjonspakning gjennom en hul rotoraksel som støtter absorpsjonspakningen. Fra det midtre innløpet strømmer det magre absorpsjonsmiddelet gjennom den hule akselen og inn i radialt førende kanaler. Kanalene er koblet til aksialt førte fordelingsslanger langs den indre perimeteren av absorpsjonspakningen. En rekke åpninger eller dyser er anbrakt med jevne mellomrom langs fordelingsslangene ved den indre perimeteren for å sikre en vesentlige jevn fordeling av kjemisk absorpsjonsmiddel rundt absorpsjonspakningens indre sylindriske overflate. Nevnte dyser kan holdes stasjonære i forhold til den roterende absorpsjonspakningen eller roteres i en annen hastighet enn nevnte absorpsjonspakning. Etter hvert som den ringformede absorpsjonspakningen roteres, tvinges det kjemiske absorpsjonsmiddelet fra den indre perimeteren mot den ytre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen av en relativt høy sentrifugalkraft som avhengig av rotasjonshastighet kan være flere hundre G. Det kjemiske absorpsjonsmiddelet, som i denne fasen er et rikt absorpsjonsmiddel, tvinges radialt utover på den indre veggen i beholderen når det forlater absorpsjonspakningen, og strømmer deretter nedover til et utløp i den nedre delen av beholderen.

For en absorpsjonspakning som roterer rundt en horisontal akse, står naturgass-utløpet med aksial avstand fra både utløpet for absorpsjonsmiddel og naturgass-innløpet. Utløpet for absorpsjonsmiddel kan anbringes radialt utenfor en ytre perimeter av absorpsjonspakningen i en nedre del av beholderen. Naturgassinn-løpet kan også anbringes radialt utenfor en ytre perimeter av absorpsjonspakningen med perifer avstand fra utløpet for absorpsjonsmiddel, dvs. over den nedre delen av beholderen.

Den ringformede absorpsjonspakningen kan omfatte en radialt åpen seksjon fra den indre perimeteren til den ytre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen, hvor den åpne seksjonen er anbrakt for å overføre søt naturgass fra den indre perimeteren mot et utløp i den ytre perimeteren av nevnte absorpsjonspakning. Som angitt ovenfor er utløpet fra en åpen seksjon anbrakt atskilt fra innløpet i absorpsjonspakningens aksiale retning. Den ringformede absorpsjonspakningen kan utstyres med en åpen seksjon i hver ende av absorpsjonspakningen eller mellom to vesentlig identiske absorberseksjoner som utgjør absorpsjonspakningen.

Kinetisk energi kan gjenvinnes fra den søte naturgassen ved hjelp av radiale skovler anbrakt i nevnte åpne seksjon. Som beskrevet ovenfor kan en radialt åpen seksjon anbringes mellom to tilstøtende ringformede absorpsjonspakninger, eller i hver ende av den minst ene ringformede absorpsjonspakningen. Dråpefangere som angitt ovenfor kan anbringes i den ytre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen ved nevnte åpne seksjon, hvor dråper av absorpsjonsmiddel gjenvinnes fra den søte naturgassen.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse erstattes den tradisjonelle gravimetrisk pak-kede absorpsjonskolonnen med en roterende ringformet kolonne med relativt høy hastighet hvor en langt tettere pakning kan brukes i kombinasjon med mer viskøse absorpsjonsmidler. Dette gjøres mulig fordi sentrifugalkrefter på mer enn 400 G kan nås. Den ringformede kolonnen ifølge oppfinnelsen roteres fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, rundt en horisontal akse.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Oppfinnelsen vil bli beskrevet nærmere med henvisning til de vedlagte figurene. Det er underforstått at tegningene utelukkende er illustrerende og ikke avgren-ser oppfinnelsen, for hvilket det bør foretas henvisning i de medfølgende krave-ne. Det bør videre være underforstått at tegningene ikke nødvendigvis er utar-beidet i naturlig målestokk, og at den, med mindre annet er angitt, bare skjematisk illustrerer strukturene og fremgangsmåtene beskrevet heri: Figur 1 viser et skjematisk, delvis tverrsnitt gjennom et apparat for fjerning av sur gass fra naturgass ved hjelp av et kjemisk absorpsjonsmiddel ifølge oppfinnelsen, Figur 2 viser et tverrsnitt gjennom et apparat ifølge en første alternativ

utførelsesform for oppfinnelsen,

Figur 3 viser et skjematisk diagram over strømmen av absorpsjonsmiddel

og naturgass gjennom apparatet ifølge fig. 1 og fig. 2,

Figur 4 viser et tverrsnitt gjennom et apparat ifølge en annen alternativ

utførelsesform for oppfinnelsen,

Figur 5 viser et skjematisk diagram over strømmen av absorpsjonsmiddel

og naturgass gjennom apparatet ifølge fig. 4, og

Figur 6 viser en konvensjonell fremgangsmåte ifølge den kjente teknikken

hvor en absorpsjonskolonne benyttes.

UTFØRELSESFORMER FOR OPPFINNELSEN

Figur 1 viser et skjematisk, delvis tverrsnitt gjennom et apparat for fjerning av sur gass fra naturgass ved hjelp av et kjemisk absorpsjonsmiddel ifølge oppfinnelsen. Apparatet på figur 1 omfatter en beholder 101 i form av et sylindrisk ytre statorskall inneholdende en første og andre ringformet absorpsjonspakning 102a, 102b som kan rotere rundt en lengdeakse X i beholderen 101, hvilke absorpsjonspakninger har en forhåndsbestemt aksial forlengelse med en indre radius r og en ytre radius R (se fig. 3). Apparatet omfatter videre et innløp for absorpsjonsmiddel 103, anbrakt for å tilføre magert absorpsjonsmiddel til absorpsjonspakningen, og utløp for absorpsjonsmiddel 104a, 104b, anbrakt for å fjerne rikt absorpsjonsmiddel på beholderen radialt utenfor den ytre perimeteren 111 av absorpsjonspakningene i nedre seksjon av beholderen 101. Magert absorpsjonsmiddel tilføres til beholderen 101 fra en kanal (ikke angitt) koblet til et roterende ledd 105 festet til en innløpsaksel 106 i form av en hul mellomaksel om fattende et midtre rør for transport av magert absorpsjonsmiddel gjennom inn-løpsakselen 106 til en rekke radiale kanaler 107a, 107b for transport av magert absorpsjonsmiddel til en rekke langsgående fordelingsslanger 108a, 108b, hvilke fordelingsslanger ved den indre perimeteren 112 av absorpsjonspakningene 102a, 102b er utstyrt med dyser (ikke angitt) for jevn fordeling av magert absorpsjonsmiddel tangentielt og aksialt i den indre perimeteren av absorpsjonspakningene. Apparatet omfatter også naturgassinnløp 109a, 109b for trykksatt naturgass, anbrakt radialt utenfor en ytre perimeter av absorpsjonspakningen, og naturgassutløp 110, anbrakt på beholderen radialt utenfor den ytre perimeteren av absorpsjonspakningen. I dette eksempelet er naturgassutløpene 110 anbrakt aksialt atskilt fra naturgassinnløpene 109a, 109b og justert etter en radialt åpen seksjon 113 som skiller absorpsjonspakningene 102a, 102b. Arrangementet på figur 1 har fire naturgassutløp 110 i et radialt plan gjennom beholderen, hvilke utløp er plassert i lik avstand rundt beholderens periferi. Den radialt åpne seksjonen 113 er skilt fra naturgassinnløpene 109a, 109b og absorpsjonspakningenes motsatte endeflater 102a, 102b av første og andre radiale vegger 114a, 114b. Hver radial vegg 114a, 114b går fra den indre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen til en gasstett labyrinttetning 115a, 115b ved den indre veggen i beholderen. En tredje radial vegg 114c befinner seg mellom de første og andre radiale veggene 114a, 114b og går fra innløpsakselen 106 til den ytre perimeteren av absorpsjonspakningene 102a, 102b. Den tredje radiale veggen 114c er stilt til rådighet for å overføre strømmen av søt naturgass fra den indre perimeteren av absorpsjonspakningene mot naturgassutløpene 110.

Absorpsjonspakningenes motsatte endeflater 102a, 102b er tettet med et par rotorendeplater 116a, 116b for å danne et absorpsjonspakningssystem eller rotorsystem. Rotorendeplatene 116a, 116b er i hvert tilfelle støttet i beholderen av en rotoraksel i et bærelager i hver ende av beholderen. Rotorsystemet holdes sammen ved hjelp av flere aksiale strekkstenger 117 (én er angitt) som strekker seg gjennom alle de radiale veggene i systemet utenfor den ytre perimeteren av hver absorpsjonspakning og er boltet til rotorendeplatene og de radiale veggene 114a, 114b ved den åpne seksjonen 113. Beholderen 101 omfatter et sylindrisk ytre statorskall med et par endekupler, hvor hver kuppel er utstyrt med en gasstett tetning 118a, 118b rundt den respektive rotorakselen. Hele absorbersystemet mellom disse rotorakslene roteres som en enhet av et drivmoment T anvendt på en drevet rotoraksel 119 på motsatt side av beholderen i forhold til innløpet for absorpsjonsmiddel 103. Absorpsjonspakningssystemet omfatter to absorpsjonspakninger som er symmetriske på hver side av et midtre plan i rette vinkler på absorpsjonspakningens rotasjonsakse. Det midtre planet er i dette tilfellet tatt gjennom en posisjon halvveis mellom de motsatte endene av to absorpsjonspakninger plassert i hver sin ende eller med en aksial separasjon langs en felles rotasjonsakse.

For utførelsesformen beskrevet på figur 1 er et eksempel på en egnet størrelse for absorpsjonsarrangementet et par absorpsjonspakninger som i hvert tilfelle har en indre diameter på 1 m, en ytre diameter på 2,5 m og en lengde på 2,2 m. Ved hjelp av et egnet metallskum med et areal på 2500 m2/m3 gir disse dimen-sjonene et areal på 139 m2 og et volum på 18 m3 metallskum. Fire naturgass-innløp med en diameter på 200-250 mm vil gi en gasshastighet på opp til 20 m/s. Et innløp for magert absorpsjonsmiddel med en diameter på 169 mm ved mellomrotorakselen vil gi en absorberhastighet på 10 m/s. For å rotere systemet ved 450 o/min og oppnå 400 G på absorpsjonsmiddelet i absorpsjonspakningen kreves 1250 kW for transport bare av det magre absorpsjonsmiddelet. Strømforbruket for gassen vil være lavere siden impuls utveksles fra det magre absorpsjonsmiddelet.

Figur 2 viser et tverrsnitt gjennom et apparat ifølge en første alternativ utførel-sesform for oppfinnelsen på figur 1. Apparatet på figur 2 skiller seg fra det på figur 1 ved at det omfatter en absorber utstyrt med et middel for gjenvinning av energi fra gasstrømmen gjennom apparatet. Gjenvinningsmiddelet er plassert i den åpne seksjonen 113 mellom absorpsjonspakningene 102a, 102b, som angitt på figur 1, og omfatter en radial utløpsvifte 201 med krumme radiale skovler, som angitt på figur 2. På figur 2 er den radialt åpne seksjonen 113 skilt fra na-turgassinnløpene (ikke angitt) og absorpsjonspakningenes motsatte endeflater 102a, 102b av første og andre radiale vegger 114a, 114b. En tredje radial vegg 114c befinner seg mellom de første og andre radiale veggene 114a, 114b og går fra innløpsakselen 106 til den ytre perimeteren av absorpsjonspakningene 102a, 102b. Den tredje radiale veggen 114c er stilt til rådighet for å overføre strøm-men av søt naturgass fra den indre perimeteren 212 av absorpsjonspakningene mot naturgassutløpene (ikke angitt).

Den radiale utløpsviften 201 omfatter et første og et andre sett av radiale skovler 202a, 202b, hvor det første settet av radiale skovler 202a er festet mellom den første radiale veggen 114a og den tredje radiale veggen 114c. Det andre settet av radiale skovler 202b er likeledes festet mellom den andre radiale veggen 114b og den tredje radiale veggen 114c.

De radiale skovlene har en rekke funksjoner, slik som å fungere som en mekanisk, momentoverførende kobling mellom de to absorpsjonsseksjonene, bistå i transport av søt gass fra midten til periferien og samtidig gjenvinne litt av impulsen som rotasjonskraft og bistå i å separere dråper av rikt absorpsjonsmiddel fra den søte naturgassen. Sistnevnte funksjon krever at dråpefangere integreres i konstruksjonen, som beskrevet for utførelsesformen ifølge figur 1 ovenfor. Energigjenvinningen oppnås ved overføring av søt naturgass gjennom de radiale skovlene 202a, 202b i den radialt åpne seksjonen 113, hvorved noe av impulsen fra den trykksatte søte naturgassen som strømmer mot utløpet, overføres til skovlene på utløpsviften 201. Den gjenvunne impulsen forårsaker et drivmoment anvendt på rotorakselen og bistår i å rotere absorbersystemet. Figur 3 viser en skjematisk illustrasjon av strøm ni ngsmønstrene for fluider i det roterte absorbersystemet i det symmetriske radiale/aksiale rotasjonsplanet for apparatene angitt på figur 1 og 2. Kjemisk absorpsjonsmiddel tilføres fra et inn-løp ai gjennom en midtre rotoraksel og fordeles i den indre perimeteren a2av absorpsjonspakningen. Det magre absorpsjonsmiddelet fordeles og transporteres a3til den ytre perimeteren a4av de høye sentrifugalkreftene (høy G) i det roterende absorbersystemet. Det rike absorpsjonsmiddelet fjernes deretter via et utløp a5for bearbeiding og gjenbruk. Den sure gassen tilføres fra innløp Ai i den ytre perimeteren av absorpsjonspakningen og tvinges mot midten av systemet i motsatt retning A2, hvilket gir mulighet for effektiv tverrstrøm for masseoverfø-ring av C02til det magre absorpsjonsmiddelet. Den søte gassen føres langs den indre perimeteren A3og deretter utover A4gjennom en åpen seksjon fra den aksiale midten av systemet. Den åpne seksjonen kan ha skovler for gjenvinning av kinetisk energi fra gassen samt dråpefangere for å fjerne dråper av absorpsjonsmiddel som medrives i gassen. Den søte gassen fjernes til slutt fra systemet gjennom et utløp A5. Figur 4 viser et tverrsnitt gjennom et apparat ifølge en annen alternativ utførel-sesform for oppfinnelsen. Apparatet på figur 4 skiller seg fra det på figur 2 ved at det omfatter en absorber utstyrt med middel for gjenvinning av energi fra gasstrømmen gjennom apparatet plassert i en første og en andre åpen seksjon 413a, 413b i hver ende av en absorpsjonspakning 400. Hver åpen seksjon 413a, 413b omfatter en radial utløpsvifte 401a, 401b med krumme radiale skovler, lik arrangementet angitt på figur 2. På figur 4 er de radialt åpne seksjonene 413a, 413b skilt fra naturgassinnløpene (ikke angitt) og absorpsjonspakningens motsatte endeflater 400 av de første og andre radiale vegger 414a, 414b. En tredje radial vegg 414c er plassert i en posisjon i lik avstand fra den første og andre radiale veggen 414a, 414b og går fra innløpsakselen 406 til den indre perimeteren 412 av absorpsjonspakningen 400. Den tredje radiale veggen 414c er stilt til rådighet for å føre strømmen av søt naturgass fra den indre perimeteren av absorpsjonspakningen mot naturgassutløpene 410a, 410b. Dette arrangementet sikrer også at strømmen av naturgass fordeles slik at hver radial utløpsvifte 401a, 401b mottar omtrent samme gasstrøm.

De radiale utløpsviftene 401a, 401b omfatter et første og et andre sett av radiale skovler 402a, 402b, hvor det første settet av radiale skovler 402a er festet mellom den første radiale veggen 414a og en første rotorende plate 416a. Det andre settet av radiale skovler 402b er likeledes festet mellom den andre radiale veggen 414b og en andre rotorende plate 416b, for å danne et absorpsjonspakningssystem eller rotorsystem. Rotorsystemet holdes sammen ved hjelp av flere aksiale strekkstenger 417 (skjematisk angitt på fig. 4) som strekker seg gjennom alle de radiale veggene i systemet utenfor den ytre perimeteren 411 av absorpsjonspakningen og boltet til rotorendeplatene. Absorpsjonspakningssystemet omfatter en enkelt absorpsjonspakning som er symmetrisk på hver side av et midtre plan i rette vinkler på absorpsjonspakningens rotasjonsakse. Det midtre planet er i dette tilfellet tatt gjennom en posisjon i midtpunktet av den enkle absorpsjonspakningen langs rotasjonsaksen.

Som angitt ovenfor har de radiale skovlene en rekke funksjoner, slik som å fungere som en mekanisk, momentoverførende kobling mellom de to absorpsjonsseksjonene, bistå i transport av søt gass fra midten til periferien og samtidig gjenvinne litt av impulsen som rotasjonskraft og bistå i å separere dråper av rikt absorpsjonsmiddel fra den søte naturgassen. Sistnevnte funksjon krever at dråpefangere integreres i konstruksjonen, som beskrevet for utførelsesformen ifølge figur 1 ovenfor. I utførelsesformen på figur 4 går de radiale veggene 414a, 414b fra den indre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen til en gasstett labyrinttetning 415a, 415b på den indre veggen i beholderen 401. Energigjenvinningen oppnås ved overføring av søt naturgass gjennom de radiale skovlene 402a, 402b i den radialt åpne seksjonen 413a, 413b, hvorved noe av impulsen fra den trykksatte søte naturgassen som strømmer mot utløpet, over-føres til skovlene på utløpsviftene 401a, 401b. Den gjenvunne impulsen forårsaker et drivmoment anvendt på rotorakselen 119 og bistår i å rotere absorbersystemet.

Figur 5 viser en skjematisk illustrasjon av strøm ni ngsmønstrene for fluider i det roterte absorbersystemet i det symmetriske radiale/aksiale rotasjonsplanet for apparatet angitt på figur 4. Kjemisk absorpsjonsmiddel tilføres fra et innløp ai gjennom en midtre rotoraksel og fordeles i den indre perimeteren a2av absorpsjonspakningen. Det magre absorpsjonsmiddelet fordeles og transporteres a3til den ytre perimeteren a4av de høye sentrifugalkreftene (høy G) i det roterende absorbersystemet. Det rike absorpsjonsmiddelet fjernes deretter via et utløp a5for bearbeiding og gjenbruk. Den sure gassen tilføres fra innløp Ai i den ytre perimeteren av absorpsjonspakningen og tvinges mot midten av systemet i motsatt retning A2/hvilket gir mulighet for effektiv tverrstrøm for masseoverføring av C02til det magre absorpsjonsmiddelet. Den søte gassen føres langs den indre perimeteren A'3og deretter utover A'4fra den aksiale midten av systemet gjennom åpne seksjoner i hver ende av systemet. De åpne seksjonene kan ha skovler for gjenvinning av kinetisk energi fra gassen samt dråpefangere for å fjerne dråper av absorpsjonsmiddel som medrives i gassen. Den søte gassen fjernes til slutt fra systemet gjennom utløp A'5i hver ende av systemet.

De roterende absorbersystemene beskrevet ovenfor er vesentlig mindre og mer kompakte sammenlignet med tradisjonelle absorbere som angitt på figur 6. Den foreliggende oppfinnelse sparer plass og vekt, hvilket kan være avgjørende i installasjoner til havs. Siden absorberen roteres, forbedres væskefordelingen for kontakten mellom gass og væske. Siden absorberen roterer absorpsjonsløsning-en, vil ikke absorpsjonsløsningens viskositet være en slik begrensende faktor sammenlignet med konvensjonelle løsninger anvendt i konvensjonelle kolonner, og absorpsjonsløsninger med høyere konsentrasjon kan således anvendes. I denne sammenheng anses 60-100 %, fortrinnsvis 70-90 %, som en høy konsentrasjon av absorpsjonsmiddel. Absorpsjonsløsningene med høyere konsentrasjon vil føre til en vesentlig reduksjon i sirkulasjonshastighetene. Absorpsjons-løsningene med høyere konsentrasjon vil også redusere pumpeytelsene samt varme- og kjølebehovene i den overordnede prosessen. Regeneratorens, eller avdriverens, størrelse kan derfor også reduseres. Ett eksempel på et kjemisk løsemiddel/absorpsjonsmiddel for å fjerne C02/H2S fra naturgass er aminer, men oppfinnelsen er ikke begrenset til aminer. Andre egnede absorpsjonsmidler kan anvendes med samme resultat.

Claims

1. Fremgangsmåte for fjerning av sur gass fra naturgass ved hjelp av et kjemisk absorpsjonsmiddel,karakterisert ved: - tilførsel av trykksatt naturgass inneholdende sur gass til en ytre perimeter (111;411) med minst én ringformet absorpsjonspakning (102a, 102b; 400), hvor naturgassen tvinges mot den indre perimeteren av den ringformede absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400), - tilførsel av et kjemisk absorpsjonsmiddel til en indre perimeter (112; 212; 412) av den ringformede absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400), - rotasjon av den ringformede absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400) rundt lengdeaksen, idet det kjemiske absorpsjonsmiddelet utsettes for en tilstrekkelig sentrifugalkraft til å tvinge absorpsjonsmiddelet mot den ytre perimeteren (111;411) av den ringformede absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400) i motsatt retning av naturgassen, hvor det forekommer en tverrstrøm for mas-seoverføring av sur gass (C02/H2S) fra naturgassen til absorpsjonsmiddelet for å danne søt naturgass, og - overføring av søt naturgass fra den indre perimeteren (112; 212; 412) av den ringformede absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400) mot et utløp ved den ytre perimeteren (111;411) av nevnte absorpsjonspakning gjennom en radialt åpen seksjon (113; 413a, 413b) i den ringformede absorpsjonspakningen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedoverføring av søt naturgass gjennom en radialt åpen seksjon (113) mellom to ringformede absorpsjonspakninger (102a, 102b).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedoverføring av søt naturgass gjennom radialt åpne seksjoner (413a, 413b) i hver ende av minst den ene ringformede absorpsjonspakningen (400).

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 1-3, karakterisert vedfjerning av dråper av absorbsjonsmiddel fra den søte naturgassen ved hjelp av dråpefangere i den ytre perimeteren (111;411) av den ringformede absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400) ved nevnte åpne seksjon (113; 413a, 413b).

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 1-4, karakterisert vedgjenvinning av kinetisk energi fra den svovelfri naturgassen ved hjelp av radiale skovler (202a, 202b; 402a, 402b) i nevnte åpne seksjon (113; 413a, 413b).

6. Apparat for fjerning av svovelfri gass fra naturgass ved hjelp av et kjemisk absorpsjonsmiddel,karakterisert vedat det omfatter - en beholder (101; 401) inneholdende minst én ringformet absorpsjonspakning (102a, 102b; 400) som kan roteres rundt sin lengdeakse (X) i beholderen (101; 401), hvilken absorpsjonspakning (102a, 102b; 400) haren forhåndsbestemt aksial forlengelse med en indre radius og en ytre radius, - et innløp for absorpsjonsmiddel (103), anbrakt radialt innenfor en indre perimeter (112; 212; 412) av absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400), - et utløp for absorpsjonsmiddel (104a, 104b), anbrakt radialt utenfor en ytre perimeter (111;411) av absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400), - et naturgassinnløp (109a, 109b) for trykksatt naturgass, anbrakt radialt utenfor en ytre perimeter (111;411) av absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400), og - et naturgassutløp (110), anbrakt radialt utenfor en ytre perimeter (111;411) av absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400), hvor det forekommer en tverrstrøm av absorpsjonsmiddel og naturgass når absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400) roteres rundt sin lengdeakse (8), hvor rotasjonen av den ringformede absorpsjonspakningen er slik at det kjemiske absorpsjonsmiddelet utsettes for en tilstrekkelig sentrifugalkraft til å tvinge absorpsjonsmiddelet mot den ytre perimeteren (111;411) av den ringformede absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400), i motsatt retning av den trykksatte na turgassen, for å danne en tverrstrøm for masseoverføring av sur gass fra naturgassen til absorpsjonsmiddelet og danne svovelfri naturgass, og hvor den ringformede absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400) omfatteren radialt åpen seksjon (113; 413a, 413b) fra den indre perimeteren (112; 212; 412) til den ytre perimeteren (111;411) av den ringformede absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400), hvor den åpne seksjonen (113; 413a, 413b) er slik at den overfører svovelfri naturgass fra den indre perimeteren (112; 212; 412) mot et utløp i den ytre perimeteren (111;411) av nevnte absorpsjonspakning.

7. Apparat ifølge krav 6,karakterisert vedat en radialt åpen seksjon (113) er anbrakt mellom to tilstøtende ringformede absorpsjonspakninger (102a, 102b).

8. Apparat ifølge krav 6,karakterisert vedat en radialt åpen seksjon (413a, 413b) er anbrakt i hver ende av minst den ene ringformede absorpsjonspakningen (400).

9. Apparat ifølge et hvilket som helst av krav 6-8,karakterisert vedat dråpefangere er anbrakt i den ytre perimeteren (111;411) av den ringformede absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400) ved nevnte åpne seksjon (113; 413a, 413b), hvor dråper av absorpsjonsmiddel gjenvinnes fra den søte naturgassen.

10. Apparat ifølge et hvilket som helst av krav 6-9,karakterisert vedat radiale skovler (202a, 202b; 402a, 402b) er anbrakt i nevnte åpne seksjon (113; 413a, 413b), hvor kinetisk energi gjenvinnes fra den søte naturgassen.

11. Apparat ifølge et hvilket som helst av krav 6-10,karakterisert vedat minst den ene absorpsjonspakningen (102a, 102b; 400) er symmetrisk på hver side av et midtre plan i rette vinkler på nevnte absorpsjonspaknings rotasjonsakse.