專利名稱：從烴氣流中去除重質(zhì)烴和酸性氣體的系統(tǒng)和方法
從烴氣流中去除重質(zhì)烴和酸性氣體的系統(tǒng)和方法交叉引用本申請要求2009年7月30日提交的名稱為從烴氣流中去除酸性氣體同時去除重質(zhì)烴的低溫系統(tǒng)(CRYOGENIC SYSTEM FOR REMOVING ACID GASES FROM A HYDROCARBON GAS STREAM, WITH REMOVAL OF HEAVY HYDROCARBONS)的美國臨時專利申請 61/2 , 994 和 2010 年6月22日提交的名稱為從烴氣流中去除重質(zhì)烴和酸性氣體的系統(tǒng)和方法(SYSTEMS AND METHODS FOR REMOVING HEAVY HYDR0CARB ONS AND ACID GASES FROM A HYDROCARBON GAS STREAM)的美國臨時專利申請61/357，358的權(quán)益。兩項申請的全部內(nèi)容在此通過引用并入用于所有目的。背景此章節(jié)意欲介紹本領(lǐng)域的各個方面，其可能與本公開的示例性實施方式有關(guān)。相信本討論有助于為促進本公開的具體方面的更好理解提供框架。因此，應(yīng)當理解應(yīng)該以這個角度閱讀本章節(jié)，并且不必承認是現(xiàn)有技術(shù)。領(lǐng)域本發(fā)明涉及流體分離領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及從輕質(zhì)烴流體流中分離重質(zhì)烴和酸性氣體。技術(shù)討論從儲層中采收烴時常與它一起攜帶有非烴氣體的附帶產(chǎn)物。這種氣體包括如硫化氫(H2S)和二氧化碳(CO2)的污染物。當H2S和CO2作為烴氣流(如甲烷或乙烷)的部分產(chǎn)生時，該氣流有時被稱作為“酸氣”。酸氣通常被處理以去除C02、H2S和其它污染物，然后將它送往下游以進一步加工或出售。酸性氣體的去除產(chǎn)生“脫硫”烴氣流。脫硫流可用作環(huán)境可接收燃料、作為化學品或氣-液轉(zhuǎn)化設(shè)備的原料，或作為可被液化為液化天然氣或LNG的氣體。氣體分離過程產(chǎn)生了關(guān)于處置分離的污染物的問題。在某些情況下，濃的酸性氣體(主要由H2S和CO2組成)被送到硫回收單元(“SRU”)。SRU轉(zhuǎn)化H2S為良性的元素硫。 但是，在一些地區(qū)(如里海區(qū)域)，因為有限的市場，額外的元素硫生產(chǎn)是不合需要的。因此，成百萬噸的硫已經(jīng)存放在世界一些地區(qū)的大的地上區(qū)域中，最為顯著的是加拿大和哈薩克斯坦。當硫被貯存在陸地上，與酸性氣體有關(guān)的二氧化碳氣體常常地被排至大氣中。 但是，實行排放(X)2有時是不期望的。減小(X)2排放的一項建議是被稱為酸性氣體注入 (“AGI”)的方法。AGI意指不需要的酸氣在壓力下被重新注入至地下地層(subterranean formation)并且被隔絕以備可能以后的應(yīng)用?？蛇x地，二氧化碳用于形成人工儲層壓力，用于提高采收率法采油操作。為了促進AGI，期望具有這樣的氣體處理設(shè)備，其從烴氣中有效分離出酸性氣體成分。但是，對于“高酸性”流，即含有大于大約15%或20% CO2和/或H2S的生產(chǎn)流，設(shè)計、 構(gòu)造和操作能夠經(jīng)濟地從所需烴中分離污染物的設(shè)備可能是極具挑戰(zhàn)的。許多天然氣儲層含有相對低的烴百分含量(例如少于40% )和高的酸性氣體百分含量，主要是二氧化碳，但也有硫化氫、硫化羰、二硫化碳和各種硫醇。在這些情況下，可有利地采用低溫氣體處理。低溫氣體處理是有時用于氣體分離的蒸餾方法。低溫氣體分離在中度壓力(例如 350-550磅每平方英寸表壓(psig))下產(chǎn)生冷卻塔頂氣流。另外，液化酸性氣體作為“塔底” 產(chǎn)物產(chǎn)生。因為液化酸性氣體具有相對高的密度，靜水壓頭有利地用于AGI井，以協(xié)助注入過程。這意味著泵送液化酸性氣體至地層所需的能量比壓縮低壓酸性氣體至儲層壓力所需的能量低。需要較少級的壓縮機和泵。關(guān)于酸氣低溫蒸餾也存在挑戰(zhàn)。當在待處理氣體中總壓少于大約700psig下CO2 存在的濃度大于大約5mol. %時，它將在標準的低溫蒸餾設(shè)備中凍結(jié)為固體。作為固體的 CO2的形成中斷了低溫蒸餾過程。為了克服這個問題，本受讓人先前已經(jīng)設(shè)計了各種“控制凍結(jié)區(qū) ”(CFZ )方法。CFZ 方法利用二氧化碳形成固體顆粒的傾向，通過使冷凍的CO2顆粒在蒸餾塔的開口部分內(nèi)形成，并且然后在融化塔盤中捕獲該顆粒。結(jié)果，在塔頂端產(chǎn)生干凈的甲烷流(連同在原料氣體中存在的任意氮氣或氦氣)，同時在塔底產(chǎn)生冷卻液體CO2/ H2S流。在高于大約700psig的壓力下，可進行“整體分餾(bulk fractionation)”蒸餾，而不必擔心(X)2凍結(jié)；但是，塔頂產(chǎn)生的甲烷將在其中具有至少幾個百分比的C02。在美國專禾Ij 4，533，372、美國專利4，923，493、美國專利5，062，270、美國專利 5，120，338和美國專利6，053，007中描述了 CFZ 方法和相關(guān)設(shè)備的某些方面。如在以上美國專利中一般性描述的，用于低溫氣體處理的蒸餾塔或柱包括下部的蒸餾區(qū)和中間的控制凍結(jié)區(qū)。優(yōu)選地，也包括上部的蒸餾區(qū)。通過提供在那個壓力下溫度范圍在二氧化碳凝固點以下、但在甲烷沸騰溫度以上的一部分柱，柱運轉(zhuǎn)以形成固體CO2顆粒。更優(yōu)選地，在使甲烷和其它輕質(zhì)烴氣蒸發(fā)，同時引起CO2形成凍結(jié)(固體)顆粒的溫度和壓力下操作該控制凍結(jié)區(qū)。當氣體原料流沿柱上升時，凍結(jié)(X)2顆粒擺脫原料流并依靠重力從控制凍結(jié)區(qū)降落至融化塔盤。在那里，顆粒液化。然后富二氧化碳的液流從融化塔盤流下至柱底部的下部蒸餾區(qū)。維持下部蒸餾區(qū)在基本無二氧化碳固體形成但溶解的甲烷可沸騰的溫度和壓力下。在一方面，在30° F至40° F形成塔底酸性氣體流?？刂苾鼋Y(jié)區(qū)域包括冷卻的液體噴淋。這是稱為“回流”的富甲烷液流。隨著輕質(zhì)烴氣和夾帶酸氣的蒸氣流向上移動通過柱，蒸氣流遇到液體噴淋。冷卻的液體噴淋幫助分出固體ω2顆粒同時使甲烷氣體蒸發(fā)并在柱內(nèi)向上流動。在上部蒸餾區(qū)，捕獲甲烷(或塔頂氣體)并管送離開以銷售或可用作燃料。在一方面，在大約-130° F釋放塔頂甲烷流。塔頂氣體可通過另外的冷卻被部分液化，并且液體作為回流返回至柱。液體回流作為冷卻噴淋注入至控制凍結(jié)區(qū)的噴淋段，一般在流動通過柱的精餾段的塔盤或填料之后。在上部蒸餾區(qū)產(chǎn)生的甲烷滿足管道運送的大部分標準。例如，如果產(chǎn)生充足的回流，甲烷能滿足少于2mol. %的管道(X)2標準及4ppm的H2S標準。但是，如果原始原料氣流含有任何重質(zhì)烴(即丙烷、丁烷和更重的烴)，這些將在冷卻蒸餾柱的二氧化碳和硫化氫的液體塔底流中到達終點。如果可在冷卻蒸餾柱的上游或下游有效地從包含的流體中分離出重質(zhì)烴，重質(zhì)烴可具有回收價值。例如，可能期望從原料氣流中去除重質(zhì)烴組分，然后使它進入冷卻蒸餾柱。這使 “更貧的”氣流被進料至柱。需要從原料天然氣流中降低重質(zhì)烴含量，然后使它進行低溫蒸餾以去除酸氣的系統(tǒng)。也需要回收潛在有價值的乙烷、丙烷、丁烷和其它重質(zhì)烴而不將重質(zhì)烴與CFZ塔的塔底流中的酸性氣體混合的低溫氣體分離系統(tǒng)和伴隨工藝。另外地或可選地，也需要從濃的酸性氣體中——如在CFZ塔塔底流中的——分離重質(zhì)烴的方法。本文公開的技術(shù)包括從流中分離重質(zhì)烴的各種系統(tǒng)和方法，在氣體處理系統(tǒng)和方法中實施這種技術(shù)以允許重質(zhì)烴回收并商業(yè)化的方式去除重質(zhì)烴。發(fā)明概述提供了從酸性氣體流中去除酸性氣體的系統(tǒng)。在一個實施方式中，該系統(tǒng)包括酸性氣體去除系統(tǒng)。酸性氣體去除系統(tǒng)接收酸性氣體流并分離酸性氣體流為主要含有甲烷的塔頂氣流和主要含有二氧化碳的塔底酸性氣體流。原料氣流包括至少5mol. %的重質(zhì)烴組分。該系統(tǒng)也包括重質(zhì)烴去除系統(tǒng)。重質(zhì)烴去除系統(tǒng)可放置在酸性氣體去除系統(tǒng)的上游。重質(zhì)烴去除系統(tǒng)接收原料氣流并通常分離原料氣流為重質(zhì)烴流體流和酸氣(具有甲烷)流。另外地或可選地，可將重質(zhì)烴去除系統(tǒng)放置在酸性氣體去除系統(tǒng)的下游。無論如何，回收重質(zhì)烴用于商業(yè)化或在一個或多個工藝中利用。優(yōu)選地，酸性氣體去除系統(tǒng)是低溫系統(tǒng)。酸性氣體去除系統(tǒng)包括接收酸氣流的低溫蒸餾塔和進入蒸餾塔前冷卻酸氣流的制冷系統(tǒng)。優(yōu)選地，低溫酸性氣體去除系統(tǒng)是“CFZ” 系統(tǒng)，其中蒸餾塔具有下部的蒸餾區(qū)和中間的控制凍結(jié)區(qū)。中間的控制凍結(jié)區(qū)或“噴淋段” 接收主要含有甲烷的冷卻液體噴淋。冷卻噴淋是從蒸餾塔下游的塔頂餾出物循環(huán)產(chǎn)生的液體回流。在低溫蒸餾塔下游提供制冷設(shè)備以冷卻塔頂甲烷流并返回一部分塔頂甲烷流至低溫蒸餾塔作為冷卻液體回流，其然后變?yōu)橐后w。應(yīng)當理解，可采用除低溫蒸餾系統(tǒng)之外的其它酸性氣體去除系統(tǒng)。例如，酸性氣體去除系統(tǒng)可以是物理溶劑方法，其同樣傾向于除去重質(zhì)烴連同酸性氣體組分?？衫酶鞣N類型的重質(zhì)烴去除系統(tǒng)。這些包括采用物理溶劑從輕質(zhì)氣體中分離重質(zhì)烴的系統(tǒng)。這些也可包括采用膜接觸器的系統(tǒng)或采用萃取蒸餾方法的系統(tǒng)。在任一情況中，化學溶劑不用于去除重質(zhì)烴。在一方面，重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括至少一個固體吸附床。當放置在酸性氣體去除系統(tǒng)上游時，該至少一個固體吸附床吸附至少一些重質(zhì)烴組分并且基本上使輕質(zhì)烴組分通過以在酸性氣體去除系統(tǒng)中處理。固體吸附床可以，例如，(i)由沸石材料制造，或(ii)包括至少一種分子篩。固體吸附床可附帶吸附至少一些二氧化碳和/或硫化氫。在這一情況下， 優(yōu)選地，重質(zhì)烴去除系統(tǒng)也包括污染物清除系統(tǒng)。至少一個固體吸附床可以是吸附動力學分離床?？蛇x地，至少一個固體吸附床可包括至少三個吸附床，其中(i)至少三個吸附床中的第一個用于吸附重質(zhì)烴組分；(ii)至少三個吸附床中的第二個進行再生；以及(iii)至少三個吸附床的第三個保持備用以代替至少三個吸附床中的第一個。再生可以是變溫吸附過程的一部分、變壓吸附過程的一部分或其組合。另外地或可選地，重質(zhì)烴去除系統(tǒng)可包括透平式驟冷器或旋風裝置，用于分離原料氣流為重質(zhì)烴流體流和輕質(zhì)氣體流。在透平式驟冷器的情況中，重質(zhì)烴去除系統(tǒng)也可包括重力沉降分離器，用于分離原料氣流為重質(zhì)烴流體流和輕質(zhì)氣體流。在旋風裝置的情況中，重質(zhì)烴去除系統(tǒng)也可包括污染物去除系統(tǒng)，用于接收重質(zhì)烴流體流并且然后分離重質(zhì)烴流體流為烴組分和二氧化碳。
仍然另外地或可選地，本文所述的從酸氣流中去除酸性氣體的系統(tǒng)可包括適合在酸性氣體去除系統(tǒng)下游去除重質(zhì)烴的系統(tǒng)。再一次該系統(tǒng)設(shè)計來處理含有至少5mol. %重質(zhì)烴組分的原料氣流。在不使用化學溶劑的情況下，從氣流中去除重質(zhì)烴。在一個實施方式中，系統(tǒng)包括酸性氣體去除系統(tǒng)。酸性氣體去除系統(tǒng)接收酸氣流并且分離酸氣流為主要含有甲烷的塔頂氣流和主要含有二氧化碳和重質(zhì)烴的塔底酸性氣體流。優(yōu)選地，酸性氣體去除系統(tǒng)是低溫酸性氣體去除系統(tǒng)。低溫酸性氣體去除系統(tǒng)包括接收酸氣流的蒸餾塔和在進入蒸餾塔之前冷卻酸氣流的制冷系統(tǒng)。更優(yōu)選地，低溫酸性氣體去除系統(tǒng)是“CFZ”系統(tǒng)，其中蒸餾塔具有下部的蒸餾區(qū)和中間的控制凍結(jié)區(qū)。中間的控制凍結(jié)區(qū)或“噴淋段”接收主要含有甲烷的冷卻液體噴淋。冷卻噴淋是從蒸餾塔下游的塔頂餾出物循環(huán)產(chǎn)生的液體回流。在低溫蒸餾塔下游提供制冷設(shè)備以冷卻塔頂甲烷流并且返回一部分塔頂甲烷流至低溫蒸餾塔作為液體回流。系統(tǒng)也包括重質(zhì)烴去除系統(tǒng)。如所述的，在這種情況中的重質(zhì)烴去除系統(tǒng)放置在酸性氣體去除系統(tǒng)下游。重質(zhì)烴去除系統(tǒng)接收塔底酸性氣體流并且通常分離塔底酸性氣體流為重質(zhì)烴流體流和酸性氣體。可利用各種類型的重質(zhì)烴去除系統(tǒng)，如關(guān)于酸性氣體去除系統(tǒng)上游的重質(zhì)烴去除系統(tǒng)上述的那些。在一方面，重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括至少一個固體吸附床。該至少一個固體吸附床從塔底酸性氣體流中吸附至少一些重質(zhì)烴組分并且基本上使酸性氣體組分通過。固體吸附床可以，例如，(i)由沸石材料制造，或(ii)包括至少一種分子篩。固體吸附床可附帶吸附至少一些二氧化碳。在這一情況下，優(yōu)選地，重質(zhì)烴去除系統(tǒng)也包括分離器如重力沉降分離器。例如，重力沉降分離器從氣態(tài)(X)2中分離液態(tài)重質(zhì)烴組分。在另一方面，重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括萃取蒸餾系統(tǒng)，用于接收塔底酸性氣體流并且分離塔底酸性氣體流為主要含有二氧化碳和可能含有硫化氫的第一流體流和主要含有重質(zhì)烴組分的第二流體流。附圖簡述為了更好理解本發(fā)明的方式，某些圖、表、和/或流程圖被附于此。但是，應(yīng)當注意圖僅闡述了本發(fā)明選擇的實施方式并且因此不能被認為是范圍的限制，因為本發(fā)明可允許其它等價的有效實施方式和應(yīng)用。

圖1是在一個實施方式中例證性CFZ蒸餾塔的側(cè)視圖。冷卻原料氣流被注入至塔的中間控制凍結(jié)區(qū)。圖2A是在一個實施方式中融化塔盤的俯視圖。融化塔盤存在在塔內(nèi)控制凍結(jié)區(qū)下方。圖2B是圖2A融化塔盤沿線2B-2B截取的剖視圖。圖2C是圖2A融化塔盤沿線2C-2C截取的剖視圖。圖3是在一個實施方式中蒸餾塔的下部蒸餾區(qū)中的汽提塔盤的放大側(cè)視圖。圖4A是在一個實施方式中可用于蒸餾塔下部蒸餾段或上部蒸餾區(qū)的噴射塔盤的透視圖。圖4B是圖4A噴射塔盤中開孔之一的側(cè)視圖。圖5是圖1蒸餾塔的中間控制凍結(jié)區(qū)的側(cè)視圖。在這個視圖中，兩個例證性的開孔擋板已加入至中間控制凍結(jié)區(qū)。圖6A是顯示從氣流中去除酸性氣體的氣體處理設(shè)備的示意圖。在這個布置中，通過物理溶劑系統(tǒng)在酸性氣體去除系統(tǒng)上游從氣流中去除重質(zhì)烴。圖6B提供了圖6A的物理溶劑系統(tǒng)更加詳細的示意圖。操作物理溶劑系統(tǒng)接觸脫水氣流以去除重質(zhì)烴。圖7是顯示從氣流中去除酸性氣體的氣體處理設(shè)備的示意圖。在這個布置中，通過膜接觸器在酸性氣體去除系統(tǒng)上游從氣流中去除重質(zhì)烴。圖8是氣體處理設(shè)備的示意圖。在這個布置中，通過利用吸附動力學分離的吸附床在酸性氣體去除系統(tǒng)上游從氣流中去除重質(zhì)烴。圖9是氣體處理設(shè)備的示意圖。在這個布置中，通過萃取蒸餾系統(tǒng)在酸性氣體去除系統(tǒng)上游從氣流中去除重質(zhì)烴。圖10是氣體處理設(shè)備的示意圖。在這個布置中，通過透平式驟冷器在酸性氣體去除系統(tǒng)上游從氣流中去除重質(zhì)烴。圖11是氣體處理設(shè)備的示意圖。在這個布置中，通過旋風裝置在酸性氣體去除系統(tǒng)上游從氣流中去除重質(zhì)烴。圖12是氣體處理設(shè)備的示意圖。在這個布置中，通過變溫吸附系統(tǒng)在酸性氣體去除系統(tǒng)上游從氣流中去除重質(zhì)烴。圖13是氣體處理設(shè)備的示意圖。在這個布置中，通過變壓吸附系統(tǒng)在酸性氣體去除系統(tǒng)上游從氣流中去除重質(zhì)烴。圖14是氣體處理設(shè)備的示意圖。在這個布置中，在酸性氣體去除系統(tǒng)上游從氣流中去除重質(zhì)烴。從酸性氣體去除系統(tǒng)下游的塔底酸性氣體流中去除其它重質(zhì)烴。圖15是氣體處理設(shè)備的示意圖。在這個布置中，通過吸附動力學分離方法從酸性氣體去除系統(tǒng)下游的氣流中去除重質(zhì)烴。某些實施方式的詳述定義如本文使用，術(shù)語“烴”指主要包括——如果不是排它地——元素氫和碳的有機化合物。烴通常分為兩類脂肪族或直鏈烴和環(huán)狀的或閉環(huán)烴，包括環(huán)萜。含烴物質(zhì)的實例包括天然氣、油、煤和可用作燃料或提高品質(zhì)為燃料的浙青的任意形式。如本文使用，術(shù)語“烴流體”指氣體或液體的烴或烴的混合物。例如，烴流體可包括在形成條件下、在處理條件下或在環(huán)境條件下(15°C和1個大氣壓)氣體或液體的烴或烴的混合物。烴流體可包括例如油、天然氣、煤床甲烷、頁巖油、熱解油、裂解氣、煤的熱解產(chǎn)物和氣態(tài)或液態(tài)的其它烴。術(shù)語“傳質(zhì)裝置”指接收待接觸的流體并且如通過重力流動傳遞這些流體至其它物體上的任何物體。一個非限制性實例是汽提出某些組分的塔盤。柵格填料是另一實例。如本文使用，術(shù)語“流體”指氣體、液體、液體和氣體的組合，也指氣體和固體的組合以及液體和固體的組合。如本文使用，術(shù)語“冷凝烴”指在大約15°C和一個絕對大氣壓下冷凝的那些烴。冷凝烴可包括例如具有大于4的碳原子數(shù)的烴的混合物。如本文使用，術(shù)語“重質(zhì)烴”指具有多于一個碳原子的烴。主要的實例包括乙烷、丙烷和丁烷。其它實例包括戊烷、芳族化合物和金剛烴(diamondoids)。如本文使用，術(shù)語“閉環(huán)制冷系統(tǒng)”指其中外部工作流體如丙烷或乙烯用作冷卻劑以冷卻塔頂甲烷流的任意制冷系統(tǒng)。這與其中一部分塔頂甲烷流自身用作為工作流體的 “開環(huán)制冷系統(tǒng)”形成對比。如本文使用，術(shù)語“地下”指地球表面以下存在的地質(zhì)層。如本文使用，術(shù)語“化學溶劑”意指通過其中轉(zhuǎn)移電荷的化學反應(yīng)優(yōu)先吸收原料氣流內(nèi)選擇組分的化學品。非限制實例包括可優(yōu)先結(jié)合至或(X)2的胺和碳酸鉀。
具體實施方式
描述圖1呈現(xiàn)了在一個實施方式中可與本發(fā)明有關(guān)使用的低溫蒸餾塔100的示意性視圖。低溫蒸餾塔100在本文中可互換地稱為“低溫蒸餾塔”、“柱”、“CFZ柱”或“分離塔”。圖1的低溫蒸餾塔100接收最初的流體流10。流體流10主要由采出氣體 (production gas)組成。一般地，流體流表示來自井口或井口集(未顯示)的干燥氣流，并含有大約65%至大約95%的甲烷。但是，流體流10可包含更低百分比的甲烷，如大約30% 至65%，或低至20%至40%。甲烷可與其它烴氣的痕量成分如乙烷一起出現(xiàn)。另外，可出現(xiàn)痕量氦氣和氮氣。在本申請中，流體流10也將包括某些污染物。這些包括如(X)2和的酸性氣體。最初的流體流10可處于大約600磅每平方英寸(psi)的采出后壓力下。在一些情況下，最初流體流10的壓力可達到大約750psi或甚至1，OOOpsi。一般地流體流10進入蒸餾塔100之前被冷卻。為最初流體流10提供了如管殼式交換器的熱交換器150。制冷裝置(未顯示)提供冷卻流體(如液體丙烷)至熱交換器150 以使最初流體流10的溫度降至大約-30° F至-40° F。然后可使冷卻的流體流移動通過膨脹裝置152。膨脹裝置152可以是例如焦耳-湯普森(“J-T”)閥。膨脹裝置152起驟冷器的作用以獲得流體流10的附加冷卻。優(yōu)選地，也可引起流體流10的部分液化。焦耳-湯普森(或“J-T”)閥優(yōu)選地用于易于形成固體的氣體原料流。優(yōu)選地，膨脹裝置152臨近低溫蒸餾塔100安裝以最小化在進料管內(nèi)的熱量損失并且如果一些組分(如CO2或苯)降至它們的凝固點以下，最小化固體堵塞的機會。作為J-T閥的一種替換，膨脹裝置152可以是透平式驟冷器。透平式驟冷器提供更大的冷卻并為過程形成軸功的來源，如上述制冷裝置。熱交換器150是制冷裝置的一部分。以此方式，操作者可最小化蒸餾過程的總體能量需求。但是，透平式驟冷器處理凍結(jié)顆?？赡懿蝗鏙-τ閥好。在任一情況中，熱交換器150和驟冷裝置152將在最初流體流10中的原料氣體轉(zhuǎn)變?yōu)槔鋮s流體流12。優(yōu)選地，冷卻流體流12的溫度大約為-40° F至-70° F。在一方面， 在大約550psi的壓力下操作低溫蒸餾塔100，并且冷卻流體流12是在大約-62° F。在這些條件下，冷卻流體流12基本上是液相的，雖然不可避免地可能夾帶一些蒸氣相在冷卻流體流12中。最有可能，CO2的存在沒有引起固體形成。CFZ 低溫蒸餾塔100分為三個主要部分。這些是下部的蒸餾區(qū)或“汽提段” 106、 中間的控制凍結(jié)區(qū)或“噴淋段” 108和上部的蒸餾區(qū)或“精餾段” 110。在圖1的塔布置中， 引入冷卻流體流12至蒸餾塔100的控制凍結(jié)區(qū)108內(nèi)。但是，可選地，可引入冷卻流體流 12至下部蒸餾區(qū)106的頂端附近。
應(yīng)當注意在圖1的布置中下部蒸餾區(qū)106、中間噴淋段108、上部蒸餾區(qū)110和相關(guān)組件安置在單個容器100內(nèi)。但是，對于其中需要考慮塔100的高度和運動考慮因素的近海應(yīng)用，或?qū)τ谄渲羞\輸限制是個問題的遙遠位置，任選地可將塔110分成兩個獨立的壓力容器(未顯示)。例如，下部蒸餾區(qū)106和控制凍結(jié)區(qū)108可放置在一個容器內(nèi)，而上部蒸餾區(qū)108在另一個容器內(nèi)。然后使用外部的管將兩個容器互相連接。在任一實施方式中，下部蒸餾區(qū)106的溫度比冷卻流體流12的進料溫度高。設(shè)計下部蒸餾區(qū)106的溫度，使其在柱100的操作壓力下適當在冷卻流體流12中甲烷的沸點以上。以此方式，優(yōu)先地從較重烴和液體酸性氣體成分中提取甲烷。當然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解蒸餾塔100內(nèi)的液體是混合物，意指液體將在純甲烷和純0)2之間的一些中間溫度“沸騰”。進一步地，如果在混合物中存在更重的烴(如乙烷或丙烷)，這將增加混合物的沸騰溫度。這些因素成為蒸餾塔100內(nèi)操作溫度的設(shè)計考慮事項。在下部蒸餾區(qū)106中，CO2和任何其它液相流體依靠重力降落至低溫蒸餾塔100的底部。同時，甲烷和其它蒸氣相流體逸出并向塔100的頂端上升。該分離主要通過氣相和液相之間的密度差異完成。但是，該分離過程任選地通過蒸餾塔100內(nèi)的內(nèi)部組件協(xié)助。如下描述，這些包括融化塔盤130、多個有利配置的傳質(zhì)裝置1 和任選的加熱線25。側(cè)面再沸器(未顯示)可同樣加入至下部蒸餾區(qū)106以便于去除甲烷，以及預冷卻原料氣進料流。再參看圖1，可引入冷卻流體流12至柱100的下部蒸餾區(qū)106的頂部附近?？蛇x地，可能期望引入原料流12至融化塔盤130上方的控制凍結(jié)區(qū)108。冷卻流體流12的注入點是一個主要由最初流體流10的組成決定的設(shè)計問題。在冷卻流體流12的溫度足夠高(如大于-70° F)以致不預期有固體的情況，可優(yōu)選地通過柱100內(nèi)兩相閃蒸箱型裝置(或蒸氣分配器)1 直接將冷卻流體流12注入至下部蒸餾區(qū)106。閃蒸箱IM的使用用來至少部分地分離冷卻流體流12內(nèi)兩相的蒸氣-液體混合物?？蓪㈤W蒸箱1 開槽以使兩相流體沖擊閃蒸箱124內(nèi)的擋板。如果由于低的入口溫度預期會有固體，冷卻流體流12在供給如上述的柱100之前可需要在容器173內(nèi)部分分離。如若這樣，可在兩相分離器173內(nèi)分離冷卻流體流12以最小化固體堵塞入口管線和柱100的內(nèi)部組件的可能。氣體蒸氣通過容器入口管線11離開兩相分離器173，在入口管線11，通過入口分配器121進入柱100。然后氣體向上行進通過柱100。液/固漿料13從兩相分離器173放出。通過蒸氣分配器IM將液/固漿料引至柱 100并至融化塔盤130?？赏ㄟ^重力或通過泵175將液/固漿料供給至柱100。在任一布置中，也就是說有或沒有兩相分離器173，冷卻流體流12(或11)進入柱 100。液體組分離開閃蒸箱IM并向下行進至下部蒸餾區(qū)106內(nèi)的汽提塔盤1 集合。汽提塔盤1 包括一系列堰板1 和降液管129。連同圖3在下面更充分地描述這些。汽提塔盤1 與下部蒸餾區(qū)106內(nèi)較熱的溫度結(jié)合引起甲烷從溶液中逸出。所得蒸氣攜帶著甲烷和已煮出的任何夾帶的二氧化碳分子。蒸氣通過融化塔盤130的氣升管或升氣管(chimneys) 131 (參見圖2B)進一步向上繼續(xù)運行并且到達冷凍區(qū)108。升氣管131起蒸氣分配器的作用以在整個冷凍區(qū)108均勻分布。然后蒸氣將接觸來自噴淋集管120的冷卻液以“凍結(jié)出” C02。換句話說，CO2將凍結(jié)并且然后沉淀或“下雪”返回至融化塔盤130。然后固體(X)2融化并依靠重力以液體形式從融化塔盤130流下并通過其下方的下部蒸餾區(qū)106。
11
如下面將更全面地討論，噴淋段108是低溫蒸餾塔100的中間凍結(jié)區(qū)。以可替換的構(gòu)造——其中冷卻流體流12在進入塔100之前在容器173內(nèi)分離，引入分離的液/固漿料13的一部分至塔100，正好在融化塔盤130上方。因此，酸性氣體和較重烴組分的液-固混合物將從分配器121流動，固體和液體下落到融化塔盤130上。配置融化塔盤130以依靠重力接收來自中間控制凍結(jié)區(qū)108的液體和固體物質(zhì)， 主要為C0jPH2S。融化塔盤130起溫熱液體和固體物質(zhì)的作用并引導它們向下以液體形式通過下部蒸餾區(qū)106以進一步純化。融化塔盤130以一灘液體聚集和溫熱來自控制凍結(jié)區(qū) 108的固-液混合物。設(shè)計融化塔盤130以釋放蒸氣流返回至控制凍結(jié)區(qū)108，提供適合的傳熱以融化固體CO2，和促進液體/漿料排至融化塔盤130下方的柱100下部蒸餾或下部蒸餾區(qū)106。圖2A提供了在一種實施方式中融化塔盤130的俯視圖。圖2B提供了融化塔盤130 沿圖2A中線B-B截取的剖視圖。圖2C顯示了融化塔盤130沿線C-C截取的剖視圖。將共同參看這三個圖描述融化塔盤130。首先，融化塔盤130包括基底134。基底134可大體上是平面體。但是，在圖2A、 2B和2C顯示的優(yōu)選實施方式中，基底134采用大體上為非-平面的外形。非平面的構(gòu)造為接觸從控制凍結(jié)區(qū)108著陸在融化塔盤130上的液體和固體提供了增加的表面積。這用于增加從柱100下部蒸餾區(qū)106向上傳輸?shù)恼魵庵烈后w和融化固體的傳熱。在一方面，基底134是波紋狀的。在另一方面，基底134大體上是正弦曲線狀的。塔盤設(shè)計的這個方面在圖2B中顯示。應(yīng)當理解，可選地可采用其它非平面的幾何形狀以增加融化塔盤130的傳熱面積。優(yōu)選地，融化塔盤基底134是傾斜的。在圖2C的側(cè)視圖中顯示了這種傾斜。盡管大多數(shù)固體應(yīng)該融化，但該傾斜用于確保液體混合物中任何未融化固體從融化塔盤130排除并至其下方的蒸餾區(qū)106。在圖2C的視圖中，可見池或管道138在融化塔盤130的中央。融化塔盤基底134 朝向管道138向內(nèi)傾斜以運送固-液混合物?；?34可以以任何方式傾斜以促進依靠重力的液體排除。如美國專利4，533，372中所述，融化塔盤被稱為“升氣管塔盤(chimney tray) ”。 這是由于存在單個排氣升氣管。升氣管提供了開口，蒸氣通過該開口可向上移動通過升氣管塔盤。但是，單個升氣管的存在意味著，通過升氣管塔盤向上移動的所有氣體不得不通過單一開口排出。另一方面，在圖2A、2B和2C的融化塔盤130中，提供了多個升氣管131。多個升氣管131的使用提供了改善的蒸氣分布。這有利于在中間控制凍結(jié)區(qū)108中更好的傳熱/傳質(zhì)。升氣管131可以是任何外形。例如，升氣管131可以是圓形、矩形或使蒸氣通過融化塔盤130的任何其它形狀。升氣管131也可以是狹窄的并向上延伸至控制凍結(jié)區(qū)108中。 這使得當蒸氣上升至CFZ控制凍結(jié)區(qū)108時能夠?qū)崿F(xiàn)有益的壓降以均勻地分布蒸氣。優(yōu)選地，升氣管131位于波紋狀基底134的最高點上以提供額外的傳熱面積。優(yōu)選地，升氣管131的頂端開口以帽或蓋132封住。這最小化了從控制凍結(jié)區(qū)108 落下的固體能夠避免落入融化塔盤130的機會。在圖2A、2B和2C中，在每一個升氣管131 上可見蓋132。
也可設(shè)計融化塔盤130具有泡罩。泡罩形成了從融化塔盤130下方升起的在基底 134上的突出壓痕。泡罩進一步增加了融化塔盤130上的表面積以對富(X)2液體提供額外的傳熱。以這個設(shè)計，應(yīng)該提供合適的液體排出，如增加的傾斜角度，以確保引導液體至下方的汽提塔盤126。再次參看圖1，也可設(shè)計融化塔盤130具有外部液體傳輸系統(tǒng)。該傳輸系統(tǒng)用來確保所有液體基本上無固體并且提供充足的傳熱。傳輸系統(tǒng)首先包括排除噴嘴136。在一個實施方式中，排除噴嘴136位于排除池或管道138內(nèi)(圖2C中顯示)。將在管道138內(nèi)聚集的液體送至輸送管線135?？赏ㄟ^控制閥137和液面控制器“LC”(參見圖1)控制通過輸送管線135的流動。通過輸送管線135返回流體至下部蒸餾區(qū)106。如果液面太高，控制閥137打開；如果液面太低，控制閥137關(guān)閉。如果操作者在下部蒸餾區(qū)106選擇不采用傳輸系統(tǒng)，那么關(guān)閉控制閥137并立即引導流體至傳質(zhì)裝置或融化塔盤130下方的“汽提塔盤” 126以通過溢出降液管139汽提。無論是否利用外部傳輸系統(tǒng)，在融化塔盤130上溫熱固體(X)2并轉(zhuǎn)變?yōu)楦?X)2的液體。通過來自下部蒸餾區(qū)106的蒸氣從下方加熱融化塔盤130。補充熱可通過各種方式如加熱線25任選地加入至融化塔盤130上或僅僅在融化塔盤基底134上。加熱線25利用已從底部再沸器160獲得的熱能促進固體融化。富(X)2的液體在液面控制下從融化塔盤130排出并依靠重力引入至下部蒸餾區(qū) 106。如所述，在融化塔盤130下方的下部蒸餾區(qū)106中提供多個汽提塔盤126。優(yōu)選地，汽提塔盤1 基本上是平行關(guān)系，一個在另一個上邊。可選地，可以以與堰板非常微小的傾斜放置每一個汽提塔盤126以在塔盤上維持液面。流體依靠重力沿著每一個塔盤流動、流過堰板并且然后通過降液管流下至下一個塔盤。汽提塔盤1 可以成各種布置。汽提塔盤1 可以以大體上水平關(guān)系布置以形成往復的、瀑布式液體流動。但是，優(yōu)選地布置汽提塔盤126以形成由基本沿同樣水平面的單獨汽提塔盤分開的瀑布式液體流動。這在圖3的布置中顯示，其中液體流動至少被分開一次以使液體流動穿過單獨塔盤并落入兩個相對的降液管129中。圖3提供了在一個實施方式中汽提塔盤1 布置的側(cè)視圖。每一個汽提塔盤126 接收和聚集來自上方的流體。優(yōu)選地，每個汽提塔盤1 具有堰板128，其起到壩的作用以使每個汽提塔盤126上的小灘流體聚集。該積累可以是1/2至1英寸，雖然可采用任何高度。當流體從一個塔盤126落至下一個較低的塔盤126時通過堰板1 形成了瀑布效應(yīng)。 在一方面，不提供汽提塔盤126的傾斜，但是通過較高堰板1 的構(gòu)造引起了瀑布效應(yīng)。流體與輕質(zhì)烴中富集的上升蒸氣接觸，以在塔盤126的該“接觸區(qū)”從交叉流動的液體中提取出甲烷。堰板1 用來動力學地密封降液管129以幫助防止蒸氣繞過降液管129，并進一步促進烴氣的逸出。隨著液體向下移動通過下部蒸餾區(qū)106，液體中甲烷的百分比逐漸變小。蒸餾的程度取決于下部蒸餾區(qū)106中塔盤126的數(shù)量。在下部蒸餾區(qū)106的上部，液體中甲烷含量可高至25mol. %，而在底部汽提塔盤，甲烷含量低至0. 04mol. %。甲烷量沿著汽提塔盤 126(或其它傳質(zhì)裝置)快速閃蒸出。用于下部蒸餾區(qū)106的傳質(zhì)裝置的數(shù)量是基于原料氣流10的組成、塔內(nèi)壓力和塔底流沈的甲烷標準的設(shè)計選擇問題。但是，例如，一般僅需要利用一些水平的汽提塔盤1 去除在液化酸性氣體中的甲烷至或更小的所需水平。
可采用促進甲烷逸出的各種單獨的汽提塔盤1 構(gòu)造。汽提塔盤1 可簡單地表示具有篩孔或泡罩的面板。但是，為了進一步對流體提供傳熱和防止由于固體引起的不期望阻塞，可在融化塔盤下方采用所謂的“噴射塔盤”。代替塔盤，也可采用無規(guī)則填料或規(guī)整填料。圖4A提供了在一個實施方式中的例證性噴射塔盤426的俯視圖。圖4B提供了噴射塔盤426的噴射舌片422的剖視圖。如顯示的，每一個噴射塔盤似6具有主體424，在主體424內(nèi)形成多個噴射舌片422。每一個噴射舌片422包括遮蓋開孔425的傾斜的舌片構(gòu)件428。這樣，噴射塔盤似6具有多個小開孔425。在操作中，可將一個或多個噴射塔盤似6置于塔100的下部蒸餾區(qū)106和/或上部蒸餾區(qū)110中?？梢匀鐖D3中汽提塔盤126的樣式，多個通道布置塔盤426。但是，可利用促進甲烷氣體逸出的任何塔盤或填料布置。流體階式流下在每一個噴射塔盤似6上。然后流體沿著主體似4流動。最佳地，使舌片422取向為快速且有效地移動流體穿過塔盤426。 任選地，可提供相鄰的降液管(未顯示)以移動液體至后一個塔盤426。開孔425也允許在下部蒸餾區(qū)106的流體移動過程中釋放的氣體蒸氣更有效地向上行進至融化塔盤130并通過升氣管131。在一方面，可由耐污染材料制造塔盤(如塔盤1 或426)，即阻止固體累積的材料。在一些處理設(shè)備中利用耐污染材料防止腐蝕性金屬顆粒、聚合物、鹽、水合物、催化劑粉末或其它化學固體化合物的累積。在低溫蒸餾塔100的情況下，在塔盤1 或426中可使用耐污染材料以限制CO2顆粒的粘附。例如，可將Teflon 涂料應(yīng)用到塔盤1 或426的表面上?？蛇x地，可提供結(jié)構(gòu)設(shè)計以確保CO2不以固體形式沿著柱100的內(nèi)徑開始累積。在這方面，噴射舌片422可取向為沿著柱100的壁推動液體，因此阻止沿著柱100的壁的固體積聚并確保良好的蒸氣-液體接觸。在任意的塔盤布置中，當流下的液體碰撞到汽提塔盤1 時，發(fā)生物料分離。甲烷氣從溶液中逸出并以蒸氣形式向上移動。但是，CO2通常是足夠冷的并在足夠高的濃度下以致它大部分以它的液體形式存在并向下行進至下部蒸餾區(qū)106的底部，雖然在該過程中將不可避免地蒸發(fā)一些C02。然后液體從低溫蒸餾塔100移出，在排出管線中作為塔底流體流 22。排出蒸餾塔100后，塔底流體流22進入再沸器160。在圖1中，再沸器160是釜式容器，其提供再沸的蒸氣至汽提塔盤底部。再沸蒸氣管線參見27。另外，可通過加熱線25 輸送再沸蒸氣以為融化塔盤130提供補充熱。通過閥165和溫度控制器TC控制補充熱?？蛇x地，可將熱交換器如熱虹吸式熱交換器(未顯示)用于冷卻最初流體流10以節(jié)約能量。 在這方面，進入再沸器160的液體保持在相對低的溫度下，例如大約30° F至40° F。通過與最初流體流10結(jié)合的熱量，操作者可溫熱并部分煮沸來自蒸餾塔100的冷卻塔底流體流22，同時預冷卻采出流體流10。對于這種情況，通過線25提供補充熱的流體是從再沸器 160返回的混合相?？紤]在一些條件下，融化塔盤130可在無加熱線25時操作。在這些情況中，可設(shè)計融化塔盤130具有內(nèi)部的加熱部件如電熱器。但是，優(yōu)選地，提供利用在塔底流體流22 中獲得的熱能的加熱系統(tǒng)。加熱線25中的溫熱流體在一方面以30° F至40° F存在，因此它們含有相當?shù)臒崮?。因此，在圖1中，顯示在加熱線25中的溫熱蒸氣流通過在融化塔盤130上的加熱旋管(未顯示)被引導至融化塔盤130?？蛇x地，溫熱蒸氣流可連接至傳輸管線1；35。在操作中，通過管線27在柱的底部引入大部分再沸蒸氣流至底部液面上并在最后汽提塔盤126上或其下方。隨著再沸蒸氣向上經(jīng)過每一個塔盤沈，從液體汽提出殘留的甲烷。該蒸氣隨著它沿塔向上移動而冷卻。當來自管線27的蒸氣流到達波紋狀融化塔盤 130時，溫度可降至大約-20° F至0° F。但是，這與可能為大約-50° F至-70° F的融化塔盤130上的融化固體相比仍然相當熱。當它與融化塔盤130接觸時，該蒸氣仍然具有足夠的熱焓以融化固體C02?；仡^參看再沸器160，可選地，以液體形式排出再沸器160的塔底流M內(nèi)的流體可經(jīng)過膨脹閥162。膨脹閥162降低了塔底液體產(chǎn)物的壓力，有效地提供了制冷作用。因此， 提供了冷卻塔底流26。排出再沸器160的富(X)2液體可向井下泵送通過一個或多個AGI井 (示意性地參見圖1中250)。在一些情況下，可作為提高采收率法采油過程的部分，泵送液體CO2至部分采收的儲油層中。因此，CO2可以是易混合的注入物。作為一種可選方案，(X)2 可用作提高采收率法采油的易混合的溢流劑(flood agent) 0再次參看塔100的下部蒸餾區(qū)106，氣體向上移動通過下部蒸餾區(qū)106、通過融化塔盤130的升氣管131，并到達控制凍結(jié)區(qū)108。控制凍結(jié)區(qū)108限定了具有多個噴淋噴嘴 122的敞開的室。當蒸氣向上移動通過控制凍結(jié)區(qū)108時，蒸氣的溫度變得更加低。蒸氣與來自噴淋噴嘴122的液體甲烷(“回流”)接觸。該液體甲烷已通過包括熱交換器170的外部制冷裝置冷卻，比向上移動的蒸氣更加冷。在一種布置中，液體甲烷以大約為-120° F 至-130° F的溫度從噴淋噴嘴122出來。但是，隨著液體甲烷蒸發(fā)，它從它的環(huán)境中吸收熱，因此降低了向上移動蒸氣的溫度。由于它的低密度(相對于液體甲烷)和在蒸餾塔100 內(nèi)的壓力梯度，汽化的甲烷也向上流動。隨著甲烷蒸氣沿低溫蒸餾塔100進一步向上移動，它們離開中間控制凍結(jié)區(qū)108 并進入上部蒸餾區(qū)110。蒸氣與從最初冷卻流體流12逸出的其他輕質(zhì)氣體一起繼續(xù)向上移動。結(jié)合的烴蒸氣從低溫蒸餾塔100的塔頂移動出來，成為塔頂甲烷流14。在塔頂甲烷流14中的烴氣移動至外部制冷裝置170中。在一方面，制冷裝置170 使用乙烯制冷劑或能夠使塔頂甲烷流14冷卻至大約-135° F至-145° F的其它制冷劑。 這用來至少部分液化塔頂甲烷流14。然后冷卻的甲烷流14移動至回流冷凝器或分離室 172。分離室172用于從液體——有時稱為“液體回流” 18——分離氣體16。氣體16代表來自原始原料氣流10的輕質(zhì)烴氣，主要是甲烷。也可能存在氮氣和氦氣。當然，甲烷氣體16與任何痕量乙烷是最終尋求捕獲和商業(yè)售出的“產(chǎn)品”。塔頂甲烷流14的該非液化部分也可用作裝置內(nèi)(on-site)燃料。離開制冷裝置170的一部分塔頂甲烷流14是冷凝的。這部分是在分離室172中被分離并被返回至塔100的液體回流18?？墒褂帽?9以移動液體回流18返回至塔100。 可選地，在塔100上方安裝分離室172以提供液體回流18的重力進料。液體回流18將包括從上部蒸餾區(qū)110逸出的任何二氧化碳。但是，大部分液體回流18是甲烷，一般為95% 或更多，以及氮氣(如果在最初流體流10中存在)和痕量硫化氫(同樣如果在最初流體流10中存在)。在一種冷卻布置中，塔頂甲烷流14通過開環(huán)制冷系統(tǒng)獲取，如連同圖6A所顯示和所述的制冷系統(tǒng)。在圖6A的這種布置中，塔頂甲烷流112通過交叉-換熱器113獲取以冷卻用作液體回流18的返回部分塔頂甲烷流。其后，將塔頂甲烷流112加壓至大約1，OOOpsi 至l，400psi，并且然后利用環(huán)境空氣和可能外部丙烷制冷劑冷卻。然后引導加壓并冷卻的氣流通過驟冷器以進一步冷卻?？墒褂猛钙绞襟E冷器回收甚至更多的液體以及一些軸功。 名稱為“分離含有至少一種可冷凍組分的多組分氣流的方法(Process For Separating a Multi-Component Gas Stream Containing at Least One Freezable Component)，，的美國專利6，053，007描述了塔頂甲烷流的冷卻，在此通過引用全文并入。此處應(yīng)當理解本發(fā)明不受塔頂甲烷流14的冷卻方法限制。也應(yīng)當理解在制冷裝置170和最初制冷裝置150之間的冷卻程度是可改變的。在一些情況下，可能期望在較高溫度下操作制冷裝置150，不過在制冷裝置170中冷卻塔頂甲烷流14是更有力的。此外，本發(fā)明不限于這些設(shè)計選擇類型。再次回到圖1，液體回流18返回至上部蒸餾區(qū)110。然后依靠重力攜帶液體回流 18通過上部蒸餾區(qū)110的一個或多個傳質(zhì)裝置116。在一個實施方式中，傳質(zhì)裝置116是提供階式串聯(lián)的堰板118和降液管119的精餾塔盤，與上述塔盤1 類似。當來自液體回流流18的流體向下移動通過精餾塔盤116時，額外的甲烷從上部蒸餾區(qū)110蒸發(fā)出來。甲烷氣再加入至塔頂甲烷流14成為氣體產(chǎn)物流16的部分。但是，液體回流18的殘留液相落入收集塔盤140上。這樣，液體回流流18不可避免地獲得小百分比的烴和從控制凍結(jié)區(qū)108向上移動的酸性氣體。在收集塔盤140收集甲烷和二氧化碳的液體混合物。優(yōu)選地，收集塔盤140限定大體上為平面的主體，以收集液體。但是，與融化塔盤 130 一樣，收集塔盤140也有一個、和優(yōu)選地多個升氣管以排出從控制凍結(jié)區(qū)108上來的氣體?？刹捎萌鐖D2B和2C中由組件131和132所呈現(xiàn)的升氣管和蓋布置。在圖5的放大視圖中顯示了收集塔盤140的升氣管141和蓋142，在下文中進一步討論。此處應(yīng)當注意在上部蒸餾區(qū)110中，任何存在的在處理溫度下相對于在氣體中優(yōu)先傾向溶解在液體中。在這方面，具有比較低的相對揮發(fā)度。通過以更多液體接觸殘留蒸氣，低溫蒸餾塔100使得吐5濃度下降至期望的百萬分之幾(ppm)的極限內(nèi)，如10或甚至4ppm的規(guī)格。當流體移動通過上部蒸餾區(qū)110的傳質(zhì)裝置116時，H2S接觸液體甲烷并離開蒸氣相且成為液流20的一部分。從那里，H2S以液體形式向下移動通過下部蒸餾區(qū) 106并最終作為液化酸性氣體塔底流22的部分離開低溫蒸餾塔100。在低溫蒸餾塔100中，在收集塔盤140捕獲的液體作為液流20從上部蒸餾區(qū)110 排出。液流20主要包含甲烷。在一方面，液流20由大約93mol. %的甲烷、3%的C02、0. 5% 的H2S和3.5%的N2組成。此時，液流20是大約-125° F至-130° F。這僅比液體回流流 18稍熱。引導液流20至回流液儲器174。回流液儲器174的用途是為泵176提供涌浪能力。從回流液儲器174排出后，形成噴淋流21。在泵176中加壓噴淋流21以再次引入至低溫蒸餾塔100。在這一情況下，泵送噴淋流21至中間控制凍結(jié)區(qū)108并通過噴嘴122排出ο噴淋流21的一些部分，尤其是甲烷，在排出噴嘴122后汽化和蒸發(fā)。從那里，甲烷上升通過控制凍結(jié)區(qū)108、通過收集塔盤140中的升氣管和通過上部蒸餾區(qū)110的傳質(zhì)裝置 116。甲烷作為塔頂甲烷流14離開蒸餾塔100并最終成為氣流16中的一部分商業(yè)產(chǎn)品。來自噴嘴122的噴淋流21也引起二氧化碳從氣相凝華。在這方面，最初溶解在液體甲烷中的CO2可即刻進入氣相并與甲烷一起向上移動。但是，由于控制凍結(jié)區(qū)108內(nèi)的低溫，任何氣態(tài)的二氧化碳迅速成核和集結(jié)成為固相并開始“下雪”。這個現(xiàn)象稱為凝華作用。這樣，一些CO2決不會再進入液相直至它接觸融化塔盤130。該二氧化碳“下雪”至融化塔盤130上并融化成液相。從那里，富(X)2液體與來自如上所述的冷卻原料氣體流12的液體(X)2 —起瀑布式沿下部蒸餾區(qū)106的傳質(zhì)裝置或塔盤流下。在那時，來自噴嘴122的噴淋流21的任何殘留甲烷應(yīng)該迅速逸出成為蒸氣。這些蒸氣在低溫蒸餾塔100中向上移動并再進入上部蒸餾區(qū)110。期望使冷卻液體與盡可能多的沿塔100向上移動的氣體接觸。如果蒸氣繞開源于噴嘴122的噴淋流21，較高水平的CO2可到達塔100的上部蒸餾區(qū)110。為了改善控制凍結(jié)區(qū)108中氣/液接觸效率，可采用具有設(shè)計構(gòu)造的多個噴嘴122。因此，不采用以回流流體流21的一個或多個液面的單一噴淋源，可選地可采用設(shè)計有多個噴淋噴嘴122的噴淋集管120。因此，噴淋噴嘴122的構(gòu)造對在控制凍結(jié)區(qū)108內(nèi)發(fā)生的傳熱和傳質(zhì)有影響。本文的受讓人在具有國際申請日2007年11月20日的共同未決WO專利公開出版物2008/091316中已先提出了各種噴嘴布置。該申請及其圖6A和6B在此通過引用并入以教導噴嘴構(gòu)造。噴嘴尋求確保在控制凍結(jié)區(qū)108內(nèi)360°覆蓋并提供良好的蒸氣/液體接觸和傳熱/傳質(zhì)。這又更有效地冷卻向上移動通過低溫蒸餾塔100的任何氣態(tài)二氧化碳。用于完全覆蓋的多個集管120和相應(yīng)的搭接噴嘴122裝置的使用也最小化了逆向混合。在這方面，完全覆蓋防止細的、低質(zhì)量的(X)2顆粒沿著蒸餾塔100反向移動并再進入上部蒸餾區(qū)110。然后這些顆粒將與甲烷再混合并再進入塔頂甲烷流14，僅是再次循環(huán)?？梢钥闯?，循環(huán)蒸氣通過低溫蒸餾塔100的過程最終產(chǎn)生由商業(yè)甲烷產(chǎn)物16組成的烴產(chǎn)物。氣體產(chǎn)物16被輸送至管道以出售。如果產(chǎn)生充足的回流，優(yōu)選地氣體產(chǎn)物流16 滿足1至4mol. %的管道0)2標準以及4ppm的H2S標準。同時，酸性氣體通過排出流體流 22去除。如果氮氣存在的量例如大于3mol. %，可采用單獨的脫氮方法。管道標準通常要求小于3mol. %的總惰性氣體組分。去除過多氮氣的一個選擇是使用固體吸附床(未顯示)。 床中的固體吸附劑可以是形成具有特定孔大小的分子篩的沸石材料。分子篩沿著塔頂甲烷流放置以去除塔頂流中的氮氣。優(yōu)選地，這在冷卻前進行。一旦該分子篩充分吸附氮氣，它可使用變壓吸附或變溫吸附再生。例如，當脫附的氮氣在柱內(nèi)結(jié)束返回，并且因此沒有從系統(tǒng)清除時，通常分子篩不能使用原始進料氣的水吸附再生。雖然關(guān)于圖1所述的以上系統(tǒng)對于產(chǎn)生基本上無酸性氣體的管道氣體產(chǎn)物16是有益的，但是該系統(tǒng)具有損失較重烴至冷卻塔底流26的可能。在這方面，較重烴如乙烷和丙烷可能存在于最初的流體流10中。蒸餾塔100將在塔頂流14中釋放較輕組分如甲烷、 氦氣、氮氣以及可能一些乙烷，但是大部分乙烷和其它較重烴與二氧化碳一起被液化，并且因此“損失”在塔底流沈中。當然，這些較重烴具有作為商業(yè)產(chǎn)品的價值。因此，本文提出捕獲與最初的流體流10 —起產(chǎn)生的重質(zhì)烴的系統(tǒng)和方法。
C2和C3+烴的大多數(shù)市場供給從天然氣提取。這種組分通常被稱為天然氣液 (NGL)。在一個普通的方法中，在最初的流體流10進入蒸餾塔100之前捕獲較重烴。這樣， “更貧的”氣體被進料至蒸餾塔100。用于在上游去除重質(zhì)烴的一個方法采用物理溶劑的使用。某些物理溶劑對重質(zhì)烴具有親和性并且能夠用于從甲烷中分離重質(zhì)烴。適合的物理溶劑的實例包括N-甲基吡咯烷酮、碳酸亞丙酯、氰基乙酸甲酯和冷卻的甲醇。物理溶劑的優(yōu)選實例是環(huán)丁砜，其化學名稱為四氫噻吩砜。環(huán)丁砜是含有磺酰官能團的有機硫化合物?；酋；鶊F是硫原子雙鍵鍵合至兩個氧原子。硫-氧雙鍵是高度極性的，允許其在水中的高溶解度。同時，四-碳環(huán)提供對烴的親和性。這些性質(zhì)使環(huán)丁砜在水和烴中都是易混合的，使其廣泛用作純化烴混合物的溶劑。另一適合的物理溶劑是％16101 。Selexol 是Dow Chemical公司的氣體處理產(chǎn)品的商品名稱。Selexol 是聚乙二醇的二甲醚的混合物。一個這種成分的實例是二甲氧基四甘醇(dimethoxy tetraethylene glycol)。Selexol 也可被用作純化烴混合物的溶劑。圖6A是顯示在一個實施方式中從氣流中去除酸性氣體的氣體處理設(shè)備600的示意圖。該氣體處理設(shè)備在酸性氣體去除系統(tǒng)上游采用物理溶劑方法。整個酸性氣體去除系統(tǒng)一般以650表示，同時物理溶劑方法以框605表示。酸性氣體去除系統(tǒng)650包括在框100 的分離容器?？?00 —般指圖1的控制凍結(jié)區(qū)塔100，但可代表任何低溫蒸餾塔。在圖6A中，以612顯示采出氣流。采出氣流612源于發(fā)生在儲層開發(fā)區(qū)或“油田” 610中的烴采收活動。應(yīng)當理解，油田610可以代表生產(chǎn)氣態(tài)烴的任何位置。油田610可以是陸上的、近海的或海上的。油田610可由最初儲層壓力操作或可經(jīng)歷提高采收率法采收過程。本文要求保護的系統(tǒng)和方法不限制開發(fā)中的油田類型，只要它正在產(chǎn)生被酸性氣體污染的烴。該烴將主要包含甲烷，但也將包括2mol. %至IOmol. % 的乙烷和/或其它較重烴。采出氣流612可通過管道傳輸，例如從油田610至氣體處理設(shè)備600。在到達氣體處理設(shè)備600后，可引導采出氣流612通過脫水過程，如乙二醇脫水容器。在620示意性地顯示脫水容器。由于使采出氣流612通過脫水容器620，產(chǎn)生了水流622。在一些情況中， 原料氣流可與乙二醇(monoethylene glycol,MEG)混合以防止水跑出和水合物的形成。例如，可噴淋MEG至冷凝器，并收集液體，以分離為水、更濃的MEG及可能一些重質(zhì)烴，這取決于冷凝器的溫度和入口氣體組成。水流622可送至水處理設(shè)備?？蛇x地，水流622可再注入至地下地層。地下地層以框630表示。仍然可選地，可處理除去的水流622并且然后作為已處理的水釋放至當?shù)亓饔?未顯示)ο同樣，作為使采出氣流612通過脫水容器620的結(jié)果，產(chǎn)生了基本脫水的原料氣流 624。原料氣流擬4可含有痕量氮氣、氦氣和其它惰性氣體。關(guān)于本系統(tǒng)和方法，脫水氣流 624也包含乙烷及可能有丙烷或甚至痕量的丁烷和芳香烴。這些代表重質(zhì)烴。任選地，原料氣流6M通過初步制冷裝置625。制冷裝置625冷卻氣流6M至大約 20° F至50° F的溫度。制冷裝置625可以是例如空氣冷卻器或乙烯或丙烷制冷器。在圖6A圖解的系統(tǒng)中，系統(tǒng)從原料氣流624中去除較重烴。根據(jù)氣體處理設(shè)備600，提供了物理溶劑系統(tǒng)605。脫水氣流6M進入物理溶劑系統(tǒng)605。物理溶劑系統(tǒng)605 以物理溶劑接觸氣流624以通過吸收過程去除重質(zhì)烴。這在酸性氣體組分溶解度大于甲烷溶解度的相對低的溫度和相對高的壓力下發(fā)生。圖6B提供了在一個實施方式中物理溶劑系統(tǒng)605的示意圖。操作物理溶劑系統(tǒng) 605接觸脫水氣流624以去除重質(zhì)烴?？梢钥闯雒撍畾饬鲾M4進入入口分離器660。入口分離器660用來去除任何的冷凝烴。入口分離器660也可濾除液體雜質(zhì)如鉆井液。理想地， 在上游脫水容器620中去除水。也可進行一些顆粒的過濾。應(yīng)當理解，期望保持氣流624 潔凈以便防止在酸性氣體處理過程中液體溶劑起泡。液體如鉆井液由入口分離器660的底部離開。液體雜質(zhì)流參見662。一般地，將液體雜質(zhì)送至水處理設(shè)備(未顯示)，或可重新注入至地層以維持儲層壓力或進行處置。氣體從入口分離器660的頂部排出。清潔氣流參見664。任選地，引導清潔氣流664至氣-氣交換器665。氣-氣交換器665預冷卻清潔氣流664中的氣體。然后引導清潔后氣體至吸收器670。吸收器670中的吸收劑可以是例如溶劑，同時吸收器670可以是逆流接觸塔。在這方面，清潔氣流664在塔670底部進入，同時溶劑696在塔670頂部進入。塔670可以是鋪盤塔、填料塔或其它類型塔。應(yīng)當理解，可選地，可利用設(shè)計用于氣-液接觸的許多非-塔裝置。這些可包括靜止混合器和并流接觸裝置。圖6B的逆流塔僅僅是用于例證性的目的。注意，用于氣-液接觸容器(一個或多個)的小型、并流接觸器的使用是優(yōu)選的，因為可減小物理溶劑系統(tǒng)605 的總占地面積(footprint)和重量。作為接觸過程的結(jié)果，產(chǎn)生了輕質(zhì)氣體流678。輕質(zhì)氣體流678從塔670頂部出來。然后輕質(zhì)氣體流678經(jīng)歷制冷過程，然后被引導至低溫蒸餾塔，以圖6A中的框100示
意性顯示。 即刻返回參照圖6A，輕質(zhì)氣體流678從物理溶劑系統(tǒng)605排出并通過冷凝器6 。 冷凝器擬6冷卻輕質(zhì)氣體流678至大約-30° F至-40° F的溫度。冷凝器擬6可以是例如乙烯或丙烷制冷器。優(yōu)選地，輕質(zhì)氣體流678接下來移動通過膨脹裝置628。膨脹裝置6 可以是例如焦耳-湯普森(“J-T”)閥。膨脹裝置6 起驟冷器的作用以獲得對輕質(zhì)氣體流678的進一步冷卻。膨脹裝置擬8進一步降低輕質(zhì)氣體流678的溫度至例如大約-70° F至-80° F。 優(yōu)選地，也完成了氣流624的至少部分液化。冷卻氣流以管線611表示。再參照圖6B，接觸塔670將獲取重質(zhì)烴。這些作為“富”溶劑從塔670底部釋放。 可見富溶劑流672排出塔670。在圖6B的布置中，輸送富溶劑流672通過功率回收透平(turbine) 674。這允許為物理溶劑系統(tǒng)605產(chǎn)生電能。從那里，輸送富溶劑流672通過一系列閃蒸分離器680。在圖 6B的例證性布置中，以682、684和686顯示三個分離器。根據(jù)物理溶劑方法，分離器682、 684,686在逐漸降低的溫度和壓力下運行。例如，第一分離器682可在500psi的壓力和90° F的溫度下運行。第一分離器 682釋放夾帶在富溶劑流672中的輕質(zhì)氣體。以681顯示的這些輕質(zhì)氣體主要包含甲烷、 CO2和任意&S。引導輕質(zhì)氣體681至低溫蒸餾塔100作為輕質(zhì)氣體流678的一部分。優(yōu)選地，輕質(zhì)氣體681行進通過壓縮機690以增加至低溫蒸餾塔100過程中的壓力。如果在比
19溶劑方法的第一閃蒸階段682更低的壓力下操作蒸餾塔100，可不需要壓縮。理想地，來自清潔氣流664的所有重質(zhì)烴已經(jīng)以富溶劑流672捕獲。逐漸富集的溶劑流被從每個分離器682、684、686釋放。這些逐漸富集的流以管線683、685和687指示。 因此，一般通過引起溶解氣體從溶劑閃蒸出來的壓降使物理溶劑再生。當然，管線687是最富溶劑流。輸送這種溶劑流687的一部分通過增壓泵692并作為半貧溶劑再引入至接觸塔670。引導以693顯示的殘留部分至汽提容器652。關(guān)于三個分離器的第二個684和第三個686，應(yīng)當注意，這些分離器684、686的每一個也釋放非常少量的輕質(zhì)氣體。這些輕質(zhì)氣體將主要包括二氧化碳，可能有少量甲烷。 以兩個單獨的管線在689顯示這些輕質(zhì)氣體。輕質(zhì)氣體689可被壓縮并與管線611結(jié)合， 然后被引導至低溫蒸餾塔100?？蛇x地，可直接輸送來自管線689的輕質(zhì)氣體至以圖6A中 642顯示的塔底液化酸性氣體流。使用物理溶劑用于上游重質(zhì)烴去除的一個優(yōu)勢是溶劑通常是吸濕的。這可除去對于隨后氣體脫水步驟的需要。為此目的，優(yōu)選地，選擇的溶劑是無水的。這樣，溶劑可用于進一步使原始天然氣脫水。如若這樣，水可從再生器652以蒸氣流691出來。缺點是一些輕質(zhì)烴和(X)2將在某種程度上被共吸附在物理溶劑中。多個分離器682、684、686的使用確實去除了大多數(shù)甲烷，但一般不是它的全部。再參照汽提容器652，汽提容器652起加熱器的作用。推動重質(zhì)烴離開以使它們通過管線655排出汽提容器652。在圖6A和6B中顯示重質(zhì)烴655排出物理溶劑系統(tǒng)605。 可引導重質(zhì)烴655通過熱交換器656以冷卻。在那里，重質(zhì)烴655被冷凝并且在657產(chǎn)生液體重質(zhì)烴產(chǎn)物。液體重質(zhì)烴產(chǎn)物657包括天然氣液或NGL?？蛇x地，可傳送NGL657通過最終分離容器658。分離容器658通過管線691從容器658的頂部釋放少量殘留甲烷、C02、 水蒸氣和汽提氣(以651顯示并在以下討論)，同時在容器658底部附近通過管線659捕獲純化的天然氣液作為商業(yè)產(chǎn)品以再出售。圖6B中描述的汽提容器652利用汽提氣由溶劑分離重質(zhì)烴。汽提容器652可以以許多汽提氣進料。實例是具有高-CO2含量的燃料氣流。優(yōu)選高-CO2含量用于汽提氣651， 因為它可幫助以(X)2 “預飽和”溶劑，從而導致從原料氣體624中獲得較少C02。汽提氣651 可以是例如來自最低-壓力閃蒸階段——即分離器686——的一部分輕質(zhì)氣體流689，使得可能回收一些烴。不管怎樣，一旦重質(zhì)烴由汽提容器652蒸發(fā)出來，可通過壓縮機或鼓風機 (未顯示)再循環(huán)汽提氣651至汽提容器652。從再生容器652底部引導再生溶劑。再生溶劑作為653排出。輸送再生溶劑653 通過小型增壓泵654?？衫秒S后的較大型泵694為柱670的頂部達到更高的操作壓力。 其后，優(yōu)選地通過具有制冷裝置的熱交換器695冷卻再生溶劑653。然后將冷卻和再生的溶劑696再循環(huán)至接觸器670。再參照圖6A，管線611中的冷卻氣流進入低溫蒸餾塔100。低溫蒸餾塔100可以是通過有意凍結(jié)(X)2顆粒的過程操作以從酸性氣體蒸餾甲烷的任何塔。低溫蒸餾塔可以是例如圖1的CFZ 塔100。管線611的冷卻氣流進入在大約500至600psig下的塔100。如就圖1解釋的，酸性氣體作為液化酸性氣體塔底流642從蒸餾塔100去除。任選地，該塔底流642可通過再沸器643，在再沸器643中再引導含有甲烷的流體作為氣流644 返回至塔100中。主要由酸性氣體組成的殘留流體通過酸性氣體管線646釋放。管線646中的酸性氣體是液體形式?？蓪⑺嵝詺怏w蒸發(fā)、減壓并然后送至硫回收裝置(未顯示)。可選地，可通過如框649表示的一個或多個酸性氣體注入(AGI)井，將管線646中液化酸性氣體注入至地下地層。在這一情況下，優(yōu)選地，將在管線646中的酸性氣體通過增壓器648。甲烷作為塔頂甲烷流112從蒸餾塔100釋放。優(yōu)選地，塔頂甲烷流112將含有不大于大約2mol. %的二氧化碳。在這個百分比下，塔頂甲烷流112可用作燃料氣體或可作為天然氣銷售至某些市場。但是，依照本文的某些方法，期望的是，塔頂甲烷流112經(jīng)歷進一步的處理。更具體地，塔頂甲烷流112通過開環(huán)制冷系統(tǒng)。首先，塔頂甲烷流112通過交叉換熱器113。交叉換熱器113用于預冷卻通過膨脹裝置19膨脹后再引入至低溫蒸餾塔100的回流流18。接下來將塔頂甲烷流112送至壓縮機114以增加它的壓力。接下來，使加壓甲烷流112冷卻。這可通過例如將甲烷流112通過氣體冷卻器115 完成。冷卻并加壓的甲烷流16得以產(chǎn)生?？梢夯淄榱?6以產(chǎn)生商業(yè)產(chǎn)品。將離開冷卻器115的一部分冷卻并加壓的甲烷流116分流成回流流18?；亓髁?8 在加熱換熱器113中進一步冷卻，然后通過裝置19膨脹以產(chǎn)生圖1的冷卻噴淋流21。冷卻噴淋流21進入蒸餾塔100，其中它被用作冷卻液體噴淋。該液體噴淋或回流降低控制凍結(jié)區(qū)(以圖1的108顯示)的溫度并幫助從如上所述的脫水氣流6M凍結(jié)出(X)2和其它酸性氣體顆粒。最后關(guān)于圖6A和6B應(yīng)注意，如果硫化氫存在于脫水原料氣流6M中，其大部分將與重質(zhì)烴一起通過分離器682、684、686。一些硫化氫可能通過管線687被循環(huán)返回至接觸塔670。為避免這種情形，可優(yōu)選在接觸塔670上游具有壓5_選擇性去除工藝?？梢砸詡鹘y(tǒng)H2S分離方法如通過選擇性胺吸收、氧化還原過程或吸附實現(xiàn)分離。硫化氫可輸送至硫回收裝置(未顯示)或進入酸性氣體注入井649，然后進入儲層。在酸性氣體去除系統(tǒng)上游去除重質(zhì)烴的另一個可能方法稱作“貧油”方法。貧油方法與以上討論的物理溶劑方法非常類似。在這種情況下，代替在氣-液吸附過程中使用物理溶劑，在接觸裝置內(nèi)以清潔氣流664接觸液態(tài)烴流。因此，代替使用環(huán)丁砜或klexol (多乙二醇二甲醚)氣體作為物理溶劑，使用丙烷或類似重質(zhì)烴化合物。在貧油方法中，基于“相似相溶”原則優(yōu)先從清潔氣流664中去除重質(zhì)烴。貧油吸附C3+組分成為圖6B中稱作的富溶劑流672。在接觸塔670中從清潔氣流664中汽提重質(zhì)烴組分。富溶劑流672中的重質(zhì)烴通過分離器(如分離器682)獲得以回收殘留甲烷。將部分貧油/重質(zhì)烴混合物通過管線687循環(huán)返回至接觸塔670，同時回收大多數(shù)混合物作為單獨的重質(zhì)烴產(chǎn)物。在一方面，在與清潔氣流664接觸前冷卻貧油。冷卻貧油至大約0° F至35° F 的溫度可改善C3烴以及C2組分的回收。同時，該冷卻貧油可具有共吸附大量甲烷以及有時一部分二氧化碳組分的傾向。因此，優(yōu)選維持該貧油在大約-10° F至-30° F的溫度。本文提出的在酸性氣體去除系統(tǒng)上游去除重質(zhì)烴的另一個方法涉及膜的使用。膜通過所選擇分子跨過聚合材料從高壓滲透至低壓起作用。膜接觸器被稱為去掉酸性氣體的裝置。例如，美國專利7，442，233討論了在胺處理前使用大酸性氣體去除膜(參見’233專利圖3中的66)部分去除二氧化碳。據(jù)稱如果天然氣流中按體積計CO2含量至少為10%，這種方法是有用的。注意，’ 233專利沒有使用膜接觸器捕獲重質(zhì)烴；而是，膜捕獲天然氣流中的部分二氧化碳含量，然后酸性氣體流進行隨后的胺處理以完全去除C02。使用變溫吸附或可能變壓吸附在膜上游捕獲一些重質(zhì)烴，但不是收集用于商業(yè)產(chǎn)品。事實上，’233專利在第12欄陳述，在原始天然氣原料流具有低重質(zhì)烴含量的情況下，最初的變吸附步驟可跳過并且可將原始天然氣原料流直接送至胺處理。申請人:已經(jīng)認識到某些類型的膜如橡膠膜相對于較輕的烴優(yōu)先吸附、溶解和滲透重質(zhì)烴。這種膜可安裝在低溫蒸餾過程上游以去除重質(zhì)烴。用于捕獲重質(zhì)烴的橡膠膜的實例包括丁腈橡膠、氯丁橡膠、聚二甲基硅氧烷(硅橡膠)、氯磺化聚乙烯、聚硅氧烷碳酸酯共聚物、含氟彈性體、塑化聚氯乙烯、聚氨酯、順-聚丁二烯、順-聚異戊二烯、聚(丁烯-1)、聚苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯/乙烯/ 丁烯嵌段共聚物及熱塑性聚烯烴橡膠。圖7呈現(xiàn)了在一個可選實施方式中的氣體處理設(shè)備700的示意圖。該設(shè)備大體上與圖6A的氣體處理設(shè)備600 —致。在這方面，使脫水氣流6 冷卻并且然后作為酸氣通過管線611輸送至酸性氣體去除系統(tǒng)750。但是，在這一情況下，代替使用物理溶劑系統(tǒng)605 連同接觸塔670，使用膜接觸器710。膜接觸器優(yōu)先從脫水氣流擬4中吸附重質(zhì)烴。在低壓如接近大氣壓力下，滲透流712從膜接觸器710中釋放。滲透流712主要含有捕獲以銷售的重質(zhì)烴。應(yīng)當了解，利用相對于甲烷優(yōu)先吸附重質(zhì)烴的膜，一些CO2和H2S也可滲透通過橡膠聚合材料。因此，用膜捕獲的重質(zhì)烴將可能被(X)2和如果最初存在于采出氣體612的H2S 污染。這意味著滲透流712將可能含有酸性氣體并且可能需要進一步處理。本文提出的在酸性氣體去除系統(tǒng)上游去除重質(zhì)烴的另一個方法是被稱為吸附動力學分離或AKS的方法。AKS采用相對新種類的固體吸附劑，其依賴于某些種類相對于其它種類被吸附在結(jié)構(gòu)化吸附劑上的速率。這與其中選擇性主要通過固體吸附劑的平衡吸附性能賦予的傳統(tǒng)平衡-控制的變吸附方法形成對比。在后一種情況下，在吸附劑微孔或自由體積中輕質(zhì)產(chǎn)物的競爭吸附等溫線是不利的。在動力學控制的變吸附方法中，選擇性主要通過吸附劑的擴散性能以及通過微孔中的傳遞擴散系數(shù)賦予。吸附劑對于兩種或多種氣體組分具有“動力學選擇性”。如本文使用，術(shù)語“動力學選擇性”定義為對于兩種不同種類，單一組分擴散系數(shù)D(以m2/sec計)的比率。這些單一組分擴散系數(shù)也被稱為斯蒂芬-麥克斯韋爾傳遞擴散系數(shù)，其對于給定純氣體組分、給定吸附劑進行測量。因此，例如，組分A相對于組分B的具體吸附劑的動力學選擇性將等于Da/Db。材料的單一組分擴散系數(shù)可通過吸附材料領(lǐng)域眾所周知的測試確定。測量動力學擴散系數(shù)的優(yōu)選方法是用Reyes等人在“多孔固體中擴散和吸附測 fiWiS^il^^fe (Frequency Modulation Methods for Diffusion and Adsorption Measurements in Porous Solids)”，J. Phys. Chem. B. 101, pp. 614—622 (1997)中描述的頻率響應(yīng)技術(shù)。在動力學控制的分離中，優(yōu)選第一組分(例如組分A)相對于第二組分(例如組分B)的選擇吸附劑的動力學選擇性(即Da/Db)大于5，更優(yōu)選地大于20，并且甚至更優(yōu)選地大于50。優(yōu)選吸附劑是沸石材料。用于去除重質(zhì)烴的具有適合孔徑的沸石的非限制性實例包括MFI沸石、八面沸石、MCM-41沸石和β沸石。優(yōu)選地，用于去除重質(zhì)烴的本發(fā)明方法實施方式中的沸石Si/Al比率為大約20至大約1，000，優(yōu)選地大約200至大約1，000,以防止吸附劑的過度淤塞(fouling)。關(guān)于使用吸附動力學分離分離烴氣組分的其它技術(shù)信息是美國專利公開2008/(^擬884，其全部公開內(nèi)容在此通過引用并入。在目前的吸附動力學分離(AKS)應(yīng)用中，較重(較慢)烴將被吸附劑保留。這意味著它們將在較低壓力下回收。另一方面，輕質(zhì)組分即甲烷、隊和(X)2將在中間壓力下作為酸氣流從吸附劑釋放。冷卻該酸氣流并且然后送至酸性氣體去除系統(tǒng)。圖8呈現(xiàn)了采用吸附動力學分離方法的氣體處理設(shè)備800的示意圖。設(shè)備800大體上與圖6A的氣體處理設(shè)備600 —致操作。在這方面，冷卻脫水原料氣流6M并且然后作為管線611中的酸氣流輸送至酸性氣體去除系統(tǒng)850。但是，代替在酸性氣體去除系統(tǒng)850 上游連同接觸塔670 —起使用物理溶劑接觸系統(tǒng)605，采用AKS固體吸附床810。吸附床 810優(yōu)先吸附重質(zhì)烴。然后在低壓下將天然氣液流814由固體吸附床釋放。天然氣液流814主要含有重質(zhì)烴，但也包括一些二氧化碳。由于這個原因，優(yōu)選進行蒸餾過程以從天然氣液分離出二氧化碳。蒸餾容器以820顯示。蒸餾容器820可以是例如用作污染物清除系統(tǒng)的鋪盤或填料柱。二氧化碳氣體通過塔頂管線擬4釋放。優(yōu)選地，管線擬4與酸性氣體管線646合并以將酸性氣體注入至儲層649。重質(zhì)烴通過塔底管線822 排出容器820，在塔底管線822中捕獲它們以銷售。應(yīng)當注意，系統(tǒng)800的吸附動力學分離方法對于從在大過量壓力下產(chǎn)生的天然氣流中回收重質(zhì)烴可能是更有益的。在這種情況中，管線611的酸氣具有適當壓力以通過低溫蒸餾塔100被處理。過量壓力的實例可以是大于400psig的壓力。吸附床810釋放輕質(zhì)氣體流812。輕質(zhì)氣體主要由甲烷和二氧化碳組成。優(yōu)選在進入低溫蒸餾塔100前提供冷卻至輕質(zhì)氣體812。在例證性氣體處理設(shè)備800中，輕質(zhì)氣體 812通過制冷裝置626，并且然后通過膨脹裝置628。膨脹裝置6 可以是例如焦耳-湯普森(“J-T”)閥。優(yōu)選地，連同冷卻一起完成輕質(zhì)氣體812的至少部分液化。在611產(chǎn)生冷卻酸氣流，其被引導至酸性氣體去除系統(tǒng)850。本文提出的在酸性氣體去除系統(tǒng)上游去除重質(zhì)烴的另一個方法是稱為萃取蒸餾的方法。萃取蒸餾利用溶劑連同至少兩個蒸餾柱，以促進沸點接近組分的分離。圖9提供了其中采用萃取蒸餾系統(tǒng)900的氣體處理設(shè)備900的示意圖。顯示萃取蒸餾系統(tǒng)900在低溫蒸餾塔100上游。首先，可見脫水氣流擬4進入入口分離器660。入口分離器660用來去除任何冷凝烴。入口分離器660也可分離出液體雜質(zhì)如鉆井液。也可進行一些顆粒過濾。應(yīng)當理解，期望保持氣流擬4盡可能潔凈，以便防止在酸性氣體處理過程中液體溶劑起泡。液體雜質(zhì)由入口分離器660底部離開。雜質(zhì)流見662。同時，氣體由入口分離器 660的頂部排出。清潔氣流見664。清潔氣流664具有輕質(zhì)烴和重質(zhì)烴。清潔氣流664也具有酸性氣體如二氧化碳。清潔氣流664進入萃取蒸餾柱。在圖9的例證性布置中，顯示了兩個溶劑回收柱 910、920。但是，應(yīng)當理解可采用多于兩個的柱。萃取蒸餾柱910在容器內(nèi)混合溶劑與清潔氣流664。在第一柱910中，溫度大體上為-100°至50° F。在第一柱910中，溶劑吸收重質(zhì)烴，使溶劑作為重質(zhì)烴塔底流914離開柱910。它也將含有大部分C02。同時，輕質(zhì)烴通過塔頂流912排出柱910。重質(zhì)烴塔底流914進入CO2去除柱920。在第二柱920中的溫度大體上為0°至250° F，其高于第一柱910中的溫度。在第二柱920中，溶劑和重質(zhì)烴再次作為重質(zhì)烴塔底流擬4離開柱920。同時，乙烷和二氧化碳作為塔頂二氧化碳流922排出第二柱920。任選地，可將塔頂流922合并至塔頂流912，盡管優(yōu)選它們保持分開。優(yōu)選地，將塔頂流922送去進行處置，如圖9中顯示。如果塔頂流912中的CO2含量對于管道規(guī)格太高，優(yōu)選地，塔頂流 912中的輕質(zhì)氣體通過壓縮機940再增壓，并且然后通過制冷裝置6 和J-T閥6 冷卻。 然后再增壓并且部分液化的輕質(zhì)組分進入低溫蒸餾塔100。塔100操作以將酸性氣體與甲烷分離，產(chǎn)生塔頂甲烷流12和塔底酸性氣體流22。在一方面，塔頂二氧化碳流922可直接輸送至酸性氣體塔底流22。圖9中顯示了最終柱930。最終柱930是添加劑回收柱。添加劑回收柱930利用蒸餾原理從溶劑分離稱為“天然氣液”的重質(zhì)烴組分。第三柱930中的溫度大體上為80° F 至350° F，其高于第二柱930中的溫度。天然氣液通過管線932排出柱930并被帶至處理裝置以去除任何殘留的H2S和C02。例如，該處理裝置可以是其中胺用于H2SAD2去除的液-液萃取器。溶劑作為塔底溶劑流934離開添加劑回收柱930。塔底溶劑流934代表再生的添加劑。再引入大部分塔底溶劑流934至第一柱910，用于萃取蒸餾過程。來自流934的過剩溶劑可任選地通過管線936與天然氣液流932結(jié)合以進行處理。圖10和11顯示了從酸氣流去除重質(zhì)烴的其它方法。首先，圖10呈現(xiàn)了利用低溫蒸餾塔100上游的透平式驟冷器的氣體處理設(shè)備1000的示意圖。透平式驟冷器見1010。氣體處理設(shè)備1000大體上與圖6A的氣體處理設(shè)備600 —致。在這方面，冷卻脫水氣流624并且然后作為管線611中的酸氣流輸送至酸性氣體去除系統(tǒng)1050。但是，在這一情況下，代替采用物理溶劑系統(tǒng)605連同接觸塔670，采用透平式驟冷器1010接著是分離器 1020。透平式驟冷器是膨脹高壓氣體的離心或軸流透平機。透平式驟冷器一般用于產(chǎn)生功，例如，該功可用于驅(qū)動壓縮機。在這方面，透平式驟冷器產(chǎn)生用于像壓縮或制冷的過程的軸功源。在本申請中，透平式驟冷器1010優(yōu)選用于產(chǎn)生電，以管線1012指示。酸氣通過管線1014從透平式驟冷器1010釋放。由于由透平式驟冷器1010引起的壓降，該氣體1014處于冷卻狀態(tài)。至少部分冷卻氣體1014可被液化，特別是重質(zhì)烴組分，但是溫度應(yīng)當維持在(X)2凝固溫度以上。冷卻氣體1014輸送至以1020顯示的分離器。 分離器1020分離冷卻氣體1014為重質(zhì)烴和輕質(zhì)氣體組分。也含有(X)2的重質(zhì)烴通過管線 1024從分離器1020落下并且被捕獲以銷售。含有二氧化碳的輕質(zhì)烴通過管線1022并被輸送至蒸餾塔，如圖1的塔100。優(yōu)選地，在進入低溫蒸餾塔100之前提供附加冷卻至輕質(zhì)氣體1022。在例證性氣體處理設(shè)備1000中，輕質(zhì)氣體1022通過制冷裝置626。制冷裝置6 冷卻輕質(zhì)氣體1022 至大約-30° F至-40° F的溫度。制冷裝置擬6可以是例如乙烯或丙烷制冷器。優(yōu)選地，如果可獲得充足壓力，輕質(zhì)氣體1022接下來移動通過膨脹裝置628。膨脹裝置擬8可以是例如焦耳-湯普森(“J-T”)閥。膨脹裝置擬8起驟冷器的作用以獲得對輕質(zhì)氣體1022的進一步冷卻。膨脹裝置6 進一步降低輕質(zhì)氣體1022的溫度至例如大約-70° F至-80° F。優(yōu)選地，也完成了氣體1022的至少部分液化。冷卻酸氣流以管線 611指示。引導管線611中的酸氣至酸性氣體去除系統(tǒng)1050。
圖11呈現(xiàn)了在低溫蒸餾塔100上游從輕質(zhì)氣體流分離重質(zhì)烴的另一氣體處理設(shè)備1100的示意圖。在這個布置中，氣體處理設(shè)備1100利用旋風裝置作為分離過程的一部分。旋風裝置示意性地以1110顯示。氣體處理設(shè)備1100大體上與圖6A的氣體處理設(shè)備600 —致。在這方面，冷卻脫水氣流624并且然后通過管線611中的酸氣輸送至酸性氣體去除系統(tǒng)1150。但是，在這一情況下，代替使用物理溶劑系統(tǒng)605連同接觸塔670，使用旋風裝置1110。旋風裝置1110 提供從脫水氣流6M部分分離重質(zhì)烴。一般地，旋風裝置是利用轉(zhuǎn)動作用和重力分離物質(zhì)的長的、圓錐形裝置。旋風裝置最常用于從空氣、氣體或水流中去除顆粒。旋風裝置基于渦流分離原理操作。它們能夠在不使用過濾器的情況下完成有效分離。在本申請中，旋風裝置1110提供從輕質(zhì)氣體最初部分分離重質(zhì)烴。一般地，在旋風裝置1110內(nèi)完成大約25%的壓降。適合的旋風裝置1110的一個實例是由荷蘭Twister，B. V可獲得的TWISTER 超聲分離器。TWISTER 是接收氣體并且在大約幾秒內(nèi)或更少時間內(nèi)將其加速至超聲速的小型管式裝置。TWISTER 可以用于從輕質(zhì)氣體分離水和/或重質(zhì)烴。旋風裝置的另一適合實例是 Vortisep0 Vortis印是可用于從天然氣分離重質(zhì)烴或水的渦流管。渦流管基于蘭克-赫爾胥(Ranque-Hilsch)物理學操作。流體流成切線注入至長管的中心。流體在管內(nèi)轉(zhuǎn)動，第一流體組分作為溫熱流體在一端排出，并且第二流體組分作為冷卻流體在相反端排出。如圖11中可見的，旋風裝置1110釋放輕質(zhì)氣體1122。輕質(zhì)氣體1122包括輕質(zhì)烴，主要為甲烷和酸性氣體如C02。如關(guān)于圖10在以上所述，在作為管線611中的酸氣流輸送至低溫蒸餾塔100之前，冷卻輕質(zhì)氣體1122。旋風裝置1110也釋放重質(zhì)流體流1112。重質(zhì)流體流1112含有原來為脫水氣流 624部分的重質(zhì)烴。因為旋風裝置1110對于流體組分的分離不是完全有效的，重質(zhì)流體流 1112也將含有一些輕質(zhì)烴和二氧化碳。因此，輸送重質(zhì)流體流1112至流體分離器1120以進一步處理。流體分離器1120可以是例如冷凝物穩(wěn)定器。流體分離器1120通過管線11 釋放重質(zhì)烴。捕獲管線11 中的重質(zhì)烴以銷售。 流體分離器1120也釋放以管線IlM指示的輕質(zhì)氣體。輕質(zhì)氣體IlM包括輕質(zhì)烴，主要是甲烷和酸性氣體。優(yōu)選地，在冷卻前，管線IlM中的輕質(zhì)氣體與管線1122中的輕質(zhì)氣體合并。可選地，壓縮管線IlM中的輕質(zhì)氣體并且與塔底酸性氣體管線646結(jié)合以進行注入或處置?？捎糜谠诘蜏卣麴s塔上游去除重質(zhì)烴的兩個其它方法涉及吸附床的使用。一個方法采用變溫吸附，而另一個利用變壓吸附。在每個情況中，再生吸附劑材料以重新使用。圖12提供了使用變溫吸附去除重質(zhì)烴的氣體處理設(shè)備1200的示意圖。氣體處理設(shè)備1200大體上與圖6的氣體處理設(shè)備600 —致操作。在這方面，冷卻脫水氣流6M并且然后通過管線611中的酸氣流輸送至酸性氣體去除系統(tǒng)1250。但是，代替使用物理溶劑系統(tǒng)605與接觸塔670，采用變溫吸附系統(tǒng)1210。變溫吸附系統(tǒng)1210提供從脫水氣流擬4至少部分分離重質(zhì)烴。變溫吸附系統(tǒng)1210使用吸附床以選擇性吸附重質(zhì)烴，同時通過輕質(zhì)氣體。在管線 1212顯示輕質(zhì)氣體被釋放。輕質(zhì)氣體1212含有二氧化碳，并被輸送至蒸餾塔，如圖1的塔 100。
同樣優(yōu)選在進入低溫蒸餾塔100之前，提供附加冷卻至輕質(zhì)氣體1212。在例證性氣體處理設(shè)備1000中，輕質(zhì)氣體1212通過制冷裝置626，并且然后通過膨脹裝置628。膨脹裝置擬8可以是例如焦耳-湯普森(“J-T”)閥。優(yōu)選地，連同冷卻一起完成氣體1212 的至少部分液化。產(chǎn)生冷卻酸氣流并將其通過引導至酸性氣體去除系統(tǒng)1250的管線611 輸送。再參看變溫吸附系統(tǒng)1210，變溫吸附系統(tǒng)1210的吸附床優(yōu)選為由沸石制造的分子篩。但是，可采用其它吸附床如充滿硅膠的床。烴氣分離領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，吸附床的選擇將一般地取決于重質(zhì)烴的組成。例如，分子篩床在去除C2至C4組分上可能是最有效的，而硅膠床在去除C5+重質(zhì)烴上可能是最有效的。在操作中，吸附床存在于加壓室中。吸附床接收脫水氣流擬4并吸附重質(zhì)烴連同一定量的二氧化碳。吸附床變得重質(zhì)烴飽和后，在吸附系統(tǒng)1210中的吸附床將被置換。由于使用熱干燥氣體加熱床，重質(zhì)烴(和相關(guān)酸性氣體)將從該床釋放。適合的氣體包括部分塔頂甲烷流112、加熱氮氣或其它方式可得的燃料氣體。如圖12中可見的，通過管線1214 釋放重質(zhì)烴流體流?？?240描述了用于吸附床的再生加熱器。再生室1240接收干燥氣體1232。在圖12的布置中，干燥氣體從塔頂甲烷流112接收。塔頂甲烷流112主要包括甲烷，但也可包括痕量氮氣和氦氣。塔頂甲烷流112優(yōu)選地被壓縮以升高再生加熱器中氣體的壓力。增壓器以1230顯示。但是，再生主要通過增加的溫度發(fā)生。5至10百分比的塔頂甲烷流112可能需要用于進行充分的再生。再生室1240釋放再生流體流1242。再生流體流1242送至吸附系統(tǒng)1210。對于變溫再生循環(huán)，優(yōu)選需要至少三個吸附床第一床用于在吸附系統(tǒng)1210中的吸附；第二床進行再生；和第三床已被再生并備用以當?shù)谝淮沧兊猛耆刭|(zhì)烴飽和時在吸附系統(tǒng)1210中使用。因此，為了更有效的操作可并行使用最少三個床。這些床可以例如以硅膠填充。如所述，吸附系統(tǒng)1210釋放重質(zhì)烴流體流1214。重質(zhì)烴流體流1214主要包括重質(zhì)烴，但將最可能也含有二氧化碳。由于這個原因，期望在釋放重質(zhì)烴以銷售之前處理重質(zhì)烴流體流1214。在一方面，使用制冷裝置1216冷卻重質(zhì)烴流體流1214。這弓I起重質(zhì)烴流體流1214 內(nèi)重質(zhì)烴的至少部分液化。然后將重質(zhì)烴流體流1214引入分離器1220。分離器1220優(yōu)選為將重質(zhì)烴與輕質(zhì)氣體分離的重力沉降分離器。輕質(zhì)氣體由分離器1220頂部(在管線 1222示意性顯示)釋放。管線1222中的從分離器1220釋放的輕質(zhì)氣體返回至脫水氣流 624。同時，重質(zhì)烴從分離器1220底部(在管線12 示意性顯示)釋放。應(yīng)當注意，氣體處理設(shè)備1200可不包括脫水裝置620。在那種情況中，水將與重質(zhì)烴流體流1214 —起從吸附系統(tǒng)1210離開。水將與管線12 中的重質(zhì)烴一起進一步從分離器1220離開。然后優(yōu)選采用例如旋風裝置或浮選分離器(未顯示)將水與重質(zhì)烴分離。在一些實施方式中，固體吸附劑的結(jié)合可用于去除不同重質(zhì)烴組分。例如，硅膠可用于從相關(guān)氣體回收較重重質(zhì)烴組分即C5+,同時較輕重質(zhì)烴即C2-C4組分可使用由沸石制造的分子篩去除。這種固體吸附劑的結(jié)合幫助防止重質(zhì)烴殘留在氣相中并最終與酸性氣體塔底流642 —起結(jié)束。
在一個應(yīng)用中，來自分離器1220的氣體可燃燒以驅(qū)動透平機(未顯示)。透平機又可驅(qū)動開環(huán)壓縮機(如圖1的壓縮機176)。再生氣體加熱器1240可通過從這種透平機獲得廢熱和使用它預加熱用于重質(zhì)烴回收過程的再生氣體(如在管線1232中的)，進一步結(jié)合至酸性氣體去除過程。類似地，來自塔頂壓縮機114或塔頂冷凝器115的氣體可用于預加熱用于重質(zhì)烴回收過程的再生氣體。如所述的，變壓吸附也可用于在酸性氣體去除設(shè)備上游去除重質(zhì)烴。圖13提供了使用變壓吸附去除重質(zhì)烴的氣體處理設(shè)備1300的示意圖。氣體處理設(shè)備1300大體上與圖 6的氣體處理設(shè)備600 —致操作。在這方面，冷卻脫水氣流擬4并且然后通過管線611中的酸氣流輸送至酸性氣體去除系統(tǒng)1350。但是，代替使用物理溶劑接觸系統(tǒng)605連同接觸塔 670，使用變壓吸附系統(tǒng)1310。變壓吸附系統(tǒng)1310提供從脫水氣流6 至少部分分離重質(zhì)烴。如同變溫吸附系統(tǒng)1210，變壓吸附系統(tǒng)1310使用吸附床選擇性吸附重質(zhì)烴同時釋放輕質(zhì)氣體。吸附床優(yōu)選為由沸石制造的分子篩。但是，可采用其它吸附床如由硅膠制造的床。烴氣分離領(lǐng)域普通技術(shù)人員將再次理解吸附床的選擇一般將取決于重質(zhì)烴的組成。如圖13中可見的，吸附系統(tǒng)1310通過管線1312釋放輕質(zhì)氣體。在進入低溫蒸餾系統(tǒng)100之前，輸送輕質(zhì)氣體1312通過制冷裝置6 并且然后優(yōu)選地通過焦耳-湯普森閥 6觀。同時，通過管線1314從吸附床釋放重質(zhì)烴流體流。操作中，吸附系統(tǒng)1310中的吸附床存在于加壓室中。吸附床接收脫水氣流擬4并吸附重質(zhì)烴連同一定量二氧化碳。在吸附床變得重質(zhì)烴飽和后，吸附系統(tǒng)1310中的吸附床將被置換。由于降低了加壓室內(nèi)的壓力，重質(zhì)烴(和相關(guān)酸性氣體)將從該床中釋放。重質(zhì)烴流體流以1314顯示。在多數(shù)情況下，將加壓室內(nèi)的壓力降至環(huán)境壓力將引起重質(zhì)烴流體流1314中的大多數(shù)重質(zhì)烴和相關(guān)二氧化碳從吸附床釋放。但是，在一些極端情況中，可通過使用真空室以施加低于環(huán)境的壓力至重質(zhì)烴流體流1314，幫助氣體處理設(shè)備1300。這以框1320指示。 在更低壓力存在下，重質(zhì)烴從構(gòu)成吸附床的固體基體脫附。重質(zhì)烴流體流1314主要包括重質(zhì)烴，但將最可能也含有二氧化碳。由于這個原因，期望在釋放重質(zhì)烴以銷售之前處理重質(zhì)烴流體流1314。重質(zhì)烴流體流1314中的重質(zhì)烴和相關(guān)二氧化碳通過管線1322前進至分離器1330。在一方面，使用制冷裝置(未顯示)冷卻重質(zhì)烴流體流1314。這引起重質(zhì)烴流體流1314內(nèi)重質(zhì)烴的至少部分液化。但是，在使用變壓吸附的氣體處理設(shè)備1300中，因為與從吸附系統(tǒng)1310釋放重質(zhì)烴流體流1314有關(guān)的壓降將引起相應(yīng)的溫度降低，冷卻系統(tǒng)通常是不需要的。分離器1330優(yōu)選為將重質(zhì)烴與輕質(zhì)氣體分離的重力沉降分離器。從分離器1330 頂部(在管線1332示意性顯示)釋放輕質(zhì)氣體。管線1332中的從分離器1330釋放的輕質(zhì)氣體(主要為CO2)優(yōu)選與酸性氣體塔底流642合并。同時，從底部釋放重質(zhì)烴(在管線 1334示意性顯示)。管線1334中的重質(zhì)烴被送去商業(yè)銷售。如同變溫吸附系統(tǒng)1210，變壓吸附系統(tǒng)1310可依靠多個并行的床。第一床用于在吸附系統(tǒng)1310中的吸附。這被稱為使用床。第二床通過減壓進行再生。第三床已經(jīng)被再生并備用以當?shù)谝淮沧兊猛耆柡蜁r在吸附系統(tǒng)1310中使用。因此，為了更有效的操作可并行使用最少三個床。這些床可以例如以活性炭或分子篩填充。在一些實施方式中，固體吸附劑的結(jié)合可用于不同重質(zhì)烴組分的去除。例如，由沸石制造的分子篩可用于從相關(guān)甲烷中去除較輕重質(zhì)烴，即C2-C4組分。硅膠床可用于從相關(guān)氣體中回收較重重質(zhì)烴組分，即C5+。使用吸附床的結(jié)合幫助防止重質(zhì)烴殘留在氣相中并最終與酸性氣體塔底流642 —起結(jié)束。與變溫再生相比較，變壓再生具有不易于分解烴或形成焦炭的益處。但是，如同變溫吸附方法，變壓吸附方法更擅長回收重質(zhì)烴流的較重組分。C2至C4組分的回收率將通常不那么高，雖然一些價值可從這些烴1314獲取。變壓吸附系統(tǒng)1310可以是快速循環(huán)變壓吸附系統(tǒng)。在所謂“快速循環(huán)”方法中， 循環(huán)時間可少至幾秒?？梢姡S多方法可用于結(jié)合酸性氣體去除方法去除重質(zhì)烴。通常，選擇的方法取決于原始天然氣或待處理氣體的條件。例如，如果重質(zhì)烴濃度在1至5%的范圍內(nèi)并且(X)2濃度少于20%，那么可優(yōu)選在蒸餾塔上游用物理溶劑吸收。在某些情況中，如當物理溶劑是環(huán)丁砜、Selexol或可能是冷卻甲醇時，溶劑將附帶共吸附一定量的甲烷和C02。但是，這些輕質(zhì)氣體組分在不同閃蒸階段以不同量出來。通過與酸性氣體去除系統(tǒng)巧妙結(jié)合，可利用溶劑提供的部分分離。如果重質(zhì)烴含量包括苯(C6)或更重的烴，顧慮可能在于這些重質(zhì)組分將在低溫蒸餾柱內(nèi)凍結(jié)。即使總重質(zhì)烴含量低于2%，這也是個顧慮。如若這樣，操作者可選擇采用萃取蒸餾過程，其可避免這些重質(zhì)組分的凍結(jié)以及提供它們回收的裝置。貧油方法和吸附動力學分離方法將優(yōu)選用于相對低的(X)2含量和高的烴含量的情形。在一些情況中，操作者可選擇結(jié)合重質(zhì)烴回收方法以確保去除所有重質(zhì)烴組分。 例如，操作者可選擇結(jié)合圖7的氣體處理設(shè)備700的膜接觸器710與如圖9的系統(tǒng)900的萃取蒸餾系統(tǒng)?？稍诘蜏卣麴s塔之前或在低溫蒸餾塔之后安裝萃取蒸餾系統(tǒng)。在后一情況中，萃取蒸餾系統(tǒng)900從蒸餾塔100接收酸性氣體塔底流642。圖14呈現(xiàn)了顯示上游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1410和下游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420結(jié)合使用的氣體處理設(shè)備1400的示意圖。氣體處理設(shè)備1400大體上與上述的氣體處理設(shè)備一致。 在這方面，氣體處理設(shè)備1400采用上游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1410，其可如關(guān)于圖6-13上述的任何系統(tǒng)一樣實施，以將脫水氣流624中的重質(zhì)烴與輕質(zhì)氣體分離。在低壓如接近大氣壓下，從上游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1410釋放重質(zhì)烴流1412。重質(zhì)烴流1412主要含有捕獲以銷售的重質(zhì)烴，但也可包括少量二氧化碳。輕質(zhì)氣體流610也從上游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1410通過。輕質(zhì)氣體流610將主要含有甲烷和二氧化碳，但也可具有痕量H2S和其它硫物質(zhì)與N2。輕質(zhì)氣體流610輸送至低溫蒸餾塔(如圖1的塔100)以進行酸性氣體去除。如上所述的，甲烷作為塔頂甲烷流112從蒸餾塔100釋放。優(yōu)選地，塔頂甲烷流 112將含有不大于大約2%的二氧化碳。在這個百分比下，塔頂甲烷流112可用作燃料氣體或可作為天然氣銷售至某些市場。優(yōu)選地，進一步處理塔頂甲烷流112以將其中的甲烷氣體轉(zhuǎn)化為液態(tài)，以作為LNGl 16銷售。酸性氣體作為塔底液化酸性氣體流642從蒸餾塔100去除。任選地，該液流642可通過再沸器643輸送，在此痕量甲烷作為氣流644再引導返回至塔100。殘留液體通過酸性氣體管線646釋放。在氣體處理設(shè)備1400中，管線646中的液體主要含有二氧化碳和重質(zhì)烴。因此， 將管線646中的液體引導至下游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420。下游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420可以是萃取蒸餾設(shè)備，其可根據(jù)圖9中顯示的設(shè)備900搭建，即顯示為柱910、920、930和相關(guān)管線和裝備的設(shè)備900的一部分。另外地或可選地，下游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420可合并上述的任何其它重質(zhì)烴去除系統(tǒng)。下游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420將包含在液化酸性氣體管線646中的重質(zhì)烴與二氧化碳和其它酸性氣體分離。重質(zhì)烴管線見1414，同時酸性氣體管線見1416。 管線1416中的酸性氣體優(yōu)選通過增壓器648并且然后注入至儲層649。雖然圖14的下游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420被圖解為放置在再沸器643的酸性氣體底部上，但是可將重質(zhì)烴去除系統(tǒng)放置在酸性氣體去除系統(tǒng)100下游的任何適合管線上。例如，重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420可放置在如圖解的液化酸性氣體流642上、氣流644上和/或酸性氣體管線646上。實施下游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420的方式可取決于許多因素，包括不同流的組成和不同烴去除系統(tǒng)的經(jīng)濟性。在其它實例中，在低溫蒸餾塔下游采用吸附動力學分離方法。圖15呈現(xiàn)了采用吸附動力學分離方法的氣體處理設(shè)備1500的示意圖。該設(shè)備1500大體上與圖8的氣體處理設(shè)備800 —致。但是，在這一情況下，代替在酸性氣體去除系統(tǒng)100上游使用AKS固體吸附床800，在酸性氣體去除系統(tǒng)100下游使用AKS固體吸附床810’。在圖15中可以看出，酸性氣體作為塔底液化酸性氣體流642從蒸餾塔100去除。 任選地，該液流642可通過再沸器643，在此將含有痕量甲烷的氣體作為氣流644再引導返回至塔100。主要含有酸性氣體的殘留液體通過酸性氣體管線646釋放。該酸性氣體含有重質(zhì)烴。來自管線646的酸性氣體輸送至AKS固體吸附床810’。當它們通過床810’時，酸性氣體保持冷的并以液相存在。重質(zhì)烴從酸性氣體中去除并作為天然氣液流812通過管線 812釋放。同時，酸性氣體從AKS固體吸附床810’離開并作為塔底酸性氣體流814釋放。塔底酸性氣體流814中的酸性氣體保持主要為液相?？蓪⒐芫€812中的液化酸性氣體蒸發(fā)、減壓并然后送至硫回收裝置(未顯示)。可選地，可通過如框649表示的一個或多個酸性氣體注入(AGI)井，將管線814中的液化酸性氣體注入至地下地層。在這一情況下，優(yōu)選地，管線646中的酸性氣體通過增壓器648。應(yīng)當注意，天然氣液流812主要含有重質(zhì)烴，但也含有二氧化碳。由于這個原因， 優(yōu)選地進行蒸餾過程以從塔底酸性氣體流814分離出二氧化碳。蒸餾容器以820顯示。二氧化碳氣體通過塔頂管線擬4從蒸餾容器820釋放。優(yōu)選地，管線擬4與塔底酸性氣體流 814合并以將酸性氣體注入至儲層649。重質(zhì)烴通過塔底管線822排出容器820并被捕獲以銷售。本文提出的在酸性氣體去除系統(tǒng)下游去除重質(zhì)烴的另一方法涉及膜的使用。如上所述的，膜通過所選擇分子跨過聚合材料從高壓至低壓滲透進行操作。在一個實施方式中，優(yōu)先吸附、溶解和滲透重質(zhì)烴的橡膠膜用于從酸性氣體去除過程的塔底流回收那些烴。任選地，可在與膜接觸之前蒸發(fā)塔底流。在另一實施方式中，CO2-選擇性膜可用在塔底流上以優(yōu)先滲透CO2至較低壓力，同時保持烴在高壓下。在這種情況中的膜材料包括醋酸纖維素、三乙酸纖維素、聚酰亞胺和其它聚合化合物。其它可能的膜材料包括無機材料像沸石、硅石、鈦-硅酸鹽 (titano-silicate)、氧化鋁、金屬有機骨架(MOF)及相關(guān)材料。如果CO2是滲透物，它將需要被壓縮，用于井下處置。在一些施方式中，膜可以是“兩階段”構(gòu)造，其中滲透物被壓縮并通過另一階段的膜以提高產(chǎn)物的總回收率或純度。為了簡短和清楚，這里參考上游重質(zhì)烴回收系統(tǒng)的先前討論，提供可用的下游重質(zhì)烴回收系統(tǒng)的描述。例如，由以上描述將理解，來自下游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420的排出物將包括重質(zhì)富烴流和重質(zhì)貧烴流。取決于實施下游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420的方式，重質(zhì)貧烴流可包括不同的氣體或液體。例如，如果下游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420放置在氣流644上，下游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420可適于使輕質(zhì)烴氣(例如甲烷)通過，到達蒸餾塔100，同時將重質(zhì)烴分離用于其它用途，如銷售、燃燒或進一步處理。通過從氣流644提取重質(zhì)烴，可更有效地構(gòu)造和/或操作蒸餾塔100。參考上游重質(zhì)烴去除系統(tǒng)1420的先前討論，將理解可連同初級重質(zhì)烴分離裝置一起使用多種分離和純化以組成重質(zhì)烴去除系統(tǒng)。應(yīng)當理解，可連同任何酸性氣體去除過程一起，不僅僅是利用“控制凍結(jié)區(qū)”塔的方法，應(yīng)用去除重質(zhì)烴的上述方法?？刹捎闷渌蜏卣麴s柱。進一步地，可使用其它低溫蒸餾方法如整體分餾。整體分餾塔與圖1的CFZ塔100相似，但是不具有中間的凍結(jié)區(qū)。整體分餾塔一般在比CFZ塔100更高的壓力下操作，從而避免了(X)2固體形成。但是，塔頂氣流將含有顯著量的C02。在任何情況下，當脫水氣流6M含有大于大約3%的C2或更重的烴時，期望利用單獨方法去除重質(zhì)烴。最后，如果重質(zhì)烴濃度小于lmol. %或2mol. %，操作者可簡單地選擇不采用重質(zhì)烴去除，因為如此少量的價值不可能作為額外投資的理由。盡管明顯地本文所述的發(fā)明被充分籌劃以實現(xiàn)上文提出的益處和優(yōu)勢，但將理解，本發(fā)明可以在不脫離其精神的情況下進行改進、變化和改變。提供了使用控制凍結(jié)區(qū)的酸性氣體去除過程的操作的改進。這些改進提供了重質(zhì)烴回收的設(shè)計。
權(quán)利要求
1.從酸氣流中去除酸性氣體的系統(tǒng)，其包括接收所述酸氣流的酸性氣體去除系統(tǒng)，其中所述酸性氣體去除系統(tǒng)分離所述酸氣流為主要含有甲烷的塔頂氣流和主要含有二氧化碳的塔底酸性氣體流；和在所述酸性氣體去除系統(tǒng)上游的重質(zhì)烴去除系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)接收含有至少5mol. %重質(zhì)烴組分的原料氣流，并且在不使用化學溶劑的情況下基本上分離所述原料氣流為重質(zhì)烴流體流和所述酸氣流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述酸性氣體去除系統(tǒng)是低溫酸性氣體去除系統(tǒng)，其包括低溫蒸餾塔；和熱交換器，其用于在進入所述蒸餾塔之前冷卻所述酸氣流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述低溫蒸餾塔包括下部蒸餾區(qū)和接收主要含有甲烷的冷卻液體噴淋的中間控制凍結(jié)區(qū)，所述塔接收并且然后分離所述原料氣流為塔頂甲烷流和所述塔底酸性氣體流；和在所述低溫蒸餾塔下游的制冷設(shè)備，用于冷卻所述塔頂甲烷流并返回所述塔頂甲烷流的一部分至所述低溫蒸餾塔作為所述冷卻噴淋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述酸性氣體去除系統(tǒng)是整體分餾系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括物理溶劑系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述物理溶劑系統(tǒng)使用環(huán)丁砜、klexol、冷卻甲醇、貧油或冷卻貧油作為物理溶劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述物理溶劑系統(tǒng)包括用于使物理溶劑接觸所述原料氣流的逆流接觸器或小型的、并流接觸器。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括至少一個膜接觸器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進一步包括在所述酸性氣體去除系統(tǒng)下游的萃取蒸餾系統(tǒng)，其用于接收所述塔底酸性氣體流并分離所述塔底酸性氣體流為主要含有二氧化碳的第一流體流和主要含有重質(zhì)烴組分的第二流體流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括用于吸附至少一些重質(zhì)烴組分并基本上通過輕質(zhì)烴組分的至少一個固體吸附床。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述固體吸附床⑴由沸石材料制造，或(ii)包括至少一種分子篩。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述固體吸附床吸附至少一些二氧化碳；并且所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)進一步包括從重質(zhì)烴組分分離二氧化碳的污染物清除系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個固體吸附床系統(tǒng)包括至少三個吸附床，其中所述至少三個吸附床的第一個用于吸附重質(zhì)烴組分；所述至少三個吸附床的第二個進行再生；和所述至少三個吸附床的第三個保持備用以置換所述至少三個吸附床的第一個。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述再生是變壓吸附過程的一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)進一步包括真空裝置，其用于施加低于環(huán)境的壓力以從所述至少三個吸附床的第一個脫附重質(zhì)烴組分并加壓所述重質(zhì)烴流體流以使它可進入分離器。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述再生是變溫吸附過程的一部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)進一步包括再生氣體加熱器，其用于(i)接收再生氣體，(ii)加熱所述再生氣體，和(iii)通過施加來自所加熱再生氣體的熱至第二吸附床從所述第二吸附床脫附重質(zhì)烴；并且所述再生氣體釋放含有重質(zhì)烴的流至將重質(zhì)烴與輕質(zhì)氣體分離的分離器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)進一步包括冷卻器，其用于接收所述重質(zhì)烴流體流并且在所述重質(zhì)烴流體流進入所述分離器之前冷卻所述重質(zhì)烴流體流。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括至少一個吸附動力學分離床，其用于基本上吸附甲烷和基本上通過重質(zhì)烴組分。
20.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括透平式驟冷器；和用于分離所述原料氣流為所述重質(zhì)烴流體流和所述酸氣流的分離器。
21.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括旋風裝置，其用于分離所述原料氣流為所述重質(zhì)烴流體流和所述酸氣流；和污染物清除系統(tǒng)，其用于接收所述重質(zhì)烴流體流并且分離所述重質(zhì)烴流體流為烴組分和二氧化碳。
22.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述塔頂氣流不僅包括甲烷，也包括氦氣、氮氣或其組合。
23.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述塔底酸性氣體流不僅包括二氧化碳，也包括硫化氫。
24.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，進一步包括脫水設(shè)備，其用于在所述原料氣流通過所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)之前接收所述原料氣流， 并且分離所述原料氣流為脫水酸性氣體流和基本上含有液態(tài)流體的流；并且其中由所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)接收的所述酸性氣體流是所述脫水酸氣流。
25.從酸氣流中去除酸性氣體的系統(tǒng)，其包括用于接收所述酸氣流的酸性氣體去除系統(tǒng)，所述酸氣流包括至少大約5mol. %的重質(zhì)烴組分，其中所述酸性氣體去除系統(tǒng)分離所述酸氣流為主要含有甲烷的塔頂氣流和主要含有二氧化碳和重質(zhì)烴組分的塔底酸性氣體流；和在所述酸性氣體去除系統(tǒng)下游的重質(zhì)烴去除系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)接收至少部分所述塔底酸性氣體流并在不使用化學溶劑的情況下從所述塔底酸性氣體流中分離重質(zhì)烴。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述酸性氣體去除系統(tǒng)是低溫酸性氣體去除系統(tǒng)，其包括低溫蒸餾塔；和熱交換器，其用于在進入所述蒸餾塔之前冷卻所述酸氣流。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中所述低溫蒸餾塔包括下部蒸餾區(qū)和接收主要含有甲烷的冷卻液體噴淋的中間控制凍結(jié)區(qū)，所述塔接收并且然后分離所述原料氣流為塔頂甲烷流和塔底液化酸性氣體流；和在所述低溫蒸餾塔下游的制冷設(shè)備，用于冷卻所述塔頂甲烷流并且返回部分所述塔頂甲烷流至所述低溫蒸餾塔作為液體回流。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括至少一個固體吸附床，其用于從所述塔底酸性氣體流吸附至少一些重質(zhì)烴組分并且基本上通過酸性氣體。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括至少一個吸附動力學分離床，其用于將重質(zhì)烴組分與至少一個其它組分分離。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)包括萃取蒸餾系統(tǒng)，其用于接收所述塔底酸性氣體流并且分離所述塔底酸性氣體流為主要含有二氧化碳的第一流體流和主要含有重質(zhì)烴組分的第二流體流。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中由所述重質(zhì)烴去除系統(tǒng)分離的所述酸性氣體主要含有二氧化碳。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，進一步包括在所述塔底酸性氣體流上的再沸器，其適于提供再沸蒸氣流至所述酸性氣體去除系統(tǒng)，其中所述再沸蒸氣流主要含有輕質(zhì)烴和殘留重質(zhì)烴，并且其中重質(zhì)烴去除系統(tǒng)適于分離所述再沸蒸氣流中的所述殘留重質(zhì)烴。
全文摘要
提供從酸氣流中去除酸性氣體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括酸性氣體去除系統(tǒng)和重質(zhì)烴去除系統(tǒng)。酸性氣體去除系統(tǒng)接收酸氣流并且分離酸氣流為主要含有甲烷的塔頂氣流和主要含有酸性氣體如二氧化碳的塔底酸性氣體流?？稍谒嵝詺怏w去除系統(tǒng)的上游或下游或上游和下游放置重質(zhì)烴去除系統(tǒng)。重質(zhì)烴去除系統(tǒng)接收氣流并且分離氣流為含有重質(zhì)烴的第一流體流和含有其他組分的第二流體流。第二流體流的組分將取決于氣流的組成?？衫酶鞣N類型的重質(zhì)烴去除系統(tǒng)。
文檔編號C07C7/00GK102471188SQ201080033858
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者B·T·金利, C·J·馬特, E·L·金姆博, P·S·諾斯羅普, P·W·西博 申請人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>