專利名稱：從天然氣物流中除去酸性物質(zhì)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于乂人天然氣物:流中除去S臾性物質(zhì)的方法和 設(shè)備。具體而言，本發(fā)明涉及一種用于從脫水的天然氣物流中除去 液體相中的酸性物質(zhì)的方法。本發(fā)明還涉及一種用于從天然氣物流中回收液態(tài)二氧化石灰的 方法。
背景技術(shù)：
來自生產(chǎn)儲罐或儲存儲罐的天然氣通常含有水，以及其他物 質(zhì)，它們在某些工藝操作實施的低溫條件下會形成固體。在管道系統(tǒng)中，不希望在換熱器和/或液化和4諸存容器的表面形 成固體，因為這種固體積聚最終會導(dǎo)致^操作和^f渚存效率下降、造成 損壞并且增加工廠用于保養(yǎng)和維修的停產(chǎn)時間。而且，某些物質(zhì)，尤其是二氧化碳(C02)、疏化氫(H2S)、硫醇 和汞，它們也被稱為"酸性"物質(zhì)，會加劇氣體管道中的腐蝕。此 外，在一些轄區(qū)內(nèi)，或許有必要遵守法4聿或涉及天然氣產(chǎn)品流中的 酸性物質(zhì)最小濃度的商品化要求。已經(jīng)開發(fā)了若干種吸附方法來對來自井源或儲存儲罐的進料 氣進4亍脫水，然后對該脫水的氣體物流進4亍處理以除去或減少其中 含有的酸性物質(zhì)。最廣泛4吏用的方法依賴于各種分子篩以及物理和化學(xué)吸附系統(tǒng)的使用。盡管這些方法很有效，^f旦通常公認這些方法 的實施復(fù)雜并且昂貴，對于大容積的設(shè)備尤其如此，經(jīng)常遇到操作 問題。
最近，人們已經(jīng)相當(dāng)關(guān)注用于通過有目的地將水固化為水合物
和/或?qū)⑺嵝晕镔|(zhì)固化為可凍結(jié)固體(freezable solid )而從天然氣物 流中分離水或酸性物質(zhì)的方法。
二氧化碳的固體形成特性和二氧化石友在低溫下的低氣相溶解 度，構(gòu)成US 5,819,555中描述的分離方法的基礎(chǔ)。冷卻的天然氣進 料物流進入分離容器，在該分離容器中提供工藝裝置用于產(chǎn)生和分 離二氧化碳固體。二氧化碳以富含二氧化碳的液體物流形式從容器 中除去，而將純化的冷蒸氣作為產(chǎn)品物流從該分離容器中除去。
國際/>開第WO 03/062725號描述了 一種用于在生產(chǎn)'液化天然 氣(LNG)的液化過禾呈中,人天然氣進料物流中除去可凍結(jié)物質(zhì)(例如 二氧化碳、水和重》友氫化合物類)的方法。該可凍結(jié)的物質(zhì)作為LNG 漿料被去除。
在國際/>開第WO 2004/070297號中描述的方法是對國際7>開 第WO 03/062725號中探討的方法和設(shè)備的改進。天然氣進料物流 在第一容器中冷卻至第一操作溫度，在該溫度下形成水合物，然后
將得到的脫水氣體物流在第二容器中冷卻至第二操作溫度，在該溫 度下形成酸性物質(zhì)的固體或使酸性物質(zhì)溶解于一種液體。將該脫水 脫好l氣體物流乂人第二容器中除去。
為了實施第二容器中的強化冷卻，事實上WO 2004/070297中 所述的方法涉及在第二容器中用包含脫水氣體冷凝物的過冷液體 (sub-cooled liquid)對該脫水氣體進行噴霧冷卻，其中該脫水氣體冷 凝物含有在第一容器中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)。然而，不幸的是4吏用所述過冷液體具有副作用，即液體中含有的4交重碳氫化合物會隨酸性物 質(zhì)被除去，這使得難以回收碳氫化合物或?qū)崿F(xiàn)回收的成本4艮高。
本發(fā)明的目的在于克力良前述缺陷中的至少一些。
盡管所用的現(xiàn)有4支術(shù)和出版物可以以引用方式結(jié)合于本文， <旦 可以理解，我們不承認這種引用以任何形式構(gòu)成本領(lǐng)域常用普通知 識的一部分(在澳大利亞或其^f也國家)。

發(fā)明內(nèi)容
人們已經(jīng)證明，脫水天然氣物流可以通過固化其中含有的酸性 物質(zhì)進行脫^L。然而，在任一固定溫度下，該固體酸性物質(zhì)具有特 征固定蒸氣壓，因此酸性物質(zhì)也可以存在于氣相中。本發(fā)明基于這 樣一個認識從脫水的天然氣進料物流中按順序、選擇性地分離
酸性物質(zhì)污染物的固體、液體和氣體部分是可能的，從而增強了脫 水的天然氣進料物流中酸性物質(zhì)的去除。
因此，本發(fā)明提供了一種用于從脫水的天然氣進料物流中去除 酸性物質(zhì)的方法，包含以下步^^:
a) 冷卻脫水的天然氣進沖+物流并形成固體酸性物質(zhì)和石灰氫化 合物液的漿料和含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流；
b) 分離該含有氣體酸性物質(zhì)的氣體物流和漿料；
c) 用液體溶劑處理該含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流而形成脫 7jc脫石克的氣體物流和該酸性物質(zhì)的;容'液。
本文中使用的術(shù)語"脫水氣體進料物流"是指經(jīng)歷脫水過程的 天然氣物流。通常該脫水氣體進^f"物流的水分含量少于50ppm,并優(yōu)選小于7 ppm?？梢允褂萌魏斡糜趯υ撎烊粴馕锪鬟M4亍脫水的適
天然氣物流或〗吏用二醇或曱醇進行脫水?？商娲兀梢酝ㄟ^生成 甲烷水合物方式進行天然氣物流的脫水、例如采用WO 2004/070297 中描述的脫水方法。
本文中使用的術(shù)語"脫水脫硫氣體流"是指酸性物質(zhì)已經(jīng)被基 本上從其中除去的脫水氣體進料物流。
通常，酸性物質(zhì)包含但不限于C02、 H2S、硫醇、COS、 CS2、 芳香烴和汞中的4壬一種，或其中任意兩種或多種的混合物。
在一種實施方式中，冷卻脫水天然氣進料物流的步驟包含絕熱 膨脹該脫水天然氣體物流。通常，該冷卻步駛《達到的溫度和壓力條 件能夠4吏酸性物質(zhì)固化并形成^友氫化合物類液體。
在另一實施方式中，將含有氣體酸性物質(zhì)的氣體物流與固體酸 性物質(zhì)和碳氫化合物液體分離的步驟是用重力、離心力或本領(lǐng)域已 知的其他適合的技術(shù)實施的。
在一種實施方式中，該方法進一步包含從漿料中除去固體酸性 物質(zhì)的步驟。在一些實施方式中，該除去固體酸性物質(zhì)的步驟包含 加熱漿料并熔化固體酸性物質(zhì)，從而形成富含酸性物質(zhì)的液體。通
常，將該漿料加熱至恰好高于該固體酸性物質(zhì)熔點的溫度。在本發(fā) 明的 一種實施方式中，加熱漿料的步驟包含向該漿料中添加溫?zé)嵋?體。在一種可替代的實施方式中，加熱漿料的步驟包含將加熱器浸 入該漿料中。然后可以將該富含酸性物質(zhì)的液體轉(zhuǎn)移至設(shè)備的其他 部件。在本發(fā)明的一種實施方式中，用液體溶劑處理含有氣態(tài)酸性物
質(zhì)的氣體物流的步-驟包含4吏該含有氣態(tài)s臾性物質(zhì)的氣態(tài)物流與液
體溶劑接觸。通常，該液體溶劑是一種在操作條件下氣體酸性物質(zhì) 在其中的溶解度比在天然氣物流中更大的溶劑。適合的液體溶劑的
實例包括4旦不限于，包含C2的混合物、液化石油氣組分、C3和 C4以及C5+碳氫化合物組分的NGL[天然氣液體]冷凝物，或包括曱 醇、乙醇、二曱基亞砜的其他溶劑、包括咪唑鑰、季銨、吡咯烷鑰、 吡啶鎗或四烷基鱗的離子液體。
在本發(fā)明的一些實施方式中，l吏含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣體物流 與液體溶劑接觸的步驟包含將氣體物流與液體溶劑的混合過程。
在一些實施方式中，該方法進一步包含從酸性物質(zhì)的液體溶液 中分離酸性物質(zhì)的步驟。通常，該酸性物質(zhì)的液體溶液經(jīng)歷汽提過 禾呈而/人該液體;容液中分離酸性物質(zhì)。
本發(fā)明的第二方面提供了 一種用于乂人脫水天然氣物流中除去 酸性物質(zhì)的設(shè)備，包含
容器，具有一個與氣體溶解區(qū)流體連通的固體形成區(qū)，其中， 配置該固體形成區(qū)以促進形成固體酸性物質(zhì)和^暖氳化合物液的漿 料和含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣體物流，配置該氣體溶解區(qū)以促進酸性
物質(zhì)~液體;容液的形成；
用于將脫水天然氣進料物流？ 1入該固體形成區(qū)的入口 ；
流體連通裝置，用以引導(dǎo)含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣體流從該固體 形成區(qū)進入該氣體溶解區(qū)；
用于將該液體溶劑f 1入該氣體溶解區(qū)的入口 ；第一出口 ，用于從該氣體溶解區(qū)移出該酸性物質(zhì)液體溶液； 第二出口 ，用于/人該氣體溶解區(qū)移出脫水脫石克氣體物流。本文中使用的術(shù)語"固體形成區(qū)"是指由容器的第一內(nèi)腔限定 的空間，用以促進固體物質(zhì)在其中形成?？商娲?，本文中使用的 術(shù)語"固體形成區(qū)，，是指用以促進固體物質(zhì)在其中形成的第一容器 的內(nèi)腔。本文中使用的術(shù)語"氣體溶解區(qū)"是指由容器的第二內(nèi)腔限定 的空間，用以促進固體物質(zhì)的形成?？商娲?，本文中使用的術(shù)語 "氣體溶解區(qū)，，是指用以促進在其中形成酸性物質(zhì)液體溶液的第二容器的內(nèi)腔。該設(shè)備進一步包含用于冷卻進入固體形成區(qū)的脫水天然氣進 料物流的氣體冷卻器。通常，該氣體冷卻器包含用于絕熱膨脹該脫 水天然氣進料物流的氣體膨脹器(gas expander),例如焦耳-湯姆遜閥 (Joule-Thomson閥)、噴嘴或文丘里管、透平膨脹機，或與焦耳-湯 姆遜閥4安序組合的透平膨力長才幾(turbo expander )。在一些實施方式 中，該氣體擴張器可以限定用于將脫水天然氣進料物流引入固體形 成區(qū)的入口 。冷卻進入固體形成區(qū)的脫水天然氣進料物流的步驟是在促進 形成固體酸性物質(zhì)和^碳氫化合物類液態(tài)冷;疑物的條件下實施的。在 本發(fā)明的一種實施方式中，該固體形成區(qū)進一步包含收集區(qū)，將固 體酸性物質(zhì)和液態(tài)冷凝物收集于其中并形成漿一+?？梢酝ㄟ^重力、 離心力，或本領(lǐng)域已知的其他適合的4支術(shù)完成分離。該設(shè)備進一步包含設(shè)置于收集區(qū)中的加熱器，以加熱該漿料并 ^使固體酸性物質(zhì)熔化。通常，用加熱器將該漿^j"加熱至恰好高于固體酸性物質(zhì)熔點的溫度。加熱器的適合實例包括但不限于，浸入式加熱器(immersion heater )或換熱器，尤其是換熱器管束。在一種可替代的實施方式中，該收集區(qū)設(shè)置有溫?zé)嵋后w入口 ， 便于該加熱液體進入該漿料中，從而加熱該漿料并熔化酸性物質(zhì)。該i殳備進一步包含一個出口 ，可以乂人收集區(qū)通過該出口移出所 獲得的液體酸性物質(zhì)。在某些操作條件下，液態(tài)碳氫化合物的密度小于液態(tài)二氧化碳 的密度。因此，在一些實施方式中，液態(tài)>暖氫化合物將在重力作用 下沉淀在液態(tài)酸性物質(zhì)(例如，液態(tài)二氧化碳)之上。在這些實施 方式中，該設(shè)備進一步包含一個出口 ，可以通過該出口從收集區(qū)移 出液態(tài)碳氫化合物。通常，在這種特定實施方式中，碳氳化合物的 出口設(shè)置在通過其/人收集區(qū)中除去液態(tài)二氧化^友的出口的上方。i殳置該i殳備以4是供在固體形成區(qū)和氣體溶解區(qū)之間通過一 流 體連通裝置的流體連通，i殳置該流體連通裝置以防止液體相乂人氣體 溶解區(qū)流回固體形成區(qū)。在一些實施方式中，該流體連通裝置包含 煙道閥或止回閥。在一種可替代的實施方式中，該流體連通裝置設(shè)置在固體形成區(qū)和氣體溶解區(qū)的外部，該流體連通裝置的一端與固體形成區(qū)的上 部流體連通，并且該流體連通裝置的另 一端與氣體溶解區(qū)的下部流 體連通。在這種特定實施方式中，該流體連通裝置包含管道。在單個容器中設(shè)置固體形成區(qū)和氣體溶解區(qū)是節(jié)約成本的，因 為^亥裝置的著i也點4交小并JU又需 一個岸爻壓頭(pressure containing head)的壓力。然而，在可替代的實施方式中，將該固體形成區(qū)置 于第 一容器中并將該氣體溶解區(qū)置于第二容器中，在其間設(shè)置流體連通裝置也許更有利。在這些可替代的實施方式中，該流體連通裝 置位于第一容器和第二容器的外部，該流體連通裝置的一端與第一 容器的固體形成區(qū)的上部流體連通，而該流體連通裝置的另 一端與 氣體>容解區(qū)的下部流體連通。在這種特定實施方式中，該流體連通裝置包括管道。在一種實施方式中，該i殳備包括:沒置在該氣體溶解區(qū)中的液-氣接觸器。在一種實施方式中，該液-氣接觸器包含位于氣體溶解區(qū) 中的多個盤形物或亂堆填津?；蚴б娬盍?。在一種實施方式中，用于將液體溶劑？ 1入氣體溶解區(qū)的入口 #皮 i殳置在液-氣4妻觸器的上方。通常，該入口包含多個噴嘴或液體分配 器(distributor )。該噴嘴或分配器使冷卻的液體溶劑與含有氣態(tài)酸 性物質(zhì)的脫水天然氣物流的4妄觸面積最大而有利于、液-氣4妄觸。因 此，在本發(fā)明的一些實施方式中，配置的該噴卩觜還包含液-氣^妻觸器。在本發(fā)明的一種實施方式中，用于從氣體溶解區(qū)中移出酸性物 質(zhì)液體溶液的第一出口與汽提塔流體連通，而從液體溶液中除去該酸性物質(zhì)并回收液體溶劑?？梢蕴峁┰傺h(huán)器以將回收的液體溶劑 再循環(huán)至進口，以將回收的液體溶劑重新引入至氣體溶解區(qū)。還可 以提供液體溶劑配送器(dispenser)以引入液體溶劑補充，這對于保 持回路中的總量是必要的。汽提出的酸性物質(zhì)可以再循環(huán)回上游工 藝過程或另外凈皮置于i殳備的燃并牛系統(tǒng)或作為廢棄物。在現(xiàn)有4支術(shù)體系中，通常將二氧化石友通過物理或化學(xué)吸附單元 ,人脫水天然氣進一午物流中除去，然后,人溶劑中汽4是出二氧化碳并排 放至大氣。或者，可以使用成本較高的壓縮方法液化氣態(tài)二氧化碳。 大量的潛在氣田不被看好，因為井源的天然氣進料物流中的二氧化 石友含量4皮認為太高以致于不能經(jīng)濟地處理和處置。本發(fā)明是基于這樣的認識，從脫水的天然氣進料物流中分離液 態(tài)二氧化碳是可能的。然后利用相對少的能量將液態(tài)二氧化碳泵出并隔絕(sequester),這一點正好與需要昂貴壓縮設(shè)備的傳統(tǒng)溶劑吸 附單元相反。本發(fā)明的第三方面4是供了 一種用于,人脫 K天然氣體物流中回 收液態(tài)二氧化石友的方法，包括以下步艱纟a) 冷卻脫水天然氣進料物流并形成固體二氧化碳顆粒和碳氫 化合物液體的漿料和含有氣態(tài)二氧化-友的氣體物流；b) 分離含有氣態(tài)二氧化碳的氣體流和漿料；c) 用液體溶劑處理含有氣態(tài)二氧化石友的氣體物流而形成二氧 化碳的液體溶液；和d) 加熱該漿料并熔解該固體二氧化碳顆粒，而形成液態(tài)二氧化碳。在本申請的權(quán)利要求和本發(fā)明的說明書中，除了上下文要求或 其他由于表達語言或必要的含義之外，所使用的詞語"包含"或其 變形如"包括，，或"含有，，是表示包括在內(nèi)的含義，即說明所陳述 特征的存在狀態(tài)，但并不排除在本發(fā)明的各種實施方式中存在或加 入其^也特4i。


現(xiàn)將結(jié)合附圖 <又以舉例的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其中圖1簡要示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的工藝流程圖；圖2簡要示出了才艮據(jù)本發(fā)明的一種可替代實施方式的工藝流程圖；圖3簡要示出了^^艮據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的工藝流程圖。
具體實施方式
在描述該設(shè)備的優(yōu)選實施方式之前，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于所 描述的特定材4+，因為這些材料可以是各種各樣的。也應(yīng)該理解本 文中所使用的術(shù)語僅僅是用于描述特定實施方式，并不是為了以任 何方式限制本發(fā)明的范圍。必須注意到本文中所使用的"一個"、"一 種，，，和"所述"、"該"包括復(fù)數(shù)關(guān)系，除非上下文中另外清楚地 指出。除非另有限定，本文中所使用的全部4支術(shù)和科學(xué)術(shù)語都具有 與本發(fā)明所屬4支術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解相同的含義。參見附圖，相同的數(shù)字始終代表相同的特征，根據(jù)本發(fā)明的各個方面，所示出的設(shè)備10用于實施本發(fā)明的方法。設(shè)備10包括容 器12,在該容器12中處理脫水天然氣進料物流而從中除去酸性物質(zhì)。在將脫水天然氣進料物流引入設(shè)備10中之前，來自井源或儲 存^f諸罐的天然氣物流將經(jīng)歷脫水過禾呈。得到的脫水天然氣進津牛物流 的水分含量通常少于50 ppm ，并優(yōu)選少于7 ppm?？梢允褂萌魏芜m 合的方法來使天然氣體物流脫水。適合的脫水方法的典型例子包括 利用分子篩處理天然氣物流或使用二醇或曱醇進行脫水?？商娲?地，可以用曱烷水合物對該天然氣物流進行脫水；例如，通過使用 在W 0 2004/070297中所4苗述的脫7jc方法。引入設(shè)備10中的脫水天然氣進料物流的溫度和壓力取決于上 游所采用的對該天然氣體物流進行脫水的脫水方法。例如，由用分子篩處理所得到的脫水天然氣進一+物流可以在高達40。C的溫度和 約70巴的壓力下通過管道14被引入設(shè)備10中。盡管對于天然氣進料物流來i兌，優(yōu)選的輸入壓力是>70巴， <旦 是，如果將該脫水天然氣進料物流預(yù)冷至恰好高于在冷卻氣體物流 中C02的理論凍結(jié)溫度的溫度，則本發(fā)明的方法和設(shè)備10將能接 受該脫水天然氣進^牛物流4交^f氐的，命入壓力。在附圖所示出的實施方式中，脫水天然氣進料物流通過管道14 經(jīng)由換熱器16進入閃蒸器(flash vessel) 18，在該閃蒸器中，液體 石油氣(主要包含C3和C4碳氫化合物)和較重的碳氫化合物以及 酸性物質(zhì)4留分(fraction)的冷;疑物/人脫7Jc天然氣物:流中分離出來。 然后該冷凝物被引導(dǎo)通過管道20而進入冷凝物穩(wěn)定器或其他分餾 器(未示出)以進一步進行處理和回收商業(yè)產(chǎn)品。該閃蒸器18中的溫度和壓力條件通常依次為30至70巴和約 -15至-40。C的教:值范圍。在一些實施方式中，換熱器16下游的脫水天然氣進料物流的 進一步冷卻可以在第一致冷換熱器70a中進4亍，其通過第一致冷劑 (例如丙烷或氨)被冷卻。該致冷劑可由設(shè)備10外部的封閉致冷 回^各來4是供。然后〗吏該脫水天然氣進料物流通過管道22引入換熱器24，以 將該脫水天然氣進并+物流冷卻至剛好高于該脫水天然氣物流含有 的酸性物質(zhì)發(fā)生凝固的溫度。此外，可以進一步通過4吏該脫水天然氣進并牛物流通過位于該氣 體膨"長器上游的第二致冷換熱器70b來冷卻該脫水天然氣進沖+物 流，其由第二致冷劑(例如乙烯)來進行冷卻。該致冷劑可由設(shè)備10外部的封閉致冷回路來提供。在一些實施方式中，可將該第一致 冷劑和第二致冷劑組合于一種混合的致冷系統(tǒng)中。將冷卻的脫水天然氣進沖牛物流經(jīng)由進沖?？?28進^十至容器12的 固體形成區(qū)80 J吏用焦耳-湯姆遜閥26或其他適合的氣體膨月長器(例 如透平膨脹機)膨脹該冷卻的脫水天然氣，以使該進料物流在進入 容器12時進一步冷卻。在一種實施方式中， -使用與焦耳-湯姆遜閥 26按序組合的透平膨脹機來4吏冷卻的脫水天然氣物流膨脹。在此特定實施方式中，焦耳-湯姆遜閥26限定了該脫7K天然氣 進泮牛物流進入容器12的進并+口 28。該脫水天然氣進沖牛物流引入到 容器12的固體形成區(qū)80后的膨脹過程使得該固體形成區(qū)80中的 溫度和壓力條件處于該脫水天然氣進料物流中含有的酸性物質(zhì)雜 質(zhì)發(fā)生凝固的條件。該膨脹過程將從進料口 28處進入容器12的固 體形成區(qū)80的脫水天然氣體物流冷卻至在15至30巴的壓力范圍 內(nèi)約-70。C至-160。C。如上所述，在該脫水天然氣進津+物流纟皮冷卻之后，在固體形成 區(qū)中的溫度和壓力條件下也會形成少量的NGL液體,令;疑物。固態(tài)酸性物質(zhì)和液體冷凝物在重力分離作用下遷移至容器12 的下部30，從而形成天然氣液體和酸性物質(zhì)的漿料。在其他實施方 式中，該漿料與剩余的脫水氣態(tài)物流中的分離可以通過使用離心力 或入口裝置(i殳置用來聚結(jié)液滴或4吏固體顆粒成塊)來實現(xiàn)或增強。然后將該固體酸性物質(zhì)的漿料加熱至至少恰好高于固體酸性 物質(zhì)的凝固溫度的溫度，以將該固體酸性物質(zhì)在容器12的下部30 轉(zhuǎn)化為液體相并提供富含酸性物質(zhì)的液體物流。在液體相中該酸性 物質(zhì)的性狀和濃度在很大程度上取決于天然氣的組成。例如，液體 相中二氧化碳的濃度可以>70%。在此實施方式中，容器12設(shè)置有浸入式加熱器32,該浸入式加熱器將漿料加熱至至少恰好高于固體 酸性物質(zhì)的熔點的溫度。該浸入式加熱器32可以是在加熱漿津+時 為進口氣體或其他過程物流提供冷卻的換熱器管束。在小規(guī)模應(yīng)用 中，該浸入式加熱器32由電4是供能量?？商娲?，可以將獲自該 生產(chǎn)車間(process plant)的另 一部件且溫度高于固體酸性物質(zhì)熔點 溫度的液態(tài)生產(chǎn)物流引入容器12的下部30,并與該漿沖+混合而熔 4匕該固體酸性物質(zhì)。通過管道34使該富含酸性物質(zhì)的液體物流從出口 96移出容器 12。在液體物流富含液態(tài)二氧化碳的操作條件下，該液體物流可以 直4妄通過4奐熱器16祐:抽至液態(tài)二氧化石友收納處，或進4于處理以用 于零售。在一些操作條件下，該液態(tài)碳氫化合物的密度小于液態(tài)二 氧化碳的密度，則可以將該液態(tài)碳氫化合物從出口 92經(jīng)由管道94 /人收集區(qū)30分離出來?？商娲?，該液體物流可以經(jīng)歷一種或多種分離過程，通常在 分餾器(未示出)中進行，以從任何曱烷或NGL冷凝物中分離酸 性物質(zhì)。在一些實施方式中，可以將分餾器設(shè)置在容器12的最低 部。分餾得到的富含曱烷的物流可以回到固體形成區(qū)80的底部或 作為設(shè)備的燃料被消耗掉。如果剩余的液體物流含有豐富的NGL,則可以通過進一步的分 餾來回收。這才羊的分餾必然會產(chǎn)生氣態(tài)酸性物質(zhì)，其需要再壓縮或 致冷以爿夸該酸性物質(zhì)冷;疑為液體相，或3尋其作為冷的S臾性物質(zhì)氣體 物流而被焚燒和/或排放?？梢钥紤]將這樣產(chǎn)生的冷酸性物質(zhì)氣體物 流在被焚燒和/或排放之前引導(dǎo)通過換熱器16來冷卻該脫水天然氣 體物流以節(jié)約設(shè)備10中的能量。盡管脫水天然氣體物流中的大多凄t酸性物質(zhì)將在固體形成區(qū) 80中被固化，在本發(fā)明的操作條件下， 一部分該酸性物質(zhì)將保留在氣相中并包含在4立于固體形成區(qū)80中的剩余脫7jc天然氣物流中， A人而固體形成區(qū)80具有含氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流。剩余在該氣 相中的酸性物質(zhì)的份額是由在固體形成區(qū)中確立的工藝條件和脫 水天然氣進坤+物流中酸性物質(zhì)的性質(zhì)和濃度所決定的。該含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流:故導(dǎo)入氣體;容解區(qū)卯流體連通裝置，例如煙道閥38。在此特定實施方式中，該氣體溶解區(qū)i殳置 在容器12的上部36。在如圖2所示的一種可替代實施方式中，該容器12設(shè)置有密 封盤51，該密封盤51包含沖黃^爭容器12延伸的固體盤形物。在這種 結(jié)構(gòu)中，容器12中的氣體溶解區(qū)90和固體形成區(qū)80之間沒有內(nèi) 部流體連通。在此實施方式中，該流體連通裝置包含^L置在容器12 外部的管道53,該管道與固體形成區(qū)80和氣體溶解區(qū)90實現(xiàn)流體 連通。通常，管道53的一端與固體形成區(qū)80的上部流體連通，而 管道53的另一端與氣體溶解區(qū)90的下部流體連通。在圖3示出的另一實施方式中，固體形成區(qū)80 i殳置在第一容 器12a中，而氣體溶解區(qū)卯設(shè)置在第二容器12b中。在此實施方 式中，固體形成區(qū)80和氣體溶解區(qū)90之間的流體連通是通過包含 管道53的流體連通裝置來促進的，該管道53設(shè)置在第一容器12a 和第二容器12b的外部。管道53的一端與固體形成區(qū)80的上部流 體連通，而管道53的另一端與氣體溶解區(qū)90流體連通。參見附圖，氣體溶解區(qū)9CH殳置有氣-液^妄觸器40。優(yōu)選地，所 選才奪的氣-液接觸器40能最大化冷卻的液體溶劑和含有氣態(tài)酸性物 質(zhì)的脫水天然氣體物流之間的4妻觸面積。在此特定實施方式中，該 氣-液4妄觸器40包含多個盤形物或i殳置在容器12的上部36中的亂 堆填料或規(guī)整填料。冷卻的液體溶劑通過i殳置在氣-液接觸器40上方的入口 42引入 氣體溶解區(qū)90的上部36中。在這些特定實施方式中，入口 42是 被設(shè)計用來將液體均一遞送至氣-液接觸器40的分配器。選擇該冷卻的液體溶劑，以便與該氣相酸性物質(zhì)混合并溶解該 氣相酸性物質(zhì)而形成該氣態(tài)酸性物質(zhì)的液體溶液。才艮據(jù)本發(fā)明的冷 卻液體溶劑的適合的例子包括但不限于NGL冷凝物，所述NGL冷 凝物包含C2、液化石油氣組分、C3和C4以及C5+碳氫化合物組 分的混合物，或包括甲醇、乙醇、二曱基亞砜和離子液體(包含咪 唑鎗、季銨、吡咯烷鑰、吡啶鐵或四烷基轔)的其他溶劑。形成酸性物質(zhì)固體的熱力學(xué)產(chǎn)生向脫水天然氣體物流的熱傳 遞。有利地，該冷卻的液體溶劑引入容器12的上部36的方式，也 冷卻從固體形成區(qū)8(M皮引入氣體溶解區(qū)卯的含有酸性物質(zhì)的氣體 物流。得到的氣態(tài)酸性物質(zhì)的液體溶液收集在液-氣沖妻觸器40的最4氐 部50并/人氣體溶解區(qū)90經(jīng)由管道52的出口 55移出。該酸性物質(zhì)的液體溶液經(jīng)由管道52引入換熱器54并由此引入 汽提塔56，該汽提塔包含一個分餾柱，以氣體形式從液體溶液中汽 <提出酸性物質(zhì)。該汽提i荅56可以i殳置有浸入式加熱器57或外部再 沸器(exterior reboiler )以輔助汽提過程。該酸性物質(zhì)經(jīng)由管道58 排出?？梢?代地，該酸性物質(zhì)可以經(jīng)歷再壓縮以將該酸性物質(zhì)凝結(jié) 為液體相。該酸性物質(zhì)也可以再循環(huán)通過i殳備10以節(jié)約能量，或 作為燃料消耗，或被焚燒。使用泵60將汽提過的溶劑經(jīng)由管道62泵入用于冷卻的換熱器 54,然后進入換熱器48，用于在再次引入氣體溶解區(qū)90的入口 42 之前進4于進一步冷卻。可以理解，也可以提供液體溶劑分配器98以引入對于保持循 環(huán)中的總量必要的液體溶劑補給。/人出口 44經(jīng)由管道45 ,人氣體溶解區(qū)中移出包含脫水脫石克天然 氣的產(chǎn)品物流。該產(chǎn)品物流處于15至30巴的壓力和-70。C至-100 。C的溫度下。使用上述方法可以獲得C02濃度為200 ppm的產(chǎn)品物流o通過在氣體膨"長裝置46中膨力長氣體，可以對該產(chǎn)品物流進4亍 進一步冷卻，并且可以用該冷卻的產(chǎn)品物流在一個或多個換熱器48和24中分別冷卻設(shè)備10中的液體溶劑和脫水天然氣進料物流，以盡可能地節(jié)約設(shè)備10中的能量。從上述說明書中可以明了，在設(shè)備10中最大限度地節(jié)約了能 量，這與再循環(huán)溶劑從汽提工段回到容器12中時，氣態(tài)酸性物質(zhì) 的液體溶液與產(chǎn)品物流之間的熱交換有關(guān)。通常，由于產(chǎn)品物流在準備銷售時必須經(jīng)歷再壓縮過程，可以 考慮;)尋本發(fā)明的方法在這才羊的工藝過詳呈物力l壓力(process stream pressure)下實施該壓力與在設(shè)備10的操作條件和極限范圍下能 夠使用的壓力一樣高。在不脫離基本發(fā)明思想的前提下，除了那些已經(jīng)被描述的之 外，本領(lǐng)域技術(shù)人員自己將能提出大量的變體和修改。所有這樣的 變體和修改都被認為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明的特征由前面的描述決定。
權(quán)利要求
1. 一種用于從脫水天然氣進料物流中分離出酸性物質(zhì)的方法，包含以下步驟(a)冷卻所述脫水天然氣進料物流并形成固體酸性物質(zhì)和碳氫化合物液體的漿料和含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流；(b)將所述含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流和所述漿料分離；和(c)用液體溶劑處理所述含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流并形成脫水脫硫的氣體物流和所述酸性物質(zhì)的液體溶液。
2. 才艮據(jù)片又利要求1所述的方法，其中，所述冷卻所述脫水天然氣 進料物流的步驟包含絕熱膨脹所述脫水天然氣進料物流。
3. 才艮據(jù)片又利要求1或2所述的方法，其中，乂人所述含有氣態(tài)酸性 物質(zhì)的氣態(tài)進料物流中分離所述固體酸性物質(zhì)和液態(tài)冷凝物 的步驟是用重力、離心力，或本領(lǐng)域已知的其他適合的分離技 術(shù)實施的。 .
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述方法進一 步包含從所述漿津牛中除去所述固體酸性物質(zhì)的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述除去所述固體酸性物 質(zhì)的步驟包含加熱所述漿料和熔化所述固體酸性物質(zhì)，從而形 成富含酸性物質(zhì)的液體。
6. 才艮據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述漿料被加熱至恰好高 于所述固體酸性物質(zhì)的熔點的溫度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，向所述漿料中加入溫 熱液體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，將加熱器浸入到所述 漿料中。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述用所述液 體溶劑處理所述含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流的步驟包含使 所述含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流與所述液體溶劑接觸。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述使含有氣 態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流與所述液體溶劑4妾觸的步驟促進形成 所述酸性物質(zhì)在所述液體>容劑中的液體;容液。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述液體溶劑 包含所述氣態(tài)酸性物質(zhì)在其中的溶解度大于在所述天然氣物 流中的溶解度的溶劑。
12. 才艮據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述液體溶劑 包含甲醇、乙醇、二甲基亞砜、選自包含咪唑鑰、季銨、吡咯 烷鎗、吡咬鎗或四烷基轔組成的組中的離子液體或NGL[天然 氣液體]冷凝物中的任一種，或其組合，所述NGL冷凝物包含 C2、液化石油氣組分、C3和C4以及C5+碳氫化合物組分的 混合物。
13. 才艮據(jù)前述^L利要求中任一項所述的方法，其中，所述方法進一 步包含/人所述酸性物質(zhì)的液體;容液中分離所述氣態(tài)酸性物質(zhì) 的步-驟。
14. 才艮據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述氣態(tài)酸性物質(zhì)的液 體;容液經(jīng)歷汽才是過禾呈，而乂人所述'液體溶液中分離所述酉臾性物質(zhì)。
15. 才艮據(jù)前述4又利要求中4壬一項所述的方法，其中，所述酸性物質(zhì) 包含C02、 H2S、石克醇、COS、 CS2、芳香烴:f口7，中的^f壬一種， 或其中任意兩種或多種的混合物。
16. —種用于乂人脫水天然氣進一牛物流中除去酸4生物質(zhì)的i殳備，包 括容器，具有與氣體溶解區(qū)流體連通的固體形成區(qū)，其中 所述固體形成區(qū)i殳置用來促進形成固體酸性物質(zhì)和多友氫化合 物液體的漿料和含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)進并+物流，并且所述 氣體溶解區(qū)i殳置用來促進形成酸性物質(zhì)的液體溶液；用于將所述脫水天然氣進料物流f 1入所述固體形成區(qū)的 入口 ；流體連通裝置，設(shè)置成用于將所述含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的 氣態(tài)物流乂人所述固體形成區(qū)引導(dǎo)至所述氣體〉容解區(qū)；用于將液體溶劑引入所述氣體溶解區(qū)的入口 ； 第一出口，用于^v所述氣體〉容解區(qū)移出所述酸性物質(zhì)的 液體溶液；和第二出口，用于從所述氣體溶解區(qū)移出脫水脫硫的氣體 產(chǎn)品物流。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述固體形成區(qū)設(shè)置在 第一容器中，而所述氣體溶解區(qū)設(shè)置在第二容器中。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的設(shè)備，進一步包括氣體冷卻器， 用于冷卻進入所述固體形成區(qū)的脫水天然氣進料物流。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，所述氣體冷卻器包括用 于絕熱膨力長所述脫水天然氣進料物流的氣體膨脹器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述氣體膨脹器包括焦 耳-湯姆遜閥、噴嘴或文丘里管、透平膨脹才幾、或與焦耳-湯姆 遜閥連續(xù)組合的透平膨脹機。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的設(shè)備，其中，所述氣體膨脹器限 定所述用于將所述脫水天然氣進并牛物流引入所述固體形成區(qū) 的入口 。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16至21中任一項所述的設(shè)備，其中，所述固體 形成區(qū)進一步包括收集區(qū)，所述固體酸性物質(zhì)和液體冷凝物收 集于其中并形成漿料。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，進一步包括設(shè)置在所述收集區(qū) 中的加熱器，用于加熱所述漿料并熔化所述固體酸性物質(zhì)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，所述加熱器包括浸入式 加熱器或換熱器。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，設(shè)置所述收集區(qū)以促進 溫?zé)嵋后w進入所述漿料，從而加熱所述漿4+并熔化所述固體酸 性物質(zhì)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23至25中任一項所述的設(shè)備，進一步包括出口 ， 通過此出口將所述液體酸性物質(zhì)/^所述收集區(qū)移出。
27. 根據(jù)權(quán)利要求22至26中任一項所述的設(shè)備，進一步包含出口 ， 通過此出口將所述液體碳氫化合物從所述收集區(qū)移出。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中，所述用于移出所述液體 石友氫化合物的出口祐 i殳置在所述用于移出所述液體酸性物質(zhì) 的出口的上方。
29. 根據(jù)權(quán)利要求16至28中任一項所述的設(shè)備，其中，將所述設(shè)備設(shè)置成通過一流體連通裝置提供所述固體形成區(qū)和所述氣 體溶解區(qū)之間的流體連通，將所述流體連通裝置設(shè)置成防止液體相從所述氣體溶解區(qū)返回到所述固體形成區(qū)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中，所述流體連通裝置包括 》因道閥或止回閥。
31. 才艮據(jù)權(quán)利要求16至30中任一項所述的設(shè)備，進一步包括設(shè)置 在所述氣體溶解區(qū)中的液-氣接觸器。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中，所述液-氣接觸器包括設(shè) 置在所述氣體溶解區(qū)中的多個盤形物或亂堆填料或規(guī)整填料。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的設(shè)備，其中，所述用于將所述液 體溶劑引入所述氣體溶解區(qū)的入口 i殳置在所述液-氣4妾觸器上 方。
34. 才艮據(jù)讒又利要求16至33中任一項所述的設(shè)備，其中，所述入口 包括多個噴嘴或一個液體分配器。
35. 根據(jù)權(quán)利要求16至34中任一項所述的設(shè)備，其中，用于從所 述氣體溶解區(qū)移出所述酸性物質(zhì)液體;容液的所述第 一 出口與汽揭)荅流體連通，以乂人所述液體溶液中除去所述酸性物質(zhì)并回 收液體溶劑。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，進一步包括再循環(huán)器，以將所 體溶解區(qū)的入口
37.—種用于從脫水天然氣進料物流中回收液態(tài)二氧化碳的方法， 包4舌以下步-驟(a) 冷卻所述脫水天然氣進沖+物流并形成固體二氧化石友 顆粒和石友氮化合物液體的漿料以及含有氣態(tài)二氧4b石友的氣態(tài) 物流；(b) 分離所述含有氣態(tài)二氧化石灰的氣態(tài)物流和所述漿料；(c) 用液體溶劑處理所述含有氣態(tài)二氧化碳的氣體物流 并形成二氧化碳的液體溶液；和(d) 加熱所述漿料，熔化所述固體二氧化碳顆粒并形成液 態(tài)二氧化碳。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種從脫水的天然氣進料物流中除去酸性物質(zhì)的方法。該脫水的天然氣進料物流被冷卻至形成固體酸性物質(zhì)和碳氫化合物液體的漿料與含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流的條件。然后該含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣態(tài)物流從該漿料中分離，并用液體溶劑進行處理，從而形成該酸性物質(zhì)的液體溶液和脫水脫硫天然氣產(chǎn)品物流。本發(fā)明還提供了一種用于從脫水天然氣進料物流中分離酸性物質(zhì)的設(shè)備。該設(shè)備包括一種容器，該容器具有固體形成區(qū)，該固體形成區(qū)與氣體溶解區(qū)流體連通，并設(shè)置成用來促進形成固體酸性物質(zhì)和碳氫化合物液體的漿料以及含有氣態(tài)酸性物質(zhì)的氣體物流。設(shè)置該氣體溶解區(qū)以促進酸性物質(zhì)液體溶液的形成。該設(shè)備具有將脫水天然氣進料物流引入固體形成區(qū)的入口，將氣體物流從該固體形成區(qū)引向氣體溶解區(qū)的管道，以及將液體溶液引入氣體溶解區(qū)的入口。
文檔編號F25J3/08GK101283078SQ200680037652
公開日2008年10月8日 申請日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日
發(fā)明者羅伯特·阿明, 艾倫·哈特 申請人:冷能源有限公司