專利名稱：乙烷回收方法和配置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是氣體處理，特別是其涉及用于乙烷回收的天然氣 處理。
背景技術(shù)：
對(duì)于烴類液體回收，特別是自高壓原料氣回收乙烷和丙烷來(lái)說(shuō)， 已知各種膨脹方法。大多數(shù)常規(guī)方法需要冷凍丙烷以使原料氣冷卻和 /或在脫甲烷塔(demethanizer)和/或脫甲烷塔(demethanizer)中回流冷 凝，并且在原料氣壓力較低或包含大量丙烷和較重組分的情況下，對(duì) 丙烷冷凍的需要經(jīng)常顯著增加NGL回收方法的開支。
為了降低外部冷凍丙烷的需求，可通過(guò)熱交換用脫甲烷塔塔頂蒸 氣、塔側(cè)再沸器和補(bǔ)充的外部丙烷冷凍來(lái)使原料氣冷卻且部分冷凝。 隨后使如此形成的原料氣液體部分與蒸氣部分分離，在許多情況下它 被分成兩部分。 一部分經(jīng)進(jìn)一步冷卻且供應(yīng)到脫甲烷塔的上部，而另 一部分在單透平膨脹機(jī)中壓力降低且供應(yīng)到脫甲烷塔的中段。雖然這 種配置對(duì)于具有相對(duì)高C3+(例如大于3。/。摩爾)含量和約1000psig或更 低的原料氣壓力的原料氣來(lái)說(shuō)經(jīng)常為經(jīng)濟(jì)且有效的，但是它們對(duì)于低 C3+含量(例如等于或小于3%摩爾，更通常小于1%摩爾)，尤其對(duì)于 具有相對(duì)高壓力(例如1400psig及以上)的原料氣來(lái)說(shuō)通常不具經(jīng)濟(jì)性 和有效性。
遺憾的是，在許多已知的膨脹機(jī)方法中，得自分餾塔的殘余氣體
5仍包含大量乙烷和丙烷，如果將其冷凍到甚至更低的溫度或使其經(jīng)歷 另一精餾階段，則可將其回收。最一般來(lái)說(shuō)，較低溫度可通過(guò)透平膨 脹機(jī)的高膨脹比實(shí)現(xiàn)?；蛘呋蛄硗猓诖嬖谙鄬?duì)高的原料氣壓力(例
如，1600psig及以上)的情況下，理論上可增加脫曱烷塔壓力來(lái)藉此 降低殘余氣體壓縮功率并降低總能量消耗。然而，脫甲烷塔壓力的增 加通常限于450psig到550psig，因?yàn)楦叩乃毫?huì)降低曱烷組分與 乙烷組分之間的相對(duì)揮發(fā)性，使分餾困難，甚至不可行。因此，通過(guò) 透平膨脹自大多數(shù)高壓原料氣產(chǎn)生過(guò)度冷卻，其為迄今已知無(wú)法充分 利用的方法。
例如，在Campbell等的美國(guó)專利第4,854,955號(hào)中描述了具有透 平膨脹機(jī)、原料氣冷卻器、分離器和回流脫甲烷塔的示例性NGL回 收成套設(shè)備(plant)。在此，使用包括透平膨脹的配置來(lái)回收乙烷，其
來(lái)冷卻并冷凝。這種額外冷卻步驟冷凝來(lái)自脫甲烷塔塔頂?shù)拇蟛糠忠?烷和較重組分，隨后在分離器中將它回收并使其以回流形式回到塔 中。遺憾的是，高乙烷回收率通常限于80%-90%,因?yàn)?32回收經(jīng)常 受脫甲烷塔中C02凍結(jié)限制。因此，不能利用由高壓透平膨脹機(jī)產(chǎn)生 的過(guò)度冷卻得到高乙烷回收率，且其在別處必定遭到拒絕。然而，在 這類配置中使脫乙烷塔回流通常需要丙烷冷凍，這消耗了大量能量。 因此，對(duì)于具有相對(duì)高壓力和低丙烷和較重組分含量的原料氣來(lái)說(shuō)， 所有或幾乎所有已知方法都沒(méi)能利用原料氣的潛在能量。
Campbell等在美國(guó)專利第6,182,469號(hào)中指出包括在NGL分餾 塔中除去C02的NGL回收方法。在此，將頂部塔盤中的一部分液體
移出、加熱并使其回到脫甲烷塔的下段以除去C02。雖然所述配置可
在至少一定程度上除去不合需要的C02,但降低了 NGL分餾效率且 必定增加額外處理步驟的額外分餾塔盤、加熱和冷卻任務(wù)。在當(dāng)前經(jīng) 濟(jì)情況下，此追加支出相對(duì)于如此實(shí)現(xiàn)的乙烷回收率的微小增加是不 合理的。更進(jìn)一步，這類體系通常針對(duì)1100psig(psi表壓)或更低的原料氣壓力設(shè)計(jì)，它不適用于高原料氣壓力(例如，1600psig或更高)。 具有類似難點(diǎn)的其他已知配置描述在美國(guó)專利第4,155,729號(hào)、美國(guó) 專利第4,322,225號(hào)、美國(guó)專利第4,895,584號(hào)、美國(guó)專利第7,107,788 號(hào)、美國(guó)專利第4,061,481號(hào)和WO2007/008254中。
因此，雖然已進(jìn)行許多嘗試來(lái)提高自天然氣及其他來(lái)源分離和回 收乙烷和較重天然氣液體的方法的效率和經(jīng)濟(jì)性，但所有或幾乎所有 方法都受一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)的困擾。最顯著地，迄今已知的配置和方法 都沒(méi)能利用高原料氣壓力的經(jīng)濟(jì)效益和脫甲烷塔的冷卻潛力，特別是
在原料氣包含相對(duì)低的C3和較重組分含量的情況下。因此，仍然需
要提供用于天然氣液體回收的改進(jìn)方法和配置。
發(fā)明概迷
本發(fā)明涉及使用相對(duì)高壓力的具有相對(duì)低C計(jì)含量的含C02原料 氣提供冷卻和再壓縮能量而同時(shí)使乙烷回收率達(dá)到最大的配置和方 法。最優(yōu)選使原料氣在至少兩段中冷卻并膨脹，其中將原料的蒸氣部
分供應(yīng)到處于相對(duì)高溫度下的第二膨脹機(jī)中，因此防止co2在脫甲烷
塔中凍結(jié)，且其中使另一蒸氣部分過(guò)冷，藉此形成貧回流(leanreflux)。 在本發(fā)明主題的一個(gè)方面，氣體處理成套設(shè)備(最優(yōu)選用于處理
具有相對(duì)低C3+含量的含C02原料氣)包括笫一熱交換器、笫一透平
膨脹機(jī)和第二熱交換器，它們彼此串聯(lián)連接且經(jīng)配置以使原料氣冷卻 并膨脹到壓力高于脫甲烷塔工作壓力(例如，1000psig到1400psig)。 分離器與第二熱交換器流體連接且經(jīng)配置以將冷卻并膨脹的原料氣
分離為液相和氣相，第二透平膨脹機(jī)與分離器連接且經(jīng)配置以使一部 分氣相膨脹到脫曱烷塔壓力，而第三熱交換器和減壓裝置經(jīng)配置以接 收并冷凝另 一部分氣相，藉此形成到達(dá)脫甲烷塔的回流。
因此，從不同觀點(diǎn)來(lái)看，自含乙烷的氣體分離乙烷的方法包括使 原料氣冷卻并從原料氣壓力膨脹到高于脫甲烷塔工作壓力的步驟和 另一自冷卻并膨脹的原料氣分離氣相的步驟。 一部分過(guò)熱氣相在透平
7膨脹機(jī)中膨脹到脫曱烷塔的工作壓力，而另一部分氣相經(jīng)冷卻、液化 且膨脹，藉此產(chǎn)生供應(yīng)到脫甲烷塔中的回流。
最優(yōu)選第 一熱交換器和第二熱交換器與脫曱烷塔熱連接以提供 脫曱烷塔的至少 一部分再沸任務(wù)，和/或塔側(cè)再沸器與脫乙烷塔塔頂 冷凝器和/或殘余氣體熱交換器熱連接以提供體系的冷凍/再沸需求。 為了重新利用高壓原料氣中的至少一些能量，優(yōu)選第一透平膨脹機(jī)與
殘余氣體壓縮機(jī)(或發(fā)電機(jī))機(jī)械連接。通常，在至少1500psig壓力下 原料氣通過(guò)來(lái)源(例如，氣田、LNG的再氣化成套設(shè)備)提供，和/或 原料氣包含至少0.5%摩爾C02和小于3%摩爾C3+組分。
更進(jìn)一步通常優(yōu)選第一熱交換器、笫一透平膨脹機(jī)和第二熱交換 器經(jīng)配置以冷卻原料氣到高于-10°F的溫度，和/或第二透平膨脹機(jī)經(jīng) 配置使得氣相的膨脹部分(即，脫曱烷塔進(jìn)料)的溫度為-75。F到-85。F 且壓力為400psig到550psig。另外，通常優(yōu)選第三熱交換器和減壓裝 置經(jīng)配置以在等于或小于-130。F的溫度下冷凝氣相以提供脫甲烷塔 回流。
本發(fā)明的各種目標(biāo)、特征、方面和優(yōu)勢(shì)自本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案 的以下詳細(xì)說(shuō)明以及附圖將變得更加顯而易見(jiàn)。
附圖簡(jiǎn)述


圖1為根據(jù)本發(fā)明主題的一個(gè)示例性乙烷回收配置的示意圖。 圖2為根據(jù)本發(fā)明主題的另 一 示例性乙烷回收配置的示意圖。
發(fā)明詳述
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)各種高壓烴原料氣(例如，至少1400psig,更優(yōu) 選至少1600psig，甚至更高)可在包括兩階段透平膨脹的配置和方法 中處理，兩階段透平膨脹將顯著有助于下游脫曱烷塔和脫乙烷塔的冷 卻需求。在優(yōu)選方面的原料氣包含至少0.5%摩爾且更通常至少1-2% 摩爾的量的C02，且具有通常等于或小于3%摩爾的相對(duì)低的C3+(即，C3和更高碳數(shù))含量。
在大多數(shù)考慮的配置和方法中，實(shí)現(xiàn)至少70%-95%的乙烷回收 率，同時(shí)顯著降低冷凍和能量需求。另外，在特別優(yōu)選的配置和方法 中，脫甲烷塔再沸器任務(wù)由原料氣熱含量提供，且原料氣的膨脹提供 回流和脫甲烷塔進(jìn)料中的冷凍容量，它還用以冷凝經(jīng)由塔側(cè)自脫甲烷 塔取出的脫乙烷塔塔頂產(chǎn)物和/或降低再壓縮機(jī)入口溫度。
應(yīng)特別理解的是，在考慮的配置和方法中，原料氣在第一透平膨 脹機(jī)中膨脹且隨后熱交換使得第二透平膨脹機(jī)的膨脹機(jī)入口溫度顯 著高于迄今已知的典型配置。所述相對(duì)高的入口溫度致使進(jìn)入脫曱烷 塔的原料有助于自乙烷產(chǎn)物除去二氧化碳且防止二氧化碳凍結(jié)，而相 對(duì)低的回流物流溫度和約450psig的塔壓有助于有效分離乙烷與較重 組分。在需要的情況下，可將殘余氣體與自原料氣提取的C3和較重 組分合并，而將乙烷單獨(dú)使用或作為商品銷售。
在本發(fā)明主題的一個(gè)特別優(yōu)選方面，如圖1所示的示例性成套設(shè) 備包括與兩個(gè)串聯(lián)操作的透平膨脹機(jī)流體連接的脫曱烷塔，其中原料 氣在第一透平膨脹機(jī)的上游和下游冷卻。最優(yōu)選調(diào)節(jié)這些裝置中的冷 卻和膨脹以維持第二膨脹機(jī)吸入口溫度為0-30下。利用此相對(duì)高的膨 脹機(jī)溫度以在脫甲烷塔中汽提C02 ，同時(shí)避免C02在塔中凍結(jié)。還應(yīng) 理解，雙透平膨脹機(jī)產(chǎn)生的額外動(dòng)力可用以降低殘余氣體壓縮能量需 求，和/或可用以降低或甚至消除丙烷冷凍。此外，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在優(yōu) 選成套設(shè)備中的脫甲烷塔塔側(cè)再沸器通過(guò)提供到達(dá)脫乙烷塔中的回 流的冷凝任務(wù)而^t加熱，它更進(jìn)一步降低丙烷冷凍需求。此用途還將 通過(guò)在脫甲烷塔中自NGL汽提C02而幫助防止C02凍結(jié)。
進(jìn)一步參考圖i，處于85。F和1700psig下的原料氣流1在第一 交換器50中冷卻到約40。F到70°F,形成冷卻的原料氣流2和加熱的 物流32。交換器50的冷凍容量(refrigeration content)由脫曱烷塔再沸 器原料流31提供。因此，用于汽提脫甲烷塔塔底物流12中的不合需 要組分的再沸器加熱任務(wù)的至少一部分由原料氣提供。任選加熱器
981可用于進(jìn)一步加熱物流32到更高溫度，形成物流33,它通過(guò)利用 來(lái)自殘余壓縮機(jī)排出物或熱油物流60的熱量補(bǔ)充脫曱烷塔再沸器熱 需求。物流2通過(guò)第一透平膨脹機(jī)51膨脹到較低壓力，通常為 1000psig到1400psig，形成物流3，它在第二交換器53中進(jìn)一步冷卻 到約-10。F到30°F,形成物流5。冷凍容量由上部塔側(cè)再沸器物流21 提供，藉此形成加熱的物流22。當(dāng)處理富氣時(shí)，冷凝物在分離器54 中分離為液體流11和蒸汽流4。
將物流ll的壓力降低且供應(yīng)到脫甲烷塔59下段，而使蒸氣流4 分成兩部分，物流6和物流7 ，通常物流4與物流7的分流比為0.3-0.6。 應(yīng)理解，冷卻氣的分流比可不同，優(yōu)選隨針對(duì)所要乙烷回收率和C02 去除的膨脹機(jī)入口溫度而不同。脫甲烷塔塔頂交換器的流率增加會(huì)增 加回流率，得到更高乙烷回收率。因此，共吸收的C02必須通過(guò)膨脹 機(jī)的較高溫度和/或4支高流率來(lái)除去以避免C02凍結(jié)。如本文所用， 術(shù)語(yǔ)"約"與數(shù)字結(jié)合是指自低于所述數(shù)字絕對(duì)值20%開始到高于所 述數(shù)字絕對(duì)值20%的數(shù)字范圍(包括端值)。例如，術(shù)語(yǔ)"約-100下"是 指-80。F到-120。F的范圍，術(shù)語(yǔ)"約1000psig"是指800psig到1200psig 的范圍。
物流6在第二透平膨脹機(jī)55中膨脹到約400psig到550psig，形 成溫度通常為約-80。F的物流10。將物流10供應(yīng)到脫甲烷塔59的上 段。物流7在脫甲烷塔塔頂交換器57中利用脫曱烷塔塔頂蒸氣流13 的冷凍容量冷卻為約-140。F的物流8,物流8在JT(Joule-Thomson)閥 58中壓力進(jìn)一步降低。如此形成的物流9以過(guò)冷貧回流形式供應(yīng)到 脫甲烷塔59上部。雖然通常優(yōu)選物流8在Joule-Thomson閥中膨脹， 但認(rèn)為供選的已知膨脹裝置同樣適用于本文且包括動(dòng)力再生渦輪 (power recovery turbines)禾口月彭月長(zhǎng)噴嘴。
應(yīng)注意到，優(yōu)選配置中的脫甲烷塔用來(lái)自(a)原料氣、(b)壓縮的 殘余氣體和(c)脫乙烷塔回流冷凝器65的熱含量再沸以限制i^底產(chǎn)物 中的曱烷含量為2%重量或更小。更進(jìn)一步，被考慮的配置和方法還產(chǎn)生在約-13S下和400psig到5Wpsig下的塔頂蒸氣流13和在50。F到 70。F和405psig到555psig下的塔底物流12。塔頂蒸氣13優(yōu)選用于提 供在交換器57中冷卻以形成物流14的原料氣，隨后通過(guò)第一段再壓 縮機(jī)56(由第二透平膨脹機(jī)55驅(qū)動(dòng))壓縮形成在約45。F和約600psig 下的物流15。壓縮的物流15通過(guò)由苐一透平膨脹機(jī)51驅(qū)動(dòng)的第二 再壓縮機(jī)52進(jìn)一步壓縮為約750psig下的物流16，且最終由殘余氣 體壓縮機(jī)61壓縮，因此形成在1600psig或更高壓力下的物流17。優(yōu) 選利用壓縮的殘余氣體的熱含量以供應(yīng)脫曱烷塔再沸器81和脫乙烷
塔再沸器68中的至少一部分再沸器任務(wù)(例如，經(jīng)由交換器62)。隨 后使壓縮并冷卻的殘余氣體流18任選與丙烷流78混合，形成供應(yīng)氣 體管道的物流30。由脫乙烷塔底物流制備的丙烷有利地增加熱值容 量，這在丙烷和較重組分的價(jià)值如同天然氣的情況下和且液體丙烷商 品不易于得到的情況下尤其合乎需要。
脫曱烷塔底殘留物12在JT閥63中壓力下降到約300psig到 400psig,且作為物流23供應(yīng)到脫乙烷塔64的中段，脫乙烷塔64產(chǎn) 生乙烷塔頂物流24和CrK丙烷和較重組分)塔底物流28。脫乙烷塔塔 頂蒸氣24通過(guò)交換器70和交換器65中的丙烷冷凍來(lái)任選冷卻，在 交換器65中將自脫曱烷塔塔側(cè)抽出的物流19自約-50。F加熱到約 10°F，形成物流20,而將脫乙烷塔塔頂蒸氣在約2(TF下冷凝，形成 物流25。將脫乙烷塔塔頂物流25完全冷凝，在分離器66中分離且 由產(chǎn)物/回流泵67以物流26形式泵送，產(chǎn)生到達(dá)脫乙烷i^的回流物 流27和乙烷液體產(chǎn)物流29。包含C3和較重?zé)N的脫乙烷塔塔底物流 28通過(guò)泵95泵送達(dá)到約1600psig以與供應(yīng)管道的壓縮殘余氣體混
合?；蛘撸€可取出C3+組分進(jìn)行儲(chǔ)存或作為商品銷售。
圖2展示包括使用用于冷卻殘余氣體壓縮機(jī)吸入口藉此降低殘 余氣體壓縮功率的脫甲烷塔塔側(cè)再沸器的供選配置。在此配置中，將 約-50。F下的物流19自脫甲烷塔的上段移出以將殘余氣體壓縮機(jī)吸入 口物流16從90。F冷卻到約20°F，形成物流34。使加熱的塔側(cè)抽出物流20回到脫甲烷塔中以便汽提不合需要的組分。隨后通過(guò)交換器
70將脫乙垸塔塔頂物流24冷凝且將冷凝物在分離器66中分離以形 成乙烷物流26。物流26通過(guò)泵67泵壓到脫乙烷塔壓力且分流以提 供到達(dá)脫乙烷塔64的貧回流27和乙烷產(chǎn)物流29。此配置的其余組 件和操作與圖i的配置和用途類似，且對(duì)于其余組件和編號(hào)，適用于 上文圖1中相同的數(shù)字和因素。
最優(yōu)選原料氣烴的壓力為約至少1200psig,更優(yōu)選為至少 1400psig,最優(yōu)選為至少1600psig，且原料氣烴具有相對(duì)高的。02含 量(例如，至少0.2%摩爾，更通常至少0.5%摩爾，最通常至少1.0%
摩爾)。此外，特別合適的原料氣優(yōu)選基本貧C3+組分(即，C計(jì)總含量
小于3%摩爾，更優(yōu)選小于2%摩爾，最優(yōu)選小于1%摩爾)。例如，典 型的原料氣包含0.5% N2、 0.7o/。CO2、 90.5% d、 5.9% C2、 1.7% C3 和0.7。/oC4+。
最通常，原料氣在第 一 交換器中用脫甲烷塔塔底再沸器的冷凍容 量冷卻到約4(TF到70。F的溫度，隨后在第一透平膨脹機(jī)中膨脹到約 1100psig到約1400psig的壓力。優(yōu)選利用自第一透平膨脹產(chǎn)生的功率 以驅(qū)動(dòng)第二段殘余氣體再壓縮機(jī)。隨后通過(guò)脫曱烷塔塔側(cè)再沸器將如 此部分膨脹并冷卻的原料氣冷卻到維持進(jìn)入膨脹機(jī)的氣體處于過(guò)熱 態(tài)(即，沒(méi)有液體形成)的吸入口溫度的程度。應(yīng)理解，所述高溫(例如， 0。F-30。F)在脫甲烷塔中對(duì)汽提不合需要的C02過(guò)程有利，同時(shí)增加 膨脹機(jī)的功率輸出，其轉(zhuǎn)而又降低殘余氣體壓縮功率。從另一觀點(diǎn)來(lái) 看，可使用被考慮的方法和配置以自NGL中除去C02使其達(dá)到低含 量且降低下游C02移除體系的能量消耗。
相反，在迄今已知的配置中的原料氣通常被冷卻到較低溫度(通 常0°F到-50下)且分成分別供應(yīng)到脫甲烷塔塔頂交換器(過(guò)冷器)和用 于進(jìn)一步冷卻(例如，冷卻到低于-120。F到-160。F)的膨脹機(jī)中的兩部 分。因此，應(yīng)注意到這些已知配置的低效率連同其他因素一起均源于 較低溫度，較低溫度降低了膨脹機(jī)的功率輸出，隨后需要較高殘余氣體壓縮功率。另外，膨脹機(jī)吸入口/出口處的較低溫度還冷凝脫曱烷
塔內(nèi)的C02蒸氣，這導(dǎo)致NGL產(chǎn)物中C02含量增加。從另一觀點(diǎn)來(lái) 看，已知配置沒(méi)能降低NGL中的C02含量，并且還需要顯著能量而 未提高乙烷回收率。
因此，應(yīng)特別認(rèn)識(shí)到，在^R考慮的配置中，將一部分原料氣冷卻 以供應(yīng)回流形式的過(guò)冷液體，而另 一部分用作相對(duì)熱的膨脹機(jī)入口原 料以控制C02在塔中的凍結(jié)。此外，兩塔的冷卻需求至少部分由自兩 段透平膨脹得到的冷凍容量提供。關(guān)于乙烷回收率，預(yù)期根據(jù)本發(fā)明 主題的配置在使用再循環(huán)到脫曱烷塔中的殘余氣體時(shí)(在圖中未示出) 提供至少70%，更通常至少80%，最通常至少95%的回收率，而C計(jì) 回收率將為至少90%(優(yōu)選再注入銷售氣體中以提高殘余氣體的熱 值)。
另外或或者，預(yù)期可將至少一部分殘余氣體壓縮機(jī)排出物冷卻以 供應(yīng)脫甲烷塔和脫乙烷塔的再沸器任務(wù)。關(guān)于熱交換器配置，應(yīng)認(rèn)識(shí)
凝器任務(wù)將用于乙烷回收的總功率需求減至最少。因此，可使丙烷冷 凍減至最少或甚至消除，與已知方法相比，顯著節(jié)約了成本。因此， 應(yīng)注意到，在乙烷回收方法中在使用與脫甲烷塔和脫乙烷塔連接的兩
個(gè)透平膨脹機(jī)時(shí)，操作能汽提C02、減少C02凍結(jié)和消除丙烷冷凍或
使丙烷冷凍減至最少，它又繼而降低功率消耗并提高乙烷回收率。適 于本發(fā)明主題的其他方面和預(yù)期內(nèi)容描述在我們的國(guó)際專利申請(qǐng)案 PCT/US04/32788號(hào)和美國(guó)專利第7,051,553號(hào)中，二者都通過(guò)引用結(jié) 合到本文中來(lái)。
因此，為此已公開了乙烷回收配置和方法的具體實(shí)施方案和應(yīng) 用。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)顯而易見(jiàn)在不脫離本文的發(fā)明構(gòu)思的 情況下可能有已描述內(nèi)容之外的許多改進(jìn)。因此，本發(fā)明的主題不受 除本公開的精神之外的限制。另外，在解釋本說(shuō)明書和被考慮的權(quán)利 要求的過(guò)程中，所有術(shù)語(yǔ)均應(yīng)按照上下文以盡可能最廣泛的方式加以解釋。具體地說(shuō)，術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"應(yīng)解釋為以非窮舉方式提及元 件、組件或步驟，表明所提及的元件、組件或步驟可與其他沒(méi)有明確 提及的元件、組件或步驟存在或利用或組合。此外，在通過(guò)引用結(jié)合 到本文中的參考文獻(xiàn)中的術(shù)語(yǔ)的定義和使用與本文提供的此術(shù)語(yǔ)的 定義不一致或相反的情況下，適用于本文提供的此術(shù)語(yǔ)的定義，而不 適用于參考文獻(xiàn)中的此術(shù)語(yǔ)的定義。
權(quán)利要求
1. 一種氣體處理成套設(shè)備，其包括第一熱交換器、第一透平膨脹機(jī)和第二熱交換器，它們彼此串聯(lián)連接且經(jīng)配置以使原料氣冷卻并膨脹到高于脫甲烷塔工作壓力的壓力；分離器，它與第二熱交換器流體連接且經(jīng)配置以將冷卻并膨脹的原料氣分離為液相和氣相；第二透平膨脹機(jī)，它與分離器連接且經(jīng)配置以使一部分氣相膨脹到脫甲烷塔壓力；和第三熱交換器和減壓裝置，它們彼此連接且經(jīng)配置以接收并冷凝另一部分氣相，藉此形成到達(dá)脫甲烷塔的回流。
2. 權(quán)利要求1的成套設(shè)備，其中第一熱交換器和第二熱交換器 與脫甲烷塔熱連接以提供脫甲烷塔的至少 一部分再沸任務(wù)。
3. 權(quán)利要求1的成套設(shè)備，其還包括脫甲烷塔的塔側(cè)再沸器， 它與脫乙烷塔塔頂冷凝器和殘余氣體熱交換器中的至少 一者熱連接。
4. 權(quán)利要求1的成套設(shè)備，其中所述第一透平膨脹機(jī)與殘余氣 體壓縮機(jī)機(jī)4成連4妄。
5. 權(quán)利要求1的成套設(shè)備，其還包括原料氣來(lái)源，該原料氣來(lái) 源經(jīng)配置以提供壓力為至少1500psig的原料氣。
6. 權(quán)利要求1的成套設(shè)備，其中所述原料氣包含至少0.5%摩爾 的C02和小于3%摩爾的C3+組分。
7. 權(quán)利要求1的成套設(shè)備，其中所述高于脫甲烷塔工作壓力的 壓力為1000psig到1400psig。
8. 權(quán)利要求1的成套設(shè)備，其中所述第一熱交換器、所述第一 透平膨脹機(jī)和所述第二熱交換器經(jīng)配置以使原料氣冷卻到高于-10。F的溫度。
9. 權(quán)利要求1的成套設(shè)備，其中所述第二透平膨脹機(jī)經(jīng)配置使得所述氣相的膨脹部分的溫度為-75。F到-85。F,壓力為400psig到 550psig。
10. 權(quán)利要求l的成套設(shè)備，其中所述第三熱交換器和所述減壓 裝置經(jīng)配置以使所述氣相的另一部分在等于或低于-130。F的溫度下 冷凝。
11. 一種自含乙烷的氣體分離乙烷的方法，其包括使原料氣冷卻并從原料氣壓力膨脹到高于脫曱烷塔工作壓力的 壓力；自冷卻并膨脹的原料氣分離過(guò)熱氣相且使一部分過(guò)熱氣相在透 平膨脹機(jī)中膨脹到脫甲烷塔工作壓力；和使另一部分過(guò)熱氣相冷卻并膨脹以產(chǎn)生回流，且將所述回流供應(yīng) 到脫甲烷塔中。
12. 權(quán)利要求11的方法，其中所述使原料氣膨脹的步驟在任選 與壓縮機(jī)機(jī)械連接的另 一透平膨脹機(jī)中進(jìn)行。
13. 權(quán)利要求11的方法，其中所述使原料氣冷卻的步驟使用經(jīng) 配置以將再沸熱提供給脫曱烷塔的熱交換器進(jìn)行。
14. 權(quán)利要求11的方法，其還包括將來(lái)自脫乙烷塔塔頂冷凝器 和殘余氣體熱交換器的熱含量提供給塔側(cè)再沸器的步驟。
15. 權(quán)利要求11的方法，其中所述原料氣的壓力為至少 1500psig。
16. 權(quán)利要求11的方法，其中所述原料氣包含至少0.5%摩爾的 C02和小于3%摩爾的C3+組分。
17. 權(quán)利要求11的方法，其中所述高于脫甲烷塔工作壓力的壓 力為1000psig到1400psig。
18. 權(quán)利要求11的方法，其中所述冷卻并膨脹的原料氣的溫度 高于-10。F。
19. 權(quán)利要求11的方法，其中所述氣相的膨脹部分的溫度為 國(guó)75。F到-85。F,壓力為400psig到550psig。
20.權(quán)利要求11的方法，其中將所述過(guò)熱氣相的另一部分冷卻使得回流的溫度等于或低于-130。F。
全文摘要
所涉及的方法和配置使用冷卻的含乙烷和CO₂的原料氣，使該原料氣在第一透平膨脹機(jī)中膨脹且隨后熱交換以使得第二透平膨脹機(jī)的入口溫度相對(duì)高。因此，來(lái)自第二膨脹機(jī)的相對(duì)熱的脫甲烷塔原料從乙烷產(chǎn)物中有效除去CO₂并防止二氧化碳在脫甲烷塔中凍結(jié)，同時(shí)將另一部分熱交換并膨脹的原料氣進(jìn)一步冷卻且降低壓力以形成貧回流以得到高乙烷回收率。
文檔編號(hào)F25J1/00GK101479549SQ200780023572
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
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