專(zhuān)利名稱(chēng)：高壓氣體處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是氣體處理，特別是，本發(fā)明涉及在高壓下處理氣體，并且將高壓氣體輸送到銷(xiāo)售氣體管道和注入井。
背景技術(shù)：
很多油氣層包括大量與原油和烴冷凝物相關(guān)的氣體。為了生產(chǎn)用于進(jìn)一步加工的液態(tài)烴部分，在油/氣生產(chǎn)裝置中將所述相關(guān)氣體與所述液態(tài)烴分離，所述相關(guān)氣體通常被重新注入所述油氣層。
其中，所述油/氣生產(chǎn)裝置比較接近消費(fèi)者，所述相關(guān)氣體的至少一部分可以按照消費(fèi)者的要求作進(jìn)一步的處理。另一方面，在所述相關(guān)氣體的銷(xiāo)售或其他商業(yè)用途并不節(jié)省成本時(shí)，所述相關(guān)氣體通常被注入合適的地層，以便保持石油生產(chǎn)的較穩(wěn)定的速度。另外，油/氣生產(chǎn)裝置可以將一部分相關(guān)氣體的銷(xiāo)售與所述相關(guān)氣體的另一部分的注入組合在一起。不過(guò)，由于所述注入壓力通常比所述銷(xiāo)售氣體壓力高得多(例如，1500psi(磅/平方英寸)-3000psi以上)，通常需要獨(dú)立的注入氣體壓縮機(jī)和銷(xiāo)售氣體壓縮機(jī)。另外，石油生產(chǎn)速度在很大程度上取決于所述銷(xiāo)售氣體需求。因此，當(dāng)所述銷(xiāo)售氣體需求減少時(shí)，生產(chǎn)較少的相關(guān)氣體，以便降低石油生產(chǎn)速度。為了至少規(guī)避與較低的銷(xiāo)售氣體速度相關(guān)的一些問(wèn)題，可以將多余的相關(guān)氣體燃燒掉，以便保持液體烴的較高的生產(chǎn)速度。不過(guò)，相關(guān)氣體的燃燒會(huì)造成環(huán)境問(wèn)題。
其他問(wèn)題包括，用相關(guān)氣體生產(chǎn)銷(xiāo)售氣體的較高的成本，對(duì)相關(guān)氣體的商業(yè)應(yīng)用具有負(fù)面影響。例如，在大多數(shù)用于銷(xiāo)售氣體生產(chǎn)的處理相關(guān)氣體的已知處理方法中，首先處理所述相關(guān)氣體，以便排除酸性氣體，然后脫水，并最終壓縮到所述銷(xiāo)售氣體壓力。另外，在寒冷的天氣環(huán)境下，還必須冷凍所述銷(xiāo)售氣體，以便保護(hù)所述永久凍結(jié)帶。所述方法是比較昂貴的，特別是當(dāng)現(xiàn)有注入氣體壓縮設(shè)備被轉(zhuǎn)變成銷(xiāo)售氣體壓縮時(shí)更是如此(例如，注入氣體壓縮機(jī)的再次旋轉(zhuǎn)通常是困難的，并且，通常需要使所述設(shè)備的至少一部分停機(jī))。所述油/氣生產(chǎn)裝置的問(wèn)題，通常因?yàn)槭褂糜糜谂懦嵝詺怏w的活化胺而復(fù)雜化?；罨啡軇┩ǔＰ枰浞旨訜岷屠鋮s，以便吸收和再生，從而增加了大量的成本和能量消耗。另外，活化胺溶劑由于它們的含水量高而容易凍結(jié)。
因此，盡管用于分離和加工各種烴材料的各種裝置和方法在本領(lǐng)域中是公知的，仍然存在很多問(wèn)題，特別是當(dāng)這些裝置和方法從相關(guān)氣體注入模式升級(jí)到組合模式時(shí)更是如此，在組合模式下，對(duì)所述相關(guān)氣體的至少一部分進(jìn)行加工，并且銷(xiāo)售給消費(fèi)者。因此，仍然需要改進(jìn)的氣體加工裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及氣體處理設(shè)備和方法，其中，氣體，最好是相關(guān)氣體的酸性氣體組分是在等于或接近管道壓力的壓力(例如，大約1500psig(磅/平方英寸表壓)-大約2500psig)下排除的。在特別優(yōu)選的裝置和方法中，在大體上可變的銷(xiāo)售氣體流量下，可以將相關(guān)氣體的流量(以及未加工的烴產(chǎn)品的流量)保持大體上穩(wěn)定。
在本發(fā)明主題的一方面，一種設(shè)備包括酸性氣體排除裝置，它接收來(lái)自注入氣體壓縮機(jī)的壓力高于管道壓力的脫水的和C5+耗盡的一部分氣體，其中，所述脫水的和C5+耗盡的氣體包括銷(xiāo)售氣體和酸性氣體，并且，其中，所述酸性氣體是在所述酸性氣體排除裝置中通過(guò)物理或化學(xué)溶劑排除的。在更優(yōu)選的裝置中，所述脫水的和C5+耗盡的氣體(更優(yōu)選C4+耗盡的氣體)的二氧化碳含量至少為10mol％，水露點(diǎn)大約為-40°F，而所述物理溶劑選自下列組碳酸丙二酯，嗎啉溶劑，和聚乙二醇二甲基乙醚，并且所述化學(xué)溶劑包括MDEA(例如，活化的MDEA)或其他合適的胺。
在所述裝置中，所述管道壓力至少為2300psig(磅/平方英寸表壓)，和/或所述脫水的和C5+耗盡的氣體的壓力被降低(例如，通過(guò)渦輪擴(kuò)展機(jī))到接近管道壓力，然后，在所述酸性氣體排除裝置中排除所述酸性氣體。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，所述酸性氣體排除裝置在低于所述管道壓力的壓力下工作。在其他優(yōu)選方面，離開(kāi)所述酸性氣體排除裝置的所述C5+耗盡的氣體通過(guò)所述渦輪擴(kuò)展機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力壓縮到所述管道壓力，并且，離開(kāi)所述酸性氣體排除裝置的所述C5+耗盡的氣體可以被用作制冷劑。在其他相關(guān)的裝置中，所述設(shè)備還可以包括旁路，它能接收來(lái)自所述注入氣體壓縮機(jī)的壓力高于管道壓力的所述脫水的和C5+耗盡的氣體的一部分，其中，所述脫水的和C5+耗盡的氣體的所述部分被注入儲(chǔ)油氣層(所述脫水的和C5+耗盡的氣體的所述部分可以占到所述脫水的和C5+耗盡的氣體的總流量的100％)。正如下面所披露的其他相關(guān)的裝置那樣，一般優(yōu)選的是，通過(guò)所述酸性氣體排除裝置排除的所述酸性氣體被壓縮并且注入儲(chǔ)油氣層。
在本發(fā)明主題的另一方面，一種設(shè)備可以包括注入氣體壓縮裝置，它能接收包括酸性氣體的脫水氣體，并且將所述脫水氣體壓縮到注入壓力，以便形成壓縮氣體，其中，酸性氣體排除裝置接收所述壓縮氣體的第一部分，其中，利用物理或化學(xué)溶劑，在所述所述酸性氣體排除裝置中，至少在管道壓力下，將所述酸性氣體的至少一些排除，以便形成銷(xiāo)售氣體，并且，其中，將所述銷(xiāo)售氣體輸送到管道，所述排除的酸性氣體被壓縮并且注入儲(chǔ)油氣層，并且，其中，選擇性地將所述壓縮氣體的第二部分注入所述儲(chǔ)油氣層，以便處理或增加油的回收。對(duì)于所述脫水氣體來(lái)說(shuō)，所述銷(xiāo)售氣體管道壓力，以及所述物理或化學(xué)溶劑來(lái)說(shuō)，可以采用與上述相同的構(gòu)思。
在本發(fā)明主題的另一方面，一種設(shè)備可以包括烴源，它是在生產(chǎn)速度下提供未加工的烴產(chǎn)品和包括銷(xiāo)售氣體和酸性氣體的相關(guān)氣體，并且，包括注入氣體壓縮裝置，它能接收并且壓縮所述相關(guān)氣體的至少一部分，以便產(chǎn)生壓縮的相關(guān)氣體。所構(gòu)思的設(shè)備還包括酸性氣體排除裝置，該裝置是與所述注入氣體壓縮裝置流體連接的，并且通過(guò)JT閥或渦輪擴(kuò)展機(jī)接收所述壓縮的相關(guān)氣體的至少一部分，和與所述注入氣體壓縮裝置流體連接的旁路，以便接收所述壓縮的相關(guān)氣體的一部分，從而使得所述未加工的烴產(chǎn)品的生產(chǎn)速度獨(dú)立于所述銷(xiāo)售氣體的流量。在不局限于本發(fā)明主題的前提下，一般優(yōu)選的是，所述設(shè)備還包括油/氣生產(chǎn)裝置，其中，所述相關(guān)氣體是脫水的和C5+耗盡的，以便形成處理過(guò)的氣體，它的二氧化碳含量至少為10mol％，水露點(diǎn)大約為-40°F。另外，一般優(yōu)選的是，所述注入氣體壓縮裝置將所述處理過(guò)的氣體壓縮到高于銷(xiāo)售氣體管道壓力的壓力(例如，大約3500psig)。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，所述酸性氣體排除裝置可以在等于或低于銷(xiāo)售氣體管道壓力的壓力下工作。
通過(guò)以下結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā)明的各種目的，特征，方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是現(xiàn)有裝置的示意圖，具有并列的獨(dú)立的注入氣體壓縮裝置和銷(xiāo)售氣體處理和壓縮裝置，其中，胺處理裝置在銷(xiāo)售氣體壓縮機(jī)的上游；圖2是典型裝置的示意圖，其中，在集成的注入氣體壓縮裝置之后，在高壓下通過(guò)物理溶劑吸收方法進(jìn)行銷(xiāo)售氣體處理；圖3是典型裝置的示意圖，其中，在集成的注入氣體壓縮裝置之后，在中等壓力下通過(guò)物理溶劑吸收方法進(jìn)行銷(xiāo)售氣體處理；和圖4是典型裝置的示意圖，其中，在集成的注入氣體壓縮裝置之后，在中等壓力下采用化學(xué)溶劑吸收/氣體脫水方法進(jìn)行銷(xiāo)售氣體處理。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以用高壓(例如，大于3500psig)相關(guān)氣體生產(chǎn)銷(xiāo)售氣體，其中，將酸性氣體從壓力接近或高于中等壓力和高壓氣體管道的壓力的所述相關(guān)氣體中排除。所構(gòu)思的裝置和方法是特別有用的，其中油/氣生產(chǎn)裝置具有噴射壓縮機(jī)，并且被翻新改進(jìn)，以便用所述相關(guān)氣體的至少一部分生產(chǎn)銷(xiāo)售氣體。
本文所使用的術(shù)語(yǔ)″相關(guān)氣體″表示氣態(tài)烴，主要含有C1-C4成分，它們是與原油一起從天然油氣層中采出的。相反，本文所使用的術(shù)語(yǔ)″銷(xiāo)售氣體″表示處理過(guò)的氣體，它是通過(guò)從所述相關(guān)氣體中排除一部分所述酸性氣體而從相關(guān)氣體中生產(chǎn)的。不過(guò)，應(yīng)當(dāng)理解的是，所述銷(xiāo)售氣體還可以被處理，以便尤其是排除水，芳香化合物和/或含硫化合物等。
同樣在本文中，術(shù)語(yǔ)″中等壓力″表示在大約1200psig-大約1700psig范圍內(nèi)的壓力，而術(shù)語(yǔ)″高壓″表示在大約2200psig-大約2700psig和更高的壓力。在本文中，術(shù)語(yǔ)″大約″在與數(shù)字組合使用時(shí)，表示所述數(shù)字的絕對(duì)誤差小于或等于10％，除非另有說(shuō)明。另外，例如，術(shù)語(yǔ)″大約1000psig″包括從900psig(包括900psig)到1100psig(包括1100psig)范圍。
為了說(shuō)明本發(fā)明的裝置和方法相比現(xiàn)有方法的具體優(yōu)點(diǎn)和差別，提供了圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)，其中，加工設(shè)備具有一種裝置，它具有并列的獨(dú)立的注入氣體壓縮裝置，和銷(xiāo)售氣體處理/壓縮裝置，并且，其中，胺處理裝置在銷(xiāo)售氣體壓縮機(jī)的上游。在這里，輸入的氣體(氣流1)是來(lái)自原油生產(chǎn)設(shè)備的相關(guān)氣體，典型的流量為大約8BSCFD，并且，輸入壓力為大約600psig。首先，在液體回收裝置101中對(duì)輸入氣體進(jìn)行處理，其中，將輸入氣體脫水到-40°F的水露點(diǎn)，并且，其中，排除了大部分C5+成分。所述液體回收裝置通常使用貧油吸收裝置，以便排出較重的烴，它是作為氣流2被采出的。
來(lái)自所述液體回收裝置的如此形成的C5+耗盡的氣體(氣流3)被分成兩部分，氣流4和5，它們被分別用于氣體注入和用于銷(xiāo)售氣體生產(chǎn)。氣流4的流量大約為4BSCFD，并且，通過(guò)所述注入氣體壓縮機(jī)107進(jìn)行壓縮，以便形成壓力為3800psig的氣流9，以便注入所述儲(chǔ)油氣層(單獨(dú)，或者在與壓縮的二氧化碳混合之后作為氣流10)。對(duì)流量為4BSCFD的氣流5進(jìn)行處理，以便在酸性氣體排除裝置102中排除二氧化碳，該裝置在大約600psig的壓力下工作，它通常采用活化的MDEA吸收工藝。術(shù)語(yǔ)″活化的MDEA″表示包括MDEA(甲基二乙醇胺)和至少一種伯胺和/或仲胺或哌嗪的溶劑。離開(kāi)所述酸性氣體排除裝置的處理過(guò)的氣體(氣流6)通常是用來(lái)自所述吸收工藝的水飽和的。銷(xiāo)售氣體脫水裝置104排除了大部分水，以便形成處理過(guò)的和脫水的銷(xiāo)售氣體氣流11，通過(guò)銷(xiāo)售氣體壓縮機(jī)105將該氣流加壓到大約2500psig(其中，采用了高壓管道)。離開(kāi)所述銷(xiāo)售氣體壓縮機(jī)的壓縮的銷(xiāo)售氣體12通常的溫度為大約100°F，在寒冷環(huán)境下，它通常還需要在銷(xiāo)售氣體制冷裝置106中冷卻到大約30°F，以便保護(hù)永久凍結(jié)層。然后通過(guò)氣流13將由此冷卻和壓縮的銷(xiāo)售氣體輸送到高壓管道。在二氧化碳噴射壓縮機(jī)103中干燥并且壓縮所述二氧化碳?xì)饬?氣流7)，以便形成用于注入所述儲(chǔ)油氣層的氣流8，通常壓力為3800psig(并且通常與壓縮的相關(guān)氣流9組合)。
特別應(yīng)當(dāng)理解的是，所述活化的MDEA吸收方法需要充分加熱并且冷卻，以便進(jìn)行溶劑再生。另外，來(lái)自MDEA吸收裝置的水損失是較高的，因?yàn)樘幚磉^(guò)的氣體(氣流6)和二氧化碳?xì)饬?氣流7)充滿了水。因此，需要較大量的補(bǔ)充水，以便保持適當(dāng)?shù)娜軇舛取?br> 另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，在所述裝置中(使用平行的注入氣體和銷(xiāo)售氣體壓縮)，注入氣體分支(氣流4)和/或所述銷(xiāo)售氣體分支(氣流5)的流量波動(dòng)，會(huì)對(duì)所述相關(guān)氣體的總流量產(chǎn)生負(fù)面影響。因此影響總的石油生產(chǎn)速度。通常，所述注入氣體分支的流量是相對(duì)穩(wěn)定的。因此，波動(dòng)，特別是所述銷(xiāo)售氣體市場(chǎng)的下降(以及銷(xiāo)售氣體生產(chǎn)的相應(yīng)的下降)，會(huì)降低所述相關(guān)氣體的流量，并因此降低石油生產(chǎn)速度(導(dǎo)致產(chǎn)品收入的顯著減少)。
相反，如圖2所示，油/氣生產(chǎn)裝置具有典型的結(jié)構(gòu)，其中，在注入氣體壓縮之后，是銷(xiāo)售氣體處理裝置，采用高壓物理溶劑吸收工藝，以便使所述相關(guān)氣體的流量獨(dú)立于銷(xiāo)售氣體的生產(chǎn)速度。對(duì)于輸入氣體1和液體回收裝置101來(lái)說(shuō)，可以采用上述相同的結(jié)構(gòu)和考慮。因此，C5+液態(tài)氣流2通過(guò)液體管道離開(kāi)所述設(shè)備。
不過(guò)，應(yīng)當(dāng)理解的是，離開(kāi)所述液體回收裝置的氣流3(大約600psig)通常不會(huì)分流成銷(xiāo)售氣體分支和注入氣體分支。因此，來(lái)自所述液體回收的干燥的和C5+耗盡的氣體(氣流3)的全部或幾乎全部的總流量，是在所述注入氣體壓縮機(jī)107中壓縮的，將氣體壓力從大約600psig提高到大約3800psig，以便形成壓縮氣流4。然后將壓縮氣流4分成至少兩股氣流9(注入氣體分支)和5(銷(xiāo)售氣體分支)。在正常工作條件下，氣流9以4BSCFD的流量直接發(fā)送到注入容器。不過(guò)，應(yīng)當(dāng)理解的是，所述注入氣體流可以改變，并且可以在所述銷(xiāo)售氣體市場(chǎng)需求下降時(shí)提高到8BSCFD。
氣流5的流量通常為4BSCFD，在JT閥106中將壓力降低到2510psig。通過(guò)Joule-Thomson效應(yīng)將所述減壓的氣體(氣流6)冷卻到大約76°F，并且輸入酸性氣體排除裝置102，該裝置使用物理溶劑(例如，F(xiàn)LUOR SOLVENTTM)在大約2500psig的壓力下進(jìn)行二氧化碳排除作業(yè)。以氣流7的形式離開(kāi)所述酸性氣體排除裝置的二氧化碳在壓縮機(jī)103中進(jìn)一步壓縮成壓力接近注入壓力的壓縮氣流8。然后可以將如此形成的壓縮的二氧化碳?xì)饬髋c所述注入氣體氣流9合并，以便形成被注入到所述油氣層(即，烴儲(chǔ)油氣層)中的氣流10。
特別應(yīng)當(dāng)理解的是，與所有或幾乎所有已知胺的加工不同，相關(guān)的裝置在較高壓力下用物理溶劑(或包括物理溶劑的溶劑)工作，當(dāng)所述酸性氣體排除是在較高壓力下進(jìn)行時(shí)是特別有利的，因?yàn)槲锢砣軇┑母缓軇┑募虞d，相對(duì)輸入氣流中所述酸性氣體的分壓成比例地增加(Henry′s定律)。因此，高的酸性氣體的分壓是特別有利的。因?yàn)樗鼤?huì)減少總的溶劑循環(huán)和能量消耗。
另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，物理溶劑再生通常不需要額外的加熱，因?yàn)樗鋈軇┛梢酝ㄟ^(guò)壓力降低再生，并且在所述米溶劑上蒸發(fā)。另外，快速的溶劑再生通過(guò)Joule-Thomson效應(yīng)提供了對(duì)所述溶劑的冷卻，因此，同時(shí)排除了所述酸性氣體的吸收熱量。因此，相關(guān)裝置的外部冷卻減少了，并且甚至可以完全取消。
還應(yīng)當(dāng)理解的是，很多物理溶劑(例如，F(xiàn)LUOR SOLVENTTM)是無(wú)水溶劑，并且，這種溶劑通常是疏水性的。因此，來(lái)自所述溶劑處理裝置的處理過(guò)的氣體是比較干燥的，并可能因此不需要額外的脫水，這種脫水處理通常是已知胺型系統(tǒng)所必須的。另外，由于在所述快速再生過(guò)程中較低的溫度作業(yè)，所述處理過(guò)的氣體可能處在較低溫度下，該溫度能夠在寒冷氣候作業(yè)時(shí)通過(guò)銷(xiāo)售氣體管道輸送，而無(wú)須進(jìn)行進(jìn)一步的銷(xiāo)售氣體制冷。
因此，使用根據(jù)本發(fā)明主題構(gòu)思的結(jié)構(gòu)，從所述輸入氣體中排除相關(guān)氣體可以保持在較穩(wěn)定的速度下，并因此不取決于銷(xiāo)售氣體市場(chǎng)需求。當(dāng)所述銷(xiāo)售氣體市場(chǎng)需求較小時(shí)，更多的氣體會(huì)通過(guò)旁路進(jìn)入所述注入井，保持所必須的氣體排除速度。結(jié)果，所構(gòu)思的工藝能夠獨(dú)立于所述銷(xiāo)售氣體市場(chǎng)并且保持穩(wěn)定地進(jìn)行原油生產(chǎn)。
另外，特別是當(dāng)所述銷(xiāo)售氣體以中等壓力(例如，1500psig)輸入銷(xiāo)售氣體管道時(shí)，構(gòu)思這樣的裝置，其中，在注入氣體壓縮之后是銷(xiāo)售氣體處理裝置，該裝置使用中等壓力的物理溶劑吸收方法。圖3表示一種示范裝置，其中，來(lái)自所述注入壓縮機(jī)的所述壓縮氣體的一部分用物理溶劑處理，以便排除所述酸性氣體的至少一部分。在這里，對(duì)于輸入氣體1和液體回收裝置101來(lái)說(shuō)，采用上述相同的結(jié)構(gòu)和條件。因此，C5+液態(tài)氣流2通過(guò)液體管道離開(kāi)所述設(shè)備。
正如在上面的圖2中業(yè)已示出的，離開(kāi)所述液體回收裝置的氣流3(大約600psig)通常不分流到銷(xiāo)售氣體分支和注入氣體分支中。因此，來(lái)自所述液體回收裝置的干燥的和C5+耗盡的氣體的所有或幾乎所有的總流(氣流3)在所述注入氣體壓縮機(jī)107中壓縮，將氣體壓力從大約600psig提高到大約3800psig，以便形成壓縮氣流4。然后將壓縮氣流4分成至少兩股氣流9(注入氣體分支)和5(銷(xiāo)售氣體分支)。
然后通過(guò)在渦輪擴(kuò)展機(jī)108中減壓使壓力降低，所述擴(kuò)展機(jī)108能產(chǎn)生壓力為1500psig和10°F的膨脹氣體(氣流14)。將所述膨脹氣體輸入所述酸性氣體排除裝置，該裝置使用物理溶劑在大約1500ps ig下進(jìn)行酸性氣體吸收作業(yè)。另外，物理溶劑工藝的使用，與前面所披露的已知胺處理工藝相比具有多種優(yōu)點(diǎn)。另外，在所述裝置中，所述膨脹氣體氣流14的溫度為大約10°F，以便進(jìn)一步減少所述物理溶劑吸收工藝對(duì)冷卻的需求。來(lái)自酸性氣體排除裝置102的所述處理過(guò)的氣體(氣流15)壓力通常為大約1490psig，溫度為-20°F，其中，將氣流15的制冷劑成分用于在熱回收交換器109中冷卻來(lái)自擴(kuò)展機(jī)/壓縮機(jī)的二次冷卻器110的輸出氣流19。來(lái)自交換器109的加熱的氣體流17通過(guò)擴(kuò)展機(jī)壓縮機(jī)108進(jìn)一步加壓到2500psig，并且通過(guò)二次冷卻器110冷卻，以便形成氣流19，通過(guò)熱交換器109將它進(jìn)一步冷卻到溫度為30°F的氣流13。
所述裝置還可(選擇性地或補(bǔ)充性地)用于生產(chǎn)中等壓力(例如，大約1500psig)的第二種銷(xiāo)售氣流(氣流18)，該氣流可以在所述擴(kuò)展機(jī)壓縮機(jī)108之前，直接由所述酸性氣體排除裝置生產(chǎn)。對(duì)于所述輸入氣體組成和體積流量來(lái)說(shuō)，采用上述相同的考慮。從所述酸性氣體排除裝置102中排除的所述酸性氣體，以氣流7的形式離開(kāi)所述排除裝置，例如，通過(guò)噴射壓縮機(jī)103壓縮，以便注入油氣層。正如在圖2中業(yè)已示出的，壓縮的氣流8的氣體可以與所述壓縮的注入氣流9合并。
在所述裝置中，氣流注入和銷(xiāo)售氣體生產(chǎn)，是采用渦輪擴(kuò)展機(jī)進(jìn)行的，它使得所述物理溶劑吸收裝置可以在低于所述銷(xiāo)售氣體管道壓力的壓力下工作(物理溶劑處理的最佳吸收壓力取決于若干種因素，例如，在輸入氣體中所述酸性氣體的濃度，所述溶劑的物理和化學(xué)特性，以及在溶劑吸收器內(nèi)，在工作壓力下的熱量和質(zhì)量傳遞)。因此，最佳結(jié)構(gòu)和操作所需要的壓力還可以低于所述銷(xiāo)售氣體壓力(例如，大約1500psig或更低)。
另外，如圖3所示的所構(gòu)思裝置具有與如圖2所示所構(gòu)思裝置大體上相同的優(yōu)點(diǎn)，并且具體優(yōu)點(diǎn)包括所述相關(guān)氣體的較穩(wěn)定的排除速度，該速度大體上獨(dú)立于所述銷(xiāo)售氣體市場(chǎng)需求。例如，當(dāng)所述銷(xiāo)售氣體市場(chǎng)低迷時(shí)，更多的相關(guān)氣體通過(guò)旁路進(jìn)入注入井，結(jié)果，盡管銷(xiāo)售氣體市場(chǎng)在持續(xù)變化，所構(gòu)思工藝可以進(jìn)行相對(duì)穩(wěn)定的原油生產(chǎn)。
另外，可以對(duì)所構(gòu)思的裝置進(jìn)行改進(jìn)，以便將化學(xué)溶劑用于銷(xiāo)售氣體排除(例如，使用活化的和/或調(diào)配的MDEA)。圖4表示一種示范裝置，其中，來(lái)自所述注入壓縮機(jī)的所述壓縮氣體的一部分用活化的MDEA溶劑處理，以便排除所述酸性氣體的至少一些。在這里，對(duì)于輸入氣體1和液體回收裝置101來(lái)說(shuō)，可以采用上述相同的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。因此，C5+液態(tài)氣流2通過(guò)液體管道離開(kāi)所述設(shè)備。
離開(kāi)所述液體回收裝置的氣流3(大約600psig)通常不分成銷(xiāo)售氣體分支和注入氣體分支。因此，在所述注入氣體壓縮機(jī)107中，對(duì)來(lái)自所述液體回收裝置的干燥的和C5+耗盡的氣體(氣流3)的所有或幾乎所有的總流進(jìn)行加壓，將氣體壓力從大約600psig提高到大約3800psig，以便形成壓縮氣流4。然后壓縮氣流4分成至少兩股氣流9(注入氣體分支)和5(銷(xiāo)售氣體分支)。
在渦輪擴(kuò)展機(jī)108中，通過(guò)減壓降低氣流5的壓力，所述擴(kuò)展機(jī)能產(chǎn)生壓力為大約1500psig，溫度為10°F的膨脹氣體。然后可以將所述膨脹氣體(氣流14)的制冷劑成分用于提供對(duì)來(lái)自擴(kuò)展機(jī)壓縮機(jī)二次冷卻器110的輸出氣流的氣流19的冷卻。在交換器109上，將氣流19冷卻到30°F(氣流13)，以便進(jìn)行管道運(yùn)輸，同時(shí)，將氣流14加熱到大約100°F-130°F(氣流20)，然后輸入所述酸性氣體排除裝置102，該裝置102在大約1500psig的壓力下工作。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解的是，進(jìn)入所述胺吸收器的輸入溫度可以通過(guò)這種交換裝置改變，以便滿足所述溶劑化學(xué)和物理特性，在所述吸收器中的濃度以及熱量和質(zhì)量的傳遞性能等的最佳工作條件要求。
與酸性氣體排除裝置中的其他胺(伯胺或仲胺)相比，活化的MDEA的使用，通常需要較少的循環(huán)，加熱和冷卻作業(yè)，因?yàn)槭聦?shí)上可以通過(guò)用MDEA獲得較高的胺負(fù)荷。不過(guò)，與前面的裝置中的所述物理溶劑處理相比，活化的MDEA處理在較高溫度下工作，并且需要更高的加熱和冷卻作業(yè)。另外，來(lái)自所述MDEA吸收器的所述處理過(guò)的氣體充滿水，并且，在通過(guò)擴(kuò)展機(jī)壓縮機(jī)108加壓到管道壓力之前，需要進(jìn)一步的氣體脫水(以便避免在管道中冷凝)。
這種裝置還可(選擇性地或補(bǔ)充性地)用于生產(chǎn)中等壓力(例如，大約1500psig)的第二種銷(xiāo)售氣體(氣流18)，它可以在所述擴(kuò)展機(jī)壓縮機(jī)108中直接用所述酸性氣體排除裝置生產(chǎn)(例如，來(lái)自氣流15)。來(lái)自酸性氣體排除裝置102的所述處理過(guò)的氣體(氣流17)隨后被壓縮到需要的高壓(在這里為大約2500psig)。對(duì)于所述輸入氣體組分和體積流量來(lái)說(shuō)，可以采用上述相同的考慮。從所述酸性氣體排除裝置102中排除的所述酸性氣體，以氣流7的形式離開(kāi)排除裝置，并且干燥和通過(guò)二氧化碳噴射壓縮機(jī)103壓縮，以便注入所述油氣層。正如在圖2中業(yè)已示出的，壓縮的酸性氣流8可以與所述壓縮的注入氣流9合并，以便形成合并的注入氣流10。
在所述裝置中，氣體注入和銷(xiāo)售氣體生產(chǎn)，是使用渦輪擴(kuò)展機(jī)完成的，它使得MDEA吸收裝置可以在低于所述銷(xiāo)售氣體管道的管道壓力下工作。(MDEA工藝的最佳吸收壓力取決于若干因素，包括輸入氣體中所述酸性氣體的濃度，所述溶劑的物理和化學(xué)特性，以及在溶劑吸收器內(nèi)，在工作壓力下的熱量和質(zhì)量傳遞等)。因此，最佳結(jié)構(gòu)和操作所需要的壓力，還可以低于所述銷(xiāo)售氣體壓力(大約1500psig或更低)。
特別應(yīng)當(dāng)理解的是，如圖4所示的所構(gòu)思裝置與圖2或圖3所示相關(guān)裝置具有大體上相同的優(yōu)點(diǎn)。其中，所述相關(guān)氣體的排除速度大體上獨(dú)立于所述銷(xiāo)售氣體市場(chǎng)需求。例如，當(dāng)所述銷(xiāo)售氣體市場(chǎng)較小時(shí)，更多的相關(guān)氣體被通過(guò)旁路進(jìn)入注入井。結(jié)果是，所構(gòu)思的工藝可以進(jìn)行相對(duì)穩(wěn)定的原油生產(chǎn)，盡管銷(xiāo)售氣體市場(chǎng)在持續(xù)的改變。
對(duì)于氣體流(氣流1)來(lái)說(shuō)，通常構(gòu)思的是，各種天然和合成氣體是合適的。不過(guò)，特別優(yōu)選的氣體包括來(lái)自石油生產(chǎn)的在業(yè)已排除了C5+成分之后的相關(guān)氣體，特別是這樣的相關(guān)氣體其二氧化碳含量至少大約為5mol％，更常見(jiàn)的是至少大約10mol％，最常見(jiàn)的是至少10-20mol％。因此，特別合適的輸入氣流包括來(lái)自位于阿拉斯加，挪威，東南亞，和墨西哥灣的油氣田的天然氣輸入氣流。在下面的表格中提供了典型的輸入氣體組成

類(lèi)似地，可以將各種物理溶劑用于所構(gòu)思的裝置中，并且，通常構(gòu)思在所述酸性氣體排除裝置中的溶劑可以具有或不具有對(duì)特定酸性氣體的專(zhuān)一性。因此，特別合適的溶劑包括FLUOR SOLVENTTM(碳酸丙二酯)，MORPHYSORBTM(嗎啉溶劑)，和SELEXOLTM(聚乙二醇二甲基乙醚)。特別適用于相關(guān)裝置的其他酸性氣體排除溶劑包括活化的MDEA，調(diào)配的MDEA和其他胺溶劑。
因此，構(gòu)思在本發(fā)明主題的一個(gè)方面，一種設(shè)備可以包括酸性氣體排除裝置，它能接收來(lái)自注入氣體壓縮機(jī)的壓力高于管道壓力(例如，至少2300psig的高壓管道)的所述脫水的和C5+耗盡的氣體的一部分，其中，所述脫水的和C5+耗盡的氣體包括銷(xiāo)售氣體和酸性氣體，并且，其中，所述酸性氣體是通過(guò)所述酸性氣體排除裝置中的物理溶劑或化學(xué)溶劑排除的。
在所述設(shè)備的特別優(yōu)選的方面，所述脫水的和C5+耗盡的氣體的二氧化碳含量至少為10mol％，水露點(diǎn)大約為-40°F。不過(guò)，在其他裝置中，所述二氧化碳含量可以有明顯的改變(參見(jiàn)上文)，并且，特別優(yōu)選的是，所述脫水的和C5+耗盡的氣體還可以是C4+耗盡的。另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，在所述酸性氣體從所述酸性氣體排除裝置中排除之前，將所述C5+耗盡的氣體的壓力降低(例如，通過(guò)JT閥或渦輪擴(kuò)展機(jī))到接近管道壓力，并且，特別優(yōu)選的是，在渦輪擴(kuò)展機(jī)中將所述脫水的和C5+耗盡的氣體的壓力降低到所述酸性氣體排除裝置工作的壓力。
因此，對(duì)于所述管道壓力為大約1500psig或大約2500psig的裝置來(lái)說(shuō)，所述酸性氣體排除裝置在類(lèi)似或大體上相同的壓力下工作。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，所述酸性氣體排除裝置的工作壓力低于所述管道壓力，不過(guò)，高于進(jìn)入注入壓縮機(jī)的氣體的壓力(該壓力通常為大約600psig)。因此，特別是當(dāng)所述酸性氣體排除裝置在中等壓力下工作時(shí)(例如，大約1500psig)，構(gòu)思離開(kāi)所述酸性氣體排除裝置的所述C5+耗盡的氣體可以通過(guò)由所述渦輪擴(kuò)展機(jī)(它在所述注入氣體壓縮機(jī)之后，并且在所述酸性氣體排除裝置之前降低壓力)產(chǎn)生的動(dòng)力壓縮為管道壓力(例如，2500psig)。另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，離開(kāi)所述酸性氣體排除裝置的所述C5+耗盡的氣體的制冷劑優(yōu)選可以用作制冷劑(例如，用于冷卻所述銷(xiāo)售氣體)。
在其他特別優(yōu)選的裝置中，由旁路接收來(lái)自所述注入氣體壓縮機(jī)的、壓力高于管道壓力的所述脫水的和C5+耗盡的氣體的一部分，隨后將它注入儲(chǔ)油氣層。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)于通過(guò)所述旁路管道的體積流量來(lái)說(shuō)，所述流的體積在所述設(shè)備工作期間可以改變，以便調(diào)節(jié)所述銷(xiāo)售氣體需求的波動(dòng)。因此，當(dāng)所述銷(xiāo)售氣體需求較大時(shí)，將來(lái)自所述注入氣體壓縮機(jī)的所述脫水的和C5+耗盡的氣體的相對(duì)較小的部分注入儲(chǔ)油氣層。另一方面，當(dāng)所述銷(xiāo)售氣體需求較小時(shí)，所述脫水的和C5+耗盡的氣體的部分可以占到所述脫水的和C5+耗盡的氣體的總流量的100％。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，銷(xiāo)售氣體的流量，和未加工的烴產(chǎn)品的生產(chǎn)速度可以改變，而又不會(huì)同時(shí)改變未加工的烴產(chǎn)品的生產(chǎn)速度的流量。
從以上其他方面來(lái)說(shuō)，通過(guò)提供注入氣體壓縮裝置，獲得相對(duì)銷(xiāo)售氣體改變的需求的操作的靈活性，它能接收包括酸性氣體的脫水氣體，并且將所述脫水氣體壓縮到注入壓力，以便形成壓縮氣體。酸性氣體排除裝置接收所述壓縮氣體的第一部分，其中，用物理溶劑或化學(xué)溶劑，在所述酸性氣體排除裝置中在至少管道壓力下將所述酸性氣體的至少一些排除，并且將所述銷(xiāo)售氣體輸入管道，所排除的酸性氣體被壓縮并且注入儲(chǔ)油氣層，并且，其中，選擇性地將所述壓縮氣體的第二部分注入儲(chǔ)油氣層，用于處理，或提高油的回收。對(duì)于所述脫水氣體，所述銷(xiāo)售氣體管道壓力，和所述物理溶劑或化學(xué)溶劑來(lái)說(shuō)，可以采用上面所提到的相同的考慮。
另外，所構(gòu)思的設(shè)備可以包括烴源，它能以生產(chǎn)速度提供未加工的烴產(chǎn)品和包括銷(xiāo)售氣體和酸性氣體的相關(guān)氣體。所述設(shè)備上的注入氣體壓縮裝置可以接收并且壓縮所述相關(guān)氣體的至少一部分，以便產(chǎn)生壓縮的相關(guān)氣體，并且，酸性氣體排除裝置可以與所述注入氣體壓縮裝置流體連接，并且通過(guò)JT閥或渦輪擴(kuò)展機(jī)接收所述壓縮的相關(guān)氣體的至少一部分，以便從所述銷(xiāo)售氣體中分離所述酸性氣體。
所構(gòu)思的設(shè)備還可以包括與所述注入氣體壓縮裝置流體連接的旁路，并且接收壓縮的相關(guān)氣體的一部分，使所述未加工的烴產(chǎn)品的生產(chǎn)速度獨(dú)立于所述銷(xiāo)售氣體的流量。特別優(yōu)選的設(shè)備可以包括油/氣生產(chǎn)裝置，其中，所述相關(guān)氣體是脫水的和C5+耗盡的，以便形成處理過(guò)的氣體，它的二氧化碳含量至少為10mol％，水露點(diǎn)大約為-40°F。正如上面業(yè)已披露的，一般優(yōu)選的是，在所述裝置中的所述注入氣體壓縮裝置將所述處理過(guò)的氣體壓縮到壓力高于銷(xiāo)售氣體管道壓力(并優(yōu)選壓縮到至少3500psig的壓力)，并且所述酸性氣體排除裝置在等于或低于銷(xiāo)售氣體管道壓力的壓力下工作(該壓力可以為大約1500psig或2500psig)。
因此，業(yè)已披露了用于高壓氣體處理的裝置和方法的具體實(shí)施方案和應(yīng)用。不過(guò)，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不超出本發(fā)明構(gòu)思的前提下，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，除了上述方案以外的更多的改進(jìn)是可行的。本發(fā)明的主題是不受限制的，只要屬于所述權(quán)利要求書(shū)的構(gòu)思就行。另外，在解釋說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求時(shí)，所有術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)以與本文一致的含義盡可能寬的形式解釋。具體地講，術(shù)語(yǔ)″包括″和″包含″應(yīng)當(dāng)理解成表示以非排他的形式表示要素，成分或步驟，表明所提到的要素，成分或步驟可以出現(xiàn)，或采用，或與沒(méi)有專(zhuān)門(mén)提到的其他要素，成分，或步驟組合。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括酸性氣體排除裝置，它能接收來(lái)自注入氣體壓縮機(jī)而壓力高于管道壓力的脫水的和C5+耗盡的氣體的一部分，其中，所述脫水的和C5+耗盡的氣體包括銷(xiāo)售氣體和酸性氣體，所述酸性氣體是通過(guò)所述酸性氣體排除裝置中的物理溶劑或化學(xué)溶劑排除的。
2.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述脫水的和C5+耗盡的氣體的二氧化碳含量至少為10mol％，水露點(diǎn)大約為-40°F。
3.如權(quán)利要求2的設(shè)備，其中，所述脫水的和C5+耗盡的氣體還是C4+耗盡的。
4.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述物理溶劑選自下列組碳酸丙二酯，嗎啉溶劑，和聚乙二醇二甲基乙醚，并且，所述化學(xué)溶劑包括MDEA。
5.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述管道壓力至少為2300psig。
6.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，在所述酸性氣體排除裝置中排除所述酸性氣體之前，將所述脫水的和C5+耗盡的氣體的壓力降低到接近管道壓力。
7.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，在渦輪擴(kuò)展機(jī)中將所述脫水的和C5+耗盡的氣體的壓力降低到所述酸性氣體排除裝置的工作壓力。
8.如權(quán)利要求7的設(shè)備，其中，所述酸性氣體排除裝置的工作壓力低于所述管道壓力。
9.如權(quán)利要求8的設(shè)備，其中，通過(guò)所述渦輪擴(kuò)展機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力，將離開(kāi)所述酸性氣體排除裝置的所述C5+耗盡的氣體壓縮為所述管道壓力。
10.如權(quán)利要求8的設(shè)備，其中，離開(kāi)所述酸性氣體排除裝置的所述C5+耗盡的氣體被用作制冷劑。
11.如權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括接收來(lái)自所述注入氣體壓縮機(jī)的、壓力高于管道壓力的所述脫水的和C5+耗盡的氣體的一部分的旁路，所述脫水的和C5+耗盡的氣體的所述部分被注入儲(chǔ)油氣層。
12.如權(quán)利要求11的設(shè)備，其中，所述脫水的和C5+耗盡的氣體的所述部分占所述脫水的和C5+耗盡的氣體的總流量的100％。
13.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，通過(guò)所述酸性氣體排除裝置排除的所述酸性氣體被壓縮并且注入儲(chǔ)油氣層。
14.一種設(shè)備，包括注入氣體壓縮裝置，它能接收包括酸性氣體的脫水氣體，并且將所述脫水氣體壓縮為注入壓力，以便形成壓縮氣體；酸性氣體排除裝置，它能接收所述壓縮氣體的第一部分，其中，利用物理溶劑或化學(xué)溶劑將所述酸性氣體中的至少一些，在至少處在管道壓力下的所述酸性氣體排除裝置中排除，以便形成銷(xiāo)售氣體；和將所述銷(xiāo)售氣體輸入管道，所述排除的酸性氣體被壓縮并且注入儲(chǔ)油氣層，并且選擇性地將所述壓縮氣體的第二部分注入所述儲(chǔ)油氣層，以便處理或增加石油回收。
15.如權(quán)利要求14的設(shè)備，其中，所述脫水氣體是C5+耗盡的，二氧化碳含量至少為10mol％，水露點(diǎn)大約為-40°F。
16.如權(quán)利要求14的設(shè)備，其中，所述管道壓力至少為2300psig。
17.如權(quán)利要求14的設(shè)備，其中，所述物理溶劑選自下列組碳酸丙二酯，嗎啉溶劑，和聚乙二醇二甲基乙醚。
18.如權(quán)利要求14的設(shè)備，其中，將所述壓縮注入氣體的第一部分的壓力降低到接近管道壓力，并且所述壓縮氣體的第二部分具有高于管道壓力的壓力。
19.一種設(shè)備，包括烴源，它以生產(chǎn)速度提供未加工的烴產(chǎn)品和包括銷(xiāo)售氣體和酸性氣體的相關(guān)氣體；注入氣體壓縮裝置，接收并且壓縮所述相關(guān)氣體的至少一部分，以便產(chǎn)生壓縮的相關(guān)氣體；酸性氣體排除裝置，與所述注入氣體壓縮裝置流體連接，并且通過(guò)JT閥或渦輪擴(kuò)展機(jī)接收所述壓縮的相關(guān)氣體的至少一部分，以便從所述銷(xiāo)售氣體中分離所述酸性氣體；和與所述注入氣體壓縮裝置流體連接的旁路，并且接收所述壓縮的相關(guān)氣體的一部分，以便使得所述未加工的烴產(chǎn)品的生產(chǎn)速度不受所述銷(xiāo)售氣體流量的影響。
20.如權(quán)利要求19的設(shè)備，還包括油/氣生產(chǎn)裝置，其中，所述相關(guān)氣體是脫水的和C5+耗盡的，以便形成二氧化碳含量至少為10mol％，水露點(diǎn)大約為-40°F的處理過(guò)的氣體。
21.如權(quán)利要求20的設(shè)備，其中，所述注入氣體壓縮裝置將所述處理過(guò)的氣體壓縮為高于銷(xiāo)售氣體管道壓力的壓力。
22.如權(quán)利要求21的設(shè)備，其中，所述高于銷(xiāo)售氣體管道壓力的壓力至少為3500psig。
23.如權(quán)利要求19的設(shè)備，其中，所述酸性氣體排除裝置在大約銷(xiāo)售氣體管道壓力的壓力下工作。
24.如權(quán)利要求19的設(shè)備，其中，所述酸性氣體排除裝置在低于銷(xiāo)售氣體管道壓力的壓力下工作。
25.如權(quán)利要求19的設(shè)備，其中，所述酸性氣體排除裝置采用物理溶劑或化學(xué)溶劑排除所述酸性氣體的至少一部分。
全文摘要
所構(gòu)思的設(shè)備包括酸性氣體排除裝置(102)，它能接收來(lái)自注入氣體壓縮機(jī)(107)的壓縮氣體，其中，在所述酸性氣體排除裝置(102)中，在接近或高于管道壓力的壓力下排出所述壓縮氣體中的酸性氣體。
文檔編號(hào)B01D53/14GK1694753SQ02829957
公開(kāi)日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2002年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月25日
發(fā)明者R·D·尼爾森, J·馬克 申請(qǐng)人:弗勞爾公司