專利名稱：提純天然氣并使一個或多個吸附器再生的方法
提純天然氣并使一個或多個吸附器再生的方法更早國家申請的優(yōu)先權(quán)要求本申請要求2010年8月18日提交的美國申請No. 12/859，166的優(yōu)先權(quán)。 發(fā)明領(lǐng)域本方法一般性地涉及用一個或多個吸附器提純天然氣并使其再生的方法。相關(guān)技術(shù)描述可由海上來源得到的天然氣可通過用分子篩吸附而提純。通常，因為想要吸附多于一種雜質(zhì)如二氧化碳，所以使用開環(huán)再生。如果存在其它污染物如水，則閉環(huán)再生的使用可能是不理想的，因為在再生回路中除去這些雜質(zhì)一般需要過多的清洗量。盡管閉環(huán)再生是在吸附器再生的加熱階段期間所推薦的，但這類閉環(huán)系統(tǒng)可能不能提供關(guān)于天然氣中污染物含量變化的足夠靈活性。一般而言，理想的是從天然氣中除去水和/或二氧化碳至在隨后的加工如液化中不會產(chǎn)生固體和/或水合物的程度。發(fā)明概述一個典型實施方案可以為使用第一和第二吸附器提純天然氣的方法。該方法可包括使包含天然氣的進料通過第一吸附器以得到提純的天然氣產(chǎn)物，在加熱階段中使第二吸附器再生，和在冷卻階段使第二吸附器再生。加熱階段可包括分離再生氣體中所含的一部分進料，使再生氣體進入干燥器中以除去水，在離開干燥器以后用加熱器加熱再生氣體，和使再生氣體進入第二吸附器中以使第二吸附器再生。在開始冷卻時，冷卻階段可包括將存在于第二吸附器中的至少一部分流體排到干燥器中以從干燥器中的吸附劑中解吸水，和通過使再生氣體繞過加熱器循環(huán)而冷卻第二吸附器。另一典型實施方案可以為用加熱階段和冷卻階段使用于提純天然氣料流的吸附器再生的方法。該方法可包括在加熱階段和冷卻階段中再生。加熱階段可包括使包含天然氣進料的再生氣體進入干燥器中以除去水，使經(jīng)干燥的再生氣體進入加熱器中，和使經(jīng)加熱的再生氣體進入正在再生的吸附器中。冷卻階段可包括在冷卻開始時使再生氣體在再生期間從吸附器返回到干燥器中以使干燥器再生。又一典型實施方案可以為用于從天然氣中除去一種或多種組分的吸附器的兩級再生方法。該方法可包括在第一方向上用包含天然氣進料的再生氣體加熱吸附器，和在另一方向上用再生氣體冷卻吸附器。通常，在冷卻開始時將吸附器中存在的初始流體排到干燥器中以使其中的分子篩再生。本文所公開的實施方案提供用于在吸附器再生的加熱階段期間除去水的干燥器。在加熱階段期間，各材料或組分如二氧化碳、水和/或硫化氫可從吸附器中解吸。此外，干燥器又可在再生的冷卻階段期間通過在冷卻開始時使用吸附器中存在的流體而再生。因而，閉環(huán)再生可用于使產(chǎn)物和/或用作再生氣體的進料天然氣的損失最小化。閉環(huán)再生還可通過降低再生期間需要壓縮的補充氣體的量而使能量損失最小化。定義如本文所用，術(shù)語“料流”可包括各種烴分子如直鏈、支化或環(huán)狀烷烴、烯烴、二烯
3烴和炔烴，和任選其它物質(zhì)如氣體如氫氣，或雜質(zhì)如重金屬，及硫和氮化合物。料流還可包括芳族和非芳族烴。此外，烴分子可簡寫為CpC2A3-Cn，其中“η”表示一個或多個烴分子中的碳原子數(shù)。此外，上標(biāo)“ + ”或可與縮寫的一種或多種烴符號一起使用，例如或C3+或(V，其包括在縮寫的一種或多種烴內(nèi)。作為實例，縮寫“C3+”意指一種或多種具有3個碳原子和/或更多碳原子的烴分子。如本文所用，術(shù)語“區(qū)”可指包括一個或多個設(shè)備件和/或一個或多個分區(qū)的區(qū)域。設(shè)備件可包括一個或多個反應(yīng)器或反應(yīng)容器、加熱器、交換器、管、泵、壓縮機和控制器。另外，設(shè)備件如反應(yīng)器、干燥器或容器可進一步包括一個或多個區(qū)或分區(qū)。如本文所用，術(shù)語“富含”可意指料流中一種化合物或一類化合物的量一般至少為50%，優(yōu)選70摩爾％。如本文所用，術(shù)語“實質(zhì)”可意指料流中一種化合物或一類化合物的量一般至少為80%，優(yōu)選90%，最佳地99摩爾％。如本文所用，術(shù)語“吸附劑”和“吸附器”分別包括吸收劑和吸收器，并涉及，但不限于方法如吸收和/或吸附。如本文所用，術(shù)語“氣體”可包括一種或多種氣體、液體和/或懸浮液形式的固體，例如氣溶膠。如本文所用，術(shù)語“提純的天然氣產(chǎn)物”可指已通過吸附器而除去例如二氧化碳和/或水的天然氣，并包括經(jīng)歷了隨后的加工如顆粒物的過濾的天然氣產(chǎn)物。附圖簡述圖I為典型設(shè)備的示意性描述。發(fā)明詳述參考

圖1，用于提純天然氣的典型設(shè)備10可包括過濾器20、多個過濾器40、多個干燥器70、多個吸附器120、冷卻器170、分離罐180、壓縮機220、另一壓縮機260、另一冷卻器280和另一分離罐290。一般而言，至少一些設(shè)備可包括在加熱再生回路60中以加熱再生階段和包括在冷卻再生回路250中以冷卻再生階段。盡管設(shè)備10可包括兩個干燥器，即第一干燥器80和第二干燥器90，并包括三個吸附器，即第一吸附器130、第二吸附器140和第三吸附器150，但也可使用另外的干燥器和/或吸附器。一般而言，各吸附器130、140和150經(jīng)歷三個階段，即吸附階段、加熱再生階段和冷卻再生階段。如所示，圖中的工藝流程線可互換地稱為例如管線、管、進料、料流、產(chǎn)物、份數(shù)或部分。天然氣可用作設(shè)備10的進料12。通常，進料12可包含一種或多種C1-C6烴，優(yōu)選一種或多種C1-C2烴。一般而言，天然氣包含至少70摩爾％的一種或多種C1和C2烴如甲烷和乙烷，優(yōu)選至少90%，最佳地95摩爾％的甲烷。除烴外，天然氣還可包含氮氣、二氧化碳和水。天然氣可包含基于天然氣的摩爾量不多于3摩爾％，優(yōu)選不多于2摩爾％的氮；不多于2摩爾％，優(yōu)選不多于I. O摩爾％，更優(yōu)選不多于O. 5摩爾％，最佳地不多于O. 2摩爾％的二氧化碳；和基于天然氣的體積不多于7，500體積ppm,優(yōu)選不多于500體積ppm的水。天然氣可由天然來源如一個或多個井，或合成來源如一個或多個氣化器或填埋場得到。通常，進料12可以在10_70°C，優(yōu)選10_40°C的溫度和600-12，OOOkPa，優(yōu)選600-6，OOOkPa的壓力下。通常，設(shè)備10中的壓力可以是相對恒定的?？蓪⑦M料12供入過濾器20中，所述過濾器在該典型實施方案中可以為聚結(jié)器20。
4聚結(jié)器20可從可以為氣相的進料12中除去液體。一般而言，液體作為冷凝物流22離開聚結(jié)器20。進料12的其余部分可進入管線24中，一部分，通常實質(zhì)部分可經(jīng)由管線26進入多個吸附器120的第三吸附器150中，且另一部分可進入管線14中，如下文所述。第三吸附器150可從進入第三吸附器150中的進料中除去水和二氧化碳。多個吸附器120如第三吸附器150可含有任何合適的吸附劑或吸附劑組合以對水 和二氧化碳具有所需選擇性。合適的吸附劑可包括一種或多種結(jié)晶分子篩、活性碳、活性粘土、硅膠、活性氧化鋁及其組合，例如US5，089，034中所公開的。分子篩包括例如各種形式的硅鋁磷酸鹽和鋁磷酸鹽，例如US 4，440，871和US 4，310，440中所公開的?？捎米魑絼┑姆惺夥惺?，也稱為沸石D，斜發(fā)沸石，毛沸石，八面沸石，也稱為沸石X和沸石Y，堿沸石(ferrierite)、絲光沸石、沸石A和沸石P?？蛇m用的其它沸石可以為具有高二氧化硅含量的那些，即二氧化硅氧化鋁比大于10的那些。典型沸石公開于例如 US 4，061，724、US4, 073，865、US 4，775，396 和 US 4，935，580 中。通常，理想的是用粘合劑使結(jié)晶分子篩聚集。合適的粘合劑可包括一種或一種金屬氧化物、粘土、二氧化硅、氧化鋁、二氧化硅-氧化鋁、二氧化硅-氧化鋯、二氧化硅-氧化釷、二氧化硅-氧化鈹、二氧化硅-二氧化鈦、二氧化硅-氧化鋁-氧化釷、二氧化硅-氧化鋁-氧化鋯及其混合物。粘土粘合劑可以是優(yōu)選的，典型的粘土粘合劑可包括綠坡縷石、高嶺土、高納膨潤土(volclay)、海泡石、坡縷石(polygorskite)、高嶺石、膨潤土、蒙脫土、伊利石和綠泥石。第三吸附器150可如上文所公開在任何合適的溫度和壓力下操作。吸附期間的溫度可以為0-70°C，優(yōu)選15-50°C。一般而言，吸附溫度在烴露點或水合物形成溫度以上。通常，進料氣以一般向下流方向通過第三吸附器150。提純的天然氣產(chǎn)物可在管線28中離開吸附器。管線28可分成管線30和32，且提純的天然氣產(chǎn)物可進入包括第一過濾器42和第二過濾器44在內(nèi)的多個過濾器40中以從提純的天然氣產(chǎn)物中除去一種或多種直徑大于例如10微米的顆粒物。過濾的產(chǎn)物氣體可經(jīng)由管線46和48從相應(yīng)的過濾器42和44中離開并在管線50中結(jié)合。在另一典型實施方案中，過濾器42和44可交替地操作，其中一個過濾器除去顆粒，另一過濾器離線。一部分可如下文所述在管線52中分離，另一部分可作為產(chǎn)物在管線54中回收。產(chǎn)物氣體然后可以在合適條件下用于隨后方法如液化。經(jīng)由管線52在“A”處提供的一部分過濾的產(chǎn)物氣體可與如下文所述來自管線224的再循環(huán)再生氣體在管線56中結(jié)合。管線14中的氣體和管線56的結(jié)合氣體可傳輸?shù)郊訜嵩偕芈?0中以使一個或多個吸附器再生。因此，再生氣體可包含與管線224中的再循環(huán)再生氣體結(jié)合并與來自管線14的一部分進料氣結(jié)合的來自管線52的提純的天然氣產(chǎn)物。特別地，再生可在加熱再生回路60中和在冷卻再生回路250中發(fā)生。隨后，氣體在管線58中結(jié)合并進入多個干燥器70的第一干燥器80中。各干燥器80和90可獨立地具有吸附劑如分子篩，如以上關(guān)于多個吸附器120所述。第一干燥器80可從結(jié)合氣體中除去水以提供適于再生的氣體。一般而言，第一干燥器80可將水的量降至基于管線82中的氣體體積不多于10體積ppm，優(yōu)選O. I體積ppm水。其后，氣體可離開第一干燥器80并進入管線82中。管線82中的再生氣體可進入加熱器100中，所述加熱器使用任何合適的熱源，例如爐、電熱器、換熱器或其任何組合。作為實例，換熱器可使用任何合適的加熱流體料流102，例如加壓料流，其后可以是隨后的加熱器如電熱器。經(jīng)加熱的氣體可在管線104中以120-320°C，優(yōu)選120-300°C的溫度離開。壓力一般為如上所述的。作為吸附階段中進入第一吸附器130中的氣體，氣體可以通常以另一或相反方向如向上流進入多個吸附器120的第一吸附器130中。在加熱階段期間，氣體通過隨時間遞增地升高第一吸附器130的溫度通常直至達到預(yù)定溫度設(shè)定點而使第一吸附器130再生。當(dāng)達到所需升高的溫度時，不可冷凝的污染物如二氧化碳和/或水從吸附劑中釋放。其它組分也可被解吸，例如硫化氫。一般而言，一部分進料12因為升高的再生溫度和加熱再生回路60中循環(huán)的相當(dāng)高含量的二氧化碳而可用作再生氣體。通常，氣體可以一般向上流方向進入吸附器130中。包含污染物的氣體可離開第一吸附器130并進入管線160至冷卻器170中，所述冷卻器可以為單一空氣冷卻器170，任選其后是另一交換器如工藝或冷卻水交換器?？諝饫鋮s器170可降低離開吸附器的氣體的溫度以將較重?zé)N和水冷凝。氣體可離開空氣冷卻器170進入管線172至分離罐180中。分離罐180可含有除霧器182，其具有用于排出冷凝物，通常包括水的管線184和用于除去氣體的管線186。管線186中的氣體可分成管線190中的清洗料流和管線200中的再循環(huán)再生氣體。可將管線200中的氣體供入壓縮機220的抽氣機中并在管線224中排出。如上所述，排出的氣體可與管線14中的進料氣和管線52中的過濾的天然氣產(chǎn)物結(jié)合以包含再生氣體。當(dāng)?shù)谝晃狡?30經(jīng)受再生的加熱階段時，第二吸附器140可經(jīng)受再生的冷卻階段。因此，當(dāng)?shù)诙狡?40經(jīng)受加熱階段時，它可經(jīng)受冷卻階段以代替在吸附階段條件下的吸附器，如通過第三吸附器150描述的。在冷卻開始時，離開第二吸附器140的經(jīng)加熱的氣體可通過通過管線162而進入歧管中并通過打開的閥164至“B”。氣體然后可通過管線252并通過打開的閥254。接著，氣體可進入冷卻再生回路250中的壓縮機260中。當(dāng)加壓時，冷卻氣體可通過管線262進入第二吸附器140中。起初，熱流體，通常為氣體，可存在于來自再生的加熱階段的第二吸附器140中。氣體可向下通過第二吸附器140進入管線264中。在該典型實施方案中，與加熱階段相比，進入第二吸附器140中的氣體可以為另一或相反方向，例如一般向下流。起初，閥276可以關(guān)閉，且閥266可以打開。熱氣體可通過管線268進入第二干燥器90中。一般而言，第二干燥器90用于在再生的加熱階段期間從吹掃氣體中除去水。將熱氣體從第二吸附器140中推送出可將水從第二干燥器90中的篩中解吸到管線270中。其后，氣體可從管線278進入冷卻器280中，所述冷卻器可以為空氣冷卻器280。任選，空氣冷卻器280之后可以為另一交換器，例如工藝或冷卻水交換器?？諝饫鋮s器280可冷卻可進入管線282至分離罐290中的氣體。分離罐290可含有除霧器292并提供管線296中的冷凝物，通常為水，和進入管線294中的氣體。氣體可進入管線258至壓縮機260中并在閉環(huán)中再循環(huán)，使材料和能量損失最小化。當(dāng)氣體循環(huán)時，溫度為10_70°C的冷卻氣體可從第二吸附器140進入第二干燥器90中。當(dāng)?shù)诙稍锲?0冷卻時，閥266可關(guān)閉且閥276可打開以通過使氣體通過管線274而繞過第二干燥器90以加速第二吸附器140的冷卻和使能量消耗最小化。當(dāng)冷卻階段完成時，第二吸附器140可適于吸附以產(chǎn)生提純的天然氣產(chǎn)物。盡管描述了各個設(shè)備件，例如加熱器、冷卻器、容器和旋轉(zhuǎn)機器，但應(yīng)當(dāng)理解這類描述可以指多個任選變化類型的該設(shè)備。作為實例，描述的空氣冷卻器可表示多個冷卻器如空氣、工藝和冷卻水交換器。沒有進一步描述，相信本領(lǐng)域技術(shù)人員可使用先前的描述，最完整程度地使用本發(fā)明。因此，前述優(yōu)選的具體實施方案應(yīng)理解為僅是說明性的，且不以任何方式限制公開內(nèi)容的其余部分。在前文中，除非另外指出，所有溫度以。C描述，所有份和百分數(shù)以重量計。從先前描述中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地確定本發(fā)明的主要特征，且可不偏離其精神和范圍地作出本發(fā)明的各種變化和改進以使它適于各種用途和條件。
權(quán)利要求
1.通過使用第一和第二吸附器提純天然氣的方法，其包括A)使包含天然氣的進料通過第一吸附器以得到提純的天然氣產(chǎn)物；B)在加熱階段中使第二吸附器再生，其中加熱階段包括1)分離再生氣體中所包含的一部分進料；2)使再生氣體進入干燥器中以除去水；3)在離開干燥器以后用加熱器加熱再生氣體；和4)使再生氣體進入第二吸附器中以使第二吸附器再生；和C)在冷卻階段中使第二吸附器再生，其中冷卻階段包括1)在開始冷卻時將第二吸附器中存在的至少一部分流體排到干燥器中以從干燥器中的吸附劑中解吸水；和2)通過使再生氣體繞過加熱器循環(huán)而冷卻第二吸附器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中天然氣包含至少70摩爾％的甲烷和乙烷中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的方法，其中天然氣包含至少95摩爾％的甲烷。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中天然氣包含不多于2摩爾％的二氧化碳。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中天然氣包含不多于O.5摩爾％的二氧化碳。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中天然氣包含不多于7，500體積ppm的水。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中天然氣包含不多于500體積ppm的水。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中再生氣體包含至少70摩爾％的甲烷和乙烷中的至少一種。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中再生氣體包含至少95摩爾％的甲烷。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中再生氣體包含不多于2摩爾％的二氧化
全文摘要
一個典型實施方案可以為通過使用第一和第二吸附器提純天然氣的方法。該方法可包括使包含天然氣的進料通過第一吸附器以得到提純的天然氣產(chǎn)物，在加熱階段中使第二吸附器再生，和在冷卻階段使第二吸附器再生。加熱階段可包括分離再生氣體中所含的一部分進料，使再生氣體進入干燥器中以除去水，然后加熱再生氣體，并使再生氣體進入第二吸附器中以使第二吸附器再生。冷卻階段可包括在開始冷卻時將存在于第二吸附器中的至少一部分流體排到干燥器中以從干燥器中的分子篩中解吸水，然后冷卻第二吸附器。
文檔編號B01D53/04GK102958583SQ201180029090
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者L·布雷斯勒, C·費瑞曼, K·R·克拉克 申請人:環(huán)球油品公司