纯化天然气的方法和系统技术方案

这里提供了天然气的纯化方法和系统。所述方法包括将多种吸附剂层铺在塔中，其中所述多种吸附剂按顺序层铺。所述方法包括将进料气体料流注入塔中，其中所述进料气体料流包括多种组分。所述方法包括从所述进料气体料流中除去多种组分并制备纯化气体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年4月9日提交的标题为“纯化天然气的方法和系统”的美国专利申请号61/977,508的优先权利益，所述文献的全部内容通过参考引入本文。
本专利技术技术总体上涉及使用减少的设备数除去多种气体污染物。更具体地说，本专利技术技术提供在单个吸附床塔中使用多种吸附剂材料除去多种气体污染物。
技术介绍
本节旨在介绍可能与本专利技术技术的示例性实施方案有关的领域的各个方面。这种描述认为有助于提供便于更好了解本专利技术技术的特定方面的框架。因此，应理解，本节应按此目的进行阅读，而不一定是作为对现有技术的确认。从气体料流中吸附和除去污染物和杂质正变成重大的问题，因为北美洲扩大了使用其可获得的气体资源，包括其天然气供应。由于气体提取的进步，现在有足够的天然气储备来满足大部分北美家庭能源需求至下一个世纪。事实上，全球气体供应经规划到2040年将增加大约65％，其中20％的生产发生在北美洲。仅在美国，来自Appalachian Basin、Green River Basin of Wyoming和Uinta/Piceance Basin of Utah的新天然气田就由于液压破碎页岩层的成功执行而迅速地开发。当商业上开发天然气生产田时，重要的是适当地储存产生的气体用于运输，以确保商业可行性。全世界向消费者供应清洁燃烧天然气的一种方法包括在烃的存储和运输之前使未加工的天然气液化。通过将未加工的天然气转化成液化天然气(LNG)，将体积大得多的烃储存并从遥远的生产区输送到各个市场。另外，使天然气液化的方法已经证明是特别有用的，因为LNG占气态天然气体积的大约六百分之一。然而，在液化可以发生之前，可以处理未加工的天然气以除去可能有害的污染物，所述有害的污染物可能对生产设备和运输基本设施造成不希望的后果。这些污染物可以包括水(H2O)和酸性气体，包括二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)。例如，H2O和CO2可能在液化温度下凝固并堵塞液化设备，并且H2S可能不利地影响LNG的产品规格，从而降低其商业价值。天然气液体(NGL)还可以回收以单独地销售。此外，除了其它污染物，硫醇(RSH)、重质烃(HHC)和汞通常可能以低浓度存在于未加工的天然气中。这些污染物可能引起可能的设备破坏或失效问题，包括腐蚀或金属脆化，或凝固和堵塞低温换热器。因此，也可能要求这些污染物的分离和除去作为在液化之前预处理天然气的方法。预处理和生产LNG的常规气体加工设施可以包括用于吸附或吸收方法的许多关键生产设备段以分离和除去污染物。典型的设施可以包括采用多个吸附床、胺处理单元和脱水单元以便除去污染物的若干气体分离单元。特别地，常规的除去方法可以包括三个或更多个步骤，包括预处理步骤、脱水步骤和天然气液体加工步骤。预处理步骤可以包括通过使用多个吸附容器除去酸性气体，例如CO2和H2S，以及有机硫、汞及其它杂质。可以使用脱水单元除去水蒸气(作为未加工的天然气的天然组分)。可以除去和收集重质烃用于后面的商业用途。在很多情况下，可以使用传统的气体加工技术加工这些烃。然而，这些方法可能在经加工的气体料流中留下小量的组分如苯。这些重质烃可能凝固并聚集在低温换热器中，而引起交换器堵塞。这可能要求停机和解冻(de-riming)以除去堵塞。Sethna等人的美国专利申请公开号2011/0185896描述了从天然气料流例如生物气/垃圾掩埋气体料流中除去污染物的方法。最初将天然气料流供给第一吸附单元以便除去某些污染物，然后供给第二吸附单元以便除去其它污染物。或者，可以采用隔膜阶段作为吸附单元之间的另一个步骤。Mitariten的美国专利号7,442,233描述了从未加工的天然气进料料流中除去重质烃、二氧化碳、硫化氢和水。所述方法包括三步方法，包括在对重质烃和水选择性吸附的吸附剂床上吸附重质烃和水，随后的含水贫胺处理以便吸收性除去酸性气体，例如二氧化碳和硫化氢，和用于水蒸气的吸附性除去方法。相关信息可以参见美国专利号8,388,732和8,282,707。其它信息也可以参见美国专利申请公开号2012/0180389。附加的信息可以参见欧洲专利申请公开号2501460A1。在液化之前有效除去污染物通常包括按多个阶段使用多个生产和加工单元。因此，仍需要通过在容器中提供有效除去各种污染物的多种吸附剂来减少用于气体预处理的基本设施要求。
技术实现思路
专利技术概述示例性实施方案提供气体纯化塔，包括导入气流的进料气体入口。所述气体纯化塔包括多种吸附剂以吸附所述气流内的多种组分。所述多种吸附剂层铺在塔内，其中每种吸附剂具有经计算的床长度。另一个示例性实施方案提供天然气的纯化塔，包括导入天然气流的进料气体入口。所述塔包括多种吸附剂以吸附天然气流内的多种组分，其中所述多种吸附剂层铺在塔内并且每种吸附剂具有经计算的床长度。另一个示例性实施方案提供气体的纯化方法，包括将多种吸附剂层铺在塔中，其中所述多种吸附剂按顺序层铺，将进料气体料流注入塔中。进料气体料流包括多种组分并从所述进料气体料流中除去所述多种组分。所述方法包括制备纯化气体。附图描述通过参照以下详细描述和附图将更好理解本专利技术技术的优点，其中：图1是为生产气体采集的海底天然气田的图解；图2是使用吸附塔除去气体中的多种污染物的系统的方框图；图3是从气体料流除去多种污染物的吸附塔的图解；图4是从气体除去污染物的塔的设计方法；图5是从天然气除去污染物的塔的设计方法；图6是页岩油纯化塔中的经填充吸附床的图解；图7是液化天然气(LNG)纯化塔中的经填充吸附床的图解；和图8是储层井的产出流体(production fluid)的纯化塔中的经填充吸附床的图解。专利技术详述在以下详细描述部分中，描述了本专利技术技术的具体实施方案。然而，在以下描述为本专利技术技术的特定实施方案或特定应用所特有的程度上，这旨在仅仅用于示例性目的并且简单地提供示例性实施方案的描述。因此，本技术不限于下述具体的实施方案，而是包括属于所附权利要求书的真实精神和范围内的所有替代方式、改进型和等同物。在开头，为了容易参考，给出了本申请中使用的某些术语和它们在上下文中所使用的意义。如果本文所使用的术语没有在下面进行限定，则应该为它赋予本领域中最宽的定义，因为本领域技术人员已经知道所述术语反映在至少一篇印刷的出版物或发布的专利中。另外，本专利技术技术不受下面所示的术语的使用限制，因为发挥相同或相似目的的所有等效物、同义词、新发展和术语或技术认为在本专利技术权利要求的范围内。术语“吸收”是一种方法，通过所述方法气体、液体或已溶材料被同化(assimilate)到液体材料中并按照吸收体积/单位质量限定。术语“吸收塔”是指传质设备，其使适合的液体溶剂，即吸收剂能够从含一种或多种其它污染物的流体选择性地吸收污染物，即被吸收物。术语“吸附”是一种方法，通过所述方法气体、液体或已溶材料被同化到固体材料的表面上并按照吸附表面积/单位质量限定。术语“吸附容器”或“吸附塔”是指传质设备，其使适合的吸附剂能够从含一种或多种其它污染物的流体选择性地吸附污染物，即被吸附物。术语“吸附容器”或“吸附塔”可以进一步是指包括至少一个容器的单元系统，所述至少一个容器含有固体吸附剂例如二氧化硅或分子筛，其从进料气体优先本文档来自技高网...

【技术保护点】
气体纯化塔，包括：导入气流的进料气体入口；和吸附所述气流内的多种组分的多种吸附剂，其中所述多种吸附剂层铺在所述塔内；其中每种吸附剂具有经计算的床长度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.09 US 61/977,5081.气体纯化塔，包括：导入气流的进料气体入口；和吸附所述气流内的多种组分的多种吸附剂，其中所述多种吸附剂层铺在所述塔内；其中每种吸附剂具有经计算的床长度。2.权利要求1的气体纯化塔，其中每种吸附剂至少部分地基于它可以吸附的组分的类型进行选择。3.权利要求1或权利要求2的气体纯化塔，其中气流的多种组分包括水、硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)、重质烃(HHC)、硫醇(RSH)或汞，以它们的任何组合。4.权利要求1的或权利要求2-3中任一项的气体纯化塔，其中多种吸附剂的层包括水吸附剂层、H2S吸附剂层、CO2吸附剂层、RSH吸附剂层、HHC吸附剂层和汞吸附剂层。5.权利要求1的或权利要求2-4中任一项的气体纯化塔，其中至少部分地基于待吸附的每种组分的吸附强度将多种吸附剂按顺序层铺在塔内。6.权利要求1的或权利要求2-5中任一项的气体纯化塔，其中每种吸附剂的床长度基于待由吸附剂吸附的组分的最大重量百分率。7.权利要求1的或权利要求2-6中任一项的气体纯化塔，其中多种吸附剂选自：分子筛、氧化铝、硅胶、沸石、金属有机骨架(MOF)、不可再生材料或它们的任何组合。8.权利要求1的或权利要求2-7中任一项的气体纯化塔，其中多种吸附剂呈颗粒、挤出固体、功能性固体、整体块结构或它们的任何组合的形式。9.权利要求1的或权利要求2-8中任一项的气体纯化塔，包括银浸渍的材料以吸附汞。10.权利要求1的或权利要求2-9中任一项的气体纯化塔，包括多个支撑板或浮动筛网以将吸附剂的层分开。11.权利要求1的或权利要求2-10中任一项的气体纯化塔，包括导入再生气体的再生气体入口。12.纯化天然气的塔，包括：导入天然气流的进料气体入口；和吸附所述天然气流内的多种组分的多种吸附剂，其中所述多种吸附剂层铺在所述塔内；其中每种吸附剂具有经计算的床长度。13.权利要求12的塔，其中多种组分包括水、硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)、重质烃、硫醇或汞，以它们的任何组合。14.权利要求12或权利要求13的塔，其中每种吸附剂的床长度基于待吸附的组分的最大重量百分率。15.权利要求12的或权利要求13-14中任一项的塔，其中每种吸附剂至少部分地基于它将吸附的组分的类型进行选择。16.权利要求12的或权利要求13-15中任一项的塔，其中至少部分地基于待吸附的每种组分的吸附强度将多种吸附剂按顺序层铺。17.权利要求12的或权利要求13-16中任一项的塔，其中多种吸附剂的顺序包括水吸附剂、H2S吸附剂、CO2吸附剂、RSH吸附剂、HHC吸附剂和汞吸附剂。18.权利要求12的或权利要求13-17中任一项的塔，其中多种吸附剂选自：分子筛、氧化铝、硅胶、沸石、金属有机骨架(MOF)、不可再生材料或它们的任何组合。19.权利要求12的或权利要求13-18中任一项的塔，其中多种吸附剂呈颗粒、挤出固体、功能性固体或整体块结构或它们的任何组合形式。20.权利要求12的或权利要求13-19中任一项的塔，包括银浸渍的材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·T·罗希尔迈尔，P·S·诺斯罗普，
申请(专利权)人：埃克森美孚上游研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US