烃气体加工制造技术

公开了一种用于紧凑加工组件以改进从烃气流中回收C2(或C3)和更重的烃组分的工艺和设备。分离烃气流的优选方法通常包括：至少产生基本上冷凝的第一流和冷却的第二流；使所述两个流膨胀至较低压力；以及将所述流供应至分馏塔。在所公开的工艺和设备中，塔顶蒸气被引导至加工组件内部的吸收构件以及传热传质构件。来自所述加工组件的出口蒸气的一部分在所述加工组件内部的热交换构件中被压缩至较高压力、冷却并且基本上冷凝，然后膨胀至较低压力并且被供应至所述传热传质构件以提供冷却。来自所述吸收构件的冷凝液体被馈送至所述塔。

Hydrocarbon gas processing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】烃气体加工说明书专利技术背景乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和/或更重的烃可从各种气体回收，所述气体如天然气、炼油气和从其他烃材料(如煤炭、原油、石油脑、油页岩、沥青砂和褐煤)获得的合成气流。天然气通常具有大部分的甲烷和乙烷，即甲烷和乙烷一起构成所述气体的至少50摩尔％。所述气体还含有相对较少量的更重的烃，如丙烷、丁烷、戊烷等，以及氢气、氮气、二氧化碳和/或其他气体。本专利技术总体上涉及改进从此类气流回收乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和更重的烃。待根据本专利技术加工的气流的典型分析将是以大约摩尔百分比计，78.6％的甲烷、12.5％的乙烷和其他C2组分、4.9％的丙烷和其他C3组分、0.6％的异丁烷、1.4％的正丁烷和1.1％的戊烷+，余量由氮气和二氧化碳组成。有时还存在含硫气体。天然气及其液态天然气(NGL)成分两者的价格的历史周期性波动有时降低乙烷、乙烯、丙烷、丙烯和作为液态产物的较重组分的增量价值。这已经导致对可提供这些产物的更有效回收的工艺、对可以较低的资本投资提供有效回收的工艺以及对可容易地适配或调整以改变特定组分在广泛范围内的回收的工艺的需求。用于分离这些材料的可用工艺包括基于气体的冷却和冷冻、油吸收和冷冻油吸收的工艺。此外，由于从被加工的气体同时膨胀和提取热时产生动力的经济设备的可用性，因此低温工艺已变得普遍。取决于气体源的压力、气体的丰富性(乙烷、乙烯和更重的烃含量)和所需的最终产物，可使用这些工艺的每一种工艺或它们的组合。低温膨胀(cryogenicexpansion)工艺现在通常优选用于液态天然气的回收，因为它提供最大简便性，易于启动、操作灵活性、良好效率、安全性和良好可靠性。美国专利号3,292,380；4,061,481；4,140,504；4,157,904；4,171,964；4,185,978；4,251,249；4,278,457；4,519,824；4,617,039；4,687,499；4,689,063；4,690,702；4,854,955；4,869,740；4,889,545；5,275,005；5,555,748；5,566,554；5,568,737；5,771,712；5,799,507；5,881,569；5,890,378；5,983,664；6,182,469；6,578,379；6,712,880；6,915,662；7,191,617；7,219,513；8,590,340；8,881,549；8,919,148；9,021,831；9,021,832；9,052,136；9,052,137；9,057,558；9,068,774；9,074,814；9,080,810；9,080,811；9,476,639；9,637,428；9,783,470；9,927,171；9,933,207；和9,939,195；再公告美国专利号33,408；以及共同未决的申请号11/839,693；12/868,993；12/869,139；14/714,912；14/828,093；15/259,891；15/332,670；15/332,706；15/332,723；和15/668,139描述了相关的工艺(尽管与引用的美国专利和共同未决的申请中描述的那些相比，本专利技术的描述在一些情况下是基于不同的加工条件)。在典型的低温膨胀回收工艺中，在压力下的进料气流通过与所述工艺中的其他流和/或外部冷冻源(如丙烷压缩冷冻系统)的热交换而冷却。随着所述气体被冷却，液体可冷凝并以含有所需C2+组分中的一些的高压液体形式收集在一个或多个分离器中。取决于所述气体的丰富性和所形成的液体量，可使所述高压液体膨胀至较低压力并进行分馏。在所述液体膨胀期间发生的蒸发导致所述流的进一步冷却。在一些情况下，可能希望在膨胀前预冷却高压液体，以进一步降低由膨胀产生的温度。使包含液体与蒸气的混合物的膨胀流在蒸馏柱(脱甲烷塔或脱乙烷塔)中分馏。在所述柱中，蒸馏膨胀冷却的流，以将作为顶部蒸气的残余甲烷、氮气和其他挥发性气体与作为底部液体产物的所需C2组分、C3组分和更重的烃组分分离；或将作为顶部蒸气的残余甲烷、C2组分、氮气和其他挥发性气体与作为底部液体产物的所需C3组分和更重的烃组分分离。如果进气未完全冷凝(通常未完全)，则从部分冷凝中剩余的蒸气可分成两个流。所述蒸气的一部分通过功膨胀机(workexpansionmachine)或发动机、或膨胀阀，达到较低压力，在所述压力下，由于流的进一步冷却而冷凝另外的液体。膨胀后的压力基本上与蒸馏柱操作时的压力相同。由膨胀产生的合并的蒸气-液体相作为进料被供应至所述柱。蒸气的剩余部分通过与其他工艺流，例如冷分馏塔塔顶馏出物的热交换而冷却至基本冷凝。在冷却之前，高压液体的一些或全部可与此蒸气部分合并。然后使所得的冷却流通过适当的膨胀装置如膨胀阀膨胀至脱甲烷塔操作时的压力。在膨胀过程中，所述液体的一部分将蒸发，从而导致总物流的冷却。然后将急骤膨胀流作为顶部进料供应至脱甲烷塔。通常，急骤膨胀流的蒸气部分和脱甲烷塔顶部蒸气在分馏塔的上部分离器区段中合并为残余甲烷产物气体。或者，可将冷却且膨胀的流供应至分离器以提供蒸气和液体流。将所述蒸气与塔顶馏出物合并，并且将所述液体作为顶部柱进料供应至所述柱。在这种分离工艺的理想操作中，从所述工艺中离开的残余气体将含有进气中的实质上所有的甲烷，而基本上不含更重的烃组分；并且离开脱甲烷塔的底部馏分将含有实质上所有的更重的烃组分，而基本上不含甲烷或更易挥发的组分。然而，实际上无法获得这种理想情况，因为常规脱甲烷塔大多作为汽提塔操作。因此，所述工艺的甲烷产物通常包含离开所述柱的顶部分馏阶段的蒸气，以及未经受任何精馏步骤的蒸气。由于顶部液体进料含有大量的这些组分和更重的烃组分，因而发生相当多的C2、C3和C4+组分损失，从而在离开脱甲烷塔的顶部分馏阶段的蒸气中产生对应平衡量的C2组分、C3组分、C4组分和更重的烃组分。如果上升的蒸气可与能够从蒸气吸收C2组分、C3组分、C4组分和更重的烃组分的大量液体(回流)发生接触，则可显著减少这些合乎需要的组分的损失。近年来，用于烃分离的优选方法使用上部吸收器区段以提供上升蒸气的额外精馏。对于许多这些方法，用于上部精馏区段的回流物流的源是在压力下供应的残余气体的再循环流。再循环的残余气流通常通过与其他工艺流，例如冷分馏塔塔顶馏出物的热交换而冷却至基本冷凝。然后使所得的基本上冷凝的流通过适当的膨胀装置如膨胀阀膨胀至脱甲烷塔操作时的压力。在膨胀过程中，所述液体的一部分通常将蒸发，从而导致总物流的冷却。然后将急骤膨胀流作为顶部进料供应至脱甲烷塔。这种类型的典型工艺方案公开于美国专利号4,889,545、5,568,737、5,881,569、9,052,137和9,080,811，以及Mowrey,E.Ross,"Efficient,HighRecoveryofLiquidsfromNaturalGasUtilizingaHighPressureAbsorber",ProceedingsoftheEighty-FirstAnnualCo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将含有甲烷、C

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170601 US 62/513,851;20180507 US 62/667,833;20181.一种用于将含有甲烷、C2组分、C3组分和更重的烃组分的气流分离成挥发性残余气体馏分和挥发性相对较低的馏分的工艺，所述挥发性相对较低的馏分含有大部分所述C2组分、所述C3组分和所述更重的烃组分或所述C3组分和所述更重的烃组分，在所述工艺中：
(a)在一个或多个热交换步骤和至少一个分隔步骤中处理所述气流以产生至少第一流和至少第二流，所述第一流已在压力下冷却以冷凝所述第一流的基本上全部，从而形成基本上冷凝的第一流，所述第二流已在压力下冷却，从而形成冷却的第二流；
(b)使所述基本上冷凝的第一流膨胀至较低压力，由此使所述第一流进一步冷却，从而形成膨胀的进一步冷却的第一流，此后在蒸馏柱上的顶部进料位置供应所述第一流，所述蒸馏柱至少产生顶部蒸气流和底部液体流；
(c)使所述冷却的第二流膨胀至所述较低压力，从而形成膨胀的第二流，此后将所述第二流在柱中部进料位置供应至所述蒸馏柱；并且
(d)在所述蒸馏柱中在所述较低压力下分馏至少所述膨胀的进一步冷却的第一流和所述膨胀的第二流，由此将所述挥发性相对较低的馏分的所述组分回收在所述底部液体流中，并且将所述挥发性残余气体馏分作为所述顶部蒸气流排出；
其中改进之处在于，所述一个或多个热交换步骤和所述至少一个分隔步骤适于至少部分地冷凝所述第一流，从而形成至少部分冷凝的第一流；并且
(1)将所述顶部蒸气流引导至容纳在单一设备项目加工组件中的吸收构件，以与冷凝流接触并且由此冷凝其挥发性较低的组分以形成部分精馏的蒸气流；
(2)从所述吸收构件的上部区域收集所述部分精馏的蒸气流并且将所述所述部分精馏的蒸气流引导至容纳在所述加工组件中的传热传质构件，由此在冷凝所述部分精馏的蒸气流的挥发性较低的组分的同时冷却所述部分精馏的蒸气流，从而形成进一步精馏的蒸气流和所述冷凝流，随之将所述冷凝流引导至所述吸收构件；
(3)使所述进一步精馏的蒸气流与加热过的急骤膨胀流合并以形成合并流；
(4)将所述合并流引导至热交换构件并进行加热；
(5)将所述加热过的合并流分隔成再循环流和所述挥发性残余气体馏分；
(6)将所述再循环流压缩至较高压力以形成压缩流；
(7)将所述压缩流引导至所述热交换构件并且冷却至基本冷凝，从而供应步骤(4)的所述加热的至少一部分并且形成基本上冷凝的流；
(8)使所述基本上冷凝的流膨胀至所述较低压力，由此使所述基本上冷凝的流进一步冷却以形成急骤膨胀流；
(9)在所述传热传质构件中加热所述急骤膨胀流，从而供应步骤(2)的所述冷却的至少一部分并且形成所述加热过的急骤膨胀流；
(10)将所述至少部分冷凝的第一流引导至所述热交换构件并且在压力下进一步冷却以使所述至少部分冷凝的第一流基本上冷凝，从而供应步骤(4)的所述加热的至少一部分并且形成进一步冷却的基本上冷凝的第一流；
(11)使所述进一步冷却的基本上冷凝的第一流膨胀至所述较低压力，从而形成所述膨胀的进一步冷却的第一流；
(12)从所述吸收构件的下部区域收集蒸馏液体流并且使所述蒸馏液体流与所述膨胀的进一步冷却的第一流合并以形成合并的进料流，随之将所述合并的进料流引导至所述蒸馏柱上的所述顶部进料位置；
(13)在所述蒸馏柱中在所述较低压力下分馏至少所述合并的进料流和所述膨胀的第二流，由此将所述挥发性相对较低的馏分的所述组分回收在所述底部液体流中；并且
(14)至所述蒸馏柱的所述进料流的量和温度有效地使所述蒸馏柱的顶部温度维持在一定温度，由此将所述挥发性相对较低的馏分中的所述组分的大部分回收在所述底部液体流中。


2.根据权利要求1所述的工艺，其中
(1)在所述一个或多个热交换步骤中在压力下充分冷却所述气流以使所述气流部分冷凝，从而形成部分冷凝的气流；
(2)分离所述部分冷凝的气流，从而提供蒸气流和至少一个液体流；
(3)在所述至少一个分隔步骤中分隔所述蒸气流以产生至少所述第一流和所述冷却的第二流；
(4)在所述一个或多个热交换步骤中在压力下冷却所述第一流以使所述第一流的基本上全部冷凝，并且由此形成所述基本上冷凝的第一流；
(5)使所述至少一个液体流的至少一部分膨胀至所述较低压力，从而形成膨胀的液体流，随之将所述膨胀的液体流在柱中下部进料位置供应至所述蒸馏柱，所述柱中下部进料位置低于所述柱中部进料位置；并且
(6)在所述蒸馏柱中在所述较低压力下分馏至少所述合并的进料流、所述膨胀的第二流和所述膨胀的液体流，由此将所述挥发性相对较低的馏分的所述组分回收在所述底部液体流中。


3.根据权利要求2所述的工艺，其中
(1)在所述至少一个分隔步骤中分隔所述蒸气流以产生至少另一蒸气流和所述第二流；
(2)使所述另一蒸气流与所述至少一个液体流的至少一部分合并以形成所述第一流；并且
(3)使所述至少一个液体流的任何剩余部分膨胀至所述较低压力，随之将所述膨胀的液体流在所述柱中下部进料位置供应至所述蒸馏柱。


4.根据权利要求1所述的工艺，其中
(a)在额外的热交换构件中加热所述再循环流以形成加热过的再循环流；
(b)将所述加热过的再循环流压缩至较高压力以形成所述压缩流；
(c)将所述压缩流引导至所述额外的热交换构件并且进行冷却，从而供应步骤(a)的所述加热的至少一部分并且形成冷却的压缩流；并且
(d)将所述冷却的压缩流引导至所述热交换构件并且冷却至基本冷凝以形成所述基本上冷凝的流。


5.根据权利要求2所述的工艺，其中
(a)在额外的热交换构件中加热所述再循环流以形成加热过的再循环流；
(b)将所述加热过的再循环流压缩至较高压力以形成所述压缩流；
(c)将所述压缩流引导至所述额外的热交换构件并且进行冷却，从而供应步骤(a)的所述加热的至少一部分并且形成冷却的压缩流；并且
(d)将所述冷却的压缩流引导至所述热交换构件并且冷却至基本冷凝以形成所述基本上冷凝的流。


6.根据权利要求3所述的工艺，其中
(a)在额外的热交换构件中加热所述再循环流以形成加热过的再循环流；
(b)将所述加热过的再循环流压缩至较高压力以形成所述压缩流；
(c)将所述压缩流引导至所述额外的热交换构件并且进行冷却，从而供应步骤(a)的所述加热的至少一部分并且形成冷却的压缩流；并且
(d)将所述冷却的压缩流引导至所述热交换构件并且冷却至基本冷凝以形成所述基本上冷凝的流。


7.根据权利要求1所述的工艺，其中所述热交换构件容纳在所述加工组件中。


8.根据权利要求2所述的工艺，其中所述热交换构件容纳在所述加工组件中。


9.根据权利要求3所述的工艺，其中所述热交换构件容纳在所述加工组件中。


10.根据权利要求4所述的工艺，其中所述热交换构件容纳在所述加工组件中。


11.根据权利要求5所述的工艺，其中所述热交换构件容纳在所述加工组件中。


12.根据权利要求6所述的工艺，其中所述热交换构件容纳在所述加工组件中。


13.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12所述的工艺，其中使用泵送构件将所述蒸馏液体流泵送至较高压力。


14.根据权利要求13所述的工艺，其中所述泵送构件容纳在所述加工组件中。


15.一种用于将含有甲烷、C2组分、C3组分和更重的烃组分的气流分离成挥发性残余气体馏分和挥发性相对较低的馏分的设备，所述挥发性相对较低的馏分含有大部分所述C2组分、所述C3组分和所述更重的烃组分或所述C3组分和所述更重的烃组分，在所述设备中存在
(a)一个或多个热交换构件和至少一个分隔构件，用于产生至少第一流和至少第二流，所述第一流已在压力下冷却以冷凝所述第一流的基本上全部，从而形成基本上冷凝的第一流，所述第二流已在压力下冷却，从而形成冷却的第二流；
(b)第一膨胀构件，所述第一膨胀构件被连接以在压力下接收所述基本上冷凝的第一流并且使所述基本上冷凝的第一流膨胀至较低压力，由此所述第一流被进一步冷却，从而形成膨胀的进一步冷却的第一流；
(c)蒸馏柱，所述蒸馏柱连接至所述第一膨胀构件以在顶部进料位置接收所述膨胀的进一步冷却的第一流，其中所述蒸馏柱至少产生顶部蒸气流和底部液体流；
(d)第二膨胀构件，所述第二膨胀构件连接以在压力下接收所述冷却的第二流并且使所述第二流膨胀至所述较低压力，从而形成膨胀的第二流；
(e)所述蒸馏柱进一步连接至所述第二膨胀构件以在柱中部进料位置接收所述膨胀的第二流；并且
(f)所述蒸馏柱适于在所述较低压力下至少分馏所述膨胀的进一步冷却的第一流和所述膨胀的第二流，由此将所述挥发性相对较低的馏分的所述组分回收在所述底部液体流中，并且将...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·T·奎利亚尔，M·C·皮尔斯，S·A·米勒，H·M·赫德森，J·D·威尔金森，J·T·林奇，A·F·约翰克，W·L·路易斯，
申请(专利权)人：奥特洛夫工程有限公司，SME产品有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国;US