乙烷回收方法和配置技术

所涉及的方法和配置使用冷却的含乙烷和ＣＯ↓［２］的原料气，使该原料气在第一透平膨胀机中膨胀且随后热交换以使得第二透平膨胀机的入口温度相对高。因此，来自第二膨胀机的相对热的脱甲烷塔原料从乙烷产物中有效除去ＣＯ↓［２］并防止二氧化碳在脱甲烷塔中冻结，同时将另一部分热交换并膨胀的原料气进一步冷却且降低压力以形成贫回流以得到高乙烷回收率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的领域是气体处理，特别是其涉及用于乙烷回收的天然气 处理。
技术介绍
对于烃类液体回收，特别是自高压原料气回收乙烷和丙烷来说， 已知各种膨胀方法。大多数常规方法需要冷冻丙烷以使原料气冷却和 /或在脱甲烷塔(demethanizer)和/或脱甲烷塔(demethanizer)中回流冷 凝，并且在原料气压力较低或包含大量丙烷和较重组分的情况下，对 丙烷冷冻的需要经常显著增加NGL回收方法的开支。为了降低外部冷冻丙烷的需求，可通过热交换用脱甲烷塔塔顶蒸 气、塔侧再沸器和补充的外部丙烷冷冻来使原料气冷却且部分冷凝。 随后使如此形成的原料气液体部分与蒸气部分分离，在许多情况下它 被分成两部分。 一部分经进一步冷却且供应到脱甲烷塔的上部，而另 一部分在单透平膨胀机中压力降低且供应到脱甲烷塔的中段。虽然这 种配置对于具有相对高C3+(例如大于3。/。摩尔)含量和约1000psig或更 低的原料气压力的原料气来说经常为经济且有效的，但是它们对于低 C3+含量(例如等于或小于3%摩尔，更通常小于1%摩尔)，尤其对于 具有相对高压力(例如1400psig及以上)的原料气来说通常不具经济性 和有效性。遗憾的是，在许多已知的膨胀机方法中，得自分馏塔的残余气体5仍包含大量乙烷和丙烷，如果将其冷冻到甚至更低的温度或使其经历 另一精馏阶段，则可将其回收。最一般来说，较低温度可通过透平膨 胀机的高膨胀比实现。或者或另外，在存在相对高的原料气压力(例如，1600psig及以上)的情况下，理论上可增加脱曱烷塔压力来藉此 降低残余气体压缩功率并降低总能量消耗。然而，脱甲烷塔压力的增 加通常限于450psig到550psig，因为更高的塔压力会降低曱烷组分与 乙烷组分之间的相对挥发性，使分馏困难，甚至不可行。因此，通过 透平膨胀自大多数高压原料气产生过度冷却，其为迄今已知无法充分 利用的方法。例如，在Campbell等的美国专利第4,854,955号中描述了具有透 平膨胀机、原料气冷却器、分离器和回流脱甲烷塔的示例性NGL回 收成套设备(plant)。在此，使用包括透平膨胀的配置来回收乙烷，其来冷却并冷凝。这种额外冷却步骤冷凝来自脱甲烷塔塔顶的大部分乙 烷和较重组分，随后在分离器中将它回收并使其以回流形式回到塔 中。遗憾的是，高乙烷回收率通常限于80%-90%,因为(32回收经常 受脱甲烷塔中C02冻结限制。因此，不能利用由高压透平膨胀机产生 的过度冷却得到高乙烷回收率，且其在别处必定遭到拒绝。然而，在 这类配置中使脱乙烷塔回流通常需要丙烷冷冻，这消耗了大量能量。 因此，对于具有相对高压力和低丙烷和较重組分含量的原料气来说， 所有或几乎所有已知方法都没能利用原料气的潜在能量。Campbell等在美国专利第6,182,469号中指出包括在NGL分馏 塔中除去C02的NGL回收方法。在此，将顶部塔盘中的一部分液体移出、加热并使其回到脱甲烷塔的下段以除去C02。虽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分馏效率且 必定增加额外处理步骤的额外分馏塔盘、加热和冷却任务。在当前经 济情况下，此追加支出相对于如此实现的乙烷回收率的微小增加是不 合理的。更进一步，这类体系通常针对1100psig(psi表压)或更低的原料气压力设计，它不适用于高原料气压力(例如，1600psig或更高)。 具有类似难点的其他已知配置描述在美国专利第4,155,729号、美国 专利第4,322,225号、美国专利第4,895,584号、美国专利第7,107,788 号、美国专利第4,061,481号和WO2007/008254中。因此，虽然已进行许多尝试来提高自天然气及其他来源分离和回 收乙烷和较重天然气液体的方法的效率和经济性，但所有或几乎所有 方法都受一个或多个缺点的困扰。最显著地，迄今已知的配置和方法 都没能利用高原料气压力的经济效益和脱甲烷塔的冷却潜力，特别是在原料气包含相对低的C3和较重组分含量的情况下。因此，仍然需要提供用于天然气液体回收的改进方法和配置。专利技术概迷本专利技术涉及使用相对高压力的具有相对低C计含量的含C02原料 气提供冷却和再压缩能量而同时使乙烷回收率达到最大的配置和方 法。最优选使原料气在至少两段中冷却并膨胀，其中将原料的蒸气部分供应到处于相对高温度下的第二膨胀机中，因此防止co2在脱甲烷塔中冻结，且其中使另一蒸气部分过冷，藉此形成贫回流(leanreflux)。 在本专利技术主题的一个方面，气体处理成套设备(最优选用于处理具有相对低C3+含量的含C02原料气)包括笫一热交换器、笫一透平膨胀机和第二热交换器，它们彼此串联连接且经配置以使原料气冷却 并膨胀到压力高于脱甲烷塔工作压力(例如，1000psig到1400psig)。 分离器与第二热交换器流体连接且经配置以将冷却并膨胀的原料气分离为液相和气相，第二透平膨胀机与分离器连接且经配置以使一部 分气相膨胀到脱曱烷塔压力，而第三热交换器和减压装置经配置以接 收并冷凝另 一部分气相，藉此形成到达脱甲烷塔的回流。因此，从不同观点来看，自含乙烷的气体分离乙烷的方法包括使 原料气冷却并从原料气压力膨胀到高于脱甲烷塔工作压力的步骤和 另一自冷却并膨胀的原料气分离气相的步骤。 一部分过热气相在透平7膨胀机中膨胀到脱曱烷塔的工作压力，而另一部分气相经冷却、液化 且膨胀，藉此产生供应到脱甲烷塔中的回流。最优选第 一热交换器和第二热交换器与脱曱烷塔热连接以提供 脱曱烷塔的至少 一部分再沸任务，和/或塔侧再沸器与脱乙烷塔塔顶 冷凝器和/或残余气体热交换器热连接以提供体系的冷冻/再沸需求。 为了重新利用高压原料气中的至少一些能量，优选第一透平膨胀机与残余气体压缩机(或发电机)机械连接。通常，在至少1500psig压力下 原料气通过来源(例如，气田、LNG的再气化成套设备)提供，和/或 原料气包含至少0.5%摩尔C02和小于3%摩尔C3+组分。更进一步通常优选第一热交换器、笫一透平膨胀机和第二热交换 器经配置以冷却原料气到高于-10°F的温度，和/或第二透平膨胀机经 配置使得气相的膨胀部分(即，脱曱烷塔进料)的温度为-75。F到-85。F 且压力为400psig到550psig。另外，通常优选第三热交换器和减压装 置经配置以在等于或小于-130。F的温度下冷凝气相以提供脱甲烷塔 回流。本专利技术的各种目标、特征、方面和优势自本专利技术的优选实施方案 的以下详细说明以及附图将变得更加显而易见。附图简述附图说明图1为根据本专利技术主题的一个示例性乙烷回收配置的示意图。 图2为根据本专利技术主题的另 一 示例性乙烷回收配置的示意图。专利技术详述本专利技术人已发现各种高压烃原料气(例如，至少1400psig,更优 选至少1600psig，甚至更高)可在包括两阶段透平膨胀的配置和方法 中处理，两阶段透平膨胀将显著有助于下游脱曱烷塔和脱乙烷塔的冷 却需求。在优选方面的原料气包含至少0.5%摩尔且更通常至少1-2% 摩尔的量的C02，且具有通常等于或小于3%摩尔的相对低的C3+(即，C3和更高碳数)含量。在大多数考虑的配置和方法中，实现至少70%-95%的乙烷回收 率，同时显著降低冷冻和能量需求。另外，在特别优选的配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体处理成套设备，其包括：　第一热交换器、第一透平膨胀机和第二热交换器，它们彼此串联连接且经配置以使原料气冷却并膨胀到高于脱甲烷塔工作压力的压力；　分离器，它与第二热交换器流体连接且经配置以将冷却并膨胀的原料气分离为液相和气 相；　第二透平膨胀机，它与分离器连接且经配置以使一部分气相膨胀到脱甲烷塔压力；和　第三热交换器和减压装置，它们彼此连接且经配置以接收并冷凝另一部分气相，藉此形成到达脱甲烷塔的回流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J马克，
申请(专利权)人：氟石科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]