用于从包括甲烷和气态污染物的进气流中去除气态污染物的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于从包括甲烷和气态污染物的进气流中去除气态污染物的方法，该方法包括：１）提供进气流；２）将进气流冷却至第一温度，在所述第一温度下，形成液相污染物以及富集甲烷的气相；３）借助于第一气液分离器分离步骤２）中获得的两相；４）至少部分地借助于外部制冷剂，将步骤３）中获得的富集甲烷的气相冷却至第二温度，在所述第二温度下，形成液相污染物以及富集甲烷的气相；和５）借助于第二气液分离器分离步骤４）中获得的两相。本发明专利技术还涉及用于执行所述方法的装置、净化气流以及用于液化进气流的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，尤其从天然气中去除气态污染物、例如二氧化碳和硫化氢的方法。
技术介绍
从地下储层中生产的包括甲烷的气流(尤其是天然气、伴生气和煤层甲烷)通常包含很多污染物，例如二氧化碳、硫化氢、碳硫氧化物、硫醇、硫化物和包含不同量的合成物的芬芳硫。对于这些气流的大多数应用，必须去除污染物，根据具体污染物和/或用途，或者部分地去除或者几乎完全地去除。通常，对硫合成物必须去除至ppm水平，对于二氧化碳，有些情况下必须去除至PPm水平，例如LNG应用，或者降至2或3个体积百分比，例如用作产热气体。可能出现高级烃，根据用途，这种高级烃可以回收。用于去除二氧化碳和硫合成物的工艺在本领域中是已知的。这些工艺包括使用例如胺水溶液的吸附法，或者使用例如分子筛的吸附法。这些工艺尤其适用于去除以较低量存在、例如最大几个体积百分比的污染物，尤其是二氧化碳和硫化氢。在WO 2006/087332中，描述了一种用于从天然气流中去除污染气态组分、例如二氧化碳和硫化氢的方法。在这种方法中，在第一膨胀器中冷却被污染的天然气流，获得具有一定温度和压力的膨胀气流，在该温度和压力下，能够实现包含多数污染组分、例如二氧化碳和/或硫化氢的相的露点状态。然后将膨胀气流供给给第一离心分离器，以对富集污染物的液相和贫污染物的气相进行分离。贫污染物的气相接着经由再压缩机、中间级冷却器和第二膨胀器进入第二离心分离器。中间级冷却器和第二膨胀器用来将贫污染物的气相冷却到这样的程度，即再次获得富集污染物的液相和更贫污染物的气相，随后借助于第二离心分离器对它们进行分离。在该方法中，从第一膨胀步骤中回收的能量被用于压缩步骤，并且空气、水和/或内部工艺流被用于中间级冷却器。这种已知方法的缺陷在于，在两个离心分离器之间使用再压缩机、中间级冷却器和膨胀器，影响了分离过程的烃效率，所述烃效率是该工艺过程中燃料气体消耗和液相污染物流中烃损失的计量。现在已经发现，在用于从气流中去除气态污染物的综合方法中，如果在第一和第二气液分离之间贫污染物的气相至少部分地借助于外部制冷剂冷却，则能够明显地改善烃效率，这允许最佳地分离气态污染物，可以避免在第一和第二气液分离之间使用膨胀器。
技术实现思路
因而，本专利技术涉及一种，该方法包括1)提供进气流；2)将进气流冷却至第一温度，在所述第一温度下，形成液相污染物以及富集甲烷的气相； 3)借助于第一气液分离器分离步骤2)中获得的两相；4)至少部分地借助于外部制冷剂，将步骤3)中获得的富集甲烷的气相冷却至第二温度，在所述第二温度下，形成液相污染物以及富集甲烷的气相；和5)借助于第二气液分离器分离步骤4)中获得的两相。适当地，进气流为天然气流，其中气态污染物为二氧化碳和/或硫化氢。天然气流适当地包括1 90 % (体积比)的二氧化碳，优选包括5 80 % (体积比)的二氧化碳。天然气流适当地包括0. 1 60% (体积比)的硫化氢，优选包括20 40% (体积比)的硫化氢。依照本专利技术使用的进气流包括20 80% (体积比)的甲烷。适当地，步骤1)中的进气流的温度为-20°C 150°C，优选为-10°C 70°C，其压力为10 I5Obara,优选为8O UObara。可以对原料进气流进行预处理，以部分地或完全地去除水和一些选定的重质烃。 这可以例如通过预冷却循环逆着外部冷却回路或冷的内部工艺流进行。也可以用分子筛、 例如沸石，或硅胶，或氧化铝，或其他干燥剂、例如乙二醇、聚醚多元醇(MEG)、二甘醇(DEG) 或四甘醇(TEG)、或甘油进行预处理而去除水。进气流中水的量适当为小于(体积比)， 优选小于0. 1 % (体积比)，更优选小于0. 0001% (体积比)。步骤2)中对进气流的冷却可以通过本领域中已知的方法进行。例如，可以逆着外部冷却流体进行冷却。在进气压力足够高的情况下，可以通过进气流的膨胀实现冷却。也可以进行组合。冷却进气流的适当的方法可以通过近似等熵膨胀来进行，尤其可以借助于膨胀器，优选借助于透平膨胀机或拉伐尔喷嘴。另一个适当的方式是通过等焓膨胀冷却进气流，优选为经过节流孔或阀、尤其是焦耳_汤姆逊阀的等焓膨胀。优选地，膨胀是利用至少两个膨胀装置进行的，选择膨胀装置的工作参数，使得冷却的流中的液化污染物具有一定的液滴尺寸分布。通过利用至少两个膨胀装置，允许控制冷凝污染物的液滴尺寸分布。在一优选实施例中，在膨胀之前对进气流进行预冷却。这可以通过逆着外部冷却回路或逆着冷工艺流、例如液体污染物进行。优选地，气流在膨胀之前被预冷却至 15°C -35°C的温度，优选冷却至10°C -20°C。预冷却可以逆着内部工艺流进行。尤其是当进气流已经被压缩时，进气流的温度可以为100°C 150°C。在这种情况下，可以首先使用空冷或水冷来降低温度，可选择接着进一步冷却。另一个适当的冷却方法是逆着冷却流体介质，尤其是外部制冷剂、例如丙烷循环、 乙烷/丙烷级联(cascade)或混合制冷剂循环进行热交换，可选择与内部工艺回路组合，所述内部工艺回路适当地为二氧化碳流(液体或浆流)、冷的富集甲烷流或冲洗液。进气流适当地在步骤2)和4)中被冷却至-30°C -80°C的温度，优选被冷却至-40°C _65°C的温度。在这些温度下，将会形成液相污染物。适当地，步骤4)中施加的压力可以高于步骤2)中施加的压力。优选地，步骤4)中的第二温度低于步骤2)中的第一温度。优选地，步骤4)中的第二温度比步骤2)中的第一温度至多低20°C。更优选地，第二温度比步骤2)中的第一温度低5°C 10°C。步骤4)中的冷却也可以借助于内部工艺流进行，例如在步骤3)中从富集甲烷的气相中分离出来的液相污染物流。依照本专利技术，步骤4)中富集甲烷的气相的冷却适当地可以至少部分通过外部制冷剂进行。优选地，在步骤4)中使用的外部制冷剂具有比待冷却的富集甲烷的气相高的分子量。适合的这种冷却介质的例子包括乙烷、丙烷和丁烷。优选地，冷却介质包括乙烷和/ 或丙烷。更优选地，所使用的外部制冷剂包括丙烷循环、乙烷/丙烷混合制冷剂或乙烷/丙烷级联。这种乙烷/丙烷级联将在下文更加详细地描述。步骤4)中的冷却适当地可以部分借助于外部制冷剂、部分借助于内部工艺流进行，所述内部工艺流例如为在步骤3)中从富集甲烷的气相中分离出来的液相污染物流。步骤4)中的冷却例如由于使用外部制冷剂进行，所以能够非常吸引人地更换再压缩机、中间级冷却器和正如WO 2006/087332所述的在两个离心分离器之间使用的膨胀器的顺序，改善分离过程的烃效率。在本专利技术的另一个实施例中，在进行步骤4)之前，步骤3)中获得的富集甲烷的气相在一个或更多个压缩步骤中被再压缩。在本专利技术的另一个实施例中，在进行步骤4)的冷却之前，步骤3)中获得的富集甲烷的气相首先通过中间级冷却器冷却。在本专利技术的又一个优选实施例中，步骤3)中获得的富集甲烷的气相首先在一个或更多个压缩步骤中被再压缩，接着通过中间级冷却器冷却，随后在步骤4)中冷却。适当地，这种中间级冷却器可以以内部工艺流和空冷或水冷为基础。适当地，在冷却器内部形成液体的情况下，这种冷却器设计成使得能够从冷却装置中有效地去除液体，而不会削弱热传递。在所述一个或更多个压缩步骤中，适当地，可以使用步骤2)中回本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于从包括甲烷和气态污染物的进气流中去除气态污染物的方法，该方法包括：１）提供进气流；２）将进气流冷却至第一温度，在所述第一温度，形成液相污染物以及富集甲烷的气相；３）借助于第一气液分离器分离步骤２）中获得的两相；４）至少部分地借助于外部制冷剂，将步骤３）中获得的富集甲烷的气相冷却至第二温度，在所述第二温度，形成液相污染物以及富集甲烷的气相；和５）借助于第二气液分离器分离步骤４）中获得的两相。

【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：D·安德里安，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：NL