从原料气流中去除酸性气体的系统，该系统包括低温蒸馏塔。该塔接受并分离原料气流为塔顶甲烷流和塔底液化酸性气体流。低温蒸馏塔下游的制冷设备冷却塔顶甲烷流并返回部分塔顶甲烷流至低温蒸馏塔作为液体回流。该系统也可包括蒸馏塔上游的第一分子筛床和蒸馏塔下游的第二分子筛床。第一分子筛床吸附水而第二分子筛床从冷却塔顶甲烷流中吸附额外的酸性气体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及流体分离领域。更具体地，本专利技术涉及从烃流体流中分离二氧化碳和其它酸性气体。技术讨论从储层中采收烃时常与它一起携带有非烃气体的附带产物。这种气体包括如硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)的污染物。当H2S和CO2作为烃气流(如甲烷或乙烷)的部分产生时，该气流有时被称作为“酸气”。酸气通常被处理以去除C02、H2S和其它污染物，然后将它送往下游以进一步加工或出售。分离过程产生了关于处置分离的污染物的问题。在某些情况下，浓的酸性气体(主要由H2S和CO2组成)被送到硫回收单元(“SRU”)。SRU转化H2S为良性的元素硫。但是， 在一些地区(如里海区域)，因为有限的市场，额外的元素硫生产是不合需要的。因此，成百万吨的硫已经存放在世界一些地区的大的地上区域中，最为显著的是加拿大和哈萨克斯坦。硫被贮存在陆地上，而二氧化碳气体常常地被排至大气中。但是，实行排放(X)2有时是不期望的。减小CO2排放的一项建议是被称为酸性气体注入(“AGI”)的方法。AGI 意指不需要的酸气在压力下被重新注入至地下地层(subterranean formation)并且被隔绝以备可能以后的应用。可选地，酸气可用于形成人工储层压力，用于提高采收率法采油操作。关于AGI，需要有气体处理设备，其从烃气中分离出酸性气体成分。但是，对于“高酸性”流，即含有大于大约15% CO2和H2S的生产流，设计、构造和操作能够经济地从所需烃中分离污染物的设备可能是极具挑战的。许多天然气储层含有相对低的烃百分含量(例如少于40% )和高的酸性气体百分含量，主要是二氧化碳，但也有硫化氢、硫化羰、二硫化碳和各种硫醇。在这些情况下，可有利地采用低温气体处理。低温气体处理是有时用于气体分离的蒸馏方法。低温气体分离在中度压力(例如 350-600磅每平方英寸表压(psig))下产生冷却和液化气流。在酸气低温蒸馏的情况下，液化酸性气体作为“塔底”产物产生。因为液化酸性气体具有相对高的密度，静水压头有利地用于AGI井，以协助注入过程。这意味着泵送液化酸性气体至地层所需的能量比压缩低压酸性气体至储层压力所需的能量低。因此，低温气体处理尤其适用于AGI。关于酸气低温蒸馏也存在挑战。当待处理气体中二氧化碳存在的浓度大于大约 5mol. %时，它将在标准的低温蒸馏设备中冻结为固体。作为固体的CO2的形成中断了低温蒸馏过程。为了克服这个问题，本受让人先前已经设计了各种“控制冻结区 ”(CFZ )方法。CFZ 方法利用二氧化碳形成固体颗粒的倾向，通过使冷冻的(X)2颗粒在蒸馏塔的开口部分内形成，并且然后在融化塔盘中捕获该颗粒。结果，在塔顶端产生干净的甲烷流(连同在原料气体中的任意氮气或氦气)，同时在塔底产生液体C02/H2S流。在美国专禾Ij 4，533，372、美国专利4，923，493、美国专利5，062，270、美国专利 5，120，338和美国专利6，053，007中描述了 CFZ 方法和相关设备的某些方面。如在以上美国专利中一般性描述的，用于低温气体处理的蒸馏塔或柱包括下部的蒸馏区和中间的控制冻结区。优选地，也包括上部的精馏区。通过提供在那个压力下温度范围在二氧化碳凝固点以下、但在甲烷沸腾温度以上的一部分柱，柱运转以形成固体CO2颗粒。更优选地，在使甲烷和其它轻质烃气蒸发，同时引起CO2形成冻结(固体)颗粒的温度和压力下操作该控制冻结区。当气体原料流沿柱上升时，冻结(X)2颗粒摆脱原料流并依靠重力从控制冻结区降落至融化塔盘。在那里，颗粒液化。然后富二氧化碳的液流从融化塔盘流下至柱底部的下部蒸馏区。维持下部蒸馏区在基本无二氧化碳固体形成但溶解的甲烷可沸腾的温度和压力下。在一方面，在30下至40下形成塔底酸性气体流。控制冻结区域包括冷却的液体喷淋。这是称为“回流”的富甲烷液流。随着轻质烃气和夹带酸气的蒸气流向上移动通过柱，蒸气流遇到液体喷淋。冷却的液体喷淋帮助分出固体ω2颗粒同时使甲烷气体蒸发并在柱内向上流动。在上部精馏区，捕获甲烷(或塔顶气体)并管送离开以销售或可用作燃料。在一方面，在大约-130 °F释放塔顶甲烷流。塔顶气体可通过另外的冷却被部分液化且液体返回至柱作为“回流”。回流液体作为冷却喷淋注入至控制冻结区的喷淋段。在上部蒸馏区产生的甲烷满足管道运送的大部分标准。例如，如果产生充足的回流，甲烷能满足少于2mol. %的管道(X)2标准及4ppm的H2S标准。但是，对于如氦气回收、 低温天然气液体回收、转化为液体天然气(LNG)和脱氮的应用，对天然气存在更严格的CO2 标准。可通过增加液体甲烷回流量满足更严格的(X)2标准。这又需要更多和/或更大的制冷设备。在这个方面，为喷淋段产生冷却液体甲烷的过程需要CFZ塔的辅助设备。这种设备包括管子、喷嘴、压缩机、分离器、泵和膨胀阀。操作者希望越强有力地去除CO2,制冷设备就变得越大。对降低CFZ方法的制冷需求同时还降低(X)2含量至非常低的水平存在需要。也对低温气体分离系统和通过其它CO2去除技术增加的附随方法存在需要。进一步地，对不增加制冷设备的容量而能够减少气体中(X)2和含量至下游液化过程可接受的水平的低温气体分离方法存在需要。专利技术概述提供了从原料气流中去除酸性气体的系统。在一个实施方式中，系统包括低温蒸馏塔。该蒸馏塔可具有下部的蒸馏区和中间的控制冻结区。中间的控制冻结区或喷淋段接受主要含有甲烷的冷却液体喷淋。冷却喷淋是从在蒸馏塔下游的塔顶馏出物循环产生的液体回流。蒸馏塔运转以去除酸性气体。在这方面，蒸馏塔接受并且然后分离原料气流为塔顶甲烷流和塔底酸性气体流。系统也包括制冷设备。一些制冷设备可用于预冷却原料气， 同时其它制冷设备放置在低温蒸馏塔下游以冷却塔顶甲烷流。返回一部分塔顶甲烷流至低温蒸馏塔作为液体回流。蒸馏塔也包括低温蒸馏塔下游的固体吸附床。固体吸附床运转以吸附冷却塔顶甲烷流中的至少一些残留的酸性气体。在本系统中，设计制冷设备以产生足量的液体回流以在低温蒸馏塔内从原料气流去除酸性气体至第一选择组成。这意味着有意释放一些百分比或量的酸性气体组分在塔顶甲烷流内。将塔顶甲烷流送至低温蒸馏塔下游的固体吸附床以去除残留的酸性气体至第二较低组成。因此，低温蒸馏塔下游的固体吸附床提供了甲烷流的后净化(post-polish)。它进一步允许另外可能需要致力于产生液体回流的制冷设备或容量的减少。在一方面，酸性气体包括二氧化碳。产生的液体回流的量足以从原料气流中去除二氧化碳至大约1至4mol. %的第一组成。同时，低温蒸馏塔下游的固体吸附床从塔顶甲烷流中去除另外的二氧化碳至第二组成。例如，第二组成可以是大约0. 2至3. Omol. %。在另一方面，产生的液体回流的量足以从原料气流中去除二氧化碳至满足管道标准的第一组成。同时，低温蒸馏塔下游的固体吸附床从塔顶甲烷流中去除二氧化碳至满足 LNG标准的第二组成。例如，低温蒸馏塔下游的固体吸附床可从塔顶甲烷流中去除二氧化碳至少于大约百万分之100( “ppm”)的组成，或更优选地，至少于大约50ppm的组成。在另一方面，酸性气体进一步包括硫化氢。在这一情况下，低温蒸馏塔下游的固体吸附床可从塔顶甲烷流中去除硫化氢至少于大约IOppm的组成，或更优选地，至少于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：P·S·诺斯罗普，B·T·凯莱，C·J·马特，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。