天然气处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了用于从天然气流中分离乙烷和更重烃的系统和方法。在本发明专利技术的方面中，吸附单元与低温气体处理装置集成，通过将吸附单元的尾气输送至低温气体处理装置，将不然会损失掉的甲烷进行回收，从而克服了甲烷回收率的限制。

【技术实现步骤摘要】
天然气处理装置相关申请的交叉引用本申请要求申请日为2011年8月2日的美国临时申请序列号61/514081的优先权。在此该临时申请被全文援引加入。
技术介绍
本专利技术涉及处理具有甲烷和其他烃的气体流，以便去除其他烃。天然气通常含有高浓度的天然气凝液(natural gas liquids, NGL),凝液含有乙烷、丙烷、丁烷和更高级的烃以及其他化合物。在将甲烷供给至管路前，通常用气体处理装置将NGL去除(例如，为了满足对供给至管线的物质组成进行限定的规格)。重烃通常作为混合液体产物去除，它可以分馏成有价值的纯净产品，如化工原料乙烷。NGL中存在的任何丙烷和丁烷都可混合形成液化石油气(LPG)，这是一种有价值的住宅用燃料。NGL的价格往往与石油价格相关联，所以当天然气价格低而石油价格高时，可去除的NGL的价值更大。用于去除NGL的常规选项包括冷冻，其中将天然气冷却直至如己烷和更重(C6J§)冷凝物的重化合物从进料流中冷凝出来。另外的常规选项是吸收，其中使NGL通过接触轻油(例如煤油范围，kerosene range)而去除，这具有丁烷和更重(C4+)物质的高回收率，丙烷的中等回收率。将贫油冷冻至-30至-40 °F改进丙烷回收率，并达到高达50%的乙烷回收率。为了达到90+%的乙烷回收率和98+%的C3+回收率，通常使用低温或透平膨胀机装置。这些装置利用天然气流的膨胀，将温度降至-100至-150 T，其中天然气大多为液体并可使用蒸馏塔分离。当塔底产出C2+时，这些塔被称作脱甲烷塔；当塔底产出C3+时，这些塔被称作脱乙烷塔。透平膨胀机可用于产生一部分压缩能，以将商品气流恢复至管路压力。这增加了工艺过程的整体效 率。在十九世纪七十年代后期，Ortloff公司开发了气体过冷方法(GSP)，通过在脱甲烷塔塔顶添加过冷回流流，增加了 NGL的回收率。GSP和相关方法是用于回收NGL的主要技术，因为它们是获得C2高回收率和最大化天然气井的经济产出的最具成本效率的方法。GSP的两个关键缺点是将回收气恢复至管路压力的压缩费用和容量的缺少弹性。GSP装置通过大的列(train)增加容量,且相对于吸附方法,对于极限负荷(turndown)具有较少的容忍度，因为要么透平膨胀机不能达到操作脱甲烷塔所需要的低温度，要么脱甲烷塔的流速不足以保持合适的流型。透平膨胀机装置的最佳效率出现在接近总设计容量的操作点。随着进料量增加，可存在阻碍进一步的装置载荷的多个与设备相关的瓶颈。它们包括与下述相关的局限性:在脱甲烷塔中的过度蒸汽流速，其导致夹带或溢流，冷冻不足，无法将残余气压缩至管路压力；或较低的NGL回收率，其导致残余气的热值超出管路规格。熟知某些用于从天然气流中去除NGL的常规吸附方法，它们具有保持销售气在升高的压力的优点。然而，这些方法的不足在于甲烷回收率比其它任一技术都低。尽管GSP回收大大超过99%的甲烷，但由于一些天然气进料被用来再生床，所以即便最佳的吸附工艺也只具有75-85%范围的回收率。M.Mitariten (USPN 7396388 和 US7442233)公开了常规的 NGL处理系统，其提供了变压吸附(PSA)、胺清洗、和吸附水吸附的集成系统，以从天然气流中去除酸性气体、水和重经(C4+) ODolan和Butwell (US6444012)教导了将用于从原料天然气进料中去除C3+成分的PSA,与用于产生富CH4流的去除N2的第二 PSA 二者组合使用。使用来自第二 PSA的产物流，来再生第一 PSA和回收甲烷产品中高级链烷烃的热值。Butwell等人(US6497750)也教导了连续使用两个PSA以从甲烷中除去N2。第一PSA从原料天然气中去除N2。来自这一 PSA的废物流含有N2、CH4和重组分，该流被压缩和输送至包含CH4选择性吸附剂的第二 PSA以产生N2产品。来自第二 PSA的废物流富含CH4,经冷冻去除重组分后，再循环至第一 PSA。B.T.Kelly 等人(US2008/0282884)描述了在公开了 C1AD2 和(VN2 分离的 PSA 系统中的整体吸附剂。Avila 等人(〃 Extraction of ethane from natural gas at highpressure byadsorptionon Na-ETS-lO (通过在Na-ETS-lO上吸附，从天然气中高压提取乙烧)，Chem.Eng.Sc1.66 =2991-2996,2011)描述了改性分子筛中乙烷相对甲烷的极高选择性。Maurer (US5171333)教导了通过使用ZnX和CaY沸石吸附剂的PSA纯化甲烷。ff.C.Kratz等人(US5840099)描述了组合的变压吸附真空变压吸附单元，以从天然气流中去除水、C02、C3+和一些乙烷，以便可将富含甲烷的流作为运输燃料使用。前述专利、专利申请和出版物的公开内容在此援弓丨加入。 这一领域内仍需要一种改进的系统和方法来从天然气中去除NGL。更具体地，需要一种可移动的分离系统，其能用于有效消除现有气体装置的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术通过提供系统和方法解决了与常规吸附技术相关的问题，所述系统和方法达到了 C2高回收率(>80%)和C3+的接近100%回收率，从而改进了重烃的去除。本专利技术还提供了一种用于集成在天然气处理装置中的策略，其可改进装置的容量。宽泛地说，本专利技术提供了用于从天然气流中分离乙烷及更高级烃的系统和方法。本专利技术采用一种相对低选择性的吸附剂，其优点为更易于再生，并且比其他惯用吸附剂便宜一个数量级。本专利技术的一个方面涉及使用与低温气体处理装置集成在一起的吸附单元，通过将来自吸附单元的尾气送至低温气体处理单元，以将不然会损失的甲烷进行回收，从而克服甲烷回收率的限制。本专利技术的一个方面涉及用吸附单元对低温气体处理装置进料的一部分进行处理，从而在原始的低温气体处理装置能处理的天然气的量上，允许更大的弹性。本专利技术的另一个方面涉及与低温蒸馏方法相比，在极限负荷(turndown)时维持高的效率的吸附方法。当用于流非常易变的天然气源例如页岩气井时，这特别有利。本专利技术的又一方面涉及一种吸附方法，其中将甲烷维持在高压下，不需要进一步压缩即可进入管路。本专利技术的又一方面中，吸附单元可以制成便携式，从而当建设另外的低温蒸馏列时，增加透平膨胀机的容量，允许更高通过量。一旦第二列启用，吸附单元可以移至另一需要改进效率的装置。本专利技术的一个方面涉及一种用于从原料天然气中去除天然气凝液的系统，包括:(i)吸附单元，配置以接收原料天然气流和从原料天然气流中去除天然气凝液，以产生含有天然气凝液的第一流，和含有管路品质的气体的第二流；(ii)压缩机，配置以接收第一流和产生压缩的第一流；(iii)热交换器，配置以接收压缩的第一流；和(iv)脱甲烷塔，配置以从压缩的第一流中去除至少一部分甲烷，其中脱甲烷塔的塔底产物包含天然气凝液。本专利技术的另一个方面涉及一种用于处理原料天然气的系统，包括:(i)吸附单元，配置以接收原料天然气流，产生具有降低量的天然气凝液的第一流，和富天然气凝液的第二流；(ii)压缩机，配置以接收第二流和产生压缩的第二流；(iii)热交换器，配置以接收离开压缩机的压缩的第二流；和(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从原料天然气中去除天然气凝液的系统，其包括：(i)吸附单元，配置以接收原料天然气流和从原料天然气流中去除天然气凝液，以产生含有甲烷并富天然气凝液的第一流，和含有甲烷及贫天然气凝液的第二流；(ii)压缩机或泵，配置以接收第一流和增加第一流的压力；和(iii)脱甲烷塔，配置以从第一流中去除至少一部分甲烷，其中该脱甲烷塔的塔底产品包括天然气凝液；其中第二流具有高位热值，该热值低于1100BTU/SCF。

【技术特征摘要】
2011.08.02 US 61/514,081;2012.07.23 US 13/555,6801.一种用于从原料天然气中去除天然气凝液的系统，其包括: (i)吸附单元，配置以接收原料天然气流和从原料天然气流中去除天然气凝液，以产生含有甲烷并富天然气凝液的第一流，和含有甲烷及贫天然气凝液的第二流； (ii)压缩机或泵，配置以接收第一流和增加第一流的压力；和 (iii)脱甲烷塔，配置以从第一流中去除至少一部分甲烷，其中该脱甲烷塔的塔底产品包括天然气凝液； 其中第二流具有高位热值，该热值低于1100BTU/SCF。2.权利要求1的系统，进一步包括配置以接收和冷却第一流的热交换器。3.权利要求1的系统，其中原料天然气流包括至少60%体积的甲烷。4.权利要求1的系统，其中原料天然气流包括少于2%体积的二氧化碳。5.权利要求1的系统，其中原料天然气流包括少于IOOppm体积的水蒸汽。6.权利要求1的系统，其中原料天然气流的压力大于700psia。7.权利要求1的系统，其中吸附单元是变压吸附单元。8.权利要求6的系统，其中在任一单循环中变压吸附单元中的最低压力是latm。9.权利要求1的系统，其中吸附单元是真空变压吸附单元。10.权利要求9的系统，其中在任一单循环中真空变压吸附单元中的最低压力是0.05atm。11.权利要求1的系统，其中吸附单元的床具有少于1.5的长径比。12.权利要求1的系统，其中一部分压缩的第一流被压缩至原料天然气流的压力，再循环，并送入吸附单元。13.权利要求1的系统，其中吸附单元是便携式的。14.一种用于处理原料天然气的系统，其包括: (i)吸附单元，配置以接收原料天然气流，产生包含甲烷并富天然气凝液的第一流，和包含甲烷并贫天然气凝液的第二流； ( )压缩机或泵，配置以接收第一流和增加第一流的压力，以产生气体处理装置的进料流；和 (iii)气体处理装置，配置以接收所述气体处理装置的进料流。15.权利要求14的系统，其进一步包括热交换器，所述热交换器配置以在气体处理装置的进料流进入气体处理装置之前，接收和冷却所述气体处理装置的进料流。16.权利要求14的系统，其中原料天然气流包括至少60%体积甲烷。17.权利要求14的系统，其中原料天然气流包括少于2%体积的二氧化碳。18.权利要求14的系统,其中原料天然气流包括少于IOOppm体积的水蒸汽。19.权利要求14的系统，其中原料天然气流的压力大于700psia。20.权利要求14的系统，其中吸附单元是变...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·普勒格尔，T·C·戈尔登，J·R·赫夫顿，J·E·帕拉马拉，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：