[發明專利]碳氫化合物氣體處理

有效

• 申請號: 201180027276.3
• 申請日: 2011-05-27
• 公開（公告）號: CN102933273A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: K·T·奎利亞爾;J·D·威爾金森;H·M·哈德森
• 申請（專利權）人: 奧特洛夫工程有限公司
• 主分類號: B01D19/00
• 分類號: B01D19/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王初

說明書

發明背景

在如天然氣、煉油氣以及從其它碳氫化合物材料(例如煤、原油、石油腦、油頁巖、瀝青砂以及褐煤)獲得的合成氣流等各種氣體中可發現碳氫化合物化合物。許多情況下，來自這些來源的氣流混有高濃度的二氧化碳，而使所述氣流不適用于燃料、化學工廠進料或其它用途。已研發出使用化學性、物理性與混合溶劑去除二氧化碳的各種方法。也已研發出使用由重(通常C₄~C₁₀)碳氫化合物組成的冷卻的吸收劑流體來去除蒸餾管柱中的二氧化碳的其它方法，如美國專利號4,318,723中所述的方法。當氣流中的二氧化碳濃度提高時，所有這些方法的投資成本及操作成本也隨之提高，這通常使此類氣流的處理方法不符經濟效益。

一種用于改善處理含高濃度二氧化碳的氣流的經濟效益的方法是在使用溶劑或吸收劑處理所述氣流前，從所述氣流中分離出大部分的二氧化碳，這樣使得隨后僅須從所述氣流中去除小部分的二氧化碳。例如，目前經常使用半透膜去除大部分的二氧化碳。然而，所述氣流中經常有相當量的輕碳氫化合物會“遺留”在利用此種大量去除方法所分離出的二氧化碳流中。

另一種用于大量去除二氧化碳的較佳替代方法是利用蒸餾法使所述氣流分餾成輕碳氫化合物流和二氧化碳流，這樣使得僅要求從所述輕碳氫化合物流中去除殘余二氧化碳以產生出可用作燃料、化學工廠進料等用途的管線輸出質量氣體。已去除的大部分二氧化碳是以液體形式(非以蒸汽形式)回收，從而容許泵送(而不是壓縮)所述二氧化碳以便后續用于三次石油回收作業(tertiary?oil?recovery?operation)或用于其它用途，因此產生投資成本和操作成本的實質降低。

本發明大體上涉及從此類氣流中去除大部分二氧化碳。要根據本發明進行處理的氣流的典型分析顯示含約44.3摩爾％的氫氣、13.0摩爾％的一氧化碳、4.0摩爾％的甲烷以及38.5摩爾％的二氧化碳，其余為氮氣和氬氣。有時也存在含硫氣體。

在去除二氧化碳的典型蒸餾方法中，通過使處于壓力下的進料氣流與所述方法的其它流體和/或外部冷卻來源(如丙烷壓縮冷卻系統)進行熱交換來冷卻所述進料氣流。當所述氣體冷卻時會冷凝，并且使所述高壓液體膨脹至中間壓力，從而由于所述液體膨脹期間發生汽化而使所述流體進一步冷卻。所述已膨脹的流體包含液體和蒸汽的混合物，所述已膨脹的流體在蒸餾管柱中分餾而使殘余的甲烷、氮氣以及其它揮發性氣體成為頂部蒸汽而與二氧化碳分離并且重碳氫化合物組分則成為底部液態產物。一部分的液態二氧化碳可快速膨脹(flashexpand)至低壓并且如有需要那么可隨后用以向所述處理流體提供低程度的冷卻。

本發明采用新的手段來冷凝蒸餾管柱的頂部蒸汽以提高二氧化碳的去除效率。代替使所述管柱頂部蒸汽冷卻以冷凝用于所述分餾管柱的回流，使所述頂部蒸汽壓縮至更高壓力且隨后冷卻所述頂部蒸汽以使所述頂部蒸汽部分冷凝。所得冷凝物主要為液態二氧化碳，在所述液態二氧化碳返回所述蒸餾管柱的中段管柱進料點前，可使所述液態二氧化碳快速膨脹至中間壓力，并且所述液態二氧化碳可用以向所述處理流體提供中程度的冷卻。此外，在去除所述冷凝物后余留的殘余氣體適合被送去進行處理而無需進一步壓縮。出乎意料的是，申請人發現此種新型方法安排不僅允許去除更多二氧化碳，而且可減少達到指定的二氧化碳去除程度所需要的功率消耗，從而提高所述方法效率并且降低設施的操作成本。

根據本發明，發現在去除75％以上的二氧化碳的同時，還能保留所述殘余氣流中99.8％以上的甲烷和輕質組分。雖然本發明可應用于低壓和溫熱的溫度條件，但當在要求蒸餾管柱頂部溫度為-50℉[-46℃]或更冰冷的條件下處理400psia至1500psia[2,758kPa(a)至10,342kPa(a)]范圍內或更高壓力的進料氣體時，本發明特別有利。

可參閱以下實施例及附圖以求更佳地理解本發明。參閱以下附圖：

圖1為現有技術合成氣體處理廠的流程圖；以及

圖2為根據本發明的合成氣體處理廠的流程圖。

在以下附圖說明中，提供表格概述代表性方法條件所計算的流速。在本文所列的表格中，為方便起見，流速(摩爾/小時)的數值已四舍五入為最接近的整數。表中展示的總流的速率包括所有非碳氫化合物成分，因而通常大于碳氫化合物成分的流的總流速。所指示的溫度是四舍五入到最接近程度的近似值。還應注意，出于比較附圖所描繪的方法的目的而進行的所述方法設計的計算，是基于周圍環境沒有熱泄漏到此方法或此方法沒有熱泄漏到周圍環境的假設下。市售隔熱材料的質量使此成為非常合理的假設，且本領域的技術人員通常會作這種假設。