[發明專利]動力學分餾器和分餾氣體混合物的循環方法

有效

• 申請號: 201180054974.2
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN103237586A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: N·孫達拉姆;P·S·諾思羅普
• 申請（專利權）人: 埃克森美孚上游研究公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張全信

相關申請的交叉引用

本申請要求2010年11月15日提交的題目為Kinetic?Fractionators,and?Cycling?Processes?for?Fractionation?of?Gas?Mixtures?ASSET?CONTROL?AND?MANAGEMENT?SYSTEM的美國臨時專利申請61/413,845的權益，其全部內容通過引用并入本文。

本申請與2008年4月4日提交并公布為美國專利公開號2008/0282887的在審美國專利申請12/080,783相關。那個申請的題目是“Removal?of?CO₂,N₂,and?H₂S?from?Gas?Mixtures?Containing?Same”，并且其全部內容通過引用并入本文。那個申請又要求2007年5月18日提交的美國臨時專利申請60/930,826的權益。

背景

本章節旨在介紹本領域的多個方面，其可與本公開的示例性實施方式相關。相信本討論有助于提供促進更好理解本公開具體方面的框架。因此，應理解，應該從這個角度閱讀該章節，并且不必是對現有技術的承認。

發明領域

本發明涉及流體分離的領域。更具體地，本發明涉及二氧化碳和其他酸氣從烴流體流的分離。

技術討論

從儲層生產烴時常帶有非烴氣體的偶然產生。這樣的氣體包含污染物如二氧化碳（CO₂）、硫化氫（H₂S）和硫醇。當這樣的污染物作為烴氣體流的部分產生時，可將該氣體流稱為“酸性氣體（sour?gas）”。進一步地，該酸性氣體內的CO₂、H₂S和硫醇組分可被單獨地或一起稱為“酸氣（acid?gas）”。

期望的是在氣體處理設備上分離出酸氣組分。這可以通過首先從原料氣體流除去大部分水來完成。一般通過將二元醇化學混合到原料氣體流中以使水脫出溶液來除去水。然后通過底部水流捕獲水和二元醇。釋放單獨的脫水的氣體流。

脫水的氣體流是酸性氣體流，在脫水之后，剩下酸性氣體組分。因此，應用進一步的氣體分離方法。在二氧化碳組分特別高的一些情況中，也可使酸性氣體通過焦耳-湯普遜閥，進行閃蒸冷卻，然后帶進低溫蒸餾塔或整體分餾單元(bulk?fractionation?unit)，以除去CO₂。

在其他情況中，特別是H₂S組分或重烴組分較高的情況中，酸性氣體流可流過吸附床。吸附床基于不同分子可具有不同吸附親合力的原理操作。這提供了吸附劑在不同氣體之間進行區別的機制。

已知不同類型的吸附床。典型的吸附劑包括活性炭、硅膠、氧化鋁、和沸石。在一些情形中，可將聚合材料用作吸附劑材料。在任何情況中，相對于氣體混合物的不易被吸附的組分（稱為“輕”氣體），吸附床優先吸附更容易地被吸附的組分（稱為“重”氣體）。

為了實現分離，吸附床采用高度多孔的微結構。氣體分子被附著到沿著孔提供的表面區域上。在微孔材料的內表面上吸附的氣體可由僅一個或至多幾個分子厚度的層組成；然而，每克幾百平方米的表面區域能夠實現大部分吸附劑重量吸附氣體。因而，吸附床可有益地用于分離組分。

除了它們對不同的氣體的親合力之外，沸石和一些類型的活性炭——稱為碳分子篩，還可利用它們的分子篩特征，以排除或減慢一些氣體分子到它們結構的擴散。這提供了基于分子大小選擇性吸附的機制。在該情況中，吸附床限制較大分子被吸附的能力，因而允許氣體以多組分氣體混合物的一個或多個種類選擇性填充吸附劑材料的多孔結構。

在一些情況中，在通過吸附床之前，不對氣體流脫水。一些吸附床將優先地結合水分子連同其他污染物，允許甲烷和惰性氣體組分如氫氣和氮氣通過。然而，水的存在可使后來的解吸階段（稱為“再生”）更具有挑戰性。在此方面，因為吸附床的微孔變得充滿分子污染物，必須停止使用吸附床并且使其減壓。當有大量水存在時，水的除去可能需要加熱。