[發明專利]用于優化從流體除去可凝結組分的方法

無效

• 申請號: 201380048433.8
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN104812454A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 韋恩·麥凱;詹姆斯·馬多克斯
• 申請（專利權）人: 液化天然氣工程有限公司
• 主分類號: B01D5/00
• 分類號: B01D5/00;B01D53/44;B01D53/52
• 代理公司: 北京友聯知識產權代理事務所(普通合伙) 11343
• 代理人: 尚志峰;汪海屏

技術領域

本發明涉及自展示正的焦耳-湯姆遜(Joule-Thomson)作用的流體混合物除去可凝結物，且更具體而言，本發明涉及自酸性氣流除去(例如)水以使其中最小程度地形成液態水或基本上消除液態水的形成，以便氣流中最小程度地腐蝕和形成水合物，進行運輸和注入以供封存。還提供關于改進和增強烴回收的討論。

背景技術

氣流，諸如由石油加工或燃燒過程產生的那些氣流，常含有在與水混合時形成酸的氣體。所述氣體典型地稱作“酸性氣體”。由石油加工產生的最常見的天然產生的酸性氣體是硫化氫(H₂S)和二氧化碳(CO₂)。源自燃燒/氧化/熱解過程的典型酸性氣體是二氧化碳(CO₂)、二氧化硫(SO₂)和氮氧化物(NO、NO₂)。

酸性氣體典型地含有水。天然產生的酸性氣體常以容器中的水飽和且源自燃燒的氣體與在燃燒期間由氫和氧反應形成的水共存。實際上所有酸性氣體最終都在除去或純化酸性氣體過程期間的某個點以水蒸氣飽和而結束。在規定范圍內降低含有水的酸性氣體的溫度或增加其壓力(諸如在酸性氣體通過壓縮器時發生的情形)將導致一些水從氣體凝結成液相。在仍高于水凝固點的某一溫度下，水和酸性氣體可能開始形成“固體樣”結構，稱為氣體水合物。水合物開始形成的溫度稱為水合物形成溫度(HFT)，此溫度根據混合物的壓力、組成和水含量而變化。水合物是水和小分子的物理組合，產生具有“冰樣”外觀、但具備不同于冰的特性和結構的化合物。水合物也可以稱為氣體包合物。水合物因其可導致熱傳遞降低、過量壓力下降、堵塞、生產中斷而存在問題而且受到安全關注。

任何氣體系統中形成含水相都是不利的，因為這促使腐蝕，可導致形成氣體水合物且可導致機械和操作問題。含水相在酸性氣體系統中尤其不利，因為得到的含水相將具酸性，導致腐蝕率顯著增加且通常比非酸性氣體產生更高的HFT。

表A說明在水中不同濃度的酸性氣體組分下，在軟鋼中發生的腐蝕程度。

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水中的二氧化碳和其他氣體對軟鋼的腐蝕*

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*溫度80℉，暴露72hr。

來源：Watkins與Kincheloe(1958)和Watkins與Wright(1953)的數據

盡管集中討論酸性氣體，但本領域技術人員將了解，所述方法和概念適用于從展示正的焦耳-湯姆遜系數的任何流體流除去可凝結組分。

發明內容

本發明的一個實施方案的一種目標是提供一種用于從含有可凝結組分的流體除去可凝結組分的方法，其包括：通過熱交換來優化包括可凝結組分的初始原料流的溫度并冷卻以使來自其中的液體凝結，且除去所述液體以形成氣流；壓縮然后冷卻所述氣流以形成高壓流；使至少一部分高壓流膨脹以形成冷卻的低壓流；將所述冷卻的低壓流與所述初始原料流混合以增強所述初始原料流中可凝結組分的冷卻和凝結以形成混合物；將所述混合物分成液流和氣流；且使所述液流和所述氣流通過氣-液熱交換操作、接著通過氣-氣熱交換操作與初始原料流接觸以進行熱交換。

參考圖1和2，酸性氣體中的水含量與溫度成正比，且對于H₂S而言高達約400psia(27.58巴)且對于CO₂而言為900psia(62.05巴)，且與壓力成反比。在這些限制以內，較高的壓力和較低的溫度有利于酸性氣體中的水含量較低。

脫水是除水過程以使得最小程度上形成水合物和自由水或防止其形成。在具有相對高的H₂S濃度的酸性氣體中，典型地在常規多階段壓縮各階段之間的冷卻期間除去足夠的水直到成為密相(在流體的臨界壓力以上的某種壓力，也稱為超臨界)以便不需要獨立的脫水過程。隨著酸性氣體的CO₂含量增加，只通過壓縮來除去足夠的水將變得不可能且通常需要獨立的脫水過程。

常規的氣體脫水方式是固體干燥劑吸附、液體干燥劑吸收、冷凍、膜分離和干燥氣提。最常用的方法是固體干燥劑吸附和液體干燥劑吸收。

甘醇脫水是一種液體干燥劑吸收過程，通常被認為是對大多數應用而言有利的操作且最為經濟。所述液體干燥劑脫水過程具有幾種缺陷：

·高壓CO₂供應中的甘醇損失可能較顯著；

·典型地在燃燒形成的酸性氣體中發現的過量氧氣在較高的再生溫度下顯著地增加腐蝕且加速甘醇降解，使得有必要增加連續的甘醇回收過程；