[發(fā)明專利]處理天然氣原料的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380079506.X
• 申請(qǐng)日: 2013-07-11
• 公開（公告）號(hào): CN105658307B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭聞堅(jiān);阿齊姆·A·阿澤茲·阿茲米;曾逸白;曹義鳴;康國(guó)棟;李萌;賈靜璇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 馬來(lái)西亞國(guó)家石油公司;中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): B01D53/78
• 分類號(hào): B01D53/78;B01D53/18;B01D53/22
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11204
• 代理人: 王達(dá)佐;洪欣

本發(fā)明提供從天然氣流去除酸性氣體的方法，該方法包括以下步驟：(a)使包含天然氣和酸性氣體的進(jìn)料流以進(jìn)料壓力(P_F)通過(guò)膜的進(jìn)料側(cè)；(b)使包含吸收劑流體的吸收劑流在與所述進(jìn)料側(cè)相反的所述膜的吸收劑側(cè)上通過(guò)以從所述天然氣流去除酸性氣體，其中所述吸收劑流的壓力處于吸收劑壓力(P_A)；(c)控制進(jìn)料壓力(P_F)與吸收劑壓力(P_A)的至少一個(gè)，以便使所述(P_A)基本等于或大于所述(P_F)并且不允許吸收劑流體留在膜孔中。本發(fā)明還提供了進(jìn)行該方法的系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于處理天然氣原料的方法和系統(tǒng)。

背景

目前，天然氣是使用第三多的化石形式燃料能源，并且其也作為清潔能源被熟知。如國(guó)際能源觀察2011(IEO)預(yù)計(jì)，在2035年前，天然氣消費(fèi)將相比2008年增長(zhǎng)52％，占能源消費(fèi)市場(chǎng)的24％，并且超過(guò)煤炭成為使用第二多的燃料。

提取的天然氣通常含有一定量的酸性氣體(或“酸氣”)，如二氧化碳(CO₂)、硫化氫(H₂S)等。這些酸性氣體使天然氣的熱值下降，并且還會(huì)腐蝕用于其輸送的管道。因此，已提出很多方法用于分離和去除這類酸性氣體。理想地，商業(yè)化生產(chǎn)的天然氣中，二氧化碳濃度不應(yīng)超過(guò)3mol％。

工業(yè)中，目前已知的酸性氣體分離技術(shù)包括化學(xué)吸收和物理吸收、固體吸收、低溫蒸餾和膜分離。在所有這些方法中，基于胺的CO₂吸收是最常使用的。基于胺的CO₂吸收方法包括通過(guò)使胺溶劑與存在于天然氣中的CO₂反應(yīng)來(lái)去除CO₂。該反應(yīng)通常在吸收柱中進(jìn)行。通常，得到的富胺溶液(即，富含CO₂的胺溶液)隨后通過(guò)加熱解吸CO₂再生。然而，該方法具有諸多缺點(diǎn)，包括需要安裝和維護(hù)大規(guī)模的設(shè)備(例如，吸收柱)，伴隨的這些設(shè)施的高資金成本，以及吸收柱提供的小的有效傳質(zhì)面積。此外，在常規(guī)的吸收柱中獨(dú)立地控制氣體和液體的流速存在著巨大困難，這使得該方法不適于處理具有高酸性氣體含量的天然氣。在操作過(guò)程中，吸收柱也會(huì)遇到諸如夾帶、溢流、漏液、泄漏等問(wèn)題。

此外，隨著天然氣提取方法的發(fā)展趨向于提取具有相對(duì)高酸氣濃度的天然氣，并且所述提取在海洋位點(diǎn)進(jìn)行，繼續(xù)使用常規(guī)吸收柱是愈加不利的，并很快變得不可行。

為克服傳統(tǒng)吸收柱的技術(shù)缺陷，已提出使用膜接觸器來(lái)處理天然氣。膜接觸器是在一相不分散或混合至另一相中的情況下，實(shí)現(xiàn)氣/液傳質(zhì)的裝置。通常，在膜接觸器中，通過(guò)滲透膜分隔氣相和液相，其中，傳質(zhì)發(fā)生在膜表面上的氣/液交界面。

相比諸如填充床塔、噴霧塔、文丘里滌氣器或泡罩塔的常規(guī)分離設(shè)備，膜接觸器具有以下優(yōu)點(diǎn)：兩相在膜接觸器相反的面上(即，殼側(cè)和管側(cè))流動(dòng)，而因此不會(huì)混合。這對(duì)于避免經(jīng)常在填充床/板式(tray)柱中遇到的諸如溢流、發(fā)泡、溝流和夾帶的問(wèn)題是有用的。此外，膜接觸器提供的氣-液比界面積(即，膜接觸器每單位體積的界面表面積)相對(duì)更高，特別是對(duì)于中空纖維膜接觸器的情況。

對(duì)于市售的中空纖維膜組件，比界面積為1500-3000m²/接觸器體積(m³)，取決于中空纖維膜的直徑和填充密度。顯然，該比界面積顯著高于諸如攪拌釜、泡罩塔、填充柱和板式柱的常規(guī)吸收裝置提供的表面積(為100-800m²/m³)。

另外，膜接觸器提供緊密結(jié)構(gòu)，并因此減小占用面積。此外，膜接觸器允許獨(dú)立地控制和調(diào)節(jié)氣相和液相的流速，并因此適用于處理具有高酸含量的天然氣。此外，隨著天然氣提取的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移至海上作業(yè)，高且笨重的吸收塔將不適于在不穩(wěn)定的海上平臺(tái)上使用。