[發(fā)明專利]用于使用膜凈化天然氣的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680079124.0
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN108472576B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 桑迪普·K·卡洛德;丁勇
• 申請（專利權(quán)）人: 液體空氣先進(jìn)技術(shù)美國有限責(zé)任公司
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14;B01D53/26;B01D53/34;B01D53/46;B01D53/62;B01D53/72;B01D53/76;B01D61/36;B01D63/02;B01D63/08
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 彭立兵;林柏楠

天然氣可以通過在相應(yīng)的第一和第二氣體分離膜階段中去除C₃₊烴和CO₂而凈化以產(chǎn)生與未調(diào)節(jié)的天然氣相比C₃₊烴和CO₂更低的經(jīng)調(diào)節(jié)的氣體。

背景技術(shù)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用氣體分離膜凈化天然氣。

相關(guān)技術(shù)

水、二氧化碳、硫化氫和重?zé)N是天然氣的常見污染物。在氣體調(diào)節(jié)過程中，這些污染物被去除，使得天然氣可以就地使用或運輸?shù)焦艿馈ＨQ于來自此種氣體調(diào)節(jié)過程的廢氣的排放是否受到政府法規(guī)管制，來自該氣體調(diào)節(jié)過程的廢棄物流可能被燃燒。代替地，該廢棄物流可能被重新注入深層地下，從而產(chǎn)生接近零的空氣排放。

經(jīng)調(diào)節(jié)的氣體必須滿足某些天然氣管道規(guī)格，如二氧化碳濃度低于2％(vol/vol)，C₃₊烴露點不超過-4°F(-20℃)，并且H₂S濃度小于2ppm。水濃度應(yīng)低于每百萬std ft³每天7磅(每百萬std m³每天11.2kg)，并且有時多至低于每百萬std ft³每天5磅(每百萬stdm³每天8.0kg)。另外，經(jīng)調(diào)節(jié)的氣體的C₃₊烴含量應(yīng)該受到限制，使得該經(jīng)調(diào)節(jié)的氣體的BTU/卡路里含量為約950-1050Btu(240-265千卡)。

在將廢棄物流重新注入深層地下的情況下，必須將其干燥以避免注入管線的腐蝕和烴水合物的形成。重新注入流的含水量必須低于50ppm(vol/vol)，并且有時低至1ppm(vol/vol)。

在天然氣調(diào)節(jié)過程中，氣體分離膜由于其相對小的占地面積(foot print)和輕重量以及其相對高的能量效率而通常用于去除二氧化碳。氣體分離膜可以產(chǎn)生具有合適含濕量的經(jīng)調(diào)節(jié)的氣體。然而，廢氣處于相對較低的壓力，并且它當(dāng)然富含水。常規(guī)的解決方案是首先用分子篩使未經(jīng)調(diào)節(jié)的進(jìn)料氣脫水，并且然后用氣體分離膜凈化步驟處理脫水后的氣體。這種類型的混合工藝確實可以滿足經(jīng)調(diào)節(jié)的氣體和有待重新注入的氣體二者的規(guī)格。然而，分子篩脫水過程的相對高的占地面積、體積和質(zhì)量是許多天然氣調(diào)節(jié)應(yīng)用的關(guān)注點，特別是其中占地面積、體積和承受巨大設(shè)備的能力很受重視的海上應(yīng)用。

大量文獻(xiàn)記載了玻璃態(tài)聚合物如聚酰亞胺、聚砜、聚苯并咪唑等展現(xiàn)出異常高的固有CO₂/甲烷選擇性。然而，一旦由那些材料制備的膜在C₃₊烴存在下用于天然氣調(diào)節(jié)，其選擇性和滲透性經(jīng)常快速降低。這種膜性能損失是由C₃₊烴在膜表面上的冷凝引起的。此問題的常規(guī)解決方案是使用包括分子篩和碳捕獲器的系統(tǒng)用于在去除CO2上游去除C₃₊烴。盡管這些預(yù)處理系統(tǒng)可以有效地從天然氣流中去除重?zé)N，但預(yù)處理的成本有時可能過高。確實，預(yù)處理系統(tǒng)的成本可以高達(dá)總系統(tǒng)成本(預(yù)處理加膜)的50％。

發(fā)明內(nèi)容

披露了一種用于凈化包括甲烷、CO2、和C₃₊烴的天然氣的方法。該方法包括以下步驟。將由該天然氣組成的進(jìn)料氣進(jìn)料到包含串聯(lián)或并聯(lián)的一個或多個膜的第一氣體分離膜階段中，該一個或多個膜具有對于C₃₊烴的選擇性超過對甲烷的選擇性的選擇性層。由該第一階段的該一個或多個膜抽取出第一滲透物流，其與該進(jìn)料氣相比富含C₃₊烴。由該第一階段的該一個或多個膜抽取出第一滲余物流，其與該進(jìn)料氣相比缺乏C₃₊烴。將該第一滲余物流進(jìn)料到包含串聯(lián)或并聯(lián)的一個或多個膜的第二氣體分離膜階段中，該一個或多個膜具有對于CO₂的選擇性超過對甲烷的選擇性的選擇性層。由該第二階段的該一個或多個膜抽取出第二滲透物流，其與該進(jìn)料氣相比富含CO₂。由該第二階段的該一個或多個膜抽取出第二滲余物流，其與該進(jìn)料氣相比缺乏CO₂。