[发明专利]烃气体处理

说明书

发明背景

可以从多种气体中回收丙烯、丙烷和/或重烃，这些气体如天然气、炼厂气和由其它烃材料(如煤、原油、石脑油、油页岩、焦油砂及褐煤)获得的合成气流。天然气通常具有较大比例的甲烷和乙烷，即甲烷和乙烷合起来占天然气的至少50摩尔％。天然气还含有相对较少量的重烃(如丙烷、丁烷、戊烷等)以及氢、氮、二氧化碳及其它气体。

本发明一般地涉及从这种气流中回收丙烯、丙烷和重烃。对按本发明要进行处理的气流进行典型分析，近似摩尔百分比的结果是88.4％的甲烷、6.2％的乙烷及其它C₂组分、2.6％的丙烷及其它C₃组分、0.3％的异丁烷、0.6％的正丁烷和0.8％的戊烷及以上的烃，余者由氮和二氧化碳组成。有时还存在含硫气体。

天然气及其天然气液体(NGL)成分两者的价格在历史上的周期性波动有时会使丙烷、丙烯及重组分作为液体产品的增值缩减。这就造成需要开发能够更有效地回收这些产品的工艺以及能够以较低的资本投入进行有效回收的工艺。用于分离这些材料的现有工艺包括基于气体的冷却及制冷、油吸收和冷冻油吸收的工艺。另外，由于能在膨胀并从工艺气体中获取热量的同时产生动力的经济型设备的有效性原因，低温工艺已经得到普及。根据气源压力、气体的富度(乙烷、乙烯和重烃含量)以及所需最终产品的情况，可以采取这些工艺中的每一种或它们的联合工艺。

低温膨胀工艺对于天然气液体回收来说目前一般是优选的，因为该工艺可提供最大程度的简单性，易于启动，操作灵活，效率良好，安全且可靠性良好。美国专利3,292,380；4,061,481；4,140,504；4,157,904；4,171,964；4,185,978；4,251,249；4,278,457；4,519,824；4,617,039；4,687,499；4,689,063；4,690,702；4,854,955；4,869,740；4,889,545；5,275,005；5,555,748；5,566,554；5,568,737；5,771,712；5,799,507；5,881,569；5,890,378；5,983,664；6,182,469；6,578,379；6,712,880；6,915,662；7,191,617；7,219,513；再公告的美国专利No.33,408；以及共同待决的申请11/430,412；11/839,693；11/971,491；12/206,230；12/689,616；12/717,394；12/750,862；12/772,472；12/781,259；12/868,993；12/869,007；12/869,139；12/979,563；和13/048,315描述了相关的工艺(虽然本发明的描述在有些情况下是基于与引用的美国专利中所述不同的工艺条件)。

在典型的低温膨胀回收工艺中，在压力下的进料气流通过与其它工艺料流和/或外部制冷源(如丙烷压缩制冷系统)进行热交换而被冷却。随着气体被冷却，液体可以被冷凝，并作为含一些所需的C₃+组分的高压液体收集在一个或多个分离器中。根据气体的富度和所形成的液体量的情况，可以使高压液体膨胀到较低的压力并分馏。在液体膨胀期间发生的气化导致料流的进一步冷却。在一些情况下，为了进一步降低源于膨胀的温度，在膨胀之前预冷却高压液体是可取的。包括液体和蒸气的混合物的膨胀料流在蒸馏(脱乙烷装置)塔中被分馏。在塔中，蒸馏膨胀冷却的料流以将残余甲烷、C₂组分、氮及其它挥发性气体作为塔顶蒸气与作为底部液体产品的所需C₃组分和重烃组分分离。

如果进料气体没有完全冷凝(一般是没有完全冷凝的)，则可以使由部分冷凝剩下的蒸气通过做功膨胀机或发动机或膨胀阀达到较低的压力，在所述较低的压力下，由于料流的进一步冷却，更多的液体被冷凝。然后膨胀的料流进入塔中的吸收段，并与冷液体接触以吸收来自膨胀料流的蒸气部分的C₃组分和重组分。然后将来自吸收段的液体导至塔的脱乙烷段。

从脱乙烷段的上部区域中抽出蒸馏蒸气流，并通过与来自吸收段的塔顶蒸气流形成热交换关系来进行冷却，冷凝所述蒸馏蒸气流的至少一部分。从冷却的蒸馏蒸气流中分离冷凝液以产生冷液体回流料流，将所述冷液体回流料流导至吸收段的上部区域，冷液体在该处可以接触膨胀料流的蒸气部分，如前面所述。冷却的蒸馏蒸气流的蒸气部分(如果有的话)与来自吸收段的塔顶蒸气合并形成残余甲烷和C₂组分产品气体。