[发明专利]用喷射组件分离烃和杂质的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及2013年12月6日提交的名为“用喷射组件分离烃和杂质的方法和装置”美国专利申请61/912,957，和2014年9月2日提交的名为“用喷射组件分离烃和杂质的方法和装置”的美国专利申请62/044,770，它们的全部内容通过引用纳入本申请。

本申请涉及以下申请但不要求它们的优先权：2013年12月6日提交的名为“保持蒸馏塔中的液体水平的方法和系统”的美国临时专利申请61/912,959；2013年12月6日提交的名为“使用辐射检测器分离进料料流的方法和装置”的美国临时专利申请61/912,964；2013年12月6日提交的名为“使蒸馏塔中处理的进料料流脱水的方法和系统”的美国临时专利申请61/912,970；2013年12月6日提交的名为“用进料料流分布机构分离进料料流的方法和系统”的美国临时专利申请61/912,975；2013年12月6日提交的名为“防止固体在蒸馏塔中积累的方法和系统”的美国临时专利申请61/912,978；2013年12月6日提交的名为“通过改变蒸馏塔中的液体水平来去除固体的方法”的美国临时专利申请61/912,983；2013年12月6日提交的名为“在启动操作期间改变液体水平的方法和系统”的美国临时专利申请61/912,984；2013年12月6日提交的名为“用使固体去稳定化和/或防止固体粘结的加热机构分离烃和杂质的方法和装置”的美国临时专利申请61/912,986；2013年12月6日提交的名为“用表面处理机构分离烃和杂质的方法和装置”的美国临时专利申请61/912,987。

背景

公开领域

本公开总体涉及流体分离领域。更具体来说，本公开涉及杂质(例如酸气体)从烃的低温分离。

本节意图介绍可能与本公开有关的本领域的各个方面。这样的讨论意图提供有助于对本公开的特定方面的更好理解的框架。因此，应理解的是，本节应基于此来阅读，而不必然是对现有技术的承认。

从储层生产天然气体烃，例如甲烷和乙烷，经常还携带偶然产生的非烃气体。这样的气体包括杂质，例如二氧化碳(“CO₂”)、硫化氢(“H₂S”)、羰基硫化物、二硫化碳和各种巯类中的至少一种。当由储层生产的进料料流包括这些与烃混合的杂质时，该料流通常被称为“酸气”。

许多天然气储层具有较低百分比的烃和较高百分比的杂质。杂质可起到稀释剂的作用并降低了气体料流的热容量。一些杂质，比如带硫的化合物，是有毒的，甚至是致命的。另外，在存在水时，一些杂质会变得腐蚀性特别强。

期望从含有烃的料流去除杂质以生产清洁的(sweet)和浓的烃。管道外输天然气的规格典型地要求最大2-4％的CO₂和1/4格令H₂S每100scf(4ppmv)或5mg/Nm³H₂S。较低温度工艺例如天然气液化装置或脱氮装置的规格典型地要求低于50ppm CO₂。

杂质从烃的分离是困难的，因此作出大量工作来开发烃/杂质分离方法。这些方法可以归为三种大致类别：溶剂吸收(物理的、化学的和混杂的)、固体吸附和蒸馏。

一些混合物的分离蒸馏可以是相对简单的，并因此广泛用于天然气工业。然而，天然气烃混合物(主要为甲烷，以及天然气中最常见杂质中的一种，二氧化碳)的蒸馏的困难重重。常规蒸馏原理和常规蒸馏设备是基于在整个蒸馏塔中仅存在蒸气和液体相。如果需要管道外输烃或更好的优质烃时，通过蒸馏将CO₂从甲烷分离包括导致CO₂凝固的温度和压力条件。要求的温度是冰冷的温度，其典型地被称为低温温度。

某些低温蒸馏可以克服上述困难。这些低温蒸馏提供适当机构来处置在形成固体的杂质从烃分离期间固体的形成和接下来的熔化。与烃杂质的蒸气-液体混合物平衡的固体杂质的形成在特定的温度和压力的条件下在受控的冷冻区工段中发生。

有时固体可以粘附到受控的冷冻区工段的内部(例如受控的冷冻区壁)，而不是落到受控的冷冻区工段底部。

粘附是不利的。粘附如果不受到控制，就会干扰受控的冷冻区工段的正常操作和甲烷与杂质的有效分离。

需要对含烃和杂质的进料料流进行分离，同时还防止固体粘附到受控的冷冻区壁上的改进的技术。

概述