[发明专利]从烃类中去除二氧化碳的方法和系统

说明书

本公开涉及从烃类中去除二氧化碳的方法，所述方法包括以下步骤：(a)使包含烃类和二氧化碳的原料流与一个或多个气体分离膜接触以产生烃富集的渗余物气体流和富含二氧化碳的渗透气体流，相比于所述原料流，所述渗余物气体流包含较少的二氧化碳；和(b)使所述渗余物气体流或所述渗透气体流的至少一种通过吸收装置以产生烃富集的气相和包含所述二氧化碳的液体吸收剂相。本公开还涉及用于进行上述方法的系统。

技术领域

本发明涉及从烃流中去除二氧化碳的方法和系统。

背景

天然气是主要包含甲烷的轻烃燃料的重要来源，并且由于与从原油中精炼的传统燃料相比其广泛的可用性和相对容易提取而越来越多地被用于代替传统燃料。然而，许多天然气储层包含诸如二氧化碳(CO₂)的相当高部分的杂质。一些天然气储层可包含高于30％的CO₂含量，例如50％至60％和高达70％-90％。其他杂质可包括诸如硫化氢(H₂S)、氮气(N₂)和一氧化碳(CO)的化合物。然而，在大多数储层中，CO₂通常形成提取的粗天然气的主要杂质成分。因此，在天然气可有效用于能源产生之前需要处理粗天然气以去除CO₂。因此，本领域有许多方法以从诸如天然气的粗烃流中去除CO₂。

一种已知方法涉及气体分离方法，其中使粗天然气流动通过膜。由于天然气中的不同气体组分以不同于甲烷的渗透速率的速率渗透膜，因此粗天然气体流被分离成甲烷富集流和杂质富集流。然而，这种方法的一个缺点是用于分离的初级驱动力是渗透流中的渗透组分和渗余物流的分压的差。因此，分离效率随时间降低，因为较少的杂质保持在天然气流中夹带。此外，由于一些甲烷被认为连同杂质渗透通过膜，因此可能有甲烷产率显著损失高达20％。然而气体分离技术的另一缺点在于以气体形式分离诸如CO₂的杂质。由于不可将诸如CO₂和H₂S的酸性气体直接排放至环境，因此需要提供CO₂的储存设施，其通常需要压缩步骤以转化气态CO₂为用于最佳储存的高压状态。该压缩步骤需要大量消耗能源并且导致高的能量消耗和成本。

用于从烃类中去除CO₂的另一已知方法是气体洗涤，其中使天然气与诸如填充床塔的吸收塔中的合适吸收剂介质接触。通常，使用诸如单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、二异丙基胺(DIPA)的胺吸收剂，因为它们容易吸收诸如CO₂的酸性气体。然而，气体洗涤的缺点之一在于它需要采购昂贵的胺吸收剂并且其需要通过使用高温气体(例如，流体)分离来恒定再生以再生再循环返回至吸收塔用于进一步洗涤的贫胺流。再生过程不可避免地导致一些胺损失并且需要定期装满胺吸收剂。此外，已知吸收塔产生诸如液泛、起泡和夹带的问题并且安装和维护是昂贵的。

因此，亟需提供用于从烃类中去除CO₂的方法和系统，其克服或至少改善上述公开的缺点。特别地，亟需提供用于从包含高浓度的CO₂的原料流产生具有不大于10％，优选小于5％，更优选小于3％的二氧化碳的产品天然气流的方法或系统，其克服或改善上述提出的缺点。

概述

在一个方面中，提供了用于从烃类中去除二氧化碳的方法，所述方法包括以下步骤：(a)使包含烃类和二氧化碳的原料流与一个或多个气体分离膜接触以产生烃富集的渗余物气体流和富含二氧化碳的渗透气体流，相比于原料流渗余物气体流包含更少的二氧化碳；和(b)使余物气体流或渗透气体的至少一种渗流通过吸收装置以产生烃富集的气相和包含所述二氧化碳的液体吸收剂相。

相比于烃类，原料流可包含主要量的CO₂。在一个实施方案中，原料流可包含高达95％CO₂。在另一实施方案中，原料流可包含至少约80％CO₂。