[发明专利]天然气处理装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2011年8月2日的美国临时申请序列号61/514081的优先权。在此该临时申请被全文援引加入。

背景技术

本发明涉及处理具有甲烷和其他烃的气体流，以便去除其他烃。

天然气通常含有高浓度的天然气凝液(natural gas liquids，NGL)，凝液含有乙烷、丙烷、丁烷和更高级的烃以及其他化合物。在将甲烷供给至管路前，通常用气体处理装置将NGL去除(例如，为了满足对供给至管线的物质组成进行限定的规格)。重烃通常作为混合液体产物去除，它可以分馏成有价值的纯净产品，如化工原料乙烷。NGL中存在的任何丙烷和丁烷都可混合形成液化石油气(LPG)，这是一种有价值的住宅用燃料。NGL的价格往往与石油价格相关联，所以当天然气价格低而石油价格高时，可去除的NGL的价值更大。

用于去除NGL的常规选项包括冷冻，其中将天然气冷却直至如己烷和更重(C₆₊烃)冷凝物的重化合物从进料流中冷凝出来。另外的常规选项是吸收，其中使NGL通过接触轻油(例如煤油范围，kerosene range)而去除，这具有丁烷和更重(C₄₊)物质的高回收率，丙烷的中等回收率。将贫油冷冻至-30至-40℉改进丙烷回收率，并达到高达50％的乙烷回收率。

为了达到90+％的乙烷回收率和98+％的C₃₊回收率，通常使用低温或透平膨胀机装置。这些装置利用天然气流的膨胀，将温度降至-100至-150℉，其中天然气大多为液体并可使用蒸馏塔分离。当塔底产出C₂₊时，这些塔被称作脱甲烷塔；当塔底产出C₃₊时，这些塔被称作脱乙烷塔。透平膨胀机可用于产生一部分压缩能，以将商品气流恢复至管路压力。这增加了工艺过程的整体效率。

在十九世纪七十年代后期，Ortloff公司开发了气体过冷方法(GSP)，通过在脱甲烷塔塔顶添加过冷回流流，增加了NGL的回收率。GSP和相关方法是用于回收NGL的主要技术，因为它们是获得C₂高回收率和最大化天然气井的经济产出的最具成本效率的方法。

GSP的两个关键缺点是将回收气恢复至管路压力的压缩费用和容量的缺少弹性。GSP装置通过大的列(train)增加容量，且相对于吸附方法，对于极限负荷(turndown)具有较少的容忍度，因为要么透平膨胀机不能达到操作脱甲烷塔所需要的低温度，要么脱甲烷塔的流速不足以保持合适的流型。

透平膨胀机装置的最佳效率出现在接近总设计容量的操作点。随着进料量增加，可存在阻碍进一步的装置载荷的多个与设备相关的瓶颈。它们包括与下述相关的局限性：在脱甲烷塔中的过度蒸汽流速，其导致夹带或溢流，冷冻不足，无法将残余气压缩至管路压力；或较低的NGL回收率，其导致残余气的热值超出管路规格。

熟知某些用于从天然气流中去除NGL的常规吸附方法，它们具有保持销售气在升高的压力的优点。然而，这些方法的不足在于甲烷回收率比其它任一技术都低。尽管GSP回收大大超过99％的甲烷，但由于一些天然气进料被用来再生床，所以即便最佳的吸附工艺也只具有75-85％范围的回收率。

M.Mitariten(USPN 7396388和US7442233)公开了常规的NGL处理系统，其提供了变压吸附(PSA)、胺清洗、和吸附水吸附的集成系统，以从天然气流中去除酸性气体、水和重烃(C₄₊)。

Dolan和Butwell(US6444012)教导了将用于从原料天然气进料中去除C₃₊成分的PSA，与用于产生富CH₄流的去除N₂的第二PSA二者组合使用。使用来自第二PSA的产物流，来再生第一PSA和回收甲烷产品中高级链烷烃的热值。

Butwell等人(US6497750)也教导了连续使用两个PSA以从甲烷中除去N₂。第一PSA从原料天然气中去除N₂。来自这一PSA的废物流含有N₂、CH₄和重组分，该流被压缩和输送至包含CH₄选择性吸附剂的第二PSA以产生N₂产品。来自第二PSA的废物流富含CH₄，经冷冻去除重组分后，再循环至第一PSA。