專利名稱：高壓高co2去除構(gòu)造和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域?yàn)閺倪M(jìn)料氣體去除酸氣體，特別是涉及從具有高CO2含量的高壓氣體去除酸氣體，并且涉及生產(chǎn)管線品質(zhì)氣體和濃縮的CO2流用于增強(qiáng)的石油回收。
背景技術(shù)：
由于脫硫氣田正在枯竭，從不同的氣體流去除酸氣體，特別是從天然氣流去除CO2,已變得日益重要。高CO2氣田保持未經(jīng)勘探，主要是由于它們較低的熱值和高的資金和操作成本。然而，隨著近來(lái)天然氣價(jià)格的提高，氣體生產(chǎn)者開(kāi)始勘探這些高CO2田。高CO2氣田在 世界的許多區(qū)域存在，包括美國(guó)阿拉斯加州、墨西哥灣、南美和南中國(guó)，特別是北美的煤床甲烷田。這些田的CO2含量可達(dá)到40 mol%和更高，這需要非常規(guī)的CO2去除技術(shù)，以滿足當(dāng)今銷售的氣體管線規(guī)格、排放要求和能效。另外，從這些田除去的CO2必須再壓縮至高壓以用于增強(qiáng)的石油回收以及CO2封存(sequestration)以降低總的溫室氣體排放。此外，可行的CO2去除過(guò)程必須還是經(jīng)濟(jì)上可行和環(huán)境上順從的。存在眾多本領(lǐng)域已知的酸氣體去除過(guò)程，并且所有或幾乎所有這些過(guò)程可歸類為以下三類之一。在第一類中，采用與酸氣體反應(yīng)的化學(xué)溶劑，以與酸氣體形成(通常非共價(jià)的)復(fù)合物。在包括酸氣體與溶劑之間的化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中，進(jìn)料氣體通常用弱無(wú)機(jī)酸的堿性鹽溶液(例如，在美國(guó)專利3，563，695號(hào)中所述的)或用有機(jī)酸或堿的堿性溶液(例如在美國(guó)專利2，177，068號(hào)中所述的)洗滌。此類化學(xué)反應(yīng)過(guò)程通常需要熱量再生和冷卻化學(xué)溶劑，并且通常包括大量的化學(xué)溶劑的再循環(huán)，因此使得對(duì)于高CO2氣田，使用化學(xué)溶劑是不經(jīng)濟(jì)的。在第二類中，基于氣體組分的不同的滲透性，使用一個(gè)或多個(gè)膜將CO2與氣體流分離。典型的膜系統(tǒng)包括預(yù)處理滑道和一系列膜模件。膜系統(tǒng)通常為高度可適應(yīng)的，以處理高CO2含量氣體，并且相對(duì)致密，使得它們特別適用于海上應(yīng)用。然而，它們?nèi)菀子芍刭|(zhì)烴而劣化，并且往往需要頻繁和昂貴的更換。此外，將CO2去除至相對(duì)低CO2含量(2 mol%或更低)以滿足銷售氣體規(guī)格通常需要多級(jí)膜分離器和在各級(jí)之間再壓縮。由于甲烷也是快速氣體(fast gas)，更大的問(wèn)題在于CO2滲透物含有顯著量的甲烷。使用高CO2進(jìn)料氣體，來(lái)自膜系統(tǒng)的甲烷損失可能顯著，使得這些應(yīng)用也通常不經(jīng)濟(jì)。在第三類中，采用物理溶劑從進(jìn)料氣體去除酸氣體，其中酸氣體以明顯的量被溶劑吸收。酸氣體的物理吸收主要取決于使用對(duì)特定的酸氣體(例如，CO2或H2S)具有選擇性溶解度的溶劑，并且進(jìn)一步取決于該溶劑的壓力和溫度。由于物理溶劑單元操作遵循亨利定律的原理，溶劑的CO2載荷隨著進(jìn)料氣體中的CO2分壓而提高，這使得物理溶劑理想地用于高壓高CO2氣田。通過(guò)快速再生(flash regeneration)可實(shí)現(xiàn)溶劑再生至某一程度，最小化或消除加熱的需求。然而，物理溶劑過(guò)程需要大的冷卻負(fù)荷(duty)以除去CO2吸收熱，并且還可需要顯著的加熱用于溶劑再生。如果沒(méi)有改進(jìn)的方法和構(gòu)造，物理過(guò)程也可能成本高昂。對(duì)CO2去除進(jìn)行了示例性努力。例如，美國(guó)專利7，273，513號(hào)教導(dǎo)了將氣體流和液體流進(jìn)料至第一接觸器，在該第一接觸器中它們并流接觸并經(jīng)受湍流混合條件，并且將該多相流從第一接觸器通到第二接觸器。雖然此種過(guò)程提供了適用于胺溶劑(化學(xué)過(guò)程)的改進(jìn)的接觸裝置，但是它不能解決用于物理溶劑過(guò)程的熱量去除、溶劑再生、烴損失和CO2生產(chǎn)的方法和構(gòu)造。使用物理溶劑的改進(jìn)的CO2去除過(guò)程描述于W02004/052511、美國(guó)專利7，424，808號(hào)和美國(guó)專利7，192，468號(hào)，其中通過(guò)再循環(huán)/清潔的氣體汽提或使用真空汽提塔生產(chǎn)超貧溶劑，并且其中通過(guò)由經(jīng)處理的氣體和閃蒸溶劑得到的制冷來(lái)冷卻進(jìn)料氣體。雖然此類過(guò)程有利地改進(jìn)能效，仍存在各種缺點(diǎn)。例如，吸收器需要相對(duì)大量的接觸階段，并且總過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。在其他已知的過(guò)程中，如在W02010/039785中所述，使用在設(shè)備中產(chǎn)生的廢熱使貧溶劑再生，并且通過(guò)經(jīng)處理的氣體實(shí)現(xiàn)進(jìn)料氣體冷卻。雖然該過(guò)程通常簡(jiǎn)化了設(shè)備構(gòu)造，但是不滿足冷卻要求，并且需要用于貧溶劑的單獨(dú)冷卻回路。因此，雖然已知各種構(gòu)造和方法用以從進(jìn)料氣體除去酸氣體，但是它們?nèi)炕驇?乎全部具有一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)。其中，在經(jīng)處理的氣體中CO2水平通常高，并且使用物理溶劑需要顯著的溶劑循環(huán)和制冷冷卻。因此，仍需要提供用于有效的酸氣體去除的改進(jìn)的方法和構(gòu)造。發(fā)明概述
本發(fā)明主題涉及使用溶劑過(guò)程從進(jìn)料氣體除去酸氣體的系統(tǒng)、構(gòu)造和方法，所述進(jìn)料氣體最優(yōu)選具有相對(duì)高CO2含量(例如，等于或大于10 mol%)的高壓烴進(jìn)料氣體(例如，超過(guò)1000 psia)，其中從處理過(guò)程內(nèi)提供用于吸收的制冷需求和用于再生的加熱需求。在本發(fā)明主題的特別優(yōu)選的方面，從進(jìn)料氣體除去CO2的方法包括在吸收器上游使進(jìn)料氣體與半富溶劑接觸的步驟，以生產(chǎn)包括富溶劑和經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體的兩相混合物。在另一個(gè)步驟中，使用通過(guò)富溶劑的壓力下降產(chǎn)生的制冷含量將半富溶劑和進(jìn)料氣體冷卻。最優(yōu)選，將該兩相混合物閃蒸進(jìn)入吸收器的底部，其中經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體逆流接觸貧溶劑，以因此生產(chǎn)半富溶劑。特別優(yōu)選半富溶劑和進(jìn)料氣體的冷卻將壓力下降的富溶劑加熱至某一溫度，該溫度足以從該加熱的和壓力下降的富溶劑閃蒸富CO2的蒸氣。富溶劑的壓力下降通常包括閃蒸富溶劑的步驟，以生產(chǎn)經(jīng)閃蒸的蒸氣和壓力下降的富溶劑，其中將經(jīng)閃蒸的蒸氣再循環(huán)至進(jìn)料氣體。隨后將壓力下降的富溶劑進(jìn)一步閃蒸，以生產(chǎn)富CO2的蒸氣和貧溶劑。雖然不是限制本發(fā)明主題，通常優(yōu)選由富溶劑生產(chǎn)貧溶劑所需的基本上所有的熱量通過(guò)進(jìn)料氣體和半富溶劑的熱含量提供，和/或從進(jìn)料氣體吸收CO2所需的基本上所有的制冷通過(guò)富溶劑的壓力下降產(chǎn)生。因此，在本發(fā)明主題的另一個(gè)方面，從進(jìn)料氣體除去CO2的方法包括使用經(jīng)處理的氣體的制冷含量和壓力下降的富溶劑的制冷含量來(lái)冷卻進(jìn)料氣體以形成冷卻的進(jìn)料氣體的步驟。在另一個(gè)步驟中，將冷卻的進(jìn)料氣體與半富溶劑合并，以形成包含富溶劑和經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體的兩相混合物。在再一個(gè)步驟中，將兩相混合物閃蒸進(jìn)入吸收器的底部，而經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體在吸收器中與貧溶劑逆流接觸，以因此形成半富溶劑和經(jīng)處理的氣體。最典型地，通過(guò)進(jìn)料氣體和半富溶劑將壓力下降的富溶劑加熱至某一溫度，該溫度足以允許由該加熱的壓力下降的富溶劑閃蒸富CO2的蒸氣。如前所述，通常優(yōu)選由富溶劑生產(chǎn)貧溶劑所需的基本上所有的熱量通過(guò)進(jìn)料氣體和半富溶劑的熱含量提供，和/或從進(jìn)料氣體吸收CO2所需的基本上所有的制冷通過(guò)富溶劑的壓力下降和水輪機(jī)的冷卻作用產(chǎn)生。在其他優(yōu)選的方面，將冷卻的進(jìn)料氣體與半富溶劑合并的步驟使用靜態(tài)混合機(jī)進(jìn)行，和/或在將冷卻的進(jìn)料氣體與半富溶劑合并的步驟之前，將半富溶劑從吸收器操作壓力泵至進(jìn)料氣體壓力。預(yù)計(jì)的構(gòu)造和方法允許貧溶劑的相對(duì)高溫度，通常在30 ° F以上。從不同的視角看，用于從進(jìn)料氣體去除酸氣體的設(shè)備包括吸收器，其在底部接收包含富溶劑和經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體的兩相混合物，并生產(chǎn)來(lái)自貧溶劑的半富溶劑和經(jīng)處理的進(jìn)料氣體。第一換熱器使用壓力下降的富溶劑的制冷含量冷卻半富溶劑，由此生產(chǎn)冷卻的半富溶劑，而第二換熱器使用壓力下降的富溶劑的制冷含量冷卻進(jìn)料氣體，由此生產(chǎn)冷卻的進(jìn)料氣體。混合裝置(例如，靜態(tài)混合機(jī))隨后接收并混合冷卻的半富溶劑與冷卻的進(jìn)料氣體，以生產(chǎn)兩相混合物。在此類設(shè)備的特別優(yōu)選的方面，一級(jí)多個(gè)閃蒸罐與吸收器流體連接，并且使用水輪機(jī)或下泄閥產(chǎn)生壓力下降的富溶劑和經(jīng)閃蒸的蒸氣，而二級(jí)多個(gè)閃蒸罐任選與一級(jí)多個(gè) 閃蒸罐流體連接，其中所述二級(jí)多個(gè)閃蒸罐生產(chǎn)貧溶劑和富CO2的蒸氣。最典型地，泵與吸收器流體連接，接收半富溶劑，并將半富溶劑的壓力從吸收器壓力提高至進(jìn)料氣體壓力，和/或硫清除器床與吸收器流體連接并接收至少一部分經(jīng)處理的進(jìn)料氣體和使該至少一部分經(jīng)處理的進(jìn)料氣體脫硫。由以下本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述，本發(fā)明的各種目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更顯而易見(jiàn)。附圖
簡(jiǎn)述
圖I為對(duì)于本發(fā)明主題的設(shè)備，使用物理溶劑去除酸氣體的示例性示意圖。詳述
本發(fā)明涉及在過(guò)程中使用物理溶劑處理具有相對(duì)高壓和CO2含量的進(jìn)料氣體的構(gòu)造和方法，其中進(jìn)料氣體首先與冷卻的半富溶劑接觸，并且其中將因此生產(chǎn)的混合物閃蒸進(jìn)入吸收器的底部，該吸收器生產(chǎn)富溶劑底部產(chǎn)物、半富溶劑和經(jīng)處理的進(jìn)料氣體。最優(yōu)選，隨后使用水輪機(jī)將富溶劑減壓至較低的壓力，以產(chǎn)生具有足夠的制冷含量的壓力下降的富溶齊U，以冷卻半富溶劑和進(jìn)料氣體。特別應(yīng)理解的是，此種通過(guò)JT作用和/或水輪機(jī)產(chǎn)生的冷卻不僅降低(更典型地為甚至消除)對(duì)外部制冷的需求，而且將壓力下降的富溶劑加熱至允許再生貧溶劑的溫度，其中將該加熱的壓力下降的富溶劑進(jìn)一步閃蒸至大氣壓或低于大氣壓。因此，由該過(guò)程內(nèi)提供制冷需求和熱負(fù)荷兩者。在本發(fā)明主題的一個(gè)特別優(yōu)選的方面中，預(yù)計(jì)的設(shè)備和方法使用來(lái)自吸收器的半富溶劑，將其從吸收器壓力泵至進(jìn)料氣體壓力，并冷卻，隨后與急冷的進(jìn)料氣體混合(例如，在靜態(tài)混合機(jī)、動(dòng)態(tài)混合機(jī)、噴射混合機(jī)等中)，以因此形成平衡混合物，隨后將該平衡混合物在吸收器(其通常起閃蒸罐作用，并且在大多數(shù)情況下，不具有多個(gè)平衡階段)的底部分離。因此，應(yīng)理解的是，進(jìn)料氣體的此種混合和預(yù)冷將進(jìn)料氣體中的CO2含量降低至少50%，顯著降低吸收器中的填充高度。此外，預(yù)計(jì)的構(gòu)造和方法還允許從進(jìn)料氣體回收高壓高CO2流，在壓力降低的富溶劑通過(guò)半富溶劑和進(jìn)料氣體(任選還使用另外的或備選的廢熱源)加熱之后，通常使用多個(gè)閃蒸階段。更進(jìn)一步，在來(lái)自吸收器底部的富溶劑的壓力下降期間生產(chǎn)的經(jīng)閃蒸的蒸氣通常烴含量高并且將再循環(huán)至進(jìn)料氣體。采用此方式，烴損失降低至等于或小于5%，更典型地為等于或小于3%，最典型為等于或小于1%。本發(fā)明主題的一種示例性設(shè)備構(gòu)造描繪于圖I。在這里，在脫水單元51中干燥進(jìn)料氣體流1，其通常為1315 psia和110° F，流速為200 MMscfd，含有50 mol% CO2，脫水通常是必要的，以避免在下游氣體處理設(shè)備中形成水合。合適的脫水過(guò)程包括甘醇脫水單元和分子篩脫水單元。將干燥的進(jìn)料氣體流2與再循環(huán)氣體流3混合，形成流4，在換熱器52中通過(guò)經(jīng)處理的氣體流9將流4冷卻至約80° F。冷卻的氣體流5在換熱器53中通過(guò)經(jīng)閃蒸的溶劑流26進(jìn)一步冷卻至約30° F。隨后急冷的進(jìn)料氣體流7與急冷的半富溶劑流6 (泵56提高半富溶劑的壓力，通常從吸收器操作壓力提高至進(jìn)料氣體壓力)在靜態(tài)混合機(jī)54中混合，形成兩相混合物。靜態(tài)混合機(jī)可包括多個(gè)接觸元件或提供用于混合的湍流的噴嘴。應(yīng)注意到，靜態(tài)混合機(jī)(或大多數(shù)其他混合裝置)提供一個(gè)平衡階段，該平衡階段除去超過(guò)50%的CO2內(nèi)容物，顯著降低吸收器57中的填充高度。
將來(lái)自靜態(tài)混合機(jī)的流8閃蒸至吸收器57的底部40，通常在400-900 psia的壓力下操作。最典型地，吸收器含有接觸裝置，包括填充物或塔板或用于CO2吸收的其他合適的介質(zhì)。來(lái)自底部的經(jīng)閃蒸的蒸氣上升通過(guò)煙囪式塔板，并通過(guò)與約4000 GPM的貧溶劑流12接觸，將它的CO2含量降低至等于或小于2 mol%，在約30° F生產(chǎn)半富溶劑，該半富溶劑通過(guò)泵56從吸收器壓力泵至進(jìn)料氣體壓力，通過(guò)經(jīng)閃蒸的溶劑17在換熱器55中冷卻，并與急冷的進(jìn)料氣體流7混合，最后閃蒸至吸收器的底部，以形成離開(kāi)底部的富溶劑流10。隨后經(jīng)由水輪機(jī)58，將富溶劑泄壓至400 psia，以形成流11。將流11閃蒸至分離器59，生產(chǎn)經(jīng)閃蒸的液體流13和經(jīng)閃蒸的蒸氣流19。將蒸氣流19進(jìn)料至再循環(huán)壓縮機(jī)70的級(jí)間。經(jīng)閃蒸的液體13經(jīng)由JT閥64泄壓至200 psia,形成流14，將該流14閃蒸至分離器60，生產(chǎn)經(jīng)閃蒸的液體流16和經(jīng)閃蒸的蒸氣流15。將蒸氣流15進(jìn)料至再循環(huán)壓縮機(jī)70的抽吸口，這生產(chǎn)再循環(huán)流30，將其在冷卻器71中冷卻，以形成再循環(huán)流3。經(jīng)閃蒸的液體流16在JT閥65中泄壓至約70-100 psia,由此形成急冷的流17。這樣急冷的經(jīng)閃蒸的溶劑用于為換熱器55中的半富溶劑和換熱器53中的進(jìn)料氣體提供冷卻。在換熱器53中將經(jīng)閃蒸的溶劑加熱至約15-30° F，形成加熱的流18，其隨后在分離器61中閃蒸，在約100 psia下生產(chǎn)高壓CO2流19。經(jīng)閃蒸的溶劑20在JT閥66中進(jìn)一步泄壓，以形成流21，將該流21進(jìn)料至分離器62，生產(chǎn)低壓CO2蒸氣22和經(jīng)閃蒸的液體23，經(jīng)閃蒸的液體23在JT閥67中進(jìn)一步泄壓，以形成低于大氣壓(通常在2-5 psia)的流24，其隨后閃蒸至真空分離器63。來(lái)自分離器63的經(jīng)閃蒸的蒸氣25通過(guò)真空泵68升壓，形成流27，將流27與低壓CO2流22混合，以形成合并的流28，隨后進(jìn)料至CO2壓縮機(jī)73中。壓縮的CO2流35隨后封存或用于增強(qiáng)的石油回收。經(jīng)閃蒸的貧溶劑流14通過(guò)泵69泵送形成流12，將其進(jìn)料至吸收器，完成溶劑循環(huán)。來(lái)自吸收器的經(jīng)處理的氣體流9通常含有I. 2mol% CO2和約6 ppmv H2S0為了滿足4 ppmv H2S銷售氣體規(guī)格，經(jīng)處理的氣體31的至少一部分32在硫清除器床72中進(jìn)一步處理(按需)，而另一部分33繞過(guò)床72，以因此形成合并的經(jīng)處理的氣體流34?？傇O(shè)備平衡示于表I。表IMslI進(jìn)料氣體I再循環(huán)氣體I低壓COa I高壓COa I經(jīng)處理的氣體 組分，Mol%
CQ^50.471.698.4—98.01.3
N2~0.60.10.0—0.01.3
~46.925.40.0—0.494.8
~1.32.00.1—0.42.3
~0.40.70.3—0.50.3
IC40.10.10.2—0.10.0
NC40.10.10.3—0.20.0
IC50.00.00.1—0.10.0
NC50.10.00.2—0.10.0
NC60.10.00.2—0.10.0
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蔽推(Std)氣體流，MMscfd|200+49|加 \82|θ9
特別優(yōu)選本文預(yù)計(jì)的設(shè)備和方法采用包括上部填充部分和底部閃蒸部分的吸收器，其中吸收器的底部生產(chǎn)富溶劑和蒸氣，蒸氣隨后在上部逆流接觸(在通過(guò)煙 式塔板之后)貧溶劑，產(chǎn)生半富溶劑。或者，兩相混合物也可在單獨(dú)的高壓閃蒸罐中閃蒸，其中將富溶劑與經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體分離。還應(yīng)理解的是，不像以前已知的物理溶劑過(guò)程，貧溶劑在更高的溫度下操作，因此，在30° F以上的甚至更高的溫度生產(chǎn)半富溶劑，更典型地在35° F以上，其隨后可通過(guò)經(jīng)閃蒸的溶劑冷卻，避免在換熱器中的溫度交叉。因此，預(yù)冷、混合和閃蒸操作在約0° F生產(chǎn)壓力下降的富溶劑。因此，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，不像常規(guī)的物理溶劑過(guò)程，本文呈現(xiàn)的過(guò)程冷卻基本上完全(即，需要小于總制冷需求的20%，更典型地為小于10%的量的外部制冷)，并且在大多數(shù)情況下，專門用壓力下降的溶劑的制冷含量實(shí)現(xiàn)。還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，進(jìn)料氣體和半富溶劑的冷卻會(huì)將壓力下降的富溶劑加熱至相對(duì)高的溫度，以增強(qiáng)溶劑再生。因此，由壓力下降的富溶劑生產(chǎn)貧溶劑所需的基本上所有的熱量(即，所需的總熱量的至少80%，更典型地為至少90%)由進(jìn)料氣體和半富溶劑的熱含量提供。預(yù)計(jì)的設(shè)備和方法還使用多級(jí)閃蒸罐，該多級(jí)閃蒸罐分離富烴的閃蒸氣體，將其再循環(huán)至吸收器，回收至少95%，更典型地為至少98%的烴含量。加熱的壓力下降的富溶劑富集酸氣體，并且下泄至較低的壓力到至少一個(gè)分離器，用于生產(chǎn)酸氣體。因此，使用此類構(gòu)造和方法，CO2蒸氣流可在相對(duì)高壓(并且，另外在中壓和/或低壓)下生產(chǎn)，這有利地降低對(duì)CO2壓縮機(jī)的壓縮需求。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在此類構(gòu)造中，水輪機(jī)操作了有能效的設(shè)備，因?yàn)樗ㄟ^(guò)酸氣體內(nèi)容物的膨脹和閃蒸而產(chǎn)生制冷冷卻，同時(shí)提供軸功以作功(例如驅(qū)動(dòng)溶劑循環(huán)泵或產(chǎn)生電能)。還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，多級(jí)分離器可用于進(jìn)一步改進(jìn)效率，并且可設(shè)置為堆疊的分離器，使得場(chǎng)地覆蓋區(qū)和設(shè)備成本最小化，導(dǎo)致甚至更有效的設(shè)計(jì)。關(guān)于合適的進(jìn)料氣體，應(yīng)理解的是，此類氣體的壓力可顯著變化，并且氣體的性質(zhì)至少部分決定壓力。特別優(yōu)選進(jìn)料氣體的壓力為至少400 psig，更典型地為至少1000psig，還更典型地為至少1200 psig。類似地，溶劑的性質(zhì)可顯著變化，并且所有物理溶劑和它們的混合物可視為適用于本文。存在眾多本領(lǐng)域已知的物理溶劑，示例性優(yōu)選的物理溶劑包括FLUOR SOLVENT (碳酸丙二酯)、NMP (η-甲基吡咯烷酮)、SELEXOL (聚乙二醇二甲醚)和TBP (磷酸三丁酯)，和/或各種聚乙二醇二烷基醚?；蛘?，可采用作為物理溶劑具有類似性質(zhì)的其他溶劑，包括增強(qiáng)的叔胺(例如，哌嗪)或其他溶劑或溶劑的混合物。同樣，可使用眾多裝置進(jìn)行富溶劑的閃蒸，并且通常預(yù)計(jì)所有的壓力下降裝置適用于本文使用。然而，關(guān)于壓力下降的量，通常優(yōu)選將富溶劑(在作功和/或冷卻之后)泄壓至某一壓力，該壓力足以釋放甲烷含量為約20-70%的經(jīng)閃蒸的蒸氣。將這些蒸氣再循環(huán)至吸收器，使得甲烷損失最小化至小于5%，更優(yōu)選小于3%，最優(yōu)選小于1%。因此，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，與常規(guī)的酸氣體去除過(guò)程(包括胺或其他物理溶劑或膜)相比，對(duì)于高CO2去除，本發(fā)明主題的構(gòu)造顯著降低總能耗和資金成本。此外，預(yù)計(jì)的構(gòu)造和過(guò)程通常不需要外部熱源，并且熱源(如果需要)可通過(guò)進(jìn)料氣體或來(lái)自制冷和/或進(jìn)料氣體壓縮系統(tǒng)的壓縮熱量提供，進(jìn)一步降低能耗和對(duì)環(huán)境的影響。更進(jìn)一步，增強(qiáng)的石油回收項(xiàng)目通常會(huì)遇到在進(jìn)料氣體中酸氣體濃度的提高，通常達(dá)到高達(dá)60%。使用基本上相同的溶劑 循環(huán)，預(yù)計(jì)的構(gòu)造和過(guò)程可適應(yīng)這些變化。因此，已公開(kāi)了 CO2去除的具體組成和方法。但是，明顯地，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不偏離此處的本發(fā)明概念的情況下，除那些已經(jīng)描述的變體之外的許多變體都是可能的。因此，除在所附權(quán)利要求的精神內(nèi)之外，本發(fā)明主題不受到限制。而且，在解釋說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求二者時(shí)，所有的術(shù)語(yǔ)都應(yīng)當(dāng)解釋成與語(yǔ)境一致的盡可能最廣泛的含義。具體而言，“包括”和“包含”在提及元素、成分或步驟時(shí)應(yīng)以非排他的方式解釋，表明所提及的元素、成分或步驟可存在、或被利用，或者與其它沒(méi)有清楚地提及的元素、成分或步驟相結(jié)合。此外，當(dāng)參考文獻(xiàn)(通過(guò)引用結(jié)合到本文中)中的定義或術(shù)語(yǔ)的使用與本文提供的該術(shù)語(yǔ)的定義不一致或相反時(shí)，使用本文提供的該術(shù)語(yǔ)的定義，而不采用參考文獻(xiàn)中該術(shù)語(yǔ)的定義。
權(quán)利要求
1.一種從進(jìn)料氣體除去CO2的方法，所述方法包括 在吸收器上游使進(jìn)料氣體與半富溶劑接觸，以生產(chǎn)包含富溶劑和經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體的兩相混合物； 使用通過(guò)富溶劑的壓力下降產(chǎn)生的制冷含量冷卻半富溶劑和進(jìn)料氣體。
2.權(quán)利要求I的方法，其中將所述兩相 混合物閃蒸進(jìn)入吸收器的底部，并且其中所述經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體在吸收器中逆流接觸貧溶劑，以因此生產(chǎn)半富溶劑。
3.權(quán)利要求I的方法，其中半富溶劑和進(jìn)料氣體的冷卻將壓力下降的富溶劑加熱至某一溫度，該溫度足以允許由該加熱的壓力下降的富溶劑閃蒸富CO2的蒸氣。
4.權(quán)利要求I的方法，其中所述富溶劑的壓力下降包括閃蒸富溶劑的步驟，由此生產(chǎn)經(jīng)閃蒸的蒸氣和壓力下降的富溶劑，并且其中將所述經(jīng)閃蒸的蒸氣與進(jìn)料氣體合并。
5.權(quán)利要求4的方法，其中將所述壓力下降的富溶劑進(jìn)一步閃蒸，以生產(chǎn)富CO2的蒸氣和貧溶劑。
6.權(quán)利要求I的方法，其中由富溶劑生產(chǎn)貧溶劑所需的基本上所有的熱量由進(jìn)料氣體和半富溶劑的熱含量提供。
7.權(quán)利要求I的方法，其中從進(jìn)料氣體吸收CO2所需的基本上所有的制冷通過(guò)富溶劑的壓力下降產(chǎn)生。
8.一種用于從進(jìn)料氣體除去CO2的方法，所述方法包括 使用經(jīng)處理的氣體的制冷含量和壓力下降的富溶劑的制冷含量冷卻進(jìn)料氣體，以形成冷卻的進(jìn)料氣體； 將冷卻的進(jìn)料氣體與半富溶劑合并，以形成包含富溶劑和經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體的兩相混合物； 將兩相混合物閃蒸進(jìn)入吸收器的底部；和 經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體在吸收器中與貧溶劑逆流接觸，以因此形成半富溶劑和經(jīng)處理的氣體。
9.權(quán)利要求8的方法，其中通過(guò)進(jìn)料氣體和半富溶劑將所述壓力下降的富溶劑加熱至某一溫度，該溫度足以允許由該加熱的壓力下降的富溶劑閃蒸富CO2的蒸氣。
10.權(quán)利要求8的方法，其中由富溶劑生產(chǎn)貧溶劑所需的基本上所有的熱量由進(jìn)料氣體和半富溶劑的熱含量提供。
11.權(quán)利要求8的方法，其中從進(jìn)料氣體吸收CO2所需的基本上所有的制冷通過(guò)富溶劑的壓力下降產(chǎn)生。
12.權(quán)利要求8的方法，其中所述將冷卻的進(jìn)料氣體與半富溶劑合并的步驟使用靜態(tài)混合機(jī)進(jìn)行。
13.權(quán)利要求8的方法，其中在將冷卻的進(jìn)料氣體與半富溶劑合并的步驟之前，將所述半富溶劑泵至進(jìn)料氣體壓力。
14.權(quán)利要求8的方法，其中所述貧溶劑的溫度為至少30° F。
15.一種從進(jìn)料氣體去除酸氣體的設(shè)備，所述設(shè)備包括 吸收器，其設(shè)置為在底部接收包含富溶劑和經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體的兩相混合物，并且其進(jìn)一步設(shè)置為生產(chǎn)來(lái)自貧溶劑的半富溶劑和經(jīng)處理的進(jìn)料氣體； 第一換熱器，其設(shè)置為允許使用壓力下降的富溶劑的制冷含量冷卻半富溶劑，由此生產(chǎn)冷卻的半富溶劑； 第二換熱器，其設(shè)置為允許使用壓力下降的富溶劑的制冷含量冷卻進(jìn)料氣體，由此生產(chǎn)冷卻的進(jìn)料氣體；和 混合裝置，其設(shè)置為接收和混合該冷卻的半富溶劑和該冷卻的進(jìn)料氣體，以因此生產(chǎn)兩相混合物。
16.權(quán)利要求14的設(shè)備，所述設(shè)備進(jìn)一步包含一級(jí)多個(gè)閃蒸罐，其與吸收器流體連接，并且設(shè)置為允許生產(chǎn)壓力下降的富溶劑和經(jīng)閃蒸的蒸氣。
17.權(quán)利要求14的設(shè)備，所述設(shè)備進(jìn)一步包含與一級(jí)多個(gè)閃蒸罐流體連接的二級(jí)多個(gè)閃蒸罐，其中所述二級(jí)多個(gè)閃蒸罐設(shè)置為允許生產(chǎn)貧溶劑和富CO2的蒸氣。
18.權(quán)利要求14的設(shè)備，所述設(shè)備進(jìn)一步包含泵，其與吸收器流體連接以接收半富溶齊U，其中設(shè)置所述泵以將半富溶劑的壓力從吸收器壓力提高至進(jìn)料氣體壓力。
19.權(quán)利要求14的設(shè)備，所述設(shè)備進(jìn)一步包含硫清除器床，其與吸收器流體連接，并且設(shè)置為接收至少一部分經(jīng)處理的進(jìn)料氣體。
20.權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述混合裝置為靜態(tài)混合機(jī)。
全文摘要
在本發(fā)明主題的構(gòu)造和方法中，通過(guò)如下將CO2從高壓進(jìn)料氣體中除去使進(jìn)料氣體與冷卻的半富溶劑接觸以形成兩相混合物，將該兩相混合物閃蒸進(jìn)入吸收器的底部。隨后將來(lái)自吸收器的富溶劑降低壓力，以產(chǎn)生用于半富溶劑的制冷，并且在吸收器中將貧溶劑逆流接觸該經(jīng)部分處理的進(jìn)料氣體，以生產(chǎn)半富溶劑。除了其他優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)壓力降低的富溶劑對(duì)進(jìn)料氣體和半富溶劑的冷卻加熱該富溶劑，允許增強(qiáng)溶劑的再生，并且可完全避免溶劑的外部制冷和加熱。
文檔編號(hào)B01D53/14GK102740951SQ201080052376
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者J.馬克 申請(qǐng)人:氟石科技公司