從天然氣流去除重?zé)N的制作方法
【專利說明】從天然氣流去除重輕
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 本申請請求于2012年8月3日（2012. 8. 3)提交的國際申請第PCT/US2012/049506號， 于2012年8月3日（2012. 8. 3)提交的美國申請第13/565,881號W及于2012年9月12 日（2012. 9. 12)提交的美國申請第13/611，169號（該申請為美國申請第13/565, 881號的 部分繼續(xù)申請）的權(quán)益，所有該些申請W引用方式并入本文，仿佛在本文中完全闡釋。
【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明設(shè)及從天然氣流中去除重姪（即總共具有六個或更多碳原子的脂族姪和 芳香姪-本文中也分別稱為C6+姪和芳香族化合物）的方法和設(shè)備。在某些優(yōu)選實施方案 中，本發(fā)明設(shè)及從天然氣流中去除重姪W及將天然氣流液化的方法和設(shè)備。該天然氣流可 W是已經(jīng)貧總共具有3-5個碳原子的脂族姪（本文中也稱為C3-巧姪）的流和/或已經(jīng)貧 總共具有2-5個碳原子的脂族姪（本文中也稱為C2-巧姪）的流。
[0003] 在將天然氣流液化之前從天然氣流中去除重姪是重要的，否則重姪會在液化天然 氣（LNG)中凍結(jié)。也已知可使用溫度搖擺吸附（TSA)或使用洗漆塔將包含在天然氣進料流 中的重姪組分去除。
[0004] 如本領(lǐng)域所公知的，洗漆塔是一種分離裝置，其用于從進料流中去除較低揮發(fā)的 組分W生產(chǎn)耗盡了所述較低揮發(fā)組分的氣流。將該進料流（作為氣態(tài)流或作為二-相， 氣-液流）引入洗漆塔，在洗漆塔中使之與液體回流流接觸。將該回流流引入塔中，引入的 位置高于引入進料流的位置，使得液體的下降流與源自進料流的蒸氣的上升流逆流接觸， 從而"洗漆"所述蒸氣流（即從蒸氣流中去除至少一些較低揮發(fā)性組分）。通常，洗漆塔包 含一個或多個分離階段，所述階段位于引入回流流的位置之下和引入進料流的位置之上， 且所述洗漆塔由塔盤、填料、或一些其他形式的插入物（作用于增加上升蒸氣與下降回流 流之間接觸的量和/或持續(xù)時間）構(gòu)成，從而增加流之間的傳質(zhì)。
[0005] 在處理天然氣流的情況下，洗漆塔可有效地將所有重姪組分從流中去除，但是必 須在壓力低于混合物臨界壓力下運行W實現(xiàn)氣-液相分離。塔的運行壓力低于最佳天然氣 液化壓力，該導(dǎo)致更低的液化過程能量效率。此外，洗漆塔穩(wěn)定運轉(zhuǎn)需要足夠的液體（即回 流）對蒸氣流量比W避免塔干澗。通常通過冷凝一部分來自塔頂?shù)臍饬鱓提供用于塔的回 流，如果天然氣進料特別過于貧C3-巧姪和/或C2-巧姪（即該些組分的濃度過低），那么 對于保持塔內(nèi)所需的液體對蒸氣流量比變得非常能量低效。因此，如果天然氣進料貧C3-C5 姪和/或C2-巧姪并且含有相對高濃度的重姪，那么常規(guī)的洗漆塔技術(shù)能量低效。
[0006] 如本領(lǐng)域所公知的，TSA設(shè)及至少兩個步驟。在第一個步驟期間（通常稱作"吸附 步驟"），將氣態(tài)進料流在第一溫度下經(jīng)第一時間段通過一個或多個吸附劑床，在此期間，吸 附劑選擇性吸附進料的一個或多個組分，從而提供耗盡了吸附組分的氣態(tài)蒸汽。在所述吸 附步驟的最后（通常是當(dāng)吸附劑接近飽和時），停止將進料流引入討論中的床中。然后，在 隨后的步驟中（通常稱作"解吸步驟"或"再生步驟"），通過在第二溫度（更高的溫度）下 經(jīng)第二時間段從床中將吸附的組分解吸來使床再生，該第二時間段足W解吸足夠多的吸附 的組分來使討論中的一個或多個床用于另一吸附步驟。通常，在再生步驟期間，將另一個氣 流（稱作"再生氣體"）通過床來促進解吸并且去除吸附的組分。在一些TSA過程中（常稱 作溫度壓力搖擺吸附（或TPSA)過程），再生步驟也在比吸附步驟期間的壓力更低的壓力下 實施。在大多數(shù)TSA過程中，也可W并聯(lián)使用兩個或更多個吸附劑床，吸附床的時間選擇在 床之間錯開，W便在任何點上始終有至少一個床在經(jīng)歷吸附步驟，從而允許連續(xù)處理進料 流。每個吸附劑床可包含單一類型的吸附劑材料，或可包含多于一種類型的吸附劑材料，并 且當(dāng)存在多于一個床時，不同的床可包含不同的材料（特別是存在兩個或更多個床串聯(lián)排 列）。用于選擇性吸附重姪的合適的吸附劑材料類型是公知的。
[0007] TSA可用于有效地在最佳壓力下從天然氣流中去除重姪用于隨后該流的液化， 允許高液化過程能量效率。然而，如果重姪的濃度過高，那么TSA容器尺寸W及再生氣體 需求變得經(jīng)濟上不可行。因此，只有當(dāng)重姪的濃度相對低時，TSA才能在天然氣液化過程 中有效去除重姪。此外，另一復(fù)雜因素在于用于姪去除的TSA吸附劑床需要在高溫（即 450-600了，232-315C )下再生。在該些高溫下存在吸附重姪裂化與產(chǎn)生焦炭的風(fēng)險，該將 使吸附劑失活并不利于生產(chǎn)力。
[0008] 本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)包括文獻 WO 2009/074737、W0 2007/018677、US 3,841，058 和口5 5, 486, 227 (它們描述其中使用吸附系統(tǒng)的過程）；W及US 7, 600, 395、US 5, 325, 673、WO 2006/061400、US 2006/0042312和US 2005/0072186 (它們描述其中使用洗漆塔的過程）。
[0009] 因此，本領(lǐng)域存對用于從天然氣流中去除重姪的改進的方法與設(shè)備的需求，特別 是天然氣流具有相對高的重姪濃度或天然氣流確切的組成易于改變和/或未知，使得所述 具有（至少有時候）相對高重姪濃度的流存在風(fēng)險。
[0010] 發(fā)明概述 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種從天然氣進料流中去除重姪的方法。該方法包括 W下步驟；使用第一重姪去除系統(tǒng)和第二重姪去除系統(tǒng)處理天然氣進料流W生產(chǎn)貧重姪天 然氣流，其中所述第一和第二系統(tǒng)串聯(lián)使用，使得第一系統(tǒng)處理天然氣進料流W生產(chǎn)重姪 耗盡的天然氣流，且第二系統(tǒng)處理至少一部分來自第一系統(tǒng)的重姪耗盡的天然氣流W生產(chǎn) 貧重姪天然氣流，且其中所述系統(tǒng)之一是吸附系統(tǒng)，所述吸附系統(tǒng)包括用于吸附重姪從而 將重姪從含有重姪的天然氣中去除的一個或多個吸附劑床，且所述系統(tǒng)的另一個是氣-液 分離系統(tǒng)，其用于將含有重姪的天然氣分離成重姪耗盡的天然氣蒸氣和重姪富集的液體。
[0011] 該氣-液分離系統(tǒng)可W為任何類型的系統(tǒng)，其適用于將含有重姪的天然氣（通常 為部分冷凝的含有重姪的天然氣）分離成重姪耗盡的天然氣蒸氣和重姪富集的液體。例 如，氣-液分離系統(tǒng)可包含汽提塔、洗漆塔或分相器。然而，該氣-液分離系統(tǒng)優(yōu)選包含汽 提塔或分相器。
[0012] 該吸附系統(tǒng)可W為任何類型的系統(tǒng)，其包括一個或多個吸附劑床，所述吸附劑床 適合于吸附重姪從而從含有重姪的天然氣中去除重姪。然而，該吸附系統(tǒng)優(yōu)選包含溫度搖 擺吸附（TSA)系統(tǒng)。
[001引如用于本文的（關(guān)于流的）術(shù)語"部分"，除非另外指定，則指流的部分，優(yōu)選為分 割部分。流的分割部分是通過將所述流分割為兩個或更多個部分獲得的流的部分，所述部 分保留了與從中將它們分割的所述流相同的分子組成（即具有相同的組分，處于相同的摩 爾分?jǐn)?shù)）。因此，例如，在本發(fā)明的第一方面，優(yōu)選的情況是第二重姪去除系統(tǒng)處理來自第一 重姪去除系統(tǒng)中的整個重姪耗盡的天然氣流，或者處理來自第一重姪去除系統(tǒng)中的重姪耗 盡的天然氣流的分割部分。
[0014] 存在于天然氣進料流中的待去除的重姪組分包括一種或多種姪，所述姪選自：總 共具有六個或更多個碳原子的脂族姪；W及芳香族姪。從第二重姪去除系統(tǒng)中得到的貧重 姪天然氣流相對于天然氣進料流耗盡該些重姪組分中的每一種，使得貧重姪天然氣流中的 該些組分中的每一種的摩爾分?jǐn)?shù)都少于在天然氣進料流中。得自第一重姪去除系統(tǒng)的重姪 耗盡的天然氣流相對于天然氣進料流耗盡該些重姪組分中的至少一些，使得重姪耗盡的天 然氣流中該些組分的總濃度（即該些組分的組合摩爾分?jǐn)?shù)）少于在天然氣進料流中，不過 當(dāng)然不像在從第二重姪去除系統(tǒng)（通過從重姪耗盡的天然氣流中去除重姪）中所得到的貧 重姪天然氣流中那樣低。優(yōu)選地，從第一重姪去除系統(tǒng)得到的重姪耗盡的天然氣流相對于 天然氣進料流耗盡該些重姪組分中的每一種。
[0015] 在某些實施方案中，該方法可W用于從天然氣進料流中去除重姪，所述進料流具 有會使單獨使用TSA系統(tǒng)或單獨使用洗漆塔處理存在問題的組成。例如；該天然氣進料 流可W貧總共具有3-5個碳原子的脂族姪，例如進料流中的任何及所有C3-巧姪的總濃度 (即進料流中的任何及所有C3-巧姪的濃度合在一起時）為5摩爾％或更少，或3摩爾％或 更少，或2摩爾％或更少，或1摩爾％或更少；和/或天然氣進料流可W貧總共具有2-5個 碳原子的脂族姪，例如進料流中任何及所有C2-巧姪的總濃度（即進料流中的任何及所有 C2-巧姪的濃度合在一起時）為10摩爾％或更少，或5摩爾％或更少，或4摩爾％或更少。 同樣，天然氣進料流可W (或者或另外）具有相對高濃度的重姪，例如天然氣進料流具有的 重姪組分的總濃度為l(K)ppm或更多，或25化pm或更多（即進料流中所有芳香族化合物W 及C6+脂族姪的濃度合在一起總共為10化pm或更多，或25化pm或更多）。
[0016] 在某些優(yōu)選的實施方案中，該方法進一步包括將至少一部分貧重姪天然氣流液化 W生產(chǎn)液化天然氣流。
[0017] 在優(yōu)選的實施方案中，貧重姪天然氣流的組成使得依然存在于所述流中的任何及 所有重姪在所述流中存在的濃度低于（最優(yōu)選遠低于）它們在液化天然氣流的溫度下各自 的固溶度限值。
[0018] 在一個實施方案中，該氣-液分離系統(tǒng)是第一重姪去除系統(tǒng)，且該方法包括W下 步驟；將天然氣進料流引入到氣-液分離系統(tǒng)并將天然氣進料流分離成重姪耗盡的天然氣 蒸氣流和重姪富集的液體流；并將至少一部分重姪耗盡的天然氣蒸氣流通過吸附系統(tǒng)的一 個或多個床從中吸附重姪，從而生產(chǎn)貧重姪天然氣流。該方法可進一步包括將天然氣進料 流冷卻，隨后將所述流引入到氣-液分離系統(tǒng)中，并將重姪耗盡的天然氣蒸氣流加熱溫?zé)幔?隨后將所述流或其一部分通過吸附系統(tǒng)的一個或多個床，其中在節(jié)能熱交換器中通過天然 氣進料流與重姪耗盡的天然氣蒸氣流之間的間接熱交換來將天然氣進料流冷卻和將重姪 耗盡的天然氣蒸氣流溫?zé)帷；蛘?，該方法可W進一步包括將重姪耗盡的天然氣蒸氣流溫?zé)幔?隨后將所述流或其一部分通過吸附系統(tǒng)的一個或多個床，并冷卻至少一部分貧重姪天然氣 流W生產(chǎn)冷卻的貧重姪天然氣流，其中在節(jié)能熱交換器中通過重姪耗盡的天然氣蒸氣流與 至少一部分貧重姪天然氣流之間的間接熱交換來將重姪耗盡的天然氣蒸氣流溫?zé)岷蛯⒅?少一部分貧重姪天然氣流冷卻。
[0019] 在一個備選實施方案中，該吸附系統(tǒng)是第一重姪去除系統(tǒng)，且該方法包括W下步 驟；將天然氣進料流通過吸附系統(tǒng)的一個或多個床w從中吸附重姪，從而生產(chǎn)重姪耗盡的 天然氣流；W及將至少一部分重姪耗盡的天然氣流引入到氣-液分離系統(tǒng)中并將所述流或 其一部分分離成重姪進一步耗盡的天然氣蒸氣流，從而提供貧重姪天然氣流和重姪富集的 液體流。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了用于從天然氣進料流中去除重姪的設(shè)備，該設(shè)備 包括第一重姪去除系統(tǒng)和第二重姪去除系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于處理天然氣進料流W生產(chǎn)貧重 姪天然氣流，其中所述第一和第二系統(tǒng)W流體流動連通方式彼此連接并串聯(lián)排列，使得在 使用時第一系統(tǒng)處理天然氣進料流W生產(chǎn)重姪耗盡的天然氣流，且第二系統(tǒng)處理來自第一 系統(tǒng)的至少一部分重姪耗盡的天然氣流W生產(chǎn)貧重姪天然氣流，且其中所述系統(tǒng)之一是吸 附系統(tǒng)，該吸附系統(tǒng)包括用于吸附從而將重姪從含有重姪的天然氣中去除的一個或多個吸 附劑床，且所述系統(tǒng)的另一個是氣-液分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于將含有重姪的天然氣分離為 重姪耗盡的天然氣蒸氣和重姪富集的液體。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明第二方面的設(shè)備適于實施根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法。因此，根據(jù)第 二方面的設(shè)備的優(yōu)選實施方案由根據(jù)第一方面方法的優(yōu)選實施方案的上述討論而顯而易 見。特別地： 優(yōu)選地，該氣-液分離系統(tǒng)包括汽提塔或分相器。
[0022] 優(yōu)選地，該吸附系統(tǒng)包括溫度搖擺吸附系統(tǒng)。
[0023] 優(yōu)選地，該設(shè)備還包括與第二重姪去除系統(tǒng)W流體流動連通方式連接的液化器， 該液化器用于接收和液化至少一部分貧重姪天然氣流W生產(chǎn)液化天然氣流。
[0024] 在一個實施方案中，該氣-液分離系統(tǒng)是第一重姪去除系統(tǒng)，且該設(shè)備包括；用于 接收天然氣進料流并將其分離成重姪耗