專利名稱：在處理包含輕、中等和重組分的氣體時外部和內(nèi)部溶劑的結(jié)合使用的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及化學處理領域，更具體的涉及烴氣流的處理。具體的，公開了用于分離烴氣流組分的方法和設備。
背景技術(shù)：
諸如天然氣、裂化氣或精煉氣的許多烴氣體包含一種或更多輕組分，其或者污染主氣體，或者如果其能從主氣流分離出來，則其本身也具有價值組分。這樣的輕氣體包括氮、氦和氫。許多經(jīng)濟上的考慮使得期望從烴氣流中分離這些輕氣體。
例如，一種或更多輕組分對天然氣的污染特別常見。天然氣是包含甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷的烴的混合物。天然氣也可能包含氮、氦和諸如二氧化碳和硫化氫的酸性氣體。氮有時是天然組分或衍生自用來再生合適地層中的油井的氮注射物。氦天然存在于一小部分天然氣儲層。在天然氣可以運輸和上市前，天然氣必須符合對于酸性氣體含量、發(fā)熱量、露點和總惰性含量的一定標準。氮含量通常被限定到低于2-4摩爾％。因此必須從包含超過該指定量的天然氣中除去氮，否則天然氣不可以運輸和上市。
天然氣也作為伴生氣與原油產(chǎn)物一起生產(chǎn)出來。這種伴生氣可能包含天然存在的氮或可能包含用于增強油回收的注射氮。如果伴生氣要運輸和上市，那么伴生氣必須符合對天然氣的同樣標準。
精煉廠和化工廠氣流經(jīng)常包含許多諸如氮和氫的輕組分。氫經(jīng)常包含于精煉廠單元的氣流中。氫被添加到一些精煉操作中，在別的精煉單元操作中作為副產(chǎn)物被制備出來。經(jīng)常想要從精煉氣中分離這種氫，因為除去的和再生的氫可以在設備中循環(huán)或者代表性的以比在精煉廠或化工廠烴氣流中的熱量值更高的價值出售。同樣的，從工廠氣流中除去氮增加了剩余烴氣流的熱量值，潛在地增加了作為燃料流的流的價值。
諸如氫或氮的輕組分從諸如甲烷和乙烷的較重組分的分離可以增加所得分離流之一或二者的價值。進行這種分離的現(xiàn)有技術(shù)包括使用選擇性膜、諸如變壓吸附的吸附系統(tǒng)，以及諸如膨脹器、焦平-湯普遜儀或級聯(lián)制冷設備的利用很低溫度的系統(tǒng)(低溫設備)。
用物理溶劑吸收除去較重組分，因此把它們從輕組分中分離，可以使用這種被稱為Mehra ProcessTM的方法。在包括美國專利第4,623,371、4,832,718、4,833,514和5,551,972號的幾份美國專利中描述了Mehra Process，因此通過參考把它們結(jié)合于此。這些專利描述了用于吸收/閃蒸再生系統(tǒng)從諸如甲烷或乙烷的較重組分中除去諸如氮或氫的輕組分的系統(tǒng)。它們提出了其中所用物理溶劑是外部的，意味著人工組分添加到其中的系統(tǒng)，也提出了其中所用物理溶劑是內(nèi)部生成的，因此它是由投料氣體中較重組分構(gòu)成的系統(tǒng)。Thomas K.Gaskin在美國專利第6,698,237B2中也描述了對這些方法的改進，提出用汽提氣增強閃蒸再生系統(tǒng)的效果。Thomas K.Gaskin在美國專利申請第11/076,356(通過參考結(jié)合于此)中描述了別的改進，描述了在溶劑吸收系統(tǒng)中處理氣體時低溫溫度的使用。
在上面段落描述的方法中，使用循環(huán)物理溶劑把較重組分從輕組分中吸收走。降低閃蒸分離器中濃溶劑(rich solvent)的壓力來釋放所述較重組分并再生用于再循環(huán)到吸收器的溶劑。物理溶劑可以是由于其物理性能選定的液體，一個性能是它比要從輕組分種分離的組分要重。物理溶劑也可以完全由投料氣流的最重組分所構(gòu)成。這些最重組分是在循環(huán)溶劑的閃蒸再生中不易蒸發(fā)的那些。這些吸收方法的特征在于包含多種組分的投料氣流進入工藝處理，各自富集了至少一種組分的兩種或更多流離開工藝處理。導致1)增加的處理效率或2)減少的處理運行費用或3)改進的操作性或4)一種或更多逸出氣體的增加的純度的對處理的任何改進，將會被評價為對本領域的技術(shù)貢獻。
發(fā)明的簡要概括本發(fā)明的一個方面是一種分離多組分氣流組分的工藝。該工藝包括使氣流與溶劑在萃取器中接觸以制備富集了至少一種組分的塔頂物流以及富集了至少一種別的組分的溶劑底部產(chǎn)物流。然后在至少一個減壓階段閃蒸富集的溶劑底部產(chǎn)物流以把被吸收的組分從溶劑中釋放出來，這樣再生了貧溶劑并且提供了作為塔頂餾出氣流的釋放組分?？梢詨嚎s釋放組分流以制備產(chǎn)物流。根據(jù)本發(fā)明，一部分循環(huán)溶劑流由包含于投料氣中的較重組分構(gòu)成，另一部分溶劑由添加到系統(tǒng)的外部組分構(gòu)成。
在可以單獨使用內(nèi)部溶劑的應用中使用外部溶劑作為一部分循環(huán)溶劑與慣常的想法相孛，然而一些外部溶劑的使用有時可以減少需要維持溶劑總量的設備數(shù)目，減少設備的使用需要和/或?qū)ρh(huán)溶劑增加可喜的吸收選擇性。在由于投料氣中重溶劑組分的低可獲得性，內(nèi)部溶劑的配置使用是不可能的應用中，一些外部溶劑的添加可以允許一部分循環(huán)溶劑由內(nèi)部組分構(gòu)成，因此減少了外部溶劑補充需要和/或使用以及設備的配置需要。通過選擇能降低閃蒸分離器尺寸的改進的工藝手段/控制點，可以進一步降低配置費用和尺寸。通過在最初的吸收/閃蒸再生處理后添加額外的處理步驟，或通過調(diào)整溶劑的總量、特性或操作條件可以改進所得產(chǎn)物流的純度。
附圖的簡要說明

圖1顯示了分離氣流組分的現(xiàn)有技術(shù)工藝。
圖2顯示了分離氣體組分的現(xiàn)有技術(shù)工藝，其中該工藝包括把一部分來自閃蒸分離器的塔頂餾出氣流循環(huán)回萃取器。
圖3顯示了分離氣流組分的現(xiàn)有技術(shù)工藝，其中該工藝包括用于內(nèi)部溶劑總量控制的方法。
圖4分離氣體組分的本發(fā)明工藝，類似于圖3的工藝但是還提供了外部溶劑組分的添加，潛在消除了一種或更多溶劑總量控制。
圖5其中一部分外部溶劑的添加物被加到圖1的簡單工藝中的本發(fā)明工藝。
圖6如圖1的分離氣體組分的本發(fā)明工藝，包括對指出的一種或更多產(chǎn)物的附加純化步驟。
圖7根據(jù)圖3的本發(fā)明工藝，其中附加純化步驟是基于吸收的并被結(jié)合進主溶劑吸收系統(tǒng)。
優(yōu)選實施方式的說明應當知道當在下文中確定物流時，管路實際是指定的，并且如果沒有規(guī)定，當提到物料時意思是指物流。而且，應當知道流量控制閥、溫度調(diào)節(jié)裝置、泵、壓縮機和類似物以傳統(tǒng)的關(guān)系安裝并運行于顯示于圖中的設備的主要部分上，下文中參照本發(fā)明的連續(xù)運行工藝對其進行了討論。所有這些閥、裝置、泵和壓縮機以及熱交換器、貯料塔、冷凝器和類似物包含于術(shù)語“輔助設備”中。術(shù)語“吸收器”傳統(tǒng)上作為氣體/溶劑吸收裝置使用，但是在應用于使用物理溶劑的本發(fā)明工藝中時，應當把它當作“萃取器”。然而，術(shù)語萃取器和吸收器在這篇文獻中可以互換使用。這里所用的“萃取器”指本領域周知的氣體和溶劑在其中接觸以把部分氣體吸收進溶劑的任何裝置。根據(jù)特定的實施方式，萃取器可以包括內(nèi)構(gòu)件，例如盤、填料、擋板和類似物以促進傳質(zhì)。如這里所用的，所述制備富集了某一種或幾種組分的工藝步驟的意思是，該一種或幾種組分在所制得的流中的分數(shù)百分比，相對于別的組分，高于該種或幾種組分在進入所述工藝步驟的流中的相對百分比。
本發(fā)明的一個方面是分離多組分氣流組分的工藝。該工藝包括使氣流與溶劑接觸以制備富集了至少一種組分的塔頂物流以及富集了至少一種別的組分的溶劑底部產(chǎn)物流。該接觸步驟典型地在萃取器中進行。典型地，溶劑吸收多組分氣流的較重組分，留下較輕組分作為塔頂物流。然后在至少一個減壓階段閃蒸富集的溶劑底部產(chǎn)物流以把被吸收的組分釋放出來，這樣再生了溶劑并且提供了作為塔頂物流的被吸收組分。所述再生溶劑循環(huán)到萃取器中。
已經(jīng)認識到雖然吸收/釋放的組分典型地是較重組分，但是經(jīng)常一些量的輕組分被共同吸收到溶劑中，因此在閃蒸階段也被釋放出來。這種較輕組分對較重氣流的污染典型地不是所期望的。對這種污染的一個解決辦法是使富集溶劑經(jīng)受多個閃蒸階段，把一部分從一個或更多的早先閃蒸階段釋放的氣體循環(huán)回萃取器。如下面進一步解釋的那樣，早先閃蒸階段釋放的氣體比在后閃蒸階段釋放的氣體更典型的受到較輕組分的污染。因為較輕組分被循環(huán)回萃取器，所以這種循環(huán)步驟具有從產(chǎn)物流中除去較輕組分的效果。
已經(jīng)認識到當投料氣不包含比開始投料氣中重(被吸收)組分更重的組分時，需要使用外部溶劑。僅包含氮(輕組分)和甲烷(重組分)的天然氣投料需要使用外部溶劑。外部溶劑可以根據(jù)選擇性的吸收期望重組分的能力選擇。也期望外部溶劑是足夠重的組分，具有低的蒸氣壓，這樣溶劑通過蒸發(fā)進入產(chǎn)物流的損失被最小化，因此最小化了需要的溶劑添加量和最小化了所得產(chǎn)物的污染。
已經(jīng)認識到當投料氣包含很大數(shù)量的比重(被吸收)組分更重的組分時，可以使用內(nèi)部產(chǎn)生的溶劑。如果天然氣流包含氮、甲烷和大量比甲烷的組分，直到包括丁烷或已烷和更重者時，那么就不需要使用外部溶劑，溶劑可以由這些較重組分構(gòu)成。在這種情況下，輕組分是氮，甲烷是中等重量組分，丁烷、已烷和更重組分被當作重組分。氮是輕的，不被吸收的產(chǎn)物流。剛剛作為中等重量產(chǎn)物的甲烷在萃取器中被吸收，然后在閃蒸步驟作為較重產(chǎn)物氣被釋放。過量溶劑，主要是丁烷、已烷和更重組分，可以作為分離液體產(chǎn)物即投料氣流的較重組分被產(chǎn)出和回收。當這些較重組分的量不太大時，可以使用附加設備來最小化溶劑組分到中等產(chǎn)物流的損失量，因此延續(xù)了使用內(nèi)部溶劑的能力。使用冷卻器來從中等組分產(chǎn)物流重新獲得溶劑范疇重組分將會是典型的。本領域技術(shù)人員知道所用投料氣中重組分的量、這些組分的蒸氣壓和溶劑回收水平的結(jié)合一起決定系統(tǒng)能否用內(nèi)部溶劑運行。
所用溶劑的特性影響用來獲得期望的投料組分分離的循環(huán)速率。具有較高分子量的較重組分典型的每單位體積具有更少、更大的分子。本領域技術(shù)人員知道較重溶劑的使用將增加循環(huán)需要，將增加用來循環(huán)的動力，將增加用來符合期望的溶劑溫度的任何冷卻功用，并且將會增加關(guān)聯(lián)設備的尺寸。
本發(fā)明使用一部分外部溶劑，其允許第二部分循環(huán)溶劑從內(nèi)部產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，具有低蒸氣壓的外部溶劑的引入把重的內(nèi)部溶劑組分在總體溶劑流中的摩爾百分比稀釋到了一部分溶劑可以由內(nèi)部產(chǎn)生的溶劑構(gòu)成的程度。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，溶劑外部部分的添加允許一部分總體循環(huán)溶劑由內(nèi)部產(chǎn)生的溶劑構(gòu)成，而沒有使用溶劑回收方法，例如為了溶劑回收而冷卻中等重量產(chǎn)物流。與慣常的想法相反，在不使用外部溶劑時有時可以設計一種工藝，通過引入外部溶劑，在一些情況下可以需要更少的設備和/或能量使用。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，與僅用外部溶劑的系統(tǒng)相比，外部/內(nèi)部溶劑的結(jié)合使用也降低了外部溶劑的摩爾百分比，因此通過用內(nèi)部溶劑稀釋降低了外部溶劑組分的蒸氣壓。以這種方式，降低了外部溶劑到產(chǎn)物流的蒸發(fā)損失，一些情況下可以降低到基本沒有另外的添加。通過把外部溶劑添加到系統(tǒng)中，幾乎不需要以后對系統(tǒng)的持續(xù)添加，這是與慣常的想法相孛的?；蛘撸梢允褂酶p更有效的外部溶劑，具有僅僅等于使用單獨外部溶劑系統(tǒng)時的損失的溶劑損失。
本發(fā)明的工藝一般適宜于任何包含至少三種組分的多組分氣流，其中氣流的不同組分在烴溶劑中具有不同的溶解性并且較重組分適于作為部分溶劑。多組分氣流典型的包含一種或更多烴。當使用諸如丙烷或氟里昂的制冷劑獲得降低的溫度，使工藝在降低的溫度下運行時，對于貧溶劑的運行溫度在+20(-6.7℃)到-40(-40℃)的范圍內(nèi)是典型的。當工藝通過利用應用膨脹器或閥，或投料氣液化接著膨脹的結(jié)合而獲得的投料氣壓力降低在低溫工藝(例如美國專利申請11/076,356描述的)運行時，貧溶劑可以在-185(-121℃)的溫度運行。
添加到工藝中的外部溶劑可以是任何類型的。示范性的溶劑包括鏈烷族溶劑(paraffinic solvents)、環(huán)烴溶劑、異鏈烷烴溶劑、芳烴溶劑或特定混合溶劑。根據(jù)一個實施方式，多組分氣流與溶劑在萃取器中逆流接觸。根據(jù)一個實施方式，用制冷劑流冷卻投料氣和/或循環(huán)溶劑。根據(jù)另一個實施方式，用與另一個處理流的熱交換來冷卻溶劑。
在另一個實施方式中，設計用來控制閃蒸再生容器中液體溶劑水平的儀器以能夠使用更小的容器。通過改變?nèi)軇┫到y(tǒng)中的浪涌點(surge point)，這個實施方式獲得了改進的工藝控制。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，當從經(jīng)過最低壓閃蒸的吸收器算起時(并且包括該吸收器)，系統(tǒng)中溶劑的浪涌點被設置于所述系列容器的中心。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，通過重新指定由哪個控制裝置(控制閥)來調(diào)整哪個測量點，從而重新指定浪涌點，控制系統(tǒng)利用典型的工藝測量和控制點來獲得改進的工藝控制。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，添加了額外的流量測量點以向計算和控制裝置提供工藝變化前饋。當溶劑連續(xù)循環(huán)通過一系列包含液體平面的容器時，這些容器具有受控的平面以及其中單獨容器可以作為浪涌(surge)對于控制設計的穩(wěn)定性是重要的，而這并不是顯而易見的。
這些實施方式的工藝一般適宜于任何用于分離包含至少兩種組分的多組分氣流的溶劑吸收/閃蒸再生系統(tǒng)。
通過允許容器被設計為具有與先前由需要維持控制的體積而設定的浪涌時間相比更低的液體浪涌時間，這些改進工藝控制的實施方式能改進吸收/閃蒸再生工藝設計。設備的改進控制使得在更少的浪涌時間下保持控制，因此允許更小的容器，降低了構(gòu)建所述容器的費用。
已經(jīng)認識到天然氣和精煉氣流中發(fā)現(xiàn)的污染物可以包括二氧化碳、硫化氫、硫醇、水、氧、一氧化碳和別的物質(zhì)。經(jīng)常需要設備從天然氣或精煉氣流中除去這些組分。當污染物被除去時，存在這樣的趨勢，即在一段時間內(nèi)除去工藝運行得不如預期那么好，一些污染物沒有從氣流中除去。
已經(jīng)認識到溶劑吸收/閃蒸再生工藝相當適于應用于把精煉氣組分分離成輕產(chǎn)物和重產(chǎn)物，典型地為氫和甲烷，以及把天然氣流分離成輕產(chǎn)物和重產(chǎn)物，典型地為氮和甲烷。這種工藝典型的位于污染物除去工藝之后。
在這個實施方式中本發(fā)明提供了把對于比輕組分更重的污染物的浪涌能力或容量結(jié)合進吸收/閃蒸再生工藝。這種浪涌能力使得該工藝能容納在產(chǎn)物流可接受水平之上的投料氣的一些短期污染物。根據(jù)本發(fā)明一個實施方式，在一個或更多容器中提供的浪涌體積增加到工藝主要目的需要的最小尺寸之上以把一些投料污染物在被釋放進產(chǎn)物流之前保留更長一段時間。根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式，溶劑包含一部分具有改善系統(tǒng)吸收污染物能力并以這種方式把至少一些投料氣污染物在釋放進產(chǎn)物流之前保留一段時間的外部溶劑。在沒有使產(chǎn)物流受污染的情況下，作為穩(wěn)態(tài)連續(xù)工藝運行的氣體分離工藝能適于通過一些短期投料氣污染物濃度高峰，這與慣常的想法相孛。然而，在其中除最輕組分之外的所有組分首先被吸收然后被從溶劑中釋放的溶劑吸收/閃蒸再生工藝中，調(diào)整溶劑使其更容易保留污染物的能力與設定溶劑系統(tǒng)體積的能力結(jié)合可以有效的把投料氣污染物高峰抑制到使產(chǎn)物污染不可能發(fā)生的程度。
本發(fā)明的工藝適宜于任何能被溶劑吸收的污染物。如果所用溶劑是對于選擇性吸收沒有特殊的特性或親和性的簡單的物理溶劑，溶劑將會吸收至少一部分任何比作為萃取器塔頂餾出產(chǎn)物的輕組分更不易揮發(fā)的投料污染物。在這種情況下，對于輕組分污染物濃度會降低。當污染物比主要重組分更不易揮發(fā)時，對于輕和重產(chǎn)物污染物濃度都會降低。在重產(chǎn)物中濃度的降低是一個短暫現(xiàn)象，直到污染物水平達到污染物以與進入系統(tǒng)時同樣的速度被釋放的點。在物理溶劑的情況下，增加對系統(tǒng)的液體浪涌體積，在沒有使產(chǎn)物流污染物濃度變的太高的情況下控制能被調(diào)節(jié)的污染物的量。通過使用對預期污染物有選擇性的物理或化學溶劑，可以增加額外的容量。以這種方式，少量的特殊溶劑到總體溶劑的添加可以極大的增強系統(tǒng)抑制重產(chǎn)物流中污染物高峰的能力。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，冷卻器和分離器被以類似現(xiàn)有技術(shù)中溶劑回收使用的方式添加到重產(chǎn)物流。這種回收系統(tǒng)的使用也可以有助于減少給定時間段內(nèi)與重產(chǎn)物流一起離開的污染物的量。
添加到工藝的外部溶劑可以是任何類型的。模范性的溶劑包括鏈烷族溶劑、環(huán)烴溶劑、異鏈烷烴溶劑、芳烴溶劑。對除去經(jīng)常伴生于天然氣和精煉氣處理的酸性氣體污染物更有特效的溶劑包括環(huán)丁砜、聚乙二醇二甲醚(selexol)、嗎啉和其衍生物，以及大量包含氨基或二醇基的化合物。
所用溶劑的特性可以影響所得產(chǎn)物流的純度。如果從天然氣中分離出的輕組分是氨，并被適宜的排放到大氣中，那么帶有甚至少量丙烷和更重烴的污染物也會超過環(huán)境調(diào)節(jié)能力。如果從精煉氣流中分離出的輕組分是氫，那么帶有少量比甲烷重的組分的污染物可以把氫濃度和分壓降低到使期望的精煉工藝不能使用的程度。吸收的和釋放的中等產(chǎn)物流中的丙烷或別的組分可以導致中等流具有不可接受的高熱值或烴露點。
本發(fā)明從未吸收的或吸收-釋放產(chǎn)物流二者之一或全部中除去污染物。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以在主要吸收/閃蒸再生工藝之前除去污染物，但是允許污染物進入工藝通過變?yōu)槿軇┑囊徊糠趾徒档腿軇┓肿恿縼碓黾有?。根?jù)本發(fā)明的另一個方面，污染物然后被從它污染的產(chǎn)物流之一或全部中除去。可以從投料流中而不是從兩種產(chǎn)物流中除去的污染物可以被留在投料流中并允許其污染產(chǎn)物流，這與慣常的想法相孛。有時，通過把投料中的污染物留在主吸收工藝中而獲得的效率是如此令人欣賞，以至于證明了從兩種產(chǎn)物流中除去是正當?shù)摹?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，使用應用溶劑的附加吸收/再生步驟從產(chǎn)物流中除去污染物。所用溶劑可以是內(nèi)部溶劑、外部溶劑或內(nèi)部和外部溶劑的結(jié)合。使用一個或更多閃蒸溶劑，使用加熱爐，使用蒸餾塔或汽提塔或這些標準的、可接受的和已證實的方法的結(jié)合，可以把被吸收組分從溶劑中釋放出來。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，使用包含諸如分子篩和硅膠、膜分離工藝、熱氧化劑法和催化焚燒工藝以及通過膨脹、熱交換和冷卻任何之一或全部獲得的低溫蒸氣/液體分離的吸收工藝的別的定型技術(shù)從產(chǎn)物流中除去污染物。通過從循環(huán)溶劑切向流中反萃取可以除去中等沸騰組分以保持濃度足夠低到輕或重產(chǎn)物的污染物都降低到可接受的水平。
參照圖和下面對圖中描述的實施方式的論述可以更好理解本發(fā)明的一些方面。其中許多組分在正文中沒有論述，可以假定它們具有與在前的或早先的圖中論述的相應許多組分同樣的特性和效果。
圖1顯示了沒有溶劑總量控制以及非特定關(guān)于外部或內(nèi)容溶劑的現(xiàn)有技術(shù)工藝。根據(jù)圖1的工藝，烴投料氣1與貧溶劑2在萃取器3中逆流接觸，產(chǎn)生塔頂物流18和濃溶劑底部產(chǎn)物流4。濃溶劑底部產(chǎn)物流4可以定向于一個或更多閃蒸分離器5。分離器數(shù)目可以變化。根據(jù)一個實施方式，有一個單獨閃蒸分離器5。被吸收于溶劑中的組分在分離器5中被釋放并作為蒸氣流6被分離。雖然圖1中描述了僅僅一個閃蒸階段，然而可以使用多個分離器。通過壓縮機7升高流6的壓力，獲得作為工藝產(chǎn)物流的流8。再生的貧溶劑作為液體流9離開分離器5并通過泵12作為流10回到萃取器3。在再次進入萃取器3之前，可以在溶劑冷卻裝置11中冷卻貧溶劑流10。如果進入圖1工藝的多組分氣流1包含甲烷和氮，例如氮污染的天然氣，那么將使用外部溶劑，這樣流18將富集氮并且流8將富集甲烷。然而，由于氮伴隨著甲烷被共吸收入溶劑中，流8經(jīng)常被相當量的氮污染。理想的，使流1與溶劑接觸將會得到塔頂物流18(其為氮)和流4(其為僅富集了被吸收的甲烷的溶劑)。然而，在真實運行條件下，投料組合物和運行條件導致不期望量的氮與期望的諸如甲烷的被吸收組分被共吸收入溶劑流4中。
圖2顯示了減少了產(chǎn)物流被共吸收輕組分污染的量的現(xiàn)有技術(shù)工藝。圖2的工藝使用了兩個閃蒸-再生分離器，中間閃蒸13和末端閃蒸5。通過循環(huán)壓縮機16再壓縮來自閃蒸13的塔頂物流15，使其循環(huán)回萃取器3。末端閃蒸5一般在比中間閃蒸13低的壓力運行。因為氮是比甲烷輕的組分，中間閃蒸13優(yōu)先釋放被共吸收的氮并且優(yōu)先把期望的甲烷留在富集溶劑14中。富氮氣流15被再壓縮并回到萃取器3，優(yōu)選在萃取器中等于或低于投料氣流1的點。這導致流18被進一步富集了氮。從流4中除去被共吸收的氮獲得包含更少氮的最終產(chǎn)物流8。根據(jù)圖2的工藝提供了更高純度產(chǎn)物流但是需要附加的氮壓縮機(16)和附加閃蒸階段(13)。圖2對于外部或內(nèi)部溶劑的使用是非特定的。
圖3描述了包含兩個溶劑總量控制點并被發(fā)展用于使用內(nèi)部溶劑的現(xiàn)有技術(shù)。多組分氣流1在冷卻器2中冷卻，進入分離器3，蒸氣和液相在此分離。蒸氣相被引到萃取器5，在那蒸氣與貧液體溶劑流6接觸。貧溶劑從蒸氣中吸收中等和重組分，留下輕組分作為蒸氣流7脫離萃取器頂部。在與循環(huán)到萃取器底部的蒸氣接觸后，包含被吸收的中等和重組分的濃溶劑作為流8脫離塔底部。通過限流器9降低流8的壓力，獲得的蒸氣和液相在分離器10中被分離。蒸氣流11包含一部分在萃取器中被共吸收的輕組分，通過壓縮機12循環(huán)該蒸氣使其作為反萃取氣再進入萃取器底部。作為流13的脫離分離器10底部的濃溶劑包含中等被吸收組分和被吸收的重組分。順次的限流器14、18和22與連續(xù)的分離器15、19和23結(jié)合降低了濃溶劑的壓力，把中等組分從包含重組分的循環(huán)溶劑中分離出來。蒸氣流16、20和24包含投料流的中等組分。實際可以使用任何數(shù)目的閃蒸。末端分離器液相流25是多數(shù)中等組分被除去的貧溶劑。使用泵26增加流25的壓力使其變成流27。在冷卻器28中冷卻流27使其變成進入萃取器的貧溶劑流6。在多級壓縮機29中壓縮中等產(chǎn)物流16、20和24使其變成流30。該流在冷卻器31中被冷卻并在分離器32中被分離成蒸氣和液相。蒸氣部分作為中等產(chǎn)物流33脫離系統(tǒng)。液相流34包含與中等重組分在閃蒸容器15、19和23中被汽化并通過分離器32在升高壓力下冷卻被冷凝的溶劑重組分。這些溶劑組分被再引到溶劑系統(tǒng)。如果分離器32中的溫度冷凝了比需要用來維持系統(tǒng)中溶劑總量更多的溶劑流，那么過量溶劑可以作為重產(chǎn)物流35被除去并作為流37脫離系統(tǒng)。如果需要的話，通過在反萃取蒸餾塔中除去較輕組分可以穩(wěn)定流37以符合重產(chǎn)物規(guī)格。相反的，如果分離器32中的溫度不能回收足夠的重溶劑組分來維持溶劑總量，那么通過與圖3中相反的方向流動，可以把來自分離器3、流36的冷凝的重組分添加到溶劑總量中。可以利用來自分離器3和32的液體控制以及在這些分離器中的運行溫度控制來控制內(nèi)部溶劑的總量。也可以對輕流7施用回收方法以回收包含在該流中的任何重組分。
圖4描述了本發(fā)明的一個實施方式。流37的流動與圖3相反。流37把外部溶劑引到系統(tǒng)中以用來增加可獲得的內(nèi)部溶劑同時也潛在的減少了諸如溶劑總量冷卻器以及分離器31和32或可能應用于流7的溶劑回收系統(tǒng)的溶劑總量控制點的需要。圖4也可用來描述本發(fā)明的控制實施方式。溶劑連續(xù)循環(huán)通過吸收器5和閃蒸容器10、15、19和23。溶劑進入吸收器的速度是一個典型的控制點(閥沒有顯示)。使用水平測量裝置(未顯示)和水平控制閥(如閥9、14、18和22所示)來保持每個容器中的溶劑水平。將會給出一個實施例來說明控制和控制效果。圖4也可用來說明利用流37的選擇性溶劑組分的添加影響產(chǎn)物流中污染物濃度的抑制或容器尺寸和運行條件對產(chǎn)物流中污染物水平的效果。也會給出一個實施例來說明這個。
圖5描述了本發(fā)明一個最簡單的實施方式。流13是類似于具有一些來自投料氣的作為溶劑的可獲得的重組分，但是在沒有至少最初的外部重溶劑加料時不足以維持溶劑總量的圖1的可以被添加到系統(tǒng)的重溶劑流。通過插入流1、2、4、9或10，流13可以被添加到工藝中并且將會在所有情況下成為貧溶劑的一部分。
圖6描述了本發(fā)明分離流純化實施方式的一個最簡單的實施方式。圖1的工藝具有添加到工藝的附加的產(chǎn)物純化步驟19和22，得到分別純化的產(chǎn)物流20和23以及分別除去的污染物流21和24?？梢允褂貌襟E19和22之一或全部。步驟19和22之一或全部可以是吸收、吸附、膜工藝或焚燒工藝或別的工藝?；厥樟?1和24可以是如同它們各自的工藝制備的分離產(chǎn)物，或可以全部或部分的循環(huán)回主工藝。
圖7描述了利用吸收工藝純化兩種產(chǎn)物流的本發(fā)明的一個最簡單的實施方式。如同圖3或圖4描述的主工藝，流1到流33沒變。描述了通過數(shù)目40到60的項目和流作用到輕的、未被吸收的主工藝產(chǎn)物流7上，獲得了純化的產(chǎn)物流42的吸收再生工藝。流7進入吸收器40，與貧溶劑流41接觸，得到在一種或更多組分上比流7更貧的塔頂物流42。吸收器40設置有再沸器43來控制來自流7的最輕組分的吸收。包含期望的被吸收組分的濃溶劑流44脫離吸收器底部，并定向于再生塔45。在塔45中利用再沸器46的熱把被吸收的組分從溶劑中逐出，得到作為底部產(chǎn)物流的貧溶劑流47。如果需要溶劑補充，那么它可以作為流48進入，否則相反的可以在這個點除去過量累積的溶劑。貧溶劑被泵49抽出，作為流50脫離，并且被交換器51冷卻和/或冷凍以稱為貧溶劑流41。再生塔45塔頂物流52在交換器53中被冷卻并且至少部分的被冷凝，冷卻流進入分離器/貯液器容器54。如果獲得了對于被吸收組分的塔頂餾出蒸氣產(chǎn)物，那么它是流55。如果獲得了液體產(chǎn)物，那么它是流60。來自容器54、流56的液體進入泵57，作為流58脫離，至少一部分流58作為回流進入塔45的頂部。通過70到95的裝置和流進一步純化重或中等產(chǎn)物流33，得到純化產(chǎn)物流69。在這個實施例圖中，吸收/再生系統(tǒng)包括溶劑預飽和步驟以描述吸收系統(tǒng)中一種可能類型的變化?；坠に嚵?3進入吸收器70并與預飽和的貧溶劑流71接觸，得到塔頂物流72與在來自再沸器79的底部再沸后的濃溶劑底部產(chǎn)品流80。把塔頂餾出產(chǎn)物72與貧溶劑流73結(jié)合變成在交換器75中冷卻并隨后進入分離器76的兩相流74。純化產(chǎn)物流69是來自分離器76的蒸氣，對其加入通過該純化步驟除去一種或更多組分的流33。分離器液體流77進入泵78，并作為預飽和溶劑流71脫離。濃溶劑流80就象在輕產(chǎn)物純化吸收再生系統(tǒng)(項目45到60)中那樣被分離。對于重產(chǎn)物純化，相應的項目是數(shù)目81到94。濃溶劑流80進入再生塔81，再沸器82加熱塔的底部，得到底部產(chǎn)品貧油流83，通過泵84把它抽出變成流85。所有過量溶劑被作為流95除去，保留貧溶劑是流73。再生塔頂物流86在交換器87中被冷卻并且至少一部分流被冷凝，接著在容器88中被分離。所有蒸氣產(chǎn)物作為流89被除去。通過泵91把液體流90抽出使其變成更高壓力的流92。所有液體產(chǎn)物被作為流93除去，保留流94作為回流被發(fā)送到再生器81。用于任一產(chǎn)物純化的再生器實際上可以在比其中沒安裝貧溶劑泵的相應吸收器的更高的壓力運行，并將使用濃溶劑泵作為替代。當使用外部溶劑用于任一純化步驟時，外部溶劑可以由石蠟族、芳烴、環(huán)烴或包含胺、嗎啉、二醇、亞磺醇(sulfinol)等的特定溶劑構(gòu)成。
實施例1這個實施例把如圖4所述的本發(fā)明工藝與如圖3所述的現(xiàn)有技術(shù)工藝進行了比較，所述的比較是就通過把甲烷從氮中吸收走以獲得符合典型的惰性含量的傳輸質(zhì)量的甲烷流而處理包含甲烷和氮以及更重組分的天然氣的能力而進行的。該比較是在根據(jù)圖3的現(xiàn)有技術(shù)工藝使用由投料流較重組分構(gòu)成的內(nèi)部溶劑并且通過對用于溶劑回收的甲烷(中等)產(chǎn)物使用冷卻器來控制溶劑總量的條件下進行的。投料氣流對于重組分很貧乏，因而投料氣分離器3中的流36液體沒有流量。把圖3的工藝與圖4的工藝進行比較。對于兩個實例萃取器的溫度和壓力保持一樣，所有閃蒸容器等等的壓力也這樣。所作的唯一變化是消除冷卻器31和分離器32指示的溶劑回收步驟。兩個系統(tǒng)基本上都獲得了一樣的包含減少量的氮以符合典型管線規(guī)格的甲烷流。換句話說，利用比圖3的工藝更簡單的工藝和更少的設備，本發(fā)明的工藝取得了同樣的分離。
投料氣(流1)組合物是包含15摩爾％氮、83.85摩爾％甲烷、1.00摩爾％丁烷和0.15摩爾％己烷的天然氣，具有5.00MMscfd(0.142MMscmd)的流速、100(38℃)的溫度以及620磅/平方英寸(表壓)(42.8巴)的壓力。把投料氣和溶劑都冷卻到-10(-23℃)。圖3的工藝需要把富甲烷產(chǎn)物氣冷卻到-2(-19℃)以維持投料氣中重組分的溶劑總量。循環(huán)的貧溶劑大約是82％己烷和18％丁烷。獲得了包含3％氮的傳輸質(zhì)量氣，98.5％的有價值的投料氣甲烷在甲烷產(chǎn)物流中回收。
現(xiàn)在把上面利用了圖3的實例與圖4使用的工藝比較。使用了同樣的氣體投料速度和構(gòu)成。沒有使用在-2(-19℃)運行的溶劑回收系統(tǒng)，消除了幾個處理設備。為了維持溶劑總量，10加侖/天(0.038立方米/天)的辛烷被加到系統(tǒng)中。所得貧溶劑是40％辛烷、45％己烷和15％丁烷。甲烷的純化和回收與圖3完成的一樣。因為辛烷組分貧溶劑有些較重，因此循環(huán)泵馬力增加為從248到289馬力(185到216千瓦)。這種泵馬力上的增加、幾種設備的除去以及10加侖/天(0.038立方米/天)的辛烷需要量是這兩種操作之間的所有差別。外部/內(nèi)部溶劑方法的使用適于節(jié)省資金投入、簡化操作以及使系統(tǒng)對于投料氣中的構(gòu)成變化更穩(wěn)定。
實施例2這個實施例說明和比較了使用圖4的本發(fā)明的控制工藝，并把它與典型的控制就反抗處理包含至少兩種利用吸收/閃蒸再生溶劑工藝除去的組分的氣流的系統(tǒng)中工藝擾動的能力進行了比較。對于兩個控制系統(tǒng)投料氣和產(chǎn)物氣流量和組成是同樣的，穩(wěn)態(tài)運行條件下的所有相關(guān)壓力和溫度也是這樣。對于兩個系統(tǒng)，調(diào)整水平控制環(huán)以在同樣的速度響應擾動，并假定該速度是作為速度對穩(wěn)定性均最優(yōu)化的最好選擇。對于兩個系統(tǒng)，假定水平受控的閃蒸容器和吸收器底部水平都正常的包含大約二分鐘體積的循環(huán)溶劑。在這個實施例中假定包含與水平控制閥一同起作用的水平測量設備的水平控制環(huán)被設置在容器中某個水平，這樣吸收器5可以被控制流出容器流量的下游水平控制閥9控制，容器10水平可以被閥14控制，等等。最后的閃蒸容器23沒有水平控制閥。它是一個浪涌容器。使用圖4的工藝，當溶劑速率增加時對貧溶劑流6使用流動控制環(huán)，就象如果到裝置的投料氣速率增加所需要的那樣，LCVs9、14、18和22的每一個都會順次打開作為它們響應于增長水平的分別的控制器。如果每個控制器花費一分鐘來響應離開容器的溶劑流速的適當增長，那么對于到達最后閃蒸23的溶劑流量的變化總耗用時間將會是4分鐘。閃蒸23必須被構(gòu)建的具有充足的浪涌時間，這樣當發(fā)生最大設計流速變化時，例如系統(tǒng)從無流條件的最初啟動或添加第二平行泵到操作，該閃蒸23在任何時候?qū)τ谶m當運行不具有太低水平。如果流速被加倍到設計速率的兩倍在正常的設計速率容器23中具有2分鐘的浪涌，將不會有液體流在閃蒸23中直到附加泵送液體在經(jīng)過每個容器及其分別的水平控制系統(tǒng)后返回到容器23中?；蛘?，如果每個容器水平由上游水平控制閥控制，當溶劑流速增加時，容器23中水平將會下降，上游控制閥22將會打開以維持水平，這樣直到回到將會成為液體體積浪涌容器的吸收器5。對于液體的響應時間和容器尺寸需要與第一個實例相同。然而，如果通過讓吸收器5水平被閥9控制、容器10水平被閥14控制、容器15沒有水平控制閥、容器19水平被閥18控制以及容器23水平被閥22控制把接近容器序列中間的容器選作浪涌(不受控水平)容器，每個容器LCV響應仍舊為1分鐘，那么對于溶劑流速變化到返回本實例中作為浪涌容器的容器15的總耗用時間將會是2分鐘。水平控制從擾動(溶劑流速)的兩個方向同步作用，把總耗用時間分成兩半。
對于本領域技術(shù)人員來說意識到使用浪涌容器接近系列中間的系統(tǒng)將會允許更快的全部系統(tǒng)響應。這種更快的響應會允許對設備更好的控制，這有助于更好的產(chǎn)品質(zhì)量、更少的裝置干擾和停車，以及可能改進的運行安全。液體水平更少的干擾會有助于所有其它關(guān)聯(lián)裝置控制環(huán)的更好的運行。也可以利用更快的響應來減少對于容器之一或全部的浪涌時間需要，因此降低了新設備的安裝費用。在極端情況下，通過再分配水平控制閥，改變控制環(huán)與一端的浪涌順序排列的現(xiàn)有設備，指定中間的容器作為浪涌，可以使不可運行的設備可運行。當溶劑循環(huán)速率變化時，利用從裝置的流量計獲得的關(guān)于來自每個容器液相線的附加信息，可以使得速率調(diào)整基于預先需要，將會進一步減少響應時間，再次允許更好的運行或能與沒有添加的顯示器的較大設備運行效果一樣好的更小的設備。
實施例3這個實施例介紹了關(guān)于天然氣除去氮與可能的二氧化碳、硫化氫或硫醇污染物的處理信息。投料氣典型地僅包含甲烷和較重的烴和氮。吸收/閃蒸再生工藝將會把投料分離成主要包含氮的輕組分產(chǎn)物和主要包含甲烷的重組分。為了符合管線規(guī)格，氮含量將會典型地低于4摩爾百分比。假定商品化的VM&P石腦油外部物理溶劑與投料氣的較重組分協(xié)力使用。
投料氣組合物是包含15摩爾％氮和85摩爾％甲烷和更重組分，處于950磅/平方英寸(表壓)(65.5巴)的壓力的天然氣。投料氣和溶劑都被冷卻到-25(-32℃)。在這個實施例中圖4的工藝獲得了把投料氣分離成90％純度的氮流和97％純度的甲烷和更重流的分離。不需要溶劑回收交換器31，流36沒有流速。溶劑補充流37很低。在吸收器5的環(huán)境下，氮的平均k值是9.5，甲烷的平均k值是2.6。這種揮發(fā)性的變化使得石腦油溶劑選擇性的吸收甲烷。在釋放進第一個閃蒸容器10后，用壓縮機12循環(huán)被共吸收的氮。
在萃取器環(huán)境，二氧化碳的k值平均是0.75，硫化氫的k值平均是0.25。這兩種污染物都不如甲烷易揮發(fā)，因此更容易被吸收進溶劑。它們都不如甲烷容易釋放，因此在貧溶劑中濃縮到比甲烷高的程度。如果硫化氫或二氧化碳的臨時峰值進入系統(tǒng)，那么一部分污染物與主要的甲烷產(chǎn)物一起通過，一部分殘留在溶劑中。殘留在溶劑中的部分以后將會消散進甲烷產(chǎn)物中。脫離設備的污染物峰水平低于進入的峰水平，降低了污染物的影響。優(yōu)于更低的揮發(fā)性，更高比例的硫化氫留在了溶劑中。
如果甲烷和較重產(chǎn)物規(guī)格是4ppmv硫化氫和2摩爾％二氧化碳，那么本發(fā)明在短期內(nèi)將會允許進入設備的投料氣包含比甲烷中這些水平的污染物，因為一部分污染物將會被攔截在溶劑中，以后慢慢釋放。當調(diào)整上游處理設備使其污染物除去效率返回正常時，通過允許產(chǎn)物流持續(xù)流動一段時間，允許更高的投料濃度可以對裝置操作性具有重大影響。
任何容器中額外浪涌能力的的增加通過增加污染物保留量將會增加處理污染物的能力。最高體積效益獲得于最高壓力點萃取器5，在那污染物的揮發(fā)性最低。臨時增加較低壓力閃蒸器的操作壓力也會延遲污染物到甲烷產(chǎn)物的釋放。把最后閃蒸器的壓力降低到低于大氣壓從2到14磅/平方英寸(絕對壓力)，將會允許溶劑中任何中間沸騰組分的最大釋放，包括可能污染未吸收的塔頂餾出產(chǎn)物的塔頂餾出獲得的產(chǎn)物組分。
諸如亞磺醇(sulfinol)或嗎啉的選擇性溶劑添加到石腦油將會進一步增加溶劑保留污染物的能力，進一步增加在產(chǎn)物甲烷被污染之前污染物可以在投料中的時間或投料中污染物濃度。
當存在污染物時，上述實施例同樣的能從甲烷中分離出氫。
實施例4這個實施例把如圖7所述的本發(fā)明工藝與圖3所述的現(xiàn)有技術(shù)工藝就通過把甲烷從氮中吸收走以獲得符合典型的惰性含量的傳輸質(zhì)量的甲烷流的處理包含甲烷和氮以及更重組分的天然氣的能力進行了比較。該比較是在根據(jù)圖3的現(xiàn)有技術(shù)工藝使用幾乎完全由投料流較重組分構(gòu)成的內(nèi)部溶劑并且通過使用用于溶劑回收的冷卻器31來控制溶劑總量的條件下進行的。來自投料氣的冷凝烴液體流36被發(fā)送到吸收器以保持它作為溶劑總量補充的一部分。
這個實施例使用的投料氣特性是10MMscfd(0.28MMscMd)的流速、565磅/平方英寸(表壓)(39巴)的壓力、100(37.8℃)的溫度以及下面摩爾百分比的組成氮-23.48，甲烷-64.37，乙烷-8.12，丙烷-2.28，異丁烷-0.65，正丁烷-0.59，異戊烷-0.21，正戊烷-0.18，正己烷-0.07，正庚烷-0.05。
圖3的工藝是在投料被冷卻到-15(-26.1℃)作為流4和36，貧溶劑6也被冷卻到-15(-26.1℃)，在+14(-10℃)的溫度操作溶劑回收冷卻器31以保持溶劑總量沒有靜補充或損失以及大約742加侖/分(2.81立方米/分)的溶劑循環(huán)速率的情況下運行的。這獲得僅包含3.2％的氮，很容易在氮含量傳輸質(zhì)量之內(nèi)的銷售氣(流33)組合物，以及包含低于10％的甲烷和超過88％的氮的氮排出流(流7)。在該實施例中溶劑回收系統(tǒng)在大約450磅/平方英寸(表壓)(31.0巴)的壓力運行。
圖3的運行結(jié)果可能不符合所有期望的純度規(guī)格。排出流是很顯著的氮富集物，更高的溶劑循環(huán)能增加純化。然而，輕的內(nèi)部產(chǎn)生的溶劑(大約71摩爾質(zhì)量)的使用導致排出流中超過680ton/年(616公噸/年)的丙烷和更重組分的含量，這可能相當超出環(huán)境目標。銷售氣已經(jīng)符合氮含量目標，但是流的總熱值是1150英國熱量單位/標準立方英尺(btu/scf)(10,235千卡/立方米)。這比一些傳輸能接受的要高。
使用圖7的工藝，可以純化排出和銷售氣。主工藝條件沒有改變。把排出吸收器/再生器裝置添加到工藝中，并使用辛烷分子重量的溶劑來吸收丙烷以上的烴。在-15(-26.1℃)的溫度低于10加侖/分(0.038立方米/分)的貧溶劑流速下，隨氮排出丙烷以上烴從685ton/年(616公噸/年)減少到低于20ton/年(18公噸/年)。再生器在更低壓力運行，從濃溶劑中逐出被吸收的組分，再生貧溶劑。逐出的塔頂餾出組分可以被循環(huán)到主工藝中。運行溫度、壓力和添加溶劑的重量對于特定情況可以不同。添加到吸收氣的預飽和吸收/再生系統(tǒng)在僅僅17加侖/分(0.064立方米/分)的循環(huán)速率下，在預飽和器中在-15(-26.1℃)運行的情況下，降低銷售氣的btu含量從1150到1084(10,235到9,648千卡/立方米)，高質(zhì)量丙烷以上液體產(chǎn)物流作為流93被除去。在這個實例中所用溶劑由投料氣中組分構(gòu)成?？梢允褂猛獠咳軇┗騼?nèi)部和外部溶劑的結(jié)合。在這個實施例中預飽和器和吸收器系統(tǒng)在大約435磅/平方英寸(表壓)(30巴)的壓力運行。預飽和器改進了回收，但是不需要用來獲得銷售氣btu含量的降低。在這個實施例中，丙烷以上產(chǎn)物從系統(tǒng)中退出用于銷售。實際中，如果需要，一部分可以循環(huán)到主工藝以幫助維持溶劑總量。
當隨后進行圖3的工藝時，類似用于除去丙烷以上烴除去的處理投料氣的銷售氣純化系統(tǒng)的系統(tǒng)的安裝可以獲得同樣的氮排出和銷售氣純化。然而，為了控制排出中丙烷以上烴，需要除去的丙烷以上烴的量要高得多，導致更高的費用和更高的設備需要。在從投料中除去丙烷以上烴的情況下，必須購買更多外部溶劑作為溶劑添加到圖3的工藝中，由于具有全部更重的溶劑，系統(tǒng)設備和費用增加。圖7的兩種添加的工藝使用實際上優(yōu)于圖3的單獨系統(tǒng)上游的安裝。
在別的可選吸收工藝更適于氮排出和/或銷售氣流的純化時，通過圖3也可以使用它們獲得具有更經(jīng)濟的主分離工藝的同樣效果，并且使用包括諸如膜、分子篩、焚燒裝置或硅膠的工藝以符合最終產(chǎn)物需要。
上面的實施例4可以同樣的應用于氫從甲烷的分離，伴隨著氫產(chǎn)物和/或甲烷產(chǎn)物的純度受諸如乙烷、丙烷、二氧化碳、硫化氫等投料氣組分影響。選擇用于附加純化步驟的溶劑可以特別定目標于要除去的污染物，例如用來除去二氧化碳或硫化氫的選擇性化合物的使用。
在現(xiàn)有公開的范圍內(nèi)，在沒有過分實驗的情況下，可以實施和執(zhí)行這里公開的所有方法和設備。雖然已經(jīng)根據(jù)具體實施例說明了本發(fā)明的方法，然而在不脫離本發(fā)明構(gòu)思、精神和范圍的情況下，可以對這里描述的方法和設備以及方法的步驟或步驟順序進物各種變化，這對本領域技術(shù)人員來說將會是顯而易見的。所有這些對本領域技術(shù)人員顯而易見的類似替代和調(diào)整被認為在如同通過所附暫定權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神、范圍和構(gòu)思之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于分離多組分氣流的組分的工藝，該工藝包括使多組分氣流與貧溶劑在萃取器中接觸以得到富集了至少一種未被吸收組分氣體的塔頂物流和富集了至少一種被吸收的組分氣體的濃溶劑底部產(chǎn)物流；在至少一個減壓階段閃蒸濃溶劑底部產(chǎn)物流以再生貧溶劑并產(chǎn)生富集了至少一種被吸收的組分氣體的塔頂物流；把再生的貧溶劑循環(huán)到萃取器中；以及添加外部溶劑到再生的貧溶劑中。
2.權(quán)利要求1的工藝，其中所述多組分氣流包含至少一種烴。
3.權(quán)利要求1的工藝，其中所述多組分氣流包含選自由氫、氮、氦、氬、甲烷、乙烯、乙烷、更重的飽和與不飽和烴以及它們的混合物組成的組的一種或更多組分。
4.權(quán)利要求1的工藝，其中所述多組分氣流包含天然氣、煤氣、精煉氣或來自化工廠的氣體。
5.權(quán)利要求1的工藝，其中所述未被吸收組分氣體包含氮。
6.權(quán)利要求1的工藝，其中所述未被吸收組分氣體包含氫。
7.權(quán)利要求1的工藝，其中所述產(chǎn)物流包含甲烷。
8.權(quán)利要求1的工藝，其中所述貧溶劑包含一種或更多多組分氣流的組分。
9.權(quán)利要求1的工藝，其中所述外部溶劑選自由鏈烷族溶劑、環(huán)烴溶劑、芳烴溶劑和特定混合溶劑組成的組。
10.權(quán)利要求1的工藝，其中所述萃取器是帶有內(nèi)構(gòu)件以促進傳質(zhì)的塔。
11.權(quán)利要求1的工藝，其中所述多組分氣流與貧溶劑逆流接觸。
12.權(quán)利要求1的工藝，其中所述貧溶劑被冷卻到-40(-40℃)的溫度。
13.權(quán)利要求1的工藝，其中所述貧溶劑被冷卻到-185(-121℃)的溫度。
14.權(quán)利要求1的工藝，其中所述減壓階段包含兩個或更多的閃蒸容器，其中至少一個是浪涌容器，并且排列在其中的用于萃取器和閃蒸容器的水平控制儀器以使得浪涌容器接近容器序列的中間。
15.權(quán)利要求14的工藝，其中所述水平控制儀器包含閥。
16.權(quán)利要求14的工藝，其中所述水平控制儀器包含液力渦輪。
17.權(quán)利要求14的工藝，其中在浪涌容器的容器上游的水平控制儀器作為下游控制器，在浪涌容器的容器下游的水平控制儀器作為上游控制器。
18.權(quán)利要求1的工藝，其中在閃蒸容器中包括充足體積的濃溶劑以使得溶劑中污染物的臨時累積達到令所得塔頂餾出產(chǎn)物中最大污染濃度降低的程度。
19.權(quán)利要求18的工藝，其中添加額外的溶劑體積以增加累積污染物的能力。
20.權(quán)利要求18的工藝，其中所述外部溶劑包含由于其選擇性的把污染物保留在溶劑中的能力而被擇的溶劑。
21.權(quán)利要求18的工藝，其中所述外部溶劑包含亞磺醇、聚乙二醇二甲醚、胺化合物、二醇化合物或嗎啉化合物。
22.權(quán)利要求18的工藝，其中所述污染物包含二氧化碳、硫化氫、硫醇、氧、水或一氧化碳。
23.權(quán)利要求18的工藝，其中增加閃蒸容器的運行壓力以減少污染物的蒸發(fā)。
24.權(quán)利要求1的工藝，另外包括純化步驟以進一步純化塔頂餾出來被吸收組分氣體、經(jīng)閃蒸的塔頂物流、或者這二者。
25.權(quán)利要求24的工藝，其中在純化步驟中使用了吸收器/再生系統(tǒng)，其應用了循環(huán)溶劑。
26.權(quán)利要求24的工藝，其中在純化步驟中使用了吸附、膜、焚燒或別的工藝。
27.權(quán)利要求14的工藝，其中最后的閃蒸容器的壓力低于大氣壓。
28.權(quán)利要求1的工藝，其中至少一個減壓階段在低于大氣壓下進行。
29.一種用于分離多組分氣流的組分的工藝，該工藝包括使多組分氣流與貧溶劑在萃取器中接觸以得到富集了至少一種未被吸收組分氣體的塔頂物流和富集了至少一種被吸收的組分氣體的濃溶劑底部產(chǎn)物流；在至少一個減壓階段閃蒸濃溶劑底部產(chǎn)物流以再生貧溶劑并產(chǎn)生富集了至少一種被吸收的組分氣體的塔頂物流，其中減壓階段包含兩個或更多的閃蒸容器，其中至少一個是浪涌容器，并且排列在其中的用于萃取器和閃蒸容器的水平控制儀器以使得浪涌容器接近容器序列的中間；把再生的貧溶劑循環(huán)到萃取器中。
30.權(quán)利要求29的工藝，其中貧溶劑是內(nèi)部溶劑或外部溶劑。
31.權(quán)利要求29的工藝，其中在閃蒸容器中包括充足體積的濃溶劑以使得溶劑中污染物的臨時累積達到令所得塔頂餾出產(chǎn)物中最大污染濃度降低的程度。
32.權(quán)利要求31的工藝，其中添加額外的溶劑體積以增加容納污染物的能力。
33.權(quán)利要求29的工藝，另外包括純化步驟以進一步純化塔頂餾出未被吸收組分氣體、經(jīng)閃蒸的塔頂物流、或者這二者。
34.權(quán)利要求33的工藝，其中在純化步驟中使用了吸收器/再生系統(tǒng)，其應用了循環(huán)溶劑。
全文摘要
公開了一種用于分離多組分氣流的組分的工藝。使多組分氣流與溶劑在萃取器中接觸以得到富集了未被吸收組分的塔頂物流和富集了被吸收組分的濃溶劑底部產(chǎn)物流。然后在減壓下閃蒸濃溶劑底部產(chǎn)物流以再生貧溶劑并作為塔頂物流回收被吸收的組分。再生的溶劑被循環(huán)到萃取器中。一部分循環(huán)溶劑包含添加到系統(tǒng)的外部溶劑。第二部分循環(huán)溶劑包括投料氣中所包含的內(nèi)部溶劑。
文檔編號F25J3/02GK101057118SQ200580028666
公開日2007年10月17日 申請日期2005年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月24日
發(fā)明者T·K·加斯金 申請人:先進提取技術(shù)有限公司