[发明专利]采用表面处理手段分离烃类与污染物的方法和设备

说明书

相关申请的相互引用

本申请要求2013年12月6日提交的美国临时专利申请号为 61/912,987、名称为采用表面处理手段分离烃类与污染物的方法和设备 的优先权权益,其整体引入本申请作为参考。

本申请与以下美国临时专利申请相关，但不要求优先权：2013年 12月6日提交的申请号61/912,957名称为采用喷射组合体分离烃类与 污染物的方法和设备；2014年9月2日提交的申请号62/044,770名称 为采用喷射组合体分离烃类与污染物的方法和设备；2013年12月6日 提交的申请号为61/912,959名称为在蒸馏塔中维持液体料位的方法和 系统；2013年12月6日提交的申请号为61/912,964名称为使用辐射检 测器分离进料物流的方法和设备；2013年12月6日提交的申请号为 61/912,970名称为将在蒸馏塔中加工的进料物流脱水的方法和系统； 2013年12月6日提交的申请号为61/912,975名称为采用进料物流分布 设施分离进料物流的方法和系统；2013年12月6日提交的申请号为 61/912,978名称为防止蒸馏塔中固体累积的方法和系统；2013年12月 6日提交的申请号为61/912,983名称为通过改进蒸馏塔中液体料位而 脱除固体的方法；2013年12月6日提交的申请号为61/912,984名称为 在启动操作期间改进液体料位的方法和系统；2013年12月6日提交的 申请号为61/912,986名称为采用加热设施分离烃类和污染物以去稳定 和/或防止固体粘附的方法和设备。

背景

技术领域

本说明书总体上涉及流体分离领域。更具体地说,该说明书涉及从 烃深冷分离诸如酸性气体之类的污染物。

背景技术

本节意图是引入与本说明书有关的各方面本领域技术。本论述旨在 提供框架以促使更好理解本说明书的具体方面。因此，很清楚本部分应 该就此而论来理解，而非必须作为现有技术引入。

来自储层的诸如甲烷以及乙烷之类的天然气烃产品的生产时常携 带偶然产生的非烃类气体。上述气体包括污染物，比如二氧化碳("CO₂")、 硫化氢("H₂S")、硫化羰、二硫化碳以及各种硫醇至少之一。当由储层产 生的进料物流包括这些混合有烃的污染物时，该物流时常被称为"含硫 气"。

许多天然气储层具有相对低百分比的烃以及比较高百分比的污染 物。污染物可以当稀释剂以及减少烃的热含量。一些污染物、如含硫化 合物、是有毒的以及甚至是致命的。此外，在水存在下,一些污染物可 以变得非常有腐蚀性。

期望从包含烃类物流除去污染物以产生脱硫以及浓缩的烃类。管线 品质天然气的规格一般要求最高2-4％的CO₂以及1/4喱H₂S每 100scf(4ppmv)或者5mg/Nm3的H₂S。诸如天然气液化厂或者脱氮装置 之类的低温过程的规范一般需要低于50ppm的CO₂。

污染物与烃类的分离是困难的以及因此大量工作已经投入开发烃 类/污染物分离方法。这些方法大体分成三类：通过溶剂吸收(物理、化 学和混合)、通过固体吸附、以及蒸馏。

通过蒸馏分离一些混合物可以是相对简单的以及由此广泛用于天 然气工业。然而，天然气烃类，主要是甲烷、以及在天然气中大多数普 通污染物之一的二氧化碳的混合物蒸馏存在极大困难。常规的蒸馏原理 以及常规的蒸馏设备依靠的是在该蒸馏塔各处仅蒸气以及液相存在。如 果需要管输品质或较好品质烃类产物，则通过蒸馏将甲烷与CO₂分离， 所涉及温度和压力条件会导致CO₂凝固。所需温度是寒冷温度，一般称 为深冷温度。

某些低温蒸馏可以克服上述困难。这些低温蒸馏提供合适的手段， 在将烃类与形成固体的污染物分离期间控制固体的生成以及随后融化。 与烃类及污染物的蒸气-液体混合物平衡的固体污染物的形成在受控冷 冻区域部分中发生。

有时固体会粘附于受控冷冻区域部分的内部(例如受控冷冻区域器 壁)而不是落下至受控冷冻区域部分的底部。

该粘附是有害的。该粘附如果不加控制，则会妨碍该受控冷冻区域 正常操作以及妨碍甲烷与该污染物的有效分离。

需要改进的技术以防止固体对受控冷冻区域部分中表面的任何粘 附和/或使该粘附不稳定。