[发明专利]用于分离较宽变化的甲烷和氮的系统和方法

说明书

公开了用于从具有较宽变化的氮气和甲烷含量的天然气进料流股中除去氮和生产高压甲烷产物流股的系统和方法。可选的附加系统可以引入所述氮气和甲烷分离中从而生成NGL销售流股，以降低所述氮气排放流股中过量的烃或回收氦气。本发明的所述系统和方法特别适合用于过量50MMSCFD和最高达300MMSCFD和含有最高达100ppm的二氧化碳的进料流股。根据本发明的所述系统和方法，降低了对于压缩所述甲烷产物流股以产生适合销售的合适的高压流股的典型功率需求。

技术领域

本发明涉及从天然气流股中的甲烷和其他组分中分离氮的系统和方法。本发明还涉及用于将天然气液体(natural gas liquid)(NGL)提取与除氮结合的系统和方法。本发明还涉及用于从氮气排放流股(nitrogen vent stream)中除去过量的烃并可选地回收氦气的系统和方法。本发明的所述系统和方法特别适用于取决于所述进料流股中氮的浓度，回收和处理通常超过50MMSCFD至最高达300MMSCFD的进料流股。

背景技术

氮污染是从地下储层生产天然气中经常遇到的问题。所述氮气可能是天然存在的，或可能注入储层作为增强回收操作的一部分。运输管道通常不接受含有超过4摩尔百分比的惰性气体如氮气的天然气。因此，所述天然气进料流股通常要进行加工处理以除去这种惰性气体，才能进行所述经过处理的天然气的销售和运输。

从天然气中去除氮气的一种方法是通过脱氮装置(Nitrogen Rejection unit)或NRU加工处理含有氮气和甲烷的流股。所述NRU可以如美国专利号4,451,275和4,609,390中的描述由两个低温分馏塔(cryogenic fractionating column)组成。这些双塔系统具有在氮气排放流股(nitrogen vent stream)中获得高氮气纯度的优点，但需要更高的资本支出用于包括所述第二塔在内的附加工厂设备，并且可能需要用于所述获得的甲烷流股的制冷马力和压缩马力的更高运行支出。

所述NRU也可以由单一的分馏塔组成，如美国专利No.5,141,544、5,257,505和5,375,422中所述。这些单塔系统具有减少设备资本支出的优点，包括消除了所述第二塔，并减少了操作支出，因为不需要外部制冷设备。除了资本和运营支出之外，许多以前的NRU系统具有与加工处理含有高浓度二氧化碳的NRU进料流股相关的限制。脱氮过程(Nitrogen rejection process)涉及低温，这可能导致二氧化碳在所述过程的某些节点中冷冻，导致过程流动(process flow)阻塞和过程中断。通常通过常规方法将二氧化碳从所述NRU进料流股中去除至最大约35份每百万份(ppm)的二氧化碳，才能避免这些问题。