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CN1085645C - 包括两个补充溶剂再生步骤的气体脱水和脱气油的方法 - Google Patents

包括两个补充溶剂再生步骤的气体脱水和脱气油的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及含甲烷、至少一种高于甲烷的烃和水的气体的处理方法，以从中除去水并提取该高于甲烷的烃，该法包括a)-h)个操作步骤，具体操作见说明书。这种方法与先有技术相比具有很大的优点，在投资以及设备尺寸和重量方面的效益显著，这在海洋中生产烃的情况下可能是特别有利的。另外，采用与待处理气体接触分离水与溶剂能够避免通过蒸馏进行分离。

Description

包括两个补充溶剂再生步骤的气体脱水和脱气油的方法
本发明涉及一种含有甲烷、至少一种高于甲烷的烃和水的气体的处理方法，其目的是除去其中的水和/或提取其中一种或多种高于甲烷的烃。
本发明的方法能够有利地进行天然气的处理操作：在已纳入的和优化的方法中，可将天然气中含有的至少一部分可凝结的烃脱水和分离。
石油产品，特别是天然气以及含有诸如炼油厂气体之类的烃的其他气体都含有对运输和/或操作这些产品或气体来说不希望的产物。
在这些产品中。其中一种待除去的主要组分是水，水表现出是一种水合物的促进剂，还有利于腐蚀作用，特别是当石油产品含有如H2S和/或CO2之类的酸性化合物时更是如此。这些水合物可能引起运输管道的堵塞，天然气中含有的酸性气体的腐蚀作用造成位于下游的天然气处理与分配管道和设备的损坏。
这两种现象具有造成极其严重损失的结果，可能导致停止烃的生产。
这种气体的处理还可以包括一个提取高于甲烷的烃的步骤，例如一种天然气的液体馏分(LGN)，该馏分定义为包括GPL馏分和汽油馏分(C5+)的馏分。这个步骤的作用或者是调节烃的露点，以避免气体运输过程中一种烃馏分的凝结，或者回收一种馏分LGN；比已处理气体更增值。
为了保证天然气体的处理，在现有技术中描述过几种不同的方法。
在法国专利FR-B-2605241中，已经描述了一种处理方法，该方法称之一种冷却物理溶剂，能够实旋整个天然气处理操作：仅仅进行脱水或与提取高于甲烷的烃配合进行脱水和/或如果天然气含有酸性化合物的话，这种气体的去酸化作用。
在法国专利FR-B-2636857中，表明当该方法包括一个分离高于甲烷的烃(LGN)的步骤时，使用来自于天然气脱水作用的水，实施液体烃的洗涤步骤可以改善这种溶剂的回收。
例如J.Larue.A.Minkkinen和S.Patel于1992年3月在CalifornieAnaheim(USA)的第71届“GPA”大会上发表的“IFPEXOL forEnvironmentally Sound Gas Processing”出版物中讨论了这样一种方法的应用。
S.Patel，A.Minkkinen，J.Larue和J.F.Levier于1995年11月在Cannes(France)的IGCR 95会上发表的出版物“Integrated Natural GasTreatment：Gained Industrial Experience with IFPEXOL Process”具体描述了用水洗涤液体烃相的方式，以便回收至少部分该烃含有的溶剂。
图1说明了如在现有技术中所描述的这种方法，这里待处理气体含有甲烷、水、至少一种可凝结的烃，和或许一些酸性化合物。那么，这种方法描述如下。
天然气由管路1送来。让一部分或全部这种气体在由填料构成的接触段G1中与一种来自于管路2的溶剂与水的混合物进行接触。
所使用的溶剂可以选自于甲醇、乙醇、丙醇、甲基丙基醚、乙基丙基醚、二丙基醚、甲基叔丁基醚、二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷和甲氧基乙醇。优选使用的溶剂是甲醇。
由管路3在顶部抽出负载了溶剂的气相。在底部，由管路4排出基本除去溶剂的含水相。
值得指出的是，根据待处理气体的组成和所要求的性能，可在通过接触段G1之前取一部分气体，并且让这部分气体不经过这个接触段，能够优化这种处理方法。这种选择在图1上用虚线表示，允许一部分待处理的气体经管路18与由管路3从接触段抽出的气体直接混合。不通过接触段的这部分气体可以是例如待处理气体量的0-50％。
含有水和溶剂的顶部气相往往是接近于饱和。在交换器E1中制冷流体冷却这种气相，以便导致一种含有溶剂和一种液体烃相的含水相凝结。曾表明，在接触段出口气相所带走的溶剂可以满足避免与冷却段相关的生成水合物问题的需要。由管路5给该方法提供补充，以便在已处理的气体中、在液体烃馏分(LGN)中和或许在由管路19排出的水中补偿溶剂损失。通过这条管路19，可以确定排泄流以保持整个回路中溶剂和水的量恒定不变。
如此得到的气相和液相混合物由管路6从交换器E1排出。这气相和液相两相在罐B1中进行分离。
已脱水处理的气体由管路7从这个罐中抽出。在B1底部倾析分离出凝结得到的两中液相。
主要由水和溶剂构成的含水相由管路8从罐B1抽出。一台泵能够碱所述的含水相经管路9再注入管路2，然后注入接触段G1。
基本上由天然气可凝结烃(C3+)(或许含有已溶解的乙烷和甲烷)和溶剂组成的烃相可以由管路10抽到稳定回路和洗涤回路。在该方法的这个阶段，可以在从接触段G1出来的气体与由管路10抽出的烃相之间进行热交换，但是在图1上未表示出来。泵P2能够通过管路11将这种液体烃相差到稳定柱S1中。这种操作的目的是使所述的液体烃相与挥发性最强的这些组分(C1和C2)分离，这些组分可由管路12从这种方法中抽出。含有分子量高于C2组分的这种烃相由管路13送到水洗涤段G2，除去其中含有的溶剂。
由管路4从接触段G1抽出的、除去至少部分溶剂的这种含水相再由泵P3抽出。由管路14将一部分这种含水相以控制流量送到接触段G2。另外一部分含水相由管路19抽走。
在这个接触段G2，由管路14送到的含水相能够保证烃相的洗涤。在从这个步骤出来的含水相中，可至少部分回收其对水的亲合力比烃相更大的溶剂。
已除去大部分在接触段进口G2含有的溶剂的液体烃相，可由管路15抽出。
含有溶剂的含水相由管路16从接触段G2抽出。再由泵P4抽出这个相，注入到接触段G1。根据其溶剂浓度，由管路17将这个相注入到接触段G1，或者注入到管路2，以便与由管路9送到的罐B1的含水相混合。
这种方法与需要技术相比具有很大的优点。能够获得有意义的在投资以及设备尺寸和重量方面的效益，这在海洋中生产烃的情况下可能是特别有利的。另外，采用与待处理气体接触分离水与溶剂能够避免通过蒸馏进行于分离。
然而，根据本发明的方法操作，有可能获得与气体处理相关的在投资、设备尺寸和重量以及操作费用方面的附加效益。
本发明的方法和设备有利地用于诸如含有水和至少一种高于甲烷的烃的天然气的气体脱水，以及用于达到可凝结烃的至少部分分离。
一般地，本发明方法可以确定为包括如下步骤
a)将待处理气体分成两种物流(1)和(2)。在物流(2)中的气体部分可以为25-95％待处理气体；这部分优选地为30-50％该气体总量。
b)让至少是物流(2)与一种同时含有水和一种溶剂的循环液相进行接触，所述溶剂一般是由一种除水之外的非烃有机化合物组成，在正常情况下这种有机化合物是液体，至少部分与水混溶，在低于水的蒸馏温度的温度下是可蒸馏的。在这个步骤中，这种溶剂部分通过这种气体。从这个接触段出来后，与循环液相相比，得到一种贫溶剂的含水液相，和一种负载溶剂的气相；
c)将贫溶剂的含水相与负载溶剂的气相分离；
d)在一个接触段中，让贫溶剂的含水相与无溶剂的待处理气体的物流
(1)进行接触，由这种气体从贫溶剂的含水相提取残留的溶剂，富溶剂的气相和一种再生的含水液相从这个步骤出来；
e)从步骤(d)出来的富溶剂气相，或者与从步骤(b)出来的负载溶剂的气相，或者与在步骤(b)上游无溶剂的气体物流(2)进行混合
f)使混合后的气相冷却，以便使该气相部分冷凝成含有部分溶剂的一种含水相和一种烃相，得到除去其含有的至少部分水和高于甲烷的烃的已处理气体；
g)采用倾析法分离来自于步骤(f)的含水相与烃相；和
h)将富溶剂的含水相循环到该方法的步骤(b)。
在本发明的一个实施方案中，在步骤(b)循环的富溶剂含水相含有50-95％(重量)溶剂。
在本发明的另一个实施方案中，在步骤(f)出来的气相温度是-15℃至-80℃，从步骤(f)出来所得到的气体除去了在该方法进口气体含有的大部分丙烷。
如果这个是必要的话，可以使这种烃的液相稳定和/或从其含有的溶剂中除去这种烃的液相。为了做这一点，将液体烃相送到一个稳定塔中。在稳定步骤过程中，将烃液相挥发性最强的化合物(C1+C2)抽到该方法之外。以后，将含有高于C2化合物的烃相与无溶剂的含水相进行接触，这种含水相可以是来自于步骤(d)的全部或部分的水。在这种接触之后，这种接触可以在例如静态混合器中进行，无溶剂的烃相与负载溶剂的含水相进行分离。抽出这种烃相。将负载溶剂的含水相循环到步骤(b)和/或步骤(d)。
通过参看附图，阅读在天然气处理的非限制性应用范围内以实施例给出的说明，将更好地体现本发明的优点和特征。
图2和3说明本发明的方法，即一种如现有技术中所描述的方法的改进方法，通过在该设备中位于接触段G1上游加进一个混合器和一个分离器，该方法能够减少接触段G1的截面和/或高度，该方法还能够在负载溶剂的含水溶液与全部或部分待处理气体之间进行第一次交换。
图2说明本发明方法的运行情况。
由管路8从分离罐B1排出来的负载溶剂的含水相由泵P1送到管路9，直到混合器M21，该混合器还与由管路18输送的分路气体相连。在混合步骤过程中，这种气体负载溶剂。含水相与气相这两相在分离器罐B21中进行分离。
将由管路21从罐B21中排出来的负载溶剂的气体与从接触段G1出来的气体进行混合，然后由管路3送到交换器E1。
从罐B21出来的含水相被除去了罐B1排出时含水相含有的一部分溶剂。由管路22将其含水相注入接触段G1顶部。由管路22循环的含水相中的溶剂浓度最好低于在管路9中循环溶液中的溶剂浓度。由于这个浓度低，所以接触段G1的截面和高度都要显著地低于如现有技术所描述的方法中必需的截面和高度。如果这个方法包含一个高于甲烷的烃的洗涤步骤，由管路17从洗涤排出的含水相或许可以注入接触段G1，或与管路22中的含水相混合。将根据溶剂含量选择含水相的注入点。
在段G1，由于在接触段过程中最少量溶剂从含水相转移到气相，所以这种接触所使用的设备尺寸大大减小。
下面根据图3描述本发明方法的另外一种实施方式。
根据这种实施方式，将来自于管路3和18的全部生成的气体送到混合器M22。在混合器M22中，让全部生成的气体与来自于罐B1的，并由管路9循环的负载溶剂的含水溶液混合。由管路23从分离罐B22排出来的气体直接送到交换器E1，而由管路24从罐B22排出来的含水相注入接触段G1。正如前面所描述的，如果该方法包含一个高于甲烷的烃的洗涤步骤，由管路17从洗涤排出来的含水相或许可以注入接触段G1，或与管路24中的含水相混合。
在本发明方法中起作用的溶剂可选自于：甲醇、乙醇、丙醇、甲基丙基醚、乙基丙基醚、二丙基醚、甲基叔丁基醚、二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷和甲氧基乙醇。在往使用甲醇。
下述实施例1说明现有技术的方法，实施例2和3说明本发明方法的两个特定的实施方式。
实施例1
在这个实施例中，根据图1所表示的现有技术进行。一种天然气是现场生产的，压力为6MPa，稳定为50℃；它组成列于表1，并且被水饱和(该方法进口水含量为约6000ppm摩尔)。气流量是108吨/小时，这相应于生产率为3.0MNm3/天。表1
组成 ％(重量)
N2CO2甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷 1.63.470.411.66.93.71.4
C6+ 1.0
该应用所使用的溶剂是甲醇。
将生成气体的一半(50％)由管路1注入接触段G1，另外一半(50％)由管路18送到该接触器顶部。该接触器G1装有一种结构化填料。循环甲醇的含水溶液在温度-25℃下由管路2在接触器顶部注入。接触段结束后，由管路4从接触器放出一种贫溶剂的含水溶液。这种溶液含有160ppm(质量)甲醇。其流量是245公斤/小时；它大致相应于在108吨/小时待处理气体开始含有的水量。
这种含有甲醇的气体由管路3送到交换器E1。由管路5补充补充40公斤/小时甲醇。在交换器E1之后，其温度是-25℃。罐B1能够分离：
-99500公斤/小时已处理气体流，残留水含量为14ppm(摩尔)，即10.5公斤/Mnm3；
-616公斤/小时负载甲醇的水流，该流循环到接触段G1；和
-8400公斤/小时凝结烃相(LGN)流，该流或许被稳定，然后洗涤，以便在增值之前除去它所含有的溶剂。
实施例2
在这个实施例中，在实施例1描述的压力、温度、流量和组成的条件下，现场生产的天然气可根据图2所描述的本发明方法进行处理。在这个实施例中，所使用的溶剂还是甲醇。
在这个实施例中，从管路18出来的分路气体在混合器M21中与由管路8从分离罐排出负载溶剂的含水相进行接触。在这个混合步骤过程中，其气体负载了溶剂。
含水相与气相两相在分离罐B21中被分离。
由管路从罐B21排出来负载溶剂的气体与从接触段G1出来的气体混合，然后由管路3送到交换器E1。
从罐B21出来的含水相除去了一部分从罐B1出来时含水相含有的溶剂。由管路22将这种含水相注入接触段G1的顶部。
根据在混合器M21中这种气体与富溶剂溶液之间第一次接触，与管路9中循环的溶液相比，该含水溶液的溶剂浓度除以因素2.5。
另外，用缩小的接触柱G1获得的所有情况和性能与实旋例1描述的一样或相同。事实上，用44％待处理气体与部分贫溶剂的含水溶液接触使得这种溶液脱水。
当分路气体为56％，由管路4从接触器排出来的水中甲醇浓度，如实施例1一样为160ppm(质量)。
相对于上述实施例来说。使用直径缩小6％的柱。可达到这种溶液脱水。与这种直径减小相关的钢的重量按照这种缩小比例而改变。
必要的填料体积也因此减少12％；相反地，填料高度与实施例1是相同的。
实施例3
在这个实施例中，在实施例1描述的压力、温度、流量和组成的条件下，现场生产的天然气可根据图3所描述的本发明方法进行处理。在这个实施例中，所使用的溶剂还是甲醇。
根据这个实施例，由管路1将一部分待处理气体送到接触段G1。如前面一样，由管路3从G1排出接触后的负载溶剂的气体。这种气体可在管路18中与无溶剂的分路气体混合。将全部气体与循环的负载溶剂的含水溶液在混合器M22中进行混合。这种混合物被送到分离罐B22中。
从分离器罐B22排出两相：
-含有溶剂的气体，由管路23将这种气体送到热交换器E1；
-溶剂部分贫化的含水溶液，由管路24将这种溶液送到接触段G1。
根据在混合器M22中这种气体与富溶剂溶液之间第一次接触，与管路9中循环的溶液相比，该含水溶液的溶剂浓度除以因素3.5。
另外，用缩小的接触柱G1获得的所有情况和性能与实施例1描述的一样或相同。事实上，用31％待处理气体与部分贫溶剂的含水溶液接触使得这种溶液脱水。
当分路气体为69％，由管路4从接触器排出来的水中甲醇浓度，如实施例1一样为160ppm(质量)。
相对于实施例1来说，使用直径缩小21％的柱，可达到这种溶液脱水。与这种直径减小相关的钢的重量按照这种缩小比例而改变。
必要的填料体积也因此减少38％；相反地，填料高度与实施例1是相同的。
根据现有技术的实施例1与根据本发明的实施例2和3比较证明，本发明的混合能够大大降低接触段的截面，正因为如此能够大大降低这种设备的外形尺寸和重量，以及气体处理操作时必要的填料体积。
由于操作时必要的接触器截面与填料体积两者同时降低，所以本发明方法的优点是投资成本比现有技术中所描述方法的低。

Claims (16)

1、一种含有甲烷、水和至少一种高于甲烷的烃的气体的处理方法，所述方法在于除去至少部分这种气体中的水和高于甲烷的烃，该方法的特征在于它包括下述步骤：
a)将待处理气体分成两种物流(1)和(2)，其中在物流(2)中的气体分数高于物流(1)中的分数；
b)让至少是所述气体的所述物流(2)与一种同时含有水和一种溶剂的循环液相进行接触，所述溶剂是由一种除水之外的非烃有机化合物组成，在正常情况下这种有机化合物是液体，至少部分与水混溶，在低于水的蒸馏温度的温度下是可蒸馏的，以便与所述的循环液相比较，可得到一种贫溶剂的含水液相，和一种负载溶剂的气相；
c)将贫溶剂的含水相与负载溶剂的气相分离；
d)在一个接触段中，让所述的贫溶剂的含水相与所述的无溶剂的待处理气体的物流(1)进行接触，由所述这种待处理气体从所述贫溶剂的含水相提取这种溶剂，一种富溶剂的气相和一种再生的含水液相从这个步骤出来；
e)从步骤(d)出来的所述的富溶剂气相，或者与从步(b)出来的负载溶剂的气相，或者与步骤(a)无溶剂的气体物流(2)进行混合；
f)使混合后的所述气相冷却，以便使所述气相部分冷凝成含有部分溶剂的含水相和烃相，得到除去其含有的至少部分水和高于甲烷的烃的已处理气体；
g)采用倾析法分离来自于步骤(f)的所述含水相与烃相；和
h)将所述富溶剂的含水相循环到步骤(b)。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(a)中，在物流(2)中的气体部分可以为25-95％待处理的气体。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于从步骤(d)出来的富溶剂气相与从该方法步骤(b)出来的富溶剂气相进行混合。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在接触步骤(c)之后，全部待处理气体在步骤(b)过程中与循环的富溶剂含水相进行接触。
5、根据权利要求1、2或4中任一权利要求所述的方法，其特征在于在接触步骤(b)和(d)之后，给这种气相补充溶剂，以便避免出现与冷却步骤(f)相关的水合物生成问题，以及补偿已处理气体中溶剂的损失。
6、根据权利要求1、2或4中任一权利要求所述的方法，其特征在于这种溶剂选自于甲醇、乙醇、丙醇、甲基丙基醚、乙基丙基醚、二丙基醚、甲基叔丁基醚、二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷和甲氧基乙醇。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于这种溶剂是甲醇。
8、根据权利要求1、2、4或7中任一权利要求所述的方法，其特征在于在步骤(b)循环的富溶剂含水相含有50-95％(重量)溶剂。
9、根据权利要求1、2、4或7中任一权利要求所述的方法，其特征在于从步骤(f)出来的气相温度是-15℃至-80℃，从步骤(f)出来所得到的气体除去了在该方法进口气体含有的大部分丙烷。
10、根据权利要求1、2、4或7中任一权利要求所述的方法，其特征在于通过步骤(d)接触段的气体分数是25-95％待出来气体。
11、根据权利要求1、2、4或7中任一权利要求所述的方法，其特征在于通过步骤(d)接触段的气体分数是30-50％待出来气体。
12、根据权利要求1、2、4或7中任一权利要求所述的方法，其特征在于让来自于步骤(g)的烃液相经过稳定步骤，以便从中除去挥发性的化合物。
13、根据权利要求1、2、4或7中任一权利要求所述的方法，其特征在于让来自于步骤(g)的烃液相经过洗涤步骤，以便从中回收该溶剂。
14、根据权利要求13所述的方法，其特征在于用来自于步骤(d)的再生含水相洗涤所述烃液相，用这种含水相确定排泄流，以便基本保持整个循环回路中的溶剂和水的量恒定不变。
15、根据权利要求13所述的方法，其特征在于采用澄清槽混合器实施液体烃相的洗涤步骤。
16、根据权利要求13所述的方法，其特征在于采用柱中接触方法实施液体烃相的洗涤步骤。
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