Способ и устройство для удаления кислых веществ из потока природного газа
Формула / Реферат
1. Способ удаления кислых веществ из потока дегидратированного природного газа, в котором
охлаждают поток дегидратированного природного газа с образованием суспензии твердых кислых веществ и углеводородных жидкостей и газового потока, содержащего газообразные кислые вещества;
отделяют газообразный поток, содержащий газообразные кислые вещества, от суспензии и
обрабатывают газовый поток, содержащий газообразные кислые вещества, жидким растворителем, получая поток дегидратированного раскисленного газа и жидкий раствор кислых веществ.
2. Способ по п.1, в котором поток дегидратированного природного газа охлаждают путем его адиабатического расширения.
3. Способ по п.1 или 2, в котором газовый поток, содержащий газообразные кислые вещества, отделяют от суспензии под воздействием силы тяжести или центробежной силы.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором дополнительно удаляют твердые кислые вещества из суспензии.
5. Способ по п.4, в котором твердые кислые вещества удаляют путем нагревания суспензии и расплавления твердых кислых веществ с образованием тем самым жидкости, обогащенной кислыми веществами.
6. Способ по п.5, в котором суспензию нагревают до температуры, которая выше точки плавления твердых кислых веществ.
7. Способ по п.5 или 6, в котором суспензию нагревают путем добавления к ней теплой жидкости.
8. Способ по п.5 или 6, в котором суспензию нагревают путем погружения в нее нагревателя.
9. Способ по любому из пп.1-8, в котором жидкий растворитель включает любой один из таких как метанол, этанол, диметилсульфоксид, ионные жидкости, выбранные из группы, включающей имидазол, четвертичный аммоний, пирролидин, пиридин или тетраалкилфосфоний, или конденсат сжиженного природного газа (СПГ), включающий смесь С2, компонентов сжиженного нефтяного газа, компонентов C3 и С4 и С5+ углеводородов или их комбинацию.
10. Способ по любому из пп.1-9, в котором дополнительно отделяют газообразные кислые вещества от жидкого раствора кислых веществ.
11. Способ по п.10, в котором отделяют газообразные кислые вещества от жидкого раствора десорбцией.
12. Способ по любому из пп.1-11, в котором кислые вещества включают CO2, H2S, меркаптаны, COS, CS2, ароматические углеводороды, ртуть или их смеси.
13. Устройство для удаления кислого вещества из потока дегидратированного природного газа, включающее емкость с зоной образования твердых веществ, связанную по потоку с зоной газовой сольватации, в которой зона образования твердых веществ выполнена с возможностью образования суспензии твердых кислых веществ и углеводородных жидкостей, и газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, а зона газовой сольватации выполнена с возможностью образования жидкого раствора кислых веществ, емкость снабжена входом для ввода потока дегидратированного природного газа в зону образования твердых веществ; средством для связи по потоку, выполненном для направления газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, из зоны образования твердых веществ в зону газовой сольватации; входом для ввода жидкого растворителя в зону газовой сольватации; первым выходом для удаления жидкого раствора кислых веществ из зоны газовой сольватации и вторым выходом для удаления потока дегидратированного раскисленного газового продукта из зоны газовой сольватации.
14. Устройство для удаления кислого вещества из потока дегидратированного природного газа, включающее первую емкость с зоной образования твердых веществ, связанную по потоку со второй емкостью с зоной газовой сольватации, где зона образования твердых веществ выполнена с возможностью образования суспензии твердых кислых веществ и углеводородных жидкостей, газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, а зона газовой сольватации выполнена с возможностью образования жидкого раствора кислых веществ, первая емкость снабжена входом для ввода потока дегидратированного природного газа в зону образования твердых веществ и средством для связи по потоку, выполненным для направления газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, из зоны образования твердых веществ в зону газовой сольватации; вторая емкость снабжена входом для ввода жидкого растворителя в зону газовой сольватации; первым выходом для удаления жидкого раствора кислых веществ из зоны газовой сольватации и вторым выходом для удаления потока дегидратированного раскисленного газового продукта из зоны газовой сольватации.
15. Устройство по п.13 или 14, дополнительно включающее газовый холодильник для охлаждения потока дегидратированного природного газа, поступающего в зону образования твердых веществ.
16. Устройство по п.15, в котором газовый холодильник представяляет собой газовый экспандер для адиабатического расширения подаваемого потока дегидратированного природного газа.
17. Устройство по п.16, в котором газовый экспандер представляет собой вентиль Джоуля-Томсона, дроссель или трубку Вентури, турбоэкспандер или турбоэкспандер, последовательно соединенный с вентилем Джоуля-Томсона.
18. Устройство по п.16 или 17, в котором газовый экспандер выполнен с возможностью ограничения ввода потока дегидратированного природного газа в зону образования твердых веществ.
19. Устройство по любому из пп.13-18, в котором зона образования твердых веществ дополнительно включает зону сбора для образования суспензии твердых кислых веществ и жидкого концентрата.
20. Устройство по п.19, дополнительно включающее нагреватель, расположенный в зоне сбора, для нагревания суспензии и расплавления твердых кислых веществ.
21. Устройство по п.20, в котором нагреватель представляет собой погружной нагреватель или теплообменник.
22. Устройство по п.19, в котором зона сбора выполнена с возможностью доступа теплой жидкости в суспензию для нагревания суспензии и расплавления твердых кислых веществ.
23. Устройство по любому из пп.19-22, дополнительно снабженное выходом для удаления жидких кислых веществ из зоны сбора.
24. Устройство по любому из пп.19-23, дополнительно снабженное выходом для удаления жидкого углеводорода из зоны сбора.
25. Устройство по п.24, в котором выход для удаления жидкого углеводорода расположен над выходом для удаления жидких кислых веществ.
26. Устройство по любому из пп.13-25, в котором средство связи по потоку выполнено с возможностью предотвращения возвращения жидкой фазы из зоны газовой сольватации в зону образования твердых веществ.
27. Устройство по п.26, в котором средство связи по потоку представляет собой тарелку с патрубком для прохода газа или вентиль одностороннего действия.
28. Устройство по любому из пп.13-27, дополнительно включающее средство для приведения в контакт жидкости и газа, расположенное в зоне газовой сольватации.
29. Устройство по п.28, в котором средство для приведения в контакт жидкости и газа выполнено в виде тарелок или неупорядоченной насадки или структурированной насадки.
30. Устройство по п.28 или 29, в котором вход для ввода жидкого растворителя в зону газовой сольватации расположен над средством для приведения в контакт жидкости и газа.
31. Устройство по любому из пп.13-30, в котором вход выполнен в виде множества распылительных сопел или распределителя жидкости.
32. Устройство по любому из пп.13-31, в котором первый выход для удаления жидкого раствора кислых веществ из зоны газовой сольватации связан по потоку с десорбером для удаления кислых вешеств из жидкого раствора и извлечения жидкого растворителя.
33. Устройство по п.32, дополнительно включающее средство для рециркуляции извлеченного жидкого растворителя к входу для ввода жидкого растворителя в зону газовой сольватации.
34. Способ извлечения жидкого диоксида углерода из потока дегидратированного природного газа, в котором
охлаждают поток дегидратированного природного газа с образованием суспензии твердых частиц диоксида углерода и углеводородных жидкостей и газового потока, содержащего газообразный диоксид углерода;
отделяют газовый поток, содержащий газообразный диокёшф углерода, от суспензии;
обрабатывают газовый поток, содержащий газообразный диоксид углерода, жидким растворителем с получением жидкого раствора диоксида углерода и
нагревают суспензию и расплавляют твердые частицы диоксида углерода с образованием жидкого диоксида углерода.
Текст
012227 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу и устройству для удаления кислых веществ из потока природного газа. В частности, настоящее изобретение относится к способу удаления кислых веществ в жидкой фазе из потока дегидратированного природного газа. Настоящее изобретение также относится к способу извлечения жидкого диоксида углерода из потока природного газа. Технический уровень настоящего изобретения Природный газ из производственных резервуаров или из хранилищ обычно содержит воду, а также другие вещества, которые образуют твердые вещества в условиях низких температур, при которых проводятся некоторые операции способа. Образование твердых веществ в трубопроводах, на поверхности теплообменников и/или емкостей для сжижения и хранения является нежелательным, так как накопление таких твердых веществ в конце концов приводит к уменьшенной эффективности работы установок и хранилищ, к повреждениям и к увеличению времени простоя оборудования для его обслуживания и ремонта. Кроме того, некоторые вещества, в частности диоксид углерода (CO2), сероводород (H2S), меркаптаны и ртуть, которые также здесь называются кислыми веществами, увеличивают коррозию внутри газопроводов. Кроме того, в некоторых юрисдикциях может быть необходимо подчиняться законодательным или коммерческим требованиям в отношении минимальных концентраций кислых веществ в потоке продуктов из природного газа. Были разработаны несколько методов сорбции для дегидратации исходного подаваемого газа из устья скважины или из резервуара для хранения, и последующей обработки потока дегратированного газа для удаления или уменьшения содержания в нем кислых веществ. Наиболее широко применяемые методы базируются на использовании различных типов молекулярных сит и на системах физической и химической абсорбции. Обычно признается, что эти методы, хотя они и эффективны, являются сложными и дорогими для их проведения, особенно в отношении установок с большим объемом производства продукта, и часто встречаются проблемы при использовании этих методов. В самое последнее время стали уделять значительное внимание методам отделения воды или кислых веществ от потока природного газа посредством намеренного отверждения воды как гидратов, и/или кислых веществ как замораживаемых твердых веществ. Свойство диоксида углерода образовывать твердые вещества и его низкая растворимость в паровой фазе при низких температурах является основой для процесса разделения, описанного в патенте США 5819555. Охлажденный исходный подаваемый поток природного газа поступает в разделительную емкость, в которой предусмотрены средства для проведения процесса получения и отделения твердого диоксида углерода. Диоксид углерода удаляется из емкости как поток жидкости, обогащенный диоксидом углерода, а очищенные холодные пары удаляются из разделительной емкости как поток продукта. Международная публикацияWO 03/062725 описывает способ удаления замораживаемых веществ, таких как диоксид углерода, вода и тяжелые углеводороды, из исходного подаваемого потока природного газа во время сжижения для получения жидкого природного газа (ЖПГ). Замораживаемые вещества удаляются в виде суспензии замораживаемых веществ в ЖПГ. Процесс, описанный в международной публикацииWO 2004/070297, представляется как усовершенствование способа и устройства, рассмотренного в международной публикацииWO 03/062725. Исходный поток природного газа охлаждается в первой емкости до первой рабочей температуры, при которой образуются гидраты, и полученный поток дегидратированного газа затем охлаждается во второй емкости до второй рабочей температуры, при которой образуются твердые кислые вещества или при которой кислые вещества растворяются в жидкости. Поток дегидратированного раскисленного газа удаляется из второй емкости. На практике способ, описанный в WO 2004/070297, включает распыляющее охлаждение дегидратированного газа во второй емкости сильно охлажденной жидкостью, включающей конденсат дегидратированного газа, содержащий кислые вещества и полученный в первой емкости, для проведения усиленного охлаждения во второй емкости. Однако нежелательный побочный эффект использования указанной сильно охлажденной жидкости состоит в том, что более тяжелые углеводороды, содержащиеся в жидкости, удаляются вместе с кислыми веществами, что делает достижение извлечения углеводородов трудным или дорогим. Настоящее изобретение направлено на преодоление по меньшей мере некоторых из вышеупомянутых недостатков. Следует понять, что хотя здесь и используются ссылки на известный уровень техники и на публикации, эти ссылки не являются допущением, что любая из них является частью общеизвестных знаний в этой области техники в Австралии или в любой другой стране. Сущность изобретения Было показано, что поток дегидратированного природного газа может быть раскислен отверждением кислых веществ, содержащихся в нем. Однако при любой фиксированной температуре твердые кислые вещества имеют характерное для них фиксированное давление паров, и таким образом кислые веще-1 012227 ства будут также присутствовать и в паровой фазе. Настоящее изобретение основано на реализации того,что возможно последовательно и избирательно отделять твердую, жидкую и газообразную фракции загрязняющих кислых веществ от исходного потока дегидратированного природного газа, тем самым повышая удаление кислых веществ из потока продукта в виде дегратированного природного газа. Таким образом, настоящее изобретение предлагает способ удаления кислых веществ из исходного подаваемого потока дегидратированного природного газа, включающий стадии: а) охлаждения подаваемого потока дегидратированного природного газа и формирования суспензии из твердых кислых веществ и углеводородных жидкостей и газового потока, содержащего газообразные кислые вещества;b) разделения газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, и суспензии;c) обработки газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, жидким растворителем и образования дегидратированного раскисленного газового потока и жидкого раствора кислых веществ. Термин подаваемый поток дегидратированного газа, используемый здесь, относится к потоку природного газа, который подвергся процессу дегидратации. Обычно подаваемый поток дегидратированного газа имеет содержание воды менее 50 ppm и предпочтительно менее 7 ppm. Любой подходящий процесс может быть использован для дегидратации потока природного газа. Типовые примеры подходящих процессов дегидратации, но не только, обработку потока природного газа молекулярными ситами или дегидратацию с использованием гликоля или метанола. Альтернативно, поток природного газа может быть дегидратирован посредством образования метангидратов; например, посредством использования способа дегидратации, как описано в WO 2004/070297. Термин дегидратированный раскисленный газовый поток, используемый здесь, относится к подаваемому потоку дегидратированного газа, из которого были в значительной степени удалены кислые вещества. Обычно кислые вещества включают в себя, но не только, любое одно вещество из смеси или смесь любых двух или больше таких веществ, как CO2, H2S, меркаптаны, COS, CS2, ароматические углеводороды и ртуть. В одном воплощении изобретения стадия охлаждения подаваемого потока дегидратированного природного газа включает адиабатическое расширение потока дегидратированного природного газа. Обычно стадия охлаждения доводится до условий температуры и давления, при которых кислые вещества становятся твердыми и образуются жидкие углеводороды. В другом воплощении изобретения стадия отделения твердых кислых веществ и жидких углеводородов от газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, проводится под воздействием силы тяжести, центробежной силы или другими подходящими методами, известными в этой области техники. В одном воплощении изобретения способ также включает операцию удаления твердых кислых веществ из суспензии. В некоторых воплощениях операция удаления твердых кислых веществ включает нагревание суспензии и расплавление твердых кислых веществ, в результате чего образуется жидкость,обогащенная кислыми веществами. Обычно суспензия нагревается до температуры, которая немного выше точки плавления твердых кислых веществ. В одном воплощении изобретения стадия нагревания суспензии включает добавление теплой жидкости к суспензии. В альтернативном воплощении стадия нагревания суспензии включает погружение нагревателя в суспензию. Жидкость, обогащенная кислыми веществами, затем может быть направлена в другие части установки. В одном воплощении изобретения стадия обработки газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, жидким растворителем включает контактирование газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, с жидким растворителем. Обычно жидким растворителем является такой, в котором более растворимы газообразные кислые вещества при рабочих условиях, чем в потоке природного газа. Подходящие примеры жидких растворителей включают, но не только, СПГ [сжиженные природные газы] конденсат, включающий смесь С 2, компонентов сжиженного нефтяного газа, компонентовC3 и С 4 и С 5+ углеводородов, или другие растворители, включая метанол, этанол, диметилсульфоксид,ионные жидкости, включающие имидазол, четвертичный аммоний, пирролидин, пиридин или тетраалкилфосфоний. В некоторых воплощениях изобретения стадия контактирования газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, с жидким растворителем включает смешивание газового потока и жидкого растворителя. В некоторых воплощениях способ также включает стадию отделения кислых веществ от жидкого раствора кислых веществ. Обычно жидкий раствор кислых веществ подвергается процессу удаления для отделения кислых веществ от жидкого раствора. Во втором аспекте настоящего изобретения предлагается устройство для удаления кислых веществ из потока дегидратированного природного газа, включающий емкость с зоной образования твердых веществ в текучем сообщении с зоной сольватации газа, при этом зона образования твердых веществ имеет конфигурацию, облегчающую образование суспензии твердых кислых веществ и жидких углеводородов, и газового потока, содержащего газообразные кислые-2 012227 вещества, и зона сольватации газа имеет конфигурацию, облегчающую образование жидкого раствора кислых веществ; вход для ввода подаваемого потока дегидратированного природного газа в зону образования твердых веществ; устройство для связи потоков, имеющее конфигурацию для направления газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, из зоны образования твердых веществ в зону газовой сольватации; вход для ввода жидкого растворителя в зону газовой сольватации; первый выход для удаления жидкого раствора кислых веществ из зоны газовой сольватации и второй выход для удаления дегидратированного раскисленного газового потока из зоны газовой сольватации. Термин зона образования твердых веществ, используемый здесь, относится к пространству, ограниченному первой внутренней камерой емкости, сконфигурированной для облегчения образования в ней твердых веществ. Альтернативно, термин зона образования твердых веществ, используемый здесь,относится к внутренней камере первой емкости, сконфигурированной для облегчения образования в ней твердых веществ. Термин зона газовой сольватации, используемый здесь, относится к пространству, ограниченному второй внутренней камерой емкости, сконфигурированной для облегчения образования жидкого раствора кислых веществ. Альтернативно, термин зона газовой сольватации, используемый здесь, относится к внутренней камере второй емкости, сконфигурированной для облегчения образования жидкого раствора кислых веществ. Устройство также включает газовый холодильник для охлаждения подаваемого потока дегидратированного природного газа, поступающего в зону образования твердых веществ. Обычно газовый холодильник включает газовый экспандер для адиабатического расширения подаваемого потока дегидратированного природного газа, такой как, например, вентиль Джоуля-Томсона, дроссель или трубка Вентури, турбоэкспандер, или турбоэкспандер, последовательно соединенный с вентилем Джоуля-Томсона. В некоторых воплощениях газовый экспандер может ограничивать вход для впуска подаваемого потока дегидратированного природного газа в зону образования твердых веществ. Стадия охлаждения подаваемого потока дегидратированного природного газа, поступающего в зону образования твердых веществ, проводится в условиях, облегчающих образование твердых кислых веществ и жидкого конденсата углеводородов. В одном воплощении изобретения зона образования твердых веществ также включает в себя зону сбора, в которой собираются и образуют суспензию твердые кислые вещества и жидкий концентрат. Разделение может проводиться за счет воздействия силы тяжести, центробежной силы и с помощью других подходящих методов, известных в этой области техники. Устройство также включает нагреватель, расположенный в зоне сбора, для нагревания суспензии и расплавления твердых кислых веществ. Обычно суспензия нагревается нагревателем до температуры,которая немного выше точки плавления твердых кислых веществ. Подходящие примеры нагревателя включают, но не только, погружной нагреватель или теплообменник, в частности многотрубчатый теплообменник. В альтернативном воплощении зона сбора обеспечивается входом для теплой жидкости, сконфигурированным для облегчения доступа теплой жидкости в суспензию для ее нагревания и расплавления кислых веществ. Устройство также включает выход, через который из зоны сбора могут удаляться полученные жидкие кислые вещества. В некоторых рабочих условиях плотность жидкого углеводорода меньше плотности жидкого диоксида углерода. Таким образом, в некоторых воплощениях жидкий углеводород будет размещаться под действием силы тяжести поверх жидких кислых веществ, таких как жидкий диоксид углерода. В этих воплощениях устройство также включает выход, через который может удаляться жидкий углеводород из зоны сбора. Обычно в этом конкретном воплощении выход для углеводорода расположен над выходом,через который может удаляться жидкий диоксид углерода из зоны сбора. Устройство имеет конфигурацию, обеспечивающую перемещение потока между зоной образования твердых веществ и зоной газовой сольватации посредством устройства для перемещения потока, при этом устройство для перемещения потока сконфигурировано для предотвращения возврата жидкой фазы из зоны газовой сольватации в зону образования твердых веществ. В некоторых воплощениях устройство для перемещения потока включает тарелку с патрубком для газа или вентиль одностороннего действия. В альтернативном воплощении устройство для перемещения потока расположено с внешней стороны зоны образования твердых веществ и зоны газовой сольватации, при этом один конец устройства для перемещения потока соединен с верхней частью зоны образования твердых веществ, и противоположный конец устройства для перемещения потока соединен с нижней частью зоны газовой сольватации. В этом конкретном воплощении устройство для перемещения потока включает трубопровод. Размещение зоны образования твердых веществ и зоны газовой сольватации в одной емкости экономически эффективно, так как площадь основания устройства меньше и требуется только одна головка,создающая напор. Однако в альтернативных воплощениях может быть более предпочтительно разме-3 012227 щать зону образования твердых веществ в первой емкости и размещать зону газовой сольватации во второй емкости, при этом между ними размещается устройство для перемещения потока. В этих альтернативных воплощениях устройство для перемещения потока размещено с внешней стороны первой и второй емкостей, причем один конец устройства для перемещения потока соединяется для перемещения потока с верхней частью зоны образования твердых веществ первой емкости и противоположный конец устройства для перемещения потока соединяется для перемещения потока с нижней частью зоны газовой сольватации второй емкости. В этом конкретном воплощении устройство для перемещения потока включает трубопровод. В одном воплощении устройство также включает устройство для контакта жидкости с газом, расположенное в зоне газовой сольватации. В одном воплощении устройство для контакта жидкости с газом включает большое число тарелок или неупорядоченную насадку или структурированную насадку, размещенных в зоне газовой сольватации. В одном воплощении вход для ввода жидкого растворителя в зону газовой сольватации расположен над устройством для контакта жидкости с газом. Обычно вход включает большое число распылительных сопел или распределитель жидкости. Распылительные сопла или распределитель максимизирует площадь контакта охлажденного жидкого растворителя с потоком дегидратированного природного газа, содержащего газообразные кислые вещества, и облегчает контакт жидкости с газом. Поэтому в некоторых воплощениях изобретения распылительные сопла также сконфигурированы с включением в них устройства для контакта жидкости с газом. В одном воплощении изобретения первый выход для удаления жидкого раствора кислых веществ из зоны газовой сольватации находится в текучем сообщении с устройством для удаления кислых веществ из жидкого раствора и извлечения жидкого растворителя. Могут быть предусмотрены рециркуляторы для рециркуляции извлеченного жидкого растворителя к входу для повторного ввода извлеченного жидкого растворителя в зону газовой сольватации. Также предусмотрен диспергатор жидкого растворителя для ввода дополнительного количества жидкого растворителя, необходимого для сохранения требуемого общего его количества в линии. Удаленные кислые вещества могут рециркулировать обратно в процесс выше по потоку или как-то иначе могут быть использованы в топливной системе установки или удалены как отходы. В системах известного уровня техники в этой области диоксид углерода обычно удаляют из подаваемого потока дегидратированного природного газа, пропуская его через установку физической или химической абсорбции и затем удаляя диоксид углерода из растворителя и выпуская его в атмосферу. Альтернативно, газообразный диоксид углерода может быть сжижен посредством дорогих процессов компрессии. Значительное число потенциальных газовых месторождений не считаются экономически пригодными, так как содержание диоксида углерода в подаваемом потоке природного газа в устье скважины рассматривается как слишком высокое для обработки такого газа и для экономически эффективного удаления диоксида углерода. Настоящее изобретение основано на представлении, что можно отделить жидкий диоксид углерода от подаваемого потока дегидратированного природного газа. Жидкий диоксид углерода затем можно откачать и изолировать при сравнительно низких затратах энергии в сравнении с традиционной его абсорбцией растворителем в установке, которая требует дорогого компрессионного оборудования. В третьем аспекте настоящего изобретения обеспечивается способ извлечения жидкого диоксида углерода из подаваемого потока дегидратированного природного газа, включающий стадии:a) охлаждения подаваемого потока дегидратированного природного газа и образования суспензии из твердых частиц диоксида углерода и жидких углеводородов, и газового потока, содержащего газообразный диоксид углерода;b) разделения газового потока, содержащего газообразный диоксид углерода, и суспензии;c) обработки газового потока, содержащего газообразный диоксид углерода, жидким растворителем и образования жидкого раствора диоксида углерода; иd) нагревания суспензии и расплавления твердых частиц диоксида углерода с образованием жидкого диоксида углерода. В формуле изобретения этой заявки и в описании изобретения за исключением того, где контекст требует другого языкового выражения или нужного оттенка, слово включать или такие его измененные формы как включает или включающий используются в смысле включающий в себя, т.е. для определения наличия заявленных отличительных элементов, а не для исключения присутствия или добавления других элементов в различные воплощения изобретения. Краткое описание чертежей Теперь будут описаны предпочтительные воплощения настоящего изобретения только на примере со ссылкой на сопроводительные фигуры, в которых фиг. 1 представляет собой блок-схему процесса в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения; фиг. 2 - блок-схему процесса в соответствии с альтернативным воплощением настоящего изобрете-4 012227 ния; и фиг. 3 - блок-схему процесса в соответствии с другим воплощением настоящего изобретения. Подробное описание предпочтительных воплощений изобретения Перед тем как будет описано предпочтительное воплощение настоящего устройства, следует понять, что это изобретение не ограничивается описанными конкретными материалами, так как последние могут быть изменены. Также следует понять, что используемая здесь терминология применяется только для цели описания конкретного воплощения и никоим образом не предназначена для ограничения объема настоящего изобретения. Если не определено иначе, все технические и научные термины, используемые здесь, имеют общепринятое значение, как они обычно понимаются специалистом обычной квалификации в той области техники, к которой относится это изобретение. Со ссылкой на чертежи, на которых одинаковыми цифрами везде обозначаются одинаковые элементы в соответствии с различными аспектами настоящего изобретения, показано устройство 10 для проведения способа по настоящему изобретению. Устройство 10 включает емкость 12, в которой обрабатывается подаваемый поток дегидратированного природного газа для удаления из него кислых веществ. Перед тем как ввести подаваемый поток дегидратированного природного газа в устройство 10, поток природного газа из устья скважины или из резервуара для хранения будет подвергаться процессу дегидратации. Полученный подаваемый поток дегидратированного природного газа будет иметь содержание воды меньше 50 ppm и предпочтительно меньше 7 ppm. Может быть использован любой подходящий процесс дегидратации потока природного газа. Типовые примеры подходящих процессов дегидратации включают в себя обработку потока природного газа молекулярными ситами или дегидратацию с использованием гликоля или метанола. Альтернативно поток природного газа может дегидратироваться посредством образования метангидратов; например посредством использования процесса дегидратации,описанного в WO 2004/070297. Температура и давление подаваемого потока дегидратированного природного газа, вводимого в устройство 10, зависят от процесса дегидратации выше по потоку, используемого для дегидратации потока природного газа. Например, подаваемый поток дегидратированного природного газа, полученный после обработки потока природного газа молекулярными ситами, может вводиться в устройство 10 через трубопровод 14 при температуре до 40 С и давлении около 70 бар. Хотя предпочтительное давление на входе для подаваемого потока дегидратированного природного газа составляет 70 бар, процесс и устройство 10 по настоящему изобретению будут подходить и для более низкого давления на входе для подаваемого потока дегидратированного природного газа, если последний будет предварительно охлажден до температуры, которая немного выше теоретической температуры замерзания CO2 в потоке дегидратированного газа. В воплощениях, иллюстрированных фигурами, подаваемый поток дегидратированного природного газа вводится по трубопроводу 14 через теплообменник 16 в испарительную емкость 18, в которой от потока дегидратированного природного газа отделяются конденсат жидкого нефтяного газа (в основном содержащего C3 и С 4 углеводороды) и более тяжелые углеводороды и фракция (фракции) кислых веществ. Конденсат затем направляется по трубопроводу 20 в стабилизатор конденсата или в другие фракционирующие колонны (не показаны) для дальнейшей обработки для извлечения коммерческого продукта (продуктов). Условия давления и температуры в испарительной емкости 18 обычно составляют порядка от 30 до 70 бар и от около -15 до -40 С. В некоторых воплощениях дальнейшее охлаждение подаваемого потока дегидратированного природного газа ниже по потоку от теплообменника 16 может осуществляться в первом охлаждаемом теплообменнике 70 а, который охлаждается первым хладагентом, таким как пропан или аммиак. Хладагент будет обеспечиваться по внешней по отношению к устройству 10 замкнутой линии охлаждения. Подаваемый поток дегидратированного природного газа затем направляется по трубопроводу 22 в теплообменник 24 для его охлаждения до температуры, которая немного выше температуры, при которой происходит затвердевание кислых веществ, содержащихся в потоке дегидратированного природного газа. Кроме того, подаваемый поток дегидратированного природного газа может еще больше охлаждаться при его пропускании через второй охлаждаемый теплообменник 70b, расположенный выше по потоку от газового экспандера и охлаждаемый вторым хладагентом, таким как этилен. Хладагент обеспечивается по замкнутой охлаждающей линии, внешней по отношению к устройству 10. В некоторых воплощениях первый и второй хладагенты могут комбинироваться в смешанной охлаждающей системе. Охлажденный подаваемый поток дегидратированного природного газа вводится в зону 80 образования твердых веществ емкости 12 через вход 28. Охлажденный подаваемый поток дегидратированного природного газа расширяется с помощью вентиля 26 Джоуля-Томсона или другого подходящего газового экспандера, такого как турбоэкспандер, для дальнейшего охлаждения потока, когда он поступает в емкость 12. В одном воплощении охлажденный поток дегидратированного природного газа расширяется с помощью турбоэкспандера в последовательном соединении с вентилем 26 Джоуля-Томсона. В этом конкретном воплощении вентиль 26 Джоуля-Томсона ограничивает вход 28 для потока де-5 012227 гидратированного природного газа в емкость 12. Процесс расширения подаваемого потока дегидратированного природного газа при его вводе в зону 80 образования твердых веществ обеспечивает достижение условий температуры и давления в зоне 80 образования твердых веществ, при которых затвердевают загрязнения в виде кислых веществ в подаваемом потоке дегидратированного природного газа. Процесс расширения охлаждает поток дегидратированного природного газа, поступающий в зону 80 образования твердых веществ емкости 12 на входе 28,до температуры от около -70 до -160 С в диапазоне давлений от 15 до 30 бар. При охлаждении подаваемого потока дегидратированного природного газа, как описано выше, в зоне образования твердых веществ при условиях температуры и давления также образуется небольшое количество жидкого конденсата СПГ. Твердые кислые вещества и жидкий конденсат мигрируют в нижнюю часть 30 емкости 12 при их отделении под воздействием силы тяжести, и тем самым образуется суспензия из сжиженного природного газа и твердых кислых веществ. В других воплощениях отделение суспензии от оставшегося потока дегидратированного газа может быть достигнуто или усилено с помощью центробежной силы или входных устройств, сконфигурированных для обеспечения слияния жидких капель или агломерации твердых частиц. Суспензия из твердых кислых веществ затем нагревается до температуры по меньшей мере немного более высокой, чем температура затвердевания твердых кислых веществ для превращения твердых кислых веществ в жидкую фазу в нижней части 30 емкости 12 и получения жидкого потока, обогащенного кислыми веществами. Свойства и концентрация кислых веществ в жидкой фазе сильно зависят от состава природного газа. Например, концентрации диоксида углерода в жидкой фазе могут быть 70%. В этом воплощении емкость 12 снабжается погружным нагревателем 32, который нагревает суспензию до температуры по меньшей мере немного более высокой, чем температура плавления твердых кислых веществ. Погружной нагреватель 32 может являться пучком труб теплообменника, который обеспечивает охлаждение поступающего газа или других потоков в процессе и одновременно нагревание суспензии. В областях применения с небольшими объемами погружной нагреватель 32 может нагреваться электроэнергией. Альтернативно, жидкий поток в процессе, полученный из другой части установки для проведения процесса и при более высокой температуре, чем температура расплавления твердых кислых веществ, может вводиться в нижнюю часть 30 емкости 12 и смешиваться с суспензией для расплавления твердых кислых веществ. Жидкий поток, обогащенный кислыми веществами, удаляется из емкости 12 через трубопровод 34 и выход 96. В условиях обработки, когда жидкий поток обогащен жидким диоксидом углерода, жидкий поток может непосредственно перекачиваться через теплообменник 16 в участок его изолированного хранения или удаляться для розничной распродажи. При некоторых рабочих условиях плотность жидкого углеводорода меньше плотности жидкого диоксида углерода и жидкий углеводород может быть отделен от зоны 30 сбора и выведен через трубопровод 94 и выход 92. Альтернативно, жидкий поток может подвергаться одному процессу разделения или больше обычно в фракционирующей колонне (не показана) для отделения кислых веществ от метана или конденсата СПГ. В некоторых воплощениях фракционирующая колонна может быть расположена в самой нижней части емкости 12. Поток, обогащенный метаном, полученный из фракционирующей колонны, может быть возвращен в нижнюю часть зоны 80 образования твердых веществ или израсходован в качестве топлива для установки. Если оставшийся жидкий поток достаточно обогащен СПГ, то последние могут быть извлечены дальнейшим фракционированием. В результате такого фракционирования неизбежно получают газообразное кислое вещество, которое требует повторной компрессии и охлаждения для конденсации кислого вещества до жидкой фазы, или оно будет сожжено и/или выпущено как поток газообразного холодного кислого вещества. Предусматривается, чтобы полученный газообразный поток холодного кислого вещества направлялся через теплообменник 16 для охлаждения потока дегидратированного природного газа перед его сжиганием или выпуском для сохранения энергии внутри устройства 10. Хотя большинство кислых веществ в потоке дегидратированного природного газа будет отверждаться в зоне 80 образования твердых веществ в условиях обработки по настоящему изобретению,фракция кислых веществ останется в газовой фазе и будет содержаться в оставшемся потоке дегидратированного природного газа, находящемся в зоне 80 образования твердых веществ, и тем самым он будет включать газовый поток, содержащий газообразные кислые вещества. Фракция кислых веществ, оставшаяся в газовой фазе, определяется по условиям проведения процесса, установленным в зоне образования твердых веществ, и свойствами и концентрацией кислых веществ в подаваемом потоке дегидратированного природного газа. Газовый поток, содержащий газообразные кислые вещества, направляют в зону 90 газовой сольватации по устройству потоковой связи, такому как тарелка 38 с патрубком для прохода газа. В этом конкретном воплощении зона газовой сольватации расположена в верхней части 36 емкости 12. В альтернативном воплощении, показанном на фиг. 2, емкость 12 снабжена уплотняющим лотком 51, включающим сплошной лоток, расположенный поперек емкости 12. В этой конфигурации отсутству-6 012227 ет внутренняя потоковая связь между зоной 90 газовой сольватации и зоной 80 образования твердых веществ внутри емкости 12. В этом воплощении устройство для потоковой связи включает трубопровод 53,расположенный с внешней стороны емкости 12 и находящийся в потоковой связи с зоной 80 образования твердых веществ и зоной 90 газовой сольватации. Обычно один конец трубопровода 53 находится в потоковой связи с верхней частью зоны 80 образования твердых веществ и противоположный конец трубопровода 53 находится в потоковой связи с нижней частью зоны 90 газовой сольватации. В другом воплощении, показанном на фиг. 3, зона 80 образования твердых веществ расположена в первой емкости 12 а и зона 90 газовой сольватации расположена во второй емкости 12b. В этом воплощении потоковая связь между зоной 80 образования твердых веществ и зоной 90 газовой сольватации облегчается устройством потоковой связи, включающим в себя трубопровод 53, расположенный с внешней стороны первой и второй емкостей 12 а, 12b. Один конец трубопровода 53 находится в потоковой связи с верхней частью зоны 80 образования твердых веществ и противоположный конец трубопровода 53 находится в потоковой связи с зоной 90 газовой сольватации. Как показано на фигурах, зона 90 газовой сольватации снабжена устройством 40 для контакта типа жидкость-газ. Предпочтительно устройство 40 для контакта жидкости и газа выбирается для оптимизации площади контакта между охлажденным жидким растворителем и потоком дегидратированного природного газа, содержащим газообразные кислые вещества. В этом конкретном воплощении устройство 40 для контакта жидкости и газа включает в себя большое число тарелок или неупорядоченную насадку или структурированную насадку, расположенные в верхней части 36 емкости 12. Охлажденный жидкий растворитель вводится в верхнюю часть 36 зоны 90 газовой сольватации через вход 42, расположенный над устройством 40 для контактирования жидкости и газа. В этих конкретных воплощениях вход 42 является распределителем, предназначенным для равномерной подачи жидкости в устройство 40 для контакта жидкости и газа. Охлажденный жидкий растворитель предназначен для смешивания с газообразными кислыми веществами и их растворения с образованием жидкого раствора газообразных кислых веществ. Подходящие примеры охлажденных жидких растворителей в соответствии с настоящим изобретением включают,но не только, конденсат СПГ, включающий смесь С 2, компонентов сжиженных нефтяных газов, компонентов C3 и С 4 и С 5+ углеводородов, или другие растворители, включая метанол, этанол, диметилсульфоксид, ионные жидкости, включая имидазол, четвертичный аммоний, пирролидин, пиридин или тетраалкилфосфоний. Термодинамика образования твердых кислых веществ приводит к возникновению передачи тепла к потоку дегидратированного природного газа. Предпочтительно охлажденный жидкий растворитель вводится в верхнюю часть 36 емкости 12 таким образом, который также приводит к охлаждению потока газа, содержащего газообразные кислые вещества, направляемого в зону 90 газовой сольватации из зоны 80 образования твердых веществ. Полученный жидкий раствор газообразных кислых веществ собирается в самой нижней части 50 устройства 40 для контактирования жидкости и газа и удаляется из зоны 90 газовой сольватации на выходе 55 через трубопровод 52. Жидкий раствор газообразных кислых веществ направляется по трубопроводу 52 в теплообменник 54 и оттуда в удаляющее устройство 56, включающее фракционирующую колонну для десорбции кислых веществ в газообразной форме из жидкого раствора. Десорбер 56 может быть снабжен погружным нагревателем 57 или внешним кипятильником, способствующим процессу десорбции. Кислые вещества выпускаются через трубопровод 58. Альтернативно, кислые вещества могут подвергаться рекомпрессии для их конденсации в жидкую фазу. Кислые вещества также могут рециркулировать через устройство 10 для сохранения энергии, или расходоваться как топливо, или сжигаться. Удаленный растворитель откачивается насосом 60 через трубопровод 62 в теплообменник 54 для охлаждения и затем в теплообменник 48 для дальнейшего охлаждения, перед тем как он будет повторно введен во вход 42 в зоне 90 газовой сольватации. Следует понять, что распределитель 98 жидкого растворителя также может быть обеспечен для ввода компенсирующего количества жидкого растворителя, которое необходимо для поддержания общего количества растворителя в замкнутой линии. Поток продукта, включающий дегидратированный раскисленный природный газ, удаляется из зоны газовой сольватации на выходе 44 по трубопроводу 45. Поток продукта находится под давлением от 15 до 30 бар и при температуре от -70 до -100 С. Поток продукта с концентрацией CO2 200 ppm был получен с использованием процесса, описанного выше. Поток продукта может быть еще больше охлажден расширением газа в расширяющем устройстве 46, и поток охлажденного продукта используется в одном или больше теплообменниках 48 и 24 соответственно для охлаждения жидкого растворителя и подаваемого потока дегидратированного природного газа в устройстве 10 для сохранения как можно больше энергии внутри устройства 10. Из вышеприведенного описания также становится очевидно, что внутри устройства 10 сохраняется-7 012227 столько энергии, сколько это возможно, учитывая передачу тепла между жидким раствором газообразных кислых веществ и потоком продукта, при этом рециркулированный растворитель возвращается в емкость 12 после процесса десорбции. Обычно, так как поток продукта должен подвергаться процессу повторной компрессии для подготовки его продажи, предусматривается, что способ по настоящему изобретению будет проводиться при давлении потока, которое может быть таким высоким насколько возможно использовать при условиях проведения процесса и при ограничениях устройства 10. Многочисленные изменения и модификации будут понятны специалистам в соответствующей области техники помимо тех, которые уже описаны, без отступления от базовых концепций изобретения. Все такие изменения и модификации должны быть рассмотрены в пределах объема настоящего изобретения, существо которого должно быть определено из его предшествующего описания. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ удаления кислых веществ из потока дегидратированного природного газа, в котором охлаждают поток дегидратированного природного газа с образованием суспензии твердых кислых веществ и углеводородных жидкостей и газового потока, содержащего газообразные кислые вещества; отделяют газообразный поток, содержащий газообразные кислые вещества, от суспензии и обрабатывают газовый поток, содержащий газообразные кислые вещества, жидким растворителем,получая поток дегидратированного раскисленного газа и жидкий раствор кислых веществ. 2. Способ по п.1, в котором поток дегидратированного природного газа охлаждают путем его адиабатического расширения. 3. Способ по п.1 или 2, в котором газовый поток, содержащий газообразные кислые вещества, отделяют от суспензии под воздействием силы тяжести или центробежной силы. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором дополнительно удаляют твердые кислые вещества из суспензии. 5. Способ по п.4, в котором твердые кислые вещества удаляют путем нагревания суспензии и расплавления твердых кислых веществ с образованием тем самым жидкости, обогащенной кислыми веществами. 6. Способ по п.5, в котором суспензию нагревают до температуры, которая выше точки плавления твердых кислых веществ. 7. Способ по п.5 или 6, в котором суспензию нагревают путем добавления к ней теплой жидкости. 8. Способ по п.5 или 6, в котором суспензию нагревают путем погружения в нее нагревателя. 9. Способ по любому из пп.1-8, в котором жидкий растворитель включает любой один из таких как метанол, этанол, диметилсульфоксид, ионные жидкости, выбранные из группы, включающей имидазол,четвертичный аммоний, пирролидин, пиридин или тетраалкилфосфоний, или конденсат сжиженного природного газа (СПГ), включающий смесь С 2, компонентов сжиженного нефтяного газа, компонентовC3 и С 4 и С 5+ углеводородов или их комбинацию. 10. Способ по любому из пп.1-9, в котором дополнительно отделяют газообразные кислые вещества от жидкого раствора кислых веществ. 11. Способ по п.10, в котором отделяют газообразные кислые вещества от жидкого раствора десорбцией. 12. Способ по любому из пп.1-11, в котором кислые вещества включают CO2, H2S, меркаптаны,COS, CS2, ароматические углеводороды, ртуть или их смеси. 13. Устройство для удаления кислого вещества из потока дегидратированного природного газа,включающее емкость с зоной образования твердых веществ, связанную по потоку с зоной газовой сольватации, в которой зона образования твердых веществ выполнена с возможностью образования суспензии твердых кислых веществ и углеводородных жидкостей, и газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, а зона газовой сольватации выполнена с возможностью образования жидкого раствора кислых веществ, емкость снабжена входом для ввода потока дегидратированного природного газа в зону образования твердых веществ; средством для связи по потоку, выполненном для направления газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, из зоны образования твердых веществ в зону газовой сольватации; входом для ввода жидкого растворителя в зону газовой сольватации; первым выходом для удаления жидкого раствора кислых веществ из зоны газовой сольватации и вторым выходом для удаления потока дегидратированного раскисленного газового продукта из зоны газовой сольватации. 14. Устройство для удаления кислого вещества из потока дегидратированного природного газа,включающее первую емкость с зоной образования твердых веществ, связанную по потоку со второй емкостью с зоной газовой сольватации, где зона образования твердых веществ выполнена с возможностью образования суспензии твердых кислых веществ и углеводородных жидкостей, газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, а зона газовой сольватации выполнена с возможностью образования жидкого раствора кислых веществ, первая емкость снабжена входом для ввода потока дегидратированного природного газа в зону образования твердых веществ и средством для связи по потоку, вы-8 012227 полненным для направления газового потока, содержащего газообразные кислые вещества, из зоны образования твердых веществ в зону газовой сольватации; вторая емкость снабжена входом для ввода жидкого растворителя в зону газовой сольватации; первым выходом для удаления жидкого раствора кислых веществ из зоны газовой сольватации и вторым выходом для удаления потока дегидратированного раскисленного газового продукта из зоны газовой сольватации. 15. Устройство по п.13 или 14, дополнительно включающее газовый холодильник для охлаждения потока дегидратированного природного газа, поступающего в зону образования твердых веществ. 16. Устройство по п.15, в котором газовый холодильник представяляет собой газовый экспандер для адиабатического расширения подаваемого потока дегидратированного природного газа. 17. Устройство по п.16, в котором газовый экспандер представляет собой вентиль Джоуля-Томсона,дроссель или трубку Вентури, турбоэкспандер или турбоэкспандер, последовательно соединенный с вентилем Джоуля-Томсона. 18. Устройство по п.16 или 17, в котором газовый экспандер выполнен с возможностью ограничения ввода потока дегидратированного природного газа в зону образования твердых веществ. 19. Устройство по любому из пп.13-18, в котором зона образования твердых веществ дополнительно включает зону сбора для образования суспензии твердых кислых веществ и жидкого концентрата. 20. Устройство по п.19, дополнительно включающее нагреватель, расположенный в зоне сбора, для нагревания суспензии и расплавления твердых кислых веществ. 21. Устройство по п.20, в котором нагреватель представляет собой погружной нагреватель или теплообменник. 22. Устройство по п.19, в котором зона сбора выполнена с возможностью доступа теплой жидкости в суспензию для нагревания суспензии и расплавления твердых кислых веществ. 23. Устройство по любому из пп.19-22, дополнительно снабженное выходом для удаления жидких кислых веществ из зоны сбора. 24. Устройство по любому из пп.19-23, дополнительно снабженное выходом для удаления жидкого углеводорода из зоны сбора. 25. Устройство по п.24, в котором выход для удаления жидкого углеводорода расположен над выходом для удаления жидких кислых веществ. 26. Устройство по любому из пп.13-25, в котором средство связи по потоку выполнено с возможностью предотвращения возвращения жидкой фазы из зоны газовой сольватации в зону образования твердых веществ. 27. Устройство по п.26, в котором средство связи по потоку представляет собой тарелку с патрубком для прохода газа или вентиль одностороннего действия. 28. Устройство по любому из пп.13-27, дополнительно включающее средство для приведения в контакт жидкости и газа, расположенное в зоне газовой сольватации. 29. Устройство по п.28, в котором средство для приведения в контакт жидкости и газа выполнено в виде тарелок или неупорядоченной насадки или структурированной насадки. 30. Устройство по п.28 или 29, в котором вход для ввода жидкого растворителя в зону газовой сольватации расположен над средством для приведения в контакт жидкости и газа. 31. Устройство по любому из пп.13-30, в котором вход выполнен в виде множества распылительных сопел или распределителя жидкости. 32. Устройство по любому из пп.13-31, в котором первый выход для удаления жидкого раствора кислых веществ из зоны газовой сольватации связан по потоку с десорбером для удаления кислых вешеств из жидкого раствора и извлечения жидкого растворителя. 33. Устройство по п.32, дополнительно включающее средство для рециркуляции извлеченного жидкого растворителя к входу для ввода жидкого растворителя в зону газовой сольватации. 34. Способ извлечения жидкого диоксида углерода из потока дегидратированного природного газа,в котором охлаждают поток дегидратированного природного газа с образованием суспензии твердых частиц диоксида углерода и углеводородных жидкостей и газового потока, содержащего газообразный диоксид углерода; отделяют газовый поток, содержащий газообразный диоксид углерода, от суспензии; обрабатывают газовый поток, содержащий газообразный диоксид углерода, жидким растворителем с получением жидкого раствора диоксида углерода и нагревают суспензию и расплавляют твердые частицы диоксида углерода с образованием жидкого диоксида углерода.
МПК / Метки
Метки: кислых, потока, веществ, устройство, газа, природного, удаления, способ
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/11-12227-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-udaleniya-kislyh-veshhestv-iz-potoka-prirodnogo-gaza.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для удаления кислых веществ из потока природного газа</a>
Предыдущий патент: Биореактор со сдерживающей системой
Следующий патент: Саморастекающаяся огнеупорная смесь
Случайный патент: Пресс для сушки влажного вещества, в особенности остаточных загрязняющих веществ