[发明专利]用于改进的天然气液回收的配置和方法

说明书

本申请要求申请人2007年8月14日提交的共同待决的美国临时 专利申请序列号60/955697的优先权。

技术领域

本发明的技术领域是处理天然气的配置和方法，特别是涉及对来 自天然气的天然气液(NGL)的灵活性回收。

背景技术

很多天然气和合成气均包括各种不同的碳氢化合物，并且用于商 业地从这些气体中产生相关馏分的许多分离处理和配置对于本领域 而言是公知的。在典型的气体分离处理中，压力下的进料气流通过换 热器被冷却，通常在进料气体较富(包含多于5％的C3+成分)时使 用丙烷制冷，并且随着气体冷却，会从冷却的气体中凝结出液体。然 后液体膨胀，并在蒸馏塔(例如，去-乙烷馏除塔或甲烷馏除塔)中被 分馏，以便将残余成分(例如，甲烷、氮及其他挥发性气体)作为塔 顶蒸气从所需的C2、C3以及更重的成分中分离开。

例如，Rambo等人在美国专利第5,890,378号中描述了一种系统， 在该系统中吸收器是回流的，其中乙烷馏除塔凝结器提供了用于吸收 器和乙烷馏除塔两者的回流，同时使用涡轮膨胀器和丙烷制冷来满足 制冷需求。这里，吸收器和乙烷馏除塔在基本相同的压力下操作。尽 管Rambo的配置有利地降低了与向吸收部分和去-乙烷馏除塔提供回 流相关联的设备的投资成本，但当进料气体压力由于伴随降低吸收器 压力的较低的涡轮膨胀冷却的缘故而低于1000psig(磅/平方英寸(表 压))时，80％的高乙烷回收就变得困难。此外，在气体具有高CO₂含量(例如，大于2摩尔百分比)的情形下，由于CO₂可能冻结在甲 烷馏除塔中，所以膨胀冷却存在问题。因此，这些成套装备通常需要 深度丙烷制冷，然而深度丙烷制冷由于制冷剂的温度水平而固有地受 限。此外，丙烷制冷需要额外的投资和操作成本，并被认为是NGL 成套设备中的安全性关注点。仅仅通过单独的涡轮膨胀很难获得超过 80％的高乙烷回收，因此需要丙烷制冷，这就增加了复杂度和安全风 险，尤其是在拥挤的离岸和现有设施环境中。为了避免与相对低效率 和低回收相关联的问题中的至少一些问题，Sorensen在美国专利第 5,953,935号中描述了一种成套装备的配置，其中通过进料气体滑流 (slipstream)的压缩、冷却和焦耳-汤姆逊膨胀来产生吸收器回流。 尽管Sorensen的配置总体上提供了改进的丙烷回收，但乙烷回收通常 被限制在约20％到40％。

在其他配置中，使用了涡轮膨胀器以提供用于进料气体的冷却， 从而获得高丙烷或乙烷回收。例如，在授予Campbell等人的美国专利 第4,278,457号和第4,854,955号中、在授予McDermott等人的美国专 利第5,953,935号中、在授予Elliott等人的美国专利第6,244,070号中、 或在授予Foglietta的美国专利第5,890,377号中，都描述了示例性的 配置。尽管这些配置可提供至少一些优于其它处理的优势，但它们通 常都需要改进涡轮膨胀器，并在成套装备从丙烷回收模式变换到乙烷 回收模式(反之亦然)时或者当进料气体组分随时间改变时，通常都 需要改变操作条件。这些公知的配置通常都被设计为使用丙烷制冷操 作在窄范围的进料气体组分和入口压力中。在多数情况下，高回收也 受到冻结在甲烷馏除塔中的CO₂的限制，并且在多数情况下当在抑制 乙烷模式下操作时丙烷回收将下降。