[发明专利]烃气体处理

说明书

技术领域

本发明涉及用于分离含烃气体的工艺和装置。申请人根据根据美国法典第35编第119条(e)款要求于2009年6月11日提交的美国临时申请第61/186,361号的权益。申请人根据根据美国法典第35编第120条还要求作为以下申请的部分继续申请的权益：于2010年5月3日提交的美国专利申请No.12/772,472、于2010年3月31日提交的美国专利申请No.12/750,862、于2010年3月4日提交的美国专利申请No.12/717,394、于2010年1月19日提交的美国专利申请No.12/689,616和于2009年2月17日提交的美国专利申请No.12/372,604。受让人S.M.E.Products LP和Ortloff Engineers，Ltd.是联合研究协议的双方，该联合研究协议在本申请的发明做出之前生效。

可以从多种气体中回收乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和/或重烃，这些气体如天然气、炼厂气和由其它烃材料(如煤、原油、石脑油、油页岩、焦油砂及褐煤)获得的合成气流。天然气通常具有较大比例的甲烷和乙烷，即甲烷和乙烷合起来占天然气的至少50摩尔％。天然气还含有相对较少量的重烃(如丙烷、丁烷、戊烷等)以及氢、氮、二氧化碳及其它气体。

本发明一般地涉及从这种气流中回收乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和重烃。对按本发明要进行处理的气流进行典型分析，近似摩尔百分比的结果是90.3％的甲烷、4.0％的乙烷及其它C₂组分、1.7％的丙烷及其它C₃组分、0.3％的异丁烷、0.5％的正丁烷和0.8％的戊烷及以上的烃，余者由氮和二氧化碳组成。有时还存在含硫气体。

背景技术

天然气及其天然气液体(NGL)成分两者的价格在历史上的周期性波动有时会使乙烷、乙烯、丙烷、丙烯及重组分作为液体产品的增值缩减。这己经导致对于可为这些产品提供更高回收率的工艺、对于可以较低投资成本提供高效回收率的工艺、及对于可容易地适应或调节以在大范围上改变特定组分回收率的工艺的需要。用于分离这些材料的现有工艺包括基于气体的冷却及制冷、油吸收和冷冻油吸收的工艺。另外，由于能在膨胀并从工艺气体中获取热量的同时产生动力的经济型设备的有效性原因，低温工艺已经得到普及。根据气源压力、气体的富度(乙烷、乙烯和重烃含量)以及所需最终产品的情况，可以采取这些工艺中的每一种或它们的联合工艺。

低温膨胀工艺对于天然气液体回收来说目前一般是优选的，因为该工艺可提供最大程度的简单性，易于启动，操作灵活，效率良好，安全且可靠性良好。美国专利3,292,380；4,061,481；4,140,504；4,157,904；4,171,964；4,185,978；4,251,249；4,278,457；4,519,824；4,617,039；4,687,499；4,689,063；4,690,702；4,854,955；4,869,740；4,889,545；5,275,005；5,555,748；5,566,554；5,568,737；5,771,712；5,799,507；5,881,569；5,890,378；5,983,664；6,182,469；6,578,379；6,712,880；6,915,662；7,191,617；7,219,513；再公告的美国专利33,408；以及共同待决的申请11/430,412；11/839,693；11/971,491；和12/206,230描述了相关的工艺(虽然本发明的描述在有些情况下是基于与引用的美国专利中所述不同的工艺条件)。

在典型的低温膨胀回收工艺中，在压力下的进料气流通过与其它工艺料流和/或外部制冷源(如丙烷压缩制冷系统)进行热交换而被冷却。随着气体被冷却，液体可以被冷凝，并作为含一些所需的C₂+组分的高压液体收集在一个或多个分离器中。根据气体的富度和所形成的液体量的情况，可以使高压液体膨胀到较低的压力并分馏。在液体膨胀期间发生的气化导致料流的进一步冷却。在一些情况下，为了进一步降低源于膨胀的温度，在膨胀之前预冷却高压液体是可取的。包括液体和蒸气的混合物的膨胀料流在蒸馏(脱甲烷装置或脱乙烷装置)塔中被分馏。在塔中，蒸馏膨胀冷却的料流以将残余甲烷、氮及其它挥发性气体作为塔顶蒸气与作为底部液体产品的所需C₂组分、C₃组分和重烃组分分离，或者将残余甲烷、C₂组分、氮及其它挥发性气体作为塔顶蒸气与作为底部液体产品的所需C₃组分和重烃组分分离。