[发明专利]从烃气流中去除重质烃和酸性气体的系统和方法

说明书

交叉引用

本申请要求2009年7月30日提交的名称为从烃气流中去除酸性气体同时去除重质烃的低温系统(CRYOGENIC SYSTEM FOR REMOVING ACID GASES FROM A HYDROCARBON GAS STREAM，WITH REMOVAL OF HEAVY HYDROCARBONS)的美国临时专利申请61/229,994和2010年6月22日提交的名称为从烃气流中去除重质烃和酸性气体的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS FOR REMOVING HEAVY HYDROCARB ONS AND ACID GASES FROM A HYDROCARBON GAS STREAM)的美国临时专利申请61/357,358的权益。两项申请的全部内容在此通过引用并入用于所有目的。

背景

此章节意欲介绍本领域的各个方面，其可能与本公开的示例性实施方式有关。相信本讨论有助于为促进本公开的具体方面的更好理解提供框架。因此，应当理解应该以这个角度阅读本章节，并且不必承认是现有技术。

领域

本发明涉及流体分离领域。更具体地，本发明涉及从轻质烃流体流中分离重质烃和酸性气体。

技术讨论

从储层中采收烃时常与它一起携带有非烃气体的附带产物。这种气体包括如硫化氢(H₂S)和二氧化碳(CO₂)的污染物。当H₂S和CO₂作为烃气流(如甲烷或乙烷)的部分产生时，该气流有时被称作为“酸气”。

酸气通常被处理以去除CO₂、H₂S和其它污染物，然后将它送往下游以进一步加工或出售。酸性气体的去除产生“脱硫”烃气流。脱硫流可用作环境可接收燃料、作为化学品或气-液转化设备的原料，或作为可被液化为液化天然气或LNG的气体。

气体分离过程产生了关于处置分离的污染物的问题。在某些情况下，浓的酸性气体(主要由H₂S和CO₂组成)被送到硫回收单元(“SRU”)。SRU转化H₂S为良性的元素硫。但是，在一些地区(如里海区域)，因为有限的市场，额外的元素硫生产是不合需要的。因此，成百万吨的硫已经存放在世界一些地区的大的地上区域中，最为显著的是加拿大和哈萨克斯坦。

当硫被贮存在陆地上，与酸性气体有关的二氧化碳气体常常地被排至大气中。但是，实行排放CO₂有时是不期望的。减小CO₂排放的一项建议是被称为酸性气体注入(“AGI”)的方法。AGI意指不需要的酸气在压力下被重新注入至地下地层(subterranean formation)并且被隔绝以备可能以后的应用。可选地，二氧化碳用于形成人工储层压力，用于提高采收率法采油操作。

为了促进AGI，期望具有这样的气体处理设备，其从烃气中有效分离出酸性气体成分。但是，对于“高酸性”流，即含有大于大约15％或20％CO₂和/或H₂S的生产流，设计、构造和操作能够经济地从所需烃中分离污染物的设备可能是极具挑战的。许多天然气储层含有相对低的烃百分含量(例如少于40％)和高的酸性气体百分含量，主要是二氧化碳，但也有硫化氢、硫化羰、二硫化碳和各种硫醇。在这些情况下，可有利地采用低温气体处理。

低温气体处理是有时用于气体分离的蒸馏方法。低温气体分离在中度压力(例如350-550磅每平方英寸表压(psig))下产生冷却塔顶气流。另外，液化酸性气体作为“塔底”产物产生。因为液化酸性气体具有相对高的密度，静水压头有利地用于AGI井，以协助注入过程。这意味着泵送液化酸性气体至地层所需的能量比压缩低压酸性气体至储层压力所需的能量低。需要较少级的压缩机和泵。