[发明专利]从烃气体流中去除酸性气体的低温系统

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求美国临时专利申请61/240,850的权益，该申请提交于2009年9月9日，标题为Cryogenic System for Removing Acid Gases From a Hydrocarbon Gas Stream，With Solid CO₂ Recovery，其全部包括在此作为参考。

技术领域

背景技术

该节涉及介绍可关联本公开示范实施例的本领域各方面。该讨论据信参与提供框架从而促进更优理解本公开的特别方面。因此，应理解该节应就此而论地阅读，并且不必需作为现有技术的承认阅读。

发明领域

本发明涉及组分分离的领域。更特定地，本发明涉及二氧化碳和其它酸性气体从烃流体流分离。

技术讨论

源自储层的烃产物时常运送非烃气体的附带产物。这样的气体包括污染物例如硫化氢(H₂S)和二氧化碳(CO₂)。在H₂S和CO₂作为烃气体流(例如甲烷或乙烷)的部分产生时，该气流有时称为“酸气”。

在酸气向下游发送以便进一步处理或销售之前通常加工酸气从而去除CO₂、H₂S。分离过程创造关于分离污染物处置的问题。在一些情况下，浓缩的酸性气体(主要由H₂S和CO₂构成)发送到硫回收单元(“SRU”)。SRU使H₂S转变为良性元素硫。然而，在一些地区中(例如里海区)，因为具有有限市场，所以另外的元素硫产物是不期望的。因此，数百万吨硫存储在世界的一些地区，最特别是加拿大和哈萨克斯坦中的巨大地上储块中。

尽管硫存储在陆地上，但二氧化碳气体有时通风到大气。然而，通风CO₂的实践有时是不期望的。最小化CO₂排放的一个提议是称为酸性气体喷射(“AGI”)的过程。AGI意思是不需要的酸气在压力下重注入地下地层并为潜在的后来使用隔离。可替换地，二氧化碳可用来为增强的油回收操作创造人工储层压力。

为促进AGI，期望具有从烃气体分离酸性气体组分的气体处理设施。然而，对于“高酸”流，即含有大于约15％CO₂和/或H₂S的产物流，可特别挑战设计、建造和操作可从期望的烃经济分离污染物的设施。许多天然气储层含有相对低百分比的烃(例如低于40％)和高百分比的酸性气体，主要是二氧化碳，但同样具有硫化氢、硫化碳、二硫化碳和各种硫醇。在这些实例中，可有益采用低温气体处理。

低温气体处理是有时用于气体分离的蒸馏过程。低温气体分离在中等压力(例如每平方英寸300-600磅表压(psig))生成冷却的塔顶气流。另外，液化酸性气体作为“底部”产物生成。由于液化酸性气体具有相对高密度，因此静压头可有益用于AGI阱，从而参与注射过程。在该方面中，酸性气体可在柱压力(例如300-600psia)作为液体回收。这意味着泵送液化酸性气体进入地层需要的能量低于压缩低压酸性气体到储层压力需要的能量。

低温气体处理具有另外优点。例如，二氧化碳的吸收不需要溶剂。另外，甲烷回收可在单独容器中获得(和用于Ryan-Holmes过程的多容器系统相反)。最终，取决于致冷容量，严格H₂S规格例如低至或低于4ppm可符合产生气体。

挑战也关于酸气的低温蒸馏存在。在处理的气体中存在浓度大于约5摩尔百分数的CO₂时，其在标准低温蒸馏单元中作为固体析出。CO₂作为固体形成干扰低温蒸馏过程。为避开该问题，受让人具有先前设计的各种Controlled Freeze Zone^TM(CFZ^TM)过程。CFZ^TM过程利用二氧化碳的倾向，通过允许凝固颗粒在蒸馏塔的开放部分内形成然后在该颗粒落到融化盘上的时候捕获该颗粒，来形成固体颗粒。结果，清洁甲烷流(连同原料气体中存在的任何氮或氦)在塔顶部生成，同时冷却液体CO₂/H₂S流在塔底部作为底部产物生成。

CFZ^TM过程的某些方面和关联设备在美国专利No.4,533,372；美国专利No.4,923,493；美国专利No.5,062,270；美国专利No.5,120,338；以及美国专利No.6,053,007中描述。