[发明专利]动力学分馏器和分馏气体混合物的循环方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年11月15日提交的题目为Kinetic Fractionators,and Cycling Processes for Fractionation of Gas Mixtures ASSET CONTROL AND MANAGEMENT SYSTEM的美国临时专利申请61/413,845的权益，其全部内容通过引用并入本文。

本申请与2008年4月4日提交并公布为美国专利公开号2008/0282887的在审美国专利申请12/080,783相关。那个申请的题目是“Removal of CO₂,N₂,and H₂S from Gas Mixtures Containing Same”，并且其全部内容通过引用并入本文。那个申请又要求2007年5月18日提交的美国临时专利申请60/930,826的权益。

背景

本章节旨在介绍本领域的多个方面，其可与本公开的示例性实施方式相关。相信本讨论有助于提供促进更好理解本公开具体方面的框架。因此，应理解，应该从这个角度阅读该章节，并且不必是对现有技术的承认。

发明领域

本发明涉及流体分离的领域。更具体地，本发明涉及二氧化碳和其他酸气从烃流体流的分离。

技术讨论

从储层生产烃时常带有非烃气体的偶然产生。这样的气体包含污染物如二氧化碳（CO₂）、硫化氢（H₂S）和硫醇。当这样的污染物作为烃气体流的部分产生时，可将该气体流称为“酸性气体（sour gas）”。进一步地，该酸性气体内的CO₂、H₂S和硫醇组分可被单独地或一起称为“酸气（acid gas）”。

期望的是在气体处理设备上分离出酸气组分。这可以通过首先从原料气体流除去大部分水来完成。一般通过将二元醇化学混合到原料气体流中以使水脱出溶液来除去水。然后通过底部水流捕获水和二元醇。释放单独的脱水的气体流。

脱水的气体流是酸性气体流，在脱水之后，剩下酸性气体组分。因此，应用进一步的气体分离方法。在二氧化碳组分特别高的一些情况中，也可使酸性气体通过焦耳-汤普逊阀，进行闪蒸冷却，然后带进低温蒸馏塔或整体分馏单元(bulk fractionation unit)，以除去CO₂。

在其他情况中，特别是H₂S组分或重烃组分较高的情况中，酸性气体流可流过吸附床。吸附床基于不同分子可具有不同吸附亲合力的原理操作。这提供了吸附剂在不同气体之间进行区别的机制。

已知不同类型的吸附床。典型的吸附剂包括活性炭、硅胶、氧化铝、和沸石。在一些情形中，可将聚合材料用作吸附剂材料。在任何情况中，相对于气体混合物的不易被吸附的组分（称为“轻”气体），吸附床优先吸附更容易地被吸附的组分（称为“重”气体）。

为了实现分离，吸附床采用高度多孔的微结构。气体分子被附着到沿着孔提供的表面区域上。在微孔材料的内表面上吸附的气体可由仅一个或至多几个分子厚度的层组成；然而，每克几百平方米的表面区域能够实现大部分吸附剂重量吸附气体。因而，吸附床可有益地用于分离组分。

除了它们对不同的气体的亲合力之外，沸石和一些类型的活性炭——称为碳分子筛，还可利用它们的分子筛特征，以排除或减慢一些气体分子到它们结构的扩散。这提供了基于分子大小选择性吸附的机制。在该情况中，吸附床限制较大分子被吸附的能力，因而允许气体以多组分气体混合物的一个或多个种类选择性填充吸附剂材料的多孔结构。

在一些情况中，在通过吸附床之前，不对气体流脱水。一些吸附床将优先地结合水分子连同其他污染物，允许甲烷和惰性气体组分如氢气和氮气通过。然而，水的存在可使后来的解吸阶段（称为“再生”）更具有挑战性。在此方面，因为吸附床的微孔变得充满分子污染物，必须停止使用吸附床并且使其减压。当有大量水存在时，水的除去可能需要加热。