[发明专利]烃类气体的加工处理

说明书

本发明涉及分离含烃类的气体的方法及设备。

乙炔、乙烷、丙炔、丙烷以及更重的烃类可以从各种气体，如天然气、炼油厂气和从其它的烃类物质如煤、原油、石油、油页岩、焦油砂和褐煤中得到的合成气体物流中收集起来。天然气的主要成分是甲烷和乙烷，也就是说甲烷和乙烷一起占天然气成分中至少50克分子百分数。天然气还含有少量的更重的烃类，如丙烷、丁烷、戊烷等以及氢、氮、一氧化碳和其它气体。

本发明一般是涉及从上述的气体物流中收集乙炔、乙烷、丙炔、丙烷和更重的烃类。按照本发明要处理的气体物流的典型分析，以近似的克分子百分数表示其组成为92.5%甲烷、4.2%乙烷和其它的C₂组分、1.3%丙烷和其它的C₃组分、0.4%异丁烷、0.3%正丁烷、0.5%包括戊烷以及更重的组分、其余为氮及一氧化碳。有时也含有一些含硫气体。

现时天然气和它的NGL（液态天然气）成分的价格的波动已经减少了作为液体产品的乙烷和更重的组分所增加的价值。这就导致了提出要有能更有效地收集这些产品的方法的要求。现在可用来分离这些材料的方法包括基于冷却和冷冻气体、油吸附和冷冻油吸附的方法。另外，深冷法也已普及，这归功于采用一种较经济的设备，该设备能使处理 的气体膨胀并同时从中提取热量，因而可采集能量。依据于气体源的压力，气体的浓度（乙烷和更重的烃类含量），和要求的最终产品。可使用上述的任一种方法或者几种方法的组合方法。

由于深冷膨胀法最简单，容易起动、操作的灵活性、高效率、安全可靠，因此现在常用这种方法收集乙烷。美国专利第4157904、4171964和4278457以及本发明人在1988年5月17日在美国申请的系列待批专利申请第194822和194878号都说明了有关的方法。

在一个典型的深冷膨胀收集法中，通过与该过程中的其它物流和/或如丙烷压缩-冷冻系统等的外冷冻源进行热交换来冷却加压供料气体物流。在气体被冷却时，液体会以含有一些要求的C₂+（“+”表示包括该组分及更重的成分，以下同）组分的高压液体的形式在一个或多个分离装置中冷凝及收集起来，根据气体的浓度和生成的液体的量，高压液体又膨胀到低压并被分馏。在液体膨胀时发生的汽化使物流进一步冷却。在某些情况下，在膨胀前需要预冷高压液体以进一步降低膨胀后物流的温度。包括液体及汽化物的已膨胀了的物流在蒸馏柱（甲烷馏除器）中分馏。在该柱中，蒸馏经膨胀的冷却物流以把顶部汽化物中的残余甲烷、氮气和挥发性的气体和底部液体产品中要求的C₂组分、C₃组分和更重的组分分离开来。

如果供料气体没有被完全冷凝（典型地是没有被冷凝），部分冷凝而残余下来的汽化物可分成两股或多股物流。一部分汽化物通过膨胀机或发动机、或膨胀阀膨胀至低压，在该压力下由于物流进一步冷却而使附加的液体冷凝出。膨胀后的压力实质上与分馏柱工作压力一样。在膨胀后的混合的汽-液相作为供料送入分馏柱中。

而其余的汽化物部分通过与其它的生产物流例如冷的分馏塔顶部物流进行热交换而基本上冷凝下来。根据可用的高压液体的量，在冷却前，部分或全部高压液体可与该汽化物部分混合。然后所产生的冷却物流通过适当的膨胀装置，如膨胀阀，而被膨胀到甲烷馏除器的工作压力。在膨胀时，一部分液体汽化，使总物流冷却。然后，快速膨胀了的物流作为顶部供料送入甲烷馏除器。典型地，膨胀物流的汽化物部分和甲烷馏除器的顶部汽化物在分馏塔的上部分离装置部分混合成残余的甲烷气体，作为产品。而经冷却和膨胀了的物流可送入分离装置中以提供汽化物和液体物流。这部分汽化物与蒸馏塔的顶部物流混合，而液体则作为柱的顶部供料送入柱中。