[发明专利]用于分离烃气体组份的方法

说明书

发明背景

本发明涉及一种用于分离含烃气体的方法。按照美国专利法第35条的119(e)部分的规定，本申请要求1997年5月7日递交的在先美国临时专利申请60/045,874的权益。

乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和/或一些更重的烃类可以从很多气体中回收，例如天然气、炼油厂气、以及从其它含烃物质，如煤、原油、石脑油、油页岩、焦油砂和褐煤获得的合成气。天然气中甲烷和乙烷通常占主要比例，即甲烷和乙烷合起来占气体的至少50％(克分子百分比)。这类气体还含有相对少量的较重的烃类，例如丙烷、丁烷、戊烷等，以及氢、氮、二氧化碳和其它气体。

本发明广义上涉及从这类气体中回收乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和较重的烃类。根据本发明，典型的待处理气体的成分为：大约67.0％(克分子百分比)的甲烷、15.6％(克分子百分比)乙烷和其它C₂组分，7.7％(克分子百分比)丙烷和其它C₃组分、1.8％(克分子百分比)异丁烷、1.7％(克分子百分比)正丁烷、1.0％(克分子百分比)戊烷加上2.2％的二氧化碳、余量为氮。有时还存在含硫气体。

天然气和天然气液体(NGL)组分价格的周期性波动已经降低了乙烷、乙烯和较重组分作为液体产品的逐渐增长的价值。因而需要能更有效地回收这些产品的方法，以及能以较低的投资来实现有效回收的方法。可用来分离这些物质的方法包括基于冷却和冷冻气体、油吸收和冷冻油吸收的那些方法。另外，低温法也得到广泛采用，因为该方法可采用能产生能量的经济设备，该设备能同时使被处理的气体膨胀并由它获取热能。根据气体源的压力、气体的丰度(richness)(乙烷、乙烯和较重烃类的含量)、以及所需的最终产品，可以采用这些方法或者是它们的组合。

用低温膨胀法来回收天然气液体是比较理想的，因为这种方法提供了最大的简便性，即易于启动、操作灵活、效率高、安全和可靠性高。美国专利4,157,904、4,171,964、4,278,457、4,519,824、4,687,499、4,854,955、4,869,740、4,889,545、5,275,005、5,555,748和5,568,737描述了相关的方法(但本发明的描述在某些情况下是基于和上述美国专利中的条件不同的条件来进行的)。

在一种典型的低温膨胀回收方法中，压力下的原料气流通过与该方法中的其它流体和/或外部致冷源(如丙烷压缩-冷冻系统)的热交换来冷却。当气体被冷却时，液体冷凝并作为含有某些所需的C₂+组分的高压液体收集在一个或多个分离器中。根据气体的丰度和形成的液体量，高压液体可膨胀为较低的压力并被分馏。在液体膨胀期间发生的蒸发导致流体进一步冷却。在某些情况下，可能要在膨胀之前使高压液体预冷，以进一步降低由膨胀产生的温度。膨胀后的流体包括液体和蒸气的混合物，并在蒸馏柱/甲烷馏除器(demethanizer))中分馏。在该柱中，对膨胀冷却的流体进行蒸馏，以分离作为顶部蒸气的残余甲烷、氮和其它挥发性气体与作为底部液体产品的所需C₂组份、C₃组分和更重的烃类组分。

如果原料气体不能全部冷凝(通常是不能的)，可以将部分冷凝后留下的蒸气分成两股或更多股气流。一部分蒸气通过一作功膨胀机或发动机、或膨胀阀，至较低的压力，在该压力下由于流体进一步冷却而冷凝出另外的液体。膨胀后的压力基本上等于蒸馏塔的工作压力。膨胀产生的气-液两相流体被馈送至蒸馏塔。

通过与其它过程流体(例如塔顶的冷馏出物)进行热交换，可以使蒸气的其余部分冷却并基本上冷凝。高压液体中的一些或全部可以在冷却之前与这些蒸气部分合并。随后，通过一适当的膨胀装置，例如一膨胀阀，使所获得的冷却流体膨胀至甲烷馏除器的工作压力。在膨胀过程中，一部分液体蒸发，导致整个流体冷却。随后，将闪蒸膨胀的流体作为顶部原料供给至甲烷馏除器。通常，膨胀流体的蒸气部分和甲烷馏除器塔顶蒸气在分馏塔的上部分离器区段中合并为残余甲烷产品气体。或者，可以将冷却并膨胀的流体供给至一分离器，以提供蒸气和液体流体。该蒸气与塔顶流体合并，而液体作为顶部原料供给至该柱。