由烃井物流生产烃产品物流的系统和方法及烃井物流分离罐

摘要

采用烃井物流分离罐来处理烃井物流。所述罐具有用于分离烃井物流的液相液体与气态烃相的下部隔室(102)和允许烃井物流从烃井物流分离罐的外部流入烃井物流分离罐下部隔室的入口(110)。所述罐还具有在重力方向上位于下部隔室上方的上部隔室(104)，和使下部隔室和上部隔室流体相连的内部通道(106)。在所述上部隔室内放置有能够从气态烃相中过滤出汞的过滤器(108)。

说明书

技术领域

本发明涉及由烃井物流生产烃产品物流的系统和方法。另一方面， 本发明还涉及烃井物流分离罐。这种烃井物流分离罐可以用于这里所 公开的系统和/或方法中或者形成这里所公开的系统和/或方法的一部 分。

背景技术

由地下地层产出的烃井物流通常包含天然气和/或原油及含有水 的水相。天然气通常被包括酸分子如二氧化碳CO₂和硫化合物如H₂S 的非烃分子所污染。但除此之外，在世界某些地区产生的烃井物流可 能含有足以使它们的处理产生问题的汞。汞不仅存在于所生产的水和/ 或原油中，也可能存在于天然气中。

美国专利US4982050公开了其中在粗天然气液化前对其进行处 理的方法和系统。除了在主换热器之前在系统内基本最冷的点设置的 Hg冷捕集器外，在天然气与易受汞损坏或者产生在环境中释放的可能 含汞的气体的设备接触前，提供一个单独的Hg脱除器通过使天然气 在处理床中接触来脱除天然气中存在的主要汞污染物。来自汞脱除器 的流出气体被携带通过二氧化碳和硫化氢脱除装置。

美国专利申请公开US2010/0032344公开了在油井现场减少原油 中所含元素汞浓度的方法。来自原油井的原油被送至分离器，将其分 离为含烃、汞和水的气态烃物流和液态烃物流。从分离器除去气态烃 物流和液态烃物流两者。将包含从分离器脱除的至少部分气态烃物流 的含汞气体进料加入到作为单独装置设置的汞脱除装置中。

特别对于海上环境，操作空间是稀缺和昂贵的。因此，对于海上 环境应用(例如海上烃流体生产平台，例如为海上生产贮存和卸载机构 和/或海上液化天然气生产机构形式)来说，已知的方法不是很有吸引 力。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种由烃井物流生产烃产品物流的方法， 所述方法包括以下步骤：

-由地下地层生产烃井物流，所述烃井物流至少包含气态烃相和液 相；

-将烃井物流进料至烃井物流分离罐的下部隔室；

-在所述下部隔室中，允许液相液体与气态烃相分离；

-通过液体排出口从烃井物流分离罐排出液体；

-通过内部通道将气态烃相输送至烃井物流分离罐内的上部隔室 中，其中所述内部通道在重力方向上位于液体排出口上方，和其中所 述上部隔室在重力方向上位于所述下部隔室上方；

-使气态烃相通过设置在烃井物流分离罐上部隔室中的过滤器；

-在所述过滤器中累积气态烃相中的汞；

-从所述上部隔室排出过滤后的气态烃物流，所述过滤后的气态烃 物流包括来自气态烃相的含有烃分子但不含已在过滤器中累积的汞的 蒸气；

-进一步处理过滤后的气态烃物流，以由所述过滤后的气态烃物流 产生烃产品物流。

在另一方面，本发明提供一种烃井物流分离罐，其包括：

-用于使烃井物流的液相液体与气态烃相分离的下部隔室;

-允许烃井物流从烃井物流分离罐的外部流入烃井物流分离罐下 部隔室的入口；

-用于从烃井物流分离罐排出液体的液体排出口；

-在重力方向上位于下部隔室上方的上部隔室；

-使下部隔室和上部隔室流体相连的内部通道，其中所述内部通道 在重力方向上位于液体排出口上方；

-用于将过滤后的气态烃物流从上部隔室排出至烃井物流分离罐 外部的排出口；

-放置在上部隔室内能够从气态烃中过滤掉汞的过滤器，其中所述 内部通道与所述排出口流体分隔，从而使气态烃相在通过排出口从下 部隔室排出之前必须流过过滤器。

在又一方面，本发明提供一种由烃井物流生产烃产品物流的系统， 其包括：

-上述或下述烃井物流分离罐；

-与所述烃井物流分离罐的排出口流体相连和设置用来接收过滤 后的气态烃物流并由所述过滤后的气态烃物流生产烃产品物流的烃处 理设施。

附图说明

下面通过实施例并参考非限制性的附图进一步描述本发明，其中：

图1示意性给出了本发明的由烃井物流生产烃产品物流的系统；

图2示意性给出了可在附图1的系统中应用的烃井物流分离罐的 一个实施方案；

图3示意性给出了可在附图1的系统中应用的烃井物流分离罐的 另一个实施方案；

图4示意性给出了可在附图1的系统中应用的烃处理设施的一个 实施方案。

具体实施方式

为了描述目的，对每一管线和该管线载带的物流分配同一参考标 记。同一参考标记指类似的组件、物流或管线。本领域的熟练技术人 员将容易理解，虽然参考特征和措施的一个或多个具体组合描述了本 发明，但这些特征和措施大多数在功能上与其它特征和措施独立，从 而它们可以独立地在其它实施方案或组合中同样或类似地应用。

本申请描述了用于由烃井物流生产烃产品物流的方法和系统。所 述方法和系统包括烃井物流分离罐，所述烃井物流分离罐包括用于烃 井物流相分离的下部隔室和用于从气态烃相过滤掉汞的上部隔室，其 中所述气态烃相由烃井物流中分离出来，之后由烃井物流分离罐以过 滤后的气态烃物流形式排出。烃产品物流可以通过使至少部分过滤后 的气态烃物流经历任一类工艺或多类工艺组合的进一步处理获得。

在本申请的上下文中，过滤器涵盖可物理或化学地截留汞和/或含 汞化合物同时让其它分子通过的任何类型的设备。在汞脱除的上下文 中，这种过滤器可以合适地为吸附过滤器。这种过滤器可以为各种形 式。在一个优选的实施例中，它采取为本体形式或颗粒形式的多孔材 料形式，气态烃相可以从中通过而汞和/或含汞化合物则被截留。在另 一个实施例中，它可以采取膜的形式。

通过组合入口相分离和从所得气态烃相脱除汞，提供了相对紧凑 和有效的解决方案来制备汞含量降低的气态烃物流，该气态烃物流可 以用作任一类进一步烃处理方法的原料物流。

这里所公开的方法和系统不仅可以用于操作空间稀缺和昂贵的海 上环境中，而且也可以有用地应用于陆地环境。在本说明书的上下文 中，术语“地下地层”指可位于海上或陆地的地层。

图1示意性描述了由烃井物流10生产烃产品物流90的方法和系 统。

通过上游生产管线10由地下地层530中的烃贮层520提供烃井物 流。烃井物流包括可能含有“粗”天然气的气态烃相和液相。液相可以 包括含水的液态水相和液态烃相。烃井物流中也可以包含非烃固相如 沙子。水相可以包含汞和/或其它矿物质及源于地下地层的溶解于其中 的其它成分以及添加剂。常见的添加剂为水合物抑制剂。

气态烃相可以包含一种或多种如下物质：甲烷、乙烷、丙烷、丁 烷和戊烷。另外，它可以含有包括酸分子如二氧化碳CO₂和硫化合物 如H₂S的非烃分子和汞。

再次参考附图1，所述系统还包括通过主进口110与上游生产管 线10流体相连的烃井物流分离罐100，用来接收烃井物流和将烃井物 流分离为至少一股包含气态烃相分子的中间产品物流40和包含水相 的中间废物流50。任选地，所述烃井物流分离罐100可以为三相分离 器形式，其中所述烃井物流10可以分离为比上述更多的多个物流。除 了上述物流外，所述多个物流通常包括液态烃相20，和/或包含固体的 物流(图中未示出)。因此，三相分离器可以包括设置用来从烃井物流 分离罐100选择性排出液态水相的水相排出口150，和设置用来独立 于液态水相从烃井物流分离罐100选择性排出液态烃相的烃相排出口 120。烃相排出口120通常设置在重力方向上高于水相排出口150，以 允许基于密度差分离这两个液相。固体可以与液态水相一起排出，或 者通过任选的固相排出口(图中未示出)排出。

取决于具体的需要和要求，可以提供单独的单元或系统来处理所 述液态烃相20和液态水相。例如，可以提供烃凝液稳定单元600以接 收液态烃相20和从中脱除相对挥发性成分35，从而使剩余的稳定液 体30可以在常温和常压下安全贮存。

包含水相的中间废物流50可以类似地进行净化。例如，可以提供 水合物抑制剂再生单元200，该单元在其上游侧与烃井物流分离罐100 相连，以接收中间废物流50。经过再生的水合物抑制剂物流65比中 间废物流50的水相包含更高浓度的水合物抑制剂添加剂，该物流65 从水合物抑制剂再生单元200排出。中间废物流50的剩余部分通常比 中间废物流50的水相所含水合物抑制剂添加剂的浓度低，该剩余部分 的至少一部分作为废物流部分60排入废物流管线。

烃井物流分离罐100还配备有气态烃物流排出口，在下文中称作 蒸气排出口140，用于从烃井物流分离罐100排出包含气态烃相分子 的蒸气的中间产品物流40。气态烃相至少包含烃分子，优选包含甲烷 分子。

设置烃处理设施400来接收中间产品物流40，和进一步处理中间 产品物流40以由中间产品物流40生产烃产品物流90。除了烃产品物 流90外，烃处理设施400可以生产一种或多种副产品物流95。进一 步细节和示例性实施方案将在下文参考附图4进一步讨论。

为了防止烃处理设施400中的设备或物流被损坏或污染，在部分 气态烃相到达烃处理设施400之前，选择性地从由烃井物流10分离出 来的气态烃相中脱除一定量的汞。

图2和图3示意性地给出了烃井物流分离罐的优选实施方案，其 中可以在一个罐内组合烃井物流10相分离为至少一个液相103和至少 一个气态烃相107的功能，和从分离的气态烃相107脱除汞的功能， 从而可以在通常设置只用来实施相分离步骤的操作空间中实施这两个 功能。

在图2和图3的每一个实施方案中，烃井物流分离罐100包括下 部隔室102，用于从已通过主入口110进入烃井物流分离罐100的烃 井物流10的气态烃相107中分离出液相103。主入口110可以与包括 入口分配器112的常用内构件相连。下部隔室基本上为气/液分离器， 任选为三相分离器形式。

在下部隔室的下部提供至少一个液体排出口以从烃井物流分离罐 100排出至少一部分液相103。在附图2和附图3的实施方案中，这种 液体排出口以水相排出口150的形式给出，该排出口150设置用来选 择性地从烃井物流分离罐100排出液态水相。

烃井物流分离罐100还包含在重力方向上高于下部隔室102的上 部隔室104。内部通道106使下部隔室102和上部隔室104流体相连。 内部通道106在重力方向上位于液体排出口上方。它用作下部隔室102 的气相排出口，和可以任选与在气/液分离器中更通用的内构件如除沫 网或类似设施相连以防止液滴穿过。

在上部隔室104中设置过滤器108。过滤器优选为选择性过滤器， 例如利用汞和/或汞化合物相对于烃分子(特别是相对于甲烷)的化学和 /或物理差异能够从气态烃相107中过滤出汞。另外，上部隔室104中 配备有蒸气排出口140，用来从上部隔室104排出过滤后的气态烃物 流109至烃井物流分离罐100的外部。设置过滤器108，从而使内部 通道106与蒸气排出口140在流体上分开，进而使气态烃相107在通 过蒸气排出口140从下部隔室104排出之前必须通过过滤器108。

过滤器108合适地为吸附过滤器。它可以包含能够从气态烃相107 吸附汞的吸附剂材料，优选为固体吸附剂材料。许多合适的吸附剂材 料对于单独的汞脱除单元来说是已知的，包括活性炭、活性沸石、氧 化铝、二氧化硅或应用化学促进剂对这些材料作化学改性以增强汞吸 附的吸附选择性的物质，所述化学促进剂包括例如硫、碘、氯、硝酸、 金属硫化物如硫化铜和硫化锌及混合的硫化物。为了操作简化，针对 此目的可以选择非再生性吸附剂。这允许烃井流体分离罐100操作好 多年，在此期间汞在吸附过滤器中累积，随后在定期停车检修期间对 过滤器进行更换。

附图2的实施方案与附图3的实施方案区别在于在图3中内部通 道106延伸通过过滤器，以允许气态烃相107在没有有效接触过滤器 的情况下流过过滤器108，然后以通常向下方向的接触模式流过过滤 器。在这种情况下，蒸气排出口140可以低于过滤器108，合适地位 于烃井物流分离罐100的侧壁内。在图3的情况下，内部通道106更 短和不延伸通过过滤器108。气态烃相107必须以通常向上的方向流 过过滤器108。蒸气排出口140可以高于过滤器108，合适地在烃井物 流分离罐100的顶部区域内。

烃井物流分离罐100合适地以直立形式构造，例如具有绕竖直中 心轴延伸的圆柱形侧壁区的垂直延伸压力罐。上部隔室104和下部隔 室102可任选被在侧壁区内放置的通常穿过竖直中心轴的隔板114隔 开。所述隔板不必是平板，例如它可以是绕中心轴(图中未示出)向上 或向下凸出的截锥形。内部通道106可以简单地只为在隔板114上的 开孔。优选地，内部通道106不会使气态烃相107有明显的压力损失。 通过过滤器108可能会产生压降。为了在烃处理设施400中更有效地 进行烃处理，任何压降都可能产生再压缩要求。因此，使气态烃相107 流至过滤器108所产生的压降越小，则可以有更多压力来允许流过过 滤器108产生的压降。合适地，过滤器上游上部隔室104中的压力比 下部隔室102中的压力低1bar以内，优选低0.5bar以内。

再次参考附图1，烃处理设施400可以包括任意数目的各种类型 的单元，按需进一步处理中间产品物流40为具有理想规格的所需烃产 品物流。

由过滤后的气态烃物流109形成的中间产品物流40可以包含不同 量的如下烃：甲烷、乙烷、丙烷和丁烷。它可能进一步包含更少量的 戊烷和芳烃。所述组成依据气体的类型和位置而变化。它优选基本由 甲烷组成。气态烃物流10优选包含至少50mol％的甲烷，更优选为至 少80mol％的甲烷。

中间产品物流40还可以含有非烃类物质如H₂O、N₂、CO₂、Hg、 H₂S和其它硫化合物以及类似物。因此，烃处理设施可以包含用于减 少和/或脱除不想要组分如CO₂和H₂S的单元或系统，和/或其它步骤 如早期冷却、预加压等等。由于这些步骤对本领域的熟练技术人员来 说是公知的，因此它们的机理在这里不再进一步进行讨论。

在图4描述的实施例中，烃处理设施400包括液化系统440，烃 产品物流90可以是液化天然气物流，而天然气液体物流(例如主要为 丙烷和/或丁烷的液化石油气物流)可以是一个或多个副产品物流95中 的一个。通常设置液化系统440以从至少部分中间产品物流40中提取 热量，从而产生液化形式如液化烃物流形式的烃产品物流90。

替代液化系统440或除液化系统440以外，烃处理设施400中的 进一步处理可以包括如下一个或多个：残留汞脱除430、脱水420、包 括CO₂脱除和/或H₂S脱除的酸性组分脱除410和/或它们的回收、提 取和/或回收天然气液体以产生被转化为所述液态形式的贫天然气物 流、脱氮、脱氦和/或氦回收。

在烃处理设施400的所有可能单元中，酸性组分脱除装置410(有 时也称为酸性气体脱除单元-AGRU)可能最接近烃井物流分离罐100。 它可以与烃井物流分离罐100的蒸气排出口140流体相连，中间没有 任何其它组成改变单元。要脱除的常见酸性组分为硫化氢(H₂S)和二氧 化碳(CO₂)。酸性组分脱除装置有利地包括设置用于使至少部分中间物 流40与胺溶剂接触的胺溶剂单元。

因为中间产品物流40由过滤后的气态烃物流109形成，它比烃井 物流10的气态烃相107中的汞含量低。因此，与应用常规的入口分离 器或常规的三相分离器相比，应用这里所描述的烃井物流分离罐100 时，有更少的汞在胺中吸收、在胺再生单元中累积或排放到大气中。 这允许处理汞含量比平均汞含量高的烃贮层气体。

用于上述每一个进一步处理步骤的各种工艺和设备都是已知的， 和不需要在这里进行解释。

在操作过程中，上述系统按如下进行工作。

由地下地层530的烃贮层520产生烃井物流10。烃井物流10至 少包含气态烃相和液相。将所生产的烃井物流10进料至烃井物流分离 罐100的下部隔室102，在其中被分离为液相液体103和气态烃相107。 液体103通过烃井物流分离罐100底部的液体排出口150从烃井物流 分离罐100排出。

气态烃相107经内部通道106送至上部隔室104。它由内部通道 106出来后接着流过在上部隔室104中放置的过滤器108。气态烃相 107中的汞被截留在过滤器108中，它可以在其中累积。所得的过滤 后的气态烃物流109包括不含已经在过滤器中累积的汞的气态烃相， 它通过蒸气排出口140从上部隔室104排出，以形成中间产品物流40。 优选地，气态烃相107中的大部分汞在过滤器108中滤掉。进一步处 理中间产品物流40以由中间产品物流40产生烃产品物流90。

随后中间产品物流40可以首先降低一种或多种酸性组分的浓度， 例如通过使中间产品物流40与胺溶剂接触进行。

液化烃物流的一个公知例子是液化天然气物流，它通常主要含有 甲烷，例如至少80mol％的甲烷。在这种情况下，进一步处理可以包 括从中间产品物流40的至少包含甲烷的部分脱除热量，以形成为液化 的含甲烷物流如液化天然气物流形式的烃产品物流。现有技术中有多 种合适的装置和设备可用于从气态含烃原料物流、特别是天然气物流 中提取热量，以及其它处理步骤如上文简要描述的用于从原料物流脱 除不想要的污染物和组分的那些，它们经常与生产液化烃物流组合实 施。这些装置和设备不需要在这里进一步解释。

在上文所述的实施方案中，烃井物流分离罐100、任选的水合物 抑制剂再生单元200和烃处理设施400均位于海上机构内部和/或上 面。海上机构可以是在水体510如海洋上漂浮的海上机构500。海上 机构500可以依天气情况连接到锚定转台(图中未示出)上，由此上游 生产管线10合适地通过转台进入海上机构500。附图1的实施方案中 的烃贮层520为海床540下方的地下地层530。

不管如何，由于实施本发明需要相对较小的操作空间，它特别适 合于在海上机构中应用，包括在海上气体处理机构如海上天然气液化 装置中应用。

本领域的熟练技术人员将会理解，在不偏离所附权利要求范围的 条件下，可以以多种方式实施本发明。