分离含烃气态混合物的方法

摘要

本发明涉及用于处理含烃气态混合物的技术，并且特别是涉及气体组分的低温分离，并且本发明可以被用于处理油井气体或天然气。该方法包括以下阶段：a)将混合物脱水，b)将所述混合物冷却，c)使所述混合物穿过第一精馏塔(7)，用于产生富含烃类的第一料流(105)和包括溶解在CO

说明书

本发明涉及用于处理含烃气态混合物的方法，特别是涉及气体组分的低温分离，并且本发明可被用于处理伴产气或天然气。本发明特别有助于解决与从天然气提取酸性气体(СО₂和Н₂S)相关的任务。

用于分离含烃气态混合物的方法在本领域中是已知的，该方法包括：冷却混合物，膨胀该混合物或该混合物的一部分，在膨胀期间局部冷凝该混合物，在精馏塔中分离该混合物或该混合物的一部分，用于产生液相和气相的产物的目的。膨胀混合物的处理(工艺)是通过使混合物穿过喷嘴通道来进行的，混合物料流在喷嘴通道中和/或在喷嘴通道入口处被涡旋(打旋)，并且该混合物料流在该喷嘴通道出口处或在该喷嘴通道的一部分处至少被分为两个料流，其中之一富含比甲烷重的组分，而另一个贫乏所述组分。富含的料流或其一部分被进料至精馏塔，并且在该精馏塔中产生的气相产物被完全地或部分地进料到被膨胀之前的混合物中(参见：俄罗斯专利2272973号)。

用于分离气体混合物的方法在本领域中是已知的，该方法包括：冷却混合物，使由该混合物产生的产物扩展(膨胀)，使这些产物的至少一部分穿过精馏塔，在喷嘴中将所述混合物扩展(膨胀)为涡旋的料流并且将所述料流分离成富含比甲烷重的组分的料流和贫乏所述组分的料流，通过由所述混合物产生的产物的冷却来将所述贫乏料流加热。被加热的贫乏气体料流在压缩器中被压缩、在空气冷却单元中被冷却，并且所产生的气体产物的一部分被用作最终产物，而另一部分被额外地冷却、扩展，扩展(膨胀)产物被进料至塔和/或与从所述塔来到喷嘴的气相产物混合(参见：俄罗斯专利2514859号)。

已知方法在以下方面是不利的：如果其被用于在喷嘴中的分离之后提取二氧化碳气体(СО₂)，富含比甲烷重的组分的料流仍包括通过泵入形成物而被处理的、溶解在CO₂中的大体积的烃类。

本发明的主要目的是确保从初始气体混合物再次提取目标组分(烃类)。

本发明的技术效果包括这样的技术结果，所述技术结果在于减少目标组分的损失和提高方法效率。

由于要求保护的方法包括以下步骤这样的事实，实现了所述技术效果：

a)将混合物脱水，

b)将混合物冷却，

c)使混合物穿过第一精馏塔，由此产生富含烃类的第一料流和包括溶解在CO₂中的烃类的第二料流，

d)在第一料流在喷嘴中涡旋并且同时扩展时，分离第一料流组分，用于产生贫乏比甲烷重的组分的第三料流和富含所述组分的第四料流，

e)加热第三料流，

f)使用第三料流的一部分作为输出气体，

g)将第三料流的另一部分冷却，将其与第一料流混合，并且将由此产生的混合物进料至步骤(d)，

h)将第二料流和第四料流进料到第二精馏塔中，用于产生富含C3+烃类的第五料流、富含CO₂的第六料流以及富含甲烷的第七料流，

i)将第七料流与初始气体混合物混合，并将组分进料至步骤(a)。

而且，由于以下事实实现了所述技术效果：

-在步骤(d)之前，混合物被分离为富含CO₂的料流和贫乏CO₂的料流，贫乏CO₂的料流被进料至步骤(d)用于分离，而富含CO₂的料流被返回到所述第一塔；

-来自所述第一精馏塔的液相的一部分通过使用被提供用于冷却初始气体混合物的热交换器而被加热，并且被返回到第一塔；

-来自所述第二精馏塔的液相的一部分通过使用被提供用于冷却初始气体混合物的热交换器而被加热，并且被返回至第二塔；

-富含CO₂的所述第六料流通过使用被提供用于冷却初始气体混合物的热交换器而被加热，并被处理；

-在一个热交换器中进行在步骤(e)中的第三料流的加热和在步骤(g)中的第三料流的一部分的冷却；

-将初始混合物在步骤(b)中冷却至低于-40℃的温度。

要求保护的本发明与类似方案之间的主要不同在于：本发明使用第二精馏塔，其中来自第一塔的液相和来自喷嘴分离器的气-液料流被进料至所述第二精馏塔。第二塔能够提取溶解在CO₂中的额外的烃类以及分离C3+(丙烷及更高级烃)的单个级分(馏分)。因此，要求保护的方法能够使得气体混合物的纯化程度和目标组分的提取程度更高，以及能够获得额外的终产物—宽级分(wide>

本发明通过附图来阐明，其中，图1示出了实施该方法的示意图。

该示意图包括以下元件：

1–第一压缩器

2–脱水单元

3–第一热交换器

4–冷却器

5–第二热交换器

6–阀

7–第一精馏塔

8–混合器

9–分离器

10–阀

11–喷嘴分离器

12–第二精馏塔

13–第三热交换器

14–第二压缩器

15–第三压缩器

16–泵

17–泵

18–加热器(重沸器)。

经处理的气体混合物的组分料流通过示意图中的以下参考号来指明：

101–起始气体(气体混合物)

102–脱水后的气体混合物

103–冷却的气体混合物

104–膨胀后的冷却的气体混合物

105–精馏塔(7)中产生的富含烃类的第一料流

106–精馏塔(7)中产生的包括溶解在CO₂中的烃类的第二料流

107–喷嘴分离器中贫乏比甲烷重的组分的第三料流

108–喷嘴分离器中富含比甲烷重的组分的第四料流

109–第二精馏塔(12)之后的C3+烃类的第五料流

110–第二精馏塔(12)之后的富含CO₂的第六料流

111–第二精馏塔(12)之后的富含甲烷的第七料流

112–富含烃类的返回料流

113–加热的第三料流

114–输出气体

115–分离第三料流之后被进料至喷嘴分离器的富含烃类的返回料流

116–冷却的返回料流

117–第一料流和冷却的返回料流的混合物

118–被进料至喷嘴分离器用于3S分离的料流

119–被进料至第一精馏塔的返回料流

120–取自第一塔的料流

121–返回至第一塔的加热的料流

122–富含CO₂的输出料流。

该方法可以如下实施。

初始气体混合物(101)(例如，天然气)被压缩器(1)压缩，并在单元(2)中脱水。然后，产生的混合物(102)接连在第一热交换器(3)、冷却器(4)和第二热交换器(5)中被冷却。具有低于-40℃，优选地大约-49℃的温度的产生的料流(103)穿过阀(6)并被膨胀，从而获得大约-62℃的温度。冷却的料流(104)被进料至第一精馏塔(7)，其中产生了富含烃类的第一料流(105)和包括溶解在CO₂中的烃类的第二液相料流(106)。为了另外加热该塔的下部，使用泵将液体(120)的一部分由所述塔泵出、通过热交换器(3)和(5)，并且，由此产生的加热的料流(121)被返回至第一塔(7)。

在穿过混合器(8)和分离器(9)(它们的操作将在下文描述)之后，第一料流(105)的组分被进料至喷嘴分离器(11)(3S分离器)；并且第一料流(105)的组分(如料流(118)中所包含的组分)在喷嘴中形成的涡旋的气-液料流中被分离为贫乏比甲烷重的组分(即，富含甲烷)的第三料流(107)和富含这些组分的第四料流(108)。喷嘴(3S)分离器的结构实现和操作原理被详细地公开在例如俄罗斯专利2167374号中。

包括大约95％甲烷的第三料流(107)穿过第三热交换器(13)和第一热交换器(3)而被加热，目的在于产生料流(113)，并且在穿过第二压缩器(14)的同时被分离为两个部分。一部分(114)(大约70％)被用作输出气体，而另一部分(115)在第三热交换器(13)中被冷却，所述冷却的料流(116)被进料至混合器(8)，其中所述冷却的料流(116)与第一料流(105)混合。第三料流的返回部分(116)被用于冷却气体混合物。产生的混合物(117)被进料至另外的分离器(9)(例如，气旋或格栅式)，其中所述混合物(117)被分离成富含CO₂的料流(119)和贫乏该组分的料流(118)。料流(118)被定向至喷嘴分离器(11)(参见上文)，而料流(119)被返回至第一塔(7)的上部。

富含比甲烷重的组分的第四料流(108)与包括溶解在CO₂中的烃类的第二液相料流(106)被进料至第二精馏塔(12)。

在料流(108)和(106)穿过第二塔(12)之后，从其下部提取富含C3+烃类(丙烷及更高级烃)的第五料流(109)和富含CO₂的第六料流(110)。料流(109)是终产物(WFLH)。为了产生它，取自第二塔的液体在再沸器(18)中被加热。液体的一部分被返回到塔中，而另一部分被用作终产物WFLH(料流109)。第六料流(110)穿过第二热交换器(5)和第一热交换器(3)用于产生富含CO₂的输出料流(122)。

从塔(12)的上部获得富含甲烷也包括乙烷的第七料流(111)。第七料流(111)在热交换器(5)和(3)中被冷却，并且通过将返回料流(112)与初始气体混合物(101)混合而被定向至处理过程的开始，定向至脱水步骤。

为了另外加热塔(12)的下部，使用泵(16)将液体的一部分泵送穿过热交换器(5)和(3)，并且产生的加热的料流被返回到第二塔中。

实施该方法的实施例。

按照上文描述的示意图来实施该方法。

图1中所示的料流的参数在表1、2和3中给出。

结果表明，产生了包括94.6％的甲烷的商品天然气(commodity gas)(114)和终产品WFLH(109)，所述终产品(109)包括26.9％的乙烷、37.2％的丙烷、8％的异丁烷、15％的正丁烷、3.2％的异戊烷和3.7％的正戊烷。此外，富含CO₂并作为将被处理的气体的输出料流(122)仅包括1.1％的甲烷。

按照类似的方案，将被处理的气体包括大约3.4％的甲烷以及轻质С3+烃类。

因此，相比于类似方案，要求保护的方法能够减少目标组分的损失。此外，所提供的过程示意图能够以高生产率和高效热回收来实施该方法，所述高生产率和高效热回收提高了方法的效率。

表1

表2

表3