CN102483300B - 从烃气体流中去除酸性气体的低温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种从原料气流去除酸性气体的系统。该系统包括低温蒸馏塔。低温蒸馏塔具有接收主要由甲烷组成的冷液雾的受控凝固区。该塔接收然后分离原料气流为塔顶甲烷气流和由二氧化碳组成的基本固体材料。该系统包括在受控凝固区下面的收集器盘。当基本固体材料在受控凝固区中沉淀时，收集器盘接收基本固体材料。该系统也具有过滤器。过滤器接收基本固体材料并然后使其分离为主要由二氧化碳组成的固体材料和包含甲烷的液体材料。固体材料可加温为液体并出售，而液体材料返回低温蒸馏塔。

Description

从烃气体流中去除酸性气体的低温系统
相关申请的交叉参考
本申请要求美国临时专利申请61/240,850的权益，该申请提交于2009年9月9日，标题为Cryogenic System for Removing Acid Gases From a Hydrocarbon Gas Stream，With Solid CO2 Recovery，其全部包括在此作为参考。
技术领域
背景技术
该节涉及介绍可关联本公开示范实施例的本领域各方面。该讨论据信参与提供框架从而促进更优理解本公开的特别方面。因此，应理解该节应就此而论地阅读，并且不必需作为现有技术的承认阅读。
发明领域
本发明涉及组分分离的领域。更特定地，本发明涉及二氧化碳和其它酸性气体从烃流体流分离。
技术讨论
源自储层的烃产物时常运送非烃气体的附带产物。这样的气体包括污染物例如硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)。在H2S和CO2作为烃气体流(例如甲烷或乙烷)的部分产生时，该气流有时称为“酸气”。
在酸气向下游发送以便进一步处理或销售之前通常加工酸气从而去除CO2、H2S。分离过程创造关于分离污染物处置的问题。在一些情况下，浓缩的酸性气体(主要由H2S和CO2构成)发送到硫回收单元(“SRU”)。SRU使H2S转变为良性元素硫。然而，在一些地区中(例如里海区)，因为具有有限市场，所以另外的元素硫产物是不期望的。因此，数百万吨硫存储在世界的一些地区，最特别是加拿大和哈萨克斯坦中的巨大地上储块中。
尽管硫存储在陆地上，但二氧化碳气体有时通风到大气。然而，通风CO2的实践有时是不期望的。最小化CO2排放的一个提议是称为酸性气体喷射(“AGI”)的过程。AGI意思是不需要的酸气在压力下重注入地下地层并为潜在的后来使用隔离。可替换地，二氧化碳可用来为增强的油回收操作创造人工储层压力。
为促进AGI，期望具有从烃气体分离酸性气体组分的气体处理设施。然而，对于“高酸”流，即含有大于约15％CO2和/或H2S的产物流，可特别挑战设计、建造和操作可从期望的烃经济分离污染物的设施。许多天然气储层含有相对低百分比的烃(例如低于40％)和高百分比的酸性气体，主要是二氧化碳，但同样具有硫化氢、硫化碳、二硫化碳和各种硫醇。在这些实例中，可有益采用低温气体处理。
低温气体处理是有时用于气体分离的蒸馏过程。低温气体分离在中等压力(例如每平方英寸300-600磅表压(psig))生成冷却的塔顶气流。另外，液化酸性气体作为“底部”产物生成。由于液化酸性气体具有相对高密度，因此静压头可有益用于AGI阱，从而参与注射过程。在该方面中，酸性气体可在柱压力(例如300-600psia)作为液体回收。这意味着泵送液化酸性气体进入地层需要的能量低于压缩低压酸性气体到储层压力需要的能量。
低温气体处理具有另外优点。例如，二氧化碳的吸收不需要溶剂。另外，甲烷回收可在单独容器中获得(和用于Ryan-Holmes过程的多容器系统相反)。最终，取决于致冷容量，严格H2S规格例如低至或低于4ppm可符合产生气体。
挑战也关于酸气的低温蒸馏存在。在处理的气体中存在浓度大于约5摩尔百分数的CO2时，其在标准低温蒸馏单元中作为固体析出。CO2作为固体形成干扰低温蒸馏过程。为避开该问题，受让人具有先前设计的各种Controlled Freeze ZoneTM(CFZTM)过程。CFZTM过程利用二氧化碳的倾向，通过允许凝固颗粒在蒸馏塔的开放部分内形成然后在该颗粒落到融化盘上的时候捕获该颗粒，来形成固体颗粒。结果，清洁甲烷流(连同原料气体中存在的任何氮或氦)在塔顶部生成，同时冷却液体CO2/H2S流在塔底部作为底部产物生成。
CFZTM过程的某些方面和关联设备在美国专利No.4,533,372；美国专利No.4,923,493；美国专利No.5,062,270；美国专利No.5,120,338；以及美国专利No.6,053,007中描述。
如在上面美国专利中一般描述，用于低温气体处理的蒸馏塔或柱包括下蒸馏区和中间受控凝固区。优选地，也包括上精馏区。蒸馏柱操作从而通过提供具有温度范围的蒸馏柱部分创造固体CO2颗粒，该温度范围低于二氧化碳的凝固点，但高于在该压力甲烷的沸点温度。更优选地，受控的凝固区在容许甲烷和其它轻质烃气体蒸发，同时导致CO2形成凝固(固体)颗粒的温度和压力操作。
在供气流在蒸馏柱向上移动时，凝固的CO2颗粒脱离供气流并从受控凝固区重力下降到融化盘上。颗粒在那里液化。富二氧化碳液流然后从融化盘向下流动到在蒸馏柱底部的下蒸馏区。下蒸馏区维持在基本没有二氧化碳固体形成，但溶解的甲烷煮沸的温度和压力。在一个方面中，在30°到40°F在蒸馏区中创造底部酸性气流。
受控的凝固区包括冷液雾。这是称为“回流”的富甲烷液流。在轻质烃气体的蒸汽流和夹带的酸气向上移动通过蒸馏柱时，蒸汽流冲击液雾。冷液雾帮助脱离固体CO2颗粒，同时容许甲烷气体挥发并向上流动进入精馏区。
在上精馏区中，甲烷(或塔顶气)捕获并抽出以便销售或使其可用于燃料。在一个方面中，塔顶甲烷流在约-130°F释放。塔顶气可通过另外冷却部分液化，并且一部分液体作为回流返回蒸馏柱。液体回流然后作为冷喷雾注入精馏区和受控凝固区。在该方面中，为回流生成冷液体甲烷的过程需要附属于CFZ塔的设备。该设备包括管道、喷嘴、压缩机、分离器、泵和膨胀阀。
在上精馏区中产生的甲烷符合管道输送的大多规范。例如，如果生成充足回流，那么甲烷可符合低于2摩尔百分数的管道CO2规范和4ppm H2S规范。然而，更高纯度天然气的更严格规范为应用例如氦回收、低温天然气液体回收、转变为液体天然气(LNG)和脱氮存在。
可通过提高液体甲烷回流的质量符合更严格的规范。这依次需要更大的致冷设备。操作员越希望去除CO2，对致冷的需求变得越大。
具有减少CFZ过程致冷需求同时仍使CO2含量减至非常低水平的 需要。同样具有通过其它CO2去除技术扩大的低温气体分离系统和伴随过程的需要。进一步地，具有能够为下游液化过程使气体的CO2和H2S含量减至LNG规范可接受的水平而不增加致冷设备容量的需要。
发明内容
提供从原料气流去除酸性气体的系统。在一个实施例中，该系统包括低温蒸馏塔。低温蒸馏塔具有中间受控凝固区。受控凝固区，或喷雾段接收主要由甲烷组成的冷液雾。冷雾优选为从蒸馏塔下游的塔顶循环生成的液体回流。
低温蒸馏塔经配置接收原料气流，并然后分离原料气流为(1)塔顶甲烷气流，以及(2)由二氧化碳组成的基本固体材料。
该系统也具有在低温蒸馏塔下游的致冷设备。致冷设备用来冷却塔顶甲烷流，并然后使甲烷流的部分作为回流返回低温蒸馏塔中的致冷区。液体回流的部分可在受控凝固区中喷雾从而导致固体二氧化碳颗粒的沉淀。
该系统进一步包括收集器盘。收集器盘安置在受控凝固区下面，以便在固体CO2颗粒在受控凝固区中沉淀时接收固体CO2颗粒。优选地，收集器盘具有倾斜底座从而引导沉淀进入中心降液管。降液管依次可任选包括机械平移装置例如螺旋钻，从而移动包括固体CO2材料的浆离开低温蒸馏塔并向CO2回收设施移动。
CO2回收设施优选由多个过滤器组成。因此，该系统包括至少第一过滤器以便回收浆。浆分离为凝固或固体材料(称为“滤饼”)和液体材料(称为“滤液”)。固体材料主要由二氧化碳组成，而液体材料包含甲烷。液体材料也可包含较小量的二氧化碳、硫化氢、汞和重质烃。应理解如在此使用，浆称为包括固体材料和液体材料，但可进一步包括气态材料和其它非固体材料。浆的液体材料部分可从浆分离以便进一步处理。非固体材料的处理可使液体转变为可随后用于各种目的例如重注射到回收设施的气体和/或固体。然而，为便于提及，浆的非固体部分一旦从浆分离，在此可无关于材料的状态称为液体材料。
该系统进一步包括液体返回管线。液体返回管线从CO2回收设施向低温蒸馏塔返回液体材料的至少一部分。然后，甲烷和其中夹带的 任何酸性气体组分的进一步处理发生。
低温蒸馏塔优选包括在受控凝固区上面的上精馏区。该塔可进一步具有在受控凝固区下面的下蒸馏区。在后面的实例中，低温蒸馏塔优选经配置接收原料气流进入下蒸馏区。此外，该塔从液体返回管线接收液体材料进入下蒸馏区。甲烷和痕量酸性气体组分的进一步处理在下蒸馏区中发生。那里，在温暖的下蒸馏区中甲烷蒸汽向上行进通过受控凝固区和上精馏区，并与塔顶甲烷流融合。二氧化碳组分大部分在下蒸馏区中蒸发，向上移动进入受控凝固区，并沉淀回到收集器盘上。CO2组分然后与浆一起运输到CO2回收设施。
在该塔包括下蒸馏区时，酸性气体作为底部液流落出相对温暖的下蒸馏区。底部液流可包含基本液相的乙烷、丙烷、丁烷、硫化氢或其结合。也可存在二氧化碳。
在一个安排中，低温蒸馏塔不包括下蒸馏区。在该实例中，原料气流在受控凝固区中注入蒸馏塔。另外，液体返回管线在原料气流注入低温蒸馏塔之前，或与该注入同时使液体材料的至少一部分与原料气流融合。蒸馏塔没有用来捕获硫化氢的底部流；代替地，硫化氢与甲烷和二氧化碳的痕量元素在CO2回收设施内通过第二和任选第三与第四过滤器捕获。硫化氢与甲烷和二氧化碳的痕量元素作为冷液体滤液从过滤器释放。滤液在蒸馏塔中随后处理，因此从酸性气体捕获回收甲烷流。回收甲烷流与塔顶甲烷流融合以便作为商品销售。
在任一实施例中，热交换器在CO2回收设施的末端任选提供。热交换器经配置使至少部分取自最终段滤饼的基本固体材料加温，从而产生液相的基本纯净的二氧化碳流。通过使用例如原料气流作为热源加温基本固体材料。
同样在此提供使用酸性气体去除系统从原料气流去除酸性气体的方法。原料气流包含甲烷、二氧化碳并很可能包含其它组分例如乙烷和硫化氢。
在一个实施例中，该方法首先包括提供低温蒸馏塔。该塔具有接收主要由甲烷组成的冷液雾的受控凝固区。该塔进一步包括在受控凝固区下面的收集器盘。
该方法也包括注射原料气流进入低温蒸馏塔。在一个安排中，原 料气流在受控凝固区下面的下蒸馏区中注入蒸馏塔。在另一安排中，原料气流在受控凝固区自身中注入蒸馏塔。优选地，原料气流在其注入蒸馏塔之前基本脱水。
该方法进一步包括冷冻原料气流。冷冻原料气流导致原料气流内二氧化碳作为基本固体材料在收集器盘上沉淀并在其上变为浆。同时，蒸馏塔中的压力低于进料流，导致原料气流内的甲烷灌注。甲烷行进通过受控凝固区上面的精馏区，并作为塔顶甲烷流离开低温蒸馏塔。
该方法也包括使塔顶甲烷流经过低温蒸馏塔下游的致冷系统。致冷系统使塔顶甲烷流的至少一部分冷却为液体。该方法另外包括使冷却的塔顶甲烷流的一部分作为液体回流返回低温蒸馏塔。液体回流的一部分依次可用作冷液雾。
同样作为该方法的部分，基本固体材料从低温蒸馏塔去除。在一个方面中，基本固体材料的去除通过使用机械平移装置例如螺旋输送机或螺旋钻实现。螺旋钻可位于收集器盘的降液管内，如上面表示。螺旋钻刺穿基本固体材料或浆，使其平移出蒸馏塔并向固体CO2处理设备平移。优选收集器盘在例如约-70°F到-80°F的温度操作。该温度在CO2组分的凝固点或稍低于该凝固点。
该方法进一步包括分离基本固体材料为基本固体滤饼和基本液体滤液。滤饼主要由二氧化碳组成，而滤液包含甲烷和残留二氧化碳。滤液可包括其它组分例如重质烃和均匀轻质芳香烃。
分离步骤可通过使基本固体材料或浆经过第一过滤器实现。这产生主要由固体二氧化碳组成的滤饼，以及液相的包含甲烷和二氧化碳的第一滤液。第一过滤器可以是例如多孔介质或离心机。
分离步骤可进一步包含使用冷二氧化碳流漂洗第一滤饼，混合第一滤饼从而产生第一固液浆，并向第二过滤器输送第一固液浆。第二过滤器产生主要由固体二氧化碳组成的第二滤饼，以及又是液相的包含甲烷和二氧化碳的第二滤液。
尽管在一些实施中单独分离步骤足够，但可采取另外的CO2去除。例如，分离步骤可进一步包含使用冷二氧化碳流漂洗第二滤饼，混合第二滤饼从而产生固液浆，并向第三过滤器输送固液浆。第三过滤器产生主要由固体二氧化碳组成的第三滤饼，以及又是液相的包含较少量 甲烷和二氧化碳的第三滤液。
该方法也包括使第二液体材料的至少一部分返回低温蒸馏塔。在一个方面中，引导第二液体材料回低温蒸馏塔。在另一方面中，第二液体材料与原料气流融合并在受控凝固区中重注入该塔。
在该方法的一个实施例中，第一滤液和第二滤液结合。源自滤液的结合流体形成返回低温蒸馏塔的液体滤液。在该实例中，结合液体滤液优选注入低温蒸馏塔。
在该方法的另一实施例中，仅第一滤液作为液体滤液返回低温蒸馏塔。在该实例中，第一滤液可返回受控凝固区。蒸馏塔优选没有下蒸馏区。第二和任选第三(或随后)滤液向分离的下游蒸馏塔输送，其中残留酸性气体最终从甲烷分离。在该实例中，获得与低温蒸馏塔的塔顶甲烷流融合的回收甲烷流以便销售。
附图说明
因此其中本发明可更优理解的方式、某些图解、图表和/或流程图附加于此。然而，注意因为本发明可承认其它等效实施例和应用，所以附图仅图解本发明的选择实施例，并因此不认为是范畴的限制。
图1是在一个实施例中图解CFZ蒸馏塔的侧面图。看到冷冻原料气流注入该塔的中间受控凝固区。
图2A是在一个实施例中融化盘的平面图。融化盘位于塔内受控凝固区下面。
图2B是跨直线B-B的图2A的融化盘的剖面图。
图2C是跨直线C-C的图2A的融化盘的剖面图。
图3是在一个实施例中蒸馏塔的下蒸馏区中汽提盘(stripping trays)的放大侧面图。
图4A是在一个实施例中用于蒸馏塔的下蒸馏区或上精馏区的喷射盘的透视图。
图4B是图4A的喷射盘中开孔的一个的侧面图。
图5是图1的蒸馏塔的中间受控凝固区的侧面图。在该图中，隔板添加到中间受控凝固区。
图6A是在一个实施例中收集器盘的平面图。在气体处理设施的一 个安排中，收集器盘位于塔内受控凝固区下面。
图6B是跨直线B-B的图6A的收集器盘的剖面图。
图6C是跨直线C-C的图6A的收集器盘的剖面图。
图6D是在可替换实施例中图6A的收集器盘的剖面图。该图再次跨直线B-B。
图7是示出在一个实施例中用来根据本发明从原料气流去除酸性气体的气体处理设施的示意图。采用图6A或6D的收集器盘。
图8是示出在可替换实施例中用来根据本发明从气流去除酸性气体的气体处理设施的示意图。再次采用图6A或6D的收集器盘。
图9呈现在一个实施例中根据本发明从气流去除酸性气体的方法的流程图。
具体实施方式
定义
如在此使用，术语“烃”指代如果不排它那么主要包括元素氢和碳的有机物。烃一般落入两类：无环或直链烃，以及包括环萜烯的环状或闭环烃。含烃材料的例子包括可用作燃料或升级为燃料的天然气、石油、煤和沥青的任何形式。
如在此使用，术语“烃流体”指代是气体或液体的烃或烃的混合物。例如，烃流体可包括在形成条件、在处理条件或在环境条件(15℃和1atm压力)是气体或液体的烃或烃的混合物。烃流体可包括例如石油、天然气、煤层甲烷、油页岩、热解油、热解气、煤的热解产物，以及气态或液态的其它烃。
术语“质量传递器件”指代接收流体从而接触，并例如通过重力流使这些流体转到其他物体的任何物体。一个非限制例子是用来清除某些流体的塔盘。栅格填料是另一例子。
如在此使用，术语“流体”指代气体、液体或气体和液体的结合，以及气体和固体的结合，以及液体和固体的结合。
如在此使用，术语“可冷凝烃”意思是在约15℃和一个大气绝对压力冷凝的这些烃。可冷凝烃可包括例如碳数大于4的烃的混合物。
如在此使用，术语“闭环致冷系统”意思是其中外部工作流体例如丙烷或乙烯用作冷却剂从而冷冻塔顶甲烷流的任何致冷系统。这与其中塔顶甲烷流自身的一部分用作工作流体的“开环致冷系统”相反。
如在此使用，术语“地下”指代在地表下面发生的地质层。特定实施例的描述
图1呈现在一个实施例中的如可连同本发明使用的低温蒸馏塔100的示意图。低温蒸馏塔100可在此交换称为“低温蒸馏塔”、“柱子”、“CFZ柱”或“分裂器塔”。
图1的低温蒸馏塔100接收初始流体流10。流体流10主要由生产气体组成。通常，流体流代表源自阱口(未示出)的干气流，并含有约65％到约95％的甲烷。然而，流体流10可含有较低百分比的甲烷，例如约30％到65％，以至20％到40％。
甲烷可与其它烃气体例如乙烷的痕量元素存在。另外，可存在痕量的氦和氮。在本申请中，流体10也包括某些污染物。这些包括酸性气体例如CO2和H2S。
初始流体流10可在每平方英寸近600磅(psi)或更低的后生产压力。在一些实例中，初始流体流10的压力可高达约750psi以至1,000psi。
流体流10通常在进入蒸馏塔100之前冷冻。热交换器150例如壳管式交换器为初始流体流10提供。致冷单元(未示出)向热交换器150提供冷却流体(例如液体丙烷)，从而使初始流体流10的温度降至约-30°到-40°F。冷冻流体流可然后移动通过膨胀器件152。膨胀器件152可以是例如焦耳-汤姆逊(“J-T”)阀。
膨胀器件152用作膨胀器从而获得流体流10的另外冷却。优选地，同样创造流体流10的部分液化。焦耳-汤姆逊(或“J-T”)阀为倾向形成固体的气体进料流优选。膨胀器件152优选靠近低温蒸馏塔100安放从而最小化供料管中的热损失。
作为J-T阀的替换，膨胀器件152可以是涡轮膨胀器。涡轮膨胀器如同上面提到的致冷单元为过程提供更大冷却并创造轴功来源。致冷单元是热交换器150的部分。这样，操作员可最小化致冷过程的总能 量需求。然而，涡轮-膨胀器与J-T阀一样不可处理冻结颗粒。
在任一实例中，热交换器150和膨胀器件152使初始流体流10转变为冷冻流体流12。优选地，冷冻流体流12的温度在-40°到70°F周围。在一个方面中，低温蒸馏塔100在约500psi的压力操作，并且冷冻流体流12在近-62°F。在这些条件下，冷冻流体流12基本液相，尽管一些汽相可以不可避免夹带进入冷冻流体流12。很可能没有固体形成从CO2的存在出现。
低温蒸馏塔100分为三个主要区段。这些是下蒸馏区106、中间受控凝固区或“喷雾段”108，以及上蒸馏或“精馏”区110。在图1的塔安排中，冷冻流体流12在受控凝固区108引入蒸馏塔100。然而，冷冻流体流12可以可替换接近下整流区106的顶部引入。 
注意在图1的安排中，下蒸馏区106、中喷雾段108、上精馏区110以及全部组件容纳在单独容器内。然而，对于其中可以需要考虑塔100的高度和运动考虑的离岸应用，或对于其中运输限制是问题的远程位置，蒸馏塔110可任选分为两个分离压力容器(未示出)。例如，下蒸馏区106和受控凝固区108可设置在一个容器中，而上致冷区110在另一容器中。外部管道然后用来使两个容器互连。
在任一实施例中，下蒸馏区106的温度高于冷冻流体流12的进料温度。下蒸馏区106的温度经设计适当高于在柱子100操作压力的冷冻流体流12中甲烷的沸点。这样，甲烷优选从较重烃和液体酸性气体组分清除。当然，本领域技术人员理解蒸馏塔100内的液体是混合物，意思是该液体在纯甲烷和纯CO2之间的一些中间温度“沸腾”。进一步地，如果在混合物中具有较重烃(例如乙烷或丙烷)存在，这提高混合物的沸点温度。这些因素为在蒸馏塔100内的操作温度变为设计考虑。
在下蒸馏区106中，CO2和任何其它液相流体重力落向低温蒸馏塔100的底部。同时，甲烷和其它汽相流体脱离并向塔100的顶部上升。该分离主要通过在气相和液相之间的不同密度实现。然而，分离过程通过蒸馏塔100内的内部组件任选帮助。如下面描述，这些包括融化盘130、多个有利配置的质量传递器件126，以及任选加热器管线25。侧重沸器(未示出)可同样添加到下蒸馏区106从而促进CO2的去除 和传热。
再次参考图1，冷冻流体流12可引入靠近下蒸馏区106的顶部引入柱子100。可替换地，可期望使进料流12引入在融化盘13上面的中喷雾或受控凝固区108。冷冻流体流12的注射点是主要由初始流体流10的成分支配的设计问题。
可优选在柱子100中通过两相扩容箱(flashbox)型器件(或蒸汽分配器)124直接注射冷冻流体流12进入下蒸馏区106。使用扩容箱124来部分分离冷冻流体流12中的两相蒸汽-液体混合物。扩容箱124可开槽以使两相流体撞击扩容箱124中的隔板。 
如果预期显著液击或频繁过程打乱，那么冷冻流体流12可需要在向柱子100供应之前在容器173中部分分离。在此情况下，冷冻流体流12可在两相容器173中分离。蒸汽通过容器入口管线11离开两相容器173，其中该蒸汽通过入口分配器121进入柱子100。该气体然后向上行进通过柱子100。液体13从两相容器173放出。通过分配器124引导液体13进入柱子100。液体13可通过重力或通过泵175注入柱子100。
在任一安排中，冷冻流体流12(或11)在具有或没有两相容器173的情况下进入柱子100。液体组分离开扩容箱124并向下行进到下蒸馏区106内的一批汽提盘126。汽提盘126包括一系列降液管129和堰板128。这些在下面连同图3更完全描述。与下蒸馏塔106中更温暖温度结合的汽提盘126导致甲烷脱离溶液。导致的蒸汽运送煮去的甲烷和任何夹带二氧化碳分子。
蒸汽进一步继续向上前进通过融化盘130的烟囱131(见于图2B)并进入凝固区108。融化盘立管131充当蒸汽分配器以便均匀分配通过凝固区108。蒸汽然后接触源自喷头120的冷液体从而“冻析”CO2。以另一方式陈述，CO2凝固并然后沉淀或“降雪”回到融化盘130上。固体CO2然后融化并以液体形式向融化盘130下面重力流动，并流过融化盘130下面的下蒸馏区106。
如在下面更完全讨论，喷雾段108是低温蒸馏塔100的中间冷冻区。由于其中冷冻流体流12在进入塔100之前在容器173中分离的可替换配置，分离的液体/固体浆13的一部分在融化盘130上面立即引入 塔100。因此，酸气和较重质烃组分的液体-固体混合物从分配器121流动，其中固体和液体向下落到融化盘130上。
融化盘130经配置从中喷雾段重力接收主要是CO2和H2S的液体和固体材料。融化盘130用来使液体和固体材料加温，并引导其以液体形式向下通过下蒸馏区106以便进一步净化。融化盘130在液池中从受控凝固区108收集并加温固-液混合物。融化盘130经设计释放蒸汽流回到受控凝固区108，提供合适传热从而融化固体CO2，并从而促进液体/浆排泄到在融化盘130下面的柱子100的下蒸馏或下蒸馏区106。
图2A提供在一个实施例中融化盘130的剖面图。图2B提供跨图2A的直线B-B的融化盘的剖面图。图2C提供跨直线C-C的融化盘的剖面图。融化盘130参考这三个附图集体描述。
首先，融化盘130包括底座134。底座134可以是基本平坦的主体。然而，在图2A、2B和2C中示出的优选实施例中，底座134采用基本不平坦的轮廓。不平坦配置为接触从中间受控凝固区108降落在融化盘130上的液体和固体提供增加的表面积。这用来增加从蒸汽到液体和融化固体的传热，该蒸汽从柱子100的下蒸馏区106向上传递。在一个方面中，底座134起皱。在另一方面中，底座13基本正弦形。盘设计的该方面在图2B中示出。理解其它不平坦几何形状可以可替换用来增加融化盘130的传热面积。
融化盘底座134优选倾斜。倾斜在图2C的侧面图中表明。尽管大部分固体融化，但倾斜用来确保液体混合物中任何未融化固体抽出融化盘130并进入融化盘130下面的下蒸馏区106。
按照图2C，在融化盘130中心看到贮槽或“降液管”138。融化盘底座134朝向降液管138向内倾斜从而输送固-液混合物。底座13可用任何方式倾斜从而促进重力液体抽出。
如在美国专利No.4,553,372中描述，融化盘称为“烟囱盘”。这是由于单独通风烟囱的存在。烟囱提供开孔，蒸汽可通过该开孔向上移动通过烟囱盘。然而，单独烟囱的存在意味着向上移动通过烟囱盘的全部气体必须外出通过单独开孔。另一方面，在图2A、2B和2C的融化盘130中，提供多个烟囱131(或“立管”)。多个烟囱131的 使用提供改善的蒸汽分配。这有助于中间受控凝固区108中的更优热/质量传递。
烟囱131可具有任何轮廓。例如，烟囱131可以是圆形、矩形或允许蒸汽经过融化盘130的任何其它形状。烟囱131也可狭窄并向上延伸进入中喷雾段108。这使有益压降能够在蒸汽上升进入CFZ受控凝固区108时均匀分配蒸汽。烟囱131优选设置在起皱底座134的尖顶上从而提供另外传热面积。
烟囱131的顶部开孔优选用盖帽或罩帽132覆盖。这使从受控凝固区108下降的固体可避免落到融化盘130上的机会最小化。在图2A、2B和2C中，在烟囱131的每个上看到罩帽132。
融化盘130也可用泡罩(bubble caps)设计。泡罩定义从融化盘130下面升起的底座134中凸出压痕。泡罩进一步增加融化盘130中的表面积从而向富CO2液体提供另外传热。由于该设计，应提供合适液体抽出例如增加的倾斜角从而确保液体引导到下面的汽提盘126。
再次参考图1，融化盘130也可用外部液体传递系统设计。传递系统用来确保全部液体基本没有固体，而且提供充足传热。传递系统首先包括抽取喷管136。在一个实施例中，抽取喷管136位于抽取贮槽或降液管138内(见于图2C)。在降液管138中收集的流体输送到传递管线135。流过传递管线135可受控制阀137和液位控制器“LC”(见于图1)控制。流体经传递管线135返回下蒸馏区106。如果液位过高，那么控制阀137打开；如果液位过低，那么控制阀137关闭。如果操作员选择不在下蒸馏塔106中采用传递系统，那么控制阀137关闭并且流体立即引导到质量传递器件或在融化盘130下面的“汽提盘”126，以便经溢出降液管139汽提。
无论是否使用外部传递系统，固体CO2在融化板130上加温并转变为富CO2液体。融化板130通过源自下蒸馏区106的蒸汽从下面加热。补充的热可通过各种工具例如加热器管线25任选添加到融化板130或仅在融化板底座134上面添加。加热器管线25利用源自底部重沸器160的已经可用的热能促进固体的融化。
富CO2液体在液位控制下从融化板130抽取并重力引入下蒸馏区106。如提到，多个汽提盘126在融化盘130下面下蒸馏区106中提供。 汽提盘126优选在相互高于对方的基本平行关系中。汽提盘126的每个可在非常轻微倾斜与堰板一起任选安置，以使在塔盘上维持液位。流体在堰板上沿每个盘重力流动，并然后经降液管向下流动到下个盘上。
汽提盘126可以在各种安排中。汽提盘126可安排在一般水平关系中从而形成正弦的、级联的液流。然而，优选汽提盘126经安排创造通过分离汽提盘基本沿相同水平面分开的级联液流。这在图3的安排中示出，其中液流分裂至少一次，因此液体落入两个相反降液管129。
图3提供在一个实施例中汽提盘126安排的侧面图。汽提盘126的每个从上面接收并收集流体。每个汽提盘126优选具有用作堤坝的堰板128，从而使汽提盘126的每个上流体小池的收集成为可能。建造可以是1/2到1英寸，尽管可采用任何高度。在流体从汽提盘126落到汽提盘126时通过堰板128创造瀑布效应。在一个方面中，没有向汽提盘126提供倾斜，但通过更高堰板128配置提供瀑布效应。流体与即将到来的富较轻质烃的蒸汽接触，该较轻质烃在汽提盘126的该“接触区”中从交叉流动液体汽提出甲烷。堰板128用来动态密封降液管128，从而帮助防止蒸汽通过降液管129绕开，并从而进一步促进烃气体的脱离。
在液体向下移动通过下蒸馏区106时，液体中甲烷的百分比变得愈加小。蒸馏的程度取决于下蒸馏区106中盘126的数量。在下蒸馏区106的上部中，液体的甲烷含量可以高达25摩尔百分数，而在底部汽提盘甲烷含量可以低达0.04摩尔百分数。甲烷含量沿汽提盘126(或其它质量传递器件)迅速闪蒸排出。用于下蒸馏区106的质量传递器件的数量是基于原料气流10成分的设计选项的问题。然而，仅少量水平的汽提盘126需要通常用来例如在液化酸性气体中去除甲烷到1％或更低的期望水平。
可采用促进甲烷脱离的各种个别汽提盘126配置。汽提盘126可简单代表具有筛孔或泡罩的嵌板。然而，为向流体提供进一步传热并为防止固体引起的不需要阻塞，所谓“喷射盘”可在融化盘下面采用。任意或结构化的包装也可代替塔盘采用。
图4A提供在一个实施例中图解喷射盘426的平面图。图4B提供 源自喷射盘426的喷射舌片422的剖面图。如示出，每个喷射盘426具有主体424，其中多个喷射舌片422在主体424内形成。每个喷射舌片422都包括覆盖开孔425的倾斜舌片构件428。因此，喷射盘426具有多个小开孔425。
在操作中，一个或更多喷射盘426可设置在塔100的汽提106和/或精馏110段中。塔盘426可与多个通道例如图3中汽提盘126的图案一起安排。然而，可利用促进甲烷气体脱离的任何塔盘或包装安排。流体在每个喷射盘426上向下泻落。流体然后沿主体424移动。舌片422任选定向从而跨盘426迅速且有效移动流体。邻接降液管(未示出)可任选提供从而向随后盘426移动流体。开孔425也容许气体蒸汽在低温蒸馏塔106中流体移动过程期间释放，从而更有效向上行进到融化盘130并通过烟囱131。
在一个方面中，塔盘(例如塔盘126或426)可从耐污材料，即防止固体累积的材料制作。耐污材料用于一些处理设备从而防止腐蚀性金属颗粒、聚合物、盐、催化剂细粒或其它化学固体化合物。在低温蒸馏塔100的情况下，耐污材料可用于塔盘126或426从而限制CO2固体的粘附。例如，TeflonTM涂层可应用于塔盘126或426的表面。
可替换地，可提供物理设计从而确保CO2不开始以固体形式沿蒸馏塔100的内径累积。在该方面中，喷射盘422可取向从而沿塔100的墙壁推动液体，由此防止固体沿塔100的墙壁积累并确保良好的蒸汽-液体接触。
在塔安排的任何中，在向下流动的流体击中汽提盘126时，材料的分离发生。甲烷气体脱离溶液并以蒸汽形式向上移动。然而，CO2足够冷并在其保持液体形式的足够高浓度，并且向下行进到下蒸馏区106的底部。液体然后在出口管线中作为底部流体流22移出低温蒸馏塔100。
紧接着离开蒸馏塔100，底部流体流22进入重沸器160。在图1中，重沸器160是向汽提盘的底部提供重沸蒸汽的釜式容器。在27看到重沸蒸汽管线。另外，重沸蒸汽可通过加热器管线25输送从而向融化盘130提供补充热。补充热通过阀门165和温度控制器TC控制。可替换地，热交换器例如热虹吸热交换器(未示出)可用于初始流体流 10从而节省能量。在该方面中，进入重沸器160的液体保持在相对低的温度，例如约30°到40°F。通过与初始流体流10热联合，操作员可使源自蒸馏塔100的冷却的底部流体流22加温同时预冷却产生流体流10。为此，通过管线25提供补充热的流体是从重沸器160返回的混合相。
预期在一些条件下，融化盘130可在没有加热器管线25的情况下操作。在这些实例中，融化盘130可与内部加热特征例如电热器一起设计。然而，优选供应采用在底部流体流22中可用的热能的加热系统。加热器管线25中的加温流体存在于在30°到40°F的一个方面中，因此其含有相对热能。因此，在图1中，示出蒸汽流25通过融化盘130上的加热盘管(未示出)引导到融化盘130。蒸汽流25可以可替换依靠传递管线135。
在操作中，重沸蒸汽流的大部分通过管线27在柱子的底部，在底部液位上面并在最后汽提盘126，或在最后汽提盘126下面引入。在重沸蒸汽向上经过每个塔盘126时，残留甲烷脱离液体。该蒸汽在其沿塔向上行进时冷却。当源自管线27的蒸汽流到达起皱融化盘130时，温度可降至约-20°F到0°F。然而，这与融化盘130上的融化固体比较仍然非常温暖，该融化固体可在-50°F到-70°F周围。蒸汽仍具有足够焓从而在固体CO2与融化盘130接触时使其融化。
回来参考重沸器160，以液体形式离开重沸器160的底部流24中的流体可任选经过膨胀器阀162。膨胀器阀162减少底部液体产物的压力，有效提供致冷效果。因此提供冷冻的底部流26。这也创造静压头。在该方面中，离开重沸器160的富CO2液体可阱下泵送通过一个或更多AGI阱(在图1中在250示意看到)。在一些状况下，液体CO2可泵入部分回收的油储层作为增强的油回收过程的部分。因此，CO2可以是可混溶注入物。作为替换，CO2可用作增强的油回收的可混溶溢流剂。
再次参考蒸馏塔100的下蒸馏区106，气体向上移动通过下蒸馏区106，通过融化盘130中的烟囱131，并进入受控凝固区108。受控凝固区108定义具有多个喷嘴122的开放腔室。在蒸汽向上移动通过受控凝固区108时，蒸汽的温度变得冷得多。蒸汽由来自喷嘴122的液体甲烷接触。该液体甲烷比向上移动的蒸汽冷得多，受外部致冷单元 170冷却。在一个安排中，液体甲烷在近-120°F到-130°F的温度从喷嘴122离开。然而，在液体甲烷蒸发时，其从周围吸热，由此降低向上移动蒸汽的温度。由于汽化甲烷降低的密度(相对于液体甲烷)和在塔100内的压力梯度，因此汽化甲烷也向上流动。
在甲烷蒸汽沿低温蒸馏塔100进一步向上移动时，其离开受控凝固区108并进入上精馏区110。蒸汽与脱离原冷冻流体流12的其它轻质气体一起继续向上移动。结合的烃蒸汽移出低温蒸馏塔100的顶部，变为塔顶甲烷流14。
在塔顶甲烷流14中的烃气体移入外部致冷单元170。在一个方面中，致冷单元170使用乙烯致冷剂或能够冷冻塔顶甲烷流14低至约-135°到-145°F的其它致冷剂。这用来至少部分液化塔顶甲烷流14。致冷的甲烷流14然后向回流冷凝器或分离室172移动。
分离室172用来从液体回流18分离气体16。气体16代表源自原料气流10的较轻质烃，主要是甲烷。也可存在氮和氦。当然，甲烷气体16是与任何乙烷一起最终设法捕获并商业销售的“产物”。
离开致冷单元170的塔顶甲烷流14的一部分保持压缩。该部分变为在分离室172中分离并返回塔100的液体回流18。泵19可用来移动液体回流18回到塔100。可替换地，分离室172安放在塔100上面，从而提供液体回流18的重力供料。液体回流18包括从上精馏区110逃离的任何二氧化碳。然而，液体回流18的大部分是与氮(如果在初始流体流10中存在)和痕量硫化氢(同样如果在初始流体流10中存在)一起的通常95％或更多的甲烷。
在一个冷却安排中，通过开环致冷系统取得塔顶甲烷流14。在该安排中，塔顶甲烷流14通过交叉交换器取得，从而冷冻用作液体回流18的塔顶甲烷流的返回部分。此后，塔顶甲烷流14受压到约1,000psi到1,400psi，并然后使用环境空气并可能使用外部丙烷致冷剂冷却。受压和冷冻的气体流然后通过膨胀器引导以便进一步冷却。涡轮膨胀器更可用来回收液体和一些轴功。标题为“Process For Separating a Multi-Component Gas Stream Containing at Least One Freezable Component”的美国专利No.6,053,007描述塔顶甲烷流的冷却，并且其全部包括在此作为参考。
这里理解本发明不受塔顶甲烷流14的冷却方法限制。同样理解致冷单元170和初始致冷单元150之间的冷却程度可变化。在一些实例中，可期望致冷单元150在更高温度操作，但然后更积极冷却致冷单元170中的塔顶甲烷流14。再次，本发明不限于这些类型的设计选项。
再次参考图1，液体回流18返回进入上蒸馏或精馏区110。液体回流18然后重力运送通过上精馏区110中的一个或更多质量传递器件116。在一个实施例中，质量传递器件116是提供一连串泻落堰板118和降液管119的精馏盘，相似于上面描述的塔盘126。任意或结构化的包装也可代替塔盘采用。
在源自液体回流18的流体向下移动通过精馏盘116时，另外甲烷汽化离开上精馏区110。甲烷气体重聚合塔顶甲烷流14从而变为气体产物流16的部分。然而，剩余的液相液体回流18落到收集器盘140上。在其这样做时，液体回流18不可避免获得从受控凝固区108向上移动的小百分比的烃和残留酸性气体。甲烷和二氧化碳的液体混合物在收集器盘140收集。
收集器盘140优选定义基本平坦主体以便收集液体。然而，如同融化盘130，收集器盘140也具有一个并优选许多的烟囱，以便放出从受控凝固区108上升的气体。可采用烟囱和罩帽安排，例如通过图2B和2C中组件131和132呈现的烟囱和罩帽安排。收集器盘140的烟囱141和罩帽142在图5的放大图中示出，在下面进一步讨论。
这里注意在上精馏区110中，存在的任何H2S在处理温度具有朝向在液体中溶解对在气体中的优选。在该方面中，H2S具有可比较的相对低挥发性。通过使剩余蒸汽与更多液体接触，低温蒸馏塔100驱动H2S浓度到低至期望的百万分率(ppm)限制，例如10以至4ppm规范内。在流体移动通过上精馏区110中的质量传递器件116时，H2S接触液体甲烷并拉出汽相，以及变为液体流20的部分。从那里，H2S以液体形式向下移动通过下蒸馏区106，并作为液化酸性气体底部流22的部分最终离开低温蒸馏塔100。
在低温蒸馏塔100中，在收集器盘140捕获的液体作为液流20抽出上精馏区110。液流20主要由甲烷组成。在一个方面中，液流20由约93摩尔百分数的甲烷、3％CO2、0.5％H2S和3.5％N2组成。在这点 上，液流20在约-125°F到-130°F。这仅比回流液体18稍微更温暖。液流20引导进入喷淋头收集鼓174。喷淋头收集鼓174的目的是为泵176提供浪涌能力。紧接着离开喷淋头收集鼓174，创造喷雾流21。喷雾流21在泵176中受压以便第二重引入低温蒸馏塔100。在该实例中，喷雾流21泵入中间受控凝固区108并通过喷嘴122发射。
喷雾流21的一些部分，特别是甲烷，紧接着离开喷嘴122汽化并蒸发。从那里，甲烷上升通过中间受控凝固区108，通过收集器盘140中的烟囱，并通过上精馏区110中的质量传递器件116。甲烷作为塔顶甲烷流14离开蒸馏塔100并最终变为气流16中商品的部分。
源自喷嘴122的喷雾流21也导致二氧化碳从气相凝华。在该方面中，一些CO2暂时进入气相并与甲烷一起向上移动。然而，因为在受控凝固区108内的低温，所以气态二氧化碳迅速转变为固相并开始“降雪”。该现象称为凝华。这样，一些CO2不再重进入液相直到其击中融化盘130。该二氧化碳在融化盘130上“降雪”，并融化进入液相。从那里，富CO2液体与如上面描述源自冷冻原料气流12的液体CO2一起向下泄落到下蒸发区106中质量传递器件或塔盘126。在该点，源自喷嘴122的喷雾流21的任何剩余甲烷应迅速脱离进入蒸汽。这些蒸汽在低温蒸馏塔100中向上移动并重进入上精馏区110。
期望具有与沿塔100向上移动的气体尽可能多接触的冷冻液体。如果蒸汽绕开从喷嘴122散发的喷雾流21，那么更高水平的CO2可到达塔100的上蒸馏区110。为改善受控凝固区108中气体/液体接触的效率，可采用具有设计配置的多个喷嘴122。因此，可使用任选设计具有多个喷雾嘴122的若干喷淋头120，而不是在回流流体流21中采用在一个或更多水平的单独喷雾源。因此，喷雾嘴122的配置具有对受控凝固区108内发生的质量传递的影响。
本受让人在此在共同待决WO专利公开No.2008/091316中具有先前提出的各种喷嘴安排，该公开具有国际提交日期2007年11月20日。该申请与其中图6A和6B为喷嘴配置的教导包括在此作为参考。该喷嘴设法在受控凝固区108内确保360°覆盖，并提供良好蒸汽-液体接触和热/质量传递。这依次更有效冷冻向上移动通过低温蒸馏塔110的任何气态二氧化碳。
多个喷淋头120和补偿覆盖的对应重叠喷嘴122安排的使用同样最小化回混(back-mixing)。在该方面中，完全覆盖防止精细、低质量的CO2颗粒向上移回柱子并进入上精馏区110。否则，仅为再次循环，这些颗粒与甲烷重混合并进入塔顶甲烷流14。
可见，使蒸汽循环通过低温蒸馏塔100的过程最终产生由商业甲烷产物16组成的气体。气体产物16沿管道向下发送以便销售。假设生成足够回流，那么气体产物16优选符合1到4摩尔百分数的管道CO2规范和4ppm或更低的H2S规范。同时，酸性气体和如存在的重质烃通过底部流体流22去除。
观察到在受控凝固区108中使酸性气体组分凝固为固体，然后使其在下蒸馏区106中融化为液体底部流22，并然后使用底部重沸器160从任何夹带天然气分离CO2中存在的固有无效率。可观量的能量关于凝固CO2消耗。在受控凝固区108中固体组分融化并然后在下蒸馏区106中与任何H2S和液相的其它重质烃混合时，该能量至少部分浪费。
因为酸性气体注射或处置更期望相对纯净的CO2，所以期望酸性气体富集过程或其它净化方法分离冻结的CO2。该分离应在受控凝固区108的底部或在下蒸馏区106的顶部发生。因此，代替融化CO2(并与任何液体H2S和重质烃组分混合)和使液相组分重力下降通过下蒸馏区106，在此提出用收集器盘更换融化盘130。收集器盘从受控凝固区108接收固液浆形式的沉淀。固液浆在收集器盘上收集并从低温蒸馏塔去除以便分离处理。
图6A提供在一个实施例中收集器盘610的平面图。图6B提供跨图6A的直线B-B的收集器盘610的剖面图。图6C提供跨直线C-C的收集器盘610的剖面图。收集器盘610参考这三张图一起描述。
首先，收集器盘610包括底座620。底座620可以是基本平坦的主体，或可具有起伏从而增加表面积。在任一方面中，底座620优选沿相反侧面向内倾斜，因此落在底座620上的流体向中心降液管630重力排出。
按照图6C，贮槽或“降液管”630在收集器盘130中心更清晰看到。收集器盘底座620朝向降液管630向内倾斜从而输送固液浆。底座620可用任何方式倾斜从而促进重力的固体和液体排除。
与图2A的融化盘130相同，图6A、6B和6C的收集器盘具有多 个烟囱(或“立管”)。烟囱622、624提供改善的蒸汽蒸馏，允许气相的流体从下蒸馏区106向上行进并进入中间受控凝固区108。这也有助于受控凝固区108中的更优热/质量传递。
烟囱622、624可具有任何轮廓。例如，烟囱622、624可以是圆形、矩形或允许蒸汽经过收集器盘610的任何其它形状。烟囱622、624也可狭窄并向上延伸进入受控凝固区108。这使有益压降成为可能，从而在蒸汽上升进入凝固区108时均匀分布蒸汽。
烟囱622、624的顶部开孔优选用盖帽或罩帽626覆盖。罩帽626使从受控凝固区108下降的固体绕开收集器盘610并行进进入下蒸馏区706的机会最小化。
降液管630优选连同底座620一起倾斜。降液管630’的倾斜安排在图6D的侧面图中表明。图6D是在可替换实施例中图6A的收集器盘610的剖面图。该图跨图6A的直线B-B取得。
收集器盘610经设计作为系统的部分纳入低温蒸馏塔，以便从原料气流去除酸性气体。收集器盘610经配置接收从低温蒸馏塔的受控凝固区下落的固体和液体颗粒。收集器盘610进一步经配置运输由固体和液体颗粒构成的浆离开该塔，并向CO2回收设施运输。
图7是示出在一个实施例中用来根据本发明从烃气体流去除酸性气体的气体处理设施700的示意图。烃气体流源于在储层开发区，或“矿区”中发生的烃生产行为。矿区可以是产生可压缩烃的任何位置。矿区可以是海岸的、近岸的或离岸的。矿区可从原储层压力操作或可经受增强的回收进程。在此要求的系统和方法不限于在开发的矿区的类型，只要其产生酸性气体组分污染的可压缩烃。
气体处理设施700利用收集器盘例如图6A的收集器盘610。在图7中可见收集器盘610纳入低温蒸馏塔705。蒸馏塔705具有中间受控凝固区708。受控凝固区708或喷雾段接收主要由甲烷组成的冷液雾。
冷液雾优选为从低温蒸馏塔705下游的塔顶回路714生成的液体回流。塔顶回路714在热交换器170内包括致冷设备，热交换器170用来冷却塔顶甲烷流14，并然后向低温蒸馏塔705返回塔顶甲烷流14的一部分作为液体回流18。液体回流18通过喷淋头120在受控凝固区708内喷雾，从而导致固体二氧化碳颗粒的沉淀。如在图7中图解，液体回流18 在通过喷淋头120喷雾之前向后面进一步讨论的上精馏段710输送。其它实施可直接抽取液体回流18的一些或全部到喷淋头120或喷淋头收集鼓174。
如同图1的塔100，低温蒸馏塔705经配置接收由酸性气体组成的初始流体流10。初始流体流10含有甲烷、二氧化碳并可能含有痕量的乙烷、氮、氦和硫化氢。初始流体流10在注入低温蒸馏塔705之前优选经受一些程度的脱水。脱水可通过使初始流体流经过乙二醇脱水过程实现(脱水系统没有在图7中示出)。
另外，初始流体流10在进入低温蒸馏塔705之前优选冷冻。提供热交换器150例如壳管式交换器以便冷冻初始流体流10。致冷单元(未示出)向热交换器150提供冷却流体(例如液体丙烷)，从而使初始流体流10的温度降至约-30°到-40°F。初始流体流10可然后移动通过膨胀器件152例如焦耳-汤姆逊(“J-T”)阀。结果是冷冻原料气流712。优选地，冷冻原料气流712的温度在-40°到-70°F周围。
注意在气体处理设施700中，原料气流712在受控凝固区708下面接收进入蒸馏塔705。更特定地，原料气流712在受控凝固区708下面的下蒸馏区706注入。然而，理解原料气流712可引导通过两相容器例如在图1中示出的容器173。这生成主要由甲烷蒸汽(注入受控凝固区708)和液体酸性气体，以及可能的重质烃(注入下蒸馏区706)组成的分流。两相容器173使固体堵塞蒸馏塔705的入口管线和内部组件的可能性最小化。
在一个方面中，低温蒸馏塔712在受控凝固塔708中在约550psi的压力操作，并且冷冻原料气流在近-62°F。在这些条件下，原料气流712基本液相，尽管一些汽相可以不可避免夹带进入冷冻气流712。很可能没有固体形成从CO2的存在出现。
低温蒸馏塔705也包括上精馏区710。上精馏区710位于受控凝固区708上面。如上面关于图1的低温蒸馏塔100讨论，蒸馏区710用来从任何夹带的二氧化碳分子进一步分离甲烷蒸汽。蒸馏区710释放塔顶甲烷气流14。其也分配流体的一部分进入液流20，液流20经过喷淋头收集鼓174，然后转到压力增压器176，并然后通过喷淋头120注射回到塔705。
如提到，气体处理设施700进一步包含收集器盘610。收集器盘610安置在受控凝固区708下面，以便在基本固体材料在受控凝固区708中沉淀时接收该基本固体材料。优选收集器盘610在约-70°F到-80°F的温度操作。该温度在CO2的凝固点或稍低于该凝固点。浆因此在收集器盘610生成。
优选地，收集器盘610具有倾斜底座(图6C中在620示出)，从而引导浆进入中心降液管(图6C中在630示出)。降液管630依次可任选包括机械平移装置例如螺旋钻(图6B中在640示出)。螺旋钻640用来机械移动包括固体CO2材料的浆离开低温蒸馏塔705并向CO2回收设施740移动。
浆离开管线741在气体处理设施700中提供。浆离开管线741使浆从蒸馏塔705向CO2回收设施740移动。这样，二氧化碳在落入下蒸馏区706之前从蒸馏塔705基本去除。浆可重力移动。可替换地或另外，浆可用螺旋钻640的帮助平移。仍可替换地，冷液体回流18的一部分可从蒸馏塔705的侧壁引导进入收集器盘610，从而从收集器盘推进浆并离开蒸馏塔705。
具有以固态提取CO2，而不允许该固体融化并作为底部流体流722的部分离开的若干潜在优点。首先，在合适温度和压力完成时，使二氧化碳结晶为固态的过程通常产生基本纯净的固体材料。尽管一些痕量的甲烷、硫化氢和重质烃可在固体中夹带作为浆的部分，但固体CO2的分离允许基本纯净的CO2产物。由于轻质产物例如甲烷或其它酸性产物例如H2S作为液体落入底部流体流722，因此不必需要这样产物的汽提。
同样，因为原料气流712内CO2的基本部分作为纯净固体回收，因此在底部流体流中CO2的量减少。这依次减少下游加工例如酸性气体富集和硫回收单元(未示出)的需要。另外，由于CO2含量基本减少，因此有价值重质烃例如乙烷或丙烷可从底部流体流722更容易回收。
另外，在原料气流712内去除CO2的基本部分作为侧抽(在浆离开管线741)可在蒸馏塔705中减少蒸汽和液体负载。这依次允许重沸器160和冷凝器即分离室172中的较低容量，以及降低的致冷需求。更重要地，固体CO2的提取可为等效供料能力允许较小直径的塔705。尺寸减 少与从塔705提取的固体CO2的量一般成比例。
再次参考图7，基于二氧化碳的浆通过浆离开管线741向CO2回收设施740传输。CO2回收设施740包括第一过滤器742。优选地，第一过滤器742代表从浆捕捉固体材料基本部分的多孔介质。第一过滤器742可以是例如线网。可替换地，过滤器742可以是聚酯或其它合成多孔材料。过滤器742可以可替换为离心分离器、水力旋流器、一个或更多压带器、一个或更多压滤器，或其结合。
浆的液体部分称为“滤液”。滤液经过第一过滤器742并向液体管线744输送。滤液主要包含CH4，但也可包括CO2和H2S。液体管线744向液体返回管线760输送滤液。液体返回管线760向低温蒸馏塔705的下蒸馏区706输送滤液。CH4汽化并变为塔顶甲烷流14的部分。H2S和任何重质烃组分在底部流体流722中作为液体退出塔705。
注意液体管线744也可含有重质烃，特别是乙烷和丙烷的可测量组分。这些组分可由发送滤液744通过相似于常规天然气液体(“NGL”)列车(未示出)的过程来回收。
第一过滤器742捕获称为“滤饼”的浆固体部分。滤饼主要包含二氧化碳。固体滤饼沿第一固体材料管线746输送。滤饼可依靠螺栓输送器、通过Hildebrandt提取器或通过本领域中已知的其它工具从第一滤饼742运送通过第一固体材料管线746。
从那里，滤饼可加温因此其进入液相。在一个方面中，源自第一固体材料管线746的固体二氧化碳在热交换器772中加温。热交换器772可以例如使用源自初始流体流10的热以便融化二氧化碳。这在初始流体流10进入热交换器150之前有益冷却初始流体流10。同时，加温的液体CO2作为基本纯净的二氧化碳液体通过CO2流体管线786输送。
代替在固体材料管线746向热交换器772直接输送冻结二氧化碳(或滤饼)，操作员可选择运送冻结二氧化碳通过另外过滤。在气体处理设施700中，CO2回收设施740可包括漂洗容器748。在漂洗容器748中，冷液体CO2喷雾到冻结二氧化碳上。这具有创造新浆的效果，其中任何残留甲烷和硫化氢作为液体漂洗离开固体滤饼。
用作漂洗剂的冷二氧化碳通过CO2输送管线784输送。用作漂洗 剂的冷二氧化碳从热交换器772的出口778优选抽取。冷CO2管线在780示出。
再次参考漂洗容器748，优选地，浆在漂洗容器748中混合。汽提装置747可在漂洗容器748中提供。汽提装置747可以是例如旋转通过固体材料从而创造表面积的一组刃片。创造表面积使固体材料向源自输送管线784的冷液体CO2暴露。这依次帮助漂洗源自固体的残留甲烷和硫化氢。
新浆从漂洗容器748运送通过浆管线750。新浆向图7中注释为752的第二过滤器输送。第二过滤器752捕获新浆的固体部分。固体部分再次主要包含二氧化碳。固体部分代表第二滤饼，并沿第二固体材料管线756输送。从那里，第二滤饼可加温因此其进入液相。
注意漂洗和过滤步骤示出在分离容器，例如漂洗容器748和过滤容器752中发生。然而，操作员可选择从而在单独容器中结合固体材料的漂洗和过滤。
称为第二滤液的新浆液体部分经过第二过滤器752，并向液体管线754输送。第二滤液包含CH4，并可能包含H2S和重质烃。液体管线754向液体返回管线760输送浆的液体部分。因此，代表第二滤液754的液体与代表第一滤液754的液体在通过液体返回管线760注入蒸馏塔705之前融合。CH4汽化并变为塔顶甲烷流14的部分。H2S和C2+化合物在底部流体流722中作为液体退出塔705。万一第一滤液744或第二滤液754任一含有任何溶解的CO2，该溶解的CO2蒸发进入受控凝固区708并作为冻结材料最终沉淀回到收集器盘610上。
任选地，第一744和/或第二754滤液可通过液体返回管线760向小型外围蒸馏柱(未示出)运送以便进一步净化。
操作员可选择向热交换器772直接运送基本纯净的固体CO2。可替换地，杂质的另外分离可发生。图7中的方框770示出管线756中固体CO2的一个或更多另外漂洗和过滤阶段。漂洗和过滤步骤的数量取决于CO2产物的期望纯度。管线782示出输送冷CO2作为漂洗剂。第三(或随后)滤液774从另外漂洗和过滤阶段770释放。第三(或随后)固体CO2(或滤饼)通过管线776向热交换器772输送。最终CO2产物管线在管线786看到。液体CO2产物可用于酸性气体注射， 或可输送以便作为高纯度产物销售。消费者可以例如为增强的油回收或为其它目的使用液体CO2产物。
图7的气体处理设施700理想用于冷冻原料气流712具有高CO2含量，例如大于近30％的条件。在该条件下，使源自原料气流712的全部CO2凝固可需要显著致冷。因此，据信在受控凝固区808下面并在收集器盘610下面的下蒸馏区706中注射原料气流712更成本有效。保持液体形式并与底部进料流722一起退出蒸馏塔705的任何CO2通过重沸器160回收，并重注入下蒸馏区706。
在图解的气体处理系统700中，收集器盘610和对应浆离开管线741良好安置在原料气体注射点上面。操作员可选择升高该点，原料气流12在该点进入低温蒸馏塔705。据信升高注射点增加源自原料气流712的在收集器盘610上作为固体回收的流体的量。在原料气流712具有较低CO2含量，例如约10到30摩尔百分数的情况下这更有利。
在本申请人执行的一个模拟中，收集器盘610和对应浆离开管线741安置在原料注射点或稍微高于该点安置。模拟原料气流712具有70摩尔百分数CO2和30摩尔百分数CH4的成分。假设40℃的初始气体温度，具有近10,000标准m3/时的注射流速。模拟低温蒸馏塔705在450psia操作。
在该模拟中，进料CO2的近93％作为固体离开低温蒸馏塔。非常少的流体留下从而以液体形式沿蒸馏塔向下行进。当然这为底部流体流722产生体积的显著减少，并为重沸器160减少约89％的负载需求。该途径的缺点是在蒸馏塔705上游的热交换器150中需要更多致冷从而冷冻初始流体流10。这由蒸馏塔705下游的热交换器170中需要的致冷的稍微减少来部分补偿。
图8是示出在可替换实施例中用来根据本发明从气流去除酸性气体的气体处理设施800的示意图。气体处理设施800一般相似于气体处理设施700。在该方面中，气体处理设施800同样利用收集器盘例如图6A的收集器盘610。收集器盘610纳入低温蒸馏塔805。蒸馏塔805再次具有中间受控凝固区808。受控凝固区808或喷雾段接收主要由甲烷组成的冷液雾。
如同图1的塔705，低温蒸馏塔805经配置接收由烃和酸性气体组成 的初始流体流10。初始流体流10在注入低温蒸馏塔805之前优选经受一些程度的脱水。另外，初始流体流10在进入蒸馏塔805之前优选冷冻。提供热交换器150例如壳管式交换器以便冷冻初始流体流10。致冷单元(未示出)在热交换器150内提供冷却流体(例如液体丙烷)，从而使初始流体流10的温度降至约-60°到-80°F。初始流体流10可然后移动通过膨胀器件152例如焦耳-汤姆逊(“J-T”)阀。结果是冷冻原料气流812。
如上面提到，在气体处理设施700中，原料气流712在受控凝固区708下面接收。更特定地，原料气流712注入下蒸馏区706。然而，在低温蒸馏塔805中，蒸馏区(源自图7的706)去除，并且收集器盘610现在位于受控凝固区808。另外，原料气流812注入收集器盘610上面的受控凝固区808。这与上面描述的模拟一致。
为冷冻原料气流812向上移动注射点进入受控凝固区808的目的是获得更高固体CO2回收。为实现该目的，使冷冻原料气流812的温度降至-60°到-80°F周围。这是相比施加在图7中原料712上的温度范围的较低温度范围。在原料气流812进入塔805时，其闪蒸并冷却，使CO2在受控凝固区808中沉淀。通过源于喷淋头120的液体CH4回流冷却任何液体CO2。这产生沉淀的收集器盘610上，形成浆的固体。
如同气体处理设施700，浆在气体处理设施800中从低温蒸馏塔805移动通过浆离开管线741，并向CO2回收系统840移动。CO2回收系统840可与图7的CO2回收系统740相同。在该方面中，主要由二氧化碳组成的浆移动通过第一过滤器742，并然后任选移动通过一个、两个或三个阶段的漂洗和过滤，直到获得基本纯净的CO2固体。CO2固体通过热交换器772优选加温，并然后通过出口778作为液体释放。液体CO2通过管线786作为产物释放。
在图8的CO2回收系统840中，源自第一过滤器742的第一滤液744返回低温蒸馏塔805。这与图7的CO2回收系统740的操作一致。然而，代替通过液体返回管线760返回富甲烷第一滤液744并直接返回进入塔805，第一滤液744与初始流体流10融合。这样，富甲烷第一滤液744可在注入受控凝固区808之前重冷冻。 
在CO2回收系统840中，第二滤液754和随后滤液874不与液体 返回管线760融合；相反，第二滤液754和随后滤液874融合在一起并向下游蒸馏柱892输送。第二滤液754和随后滤液874主要由硫化氢组成，并可含有痕量的甲烷和二氧化碳。在重沸器892中，甲烷作为回收甲烷流894释放。回收甲烷流894与甲烷销售产物16融合并作为销售产物898向市场输送。
重沸器892也释放液体896。液体896主要包含硫化氢与痕量二氧化碳。富H2S液体896通过硫回收单元(未示出)处置或取得。作为替换，第二滤液754和随后滤液874可通过硫回收单元处置或取得而不经过重沸器892。如果CH4含量的量不保证回收或需要分离，那么这样特别可应用。
如从图7和8可见，可利用不同处理方案。最优安排取决于许多变量。这些变量包括如在塔顶热交换器例如热交换器170内生成的致冷的可用性(或能力)，CO2产物786的期望纯度，以及最重要的，初始流体流10的成分。无关于选择的流动方案，应用与固体去除和净化结合的蒸馏的基本原理。
在一些状况下，初始流体流10可具有高浓度，例如大于约百分之5到10的硫化氢。在一些实施中，例如在期望固体CO2回收时，由于据信高水平H2S可使CO2溶解，由此防止在受控凝固区中固体形成，因此可以不期望使具有高H2S浓度的气体进料穿过低温蒸馏塔。在该状况下，具有H2S对CO2高比率的天然气可在引入主蒸馏塔705或805之前供入预处理柱(未示出)以便选择性H2S去除。可使用H2S分离过程例如通过选择性胺吸收、氧化还原过程或吸收来实现分离。此后，气流可根据上面描述的图解处理设施700或800脱水并致冷。另外地或可替换地，其它实施可对CO2回收产物的状态不敏感，并且H2S可留在初始流体流中。
在蒸馏塔上游去除硫化物的另外优点是硫去除可使源自回收系统740或840的更高纯度CO2产物786的生产成为可能。另外，更高纯度C2+产物可从底部流体流722回收。当然，假如在塔705、805内的相特性允许固体CO2形成，那么可允许少量H2S滑入低温蒸馏塔705、805。这样的少量H2S在底部流体流22中回收。
同样在此提供从原料气流去除酸性气体的方法。图9是呈现在一个 实施例中，根据本发明使用酸性气体去除系统从原料气流去除酸性气体的方法900的流程图。原料气流包含甲烷、二氧化碳并很可能包含其它组分例如乙烷和硫化氢。
方法900首先包括提供低温蒸馏塔。该步骤在方框905示出。该塔具有接收主要由甲烷组成的冷液雾的受控凝固区。该塔进一步具有在受控凝固区下面的收集器盘。
方法900也包括注射原料气流进入低温蒸馏塔。这在方框910表明。在一个安排中，原料气流在受控凝固区下面的下蒸馏区中注入低温蒸馏塔。在另一安排中，原料气流在受控凝固区其自身中注入低温蒸馏塔。优选地，原料气流在其注入蒸馏塔之前基本脱水。
方法900进一步包括冷冻原料气流。这在图9的方框915表示。冷冻原料气流导致原料气流内的二氧化碳作为基本固体材料在收集器盘上沉淀。同时，蒸馏塔中的压力低于进料流，导致原料气流内的甲烷基本汽化。甲烷行进通过受控凝固区上面的上精馏区，并然后作为塔顶甲烷流离开低温蒸馏塔。
方法900也包括使塔顶甲烷流经过低温蒸馏塔下游的致冷系统。这在方框920提供。致冷系统使塔顶甲烷流的至少一部分冷却为液体。
方法900另外包括使冷却的塔顶甲烷流的一部分作为液体回流返回低温蒸馏塔。液体回流依次用作冷液雾。这在方框925提供。
同样作为方法900的部分，固体材料从低温蒸馏塔基本去除。这在方框930示出。优选地，基本固体材料的去除通过重力流实现。可替换地，可提供机械平移装置例如螺栓输送器或螺旋钻。螺旋钻可处于收集器盘的降液管内，如在图6A、6B、6C和6D中表明。螺旋钻可以可替换放置在蒸馏塔外面，从而向CO2回收系统引导基本固体材料。在任一实例中，螺旋钻刺穿基本固体材料，使其作为浆平移出蒸馏塔并向CO2回收系统平移。
方法900进一步包括分离二氧化碳浆为固体材料和液体材料。这在方框935示出。第一固体材料主要由二氧化碳组成，而液体材料包含甲烷和残留二氧化碳。液体材料可包括其它组分例如硫化氢、重质烃甚至轻芳烃。
方框935的分离步骤可通过使浆经过第一过滤器来实现。这产生 主要由固体二氧化碳组成的第一滤饼和液相的包含甲烷和二氧化碳的第一滤液。第一过滤器可以是例如多孔介质或离心机。
方框935的分离步骤可进一步包含使用冷二氧化碳流漂洗第一滤饼，混合第一滤饼从而产生第一固液浆，并向第二过滤器输送第一固液浆。第二过滤器产生主要由固体二氧化碳组成的第二滤饼，以及又是液相的主要包含甲烷并且包含二氧化碳和硫化氢的第二滤液。
可采取另外的CO2去除。例如，方框935的分离步骤可进一步包含使用冷二氧化碳流漂洗第二滤饼，混合第二滤饼从而产生固液浆，以及向第三过滤器输送固液浆。这产生主要由固体二氧化碳组成的第三滤饼和又是液相的包含甲烷、硫化氢和二氧化碳的第三滤液。
方法900也包括向低温蒸馏塔返回第二液体材料的至少一部分。这在方框940示出。在一个方面中，第二液体材料引导回下蒸馏区。在另一方面中，第二液体材料与原料气流融合并在受控凝固区中注入该塔。
在方法900的一个实施例中，第一滤液和第二滤液结合。源自滤液的结合流体形成返回低温蒸馏塔的液体材料。在该实例中，液体材料优选注入低温蒸馏塔。
在方法900的另一实施例中，仅第一滤液返回低温蒸馏塔。在该实例中，第一滤液可返回受控凝固区。蒸馏塔优选没有下蒸馏区；代替地，第二和任选第三滤液向分离的下游蒸馏塔输送，其中残留酸性气体最终从甲烷分离。在该实例中，获得与低温蒸馏塔的塔顶甲烷流融合的回收甲烷流以便销售。
在方法900的另一实施例中，最终滤饼加温。这无关于是否具有一个、两个、三个或四个过滤阶段完成。最终滤饼是取自最终过滤器的最终段滤饼，无论其是什么。当然，这包括第一固体材料的至少一部分。该加温步骤在图9的方框945中示出。
加温可以例如通过使构成滤饼的固体二氧化碳与原料气流热交换来完成。结果是冷的、纯净的二氧化碳液体。纯净二氧化碳可在市场上销售或用于增强的油回收操作。另外，冷二氧化碳流的一部分可用作漂洗以便创造如上面描述的固液浆。
尽管明显在此描述的本发明良好计算从而实现在此阐述的益处和优 点，但显然本发明易受修改、变化和改变而不背离其精神。提供对使用受控凝固区的酸性气体去除过程的操作的改善。该改善为在产物气体中去除CO2降至非常低水平提供设计。本发明在此也可减少低温蒸馏塔的致冷需求同时符合最大可允许CO2的LNG规范。

Claims (51)

1.一种从原料气流去除酸性气体的系统，包含：
低温蒸馏塔，所述低温蒸馏塔具有接收主要由甲烷组成的冷液雾的受控凝固区，所述低温蒸馏塔接收并然后分离所述原料气流为包括塔顶甲烷气流的第一流和由沉淀的二氧化碳组成的基本固体材料；
在所述低温蒸馏塔下游的致冷设备，所述致冷设备用来冷却所述塔顶甲烷流，并使所述塔顶甲烷流的一部分作为所述冷液雾返回所述低温蒸馏塔；
在所述受控凝固区下面的收集器盘，所述收集器盘用来在所述基本固体材料在所述受控凝固区中沉淀时接收所述基本固体材料，并引导所述基本固体材料离开所述低温蒸馏塔；
第一过滤器，所述第一过滤器用来接收所述基本固体材料并使所述基本固体材料分离为包括主要由二氧化碳组成的固体组分的第二流和包括包含甲烷，并进一步包含较小量的二氧化碳、硫化氢、汞或重质烃的至少一种的非固体材料的第三流；以及
液体返回管线，所述液体返回管线用来向所述低温蒸馏塔返回所述非固体材料的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述收集器盘包含所沉淀的基本固体材料落入其中的降液管。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述收集器盘(i)通过重力流，(ii)通过机械平移装置的操作，(iii)通过将所述冷液雾的一部分喷进所述收集器盘并对所述基本固体材料喷雾，或(iv)通过上述方法的组合，引导所述基本固体材料离开所述低温蒸馏塔。
4.根据权利要求3所述的系统，其中：
所述收集器盘包含所沉淀的基本固体材料落入其中的降液管；
所述机械平移装置是螺旋钻；以及
所述螺旋钻布置在所述降液管内。
5.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述低温蒸馏塔进一步包含在所述受控凝固区上面的上精馏区和在所述受控凝固区下面的下蒸馏区；以及
所述低温蒸馏塔经配置接收所述原料气流进入所述下蒸馏区。
6.根据权利要求5所述的系统，其中：
所述低温蒸馏塔经配置从所述下蒸馏区释放底部流，所述底部流包含液相的酸性气体；以及
所述液体返回管线使所述非固体材料的至少一部分返回所述下蒸馏区。
7.根据权利要求6所述的系统，其中源自所述下蒸馏区的所述底部流包含基本液相的甲烷、二氧化碳、乙烷、丙烷、丁烷、硫化氢、芳香烃或其结合。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一过滤器包含(i)多孔介质，(ii)一个或更多压滤器，(iii)水力旋流器，(iv)离心分离器或(v)其结合。
9.根据权利要求6所述的系统，其中所述收集器盘在-70℉到-80℉的温度操作。
10.根据权利要求1所述的系统，其中：
源自所述第一过滤器的所述固体组分是第一滤饼；以及
源自所述第一过滤器的所述非固体材料是第一滤液。
11.根据权利要求10所述的系统，进一步包含：
漂洗容器，所述漂洗容器用来使用冷二氧化碳流漂洗所述第一滤饼，并产生第一固液浆。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述漂洗容器包含用来混合所述第一滤饼的混合器以便产生所述第一固液浆。
13.根据权利要求11所述的系统，进一步包含：
包含多孔介质的第二过滤器，所述第二过滤器接收所述第一固液浆，并产生主要由固体二氧化碳组成的第二滤饼和液相的包含甲烷的第二滤液。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述系统经配置使所述第一滤液和所述第二滤液结合，并使所结合的第一滤液和第二滤液作为所述液体材料返回所述下蒸馏区。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一滤液进一步包含甲烷、二氧化碳、硫化氢或其结合。
16.根据权利要求11所述的系统，进一步包含：
热交换器，所述热交换器经配置使主要取自最终段滤饼的基本固体材料加温从而产生液相的基本纯净二氧化碳流，其中所述最终段滤饼在所述第一过滤器之后在第二过滤器或第三过滤器中产生；以及
其中所述冷二氧化碳流包含所述基本纯净二氧化碳流的一部分。
17.根据权利要求5所述的系统，
其中所述原料气流包含硫化氢；以及
所述系统进一步包含硫化氢去除系统，所述硫化氢去除系统经配置在所述原料气流注入所述低温蒸馏塔之前，从所述原料气流去除大部分的所述硫化氢。
18.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述低温蒸馏塔进一步包含在所述受控凝固区上面的上精馏区；以及
所述低温蒸馏塔经配置接收所述原料气流进入所述受控凝固区。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述第一过滤器包含多孔介质、一个或更多压滤器、水力旋流器、离心分离器或其结合。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述收集器盘在-70℉到-80℉的温度操作。
21.根据权利要求18所述的系统，其中：
源自所述第一过滤器的所述固体材料是第一滤饼；以及
源自所述第一过滤器的所述非固体材料是第一滤液。
22.根据权利要求21所述的系统，进一步包含：
漂洗容器，所述漂洗容器用来使用冷二氧化碳流漂洗所述第一滤饼，并产生第一固液浆。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述漂洗容器包含用来混合所述第一滤饼以便产生所述第一固液浆的混合器。
24.根据权利要求23所述的系统，进一步包含：
包含多孔介质的第二过滤器，所述第二过滤器接收所述第一固液浆，并产生主要由固体二氧化碳组成的第二滤饼和液相的包含甲烷与二氧化碳的第二滤液。
25.根据权利要求24所述的系统，其中：
所述液体返回管线在所述原料气流注入所述低温蒸馏塔之前使包含所述非固体材料的所述第三流的至少一部分与所述原料气流融合。
26.根据权利要求25所述的系统，
进一步包含蒸馏分离器，所述蒸馏分离器经配置接收所述第二滤液，并产生包含液相的二氧化碳、H2S或其结合与回收甲烷流的底部液流；以及
其中所述回收甲烷流与所述塔顶甲烷流结合。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述第一滤液和所述底部液流每个都进一步包含硫化氢。
28.根据权利要求24所述的系统，进一步包含：
热交换器，所述热交换器经配置使主要取自最终段滤饼的基本固体材料加温，从而产生液相的基本纯净的二氧化碳流，其中所述最终段滤饼在所述第一过滤器之后在所述第二过滤器或第三过滤器中产生；以及
其中所述冷二氧化碳流包含所述基本纯净的二氧化碳流的一部分。
29.一种从脱水原料气流去除酸性气体的方法，包含：
提供低温蒸馏塔，所述低温蒸馏塔具有接收主要由甲烷组成的冷液雾的受控凝固区和在所述受控凝固区下面的收集器盘；
注射所述原料气流进入所述低温蒸馏塔；
冷冻所述原料气流，以便导致所述原料气流内二氧化碳作为基本固体材料在所述收集器盘上沉淀，同时允许甲烷基本汽化，并作为包括塔顶甲烷流的第一流离开所述低温蒸馏塔；
使所述塔顶甲烷流经过所述低温蒸馏塔下游的致冷系统，所述致冷系统冷却所述塔顶甲烷流；
使所冷却的塔顶甲烷流的一部分作为液体回流返回所述低温蒸馏塔从而用作所述冷液雾；
使所述基本固体材料作为浆从所述低温蒸馏塔去除；
分离所述基本固体材料为包括主要由二氧化碳组成的固体材料的第二流和包括包含甲烷，并进一步包含较小量的二氧化碳、硫化氢、汞或重质烃的至少一种的液体材料的第三流；以及
向所述低温蒸馏塔返回所述液体材料的至少一部分。
30.根据权利要求29所述的方法，其中：
所述收集器盘包含所沉淀的基本固体材料落入其中的降液管和在所述降液管内的机械平移装置；以及
从所述低温蒸馏塔去除所述基本固体材料包含操作所述机械平移装置使所述基本固体材料从所述降液管移出所述低温蒸馏塔。
31.根据权利要求29所述的方法，其中：
所述收集器盘包含所沉淀的基本固体材料落入其中的降液管；以及
所述收集器盘(i)通过重力流，(ii)通过机械平移装置的操作，(iii)通过使所述冷液雾的一部分喷入所述收集器盘并对所述基本固体材料喷雾或(iv)通过其结合引导所述基本固体材料离开所述低温蒸馏塔。
32.根据权利要求29所述的方法，其中：
所述低温蒸馏塔进一步包含在所述中间受控凝固区上面的上精馏区和在所述中间受控凝固区下面的下蒸馏区；以及
所述原料气流被注入所述下蒸馏区。
33.根据权利要求32所述的方法，
进一步包含从所述下蒸馏区释放底部流，所述底部流包含液相的酸性气体；以及
其中向所述低温蒸馏塔返回所述液体材料的至少一部分包含向所述下蒸馏区输送所述液体材料。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述底部流包含基本液相的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、硫化氢、二氧化碳或其结合。
35.根据权利要求32所述的方法，其中分离所述基本固体材料为主要由二氧化碳组成的固体组分和主要由甲烷组成的液体材料，包含使所述基本固体材料经过第一过滤器，由此产生主要由固体二氧化碳组成的第一滤饼和液相的包含甲烷和二氧化碳的第一滤液。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述分离进一步包含：
使用冷二氧化碳流漂洗所述第一滤饼；
混合所述第一滤饼从而产生第一固液浆；以及
向第二过滤器输送所述第一固液浆，由此产生主要由固体二氧化碳组成的第二滤饼和液相的包含甲烷的第二滤液。
37.根据权利要求36所述的方法，
进一步包含使所述第一滤液和所述第二滤液结合；以及
其中返回所述下蒸馏区的所述非固体材料包含所结合的第一和第二滤液。
38.根据权利要求37所述的方法，进一步包含：
使用所述冷二氧化碳流漂洗所述第二滤饼；
混合所述第二滤饼从而产生固液浆；以及
向第三过滤器输送所述固液浆，由此产生主要由固体二氧化碳组成的第三滤饼和液相的包含甲烷的第三滤液。
39.根据权利要求35所述的方法，进一步包含：
使主要取自最终段滤饼的基本固体材料加温从而产生液相的基本纯净的二氧化碳流，其中所述最终段滤饼在所述第一过滤器之后在所述第二过滤器或第三过滤器中产生；以及
其中所述冷二氧化碳流包含所述基本纯净的二氧化碳流的一部分。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述加温包含使主要取自所述最终段滤饼的所述基本固体材料经过热交换器，以使热量与所述原料气流交换。
41.根据权利要求35所述的方法，其中所述第一过滤器包含多孔介质或离心机。
42.根据权利要求35所述的方法，
其中所述脱水原料气流包含硫化氢；以及
所述方法进一步包含在注射所述原料气流进入所述低温蒸馏塔之前，从所述原料气流去除大部分的所述硫化氢。
43.根据权利要求29所述的方法，其中：
所述低温蒸馏塔进一步包含在所述中间受控凝固区上面的上精馏区；以及
所述原料气流被注入所述受控凝固区。
44.根据权利要求43所述的方法，其中分离所述基本固体材料为主要由二氧化碳组成的第一固体材料和主要由甲烷组成的第二液体材料包含使所述基本固体材料经过第一过滤器，由此产生主要由固体二氧化碳组成的第一滤饼和液相的包含甲烷和二氧化碳的第一滤液。
45.根据权利要求44所述的方法，其中：
向所述低温蒸馏塔返回所述第二液体材料的至少一部分包含(i)使所述第一滤液直接注射回到所述受控凝固区；或(ii)在所述原料气流注入所述低温蒸馏塔之前，使所述第一滤液与所述原料气流融合。
46.根据权利要求43所述的方法，其中所述分离进一步包含：
使用冷二氧化碳流漂洗所述第一滤饼；
混合所述第一滤饼从而产生第一固液浆；以及
向第二过滤器输送所述第一固液浆，由此产生主要由固体二氧化碳组成的第二滤饼和液相的包含甲烷、二氧化碳和硫化氢的第二滤液。
47.根据权利要求46所述的方法，进一步包含：
使用所述冷二氧化碳流漂洗所述第二滤饼；
混合所述第二滤饼从而产生固液浆；以及
向第三过滤器输送所述固液浆，由此产生主要由固体二氧化碳组成的第三滤饼和液相的包含甲烷、二氧化碳和硫化氢的第三滤液。
48.根据权利要求47所述的方法，进一步包含：
使所述第二滤液和所述第三滤液结合；
注射所述第二滤液和所述第三滤液进入蒸馏分离器，由此产生液相的主要由二氧化碳组成的底部液流和回收甲烷流；以及
使源自所述低温蒸馏塔的所述塔顶甲烷流与所述回收甲烷流结合。
49.根据权利要求44所述的方法，进一步包含：
使主要取自最终段滤饼的基本固体材料加温从而产生液相的基本纯净的二氧化碳流，其中所述最终段滤饼在所述第一过滤器之后在所述第二过滤器或第三过滤器中产生；以及
其中所述冷二氧化碳流包含所述基本纯净的二氧化碳流的一部分。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述加温包含使主要取自所述最终段滤饼的所述基本固体材料经过热交换器，以使热量与所述原料气流交换。
51.根据权利要求44所述的方法，其中所述第一过滤器包含多孔介质或离心机。
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