CN104812454A - 用于优化从流体除去可凝结组分的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于从含有可凝结组分的流体中除去可凝结组分的方法。此方法涉及通过热交换来优化包括可凝结组分的初始原料流的温度并冷却以使来自其中的液体凝结。除去液体以形成气流，然后将气流压缩且后冷却以形成高压流。使一部分高压流膨胀形成冷却的低压流，将低压流与初始原料流混合以增强初始原料流中可凝结组分的冷却和凝结。所述方法的特征在于，在将冷却的低压流与初始原料流混合后，将形成的混合物分离成液流和气流。液流和气流分别在气-液热交换器和气-气热交换器中与初始原料流接触。

Description

用于优化从流体除去可凝结组分的方法
技术领域
本发明涉及自展示正的焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)作用的流体混合物除去可凝结物，且更具体而言，本发明涉及自酸性气流除去(例如)水以使其中最小程度地形成液态水或基本上消除液态水的形成，以便气流中最小程度地腐蚀和形成水合物，进行运输和注入以供封存。还提供关于改进和增强烃回收的讨论。
背景技术
气流，诸如由石油加工或燃烧过程产生的那些气流，常含有在与水混合时形成酸的气体。所述气体典型地称作“酸性气体”。由石油加工产生的最常见的天然产生的酸性气体是硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)。源自燃烧/氧化/热解过程的典型酸性气体是二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NO、NO2)。
酸性气体典型地含有水。天然产生的酸性气体常以容器中的水饱和且源自燃烧的气体与在燃烧期间由氢和氧反应形成的水共存。实际上所有酸性气体最终都在除去或纯化酸性气体过程期间的某个点以水蒸气饱和而结束。在规定范围内降低含有水的酸性气体的温度或增加其压力(诸如在酸性气体通过压缩器时发生的情形)将导致一些水从气体凝结成液相。在仍高于水凝固点的某一温度下，水和酸性气体可能开始形成“固体样”结构，称为气体水合物。水合物开始形成的温度称为水合物形成温度(HFT)，此温度根据混合物的压力、组成和水含量而变化。水合物是水和小分子的物理组合，产生具有“冰样”外观、但具备不同于冰的特性和结构的化合物。水合物也可以称为气体包合物。水合物因其可导致热传递降低、过量压力下降、堵塞、生产中断而存在问题而且受到安全关注。
任何气体系统中形成含水相都是不利的，因为这促使腐蚀，可导致形成气体水合物且可导致机械和操作问题。含水相在酸性气体系统中尤其不利，因为得到的含水相将具酸性，导致腐蚀率显著增加且通常比非酸性气体产生更高的HFT。
表A说明在水中不同浓度的酸性气体组分下，在软钢中发生的腐蚀程度。
      表A
水中的二氧化碳和其他气体对软钢的腐蚀*
      
*温度80℉，暴露72hr。
来源：Watkins与Kincheloe(1958)和Watkins与Wright(1953)的数据
尽管集中讨论酸性气体，但本领域技术人员将了解，所述方法和概念适用于从展示正的焦耳-汤姆逊系数的任何流体流除去可凝结组分。
发明内容
本发明的一个实施方案的一种目标是提供一种用于从含有可凝结组分的流体除去可凝结组分的方法，其包括：通过热交换来优化包括可凝结组分的初始原料流的温度并冷却以使来自其中的液体凝结，且除去所述液体以形成气流；压缩然后冷却所述气流以形成高压流；使至少一部分高压流膨胀以形成冷却的低压流；将所述冷却的低压流与所述初始原料流混合以增强所述初始原料流中可凝结组分的冷却和凝结以形成混合物；将所述混合物分成液流和气流；且使所述液流和所述气流通过气-液热交换操作、接着通过气-气热交换操作与初始原料流接触以进行热交换。
参考图1和2，酸性气体中的水含量与温度成正比，且对于H2S而言高达约400psia(27.58巴)且对于CO2而言为900psia(62.05巴)，且与压力成反比。在这些限制以内，较高的压力和较低的温度有利于酸性气体中的水含量较低。
脱水是除水过程以使得最小程度上形成水合物和自由水或防止其形成。在具有相对高的H2S浓度的酸性气体中，典型地在常规多阶段压缩各阶段之间的冷却期间除去足够的水直到成为密相(在流体的临界压力以上的某种压力，也称为超临界)以便不需要独立的脱水过程。随着酸性气体的CO2含量增加，只通过压缩来除去足够的水将变得不可能且通常需要独立的脱水过程。
常规的气体脱水方式是固体干燥剂吸附、液体干燥剂吸收、冷冻、膜分离和干燥气提。最常用的方法是固体干燥剂吸附和液体干燥剂吸收。
甘醇脱水是一种液体干燥剂吸收过程，通常被认为是对大多数应用而言有利的操作且最为经济。所述液体干燥剂脱水过程具有几种缺陷：
·高压CO2供应中的甘醇损失可能较显著；
·典型地在燃烧形成的酸性气体中发现的过量氧气在较高的再生温度下显著地增加腐蚀且加速甘醇降解，使得有必要增加连续的甘醇回收过程；
·必须对甘醇进行监控和处理来维持适当的pH范围；
·脱水设备典型地由高成本的抗腐蚀金属(诸如不锈钢)来制造以处理产生的酸性液体；
·甘醇典型地被加热到高达400℉(204.4℃)的温度以供再生，导致水汽化且使吸收的酸性气体排放到大气中，且任何其它污染物也被甘醇吸收，诸如挥发性有机化合物(VOC)，典型地是苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)及任何汽提气体。控制这些易散性排放通常需要增加昂贵的蒸气回收设备且引入了另外的氧气污染的可能性；
·所述方法的设施要求较高且包括用于甘醇再生的燃料和抽汲甘醇与操作蒸气回收设备所需的动力；
·由于制造脱水设备以及由系统的设施要求和配制用于脱水方法的甘醇所产生的CO2，因此产生显著的总碳足迹。
通过冷冻脱水是利用气体随着其温度降低，其保持水的能力随之降低。温度降低可以间接通过外部“冷冻”或其它温度降低方法进行热交换来实现，或直接通过气体本身膨胀来实现。气体直接膨胀是等熵膨胀，诸如在涡轮膨胀机中，或等焓膨胀，诸如通过在常规焦化厂中所用的焦耳-汤姆逊(JT)阀或通过气体压缩冷冻方法。安装仅用于脱水目的的专用间接冷冻单元典型地是成本过高。
直接等焓和等熵冷冻脱水方法使用膨胀装置、低温分离器和至少一个热交换器来从此过程中回收尽可能多的能量。以其最简单的形式，全部气体从高压至低压等焓或等熵膨胀，导致流体温度低至足以使得水发生凝结。在低温分离器中除去此过程中的凝结水，且使用剩余的基本上干燥的低温气体来预冷却进入的流体，从而改善此过程的热效率。这在上游油和气体加工应用中典型地称作“焦化厂(ChokePlant)”或“露点控制单元(Dew Point Control Unit，DPCU)”。
在等熵膨胀的情形下，用膨胀机实现膨胀且由膨胀机提取的功典型地用来部分再压缩出口的干燥气体。
选择使用等熵或等焓膨胀取决于所需除去的水的量，且因此取决于所需降低温度的量。等熵膨胀能够达到更低的温度。从资金成本的角度而言，等熵方法显然更昂贵，但回收功的能力具有弥补优势。从操作和维护的角度而言，等焓方法具有机械和操作简单且适合大多数应用的优势。等焓方法的抵消不足之处在于需要通过增加压缩需求而消耗额外的功。
任何冷冻脱水方法的共同缺陷在于大多数应用都要求气流被冷却到接近或低于水合物形成温度(HFT)的温度以实现所需的脱水程度。对于可靠操作而言，通常采用连续加入热力学水合物抑制剂，诸如甘醇或甲醇，来降低HFT。如果需要，甘醇和甲醇都可以回收，但需要一个独立的再生过程，包括早前在液体干燥剂脱水中讨论的所有问题。常选择使用甲醇而不进行回收，因为甲醇相对温和且比甘醇对下游方法的影响较小，尽管此选择典型地导致更高的操作成本。有趣的是，甲醇不仅用作水合物抑制剂，而且比简单的温度降低更进一步地减少水含量。以此方式，即为增强脱水。
显然需要一种有效且具有成本效益而且避免常规脱水方法提到的问题的用于酸性气流的脱水方法。
附图说明
在参考附图的下文具体实施方式中，本发明的特征将更加显而易见，其中：
图1是各种流体、酸性气体和甲烷(CH4)在100℉(37.78℃)下在一定范围压力下的饱和水含量的图解说明；
图2是富含CO2的混合物和甲烷(CH4)在100℉(37.78℃)下在一定范围压力下的饱和水含量的图解说明；
图3是现有技术高压CO2供应中的甘醇损失的图解说明；
图4A是根据本发明的一个实施方案用于包含100％CO2的水饱和流体流的等焓脱水方法的示意图；
图4B是根据图4A用于包含80％CO2和20％H2S的流体流的等焓脱水方法的示意图；
图5A和5B是根据图4A和4B的等焓脱水方法的示意图，其中合并有热交换器用于加热部分膨胀的滑流以防在滑流进一步膨胀之前在主要的加工原料流中形成水合物，从而实现所需的温度降低；
图6A和6B是根据图4A和4B的等焓脱水方法的示意图，其中合并有低温分离器用于从流体流中除去水，之后向其中再引入滑流且连续注入水合物抑制剂；
图7是根据本发明的一个实施方案的多阶段等焓方法的示意图；
图8是根据本发明的一个实施方案的多阶段等熵方法的示意图，其中用等熵流体膨胀机代替焦耳-汤姆逊阀中的一个；
图9是本发明的另一个实施方案的示意性说明；且
图10是本发明涵盖的方法的又一种变化形式的示意性说明。
实施例提供假定的稳定态性能。提出其它考虑因素以适应商业操作的启动、供应混乱和停工。一个简单的实施例是在启动的前几分钟期间和在外部加工混乱的阶段期间，温度和滑流流速可能并非处于方法设计所规定的稳定态操作状况。水合物可能潜在地开始形成，而在设计中未提供改变此状况的情形。因此，本发明的实施方案设计成包括能够加入热力学水合物抑制剂(诸如甲醇)以用于暂时防止形成不稳定状态性能的水合物。
图中所用的类似数字表示类似的元件。
具体实施方式
本发明的实施方案利用典型酸性气体的使其适合用作“冷冻剂”的热力学特性。所述气体在此方法操作区内的给定压力降低下展示相对大的温度降低。温度大幅降低用来冷却原料流滑流，之后向上游再循环以用于冷却原料流。以此方式，此方法使用再循环来“自动冷冻”。通过使气体经节流装置(典型地是控制阀)等焓膨胀来实现焦耳汤姆逊作用。在等焓膨胀期间未从气体提取外功。温度相对于流体压力的变化速率是焦耳汤姆逊(开尔文)系数。例如，二氧化碳在50℃和60atm(60.79巴)下的焦耳-汤姆逊(JT)系数比氮气在相同条件下的焦耳-汤姆逊(JT)系数大出约5.6倍。因此，CO2的温度降低将比氮气在这些条件下相同的压力下降高出约5.6倍。也可以获得H2S、SO2和其它酸性气体以及可能遇到的烃类和惰性气体(诸如氮气和氧气)的JT系数数据。
经过加工用于商业应用，诸如提高石油采收率(Enhanced OilRecovery，EOR)应用或碳捕集与封存(Carbon Capture and Sequestration，CCS)应用的酸性气体通常被压缩至超临界压力，通常称作“密相”进行运输和/或封存。为达到密相，通常经过一个以上的阶段，无论是利用离心、往复或冲击压缩(视初始压力而定)来实现压缩。各阶段之间的压差提供了利用蒸气的有利JT系数特性的机会。
关于被压缩流体的临界点将压缩分成两个不同区域。第一区域的压缩阶段低于临界且第二区域的阶段使流体高于其临界压力且可以通过压缩和抽汲方式来实现。入口流进入第一压缩区域，第一压缩区域是低于临界的且假定水饱和。通过压缩第一区域中的各个阶段天然地除去一些水。
在本发明的实施方案中，使来自一个压缩阶段后来冷却的排放物的流体滑流(典型地接近临界压力或在临界压力以上)膨胀至同一阶段的抽吸压力，或应该需要另外降低温度的前一阶段。使用得到的温度降低的膨胀滑流首先通过热交换来冷却上游的主要流体流(如果需要)，且最后通过将滑流与主要流体流直接混合来冷却。得到的温度降低的混合流使得从气体凝结另外的水。所需的冷却量随着流组成物满足水露点温度和/或水合物形成温度的设计标准所需要的最小水含量而变化。
下文是说明本发明的实施方案的实施例，更具体而言：
实施例1-基本的实施方案；
实施例2-利用低温分离器容器(LTS)；
实施例3-合并热交换器(HEX)；
实施例4-多阶段等焓实施方案；和
实施例5-多阶段等熵和等焓实施方案。
显示使用不同流组成物的实施例1～3；更具体而言是具有100％CO2的流和具有80％CO2与20％H2S的流。然而应注意，本发明的适用于具有不同量的H2S且包括SO2、NOX和具有相对大的JT系数的任何其它气态混合物的流。
实施例4和5说明本发明的实施方案的低温能力以及等焓与等熵方法之间的差异。
实施例1-基本
参考图4A和4B，在本发明的实施方案中，水饱和酸性气体原料流10进入抽吸阶段12，期间将其压缩14至下一阶段16的抽吸压力。将热压缩蒸气14用后冷却器20冷却18，导致原料流中的一些水和其它可凝结物凝结。在位于第一压缩阶段上游的分离器24中除去22凝结的含水液体。将来自分离器24的饱和气体26在28处进一步压缩且在30处再次后冷却。
除去来自经过压缩和后冷却的流体流的滑流32且通过焦耳-汤姆逊阀(TCV)36等焓膨胀34至同一压缩阶段16的较低抽吸压力。膨胀导致温度降低，其幅度取决于压力降低的幅度和流体流的组成。将更冷的流38与后冷却流18合并，离开前一压缩阶段，导致合并流40的温度降低至足以使所需量的水凝结。
如图4A中所示，对于具有100％CO2的原料流而言，温度降至约87℉(30.55℃)且最终的水含量降至约73lb/MMscf以导致30℉(-1.11c)的水合物形成温度(HFT)。
参考图4B，其中原料流含有80％CO2和20％H2S，对于约89lb/MMscf的最终水含量而言温度只需要降至约93℉来实现30℉(-1.11c)的相同水合物形成温度(HFT)。
实施例2-热交换器(HEX)
在与大的压力降低组合，原料流的组成产生低于主要未脱水原料流的水合物形成温度的流温度的情形下，可对图4A和4B中所示的实施方案进行改进以包括热交换器(HEX)。
参考图5A和5B，对基本实施方案进行改进以避免需要连续注入水合物抑制剂，如在常规冷冻方法中所用的一般。
在图5A和5B中，使滑流34通过第二焦耳-汤姆逊阀(JTV)44部分地膨胀42。然后使部分膨胀流的温度在热交换器46中上升，然后通过焦耳-汤姆逊阀(TCV)50使流48进一步膨胀。因此，部分膨胀流42和完全膨胀流48的温度都保持在主要未脱水原料流各自的水合物形成温度以上。
为实施例2的目的，设计水合物形成温度设定在15℉(-9.44℃)。
如图5A中所示，对于具有100％CO2的原料流而言，温度必须降至约73℉(22.78℃)以导致最终的水含量约为51lb/MMscf，从而实现15℉(-9.44℃)的设计水合物形成温度。
参考图513，且在原料流包含80％CO2和20％H2S的情形下，温度降至约79℉(26.11℃)以导致最终的水含量约为64lb/MMscf，从而实现15℉(-44℃)的设计水合物形成温度。
实施例3-低温分离器(LTS)。
参考图6A和6B，本发明的实施方案利用降温显著的另一分离器，作为实施例2中所示实施方案的替代。
如图6A和6B中所示，用第二低温分离器(LTS)52代替图5A和5B中的46和JTV 44。使滑流54通过焦耳-汤姆逊阀(TCV)44膨胀56。安置第一分离器24以在再引入膨胀的滑流48之前从原料流除去尽可能多的水。当此方法设计要求膨胀滑流的温度低于32℉(0℃)时，考虑向膨胀滑流48中加入水合物抑制剂。早期除水减少了满足设计条件所需的冷却量，而且如果条件允许，则减少了所需水合物抑制剂的量。
实施例3的设计水合物形成温度设定为0℉。
如图6A中所示，其中原料流包含100％CO2，温度必须降至62℉以导致最终的水含量约为36lb/MMscf，从而满足0℉(-17.78℃)的设计水合物形成温度。
参考图6B，其中原料流包含80％CO2和20％H2S，温度必须降至约67℉(19.44℃)以导致最终的水含量约为45lb/MMscf，从而实现0℉(-17.78℃)的设计水合物形成温度。
实施例4-多阶段等焓
参考图7，采用本发明的多阶段实施方案，其中所需的温度降低极大。此实施方案设计成用以实现-45℉(-42.78℃)的水合物形成温度。
如图7中所示，此实施方案包含热交换器46、低温分离器52和连续水合物抑制剂注入56。第一分离器24位于热交换器46和温度降低流的再引入点之间。早期从原料流除水减少了满足设计标准所需的冷却和水合物抑制剂的量。
为了获得较低温度，通过焦耳-汤姆逊阀44使滑流58膨胀导致压力降低经过至少两个阶段的压缩来进行。因此，使部分膨胀的滑流60在热交换器46中加热且通过焦耳-汤姆逊阀64完全膨胀62，从而与注入的水合物抑制剂一起经过除去滑流58上游的两个或两个以上阶段66、68再引入原料流，从而用于冷却原料流28。在第二分离器52处从冷却的原料流28除去凝结的水，之后进一步压缩冷却的原料流28。
在此实施例中，在完全膨胀的滑流56和冷却的原料流28处实现的低温使得必需加入水合物抑制剂，然而水合物抑制剂的量因在第一分离器24处上游除去了显著部分的水而最小化。
此实施例中在冷却的原料流中实现低温的另一益处在于能够将压缩阶段的数量从五个阶段减少至四个阶段，导致总成本降低。
实施例5-多阶段等熵
参考图8，本发明的多阶段实施方案利用等熵流体膨胀机66，诸如常规的径向膨胀涡轮或涡轮膨胀机(诸如可以从Mafi-Trench,SantaMaria,CA,US购买)来代替图7的焦耳-汤姆逊阀44用于使滑流58膨胀。
在此实施方案中，对于相同的压力降低，等熵流体膨胀能够实现比使用焦耳-汤姆逊阀(等焓膨胀)可能实现的更低温度的膨胀滑流60。另外，所需的滑流部分小于实施例4中的滑流部分。
此实施例中阶段3(66)和阶段4(68)的功率要求与实施例4中相比降低约2％。等熵流体膨胀机产生功率，阶段3(66)和阶段4(68)的约1.8％用于其他用途。此外，使得对水合物抑制剂的需求最小化。
本文所述的本发明的实施方案与常规的液体干燥剂和等焓冷冻脱水方法相比具有显著优势和差异。
与液体干燥剂脱水方法相比，本发明的实施方案允许通过用占常规脱水设备资金成本一小部分的膨胀阀(TCV、JTV)代替来消除常规的脱水设备。
与常规的等焓膨胀冷冻方法(诸如“焦化厂”或“DPCU”)相比，本发明的实施方案可允许消除一个压缩阶段、主要的气-气热交换器并加入水合物抑制剂，为资金成本提供了显著降低。
现有技术“焦化厂”或“DPCU”需要整个气流过度压缩且膨胀至设计压力。这典型地使系统的最初压缩功率要求增加了20％～25％。视气体的组成和操作条件而定，较高的压缩机排放压力可能必需加入整个阶段的压缩。
视酸性气体的组成和所需的操作条件而定，冷却滑流典型地是流经单一阶段的10％～30％的合并流。通过一个压缩阶段的流量增加理论上使总的压缩功率要求增加2％～6％(即，对于5阶段压缩机而言的10％～30％的1/5)。然而，比较而言，此增加常与因常规脱水设备的压力下降而引起的增加相当。此外，由于压缩机的操作温度降低而产生效率改良，且因此压缩功率也相应降低。在某些情况下，压缩功率要求最终小于使用常规脱水设备时的功率要求。
由本发明的实施方案实现的较低抽吸温度具有优于常规脱水机和焦化厂的另一优势。一个阶段的温度降低为每一阶段的压缩比再平衡提供了机会，当抽吸压力较冷时，压缩比较高，因此使得其它阶段的压缩比降低，直至每一阶段的排放温度在某些新的较低值相对相等。排放温度降低某种程度上降低了因在一个或多个压缩阶段所见的额外滑流体积所引起的额外功率要求。温度降低也导致阀寿命更长、操作时间增加且维护成本较低。再平衡在某一点上、在较低的温度下可能足够明显以足以消除整个压缩阶段，且因此提供相当大的资金成本节约。
相信本发明的实施方案的总体碳足迹显著低于常规方法。对设备的要求相当小，减少了对制造的要求，不需要配制甘醇且不需要产生CO2的其它设施，所有这些不仅仅抵消了压缩滑流体积所需的功率的微小增加(典型地为约2％)。另外，在本发明的实施方案中缺少化学要求显著降低了生态学风险。
酸性气体(包括CO2、H2S、SO2和NO)是适合本发明的实施方案的流体。然而相信所述流体不限于本文公开的那些。另外相信，本发明的实施方案中所用的热力学原则在所需范围的加工条件下对展示正的焦耳-汤姆逊(JT)系数的所有流体混合物都有效；换句话说，流体混合物在膨胀时冷却。广泛来说，具有较大JT系数的流体将比具有较小JT系数的流体变得更冷，且因此将需要较少的流体滑流。低的滑流需求就经济角度而言是有利的。
本发明的实施方案的应用在于碳捕集和储存(CCS)，处理由燃烧、气化和工业化学工艺捕集的CO2、SO2和NOX用于封存，且用于AGI(酸性气体注入)中，其中从石油和气体工艺中捕集H2S和CO2用于封存。本发明的实施方案的另一应用出现在从典型地在提高石油采收率(EOR)应用中进行加工的相对高酸性气体含量的溶液气体蒸气回收烃液体中。本发明的实施方案的另一应用在于在可用空间最小的情形下需要酸性气体脱水或存在重量限制的情形。所述情形可能出现在海上浮式生产操作中或出现在陆上和海上的改装应用中。本发明的构造提供了与其它商业脱水方式相比显著的空间和重量优势。
本文提供的实施例1～5是基于单一一组的条件。本发明的实施方案需要针对每种流体和每一组条件进行优化。优化涉及选择最适合引发滑流且最适合重组滑流的压缩阶段。另一种优化在于选择最佳的方法形式，无论是基本的、HEX、LTS、多阶段、多阶段等熵或上文所述那些的一些其它组合。在任何选择中，也需要包括最佳的仪器和控制系统并建立最佳的应用操作点。
参考图9，数字80表示常见的上游操作，数字81表示根据另一实施方案的总体示意方法。
关于前文实施方案的常用数字，提供分离器13用于将原料分成进入压缩机12的饱和气体原料流10(在压缩机12中被压缩至排放压力)，压缩蒸气14随后被引入后冷却器20中，导致原料流中的一些水和其它可凝结物凝结。所述单元操作在本文中且先前已关于其它实施方案加以论述。
关于新提出的示意性的上游酸性气流18，它典型地来自压缩机、井等等，通常以水饱和。举例而言，此流可含有100％的酸性气体或某种其它浓度的酸性气体，剩余典型地是烃和低浓度的其它惰性气体。为进行解释的目的，此流在600psi(41.37巴)的压力下例如可为120℉(48.89℃)。在此回路中，提供一对热交换器84和86。就热交换器84和86而言，热交换器84是用于将流体18中的热量转移给冷液流体96的气-液热交换器。流90与离开焦耳-汤姆逊阀44的冷却流89混合。两者在混合装置92中混合。由此形成的温度约为50℉(10℃)的混合物93被传入低温分离器94中。此时，在600psi(41.37巴)压力下凝结的液体形成冷液流96。流96将接近流体混合物的水合物形成温度。如果对此流进一步减压，此将肯定导致形成水合物。流96传入热交换器84中，与流18进行热交换，由此冷却流18并加温流96。对于流96而言有利的是从流18接收一些热量以减少形成水合物的可能性。也有利的是使流18冷却以减少需要另外冷却的量。流96一旦通过经交换器84热交换而加温，流98的温度则可能为120℉(48.89℃)。流98的压力随后可在阀100中降低而无水合物形成，从而维持低温分离器94中所需的液体水平。随着液体水平建立，阀100开启且使得流102可以被传入三相分离器104中。流102可能由三相组成；蒸气、烃液体和水。分离器104中的滞留时间足以促使位于106处的较重液体(典型地是水)、位于108处的蒸气和位于110处的较轻液体(典型地是烃)分离。此时，分离的烃液体110随后可以被导向油处理设施进行处理(未显示)、稳定化并最终出售。
说回低温分离器94，离开低温分离器94的流112是冷的酸性气体(典型地是CO2)蒸气流且可以用作预冷却主系统的另一来源。流88和112被传入热交换器86中，在此情形下热交换器86是用于将流88中的热量传递给离开低温分离器94的冷蒸气流112的气-气热交换器。这也使离开交换器86的流90预冷却，由此减少了需要另外冷却的量。来自本文所示实施例的流114此时具有约110℉(43.33℃)的温度。此系统的尤其有益之处在于允许回收烃，这就经济学角度而言是可行的。
流114然后被传入前文关于基本总体系统所述的单元操作中。
在不可能回收液体烃或在经济学上不可行的情形下，那么设计者将采用图10中所示的将在下文更详细论述的系统。这也是一种用于改进应用的具有吸引力的系统，它可以使用进行微小改变、同时也受益于本文所述的技术的现有压缩机配置。
在使用CO2的FOR应用中，通常将构成性或另外的CO2与产生的蒸气混合并再注入生产容器中。视构成性CO2流的压力而定，可将其与流34混合或甚至取代流34来改良焦耳-汤姆逊系数并降低HFT。在系统启动期间，可使用干燥的构成性CO2以最小化地使用水合物抑制剂或消除水合物抑制剂的使用，诸如甲醇或甘醇。
如果需要，此方法可设计成使此实施例中所用的流体，而非烃凝结。
如果需要改良烃液体/蒸气分离效率，可考虑另外的降压和分离阶段(以110代替98，重复进行100、102和104)。此外，系统可包括热力学模拟软件以通过预测水的露点、水合物形成温度和烃回收来辅助优化操作点。
回到图10，显示本发明的另一实施方案。在此实施方案中，显然相对于图9中所示已除去了显著量的单元操作。在此实施方案中不必使用图9的三相分离器104，因为是气-液热交换器。剩余的单元操作与图9中的操作功能类似且总体次序将为本领域技术人员所显而易见。
此实施方案尤其适用于现有配置，其中可能有所改进以利用本文所述系统的益处。在包括气-气热交换器的情形下，视酸性气体的组成和所需的操作条件而定，冷却滑流典型地减少到流经单一阶段的合并流的4％～10％。通过一个压缩阶段的通量增加理论上使总的压缩功率要求增加1％～2％(即，对于5阶段压缩机而言的4％～10％的1/5)。在现有抽吸洗涤器的冶金与所产生的酸性水不相容且认为取代现有洗涤器不适当时，只需要增加LTS。此实施方案的资金成本相应增加。
在图10中所示的实施方案中，此情形中的重液相流34典型地是温热的高压再循环流，此流典型地是超临界(密相)或液体。将其传入焦耳-汤姆逊阀44中，使其压力降低且因此降低流34的温度。使用冷的低压再循环流89与预冷却的入口流90混合进入混合装置92中。
如前文关于图9所论述的混合物由数字93来表示。在96处离开低温分离器94的液相主要是水。此流典型地在其他处掺合进入水处理过程。
举例而言，视热交换器86中有多大表面积可用而定，流90可冷却至约60℉～70℉(15.55～21.11℃)。滑流34(如前文关于其它实施方案所论述)可为120℉(48.89℃)且可能为2,000psig(137.9巴)。此高压流可在焦耳-汤姆逊阀44中减压。此处将其减压至大致与流90相同的压力600psig(41.37巴)。由于穿过了焦耳-汤姆逊阀，流膨胀且因此冷却至约40℉(4.4℃)以用于此实施例的目的。得到的冷流89与流90在混合装置92中混合。由此形成的温度约为50℉(10℃)的混合物93被传入低温分离器94中。此时，在600psi(41.37巴)压力下凝结的液体形成冷液流96。离开分离器94的流112是冷的酸性气体(典型地是CO2)蒸气流且可用作用于预冷却热的入口流18的来源。流18和112被传入热交换器86中，热交换器86是用于将来自流18的热量传递给来自低温分离器94的冷蒸气流112的气-气热交换器。此热交换也使离开交换器86的流90预冷却，由此减少了需要另外冷却的量。来自本文所示实施例的流114此时具有约110℉(43.33℃)的温度。

Claims (27)

1.一种用于从含有可凝结组分的流体中除去可凝结组分的方法，其包括：
通过热交换来优化包括所述可凝结组分的初始原料流的温度并冷却以使来自其中的液体凝结，且除去所述液体以形成气流；
在冷却后压缩所述气流以形成高压流；
使一部分高压流膨胀以形成冷却的低压流；
将所述冷却的低压流与所述初始原料流混合以增强所述初始原料流中可凝结组分的冷却和凝结。
2.如权利要求1所述的方法，其包括在多个热交换器中连续热交换以优化所述流中的能量存留，伴随再循环质量的下降。
3.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述热交换器包括多个平行的热交换器以用于优化所述流中的能量存留且减少再循环的量。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述优化所述能量的步骤包括在形成水合物以外的温度范围内操作所述方法。
5.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中通过气-液热交换操作进行所述热交换。
6.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中通过气-液热交换操作、接着通过气-气热交换操作进行所述热交换。
7.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中通过气-液热交换操作与气-气热交换操作平行进行所述热交换。
8.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中通过气-液热交换操作进行所述热交换。
9.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其另外包括对所述原料流进行处理以进行水含量减少单元操作的步骤。
10.如权利要求6所述的方法，其另外包括从由所述方法产生的所述流回收烃。
11.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其另外包括从由所述方法产生的所述流回收酸性气体组分。
12.如权利要求10所述的方法，其另外包括使所述酸性气体组分再循环。
13.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述流体具有正的焦耳-汤姆逊系数。
14.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述可凝结组分包括C5H12和较重的烃。
15.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其另外包括向所述流体中加入水合物抑制剂的任选步骤。
16.如权利要求16所述的方法，其中所述水合物抑制剂是甲醇。
17.一种用于从含有可凝结组分的流体中除去可凝结组分的方法，其包括：
通过热交换来优化包括所述可凝结组分的初始原料流的温度并冷却以使来自其中的液体凝结，且除去所述液体以形成气流；
压缩以及冷却所述气流后以形成高压流；
使一部分高压流膨胀以形成冷却的低压流；
将所述冷却的低压流与所述初始原料流混合以增强所述初始原料流中可凝结组分的冷却和凝结，从而形成混合物；
将所述混合物分离成液流和气流；且
使所述液流和所述气流通过气-液热交换操作、接着通过气-气热交换操作与初始原料流接触进行热交换。
18.如权利要求17所述的方法，其包括确定所述初始燃料流的烃和水含量的步骤。
19.如权利要求17或18所述的方法，其另外包括在形成水合物以外的温度范围内操作所述方法的步骤。
20.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其另外包括对所述原料流进行处理以进行水含量减少单元操作的步骤。
21.如权利要求17至20中任一项所述的方法，其另外包括从由所述方法产生的所述流回收烃。
22.如权利要求17至21中任一项所述的方法，其另外包括从由所述方法产生的所述流回收酸性气体组分。
23.如权利要求22所述的方法，其另外包括使所述酸性气体组分再循环。
24.如权利要求17至23中任一项所述的方法，其中所述流体具有正的焦耳-汤姆逊系数。
25.如权利要求17至24中任一项所述的方法，其中所述可凝结组分包括C5H12和较重的烃。
26.如权利要求17至25中任一项所述的方法，其另外包括向所述流体中加入水合物抑制剂的任选步骤。
27.如权利要求17至26中任一项所述的方法，其中所述水合物抑制剂是甲醇。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110388285A (zh) * 2018-04-18 2019-10-29 劳士领汽车集团 用于机动车的连续工作的水获取设备
CN111432912A (zh) * 2017-12-21 2020-07-17 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于限制生物甲烷流中含有的氧气浓度的方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3044238B1 (fr) * 2015-11-30 2020-11-13 Haffner Energy Dispositif d'epuration par distillation adiabatique
CN114111315B (zh) * 2020-08-31 2022-11-29 昆明理工大学 一种粉煤气化磨煤工段煤粉干燥节能方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999013963A1 (en) * 1997-09-15 1999-03-25 Den Norske Stats Oljeselskap A.S Separation of acid gas from natural gas
CN101292127A (zh) * 2006-08-21 2008-10-22 开利公司 在压缩级之间具有冷凝中间冷却的蒸汽压缩系统
CN101406763A (zh) * 2008-10-31 2009-04-15 华南理工大学 一种船运液货蒸发气体的再液化方法
CN102325571A (zh) * 2009-07-13 2012-01-18 N.W.麦凯 从流体中除去可冷凝组分的方法
CN102407064A (zh) * 2012-01-08 2012-04-11 文闯 一种双喉部型气体超声速旋流分离装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1062466B1 (en) * 1997-12-16 2012-07-25 Battelle Energy Alliance, LLC Apparatus and process for the refrigeration, liquefaction and separation of gases with varying levels of purity
RU2272973C1 (ru) * 2004-09-24 2006-03-27 Салават Зайнетдинович Имаев Способ низкотемпературной сепарации газа (варианты)
US20120167620A1 (en) * 2009-05-15 2012-07-05 Eva Marfilia Van Dorst Method and system for separating co2 from synthesis gas or flue gas
GB2489396B (en) * 2011-02-25 2018-08-22 Costain Oil Gas & Process Ltd Process and apparatus for purification of carbon dioxide

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999013963A1 (en) * 1997-09-15 1999-03-25 Den Norske Stats Oljeselskap A.S Separation of acid gas from natural gas
CN101292127A (zh) * 2006-08-21 2008-10-22 开利公司 在压缩级之间具有冷凝中间冷却的蒸汽压缩系统
CN101406763A (zh) * 2008-10-31 2009-04-15 华南理工大学 一种船运液货蒸发气体的再液化方法
CN102325571A (zh) * 2009-07-13 2012-01-18 N.W.麦凯 从流体中除去可冷凝组分的方法
CN102407064A (zh) * 2012-01-08 2012-04-11 文闯 一种双喉部型气体超声速旋流分离装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111432912A (zh) * 2017-12-21 2020-07-17 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于限制生物甲烷流中含有的氧气浓度的方法
CN110388285A (zh) * 2018-04-18 2019-10-29 劳士领汽车集团 用于机动车的连续工作的水获取设备

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