CN104936674B - 气体料流与液体料流的接触 - Google Patents

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Abstract

本申请公开并流接触系统。该并流接触系统包括并流接触器同轴位于管内。该并流接触器包括环形支撑环,设置其以保持该并流接触器在管之内以及多个放射状叶片，设置其以容许液体料流流入该并流接触器。该并流接触器也包括中心气体入口锥体，其设置为容许气体料流流过在并流接触器之内中空部分，其中该并流接触器提供由液体料流形成液滴有效引入气体料流之内。该并流接触系统也包括分离系统，设置其以除去来自气体料流的液滴。

Description

气体料流与液体料流的接触
相关申请的交叉引用
本申请是2013年10月24日提交的国际申请No.PCT/US2013/066686的国家阶段申请，其要求2013年1月25日提出的名称为气体料流与液体料流的接触的美国临时专利申请61/739,674的权益，其全部引入本申请作为参考。
技术领域
本技术提供气体料流与液体料流的接触。更具体而言,本技术提供使用并流接触器以将由液体料流形成的液滴引入气体料流之内。
背景技术
本部分意图是介绍本领域的各方面，其可以与本技术例证性实施方案有关。本论述据信有助于提供框架以促进更好理解本技术的具体方面。因此，很清楚本部分应该就此而论理解，而非必须作为现有技术陈述。
来自油层生产烃时常携带偶然产生的非烃类气体。上述的气体包括污染物比如硫化氢(H2S)以及二氧化碳(CO2)。当H2S或者CO2作为诸如甲烷或者乙烷之类的烃气体料流的一部分产生,未处理的气体料流有时称为"含硫气体"。H2S以及CO2常常一起作为"酸性气体"提及。
除烃生产料流之外，酸性气体可以与合成气料流、或者与精炼气料流关联。酸性气体也可存在于气体处理设备中所谓的闪蒸气体料流(flash-gas streams)之内。此外，酸性气体可以通过煤、天然气、或者其它的含碳燃料燃烧产生。
天然气流不但可包含H2S或者CO2，也可包含其它的"酸性"杂质。这些包括硫醇及其它微量含硫化合物(SOx)。另外，天然气料流可包含水。上述杂质常常在工业使用或者民用之前除去。
已经设计方法从未处理天然气料流除去污染物。就酸性气体而言，有时使用深冷的气体处理,特别用以除去CO2以防止管线冻结和孔口堵塞。在其它的情况中，特别对于H2S除去,用溶剂处理该烃流体料流。溶剂可以包括化学溶剂比如胺。用于含硫气处理的胺实例包括单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、以及甲基二乙醇胺(MDEA)。
物理溶剂有时用于替代胺类溶剂。实例包括以及RectisolTM。在有些情况下，已经使用混合溶剂，意指物理以及化学的溶剂的混合物。实例是另外，非常普遍的是利用胺基脱酸性气体溶剂。
胺-基溶剂依靠与该酸性气体化学反应。该反应过程有时被称为"气体净化"。上述化学反应通常比物理基溶剂更有效，特别在进气压力低于约300psia(2.07MPa)下。存在的情况是使用诸如FlexsorbTM之类的特定化学溶剂，特别用于从含CO2气体料流选择除去H2S。
该气体净化方法的结果,产生处理过的或者"净化过的"气体料流。净化气体料流基本上除尽H2S和/或CO2组分。该净化气料流可以进一步处理用于液体回收，即，冷凝出较重的烃类气体。该净化气料流可以出售进入管道之内或者可以用于液化天然气(LNG)进料，条件是CO2浓度小于例如约50ppm。另外，该净化气料流可以用作原料进料用于气体-至-液体方法，然后最终用于制备蜡、丁烷、润滑剂、乙二醇、或者其它的石油基产品。所提取CO2可以销售、或者可注入到地下油层用于提高采油回收率(EOR)操作。
当天然气料流包含水时,通常在脱酸性气之前进行脱水工艺流程。这通过在脱水器中使用乙二醇或者其它的干燥剂来完成。进行天然气脱水以控制形成气体水合物以及防止分配管线腐蚀。在管道中形成气体水合物以及腐蚀可以致使流量体积减少以及冻结调节阀、堵塞孔口及其它操作问题。
按惯例，使用化学溶剂或者干燥剂脱除酸性气或者水涉及未处理天然气料流与该化学品逆流接触。将该未净化气体料流引入接触塔底部。同时，该溶剂溶液进入该塔顶部之内。该塔具有塔板、填料、或者其它的"内部构件"。当该液体溶剂阶流式经由该内部构件，它吸收不希望有的组分，经由接触塔的底部作为"富"溶剂溶液的一部分将它们携带离开。同时，基本上去除不合需要组分的气态流体脱离该塔顶部。
脱离该接触器的富溶剂或者富乙二醇有时被称为吸收剂液体。紧接着吸收之后,再生过程(也称为"解吸")可以用以从该吸收剂液体的有效溶剂(active solvent)分离出污染物。这产生"贫"溶剂或者"贫"乙二醇然后其一般再循环进入该接触塔之内用于进一步吸收。
已知用来脱水或者用于H2S以及CO2吸收的逆流接触器倾向于非常大型以及笨重。这在需要较小设备的海上石油以及采气应用中出现引起特定的困难。此外，对于经常出现在边远地区的页岩气生产操作而言，大型塔基设备的输送以及安装是困难的。
发明内容
作例证的实施方案提供并流接触系统。该并流接触系统包括同轴位于管中的并流接触器。该并流接触器包括环形支撑环，设置其以保持该并流接触器在管之内，以及包括多个放射状的叶片，设置其以容许液体料流流入该并流接触器。该并流接触器也包括中心气体入口锥体，设置其以容许气体料流流过在并流接触器之内的中空部分，其中该并流接触器提供由液体料流形成的液滴向气体料流之内的有效引入。该并流接触系统也包括分离系统，设置其以除去来自气体料流的液滴。
另一作例证的实施方案提供从气体料流分离杂质的方法。该方法包括使液体料流经由环形支撑环以及从该环形支撑环延伸出的多个放射状叶片流入并流接触器之内，其中该环形支撑环使该并流接触器同轴固定在管之内。该方法也包括使气体料流经由通过放射状叶片支撑的中心进气口锥体流入该并流接触器之内，其中该气体料流的第一部分流过该中心进气口锥体以及该气体料流的第二部分围绕在放射状叶片之间的该中心进气口锥体流动。该方法进一步包括使该气体料流与该液体料流接触以提供由液体料流形成的液滴向气体料流之内的引入以及在分离系统之内从气体料流分离该液滴。
另一作例证的实施方案提供并流接触器。该并流接触器包括环形支撑环，设置其以保持该并流接触器同轴存在于管之内。该环形支撑环包括中空通道，设置其以容许液体料流流入从该环形支撑环延伸出的多个放射状叶片。该并流接触器也包括中心气体入口锥体，其设置为容许气体料流流入该并流接触器之内，其中该气体料流的第一部分流过该中心进气口锥体以及该气体料流的第二部分围绕在放射状叶片之间的该中心进气口锥体流动。设置该并流接触器以提供由液体料流形成的液滴向气体料流之内的引入。
附图说明
通过参照以下详细说明以及附图更好理解本技术优势，其中:
附图1是化学溶剂-基气体处理设施的工艺流程图；
附图2A是包括并流设计的气体处理系统的工艺流程图；
附图2B是包括并流设计的另一气体处理系统的工艺流程图；
附图3是用于将进料料流分离成为气体料流以及液体料流的塔的图解；
附图4A是包括多个并流接触系统的分离系统的工艺流程图，其可以放入壳中；
附图4B是附图4A并流接触器外加多个换热器的工艺流程图；
附图5是多个并流接触器的工艺流程图，其操作与一个或多个闪蒸罐有关；
附图6是使用本申请公开的并流接触系统的气体再生设施的工艺流程图；
附图7是并流接触系统的示意图；
附图8A是并流接触系统的前视图；
附图8B是该并流接触器的侧面透视图；
附图8C是该并流接触器的截面透视图；
附图8D是该并流接触器的另一个截面透视图；以及
附图9是显示用于使气体料流与液体料流接触的方法的工艺流程图。
发明详述
在下文中详细说明部分，公开本技术的具体实施方案。然而，在以下说明具体至本技术特定的实施方案或者特定的应用的程度上，这意图是仅用于作例证以及简单提供作例证的实施方案的说明。因此，该技术不局限于如下所述的特定实施方案，而是包括附加权利要求书真实精神以及范围的替代、改进以及等同。
首先，为便于参考，所显示的是用于本申请某些特定的术语以及它们的如本文上下文所用的意思。本申请使用术语的含义范围不局限于以下，应该给与本领域技术人员曾给与该术语最宽的定义，如在至少一种印刷出版物或者颁发专利所反映的那样。此外，该本技术不限制如下显示术语的使用，因为起相同或者相似效果的全部同等物、同义词、新发展以及术语或者技术。被认为在本权利要求书范围之内。
"酸性气体"指任何溶于水产生酸性溶液的气体。酸性气体的非限制性实例包括硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、二硫化碳(CS2)、硫化羰(COS)、硫醇、或者其混合物。
"并流接触装置"或者"并流接触器"指接收气体料流以及采用一定的方式分离溶剂料流的容器使得该气体料流以及该溶剂料流彼此接触同时在该接触装置之内通常按相同方向流动。非限制性实例包括喷射器以及聚结器、或者静态混合器加上去液化器(deliquidizer)。
该术语"并流"指单元操作中工艺料流的内部布置，该单元操作可以被分成几个次级部分，该工艺料流以相同方向流经该次级部分。
如本文所用，"塔"是一种分离容器，其中逆流流动基于不同性能用来分离材料。在吸收剂塔中，物理溶剂注入该顶部，同时所分离气体混合物流过该底部。当该气体向上流动经由下落的吸收剂料流时，一种气体类型优选吸收，在脱离该塔顶部的蒸气料流中它的浓度下降。一部分该塔顶蒸气可以冷凝以及作为回流流料被反向泵送进入该塔，其可用于提高该塔顶产物的分离以及纯度。本体液体汽提器与分馏塔相关。然而，该本体液体汽提器起作用而未利用回流料流以及由此不能产生高纯度塔顶产物。
在蒸馏塔中，基于沸点或者蒸气压的差异，液体和蒸气相逆流接触来实施流体混合物的分离。该高蒸气压、或者低沸点组分倾向于在气相中浓缩，尽管该低蒸气压、或者高沸点的组分倾向于在该液相中浓缩。深冷分离是一种分离方法，在塔中实施，至少部分温度等于或低于150开氏度(K)。为提高该分离,二种塔可以应用一系列垂直间隔的塔盘或者安装在塔之内的塔板和/或诸如结构化的或者无规则填料之类的填料元件。塔常常可以在底部具有再循环料流以提供热能用于使流体沸腾，称为再沸。
"脱水气体进料料流"指已经经历脱水工艺的天然气料流。一般该脱水气体进料料流含水量小于50ppm，以及优选小于7ppm。可以使用任何合适的工艺用于该天然气料流脱水。合适的脱水工艺的典型实例包括,但是不局限于,用分子筛或者使用二醇或者甲醇脱水处理该天然气流。可替换的是,该天然气料流可以通过形成甲烷水合物脱水；例如,使用WO2004/070297公开的脱水工艺。
如本文所用,该术语"脱水"指粗进气料流的预处理以部分或者完全除去水以及，任选，一些重质烃类。举例来说,这可以通过倚靠外部冷却回路或者低温内部工艺料流的预冷却循环完成。也可借助于用分子筛例如沸石、或者硅胶或者氧化铝或者其它的干燥剂预处理除去水。也可借助于用二醇、单乙二醇(MEG)、二乙二醇(DEG)或者三甘醇(TEG)、或者甘油洗涤除去水。在该气体进料料流中水的数量适宜少于1vol％，优选少于0.1vol％，更优选少于0.01vol％。
该术语"蒸馏"或者"分馏"指化学组分物理分离成为气相以及液相的过程，这基于该组分在规定温度和压力下沸点以及蒸气压差异。蒸馏一般在"蒸馏塔"中进行，其包括一系列垂直间隔塔板。进料料流在中点进入该蒸馏塔，该蒸馏塔划分成为两区域。该顶部可以称为精馏区域，以及该底部可以称为汽提区域。在各个板上发生冷凝以及汽化，引起较低沸点组分上升到该蒸馏塔顶部以及较高沸点组分下落至底部。再沸器位于蒸馏塔底部以增加热能。该"底部"产物可从该蒸馏塔底部去除。冷凝器位于该蒸馏塔顶部以冷凝源自该蒸馏塔顶部的产物，其称为馏出物。回流泵用来通过泵送一部分该馏出物返回进入该蒸馏塔之内保持流入蒸馏塔精馏区域的流动。
该术语"提高原油采收率"(EOR)指提高从地下油层的烃采收率。用于提高驱替效率或者驱油效率的技术可以用于油田开采，通过将驱替液或者气体引入注入井之内以驱动油经由该油层至生产井。
如本文所用,该术语"流体"指气体、液体、以及气体和液体的组合以及以气体和固体的组合、以及液体和固体的组合。
该术语"烟道气"指作为烃燃烧副产物产生的任意气体料流。
该术语"气体"可与该术语"蒸气"互换使用，以及定义为不同于液态或者固态的气态的物质或者物质混合物。同样，该术语"液体"意指不同于气态或者固态的液态的物质或者物质混合物。
"烃"是有机化合物，其主要包括元素氢以及碳，尽管可以存在少量氮、硫、氧、金属、或者许多其它元素。如本文所用，烃泛指存在于天然气、油、或者化学处理设备中的组分。
就流体加工设备而言,该术语"串联"意指两个或者更多个装置沿流水线放置使进行流体分离的流体料流从设备的一个部位移动至下一个同时保持基本上恒定向下游侧方向流动。同样，该术语"同轴"意指流体混合以及分离装置的两个或者更多个部件顺序连接或者更优选整合到单一管状的设备中。
该术语"工业装置"指任意装置，其产生的气体料流包含至少一种烃或者酸性气体。一个非限制实施例是煤发电工厂。另一实例是排放低压CO2的水泥厂。
"液化天然气"或者"LNG"一般已知包括高比例甲烷的天然气。然而，LNG也包括痕量的其它化合物。其它的成分或者化合物可包括,但是不局限于乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳、氮气、氦、硫化氢、或者其组合，其已经处理以除去一种或多种组分(例如氦)或者杂质(例如水和/或重质烃类)以及然后在几乎大气压力下通过冷却冷凝成液体。
该术语"液体溶剂"指基本上液相流体，其相对于另一组分优选吸收一种组分。例如，液体溶剂可以优选吸收酸性气体由此从气体料流或者水料流除去或者"洗涤"至少一部分该酸性气体组分。
"液体-蒸气接触装置"指一种设备，其在该设备中在液体和蒸气之间提供至少一个界面的接触和扩展。液体-蒸气接触装置实例包括板林塔、填料塔、湿壁(降膜)塔、喷雾室、换热器、或者其任何组合。包括板式塔以及填料塔的设备实例，包括蒸馏塔、分馏塔、以及汽提塔。
"天然气"指从原油油井或者地下含气地层获得的多组分气体。天然气组成以及压力差异显著。一般的天然气料流包含甲烷(CH4)作为主成分,即，天然气料流大于50mol％是甲烷。天然气料流还可以包含乙烷(C2H6),高分子量烃(例如，C3-C20烃)，一种或多种酸性气体(例如，二氧化碳或者硫化氢)，或者其任何组合。该天然气还可以包含较小量的杂质比如水、氮气、硫化铁、蜡、原油、或者其任何组合。天然气料流在实施方案中应用之前可以基本上净化以便除去作为毒物的化合物。
"不吸收气体"指在气体处理或者调整过程期间不为溶剂所显著吸收的气体。
"溶剂"指能至少部分地溶解或者分散一种或多种其它物质的物质，比如提供形成溶液。溶剂可以是极性的、非极性的、中性的、质子的、质子惰性的、或者类似物。该溶剂可以包括任意合适的元素、分子、或者化合物比如甲醇、乙醇、丙醇、二醇、醚、酮、其他的醇、胺、盐溶液、或者类似物。该溶剂可以包括物理溶剂、化学溶剂、或者类似物。该溶剂可以通过任意合适的机理操作比如物理吸收、化学吸收、化学吸附、物理吸附、吸附、变压吸附、变温吸附、或者类似物。
"基本上"如果用于指材料、或者其具体特征的数量或者程度，则指在量上足以提供该材料或者特征所要提供的效果。确切可容许的偏差度有时可以取决于具体的上下文。
该术语"脱硫的气体料流"指已经除去至少一部分酸性气组分的基本上气相的流体料流。
综述
本发明的技术提供气体料流与液体料流的接触。很清楚"气体料流"意指基本上气相、但是可包含夹带的液体和/或固体材料。同样，"液体料流"意指基本上液相、但是可包含夹带的气体和/或固体材料。
更具体地说，本技术提供使用并流接触器将由液体料流形成的液滴引入气体料流之内。上述技术可以用于各种应用。例如，通过使用并流接触器将来自该气体料流的杂质引入液体料流形成的液滴之内，关于从气体料流分离杂质而在本文中描述上述技术。设置该并流接触器以通过该液体料流以液滴细雾注入气体料流之内的方式使包括杂质的该气体料流与该液体料流接触。该雾提供高表面积用于杂质引入该液体料流之内，举例来说通过吸附、溶解、反应等。然后可通过使用分离系统将该气体料流与包括杂质的液体料流分离从而产生净化的气体料流。此外，依照本申请公开的实施方案,多个并流接触器以及多个分离系统可以串联使用以逐渐净化该气体料流。
气体处理系统
附图1是化学溶剂-基气体处理设备100的工艺流程图。可以使用气体处理设备100以从未处理天然气料流102中除去水，产生脱水天然气料流104。这可以通过使未处理天然气料流102流进入接触器106之内完成，其可以从未处理天然气料流102除去水。脱水天然气料流104可作为塔顶馏分料流流出接触器106。此外，残余水以及酸性气组分可以结合随后方法除去，如本申请进一步所公开的那样。
该未处理天然气料流102可以经由任意合适种类的烃类开采操作从地下储层108获得。该未处理天然气料流102可以包括不吸收气体，比如甲烷。此外，该未处理天然气料流102可以包括酸性气，比如H2S或者CO2。例如，未处理天然气料流102可以包括约1至约10％的H2S或者约1至约10％的CO2,连同烃类气体一起。
如附图1所示，未处理天然气料流102刚一进入气体处理设备100之内就可以流入进口分离器110。当进入进口分离器110时，未处理天然气料流102可以在高压下。然而，未处理天然气料流102的压力可以显著变化，取决于制备该气体产物的地下储层108的特征。例如,未处理天然气料流102的压力可以在大气压力至数千psig之间变化。对于天然气处理应用而言，未处理天然气料流102的压力可以提高至约100psig、或者约500psig、或者更高，如果需要的话。
进口分离器110可以清洗未处理天然气料流102，例如，在后面的酸性气体处理过程期间防止液体溶剂起泡沫。这可以通过分离该未处理天然气料流成为液相组分以及气相组分来完成。该液相组分可以包括重质烃类、小部分的水、以及杂质比如盐水以及钻井液。上述组分可以经由底部管线114流出进口分离器110，以及可以送到油回收系统116。该气相组分可以包括天然气以及一些数量的杂质、比如酸性气体以及水。上述组分可以作为塔顶馏分天然气料流112流出进口分离器110。
从进口分离器110，该天然气料流112可以流入接触器106。接触器106可以应用干燥剂、比如液体二醇料流118以吸收在天然气料流112中的水。该液体二醇料流118可以包括各种的二醇、比如三甘醇等。该液体二醇料流118可以保存在二醇储罐120之中。泵122可以推动液体二醇料流118从二醇储罐120在合适的压力下进入接触器106之内。例如，泵122可以提高液体二醇料流118压力至约1,000psig或者更高，取决于未处理天然气料流102的压力。
一旦进入接触器106内部，在天然气料流112之内的气体经由接触器106向上移动。一般,在接触器106之内提供一个或多个塔板124或者其它内部构件以产生天然气料流112间接流动路径以及在该气体和液体相之间产生界面区域。同时，来自液体二醇料流118的液体向下移动以及横穿在接触器106中塔板124序列。塔板124有助于天然气料流112与液体二醇料流118的相互作用。
接触器106基于逆流流动设计操作。换言之，天然气料流112以一种方向直接穿过接触器106，同时液体二醇料流118相反方向直接穿过接触器106。当两种流体材料互相作用时，向下流动的液体二醇料流118从该向上流动天然气料流流112吸收水以产生脱水天然气料流104。
刚一脱离接触器106，脱水天然气料流104就可以流过出口分离器126。出口分离器126,也称为湿式除尘器,可以容许从接触器106转来的任何液体二醇脱离该脱水天然气料流104。出口分离器126也可以用作为水洗容器以收集气态溶剂。最终的脱水天然气料流128可以经由顶部管道130流出出口分离器126。任何残余液体二醇132可以穿过底部管线134而离开。
用过的干燥剂料流136从接触器106底部流出。用过的干燥剂料流136可以是富含(例如富集)所吸收水的二醇溶液。用过的干燥剂料流136可以在比较高的温度，比如约90°F至约102°F，或者更高。在各种的实施方案中，气体处理设备100包括用于使来自干燥剂料流136的液体二醇料流118再生的设备，如本申请进一步所公开的。
来自接触器106，用过的干燥剂料流136可以流过换热器138。在换热器138之内,用过的干燥剂料流136可以冷却，提供热量至再沸器140，其连接至在再生器144之内的蒸馏塔142。可以使用再生器144使来自用过的干燥剂料流136的液体二醇料流118再生。再生器144可以是大型压力容器，或者互连系列压力容器，其在例如约15至约25psig下操作。
用过的干燥剂料流136可以流过在蒸馏塔142顶部之中的管束146。当用过的干燥剂料流136流过管束146时，在该水蒸汽以及尾气148经由塔顶馏分管线(overhead line)150释放之前，从蒸馏塔142释放的高温水蒸汽以及尾气148可以对用过的干燥剂料流136进行预热。
在蒸馏塔142之内预热以后,用过的干燥剂料流136可以从管束146作为热二醇料流152释放。热二醇料流152可以流入闪蒸罐154。闪蒸罐154可以在例如压力约50至100psig操作。闪蒸罐154可以具有内部零件，其产生用于二醇料流152的混合作用或者曲折流程。
残余的气体156，比如甲烷、H2S或者CO2，可以经由塔顶馏分管线158闪蒸排出闪蒸罐154之外。收集在塔顶馏分管线158中的残余的气体156如果与胺接触可以减少至酸性气体含量约100ppm。酸性气体浓度足够少以致残余气体156可以被用作气体处理系统100的燃料气体。
另外，在二醇料流152之内，任何夹带的重质烃类,比如乙烷或者丙烷可以收集在闪蒸罐154之内。所得到的烃料流可以经由底部管线162流出闪蒸罐154。
此外，当在闪蒸罐154之内二醇料流152温度以及压力下降时，该在二醇料流152之内烃分离出来，产生部分净化的二醇料流164。部分净化的二醇料流164然后可以从闪蒸罐154排出。部分净化二醇料流164可以流过过滤器166、比如炭过滤器，用于过滤颗粒。
所得到经过滤的二醇料流168可流过换热器170。在换热器170之内，经过滤的二醇料流168可以经由与该液体二醇料流118热交换而被加热。所得到的高温二醇料流174可以流入再生器144的蒸馏塔142。当经过滤的二醇料流168穿过蒸馏塔142时,水蒸汽以及尾气148，比如H2S以及CO2,可以从经过滤的二醇料流168除去。
二醇料流168可以从蒸馏塔142底部流出以及进入再沸器140之内。再沸器140可以使用换热器138产生热量使二醇料流168温度升高。另外，再沸器140可以使来自二醇料流168的残余水蒸气以及尾气148蒸发掉。蒸发掉的组分可以向上输送穿过蒸馏塔142以及在塔顶馏出物管线150中变成水蒸汽以及尾气148。
再生器144也可包括分离汽提段176，其由在再沸器140中液体池供料。汽提段176可以包括促进进一步蒸馏的填料。任何残存杂质，比如水、H2S、或者CO2,蒸发掉以及加入在塔顶馏分管线150之中的水蒸汽以及尾气148。二醇料流174然后可流入缓冲罐178，由178将其作为液体二醇料流118排出。
再生液体二醇料流118可以经由泵180从缓冲罐178泵出。例如,泵180可以升高液体二醇料流118压力至约1,500psig或者约2,500psig。
液体二醇料流118然后可流过换热器170。在换热器170中与经过滤的二醇料流168的热交换可以用来部分冷却液体二醇料流118。另外，液体二醇料流118可以在回到接触器106之前流过冷却器182。冷却器182可冷却液体二醇料流118以保证液体二醇料流118回到接触器106时不闪蒸。例如,冷却器182可以冷冻液体二醇料流118至约100°F至125°F。
图1的工艺流程图不是打算表明气体处理系统100包括所有显示在图1中的组件。此外，许多另外的组分可以包括在气体加工系统100之内，取决于该特定执行过程的详细资料。例如,气体处理系统100可以包括任何合适种类的加热器、急冷器、冷凝器、液体泵、气体压缩机、鼓风机、旁通管、其它种类的分离和/或分馏设备、阀、开关、控制器以及压力-测量装置、测温设备、浓度-测量装置、或者流量测量设备等。
图1说明已知的接触器106在气体脱水过程上下文中应用。然而,气体处理设备100也是基本上表示含硫气除去操作。在该情况中，液体二醇料流118包括化学溶剂、比如伯胺、仲胺、或者叔胺。液体二醇料流118也可以是离子液体或者物理溶剂与胺的掺混物。为了论述，本申请液体二醇料流118可以互换地指代为胺、化学溶剂、或者吸收剂液体。
在一些实施方案中，可以使用相对CO2分子优选除去H2S分子的溶剂。例如,叔胺一般未能象去除H2S一样快地有效去除CO2。因此,两种独立的气体处理系统100可以顺序地操作,一种设置以主要除去H2S，以及另一种设置为主要除去CO2。也可以产生基本上不含H2S的独立的CO2料流。
不考虑应用以及使用的溶剂，包括逆流流动设计的气体处理系统，比如图1气体处理系统100，其缺点是要求相对低的速度以避免在天然气料流102中夹带向下流动的液体溶剂。此外，需要较长距离用于从天然气料流102脱除该液滴。取决于天然气料流102的流速，接触器106直径可以大于15英尺、以及高度大于100英尺。就高压的应用而言，该容器具有厚金属壁。因此，逆流接触器容器巨大以及非常重。这是昂贵的以及不合需要的、特别就海上石油以及采气应用而言。
在图1气体处理系统100中，接触器106包括单一接触塔。然而,在一些应用中，可以使用超过多于一个的接触塔。另外，就高容量、高压的应用而言，可以使用非常巨大的接触器。就低压应用而言,比如在电力生产设备从烟道气除去CO2，据估计50英尺乘50英尺管道接触器(duct contactor)会用于相对小的、500兆瓦发电厂烟道气应用。每分钟好几百加仑的溶剂可流过该接触器。由此上述操作变得非常昂贵。
此外，在海上环境中，塔106内部构件使得它对波浪动作敏感。因此，希望具有不依靠常规塔内部构件的传质过程。例如，利用一系列低压力降、小型的接触装置从闪蒸-气体料流除去CO2或者H2S。
本申请公开的实施方案利用并流设计代替图1接触器106中显示的逆流流动设计。并流设计使用在管之内串联连接的一个或多个并流接触系统。在并流接触系统之内，天然气料流以及液体溶剂可以一起移动，即,并流。在一些实施方案中，该天然气料流以及该液体溶剂通常沿各个并流接触系统的纵向轴一起移动。通常，与逆流接触器相比较，并流接触器可以在高得多的流体速度下操作。结果，并流接触器倾向于比利用标准填料或者板式塔的逆流接触器更小型。
附图2A是包括并流流动设计的气体处理系统200的工艺流程图。气体处理系统200可以代替根据图1所述的气体处理系统100。可以使用气体处理系统200从气体料流202除去H2S或者其它的酸性气体组分。另外，在一些实施方案中，可以使用气体处理系统200从气体料流202除去水或者其它的杂质。气体处理系统200可以使用多个并流接触系统204A-F。各个并流接触系统204A-F可以包括一种(一个或多个)并流接触器和/或分离系统，例如，如根据图7进一步公开的。
气体料流202可以是来自烃生产操作的天然气料流。例如，气体料流202可以是来自发电厂的烟道气料流，或者合成气体(合成气)料流。如果天然气料流202是合成气料流，气体料流202在被引入气体处理系统200之前，可以冷却以及过滤。气体料流202也可是在气体处理设施本身中从闪蒸罐获取的闪蒸气体料流。另外，气体料流202可以是来自克劳斯硫回收工艺的尾气料流或者来自再生器的杂质料流。而且,气体料流202可以是来自水泥厂或者其它工厂的废气排放。在这一情况下，CO2可以从过量空气或者从包含氮气的烟道气中吸收。
气体料流202可以包括不吸收气体，比如甲烷、以及一种或多种杂质、比如酸性气体。例如，天然气料流202可以包括CO2或者H2S。气体处理系统200可以通过除去该酸性气体将气体料流202转化成为脱硫气体料流206。
操作中，气体料流202可以流入第一并流接触系统204A，其中它与溶剂料流208混合。如果气体处理系统200用于除去H2S，或者其它的含硫化合物，溶剂料流208可以包括胺溶液,比如单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、或者甲基二乙醇胺(MDEA)。其它的溶剂，比如物理溶剂、碱性盐溶液、或者离子液体，也可以用于除去H2S。在用于其它目的的实施方案，比如脱水或者反应中，可以使用其它的溶剂或者反应物，比如二醇。溶剂料流208可以包括贫溶剂，其已经进行解吸过程用于除去酸性气体杂质。例如,在附图2A中显示的气体处理系统200中，被引入第一并流接触系统204A的溶剂料流208包括半贫溶剂，其从再生器210中心部获取。从再生器210提取的贫溶剂料流212也可导引到最终的并流接触系统204F。
在各种的实施方案中，气体处理系统200可以使用一系列并流接触系统204A-F。各个并流接触系统204A-F除去来自天然气料流202的酸性气体成分的一部分，由此沿下游方向释放渐进地脱硫的天然气料流。最终的并流接触系统204F提供最终的脱硫天然气料流206。
在进入第一并流接触系统204A之前，天然气料流202可以穿过进口分离器214。可以使用进口分离器214，通过滤出杂质、比如盐水以及钻井液，以清洗天然气料流202。也可进行一些颗粒过滤。天然气料流202净化可以防止在酸性气体处理过程期间溶剂起泡沫。
在一些实施方案中，天然气料流202也可在进口分离器214或者第一并流接触系统204A上游进行预处理。例如，天然气料流202可以进行水洗以除去二醇或者其它化学添加剂。这可以经由独立的处理回路(未显示)完成，其中水引入该气体、比如经由另外的并流接触系统。水对于二醇具有亲合力以及可从天然气料流202中提取出该二醇。这反过来可帮助控制在并流接触系统204A-F之内起泡沫。就烟道气应用而言，腐蚀抑制剂可以被加到该溶剂以延迟在该方法中O2与钢反应。
如附图2A所示,溶剂料流208流入第一并流接触系统204A。半贫溶剂料流208进入第一并流接触系统204A之内的移动可以通过泵216辅助。泵216可以促使半贫溶剂料流208在合适的压力、例如约15psia至约1,500psig下流入第一并流接触系统204A中。
一旦在第一并流接触系统204A内部，天然气料流202以及溶剂料流208沿第一并流接触系统204A纵轴向前移动。当它们行进时，液体胺(或者其它的处理溶液)与在天然气料流202中的H2S，H2O(或者其它的材料)相互作用，引起该H2S化学上附着至该胺分子或者为该胺分子所吸收。第一部分负载、或者"富含"气体的处理溶液218A可流出第一并流接触系统204A底部。另外，第一部分脱硫天然气料流220A可以流出第一并流接触系统204A顶部以及进入第二并流接触系统204B之内。
如在附图2A中实例图解所示,第三并流接触系统204C可以设置在第二并流接触系统204B之后，以及第四并流接触系统204D可以设置在第三并流接触系统204C之后。另外，第五并流接触系统204E可以设置在第四并流接触系统204D之后，以及最终的并流接触系统204F可以设置在第五并流接触系统204E之后。第二、第三、第四以及第五并流接触系统204B，204C，204D，以及204E中每一个可以分别产生各部分脱硫天然气料流220B，220C，220D，以及220E。另外，第二、第三、第四、第五以及最终的并流接触系统204B，204C，204D，204E，以及204F中每一个可以分别产生部分-负载气体处理溶液218B，218C，218D，218E，以及218F。如果胺用作溶剂料流208，则部分-负载气体处理溶液218A-F可以包括富胺溶液。在气体处理系统200中，第二负载气体处理溶液218B与富气体处理溶液218A合并以及经历在再生器210中的再生过程。
随着渐进脱硫天然气料流220A-F产生,在气体处理系统200中气体压力会逐渐地减小。当这发生时，渐进更富含的气体处理溶液218A-F液体压力相应升高。这可以通过设置一个或多个增压泵(未显示)在各个并流接触系统204A-F之间以促进在气体处理系统200中液体压力而完成。
在气体处理系统200中，溶剂料流可以通过使部分-负载气体处理溶液218A以及218B流过闪蒸罐221而再生。所吸收天然气222可以从部分负载气体处理溶液218A以及218B在闪蒸罐221之内闪蒸，以及可以经由塔顶馏出物管线224流出闪蒸罐221。
所得到的富溶剂料流226可以从闪蒸罐221流到再生器210。富溶剂料流226可以引进入再生器210之内用于解吸。再生器210可以包括汽提器部分228，其包括塔板或者其它的内部构件(未显示)。汽提器部分228可以位于再沸器部分230正上方。热源232可以提供给再沸器230以产生热量。该再生器210产生该再生、贫溶剂料流212，其再循环用于再应用在最终的并流接触系统204F中。从再生器210汽提的塔顶馏分气体，其可以包括浓缩H2S(或者CO2),可以作为塔顶馏分杂质料流234流出再生器210。塔顶馏分杂质料流234可以流入冷凝器236之中，其可以冷却塔顶馏分杂质料流234。所得到的冷却的杂质料流238可以流过回流液储器240。该回流液储器240可以从杂质料流238分离任何残存液体,比如冷凝水。这可以导致基本上纯酸性气体料流242产生，其可以经由塔顶馏出物管线244流出回流液储器240。
在一些实施方案中，如果初始的天然气料流202包括CO2，和使用CO2-选择性溶剂料流208，则酸性气体料流242主要包括CO2。CO2-富集的酸性气体料流242可以用作可混EOR操作的一部分以回收油。如果要溢注的油储层并不包含显著数量的H2S或其它硫化合物，则要用于EOR操作的CO2可以不包含显著数量的H2S或其它硫化合物。然而，来自油气生产操作的浓缩CO2料流可以由少量H2S污染。因此，可能需要从CO2除去H2S，除非酸性气体料流242要纯粹注入用于地质学固存。
在一些实施方案中，如果初始的天然气料流202包括H2S，则H2S-选择性溶剂料流208可以用于收集H2S。然后可以使用硫回收装置(未显示)将H2S转化成游离硫。该硫回收装置可以是所谓的克劳斯单元。本领域普通技术人员将理解"克劳斯法"这种工艺时常由天然气以及精炼厂行业使用以从含H2S气体料流回收游离硫。
实际上，来自该克劳斯法"尾气"，其可以包括H2S、SO2，CO2、N2以及水蒸气，可以经由氢化反应以将SO2转化至H2S。该氢化尾气料流具有高分压、大量CO2，例如，多于50％，以及少量的H2S，例如，百分之几或者更少。这类气体料流，其一般接近大气压,可按照选择性除去H2S处理。回收的H2S可以再循环至克劳斯单元前部，或者可以于下游分离。可替换的是,直接氧化H2S至游离硫可以使用各种在气体分离领域已知的方法进行。
因为该H2S反应相对于CO2反应是瞬态的，减少停留时间,即,在蒸气与液相之间接触时间,会导致较少CO2吸收到该溶剂中去。并流接触系统204A-F的设计由于该设备设计所固有的短接触时间而增强了选择性H2S脱除。
如附图2A所示，残液料流246可以流出回流储液器240底部。残液料流246可以流过回流泵248，其可以提高残液料流246压力以及将残液料流246泵送到再生器210。残液料流246可以，例如从再沸器部分230底部作为贫溶剂料流212的一部分流出再生器210。一些水可以被加到该贫溶剂料流212以平衡对部分脱硫天然气料流220A-E的水蒸气损失。此水可以在回流泵248入口或者吸入口加入。
贫溶剂料流212可处于低压。因此,贫溶剂料流212可通过增压泵250。从增压泵250，贫溶剂料流212可流过冷却器254。冷却器254可以冷却贫溶剂料流212以保证贫溶剂料流212有效吸收酸性气体。然后所产生急冷贫溶剂料流256作为溶剂料流用于最终的并流接触系统204F。
在一些实施方案中，溶剂罐258紧邻最终的并流接触系统204F设置。急冷贫溶剂料流256可以从溶剂储罐258流出。在其它的实施方案中，溶剂储罐258离线以及为贫溶剂料流256提供容器。
附图2A工艺流程图并非想要表明气体处理系统200包括附图2A显示的全部部件。此外，根据具体实施细节，许多额外的部件可以包括在气体处理系统200内部。例如，气体处理系统200可以包括任意合适种类的加热器、急冷器、冷凝器、液体泵、气体压缩机、发泡器、旁通管、其它种类分离和/或分馏设备、阀门、转换开关、控制器、以及压力测量设备、测温设备、液位-测量装置、或者流量测量设备等。
附图2B是包括并流设计的另一气体处理系统260的工艺流程图。相同的数字标记项目是如附图2A公开那样。附图2B气体处理系统260的操作类似于附图2A的气体处理系统200。然而，在气体处理系统260中，第一并流接触系统204A接收来自第二并流接触系统204B的部分负载气体处理溶液218B。因此,气体处理系统260不包括半贫溶剂料流208。在此实施例中，一系列并流接触系统204A-F作用类似分离塔，例如，其中各段相应于填料段,如附图3公开的那样。
因为在附图2B中由第一并流接触系统204A收到的液体溶剂部分负载气体处理溶液218B已经经由第二并流接触系统204B处理，由第一并流接触系统204A收到部分-负载气体处理溶液218B可以非常富集。由于此原因，合乎需要的是提供某种程度的部分-负载气体处理溶液218B的中间处理。
可替换的是，在气体处理系统260中半贫气体料流可以是从其它脱硫操作获取以及，至少部分，作为胺溶液用于第一或者第二并流接触系统204A或者204B。在这方面，存在其中在气体处理系统260中单一种类溶剂用于多于一种运行的情形。这称为整合的气体处理。例如，MDEA可以用于高压、H2S-酸性气体选择性脱除，以及克劳斯尾气处理(TGT)工艺这二者。由于工艺的低压，故来自TGT工艺的富胺料流不大量负载H2S以及CO2。由此,在一些实施方案中，来自TGT工艺的富胺料流作为半贫料流用于第一或者第二并流接触系统204A或者204B。该半贫料流(未显示)或者连同来自后继并流接触系统的部分负载气体处理溶液一起，可以泵压至合适的压力以及注入到第一或者第二并流接触系统204A或者204B。
此外，在附图2B气体处理系统260中，在流经闪蒸罐221以后，第一部分负载溶剂溶液218A流经换热器262。在换热器262之内，经由与取自再生器210的贫溶剂212热交换提高第一部分负载溶剂溶液218A的温度。这用来在引入再生器210之前加热第一部分负载溶剂溶液218A，同时冷却贫溶剂料流212。
附图2B工艺流程图不是要表示气体处理系统260包括附图2B显示所有部件。此外，根据具体执行过程的细节，气体处理系统260可以包括任何许多另外的部件。
附图3示意用于分离进料料流302成为气体料流304以及液体料流306的塔300。进料料流302可以是气体料流，其包括两种或更多种具有不同沸点以及蒸气压的不同组分，比如吸收剂溶剂以及气体污染物。塔300可以类似于根据附图1、2A、以及2B所公开的用于再生器144以及210的塔。
塔300可以包括多个塔板308或者其它的内部构件，其产生用于进料料流302的间接流动路径以及产生在该气体和液体相之间界面区域。该进料料流302可以注入到塔300的较低或者中间的部分、在塔板308之间。在进料料流302之内的气体可以经由塔300向上移动。同时，在塔300之内任何液体向下移动以及在塔300中贯穿塔板序列308。另外，该液体可以包括再注入塔300顶部部分的回流料流310，如本申请进一步所公开的。
取决于在进料料流302中物质，塔300可以利用各种分离技术。例如,塔可以是蒸馏塔、逆流分离塔、或者再生塔等。
就蒸馏塔而言，进料料流302可以包括沸点稍有不同液体的混合物。在这种情况下,塔300是蒸馏塔，其能通过沸点差异分离出物质。塔板308确定理论板数目以及由此确定塔300的分离效率。
在逆流塔中，进料料流302可以包括气体、比如甲烷以及H2O或者H2S的混合物。当该气体向上流动经由液体的下落料流时，一种气体物质优选为该液体所吸收,使它在上升到塔300顶部的气体中的浓度降低。在一些实施方案中，该液体包括注入到塔300顶部部分的物理溶剂(未显示)。更具体地说,液体以及蒸气相可以逆流接触以基于化学品亲合力、沸点差、或者蒸气压差异、或者其组合实施流体混合物的分离。
在再生塔中，该进料料流包括液体，该液体包含溶解或吸附的气体。当该液体经由该塔下落时，该气体经释放，以及由该顶部脱离。
在气相中浓缩组分可以作为塔顶气料流312流出塔300的顶部，同时在液相中浓缩组分可以作为底部液体料流314流出塔300的底部。另外，可以容许一些数量的液体316在流出塔300之前在塔300底部中收集以实现增强气相与液相的分离。
底部液体料流314可以流过再沸器318。再沸器318可以使底部液体料流314的温度升高，使底部液体料流314一部分汽化，其可以包括在液体中组分、或者液体本身一部分。所得到的料流320可以返流回塔300底部以为在塔300底部中收集的液体316提供热量。
一部分塔顶气体料流312可以冷却以及至少部分在换热器322之内冷凝。冷却的气体料流324然后可在分离塔328之内分离成为气体料流304以及液体料流326。液体料流326可以作为回流料流310向回泵送进入塔300顶部部分之内。在塔300之内，通过升高在该液相以及该气相之间分离度可以使用回流料流310以提高塔300的性能。
实际上，塔300非常巨大以及重。这在许多应用中产生困难，比如海上石油以及采气应用。因此，本申请公开并流接触系统可以提供塔300的合乎需要的替代物。
附图4A是包括多个并流接触系统402A-C的分离系统400的工艺流程图，其可以放入壳403中。在此实施方案中，分离系统400与分馏塔相似，例如，如根据附图3公开的那样，其中并流接触系统402A-C每一个作为床填料。在一些实施方案中，壳403是常设的、气候-控制的结构。在其它的实施方案中，壳403是临时或者便携式的结构。在其它的实施方案中，壳403是隔离的夹套。分离系统400可以作为气体处理系统，比如根据附图2A或者2B公开的气体处理系统200或者260的一部分实施。气体处理系统可以利用多个串联连接的并流接触系统402，比如根据附图2A以及2B公开的并流接触系统204A-F。在附图4A显示的例证性排列中，配备第一并流接触系统402A、第二并流接触系统402B、以及第三并流接触系统402C，每个存在于单一壳体403之内。
在各种的实施方案中，由于对于液体料流的泵要求，级间液体料流可以流过壳403。壳403可以设计成能保持该设备以及在其中流动溶剂溶液冷却。这经由壳403之内气候控制或者经由与壳403邻接冷却介质循环来实现。
第一气体料流404可以流入第一并流接触系统402A。第一并流接触系统402A可以产生第一部分净化气体料流406A，其可以从第一并流接触系统402A流动到第二并流接触系统402B。第二并流接触系统402B然后可以产生第二部分净化气体料流406B，其可以从第二并流接触系统402B流动到第三并流接触系统402C。在一些实施方案中，第三并流接触系统402C产生最终的净化气体料流408。
第一、第二以及第三并流接触系统402A-402C中每个也分别产生富集气体处理溶液410A、410B、以及410C。第三气体处理溶液410C可以作为液体溶剂导引回到第二并流接触系统402B，以及第二气体处理溶液410B可以导引回到第一并流接触系统402A。另外，第三并流接触系统402C可以从另一来源接收气体处理溶液410D。此外，第一气体处理溶液410A可以回到再生器(未显示)，比如根据附图2A以及2B公开的再生器210，或者可以作为液体溶剂用于前面的并流接触系统(未显示)。
并流接触系统数目不局限于所显示的。此外，互相连接不必如所示安排。就其它的应用而言，该并流接触系统可以用作反应器，例如，通过在第一气体料流之中包括反应物404，以及在各个富集气体处理溶液410A，410B以及410C中喷射第二反应物。
附图4B是附图4A的并流接触系统402A，402B以及402C外加多个换热器412A以及412B的工艺流程图。换热器412A以及412B可以用于冷却该气体处理溶液410B以及410C。在一些实施方案中，换热器412A以及412B用作代替壳403的应用。
附图5是与一个或多个闪蒸罐502相连操作的多个并流接触系统500A-C的工艺流程图。并流接触系统500A-C可以作为气体处理系统，比如根据附图2A或者2B公开的气体处理系统200或者260的一部分实施。并流接触系统500A-C可以串联连接，类似于根据附图2A以及2B公开的并流接触系统204A-F。在附图5显示的例证性的设置中，配备第一并流接触系统500A，第二并流接触系统500B，以及第三并流接触系统500C。
第一气体料流504可以流入第一并流接触系统500A。第一并流接触系统500A可以产生第一部分净化气体料流506A，其可以从第一并流接触系统500A流动到第二并流接触系统500B。第二并流接触系统500B然后可以产生第二部分净化气体料流506B，其可以从第二并流接触系统500B流动到第三并流接触系统500C。在一些实施方案中，第三并流接触系统500C产生最终的净化气体料流508。
第一、第二以及第三并流接触系统500A、500B、和500C中每个也分别产生富集气体处理溶液510A、510B、和510C。第三气体处理溶液510C可以作为液体溶剂导引回到第二并流接触系统500B，以及第二气体处理溶液510B可以作为液体溶剂导引回到第一并流接触系统500A。另外，第三并流接触系统500C可以从另一来源接收气体处理溶液510D。此外，第一气体处理溶液510A可以回到再生器(未显示)，比如根据附图2A以及2B公开的再生器210，或者可以作为液体溶剂用于前面的并流接触系统(未显示)。
如附图5所示，第二气体处理溶液510B可以流过闪蒸罐502。闪蒸管线512可以配备为从闪蒸罐502的顶部而来。该闪蒸罐502和关联闪蒸管线512可以允许甲烷以及任何第二气体处理溶液510B吸收的CO2在第二气体处理溶液510B流入第一并流接触系统500A之前被闪蒸排出。蒸气形式的H2O也可从闪蒸管线512排出。在各种的实施方案中，闪蒸第二气体处理溶液510B产生半贫溶剂溶液。在第一并流接触系统500A中应用半贫溶剂溶液可以改善第一并流接触系统500A的效率以及减少再生器的负荷。此外，在一些实施方案中，任何其它的气体处理溶液510A、510C、或者510D也可流过类似于闪蒸罐502的闪蒸罐。
在一些实施方案中，闪蒸出闪蒸管线512的气体,例如,甲烷，CO2，以及H2O,与在气体处理系统之内许多其它闪蒸罐关联的闪蒸管线闪蒸排出的气体合并。例如,就根据附图2A公开的气体处理系统200而言,闪蒸管线512闪蒸排出的气体可以与闪蒸罐221闪蒸排出的天然气222合并。闪蒸管线512闪蒸排出的气体压力可以相当于闪蒸罐221闪蒸排出的天然气222的压力。
如附图5所示，在第二气体处理溶液510B在脱离闪蒸罐502之后也可流过泵514。泵514可以升高第二气体处理溶液510B的压力，其可以有助于解决在并流接触系统500A-C之内存在压降的效应。升高第二气体处理溶液510B的压力也可容许第二气体处理溶液510B更有效地夹带在气体料流504之内的酸性气体。
本申请已经与从气体料流脱除酸性气体相结合公开了串联的多个并流接触系统的应用。例如，附图2A以及2B显示应用，其中在气体料流之内H2S(或者任何其它的种类酸性气体)浓度通过使用多个并流接触系统顺序下降。然而，气体处理系统200以及260，连同任何包括多个串联连接的并流接触系统的其它种类气体处理系统，也可以用于各种其它的应用。
在一些实施方案中，本申请公开的并流接触系统可以用于天然气脱水。粗天然气常常是水饱和的。一般除去水以避免形成天然气水合物以及防止腐蚀管道。
在已知的操作中，通常通过湿的气体料流接触二醇溶剂完成脱水。该二醇溶剂一般是三甘醇(TEG)。接触在板式塔或者填料吸收器中发生。操作中，贫TEG,例如,基本上不含水的TEG,进入该接触器顶部，同时湿气体进入塔底附近。两种流体料流逆流流经该塔。该向下流动的TEG吸收来自向上流动天然气的水。该天然气基本上干燥脱离该塔顶，而富TEG包含所吸收水，脱离该塔底。
一个或多个并流接触系统，比如根据附图2A、2B、4A、4B以及5公开的并流接触系统，可以用于代替板式塔或者填料式吸收器以快速地使干燥剂与湿气体接触。另外，更高的压力降可以用于在气相分散该液体溶剂以及改善并流接触系统的效率。
附图6是使用本申请公开的并流接触系统的气体再生设施600的工艺流程图。气体再生设施600使用串联并流接触系统602A-C用于除去来自富溶剂溶液606的酸性气体604。富溶剂溶液606可以由于早期的CO2或者H2S除去方法中涉及的放热化学反应，以及可能外部来源预热而是热的。
富溶剂溶液606可以流入第一并流接触系统602A。在第一并流接触系统602A之内,富溶剂溶液606可以与汽提气608接触。汽提气608可以是氮气。另外，汽提气608可以是空气，如果H2S不存在于富溶剂溶液606、或者诸如甲烷之类的燃料气体，如果仅仅痕量H2S存在于富溶剂溶液606中。汽提气608可以是通过使来自第三并流接触系统602C排出液流再沸腾而产生的气体。此外，如果H2S存在,则汽提气608可以是水蒸汽。如果汽提气608是水蒸汽,则用过的料流可以冷凝，以及残存蒸气可以送到硫回收单元或酸性气体注射单元。
如附图6所示,在富溶剂溶液606之内酸性气体604一部分，其可以包括CO2或者H2S蒸气，可以闪蒸排出第一并流接触系统602A。另外，可以产生第一部分贫溶剂溶液610A。可以使用第一换热器612加热第一部分贫溶剂溶液610A。然后第一部分贫溶剂溶液610A可流入第二并流接触系统602B。
在第一部分贫溶剂溶液610A之内一部分酸性气体604可以从第二并流接触系统602B闪蒸排出。另外，可以产生第二部分贫溶剂溶液610B。可以使用第二换热器614加热第二部分贫溶剂溶液610B。然后第二部分贫溶剂溶液610B可流入第三并流接触系统602C。
在第二部分贫溶剂溶液610B之内残存酸性气体604可以从第三并流接触系统602C闪蒸排出。这可以导致贫溶剂溶液616的生成。贫溶剂溶液616可以引入气体处理系统，比如附图2A或者2B的气体处理系统200或者260的并流接触系统之内。
在一些实施方案中，富溶剂溶液606可以包括水而不是酸性气体。在上述的实施方案中，可以使用并流接触系统602A-C从富溶剂溶液606除去水。
在各种的实施方案中，串联连接的多个并流接触系统用于烃类混合物或者原油蒸馏成为净纯组分。在上述的实施方案中，该溶剂可以是水蒸汽或者加热的煤油，以及该气相可以是甲烷和/或乙烷。另外，该烃混合物可以被加热以促进贯穿并流接触系统的相分离。
串联连接的多个并流接触系统也可以用于闪蒸气体调节。在高压气体净化方法，例如酸性气体除去方法以及脱水方法中，例如富溶剂常常在压力100-150psig下闪蒸进入容器之内。此闪蒸段释放大部分物理吸收的甲烷，但也释放所吸收污染物中的一些，比如H2S、CO2以及水蒸气。为满足燃料气体规格，此料流常常与少量贫溶剂料流再接触。
为了从该气体除去杂质，可以使用串联连接的多个并流接触系统作为吸收器。仅两三个段可以用以除去该杂质，这是因为用于闪蒸气体的H2S规格通常不如用于管道气的严格。该闪蒸气体可以在气体处理系统,比如附图2A或者2B的气体处理系统200或者260之内用作燃料气体，而不是商业上销售。
在一些实施方案中，气体料流表示来自催化氢化脱硫过程(CHDS)的气体。在原油精炼厂中，CHDS时常被用于将硫醇、硫化物、噻吩、以及其它含硫化合物转化至H2S。作为CHDS附带的副产品,轻质烃可以产生。例如，可以处理此气体以除去H2S，然后应用该处理的气体作为燃料。使用系列并流接触系统比如根据附图2A、2B、4A、4B、5、以及6公开的并流接触系统完成上述处理。
本申请已经用实例说明多个技术用于通过使用两个或者更多个串联连接的并流接触系统顺序除去来自未处理气体料流的酸性气体。本申请公开的一些技术涉及，或者部分地或者完全地，以及或者选择性或者无选择，从烃气体料流脱除酸性气体。该气体料流可以是例如天然气料流、燃烧排出的气体料流、或者精炼气体料流。该吸收剂液体可以包括吸收溶液，其包括至少一种化合物比如单乙醇胺(MEA)、二甘醇胺(DGA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、2-氨基-2-甲基-l-丙醇(AMP)、哌嗪(PZ)、氨、胺、链烷醇胺、它们的衍生物、以及其它的化学溶剂和/或其混合物。吸收剂液体也可包括至少一种化学成分比如动力学增强剂、腐蚀抑制剂、防泡沫化学品、除氧剂、盐、中和剂、防污化学品、以及防降解化学品。
该吸收剂液体可以包括至少一种化学成分，选择其用于吸收、同化、或者以另外方式与诸如CO2、H2S、SO2、和NOx之类的气体反应。可替换的是，该吸收剂液体可以包括脱水性液体，其包括至少一种化合物比如乙二醇(MEG)、二乙二醇(DEG)、或者三甘醇(TEG)。在此实施例中，在这种情况下用于选择除去的气态组分是H2O。
并流接触系统
附图7是并流接触系统700的示意图。该并流接触系统700可以提供在气体料流之内组分的分离。另外，并流接触系统700可以辅助各种气体处理系统,比如其中要求组分快速分离的附图2A以及2B气体处理系统200以及260的实施。在一些实施方案中，并流接触系统700是根据附图2A、2B、4A、4B、5以及6公开的并流接触系统204A-F、402A-C、500A-C和602A-C之一。
并流接触系统700可以包括并流接触器702，其同轴定位于管704之内。并流接触器702可以包括多个部件，设置其使液滴料流与流动气体料流706有效接触。该液滴料流可以用于从气体料流706分离杂质，比如H2O、H2S、或者CO2。
如附图7所示,气体料流706可以流过管704以及进入并流接触器702之内。液体料流708也可流入并流接触器702,例如,进入在并流接触器702中与流动通道710连接的中空空间709之内。液体料流708可包括任何种类处理液体，其能够除去来自该气体料流706的杂质。
从流动通道710,将液体料流708释放进入气体料流706之内作为微滴经由注射孔711，产生处理气体料流712。这导致处理气体料流712产生。处理气体料流712可包括分散在气相之中的小液滴。液滴可包括来自气体料流706杂质，其被吸附或者溶解于液体料流708中。
所处理气体料流712可以流入分离系统713,比如旋风分离器、筛子、或者沉降器。分离系统713从该气相除去该液滴。该液滴可以包括该最初液体料流与所包括的杂质714，以及该气相可以包括净化气体料流716。在一些实施方案中，净化气体料流716是脱水气体料流，其已经经由除去H2O而净化。在其它的实施方案中，净化气体料流716是净化气体料流，例如，其已经经由除去H2S或者CO2而净化。
附图8A是并流接触器800的前视图。该并流接触器800可以在并流接触系统，比如根据附图7公开的并流接触系统700之内实施。该并流接触器800可以是位于管之内的轴向同轴并流接触器。并流接触器800的前视图表示该并流接触器800的上游视图。
该并流接触器800可以包括外部的环形支撑环802，从该环形的支撑环802伸出的多个放射状叶片804，以及中心气体入口锥体806。环形的支撑环802可以紧固并流接触器800在管之内同轴。另外，放射状的叶片804可以提供用于中心气体入口锥体806的支撑。
环形的支撑环802可以设计为法兰连接，或者作为该管内部可移动或者固定套筒。另外，环形的支撑环802可以包括液体进料系统以及根据附图7、8C以及8D公开的中空通道。液体料流可以经由在环形的支撑环802中中空通道输送至并流接触器800。该中空通道可以容许沿并流接触器800圆周平均分配液体料流。
在环形的支撑环802之内小型的液体通道可以为流过在放射状叶片804之内注射孔808的液体料流提供流动通道。液体注射孔808可以位于各个放射状叶片804之上或附近。在放射状叶片804上布置液体注射孔808可以容许液体料流在导入放射状叶片804之间的气体料流中的均匀分布。具体地说，液体料流可以通过在放射状叶片804之间缺口流过的气体料流接触，以及剪切成为小液滴以及夹带在该气相中。
该气体料流也可经由进气口812流入中心气体入口锥体806。中心气体入口锥体806可以封闭该管的截面部分。放射状叶片804包括气体出口缝810，其容许该气体料流流出中心气体入口锥体806。当气体流过该管时这可以提高气体料流的速度。中心气体入口锥体806可以将预定数量的气体料流导入在放射状叶片804上的气体出口缝810。
通过放射状叶片804喷射的一些液体料流可以作为液膜沉积在放射状叶片804的表面上。当气体料流流过中心气体入口锥体806以及从在放射状叶片804上的气体出口缝810导出时，该气体料流可以吹扫或者吹出大部分液膜，使其离开放射状叶片804。这可以促进液体料流进入该气相之内的分散。此外，气体料流流动障碍以及由中心气体入口锥体806产生的剪切边缘可以提供具有湍流耗散速率增大的区域。导致产生更小的液滴，其提高液体料流以及气体料流的传质速率。
并流接触器800尺寸可以调整使得气体料流在高速下流动。这可以经由急剧减少环形支撑环802的直径或者逐渐降低环形支撑环802的直径实现。并流接触器800外壁可以在形状上略微地会聚，终止于气体料流和液体料流排入下游管之内的位置。这可以允许剪切以及再夹带任意从并流接触器800除去的液膜。此外，向心式的环、凹槽表面、或者其它的合适的设备可以包括在并流接触器800外径之上，靠近气体料流和液体料流排入下游管之内的位置。这可以加强在气相内部液体的夹带程度。
并流接触器800下游端可排出进入管部分之内(未显示)。管部分可以是管直体部分或者管同心扩大段。在一些实施方案中，中心气体入口锥体806用钝端锥体或者锥形端锥体封端。在其它的实施方案中，中心气体入口锥体806用脊形锥体封端，该脊形锥体可以包括沿锥体的多个同心脊，其提供用于产生液滴的多个位置。此外，许多气体出口缝810设置在锥体本身之上以允许除去来自并流接理触器800的液膜。
附图8B是并流接触器800的侧透视图。相同的标号项目是如附图8A公开那样。如附图8B所示，中心气体入口锥体806上游部分可以进一步延长进入该管之内，与环形支撑环802相比较，以及在上游方向的放射状叶片804。中心气体入口锥体806的下游部分也可进一步延长进入该管之内,与环形的支撑环802相比较，以及在下游方向的放射状叶片804。中心气体入口锥体806下游方向长度取决于在中心气体入口锥体806末端的锥体种类，如根据附图8C以及8D进一步公开的那样。
附图8C是并流接触器800的截面透视图。相同的标号项目如上附图8A以及8B所述的。按照附图8C显示的实施方案，并流接触器800的中心气体入口锥体806用锥形末端锥体814封端。用锥形末端锥体814封端中心气体入口锥体806可以减少管中由并流接触器800所引起的总压降。
附图8D是并流接触器800的另一截面透视图。相同的标号项目如上附图8A-C所公开。按照附图8D显示的实施方案，并流接触器800中心气体入口锥体806用钝端锥体816封端。用钝端锥体816封端中心气体入口锥体806可以促进在管中心的液滴形成。
气体料流与液体料流的接触方法
附图9是显示用于气体料流与液体料流的接触方法900的工艺流程图。方法900可以由一个或多个并流接触系统，比如根据附图2A、2B、4A、4B、5、6或者7公开的并流接触系统204A-F、402A-C、500A-C、602A-C以及700中任一实施。此外方法900可以在气体处理系统，比如根据附图2A或者2B公开的气体处理系统200或者260之内实施。
该方法开始于程序块902，其中液体料流流入并流接触器。液体料流可以经由环形支撑环以及多个从该环形支撑环延伸出的放射状叶片流入并流接触器。该环形支撑环可以紧固该并流接触器同轴于管内。举例来说，该液体料流可以是任意合适种类的吸收剂液体料流。
在程序块904，气体料流流入该并流接触器。该气体料流可以经由通过放射状叶片支撑的中心气体入口锥体流入该并流接触器。举例来说，该气体料流可以是天然气料流。
在程序块906,该气体料流在该并流接触器内部接触该液体料流以提供由该液体料流形成的液滴向该气体料流之内的引入。在各种的实施方案中，在该气体料流内部的杂质被引入该液滴之内。上述杂质可以包括例如水或者酸性气比如H2S或者CO2。
在一些实施方案中，中心气体入口锥体通过部分地干扰该气体流动增加气体流动的湍流。上述湍流增加可以导致在该气体料流内部分散液滴量增加。此外，并流接触器形状产生的剪切力可以帮助在该气体料流内部分散液滴。
在程序块908,液滴在分离系统内部与该气体料流分离。举例来说，该分离系统可以是旋风分离器或者分离塔。在各种的实施方案中，已经引入该液滴的杂质连同该液滴一起也与该气体料流分离。这可以产生净化气体料流(程序块910)。例如,如果该气体料流是天然气料流，以及该杂质包括水，该天然气料流可以经由除去水而脱水。作为另一实例,如果该气体料流是天然气料流，以及该杂质包括酸性气体，则该天然气料流可以经由除去酸性气体而脱硫。
附图9工艺流程图不想要表明方法900步骤以任何特定的顺序实施，或者每种情况都包括方法900全部步骤。此外，在该方法900内可以包括未显示在附图9中的许多额外步骤，这取决于具体的实施细节。例如，该气体料流可以流过在该管内部串联连接的许多额外的并流接触器以及分离系统。在一些实施方案中，并流接触器以及分离系统通过除去残余的杂质渐进地净化该气体料流。此外，在一些实施方案中，从分离系统的液体料流下游侧除去杂质。然后该液体料流可以再循环至并流接触器、或者可以流入另一并流接触器。
此外，可以使用方法900用于骤冷应用。例如，方法900可以用于将冷却水喷射或者直接注入热油用于乙烯骤冷应用。此外，可以使用方法900用于水洗应用，比如包括酸性气体吸收塔塔顶馏分料流的水洗应用。
实施方案
本发明实施方案可以包括以下编号段落所示方法以及系统的任意组合。这不被认为完全列举所有可能的实施方案，因为许多变化可由说明书设想出。
1.并流接触系统，包括：
同轴位于管内的并流接触器，该并流接触器包括：
设置以保持该并流接触器在该管内部的环形支撑环；
设置以允许液体料流流入该并流接触器的多个放射状叶片；以及
设置以容许气体料流流过在该并流接触器内部中空部分的中心气体入口锥体；
其中该并流接触器提供由该液体料流形成的液滴向该气体料流之内的有效引入；以及
设置以除去至少一种部分来自该气体料流的液滴的分离系统。
2.段落1的并流接触系统，其中该气体料流包括在该并流接触器内部引入该液滴的杂质。
3.段落2的并流接触系统，其中该分离系统通过除去至少一部分包括该来自该气体料流的杂质的液滴而产生净化气体料流。
4.段落2或者3任一项的并流接触系统，其中该气体料流包括天然气料流，并且其中该杂质包括水。
5.段落2-4任一项的并流接触系统，其中该气体料流包括天然气料流，并且其中该杂质包括酸性气体。
6.段落1或者2任一项的并流接触系统，其中该分离系统包括旋风分离器。
7.段落1、2或者6任一项的并流接触系统，其中该分离系统包括蒸馏塔。
8.段落1、2、6或者7任一项的并流接触系统，其中该中心气体入口锥体的下游侧部分包括钝端锥体。
9.段落1、2、或者6-8任一项的并流接触系统，其中该中心气体入口锥体的下游侧部分包括锥形端锥体。
10.段落1、2或者6-9任一项的并流接触系统，其中该液体料流包括吸收剂液体料流。
11.段落1、2或者6-10任一项的并流接触系统，包括在该管内部串联连接的多个并流接触系统。
12.段落1、2或者6-11任一项的并流接触系统，其中该并流接触系统在气体处理系统内实施。
13.段落1、2或者6-12任一项的并流接触系统，其中该并流接触系统用于骤冷应用。
14.段落1、2或者6-13任一项的并流接触系统，其中该并流接触系统用于水洗应用。
15.从气体料流分离杂质的方法，包括：
使液体料流经由环形支撑环以及多个从该环形支撑环延伸出的放射状叶片流入并流接触器，其中该环形支撑环固定该并流接触器同轴于管内；
经由通过多个放射状叶片支撑的中心气体入口锥体使气体料流流动进入并流接触器之内，其中第一部分的气体料流流过该中心气体入口锥体以及第二部分的气体料流环绕在多个放射状叶片之间的中心气体入口锥体流动；
使该气体料流在该并流接触器内部接触该液体料流以提供由该液体料流形成液滴向该气体料流之内的引入；以及
在分离系统内从气体料流分离液滴。
16.段落15的方法，包括使该气体料流流过在该管内部串联连接的多个并流接触器以及分离系统。
17.段落15或者16任一项的方法，包括使来自该气体料流的杂质在该并流接触器内部引入该液滴之内。
18.段落17的方法，包括在该分离系统内通过除去至少一部分包括该来自该气体料流的杂质的液滴而产生净化气体料流。
19.段落17或者18任一项的方法，其中该气体料流包括天然气料流，并且其中该杂质包括水。
20.段落19的方法，包括通过从天然气料流除去包括引入水的液滴而产生脱水天然气料流。
21.段落17-19中任一项的方法，其中该气体料流包括天然气料流，并且其中该杂质包括酸性气体。
22.段落21的方法，包括通过从天然气料流除去包括引入酸性气体的液滴而产生脱硫天然气料流。
23.段落21或者22任一项的方法，其中该酸性气包括硫化氢或者二氧化碳、或者其任何组合。
24.并流接触器，包括：
环形支撑环，设置其以保持并流接触器同轴于管内，其中该环形支撑环包括中空通道，设置该中空通道以允许液体料流流入从该环形支撑环延伸出的多个放射状叶片；以及
中心气体入口锥体，设置其以容许气体料流流入该并流接触器，其中第一部分的气体料流流过该中心气体入口锥体以及第二部分的气体料流环绕在多个放射状叶片之间的中心气体入口锥体流动；
其中设置该并流接触器以提供由该液体料流形成的液滴向该气体料流之内的引入。
25.段落24的并流接触器，其中各个放射状叶片包括多个液体喷射孔，设置其以容许该液体料流流入该放射状叶片。
26.段落24或者25任一项的并流接触器，其中当该气体料流流入该并流接触器时，该中心气体入口锥体使气体料流的速度增加。
27.段落24-26任一项的并流接触器，其中该中心气体入口锥体包括中心气流障碍物，其导致湍流增大，以及其中所提高湍流使液滴在该气体料流内的分散量增加。
28.段落24-27任一项的并流接触器，其中该中心气体入口锥体以钝端锥体封端。
29.段落24-28任一项的并流接触器，其中该中心气体入口锥体以锥形端锥体封端。
30.段落24-29任一项的并流接触器，其中将来自该气体料流的杂质结合进该液滴。
31.段落30的并流接触器，其中该杂质包括水。
32.段落30或者31任一项的并流接触器，其中该杂质包括酸性气体。
33.段落24-30任一项的并流接触器，其中该气体料流包括天然气料流。
上述作例证的实施方案仅通过实例显示，而本技术容易有各种改变以及替换形式。然而，应该再次理解该方法非意指局限于特定的本申请公开的实施方案。的确，本技术包括全部的属于附加权利要求实际精神以及范围之内的替换、改变、以及等同物。

Claims (27)

1.并流接触系统，包含：
同轴位于管之内的并流接触器，该并流接触器包含：
环形支撑环，设置其以保持该并流接触器在该管内部；
多个放射状叶片，其从该环形支撑环延伸并且设置其以允许液体料流流入该并流接触器；以及
中心气体入口锥体，其通过该多个放射状叶片支撑并且设置其以容许气体料流流过在该并流接触器内部的中空部分；
其中该并流接触器提供由该液体料流形成的液滴向该气体料流之内的有效引入；以及
分离系统，布置其使得该液滴和该气体料流流入该分离系统并且设置其以除去至少一种部分来自该气体料流的液滴。
2.权利要求1的并流接触系统，其中该气体料流包括在该并流接触器内部引入该液滴的杂质。
3.权利要求2的并流接触系统，其中该分离系统通过除去至少一部分包括来自该气体料流的杂质的液滴而产生净化的气体料流。
4.权利要求2的并流接触系统，其中该气体料流包括天然气料流，并且其中该杂质包括水。
5.权利要求2的并流接触系统，其中该气体料流包括天然气料流，并且其中该杂质包括酸性气体。
6.权利要求1的并流接触系统，其中该分离系统包括旋风分离器。
7.权利要求1的并流接触系统，其中该分离系统包括蒸馏塔。
8.权利要求1的并流接触系统，其中该中心气体入口锥体的下游侧部分包括钝端锥体。
9.权利要求1的并流接触系统，其中该中心气体入口锥体的下游侧部分包括锥形端锥体。
10.权利要求1的并流接触系统，其中该液体料流包括吸收剂液体料流。
11.权利要求1的并流接触系统，包括在该管内部串联连接的多个并流接触系统。
12.权利要求1的并流接触系统，其中该并流接触系统在气体处理系统中实施。
13.权利要求1的并流接触系统，其中该并流接触系统用于骤冷应用。
14.权利要求1的并流接触系统，其中该并流接触系统用于水洗应用。
15.一种从气体料流分离杂质的方法，包括：
使液体料流经由环形支撑环以及多个从该环形支撑环延伸出的放射状叶片流入并流接触器，其中该环形支撑环固定该并流接触器同轴于管内；
经由通过多个放射状叶片支撑的中心气体入口锥体使气体料流流动进入并流接触器之内，其中第一部分的气体料流流过该中心气体入口锥体以及第二部分的气体料流围绕中心气体入口锥体在多个放射状叶片之间流动；
使该气体料流接触该液体料流以提供由该液体料流形成的液滴向该气体料流之内的引入；以及
在分离系统内从气体料流分离液滴。
16.权利要求15的方法，包括使该气体料流流过在该管内部串联连接的多个并流接触器以及分离系统。
17.权利要求15的方法，包括在该并流接触器内部将来自该气体料流的杂质引入液滴之内。
18.权利要求17的方法，包括在该分离系统内通过除去至少一部分包括来自气体料流的杂质的液滴而产生净化的气体料流。
19.权利要求17的方法，其中该气体料流包括天然气料流，并且其中该杂质包括水。
20.权利要求19的方法，包括通过除去包括来自天然气料流的引入水的液滴而产生脱水天然气料流。
21.权利要求17的方法，其中该气体料流包括天然气料流，并且其中该杂质包括酸性气体。
22.权利要求21的方法，包括通过除去包括来自天然气料流的引入酸性气体的液滴而产生脱硫天然气料流。
23.权利要求21的方法，其中该酸性气包括硫化氢或者二氧化碳、或者其任何组合。
24.并流接触器，包括：
环形支撑环，设置其以保持并流接触器同轴于管内，其中该环形支撑环包括中空通道，设置该中空通道以允许液体料流流入从该环形支撑环延伸出的多个放射状叶片；以及
中心气体入口锥体，设置其以容许气体料流流入该并流接触器，其中第一部分的气体料流流过该中心气体入口锥体以及第二部分的气体料流围绕中心气体入口锥体在多个放射状叶片之间流动；
其中设置该并流接触器以提供由该液体料流形成的液滴向该气体料流之内的引入。
25.权利要求24的并流接触器，其中各个放射状叶片包括多个液体喷射孔，设置其以容许该液体料流流入该放射状叶片以及中心气体入口锥体用钝端锥体以及锥形头锥体至少之一封端。
26.权利要求24并流接触器，其中该中心气体入口锥体包括对气流的中心障碍物，其导致湍流增大，以及其中增大的湍流使液滴在该气体料流内的分散量增加。
27.权利要求24的并流接触器，其中将来自气体料流的杂质引入该液滴，以及该杂质包含水、酸性气体以及天然气料流中的一种或多种。
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