CN105246575B - 用于从气体混合物和液体混合物中回收二甲醚的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种设备，该设备包括气密的壳体和布置在壳体内部的吸收塔。该吸收塔具有多级元件和单级元件，该单级元件相对于重力方向布置在多级元件下方。在多级元件与单级元件之间设有一间隙。该设备还包括气体输入部和液体输入部，气体输入部与吸收塔流体连通以用来接收气体混合物，液体输入部与吸收塔流体连通以用来接收液体混合物。液‑液分离器相对于重力方向布置在吸收塔下方。气体输入部布置在单级元件下方。液体输入部布置在单级元件上方且在多级元件下方。本发明描述了一种使用该设备来从气体混合物和液体混合物中移除二甲醚的方法。

Description

用于从气体混合物和液体混合物中回收二甲醚的系统和方法
技术领域
本公开针对从气相和液相中移除二甲醚(DME)的技术领域。
背景技术
提高油采收率(EOR)可用来在全世界的油田内增加油采收率，其超过了通过传统方法所实现的采油率—可能延长了油田的寿命并且提高了采油系数。提高油采收率的三种主要类型是热力、化学/聚合物以及气体注入。
热力提高采收率通过将热量添加到储层而进行工作。最广泛的实践形式是蒸汽驱采，其降低了油的粘性，以使得油可流到生产井。化学剂注采通常减小了毛细管作用力，其趋于俘获地层内的残余油。聚合物注采进行密封以改善注入的水的驱扫效率(sweepefficiency)。混相注入以与化学剂注采相似的方式进行工作。通过注入可与油混相的流体，可采收所俘获的残余油。
二甲醚(DME)可用于提高油采收率，作为用于从储层移除油的辅助。然而，从所采出的油中移除DME在进一步处理之前通常是必需的。此外，从所采出的油中移除DME可使得DME有效地用于在随后的提高油采收率操作中重新注入。
在用于移除DME的某些方法中，诸如在注水操作中，DME最终借助于在提高的压力下在逆流塔操作中从水中的气体中进行吸收而最终回收。施加压力是因为在低压力下DME将优选为气相，但是当压力达到或者超过大约10bar时，DME将开始划分成富含烃液相。然而，在这种增大的压力下，大量的低分子量烃也可被划分成液相，DME与这些低分子量烃一起形成了共沸混合物，诸如丙烷，异丁烷，正丁烷和戊烷。由此，通过蒸馏进行直接分离并不可行。
从在所采出气体的压缩期间形成的富含烃的液相中回收DME的常规方法将采用单级或者多级逆流液-液(LL)提取法。对于逆流液-液提取法而言共同的提取剂是水。该方法使用了整个出料塔盘，其从冲洗塔中获得水，使得水逆流穿过LL提取器，并且将水送到LL分离器。然而，在该方法中，该LL提取器通常具有如此小的塔直径，使得不会有益地将它与气体吸收塔和LL分离器进行结合。
为了克服上述问题，本公开实现了一种从富含烃的液相中将DME回收到吸收塔的水排出物中并且将已处理的烃再循环返到上游气-液分离器，以防止油中轻烃的相对大的损失。
发明内容
本发明针对从气相和液相中移除DME的技术领域。
在本发明的一些实施例中，DME的回收受到了使用一种设备的影响，该设备包括气密的壳体和布置在壳体内部的吸收塔。该吸收塔包括多级元件和相对于重力方向布置在多级元件下方的单级元件。在多级元件与单级元件之间设有一间隙。该设备还包括气体输入部，其与吸收塔流体连通。气体输入部构造为接收含DME的气体混合物。液体输入部与吸收塔流体连通。液体输入部构造为接收液体混合物。液-液分离器相对于重力方向布置在吸收塔下方。气体输入部相对于重力方向布置在单级元件下方。液体输入部相对于重力方向布置在单级元件上方并且在多级元件下方。
本发明的一些实施例针对一种用于回收DME的方法。该方法可包括以下步骤：将含DME和至少一种其他气体的气体混合物经由气体输入部而供给到吸收塔，将含DME和至少一种其他液体的液体混合物经由液体输入部而供给到吸收塔的单级元件，以及经由喷雾器而将水添加到吸收塔上方。随着气体混合物相对于重力方向向上上升而水向下流动，将DME从气体混合物中移除到吸收塔内的水中。随着液体混合物和水相对于重力方向而向下流动，将DME从液体混合物中移除到单级元件的水中。
在其他实施例中，该方法包括以下步骤：经由液-液分离器将含DME的水从液体混合物中分离出。
本公开的另外优点和其他特征部分地将在随后的描述中进行说明，并且部分地在调查下列内容之后对于本领域技术人员而言变得显而易见，或者可以从本发明的实施中获悉。本公开的优点可以得到实现和获得，正如在所附的权利要求中所特别指出的那样。正如将实现的那样，在都没有脱离本公开的情况下，本发明能够具有其他和不同的实施例，并且在各种明显的方面其若干细节能够进行修改。因此，附图和说明将被认为是实质上说明性的，而不是限制性的。对于本领域技术人员而言，本发明的特征和优点在阅读随后的优选实施例之后将显而易见。
附图说明
包括下列附图以说明本发明的某些方面，且应当不看作是排他性实施例。所公开的主题能够进行显著修改、改变、组合以及在形式和功能方面等同，正如对于本领域技术人员将发生的那样并且具有本发明的益处。
图1是根据本发明的一个实施例的用于回收DME的设备的图示。
图2是根据本发明的一个实施例用作吸收塔中单级元件的填料塔吸收器的图示。
图3是根据本发明的一个实施例用作吸收塔中多级元件的盘式塔吸收器的图示。
具体实施方式
本公开针对从气体和液体相中移除DME的领域。
在下面的详细说明中，许多特定细节仅仅是通过举例来说明，以实现对相关教导的彻底理解。然而，将对于本领域技术人员应当显而易见的是，当前的教导可以在没有这些细节的情况下实施。在其他情况下，公知的方法、程序和/或元件已经以相对高的程度进行描述，而没有描述细节，以便避免本教导的不必要的晦涩不清楚方面。
现在详细地参考在所附附图中所图示和下面所说明的实例。
参照图1，用于从混合物中移除DME的设备100包括壳体10，所述壳体用于容纳设备100的各种元件。壳体10是气密的，使得可将压力施加到设备内部来实施各种DME移除操作。壳体10可由任何适于在升高的温度下工作并且能够抗腐蚀的材料制成。例如，壳体10可以由钝化钢制成。
吸收塔20在壳体10内，用来使得压缩的液体混合物和气体成为与吸收剂(通常是水)相接触的蒸汽-液体或者液体-液体，以从吸收塔20中的液体或气体中回收DME。吸收塔20被分成在顶部的多级元件21和在多级元件21下方的单级元件22。在吸收塔20下方的是液-液提取器60。单级元件22和多级元件21一起工作来将含DME的气体和含DME的液体烃二者冲洗成含DME的最终底部产物。那种产品被送到液-液提取器60，在该液-液提取器处，含DME的流被分离成水相和烃相。正如在此使用的那样，行进穿过多级元件并且在多级元件的顶部处排出的气相被认为是多级排出气；行进穿过多级元件且在多级元件的底部处排出的液相被认为是多级排出液体；行进穿过单级元件并且在单级元件的顶部处排出的气相被认为是单级排出气；行进穿过单级元件并且在单级元件的底部处排出的液相被认为是单级排出液体。
多级元件21可以是填料塔吸收器、盘式塔吸收器、或者用来接触逆流气体流和液体流的任何其他已知的多级装置。图3示出了多级元件21的使用盘式塔吸收器的一个特定实施例。盘式塔吸收器以与填料塔类似的原理工作，因为重力用来使得气体和液体通过在相反方向上流动而相互作用。
无论使用盘式塔、填料塔或者一些其他分级系统，多级元件21的操作是在含DME的气体流从下部的多级元件21向上升时液体(通常是水)在塔的顶部部分处通过水入口71注入。冲洗水入口71位于盘式塔的顶部部分处或附近，在优选的实施例中，冲洗水入口包括分配器；也就是说，用来在塔的横截面上均匀地分配水的机构，例如使用喷雾器70，如图1中所示。通过这种结构，水朝着壳体10的底部部分以飞流直下的(cascading)方式向下流动。水的流动由向下箭头表示。当水向下流动时，水在一系列孔盘72上方流过。例如，在图3中示出了四个孔盘72，本领域技术人员将认识到对所使用的孔盘数量的选择可基于分离条件和所期望的DME移除水平而改变。在孔盘72上所包含的水的高度可通过在每个孔盘72的开口侧处的适当堰板的高度来控制。
在图3中所示的盘式塔的操作期间，还可在单级元件22的底部部分处、恰好在液-液提取器上方引入气体。气体向上行进穿过单级元件22进入到多级元件21中，用于与吸收剂(水)进一步接触。在该实施例中，气体是DME和轻烃的混合物。在多级元件21中，同时在水向下流动的情况下，气体向上上升经由孔盘72中的穿孔而穿过盘式塔，使得气体与流过盘72的水相接触。气体和水之间的这种相互作用使得水能够移除水溶性化合物，包括包含在气体中的DME。一旦被提取，溶解于气体中的DME在水中向下朝着多级元件21的底部部分运送，在该底部部分处被送到单级元件22。
参见图1，在多级元件21与单级元件22之间的是间隙23。间隙23包含位于多级元件21与单级元件22之间的空间，用来提供DME/烃入口40，其用来引入液体(诸如DME和烃的混合物)。DME/烃入口40经由壳体10中的开口而被引入到设备100。在优选的实施例中，该入口附接到分配器；也就是说，在塔的横截面上方均匀地分配DME/烃入口的机构，诸如使用喷雾器41或者另外的已知注入装置，用来将DME/烃液体混合物引入到单级元件22的顶部部分。单级元件22可以是填料塔吸收器(诸如图2中所示)、盘式塔吸收器或者用来接触逆流气体流和液体流的任何其他已知单级装置。填料塔吸收器使用填料材料25来实现气体和液体的接触从而促进物质交换。随着气体(诸如富含DME的气体)上升穿过填料材料25，其与从塔的顶部供给的水相接触并且在重力的方向上向下流动。在图2中所示的实施例中，从单级元件22的顶部部分供给的液体是来自多级元件21与DME/烃入口流40相组合的冲洗水。
除了顶部液体供给之外，单级元件22从单级元件的底部部分接纳气体入口50。如图1中所示，气体入口50布置在设备100的壳体10中，以使得气体可相对于重力方向在吸收塔20下方被引入。结果，经由气体入口50所供给的气体或者气体混合物将与重力的方向相反地向上升，因此与吸收塔20相互作用。正如液体注入一样地，所期望的是提供了一种机构来确保气体注入在单级元件22的横截面上进行分配。
参照图1和图2，在单级元件22内，在气体入口50中被引入的气体朝着多级元件21向上上升穿过填料材料25，同时接触从多级元件21和DME/烃入口40向下流过单级元件22的液体。填料塔吸收器利用重力来促进混合，因为液体相对于重力方向向下流动，而气体与重力方向相反地向上流动。
填料塔可使用任何适当的与DME、烃、水和气体一起使用的填料材料25。通常，具有大表面面积的填料材料使得液体与气体、气体与气体或者液体与液体之间的接触更大。在填料塔中使用的填料材料的实例包括金属、塑料、陶瓷、石器等等。可使用任何形状的适当填料材料，其允许或者增强了气体与液体之间的接触，并且足以从气体混合物中分离出DME。例如，拉席希环、贝尔鞍形填充物、鲍尔环、槽鞍形填料、刺猬状填料(hedgehog)等等是适于分离出DME的适当填料材料。填料材料可具有随机或者结构化的填充构造。
再次参照图1，由于吸收塔20中的气体-水接触，可溶于水中的气体成分被分开进入水中并且向下运输到液-液分离器60。液-液分离器将在流过吸收塔20之后在设备100底部处聚集的两种不互溶液体分离开。所述液体必须不互溶以便于分离。在本公开的某些实施例中，液体可以是饱含有DME和烃混合物的水。在一些实施例中，液-液分离器60可以是板组式液-液分离器。液-液分离器60将水/DME与液烃分离开。水/DME通过水/DME出口90离开设备100，而液烃通过烃出口80离开设备100。
本申请还针对一种用于从液体混合物和气体混合物中移除DME的方法。如上所述，该方法通常再次使用在多级元件21中液-气吸收中用过的水，以用于在单级元件22中液-液提取中使用。通过这种方法，水可同时用于液-气吸收和液-液提取中。此外，单级元件22可同时用于液-气吸收和液-液提取。
因为液-液提取需要将DME/烃液体分配在塔横截面上，多级元件21与单级元件22之间的间隙23对于实施根据本公开的一些实施例的液液提取而言并不需要太大。结果，不需要将液体收集器安装在多级元件22下方来移除冲洗水。本申请允许两各单元操作的过程放大，并且减少了单独元件的数量，从三个减少到一个。
如之前所描述的那样，DME存在于来自于油提取操作的油、气和水相中的每个相中。在本公开明的一个实施例中，该方法包括：供给含DME的气体混合物以及至少一种其他气体，以经由气体输入部50而供给到图1的设备100的吸收塔20。气体可由具有1-5碳原子的低分子量化合物组成。
该方法还包括以下步骤：经由DME/烃输入部40而将含DME和至少一种其他液体的液体混合物供给到吸收塔20的单级元件22。DME/烃混合物中的烃可由于增大的压力而可以是液体。烃混合物通常可以是低分子量烃的混合物。例如，烃可包括丙烷、异丁烷、正丁烷和戊烷。
通常，水经由喷雾器70而被添加到吸收塔20的顶部部分。向下流动穿过吸收塔20的水从气体混合物和液体混合物二者中移除DME，该吸收塔可包括如上所述的多级元件21和单级元件22。随着相对于重力方向气体混合物向上上升并且水向下流动，DME从气体混合物分开进入吸收塔20内的水中。在气体混合物在吸收塔20和喷雾器70上方流过之后，其经由气体出口而从设备100中移除。
另外，随着液体混合物和水相对于重力方向而向下流动，DME从液体混合物提取到单级元件22内的水中。在液体混合物与饱含DME的水流过吸收塔20的底部部分之后，液体混合物和DME/水在液-液分离器60中进行分离。在分离之后，液体部分(诸如烃混合物)经由烃出口80而从设备100中被移除。水/DME经由水/DME出口90而从设备100中被移除。
本公开可通过采用传统材料、方法和设备而得以实施。因此，这些材料、设备和方法的细节在此并没有详细说明。在之前的描述中，说明了许多特定细节，诸如特定材料、结构、化学物、处理等，以便提供对本公开的彻底理解。然而，应认识到的是本公开可在没有依赖于特别说明的细节的情况下实施。在其他例子下，众所周知的处理结构未曾详细描述，从而不会非必要地使得本公开晦涩不清楚。
该方法可在足以使得低分子量烃液化的升高的压力下实施。例如，本发明的方法的一些实施例可在从大约10到大约30bar的压力下实施，而一些实施例可在从大约20到大约30bar的压力下实施。
因此，本发明很好地适于实现所提到的目的和优点，正如在此所固有的目的和优点那样。上面所描述的特定实施例仅仅是为了说明，因为本发明可以对于得益于在此教导的本领域技术人员而言显而易见的不同但等效的方式进行改进和实施。此外，并不打算限制到在此所示的详细结构或者设计，除了权利要求中所描述那样之外。在此说明性公开的发明可以在缺少未特别在此公开的任何元件和/或未在此公开的任何可选元件的情况下实施。虽然组合物和方法在此以“包括”、“包含”、或者“含有”各种元件和步骤方式进行描述时但组合物和方法还可以描述为“主要由各种元件和步骤组成”或者“由各种元件和步骤组成”。上面公开的所有数值和范围可以改变一些量。每当公开具有下限和上限的数值范围时，特别地公开了落入到数值范围内的任何数值和任何包含范围。尤其是，在此公开的每个数值范围(其具有以下形式，从大约a到大约b，或者相当于“从约a到b”或者相当于“从约a-b”)将被理解为表示较宽数值范围内的任何数值和范围。同样，在权利要求书中的术语具有它们普通且通常的含义，除非另外由专利权人进行了明确或者清楚的限定。此外，权利要求中所使用的不定冠词“一”或者“一个”在此限定为表示一个或者多于一个的所述元件。如果在说明书中和通过引用被合并于本文的一个或多个专利或者其他文件中的词语或术语在使用方面存在任何冲突，则应当采用与本说明书相一致的含义。

Claims (16)

1.一种用于从混合物中移除二甲醚的设备，所述设备包括：
气密的壳体；
吸收塔，所述吸收塔布置在壳体内部，吸收塔包括多级元件、在重力方向上布置在多级元件下方的单级元件和布置在多级元件与单级元件之间的间隙；
气体输入部，所述气体输入部与吸收塔流体连通，气体输入部构造为在单级元件的底部部分处接收气体混合物；
水输入部，所述水输入部与吸收塔流体连通，水输入部构造为将水输送到多级元件的顶部部分；
液体输入部，所述液体输入部与吸收塔流体连通，液体输入部构造为在多级元件下方且在单级元件上方的间隙中接收含二甲醚的液体混合物；以及
液-液分离器，所述液-液分离器布置在吸收塔下方，构造为从单级元件的底部部分接收单级排出液体以及将单级排出液体分离成烃流和水流；
其中，液体混合物和气体混合物在单级元件中接触，以使得单级排出气体在单级元件的顶部部分处排出并且进入多级元件的底部部分，而单级排出液体在单级元件的底部部分处排出并且进入液-液分离器，以及
其中，水在多级元件中接触单级排出气体，以使得多级排出气体在多级元件的顶部部分处排出，而多级排出液体在多级元件的底部部分处排出并且进入单级元件的顶部部分。
2.如权利要求1所述的设备，其中，多级元件包括填料塔吸收器、盘式塔吸收器或者它们的组合。
3.如权利要求1所述的设备，其中，单级元件包括填料塔吸收器、盘式塔吸收器或者它们的组合。
4.如权利要求1所述的设备，其中，多级元件包括盘式塔吸收器，而单级元件包括填料塔吸收器。
5.如权利要求1所述的设备，水输入部包括喷雾器，所述喷雾器构造为将水供给到多级元件的顶部。
6.如权利要求1所述的设备，其中，气体混合物包括二甲醚和气态烃。
7.如权利要求1所述的设备，其中，液体混合物包括二甲醚和烃液体的组合。
8.如权利要求7所述的设备，其中，烃液体包括由丙烷、异丁烷、正丁烷和戊烷构成的组中的至少一种。
9.如权利要求1所述的设备，其中，液-液分离器是板组。
10.一种使用设备从混合物中移除二甲醚的方法，所述设备包括：
气密的壳体；
吸收塔，所述吸收塔布置在壳体内部，吸收塔包括多级元件、在重力方向上布置在多级元件下方的单级元件和布置在多级元件与单级元件之间的间隙；
气体输入部，所述气体输入部与吸收塔流体连通，气体输入部构造为在单级元件的底部部分处接收气体混合物；
水输入部，所述水输入部与吸收塔流体连通，水输入部构造为将水输送到多级元件的顶部部分，水输入部具有分配器，所述分配器构造为横过吸收塔的顶部部分供给水；
液体输入部，所述液体输入部与吸收塔流体连通，液体输入部构造为在多级元件下方且在单级元件上方的间隙中接收含二甲醚的液体混合物；以及
液-液分离器，所述液-液分离器布置在吸收塔下方，构造为从单级元件接收单级排出液体以及将单级排出液体分离成烃流和水流；
所述方法包括以下步骤：
将含二甲醚的气体混合物经由气体输入部而供给到吸收塔，
将含二甲醚的液体混合物经由液体输入部而供给到吸收塔的单级元件，
经由分配器将水供给到吸收塔，
随着气体混合物向上上升穿过吸收塔，将二甲醚从含二甲醚的气体混合物中分出到吸收塔的水中，
随着含二甲醚的液体混合物向下流过吸收塔，将含二甲醚的液体混合物中的二甲醚提取到单级元件中的水中，
其中，水、含二甲醚的液体混合物和含二甲醚的气体混合物在单级元件中接触，以使得单级排出气体在单级元件的顶部部分处排出并且进入多级元件，而单级排出液体在单级元件的底部部分处排出并且进入液-液分离器，并且其中，水在多级元件中接触单级排出气体，以使得多级排出气体在多级元件的顶部部分处排出，而多级排出液体在多级元件的底部部分处排出并且进入单级元件。
11.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括以下步骤：经由液-液分离器将含二甲醚的水从单级排出液体中分离出来。
12.如权利要求10所述的方法，其中，供给到单级元件的液体混合物在从10bar到30bar的压力下被压缩。
13.如权利要求10所述的方法，其中，供给到单级元件的液体混合物在20bar到30bar的压力下被压缩。
14.如权利要求10所述的方法，其中，多级元件包括填料塔吸收器、盘式塔吸收器或者它们的组合。
15.如权利要求10所述的方法，其中，单级元件包括填料塔吸收器、盘式塔吸收器或者它们的组合。
16.如权利要求10所述的方法，其中，多级元件包括盘式塔吸收器，而单级元件包括填料塔吸收器。
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