CN105899276B - 除去夹带液的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明技术涉及在逆流接触分离器中除去夹带的液态烃以产生贫烃气体的方法。所述方法包括将气体料流导入所述逆流接触分离器的入口，并让所述气体料流流过批量分离器以捕获所述夹带的液态烃的一部分。所述方法包括让气体料流流过多个旋风分离器束，其中所述多个旋风分离器束位于提升管中以捕获所述夹带的液态烃的残留级分。所述方法包括让捕获的夹带液与气体料流呈逆流地向下流入排出管线。所述方法包括经由逆流接触分离器的底部出口除去捕获的夹带液。所述方法包括经由逆流接触分离器的顶部出口除去所述贫烃气体。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年1月8日提交的标题为“除去夹带液的系统和方法”的美国专利申请61/925,075的优先权利益，所述文献的全部内容通过参考引入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及从气体料流除去夹带液的方法。具体来说，除雾旋风分离器设置在提升管的横截面内以从气体料流除去夹带液.
背景技术
本节旨在介绍可能与本发明技术的示例性实施方案有关的领域的各个方面。这种论述认为有助于提供便于更好了解本发明技术的特定方面的框架。因此，应理解，本节应按此目的进行阅读，而不一定是作为对现有技术的确认。
在其中气体和液体接触的各种制备方法中，气体可能夹带一定量的液滴。在许多工业方法中，夹带可能引起方法效率低、产物损失和设备损坏。例如，在天然气加工中，夹带的烃液体可能促使气体处理塔例如二醇或胺接触器中的起泡，从而导致操作扰乱，这可能导致停机或与消泡剂注射相关的增加的操作费用。另外，夹带的烃液体还可能降低蒸馏塔中所分离的组分的纯度。如果夹带严重，则可能发生工艺设备的过早溢流。甚至微小量的液滴(它们可能难以或不可能视觉上检测)可能对天然气的组成和热值具有显著影响。因此，夹带液可以被含有并除去以致力于产生纯净气体和防止潜在的工艺污染或损失。
存在许多除去夹带液的技术。一种现有的方法可以包括执行独立的洗刷容器，其可以包括在气体处理吸收剂塔或蒸馏塔的上游。所述洗涤器可以含有除雾旋风分离器连同其它除去液滴的内部设备。然而，洗刷容器溶液可能导致容器和相关仪器中的附加的压降，从而导致增加的投资费用。
常规上，除雾旋风分离器可以置于塔的底部在可以导入蒸气的甲板上。在所述甲板上面，可以使用含提升管的液体引出或收集器盘以致蒸气可以穿过所述塔。除雾旋风分离器和收集器盘的间距可以相比分离的独立塔要求额外的高度并因此，占据所述塔内的额外空间。
得自Sulzer的MKS Multi CassetteTM和得自Shell的SwirltubeTM是可以用于气旋脱夹带甲板的其它可选技术。然而，这两种方法可能不允许逆流蒸气-液体分离，如传统的收集器盘那样，并且设置气旋机构的地点包括在收集器盘上方的上升筒内。
一般而言，上述技术聚焦于执行独立(stand-alone)设备或增加设备的尺寸以减少在升高的压力下的夹带损失。然而，仍需要其中夹带液可以高效地捕获并除去，和同时维持操作压力和控制投资费用的空间有效的塔。
发明内容
发明概述
这里描述的示例性实施方案提供除去夹带液的方法。所述方法包括将气体料流导入包括多个结合到提升管中的旋风分离器的塔的入口，其中所述气体料流包含夹带液。所述方法包括使用所述多个旋风分离器将所述夹带液的至少一部分从所述气体料流中分离。所述方法包括让所述分离的夹带液与所述气体料流的流动呈逆流流动并经由所述塔的底部出口除去所述分离的夹带液。所述方法还包括经由所述塔的顶部出口除去所述气体料流。
另一个示例性实施方案提供除去夹带液的系统。所述系统包括：包括夹带液的气体料流和配置用来将所述气体料流与所述夹带液分离的多个旋风分离器，其中所述多个旋风分离器位于提升管中。所述系统包括配置用来让分离的夹带液从所述气体料流流动的排出管线。所述系统包括配置用来从所述系统除去所述气体料流的顶部出口和配置用来从所述系统除去所述分离的夹带液的底部出口。
另一个示例性实施方案提供在逆流接触分离器中除去夹带的液态烃以产生贫烃气体的方法。所述方法包括将气体料流导入所述逆流接触分离器的入口并让所述气体料流流过批量分离器(a bulk separator)以捕获所述夹带的液态烃的一部分。所述方法包括让气体料流流过多个旋风分离器束(cyclone bundles)，其中所述多个旋风分离器束位于提升管中以捕获所述夹带的液态烃的残留级分。所述方法包括让捕获的夹带液与气体料流呈逆流地向下流入排出管线。所述方法包括经由逆流接触分离器的底部出口除去捕获的夹带液。所述方法包括经由逆流接触分离器的顶部出口除去所述贫烃气体。
附图描述
通过参照以下详细描述和附图将更好理解本发明技术的优点，其中：
图1是配置用于将夹带液从气体中分离并纯化气体的塔的方框图；
图2是具有集成的分离器(具有从气体中除去夹带液的除雾旋风分离器)的逆流接触器塔的图解；
图3A是位于提升管的横截面面积中的除雾旋风分离器的侧视图的图解；
图3B是位于包括筛网的提升管的横截面面积内的除雾旋风分离器的侧视图的图解；
图4是除去夹带液的方法的工艺示意图；和
图5是包括结合到提升管中的除雾旋风分离器的填充蒸馏塔的图解。
发明详述
在以下详细描述部分中，描述了本发明技术的具体实施方案。然而，在以下描述为本发明技术的特定实施方案或特定应用所特有的程度上，这旨在仅仅用于示例性目的并且简单地提供示例性实施方案的描述。因此，本技术不限于下述具体的实施方案，而是包括属于所附权利要求书的真实精神和范围内的所有替代方式、改进型和等同物。
本发明的实施方案提供从气体料流中除去夹带液的系统和方法。许多除雾旋风分离器可以引入塔中的提升管内以从气体料流中分离和除去夹带液。塔中的排出管线可以提供让分离的夹带液流过所述塔的导管，并且底部出口管线可以配置用来从所述塔中除去所述分离的夹带液。
气体料流可以含有变化浓度的可能影响气体质量和纯度的污染物和杂质。例如，产生的天然气可以含有变化量的较高分子量烃(HMHC)，例如C2至C5，及其它贡献少许至不贡献热值的成分。取决于存在的浓度，气体可能要求处理以减少这些成分，它们可以包括水、二氧化碳、氮气、氧气、硫和酸性气体。此外，如果温度降低，则HMHC及其它成分也可以冷凝从产生的天然气形成液体的夹带液滴。例如，产生的天然气中的水蒸气可以在气体温度下降期间冷凝产生水。因为夹带液可以在分离期间引起发泡或其它问题，所以捕获液滴的设备可能是有用的。此类设备可以位于压缩机、涡轮机、燃烧器、及对液体破坏敏感的其它设备上游以保护此类下游的设施。
用于液体捕获和除去的一种技术包括在个体容器中使用除雾旋风分离器以将夹带液呈液滴形式分离和除去或将气体料流“除雾”。所述除雾旋风分离器可以在高操作压力下提供高效率并减少容器中的起泡和结垢。一般而言，除雾旋风分离器执行离心力、重力和惯性力以从气体料流除去呈液滴形式的夹带液。在操作中，让气体料流经历对夹带的液滴施加向心力的转动，液滴可以被输送到旋风分离器的壁上，导致它们与气态混合物的分离。使用用于液体除去的除雾旋风分离器可以帮助保护下游设备，减少液体遗留，和防止环境污染。
图1是配置用于将夹带液从气体中分离并纯化气体的塔的方框图。可以将气体料流102导入塔100的液滴分离段104以致夹带的液滴可以与气体料流102分离。如本文所述那样，当气体料流102进入塔100时，它可以经历位于液滴分离段104中的除雾旋风分离器中的离心力。在操作中，除雾旋风分离器可以使气体料流102按规定速度旋转以除去所述料流102内的夹带的液滴和任何重质颗粒物质。由于重力，由夹带的液滴和任何重质颗粒物质形成的废料流106可以向下流动并从塔100中流出。
在夹带的液滴被分离和除去后，气体料流110可以继续向上进入塔100的气体纯化段112。气体料流110可以与用来通过化学吸收工艺除去杂质以纯化气体料流110的吸收溶剂114逆流接触。气体料流110中的杂质可以被吸收溶剂114吸收而形成纯化气体料流116，其可以经由塔100的塔顶出口离开。纯化气体料流116可以是干燥气体或可以供给另一个分离段以收集在气相中和其上的任何夹带液体溶剂到管路系统或气体设备的脱硫气体(sweet gas)。
当吸附溶剂114经由塔100下降时，所述溶剂114可以吸收气体料流110中的杂质的至少一部分以致可以形成富溶剂料流118。所述富溶剂料流118可以离开塔100并流入逆流清洁系统120。可以执行所述清洁系统120以加热所述富溶剂料流118以分离和除去吸收的杂质而形成贫溶剂料流或贫溶剂流体122，其可以被再循环回到塔100中用于杂质的额外吸收。吸收的杂质可以作为废料流124离开所述系统120。
图2是具有集成的分离器(具有从气体中除去夹带液的除雾旋风分离器)的逆流接触器塔的图解。可以将气体入口料流102(包括夹带液)导入塔200，其可以包括至少一个蒸气入口206用于导入料流102。入口气体料流102可以接触批量分离器208，所述批量分离器208为将夹带液和固体的至少一部分从入口气体料流102中分离的装置。入口气体料流102和批量分离器208之间的较短距离可以提供气体和夹带颗粒之间更短的接触时间。在一些实施方案中，分离器208也可以是凝结器，其中小液滴凝结成较大液滴使得它更容易为旋风分离器收集。批量分离器208收集的夹带液可以包括呈液滴形式的液体。液滴可以由于重力落入位于塔200的底部的贮液器210。
气体和夹带液滴212的料流可以在塔200中继续向上，其中液滴可以进入许多旋风分离器214。作为从入口气体料流102分离和除去夹带液的机构，除雾旋风分离器214可以呈将至少数个除雾旋风分离器214集合成旋风分离器束的束形式包装。在烃生产中，可以使用除雾旋风分离器214替换更大且更昂贵类型的分离器。基于粒度，除雾旋风分离器214可以能够除去夹带液滴的至少99％。
当气体和夹带液滴212的料流进入除雾旋风分离器214时，液滴212可以凝结成夹带液的更大液滴，其中正碰撞的液滴之间的表面张力可以是凝结的驱动力。在操作中，可以将夹带的液滴离心到除雾旋风分离器214的壁上，在那里，液滴可以与除雾旋风分离器214的壁上的液膜融合在一起。所述液膜可以离开除雾旋风分离器214以便经由排出管线216收集和排出。在从气体和夹带液滴212的料流除去后，脱夹带的液体料流215可以流过排出管线216，并收集到贮液器210中。底部出口218可以从塔200除去废料流106，例如，收集的脱夹带液。
除去气体和夹带液滴212的料流中的夹带液滴的脱夹带机构可以包括位于收集器盘224上的提升管222。提升管222可以由提升管壁界定，所述提升管壁在收集器盘224处起始以致每个提升管222的底部可以与收集器盘224齐平。除雾旋风分离器214可以设置在每个提升管222内。
通过将除雾旋风分离器214置于提升管222内部，在提升管222底部的区域可以与收集器盘224齐平并且被密封以防止气体料流102绕过旋风分离器214。此外，采用设置在提升管222内的除雾旋风分离器214，可以排除在提升管222的横截面区域中安装阻风板的需要。这可能部分地归因于与旋风分离器214相联系的固有压降，所述固有压降可以帮助将从收集器盘224上升的蒸气分布到位于塔200上部中的气体抛光段。
因为除雾旋风分离器214可以位于提升管222中，所以以前常规液体/气体分离技术可能要求的旋风分离器214和收集盘224底部之间的间距可以排除，从而在塔内提供用于其它应用的额外空间。此外，脱夹带机构的压缩在塔中提供额外的空间，从而导致更轻质和紧凑的塔。接着，紧凑的塔可以不太易受运动影响，从而减少整个结构上的更大惯性负荷和由于效率降低引起的潜在损失。这还可以有助于成本效率和重量容量，特别是对于具有更厚外壳和海上安装的生产容器。
气体料流110从除雾旋风分离器214流出并向上流入塔200。气体料流110可以通过从塔顶部下降的贫溶剂流体122纯化，所述贫溶剂流体122除去残留在气体料流110中的杂质和污染物。贫溶剂流体122可以经由溶剂入口232进入塔200并向下流入塔200，其中它可以与上升的气态混合物110接触。例如，贫溶剂流体122可以是三甘醇(TEG)料流，用于从气体料流110中除去水蒸气，或是用于除去杂质的任何其它类型的溶剂。收集器盘224可以作为防止贫溶剂流体122流过提升管222并流入塔200下部的收集装置用来收集富溶剂流体236的汇聚物。
汇聚的富溶剂流体236可以作为富溶剂料流118经由液体牵引234从塔200除去。在与贫溶剂流体122接触后，可以经由塔顶出口240从塔200除去干燥气体产物或纯化气体料流116以便进一步加工或工业化。纯化气体料流116可以含有至少大约0.01％-20％的夹带液或至少大约0.1％-30％的夹带液。
图3A是位于提升管222的横截面面积302中的除雾旋风分离器214的侧视图的图解。图3A的类似的项目号如对于图2描述那样。除雾旋风分离器214具有充当含夹带液的气体料流的导管的入口和可以是干燥气体产物的导管的出口。此外，除雾旋风分离器214可以包括具有旋转装置的圆柱形筒以致入口气体料流可以经历离心力以使夹带液从入口气体料流中分离。
当夹带液经历除雾旋风分离器214内的离心力时，夹带液滴作为液体料流经由排出管线216从气体料流除去。除雾旋风分离器214中的穿孔可以允许分离的气体从旋风分离器管流出到提升管222的密闭室304中。许多除雾旋风分离器214可以共用共同的密闭室304以便夹带液的积聚。每个提升管222还可以包括提升管帽306，其可以布置在提升管222顶部上方。应该指出的是，提升管222和提升管帽306可以具有任何特定的形状，包括圆形、正方形、矩形、三角形，以防止液体，例如分离流体，落入位于上面的提升管222中。密闭室304还可以帮助防止任何再夹带液滴进一步向前进入塔中。位于收集器盘224底部的开口308可以容纳排出管线216以将脱夹带的液滴引导进入位于塔底部的储器中。在一些实施方案中，排出孔可以位于提升管222的密闭室304的底部以便额外排出提升管222内的相关液体。
图3B是位于包括筛网的提升管的横截面区域内的除雾旋风分离器的侧视图的图解。图3A的类似的项目号可以依照图2使用。图3B是包括位于提升管222的横截面面积内的除雾旋风分离器214的提升管222的详图，其中筛网310可以用来除去在经历旋风分离器214后残留的液体的任何残留夹带液滴。筛网310可以包括由可以充当副抛光单元的框架支撑的针织线网的垫片。这种副抛光单元可以是包括翼片填料(vane pack)、填充物或它们的任何类似设备的任何脱夹带设备。在操作中，当夹带的液滴经历除雾旋风分离器214内的快速旋转时，再夹带的液滴还然后可以碰撞到筛网310的表面上，以及在旋风分离器214的侧壁表面上。随后，可以包括更大液滴的液滴可以收集和凝结在筛网310的表面上并由于重力落入塔的底部中。更小的液滴可以围绕着筛网310流动并继续与可以继续向上进入塔的气态混合物一起向上流动。当和筛网310一起使用时，除雾旋风分离器214可以实现更高的调节(turndown)和更高的分离效率。
如图3B所示，筛网310可以位于提升管222的窗体上以保证完全覆盖其中气态混合物可以向上流入塔的区域。此外，筛网310可以排除液滴可以转移到其中的提升管214之间的任何间隙的可能性。在一些实施方案中，筛网310可以位于除雾旋风分离器214上面或两个除雾旋风分离器214上面和在提升管的窗体上。此外，可以使用翼片填料或填充物代替筛网以帮助液体和气体分离。
应该指出的是，在一些实施方案中，提升管222可以被排除并且除雾旋风分离器214(呈束形式)可以充当提升管。可以要求所述束上面的帽以致任何收集的液体可以从旋风分离器214中排出而不会再接触离开塔上部的任何向下液体。
图4是从气体料流中除去夹带液的方法400的工艺图。方法400在方框402开始，其中可以将气体料流导入塔的入口，其中气体料流包括夹带液。应该指出的是，可以使用密度和粘度测量、放射性示踪剂、声波技术或流体压缩/膨胀试验测量气体料流以确定夹带液的体积。在方框404，气体料流可以流经许多旋风分离器，其中旋风分离器结合到提升管中。旋风分离器可以用于油精炼厂、天然气加工、化学加工、气体管线、压缩机系统等中，以从气相除去夹带液。在方框406，可以使用旋风分离器使夹带液从所述气体料流中分离。在方框408，分离的夹带液可以与气体料流呈逆流流动并流入排出管线。在方框410，可以经由塔的底部出口除去所述分离的夹带液。在方框412，可以经由塔的塔顶出口除去所述气体料流。
图5是包括结合到提升管中的除雾旋风分离器的填充蒸馏塔500的图解。图5的类似的项目号可以依照图2使用。可以将进料气体料流502注入塔500中以产生气体产物料流504和脱夹带的液体料流506。进料气体料流502可以包括两种或更多种具有不同沸点和蒸气压的不同组分，例如夹带液和气体污染物。
进料气体料流502可以在提升管222下面注射并流入提升管222内的除雾旋风分离器214。除雾旋风分离器214可以位于提升管222的内部，其中提升管222的底部可以与收集器盘224齐平以便防止夹带液绕过旋风分离器214并进一步向前进入塔500。在操作中，在进料气体料流502内的夹带液的小液滴可以经历除雾旋风分离器214内的向心力并可以凝结成不能向上流入塔500的更大液滴。夹带液的更大的液滴可以由于重力落到收集器盘224上。进料料流502内的气体可以继续向上经过塔500经过填充床508和额外的提升管510。当液相可以作为液滴与气相分离时，填充床508可用来增强进料料流502的气相和液相之间的接触。额外的提升管510可以包括或可以不包括在它们的横截面区域内的除雾旋风分离器214。塔中的额外的提升管510可以被认为在塔的修理期间是有用的，可用于额外的容量。
在气相中浓缩的组分可以从塔500的顶部作为塔顶气体料流504流出，而在液相中浓缩的组分可以作为脱夹带的液体料流506从塔500的底部流出。另外，可以允许一定量的液体512收集在塔500的底部，然后从塔500流出以便提供气相与液相的增加的分离。
脱夹带的液体料流506可以流过再沸器518。再沸器518可以通过使料流506的一部分蒸发以形成蒸发的液体料流520和液体料流522而将脱夹带的液体料流506的温度提高。料流520可以流回到塔500的底部中以向收集在塔500底部中的液体512提供热。还在再沸器入口和填充床508之间设置额外的提升管可能证明有用。这种构型可以提供蒸气分布并可以从再沸器液体除去任何可能的液体再夹带。
塔顶气体料流504可以在换热器524内冷却并至少部分地冷凝。然后可以在分离塔532内将所述冷却的气体料流526分离成气体产物料流528和液体料流530。液体料流530可以作为回流料流534流回到塔500的顶部中。在塔500内，回流料流534可用来通过提高液相和气相之间的分离度增强塔500的性能。另外，可以向上进入塔500的任何液体可以作为回流料流再注入塔500的顶部中。
塔500可以使用各种各样的其它分离技术，这取决于进料料流502中的物质。例如，所述塔可以是逆流分离塔、分离容器(knock-out vessel)或再生塔等。
因为本发明的除雾旋风分离器可以位于提升管中，所以旋风分离器和收集盘底部的间距可以排除。因此，在塔内提供用于其它应用的额外空间，从而导致更轻质和紧凑的塔。接着，紧凑的塔可以不太易受运动影响，从而减少整个结构上的更大惯性负荷和由于效率降低引起的潜在损失。这还可以有助于成本效率和重量容量，特别是对于具有更厚外壳和海上安装的生产容器更是如此。
虽然本发明技术可能对各种改进型和备选形式敏感，但是上述示例性实施方案仅仅作为举例示出。然而，应该再次理解，所述技术不打算限于本文公开的特定实施方案。实际上，本发明技术包括属于所附权利要求书真实精神和范围的所有备选方案、改进型和等同物。
Claims (13)
1.除去夹带液的方法，包括
将气体料流导入包括结合到提升管中的多个旋风分离器的塔的入口，其中所述气体料流包含夹带液；
使用所述多个旋风分离器将所述夹带液的至少一部分从所述气体料流中分离；
让所述分离的夹带液与所述气体料流的流动呈逆流流动；
使所述气体料流向上流过气体纯化段；
将接触液体导入所述塔的入口；
在所述气体纯化段中，使吸收溶剂与所述气体料流逆流接触以吸收其中的杂质；
经由所述塔的底部出口除去所述分离的夹带液；
将用于脱夹带的线网或其它元件置于所述多个旋风分离器上面，其中所述线网除去流过所述多个旋风分离器后残留在气体料流中的夹带的液滴；和
经由所述塔的顶部出口除去所述气体料流。
2.权利要求1的方法，其中将所述夹带液的至少70％-99.9％从所述气体料流中分离。
3.权利要求1或权利要求2的方法，包括让所述气体料流流过批量分离器以除去所述夹带液的至少一部分，然后让所述气体料流流过所述多个旋风分离器。
4.权利要求1或权利要求2的方法，其中所述多个旋风分离器包括除雾气旋机构。
5.权利要求4的方法，其中所述除雾气旋机构包括漩涡管。
6.权利要求1或权利要求2的方法，进一步包括将用于脱夹带的线网或其它元件置于所述提升管内部、所述提升管的开放窗中、或它们的任何组合。
7.权利要求1或权利要求2的方法，其中气体料流含有0.1％-30％的夹带液。
8.在逆流接触分离器塔中除去夹带的液态烃以产生贫烃气体的方法，包括：
将气体料流导入所述逆流接触分离器塔的入口；
让所述气体料流流过批量分离器以捕获所述夹带的液态烃的一部分；
让所述气体料流流过多个旋风分离器束，其中所述多个旋风分离器束位于提升管中以捕获所述夹带的液态烃的残留级分；
将线网置于所述多个旋风分离器束上面，其中所述线网除去流过所述多个旋风分离器束后残留在气体料流中的夹带的液滴；
让所述捕获的夹带液与所述气体料流呈逆流地向下流入排出管线；
使所述气体料流向上流过气体纯化段；
将接触液体导入所述逆流接触分离器塔的入口；
在所述气体纯化段中，使所述接触液体与所述气体料流逆流接触以吸收其中的杂质；
经由所述逆流接触分离器塔的底部出口除去所述捕获的夹带液；和
经由所述逆流接触分离器塔的顶部出口除去所述贫烃气。
9.权利要求8的方法，其中所述多个旋风分离器束包括除雾气旋机构。
10.权利要求9的方法，其中所述除雾气旋机构包括旋涡管。
11.权利要求8或权利要求9的方法，包括在排除所述多个旋风分离器束所在的横截面面积的区域中将每个提升管的底部与收集器盘齐平。
12.权利要求8或权利要求9的方法，包括将线网置于所述提升管内部，所述提升管的开放窗中，或它们的任何组合。
13.权利要求8或权利要求9的方法，其中所述贫烃气含有0.1％-30％的夹带液。
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Legal Events
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Granted publication date: 20181228 Termination date: 20201209 |