CN110997094A - 使用紧凑并流接触系统的分馏系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于除去气体料流中的重质烃的分馏系统(400)。汽提段(402)接收了供料气体料流的大部分液相。第一和第二并流接触系统(421a和421b)共线位于管中。第一并流接触系统(421a)接收了供料气体料流的大部分气相(420)。每个并流接触系统包括并流接触器(428)和分离系统(432)。每个并流接触器包括液滴发生器和质量传递段(430)。液滴发生器由液体产生液滴并将该液滴分散在气体料流中。质量传递段提供了具有气相和液相的混合的两相流。分离系统将气相与液相分离。

Description

使用紧凑并流接触系统的分馏系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年6月15日提交的美国专利申请No.62/520213的优先权权益，其标题为FRACTIONATION SYSTEM USING COMPACT CO-CURRENT CONTACTING SYSTEMS，其整个内容通过引用并入本文。
本申请与美国临时申请No.62/520274相关，其标题为Fractionation SystemUsing Bundled Compact Co-Current Contacting Systems，其是与本申请同日提交的和具有共同的代理人，其公开内容通过引用以其全部并入本文。
领域
本发明提供了用于从气体料流中分馏一种或多种组分的方法和系统。更具体地，本发明提供了用于在液化方法过程中从天然气料流中除去重质烃的方法和系统。
背景
这节的目的是介绍本领域的各种方面，其可以与本发明的示例性实例相关联。该描述据信是帮助提供框架来促使更好地理解本发明的具体方面。因此，应当理解本节应当以此解读，并且无需现有技术的认可。
在上游和下游油气工业中的众多应用使用了吸收和分馏塔来用于各种加工，包括例如脱水来从烃气体中除水，胺处理来从烃气体中除去酸性气体和分馏烃。在典型的LNG方法中烃分馏的一种应用是分馏塔，也称作洗涤塔。图1显示了一种已知的洗涤塔100，其可以用于这样的LNG方法。根据已知的LNG方法，供给到洗涤塔的气体首先预处理和冷却。该洗涤塔典型地在高压运行。洗涤塔的主要目标是从天然气料流中除去大部分的重质烃例如戊烷。传统的洗涤塔100包括底部段(也称作汽提段102)和顶部段(也称作精馏段104)。气体料流108在与汽提段102和精馏段104相邻的位置在高压进入洗涤塔100。气体料流中的蒸气和液体彼此分离，并且蒸气向上移动进入精馏段104，和液体向下移动进入汽提段102。汽提段102使用塔盘110来分离和引导液体向下。通常使用塔盘110代替填料，这归因于预期的高液体通量，其定义为单位面积的体积流量。
液体料流112是在洗涤塔100的底部附近提取的，并且在再沸器114中再加热。该再加热的料流116返回汽提段102，在这里该再加热的料流中的蒸气可以上升穿过汽提段和进入精馏段104。该再加热的料流116中的液体与其他液体在洗涤塔100的底部合并。洗涤塔液体底部料流117可以取自洗涤塔的底部。
来自于气体料流108的蒸气与从汽提段102上升的蒸气合并，并且送入精馏段104，在这里它们与沿塔下降的液体接触。在精馏段104中，通常使用填料118来代替塔盘，这归因于低的液体循环速率。精馏段104包括几个理论分离级(通常2-4个)，其中基于流到那个分离级的料流的组分的不同沸点，进行烃的分馏/分离。每个段中的填料促进了液体和蒸气之间的紧密接触和质量传递。蒸气料流122离开洗涤塔100的顶部，并且在回流冷却器系统124中冷却，其可以包括一个或多个热交换器或者其他冷却器。冷却的蒸气料流126送到回流罐128，在这里液体和蒸气彼此分离。回流液体料流130返回洗涤塔的顶部，而离开回流罐128的回流蒸气料流132送去进一步加工，其可以包括天然气液化方法的其余部分。在洗涤塔100中上升的蒸气变得更富含轻质烃组分，和沿塔下降的液体变得更富含重质烃组分。所以，洗涤塔液体底部料流117的重质烃组分的比例高于轻质烃组分，和回流蒸气料流132的轻质烃组分比例高于重质烃组分。
典型地，洗涤塔100的精馏段104的直径远大于汽提段102的直径，这归因于穿过精馏段的高的气体流速。所以，归因于它的尺寸，压力和材料选择(归因于冷的温度)，精馏段决定了洗涤塔的成本和重量，其在一些应用中可以是主要的。分馏塔的尺寸和重量可以限制它在人口居住区域的应用，这里由于视觉污染的原因，高度必须最小化。另外，其中尺寸和重量是关键设计因素的应用例如离岸LNG加工的应用会受限于这样的大的分馏塔的尺寸和重量。所需要的是从天然气料流中除去重质烃的方法和设备，其消除了分馏塔的大的，重的和昂贵的精馏段。
除了高度和重量考虑之外，通常的分馏塔的运行理论本身会是限制性设计因素。分馏方法需要一定量的液体来与进入的气体料流相互作用，并且在图1所示的方法中，这种液体设计为来自于分馏方法本身。当相对少量的重质烃存在于要液化的天然气料流中时，这会导致应用的难度增加。另外，为了消除瓶颈的目的，将另外的分馏塔安装在先有设施例如LNG设施中可能不是经济可行的。所需要的是这样的从天然气料流中除去重质烃的方法和设备，其可以用于具有低的液体循环速率的应用中。还需要的是这样的从天然气料流中除去重质烃的方法和设备，其可以经济地用于消除瓶颈应用。
概述
所公开的方面包括一种用于除去气体料流中的重质烃的分馏系统。通过供料气体入口引入供料气体料流。汽提段接收供料气体料流的大部分液相。第一和第二并流接触系统共线位于管中。所述第一并流接触系统接收供料气体料流的大部分气相。所述第一和第二接触系统的每个包括并流接触器和分离系统。每个并流接触器包括液滴发生器和质量传递段。所述液滴发生器从液体产生液滴和将液滴分散到气体料流中。所述质量传递段提供具有气相和液相的混合的两相流。分离系统将气相与液相分离。第一并流接触系统中的并流接触器的气相包含用于第二并流接触系统中的并流接触器的气体料流。第二并流接触系统中的并流接触器的液相包含这样的液体，由其在第一并流接触系统的并流接触器中产生液滴。
所公开的方面还包括一种除去气体料流中的重质烃的方法。根据该方法，将供料气体料流引入供料气体入口中。将该供料气体料流中的大部分液相接收到汽提段中。将该供料气体料流中的大部分气相接收到第一并流接触系统中，该第一并流接触系统与第二并流接触系统共线位于管中。第一和第二并流接触系统的每个包含并流接触器和分离系统，该并流接触器包括液滴发生器和质量传递段。使用每个液滴发生器，由液体产生液滴和将该液滴分散到气体料流中。在每个质量传递段中，提供具有气相和液相的混合的两相流。在每个分离系统中，将气相与液相分离。第一并流接触系统中的并流接触器的气相包含用于第二并流接触系统中的并流接触器的气体料流。第二并流接触系统中的并流接触器的液相包含这样的液体，由其在第一并流接触系统的并流接触器中产生液滴。
所公开的方面还包括一种用于除去气体料流中的重质烃的分馏系统。供料气体料流通过供料气体入口引入，该供料气体包含天然气料流。汽提段接收供料气体料流的大部分液相。第一和第二并流接触系统共线位于管中。所述第一并流接触系统接收供料气体料流的大部分气相。所述第一和第二接触系统的每个包含并流接触器和分离系统。每个并流接触器包括液滴发生器和质量传递段。每个液滴发生器从液体产生液滴和将液滴分散到气体料流中。所述质量传递段提供具有气相和液相的混合的两相流。每个液滴发生器包括：环形支撑环，其将液滴发生器共线固定在管内，其从该环形支撑环延伸的多个轮辐，该环形支撑环具有多个液体通道，其配置来允许液体料流流过多个轮辐和流出位于该多个轮辐上的注入孔。每个液体生成器还包括进气锥，其是通过多个轮辐支撑的，并且配置来允许：第一部分的气体料流流过进气锥的中空段和流过包括在该多个轮辐中的气体出口狭缝，和第二部分的气体料流在进气锥周围和多个轮辐之间流动，其中所述第二部分的气体料流是与第一部分的气体料流分开的。分离系统将各自的并流接触器的气相与液相分离。第一并流接触系统中的并流接触器的气相包含用于第二并流接触系统中的并流接触器的气体料流。第二并流接触系统中的并流接触器的液相包含这样的液体，由其在第一并流接触系统的并流接触器中产生液滴。共线闪蒸分离器在所述的大部分气相送过第一并流接触系统之前接收供料气体料流的大部分气相。该共线闪蒸分离器从所述大部分气相中分离液体。闪蒸回流管线连接到共线闪蒸分离器和汽提段上，该闪蒸回流管线将在共线闪蒸分离器中从大部分气相中分离的液体送到汽提段。
附图描述
本发明的优点通过参考下面的详细描述和附图而更好理解，在其中：
图1是现有技术的气体分馏系统的一般示意图；
图2是根据所公开的方面的并流接触系统的示意图；
图3A是根据所公开的方面的接触装置的前视图；
图3B是图3A的接触装置的侧透视图；
图3C是根据所公开的方面的图3A的接触装置的横截面侧透视图；
图3D是根据所公开的方面的接触装置的另一横截面侧透视图；
图4是根据本文公开的方面的气体分馏系统的一般示意图；
图5是根据所公开的方面，包括许多并流接触系统的气体分馏系统的一部分的工艺流程图；
图6A和6B分别是根据所公开的方面的一束平行并流接触系统的侧视图和端视图；
图7是根据所公开方面，使用并流接触系统的气体分馏方法的工艺流程图；和
图8是根据所公开方面，使用并流接触系统的气体分馏方法的工艺流程图。
详述
在下面的详细描述节中，描述了本发明的非限制性实例。但是，某种程度上，下面的描述针对本发明的具体实例或者具体使用而言，这目的仅仅是示例性的，和简单地提供示例性实例的描述。因此，本发明不限于下述的具体实例，而是包括落入所附权利要求书的精神和范围内的全部替代方案，改变和等价物。
在开始时，为了便于提及，阐明了本申请所用的某些术语和它们在本文上下文中所用的含义。此外，本发明不限于下面所示的术语的用法，因为全部等价物，同义词，新发展，和起到相同或者类似目的术语或者技术被认为处于本发明权利要求书的范围内。
“酸性气体”指的是任何这样的气体，其当溶解在水中时产生了酸性溶液。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)，羰基硫(COS)，硫醇或者其混合物。
“并流接触器”指的是这样的容器，其以这样的方式接收气体料流和分离溶剂料流，即，所述气体料流和溶剂料流在大体相同方向上流动时彼此接触。
术语“并流”指的是工艺料流在单元运行中的内部排列，其可以分成几个子段，通过其所述工艺料流在相同方向上流动。
如本文使用的，“塔”是分离容器，在其中逆流流用于基于不同性能来分离材料。
如本文使用的，术语“脱水”指的是预处理粗供料气体料流来部分或者全部地除水和任选的一些重质烃。
术语“分馏”指的是基于组分在规定温度和压力的沸点和蒸气压的差异，将流体料流的组分物理分离成气相和液相的方法。分馏通常在“分馏塔”中进行，其包括一系列垂直间隔的板。在一种典型的方法中，供料料流在中点进入分馏塔，将该分馏塔分成两段。顶部段可以称作精馏段，和底部段可以称作汽提段。在每个板上发生冷凝和汽化，这引起较低沸点组分上升到分馏塔顶部，和较高沸点组分下落到底部。再沸器位于分馏塔底部来加入热能。“底部”产物是从分馏塔底部除去的。冷凝器位于分馏塔顶部来冷凝从分馏塔顶部出来的产物，其被称作蒸馏物。使用回流泵通过将一部分的蒸馏物泵送回蒸馏塔，来保持分馏塔精馏段中的流动。
如本文使用的，术语“设施”是作为一般术语使用来包括油气田收集系统，加工平台系统和井平台系统。
术语“气体”是与“蒸气”可互换使用的，并且定义为处于气态的物质或者物质的混合物，其区别于液态或者固态。同样，术语“液态”表示处于液态的物质或者物质的混合物，其区别于气态或者固态。
“烃”是这样的有机化合物，其主要包括元素氢和碳，虽然氮，硫，氧，金属或者任何数目的其他元素可以少量存在。如本文使用的，烃通常指的是天然气，石油或者化学加工设施中存在的组分。
“重质”烃是每个分子中具有3或者更多个碳原子的烃。重质烃分子所含的碳原子的精确数目可以取决于供料气体和期望的产物气体。例如如果甲烷气体(每个分子具有1个碳原子)是期望的产物气体，则重质烃可以包括丙烷(具有3个碳原子)。重质烃的实例包括戊烷，己烷，庚烷等。
关于流体加工装置，术语“串联”表示两个或者更多个装置是沿着流线布置的，以使得经历了流体分离的流体料流从装置的一个部分移动到下一个，同时保持在基本上恒定的下游方向上的流动。类似地，术语“共线(in line)”表示流体混合和分离装置的两个或者更多个部件是依次连接的，或者更优选是整合成单个管状装置。类似地，术语“并联”表示料流在两个或者更多个装置中分配，并且料流的一部分流过每个所述的装置。
术语“料流”表示这样的材料，其从第一点例如源流到第二点例如加工所述流的装置。料流可以包括任何相或者材料，但是通常是气体或者液体。料流可以在管线或者管中传送，并且在此使用，提及管线或者管时也指的是管线携带的流体，反之亦然。
“天然气”指的是获自原油井或者地下带有气体的地岩层的多组分气体。天然气的组成和压力可以显著变化。一种典型的天然气料流包含甲烷(CH4)作为主组分，即，大于50mol％的天然气料流是甲烷。天然气料流还可以包含乙烷(C2H6)，重质烃(例如C3-C20烃)，一种或多种酸性气体(例如CO2或者H2S)或者其任意组合。天然气还可以包含少量污染物例如水，氮气，硫化铁，蜡，原油或者其任意组合。天然气料流可以是基本上纯化的，来除去可能充当毒物的化合物。
“溶剂”指的是能够至少部分地溶解或者分散一种或多种其他物质的物质，例如来提供或者形成溶液。溶剂可以是极性，非极性，中性的，质子的，非质子的等。溶剂可以包括任何合适的元素，分子或者化合物例如甲醇，乙醇，丙醇，二醇，醚，酮，其他醇，胺，盐溶液，离子液体等。溶剂可以包括物理溶剂，化学溶剂等。溶剂可以通过任何合适的机理来运行，例如物理吸收，化学吸收等。
“实质上”当用于表示材料的量或含量或者其具体特性时，指的是这样的量，其足以提供所述材料或者特性打算提供的效果。可允许的精确偏离度在一些情况中可以取决于具体情形。
本发明提供使用并流接触系统从气体料流中分馏物质，例如从天然气料流中除去重质烃。供选择地，本发明提供从包括重质烃和轻质烃的烃料流中分离至少一部分的重质烃。本文公开的并流接触系统包括主要由共线装置，或者平行共线装置束构成的级，在任一情况中所述装置和/或束的直径小于常规塔。
已知的逆流流动方案例如图1的已知的洗涤塔100需要相当低的速度来避免天然气料流中夹带向下流动的液体。此外，相对长的距离可用于从粗天然气料流中脱离液滴。取决于所述天然气料流的流速，洗涤塔100的直径可以大于4米和高度大于30米。对于高压应用来说，所述容器具有厚的金属壁。因此，逆流接触器容器可以是大的和非常重的。这通常是不期望的，特别是对于离岸液化应用来说更是如此，并且对于其他应用来说可能是不可行的。
本发明技术进步可以使用并流流动方案作为图1的洗涤塔100所示的逆流流动方案的替代。该并流流动方案使用了一个或多个并流接触系统，其在管内串联连接。天然气料流和液体回流流可以在每个并流接触系统内一起(即，并流)移动。通常，并流接触器可以以比逆流接触系统明显更高的流体速度来运行。结果，并流接触系统倾向于小于逆流接触器(其使用了具有填料或者塔盘的常规的塔)。此外，并流接触系统小于等价加工能力的常规的压力容器，和因此更适于模块化设计/构建，离岸配置，消除瓶颈应用，和其中视觉污染会是一个因素的应用。在天然气液化应用中，可以使用2-3个串联的并流接触系统来从天然气料流中分离重质烃。
图2是并流接触系统(CCCS)200的示意图。并流接触系统200可以提供了分离气体料流中的组分。并流接触系统200可以包括并流接触器202，其共线位于管204中。并流接触器202可以包括若干部件，其提供了液滴料流与流动气体料流206的有效接触。该液滴料流可以用于从气体料流206中分离杂质例如重质烃。
并流接触器202可以包括液滴发生器208和质量传递段210。如图2所示，气体料流206可以流过管204和流入液滴发生器208中。液体料流212也可以流入液滴发生器208，例如流过液滴发生器208中连接到流动通道216上的中空的空间214。
从流动通道216，液体料流212作为细液滴穿过注入孔218释放到气体料流206中，然后流入质量传递段210。这可以导致在质量传递段210内产生处理的气体料流220。该处理的气体料流220可以包括分散在气相中的小液滴。对于与天然气液化方法相关的分馏来说，所述液滴可以包括来自于气体料流206的重质烃，其吸收或者溶解在液体料流212中。
所处理的气体料流220可以从质量传递段210流到分离系统222，其包括旋风分离器223和收集器224。供选择地该分离系统可以包括网筛或者沉降容器。优选共线旋风分离器可以用于实现紧凑和降低的直径的益处。旋风分离器223从气相中除去了液滴。所述液滴(其如前所述可以包括吸收或者溶解在液体料流212中的重质烃206)转移到收集器224中，其将收集的液体料流226通过阀228和泵230导到本文将进一步描述的所公开的方面的其他部分。气体吹扫管线232从收集器224延伸和运行来将收集器中存在的气体重新注入分离系统222中。在一方面，该气体是使用位于分离系统222内的喷嘴233或者喷射器来重新注入的。气体料流234(已经从其中分离了富含重质烃的液体)在与管204共线定向上离开所述分离系统222。气体料流234中轻质烃与重质烃的比率高于气体料流206中。
图3A是接触装置300的前视图。接触装置300可以在并流接触器中实现，例如在涉及图2的并流接触系统200中所述的并流接触器202中。接触装置300可以是位于管内的轴向的，共线并流接触器。接触装置300的前视图代表了接触装置300的上游视图。
接触装置300可以包括外环形支撑环302，从环形支撑环302延伸的若干轮辐304，和进气锥306。环形支撑环302可以将接触装置300共线固定在所述管内。另外，轮辐304可以为进气锥306提供支撑。
环形支撑环302可以设计为法兰连接，或者设计为所述管内的可去除的或者固定的套筒。另外，环形支撑环302可以包括液体供料系统和中空通道，如涉及图3C和3D进一步所述的。液体料流可以经由环形支撑环302的中空通道供给到接触装置300。该中空通道可以允许将液体料流沿着接触装置300的周边均匀分配。
环形支撑环302内的小液体通道可以提供流路来用于液体料流流过轮辐304内的液体注入孔308。液体注入孔308可以位于每个轮辐304的前缘之上或者附近。将液体注入孔308置于轮辐304上可以允许所述液体料流在气体料流(其在轮辐304之间传导)中均匀分配。具体地，该液体料流可以与流过轮辐304之间的间隙的气体料流接触，和可以剪切成小液滴和夹带在气相中。
一部分的供料气体料流在轮辐之间流到质量传递段，而其余的气体料流通过气体入口312流入进气锥306。进气锥306可以阻隔所述管的横截面部分。轮辐304包括气体出口狭缝310，其允许所述气体料流流出进气锥306。这可以在气体料流流过所述管时增加它的速度。进气锥306可以将预定量的气体料流导向轮辐304上的气体出口狭缝310。
通过轮辐304注入的一些液体料流可以作为液体膜沉积在轮辐304表面上。在所述气体料流流过进气锥306和导出轮辐304上的气体出口狭缝310时，该气体料流可以吹扫或者吹掉轮辐304上很多的液体膜。这可以增强液体料流向气相中的分散。此外，阻隔所述气体料流的流动和气体穿过气体出口狭缝离开所产生的剪切效应可以提供具有增加的湍流耗散速率的区域。这可以导致产生较小的液滴，其提高了液体料流和气体料流的质量传递速率。
接触装置300的各个部件的尺寸可以改变，以使得所述气体料流是高速流动的。这可以经由环形支撑环302直径的突然下降或者环形支撑环302直径的逐渐下降来实现。接触装置300的外壁形状可以是稍微收敛的，终止于这样的点，在此处所述气体料流和液体料流排入下游管中。这可以允许剪切和重新夹带从接触装置300除去的任何液体膜。此外，径向向内的环，带槽表面或者其他合适的装置可以包括在接触装置300的外径上，靠近气体料流和液体料流排入下游管之处的点。这可以增强气相中的液体夹带程度。
接触装置300的下游端可以排入管的一段中(未示出)。所述管段可以是直管段，或者管的同心膨胀段。进气锥306可以终止于钝尾锥或者渐缩尾锥。在其他实施方案中，进气锥306可以终止于脊凸锥，其可以包括沿着所述锥的多个同心脊，其提供了用于产生液滴的多个位置。另外，任何数目的气体出口狭缝310可以提供在锥本身上来允许从接触装置300除去液体膜。
图3B是接触装置300的侧透视图。相同编号的项目是如涉及图3A所述的。如图3B所示，进气锥306的上游部分可以在上游方向比环形支撑环302和轮辐304更进一步延伸进入管中。进气锥306的下游部分也可以在下游方向比环形支撑环302和轮辐304更进一步延伸进入管中。进气锥306在下游方向上的长度取决于进气锥306端部处的锥类型，如涉及图3C和3D进一步所述的。
图3C是根据所公开的方面的接触装置300的横截面侧透视图。相同编号的项目是如涉及图3A和3B所述的。根据图3C，接触装置300的进气锥306终止于渐缩尾锥314。进气锥306终止于渐缩尾锥314可以降低接触装置300所引起的所述管内的整体压降。
图3D是根据另一公开的方面的接触装置300的横截面侧透视图。相同的编号项目是如涉及图3A-3C所述的。根据图3D，接触装置300的进气锥306终止于钝尾锥316。进气锥306终止于钝尾锥316可以促进管中心处的液滴形成。
图4显示了根据所公开的方面的气体分馏系统400，其可以用于天然气液化方法。该气体分馏系统400包括底部段(也称作洗涤汽提塔402)和顶部段或者精馏段404，其根据所公开的方面包含多个并流接触系统。洗涤汽提塔402可以是独立的塔，并且起到了与图1所述的洗涤塔100的汽提段102相同的功能。如图4中可见，供料气体料流408(其通常是两相流)在高压进入气体分馏系统400，并且是在与洗涤汽提塔402和精馏段404二者相邻的位置进入的。供料气体料流408中的大部分气相和大部分液相彼此分离，并且大部分气相向上移动进入精馏段404和大部分液相向下移动进入洗涤汽提塔402。洗涤汽提塔402使用塔盘410来分离和向下引导液体。塔盘410通常用于代替填料，这归因于所预期的高液体通量，其定义为单位面积的体积流量。
液体料流412是从洗涤汽提塔402底部提取的，并且在再沸器414中再加热。该再加热的料流416返回洗涤汽提塔402，在这里该再加热的料流中的蒸气可以上升穿过洗涤汽提塔和进入精馏段404。该再加热的料流416中的液体与其他液体在洗涤汽提塔402的底部合并。洗涤汽提塔液体底部料流417可以取自洗涤汽提塔402的底部。
供料气体料流408的气相与从洗涤汽提塔402上升的蒸气合并。并且所合并的蒸气料流420进入精馏段404，其在一方面包括分离系统418和一个或多个洗涤级，并且每个洗涤级包括类似于图2所述的共线并流接触系统200的共线并流接触系统421a，421b，421c。在一种优选的方面，分离系统418包括旋风分离器，和在一种更优选的实施方案中包括共线旋风分离器422和收集器423，其类似于图2的分离系统222所用的旋风分离器223和收集器224。共线旋风分离器422充当了闪蒸区来引起合并的蒸气料流420中所夹带的一些液体与其分离。如果气体分馏系统400用于其中不希望由于供料料流的内容物而导致结垢之处，则附聚器424可以置于共线旋风分离器422前面来增加进入共线旋风分离器的液滴的尺寸。附聚器424可以改进共线旋风分离器422的液体分离性能。从收集器423收集的液体通过闪蒸回流管线425供给到洗涤汽提塔402的顶部区域来在其中进一步分离。
离开共线旋风分离器422的闪蒸区蒸气料流426供给到第一并流接触系统421a，其包括液滴发生器428a，质量传递段430a，具有任选的附聚器434a的旋风分离器432a，和收集器436a。从随后的或者下游的共线并流接触系统(例如共线并流接触系统421b)收集的液体438b注入液滴发生器428a和在质量传递段中混合和合并，其中闪蒸区蒸气料流中的重质烃转移到喷雾液体，和所述液体料流中的轻质烃转移到闪蒸区蒸气料流。在质量传递段430a中所述液体和蒸气使用旋风分离器432a和任选的附聚器434a彼此分离，并且液体在收集器436a中收集和送过液体收集管线438a来与闪蒸回流管线425合并。从其中除去了重质烃的气体料流440a作为输入物送到第二并流接触系统421b。第二并流接触系统421b结构类似于第一并流接触系统421a和以类似方式工作，并且从随后的或者下游共线并流接触系统(例如共线并流接触系统421c)收集的液体438c与气体料流440a混合。在第二并流接触系统421b中除去了具有重质烃的气体料流440b作为输入物送到第三并流接触系统421c。该第三并流接触系统421c结构类似于第一和第二并流接触系统421a，421b和以类似方式工作。其中除去了重质烃的气体料流440c送到回流冷却器442，其将该气体料流中剩余的重质烃冷凝，其转而在回流罐444中以液体形式与气体料流分离。回流液体料流446作为液体输入物用于第三并流接触系统421c，和离开回流罐的气体料流448送去进一步加工，其可以包括液化。
气体分馏系统400根据期望或者需要可以包括任何数目的并流接触系统。此外，任何数目的另外的部件可以包括在气体分馏系统400内，这取决于具体实现的细节。此外，气体分馏系统400可以包括任何合适类型的加热器，冷却器，冷凝器，液体泵，气体压缩机，吹风机，旁路管线，其他类型的分离和/或分馏装置，阀，开关，控制器和压力测量装置，温度测量装置，水平测量装置，或者流量测量装置等。
图5是气体分馏系统400的精馏段404的另一排列的示意图。显示了分离系统418和三个洗涤级，其包含第一，第二和第三共线并流接触系统421a，421b，421c。对于所述分离系统和第一到第三共线并流接触系统的每个，图5还显示了泵450a，450b，450c，450d，阀452a，452b，452c，452d，气体吹扫管线454a，454b，454c，454d和喷嘴456a，456b，456c，456d，其是如涉及图2所述的。图5更清楚地显示了所公开的方面是以来自于在先的洗涤级的液体整体逆流流动，并且以在单个洗涤级中并流接触来运行的。
图6A是单级多个并流接触器构造600的侧视图，其可以用作在先公开的气体分馏系统的部分或者全部的精馏段。该单级多个并流接触器构造600通常包含在容器602中，其可以形成整体(单个和/或共用)压力边界，用于在其中发生紧凑接触。容器602可以配置来经受过度的(压力容器等级可以是)大约500psia(大约34bar)压力，例如大约600psia(大约41bar)-大约3000psia(大约207bar)，大约800psia(大约48bar)-大约3000psia(大约207bar)，大约600psia(大约41bar)-大约2000psia(大约138bar)，大约800psia(大约48bar)-大约2000psia(大约138bar)，大约600psia(大约41bar)-大约1000psia(大约70bar)，大约800psia(大约48bar)-大约1000psia(大约70bar)，大约1000psia(大约70bar)-大约3000psia(大约207bar)，大约1000psia(大约70bar)-大约2000psia(大约138bar)，大约2000psia(大约138bar)-大约3000psia(大约207bar)或者其之间的任何范围。横跨容器602长度例如气体料流604和天然气料流606之间的压力差可以是大约200psia(大约14bar)-大约700psia(大约48bar)，大约300psia(大约21bar)-大约600psia(大约41bar)，大约400psia(大约28bar)-大约500psia(大约34bar)，大约200psia(大约14bar)-大约600psia(大约41bar)，大约300psia(大约21bar)-大约600psia(大约41bar)，大约400psia(大约28bar)-大约600psia(大约41bar)，大约500psia(大约34bar)-大约600psia(大约41bar)，大约200psia(大约14bar)-大约500psia(大约34bar)，大约300psia(大约21bar)-大约500psia(大约34bar)，大约200psia(大约14bar)-大约400psia(大约28bar)，大约300psia(大约21bar)-大约400psia(大约28bar)，大约200psia(大约14bar)-大约300psia(大约21bar)或者其之间的任何范围。容器602通常包含单级的基本上平行分离单元束或者包含接触单元608a-608n的紧凑接触器，在本文也称作分离单元。本领域技术人员将理解紧凑接触器束中接触单元608a-608n的数目可以基于期望的设计特性(包括期望的流速，分离单元直径等)来任选地选择，并且可以是1-300或者更多各单元之间的任何数目。使用字母命名(即，‘a’，‘b’，‘n’等)与数字参考标记组合仅仅是为了便于提及，而非限制性的。例如本领域技术人员将理解所示的接触单元608a-608n组在各种实施方案可以包含2，4，5，20或者几百个接触单元。容器602包含入口集管610，其在单级多个并流接触器构造600的入口段614中具有液滴发生器612a-612n。入口段614配置来在共用入口中接收天然气料流604，通过其天然气料流604可以横跨接触单元608a-608n基本上均匀分配。虽然在本文讨论了气体料流604，气体料流606等，但是本领域技术人员将理解通常相同的原则可以应用于任何流体料流，包括涉及液体-液体接触。因此，使用措词“气体料流”，“气体入口”，“气体出口”等被理解为是非限制性的，并且可以任选地在本发明范围内的各种实施方案中用“流体料流”，“流体入口”，“流体出口”等替换。使用措词“气体料流”，“气体入口”，“气体出口”等仅仅是为了方便。接触单元608a-608n可以是合适的尺寸的，其取决于设计需要。例如接触单元608a-608n的单个直径可以大约2英寸(in)(大约5厘米(cm))-大约24in(大约61cm)，大约3in(大约7.6cm)-大约20in(大约50cm)，大约4in(大约10.1cm)-大约18in(大约45cm)，大约6in(大约15.3cm)-大约12in(大约30cm)，大约6in(大约15.3cm)-大约18in(大约45cm)，大约12in(大约30cm)-大约18in(大约45cm)，大约18in(大约45cm)-大约24in(大约61cm)或者其之间的任何范围。入口集管610配置来接收液体料流212和将液体料流212送到液滴发生器612a-612n，在这里液体料流212可以雾化。液滴发生器612a-612n类似于前述的液滴发生器208或者接触装置300。液滴发生器612a-612n可以用于将雾化的液体料流夹带在气体料流604中，并且该雾化的溶剂和天然气的混合料流可以送到质量传递段616，在这里进行吸收。每个接触单元608a-608n具有例如从共用的接受器(boot)620收集和返回的再循环气体供应的再循环气体入口618a-618n。接受器620可以任选地包括在低液体速率应用中来改进液体流速控制。如所述的，接受器620可以具有内部防涡器622或者其他适当的内部件。为了便于观察，未显示用于每个再循环气体入口618a-618n的再循环气体供给管线，但是可以类似于前述的气体吹扫管线232。如本领域技术人员将理解的，再循环气体入口618a-618n是任选的，并且再循环气体可以另外或者供选择地送到下游其他方面。经由液体出口624a-624n离开接触单元608a-608n的液体可以排入共用液体脱气段或者共用的液体收集高压间(plenum)626。高压间626可以提供足够的驻留时间来用于期望的脱气，可以降低伴随着天然气料流604的液体涌动，和可以提供液体密封到每个接触单元608a-608n的接触段628中发生的旋风分离。高压间626所提供的驻留时间可以是5秒-5分钟，这取决于所述方法的运行，或者在各种方面是30秒-1分钟。容器602包含除雾器630例如丝网，叶片组板，挡板或者其他内部装置来降低脱气的气体所携带的液滴，在高压间626中留下液体。除雾器630也可以用作动量消除器来用于离开每个接触单元608a-608n的液体，来使得液体的通风最小化。在离岸设施或者漂浮设施或者其他经历运动的而安装的方面中，除雾器630可以减轻容器602的底部部分中的波动效应。每个接触单元608a-608n在分离段633中具有处理的气体出口632a-632n和液体出口624a-624n。容器602具有通风孔634用于排出脱气的气体例如从高压间626收集的液体脱气的气体，其可以在多个并流接触单元的上游或者下游供给，这取决于方法构成。所处理的气体出口632a-632n连接到出口集管636。容器602还包含水平控制端口638a和638b来用于连接水平控制系统(未示出)和控制离开接受器620的液体640的量。离开接受器620的液体640可以送到分馏系统的精馏段，如前所述。
图6B是在入口集管610处所取的图6A的单级多个并流接触器构造600的横截面端视图。图6B显示了接触单元在容器602中示例性排列，虽然为了简要，仅仅显示了与接触单元相连的液滴发生器612a-612n。其他可接受的排列将是本领域技术人员显而易见的。图6B还显示了除雾器630，高压间626，通风孔634，接受器620，水平控制端口638a和638b和液体料流640的位置。
图6A和6B显示了单级多个并流接触器构造。另外的级也可以包括在多个并流接触器中，如共有的美国专利申请公开No.US2016/0199774，标题为“Separating Impuritiesfrom a Fluid Stream Using Multiple Co-current Contactors”所公开的，其公开内容通过引用以其全部并入本文。另外，图4和5所示的气体分馏系统的任何的共线并流接触系统421a，421b，421c可以用本文所述的单级或者多级的多个并流接触器代替。
图7是根据本发明的方面，用于除去气体料流中的重质烃的方法700。在块702处，将供料气体料流引入供料气体入口。在块704处该供料气体料流的大部分液相接收到汽提段中。在块706处该供料气体料流的大部分气相接收到与第二并流接触系统共线位于管中的第一并流接触系统中。该第一和第二并流接触系统每个包含并流接触器，其包括液滴发生器和质量传递段，和分离系统。在块708处，使用每个液滴发生器，由液体产生液滴，并且分散到气体料流中。在块710处，在每个质量传递段中提供了混合的两相流，其具有气相和液相。在块712处，在每个分离系统中气相与液相分离。第一并流接触系统中的并流接触器的气相包含用于第二并流接触系统中的并流接触器的气体料流。在第二并流接触系统中的并流接触器的液相包含这样的液体，由其在第一并流接触系统的并流接触器中产生液滴。
图8是用于除去气体料流中的重质烃的方法800。在块802处，供料气体料流引入供料气体入口。在块804处，供料气体料流的大部分液相接收到汽提段中。在块806处，供料气体料流的大部分气相接收到与第二并流接触系统共线位于管中的第一并流接触系统中。第一和第二并流接触系统的至少一个包括位于容器中的紧凑接触束，其形成整体压力边界。该紧凑接触束包括多个基本上平行的接触单元。该多个接触单元每个具有液滴发生器和质量传递段，和分离系统。在块808处，所述液体分配到多个接触单元的每个液滴发生器。在块810处，使用每个液滴发生器，由液体产生液滴，并且将该液滴分散到气体料流中。在块812处，在每个质量传递段中，提供混合的两相流，其具有气相和液相。在块814处，在每个分离系统中，将气相与液相分离。该第一并流接触系统的气相包含用于第二并流接触系统的气体料流，和该第二并流接触系统的液相包含这样的液体，由其在第一并流接触系统中产生液滴。
所公开的方面可以以多种方式改变。例如紧凑并流接触系统已经在图中显示为彼此串联，但是对于另外的翻转灵活性来说，一个或多个的所述紧凑并流接触系统可以彼此并联。本文公开的分离系统也可以改变。代替所公开的单个旋风分离器，可以使用共线除雾旋风分离器。如果期望或者需要进一步的液体分离，则另外的共线除雾旋风分离器可以安装在最后的洗涤级之后。其他已知的除雾装置可以代替所述旋风分离器。本文所述的方法，工艺和/或功能可以通过合适编程的计算机系统来实现和/或控制。
此外，可以预期来自于本文所述的各种实例的特征可以组合在一起，包括一些但不必需是给定实例所提供的全部特征。此外，任何具体实例的特征不必需是实现本发明技术进步所需要的。
所公开的方面代替了已知的LNG洗涤塔的大直径的填充的精馏段。所公开的方面的一个优点是所公开的方面可以用于具有洗涤塔方案的许多不同的LNG方法。另一优点是该紧凑并流接触系统可以根据需要或者期望来水平定向，垂直定向或者混合定向，来最佳满足现有的划分或者模块空间的限制。
所公开的方面的其他优点可以通过在空间有限的改造和消除瓶颈机会中降低的资金成本和潜在提高的加工能力来体现。归因于常规LNG洗涤塔的运行压力(～60bar，850psia)和系统低的运行加工温度(-20℃)，所述塔必须由非常昂贵的不锈钢以非常厚的壁来构建。例如，其中常规的填充不锈钢洗涤塔的顶部/精馏段的直径是4.2m，高度是大约12.6m(包括闪蒸区)和壁厚是105mm的洗涤塔可以用所公开的洗涤系统代替，其包括在24英寸(60.96cm)直径的管中。与已知的洗涤塔相比，这可以导致资金支出降低大约75％，更别说在运输，市政和结构支持中另外的节约。
此外，精馏功能可以用于许多应用，例如：需要洗涤塔的新LNG设施；在浮动设施上的LNG生产，因为所公开的方面不易受以下影响：塔运动无效；具有低的液体流速的任何分馏应用(汽提和/或精馏段)；棕地LNG洗涤塔(其中现有的精馏段是塔能力的瓶颈)；和人口居住区域的LNG生产(其中由于视觉污染的原因，高度被最小化)。
虽然本发明可以易受各种改变和供选择的形式的影响，但是上述实例是非限制性的。同样应当理解本发明并非打算限制于本文公开的具体实施方案。实际上，本发明包括落入所附的权利要求书的精神和范围内的全部的替代方案，改变和等价物。

Claims (20)

1.一种用于除去气体料流中的重质烃的分馏系统，其包含：
供料气体入口，通过其引入供料气体料流；
汽提段，其配置来接收供料气体料流的大部分液相；和
共线位于管中的第一和第二并流接触系统，所述第一并流接触系统配置来接收供料气体料流的大部分气相，所述第一和第二接触系统的每个包含：
并流接触器，其包括液滴发生器和质量传递段，所述液滴发生器配置来从液体产生液滴和将液滴分散到气体料流中，和所述质量传递段配置来提供具有气相和液相的混合的两相流；和
分离系统，其配置来将气相与液相分离；
其中第一并流接触系统中的并流接触器的气相包含用于第二并流接触系统中的并流接触器的气体料流，和其中第二并流接触系统中的并流接触器的液相包含这样的液体，由其在第一并流接触系统的并流接触器中产生液滴。
2.权利要求1的分馏系统，其中第一和第二并流接触系统中的至少一个中的并流接触器中的液滴发生器包含：
环形支撑环，其将所述液滴发生器共线固定在管中；
多个轮辐，其从所述环形支撑环延伸，该环形支撑环具有多个液体通道，其配置来允许液体料流流过该多个轮辐和流出位于该多个轮辐上的注入孔；和
进气锥，其由所述多个轮辐支撑，并且配置来允许
第一部分的气体料流流过该进气锥的中空段和流过包括在该多个轮辐中的气体出口狭缝，和
第二部分的气体料流在该进气锥周围和多个轮辐之间流动，
其中所述第二部分的气体料流是与第一部分的气体料流分开的。
3.权利要求2的分馏系统，其中进气锥的下游部分包含钝尾锥。
4.权利要求2的分馏系统，其中进气锥的下游部分包含渐缩尾锥。
5.权利要求1或权利要求2的分馏系统，其进一步包含共线闪蒸分离器，其排列来在所述的大部分气相送过第一并流接触系统之前接收供料气体料流的大部分气相，该共线闪蒸分离器配置来从大部分气相中分离液体。
6.权利要求5的分馏系统，其进一步包含闪蒸回流管线，其连接到所述共线闪蒸分离器和连接到汽提段，该闪蒸回流管线配置来将在共线闪蒸分离器中从大部分气相中分离的液体传送到汽提段。
7.权利要求5的分馏系统，其中共线闪蒸分离器包含旋风分离器。
8.权利要求5的分馏系统，其进一步包含位于共线闪蒸分离器入口处的附聚器。
9.权利要求1-8中任一项的分馏系统，其中第一和第二并流接触系统中的至少一个的分离系统包含旋风分离器。
10.权利要求1-9中任一项的分馏系统，其进一步包含：
串联连接的多个并流接触系统，所述多个并流接触系统包括第一和第二并流接触系统和最后的并流接触系统；和
回流罐，其配置来接收来自于最后的并流接触系统的气相和从所述气相中分离回流液体；
其中最后的并流接触系统包含：
并流接触器，其包括液滴发生器和质量传递段，所述液滴发生器配置来从回流液体产生液滴和将液滴分散到从在先并流接触系统中接收的气体料流中，和所述质量传递段配置来提供具有气相和液相的混合的两相流；和
分离系统，其配置来将气相与液相分离，其中将气相送至回流罐和液相包含这样的液体，由其在在先并流接触系统的并流接触器中产生液滴。
11.权利要求10的分馏系统，其进一步包含位于最后的并流接触系统和回流罐之间的回流冷却器，该回流冷却器配置来在送到回流罐之前，冷却最后的并流接触系统的气相。
12.权利要求1-11中任一项的分馏系统，其中进料气体料流包含天然气料流，和其中重质烃包含丙烷、丁烷、己烷和庚烷中的至少一种。
13.一种除去气体料流中的重质烃的方法，包含：
将供料气体料流引入供料气体入口中；
将该供料气体料流中的大部分液相接收到汽提段中；
将该供料气体料流中的大部分气相接收到第一并流接触系统中，该第一并流接触系统与第二并流接触系统共线位于管中，第一和第二并流接触系统的每个包含并流接触器，该并流接触器包括液滴发生器和质量传递段，和分离系统；
使用每个液滴发生器，由液体产生液滴和将该液滴分散到气体料流中；
在每个质量传递段中，提供具有气相和液相的混合的两相流；和
在每个分离系统中，将气相与液相分离；
其中第一并流接触系统中的并流接触器的气相包含用于第二并流接触系统中的并流接触器的气体料流，和其中第二并流接触系统中的并流接触器的液相包含这样的液体，由其在第一并流接触系统的并流接触器中产生液滴。
14.权利要求13的方法，其中在第一和第二并流接触系统中的至少一个中的并流接触器中的液滴发生器包括环形支撑环，其将液滴发生器共线固定在管内，从该环形支撑环延伸的多个轮辐，和通过多个轮辐支撑的进气锥，该方法进一步包含：
将液体料流流过位于环形支撑料流中的液体通道，流过多个轮辐，和流出位于多个轮辐上的注入孔；和
将第一部分的气体料流流过进气锥的中空段和流过包括在多个轮辐中的气体出口狭缝，和
将第二部分的气体料流在进气锥周围和多个轮辐之间流动，其中所述第二部分的气体料流是与第一部分的气体料流分开的。
15.权利要求13的方法，其进一步包含：
在将大部分气相送过第一并流接触系统之前，在共线闪蒸分离器中接收进料气体料流的大部分气相；和
在共线闪蒸分离器中从大部分气相中分离液体。
16.权利要求15的方法，其进一步包含：
将在共线闪蒸分离器中从大部分气相中分离的液体经由闪蒸回流管线传送到汽提段。
17.权利要求15的方法，其进一步包含：
在通过共线闪蒸分离器接收进料气体料流的大部分气相之前，将进料气体料流的大部分气相送至附聚器中。
18.权利要求13或权利要求14的方法，其进一步包含：
将多个并流接触系统串联排列，多个并流接触系统包括第一和第二并流接触系统和最后的并流接触系统，其具有并流接触器和分离系统，其中最后的并流接触系统的并流接触器具有液滴发生器和质量传递段；
在回流罐中，将最后的并流接触系统的气相与回流液体分离；
在该最后的并流接触系统的并流接触器的液滴发生器中由回流液体产生液滴；
将所述的液滴分散到从在先的并流接触系统中回收的气体料流中；
在最后的并流接触系统的并流接触器的质量传递段中，提供具有气相和液相的混合的两相流；
在最后的并流接触系统的并流接触器的分离系统中，将所述混合的两相流的气相与液相分离；
将该混合的两相流的气相送到回流罐；和
使用该混合的两相流的液相来在在先的并流接触系统的并流接触器中产生液滴。
19.权利要求18的方法，其进一步包含：
在将所述的气相送到回流罐之前，冷却最后的并流接触系统的并流接触器的分离系统所产生的混合的两相流的气相。
20.一种用于除去气体料流中的重质烃的分馏系统，其包含：
供料气体入口，通过其引入供料气体料流，该供料气体包含天然气料流；
汽提段，其配置来接收供料气体料流的大部分液相；
共线位于管中的第一和第二并流接触系统，所述第一并流接触系统配置来接收供料气体料流的大部分气相，所述第一和第二并流接触系统的每个包含：
并流接触器，其包括液滴发生器和质量传递段，所述液滴发生器配置来从液体产生液滴和将液滴分散到气体料流中，和所述质量传递段配置来提供具有气相和液相的混合的两相流；其中液滴发生器包括：
环形支撑环，其将液滴发生器共线固定在管内；
多个轮辐，其从该环形支撑环延伸，该环形支撑环具有多个液体通道，其配置来允许液体料流流过多个轮辐和流出位于该多个轮辐上的注入孔；和
进气锥，其是通过多个轮辐支撑的，并且配置来允许：
第一部分的气体料流流过进气锥的中空段和流过包括在该多个轮辐中的气体出口狭缝，和
第二部分的气体料流在进气锥周围和多个轮辐之间流动，其中所述第二部分的气体料流是与第一部分的气体料流分开的；和
分离系统，其配置来将气相与液相分离；其中第一并流接触系统中的并流接触器的气相包含用于第二并流接触系统中的并流接触器的气体料流，和其中第二并流接触系统中的并流接触器的液相包含这样的液体，由其在第一并流接触系统的并流接触器中产生液滴；
共线闪蒸分离器，其排列来在所述的大部分气相送过第一并流接触系统之前接收供料气体料流的大部分气相，该共线闪蒸分离器配置来从所述大部分气相中分离液体；和
闪蒸回流管线，其连接到共线闪蒸分离器和汽提段上，该闪蒸回流管线配置来将在共线闪蒸分离器中从大部分气相中分离的液体送到汽提段。
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