MX2013000401A - Sistemas criogenicos para remover gases acidos de una corriente de gas de hidrocarburo que usan dispositivos de separacion de co-corriente. - Google Patents

Sistemas criogenicos para remover gases acidos de una corriente de gas de hidrocarburo que usan dispositivos de separacion de co-corriente.

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Abstract

Se provee un sistema para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto. El sistema incluye una columna de destilación criogénica. La columna de destilación criogénica recibe una corriente de gas sulfuroso deshidratada y enfriada, y separa la corriente de gas sulfuroso en una corriente de gas en la parte de arriba comprendida principalmente de metano y una corriente de gas ácido del fondo comprendida principalmente de dióxido de carbono. El sistema también incluye una serie de contactores de co- corriente. Los contactores de co-corriente se pueden colocar en serie para recibir la corriente de gas ácido del fondo y recapturar cualquier gas de metano arrastrado. Alternativamente o además, los contactores de co-corriente se pueden colocar en serie para recibir la corriente de gas de la parte de arriba y endulzarla usando un líquido de reflujo tal como metano. En este caso, el gas endulzado o sulfurado opcionalmente se licua y se suministra para venta comercial, o se usa como gas combustible en el sitio.

Description

SISTEMAS CRIOGÉNICOS PARA REMOVER GASES ÁCIDOS DE UNA CORRIENTE DE GAS DE HIDROCARBURO QUE USAN DISPOSITIVOS DE SEPARACIÓN DE CO-CORRIENTE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona al campo de la separación de fluidos. Más específicamente, la presente invención se relaciona a la separación de dióxido de carbono y otros gases ácidos de una corriente de fluido de hidrocarburo .
ANTECEDENTES Esta sección se propone para introducir varios aspectos de la técnica previa. Este planteamiento se cree que ayuda a proporcionar una estructura para facilitar un mejor entendimiento de aspectos particulares de la presente descripción. Por consiguiente, se debe entender que esta sección se debe leer en este sentido, y no necesariamente como admisiones de la técnica previa.
La producción de hidrocarburos de un depósito lleva frecuentemente con ella la producción incidental de gases no de hidrocarburo. Tales gases incluyen contaminantes tales como dióxido de carbono (C02) y sulfuro de hidrógeno (H2S) . Cuando el C02 y el H2S se producen como parte de una corriente de gas de hidrocarburo (tal como metano (Ci) o etano (C2) ) , la corriente de gas es algunas veces referida como "gas sulfuroso." El gas sulfuroso se trata usualmente para remover C02, H2S, y otros contaminantes antes de que se envié corriente abajo para procesamiento adicional o venta. La remoción de gases ácidos crea una corriente de gas de hidrocarburo "endulzada". La corriente endulzada se puede usar como un combustible ambientalmente aceptable o como un material de alimentación a una instalación de químicos o de gas a líquidos. La corriente de gas endulzada se puede enfriar para formar gas natural licuado, o LNG.
El proceso de separación de gas crea un problema en cuanto a la eliminación de los contaminantes separados. En algunos casos, el gas ácido concentrado (que consiste principalmente de H2S y C02) se envía a una unidad de recuperación de azufre ("SRU"). La SRU convierte el H2S en azufre elemental benigno. Sin embargo, en algunas áreas (tal como la región del Mar Caspio) , la producción de azufre elemental adicional es indeseable debido a que existe un mercado limitado. En consecuencia, millones de toneladas de azufre se han almacenado en bloques arriba de .la tierra, grandes en algunas áreas del mundo, más notablemente Canadá y Kazajistán.
Aunque el azufre se almacena sobre la tierra, el dióxido de carbono asociado con el gas ácido se ventila a menudo a la atmósfera. Sin embargo, la práctica para ventilar el . C02 es algunas veces indeseable. Una propuesta para minimizar las emisiones de CO2 es un proceso llamado inyección de gas ácido ("AGI") . La AGI significa que los gases sulfurosos no deseados se vuelven a inyectar en una formación subterránea bajo presión y se secuestran para uso posterior potencial. Alternativamente, el dióxido de carbono se usa para crear una presión de depósito artificial para operaciones de recuperación de aceite mejoradas.
Para facilitar la AGI, es deseable tener una instalación de procesamiento de gas que separe efectivamente los componentes de gas ácido de los gases de hidrocarburo. Algunos depósitos de gas natural contienen porcentajes relativamente bajos de hidrocarburos (menor que 40%, por ejemplo) y altos porcentajes de gases ácidos, principalmente dióxido de carbono, pero también sulfuro de hidrógeno, sulfuro de carbonilo, disulfuro de carbono y varios mercaptanos. En estos casos, se puede emplear benéficamente el procesamiento de gas criogénico.
El procesamiento de gas criogénico es un proceso de destilación usado algunas veces para separación de gas. Sin embargo, las torres de destilación criogénica convencionales pueden ser voluminosas y/o crean problemas de distribución de peso para buques y plataformas en altamar. Por otra parte, para las corrientes de gas que tienen usualmente altos niveles de CO2 (tal como mayor que aproximadamente 30 por ciento en mol) , puede ser necesario un procesamiento adicional para remover el metano que es arrastrado en la corriente liquida del fondo, o para remover el dióxido de carbono que es arrastrado en la corriente de gas en la parte de arriba.
También existen retos con respecto, a la destilación criogénica de los gases sulfurosos. Por ejemplo, en mayores concentraciones de C02, por ejemplo, mayor que aproximadamente 5 por ciento en mol en una presión total menor que aproximadamente 700 psig, el C02 puede congelarse como un sólido de la torre de destilación criogénica. La formación de C02 como un sólido interrumpe el proceso de destilación criogénico.
Por lo tanto, existe una necesidad por sistemas de destilación criogénicos mejorados, que resuelvan uno o más de los problemas identificados en lo anterior.
BREVE DESCRIPCIÓN Se proporcionan sistemas para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto, que incluye componentes (a) -(e): (a) un recipiente de deshidratación para recibir la corriente de gas en bruto, y separar la corriente de gas en bruto en una corriente de gas en bruto deshidratada y una corriente comprendida sustancialmente de un fluido acuoso, (b) un intercambiador de calor para enfriar la corriente de gas deshidratada, y liberar una corriente de gas sulfuroso enfriada, (c) una torre de destilación criogénica que recibe la corriente de gas sulfuroso enfriada, y separa la corriente de gas sulfuroso enfriada en (i) una corriente de gas de la parte de arriba comprendida principalmente de metano, y (ii) una corriente de gas ácido licuado del fondo comprendida principalmente de dióxido de carbono, (d) un contactor de co-corriente final, y (e) un primer contactor de co-corriente .
En una o más modalidades, el presente sistema usa una sección de destilación inferior que se reduce sustancialmente en tamaño comparada co los sistemas convencionales. En algunas modalidades, la sección de destilación inferior se remueve completamente. En una o más modalidades, el sistema está configurado para que el gas de metano arrastrado en la corriente liquida del fondo, fría se capture usando una serie de dispositivos de separación de co-corriente, pequeños, y se redirija de regreso en la sección de congelación controlada. En una o más modalidades, el sistema se configura para que el dióxido de carbono arrastrado en la corriente de gas de metano en la parte de arriba se capture usando una serie de dispositivos de separación de co-corriente, pequeños, y se redirija de nuevo en la sección de congelación controlada.
También se proporcionan métodos para usar el sistema para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS De modo que la manera en la cual las presentes invenciones se pueden entender mejor, ciertas ilustraciones, diagramas y/o diagramas de flujo se adjuntan a la misma. Se va a observar, sin embargo, que los dibujos ilustran solamente modalidades seleccionadas de las invenciones y por lo tanto no se van a considerar limitantes del alcance, para las invenciones que puedan admitir otras modalidades y aplicaciones igualmente efectivas.
La Figura 1 es una vista lateral de una torre de destilación criogénica ilustrativa, en una modalidad. Una corriente de gas en bruto enfriada está siendo inyectada en la zona de congelación controlada intermedia de la torre.
La Figura 2 es un diagrama esquemático que muestra una instalación de procesamiento de gas para remover gases ácidos de una corriente de gas de acuerdo con la presente invención, en una modalidad. La instalación de procesamiento de gas emplea una serie de contactores de co-corriente para recapturar el metano de la corriente de gas ácido del fondo.
La Figura 3 proporciona un diagrama esquemático que muestra una instalación de procesamiento de gas para remover gases ácidos de una corriente de gas de acuerdo con la presente invención, en una modalidad alterna. La instalación de procesamiento de gas emplea una serie de contactores de co-corriente para endulzar adicionalmente el metano de la corriente de gas en la parte de arriba.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE CIERTAS MODALIDADES Definiciones Como se usa en la presente, el término "hidrocarburo" se refiere a un compuesto orgánico que incluye principalmente, sino exclusivamente los elementos de hidrógeno y carbono. Los hidrocarburos se encuentran generalmente en dos clases: hidrocarburos alifáticos, o de cadena recta, e hidrocarburos cíclicos, de anillo cerrado, incluyendo terpenos cíclicos. Los ejemplos de materiales que contienen hidrocarburo incluyen cualquier forma de gas natural, aceite, carbón mineral, y bitumen que se pueden usar como un combustible o mejorar en un combustible.
Como se usa en la presente, el término "fluidos de hidrocarburo" se refiere a un hidrocarburo o mezclas de hidrocarburos que son gases o líquidos. Por ejemplo, los fluidos de hidrocarburos pueden incluir un hidrocarburo o mezclas de hidrocarburos que son gases o líquidos en condiciones de formación, en condiciones de procesamiento o en condiciones ambientales (15°C y 1 atm de presión). Los fluidos de hidrocarburo pueden incluir, por ejemplo, aceite, gas natural, metano de lecho de carbón mineral, aceite de esquisto, aceite de pirólisis, gas de pirólisis, un producto de pirólisis de carbón mineral y otros hidrocarburos que están en un estado gaseoso o líquido.
El término "dispositivo de transferencia de masas" se refiere a cualquier objeto que reciba fluidos para ser contactados, y pasa esos fluidos a otros objetos, tal como flujo gravitacional pasante. Un ejemplo no limitante es una bandeja para remover ciertos componentes. Un empaquetado de rejilla es otro ejemplo.
Como se usa en la presente, el término "fluido" se refiere a gases, líquidos, y combinaciones de gases y líquidos, así como también a combinaciones de gases y sólidos, y combinaciones de líquidos y sólidos.
Como se usa en la presente, el término "hidrocarburos condensables" significa a aquellos hidrocarburos que se condensan a aproximadamente 15°C y una atmósfera de presión absoluta. Los hidrocarburos condensables pueden incluir, por ejemplo, una mezcla de hidrocarburos que tienen números de carbono mayor que 4.
Como se usa en la presente, el término "hidrocarburos pesados" se refiere a hidrocarburos que tiene más de un átomo de carbono. Ejemplos principales incluyen etano, propano y butano. Otros ejemplos incluyen pentano, aromáticos, o diamantoides .
Como se usa en la presente, el término "sistema de ref igeración de circuito cerrado" significa cualquier sistema de refrigeración en donde un fluido de trabajo externo tal como propano o etileno se usa como un refrigerante para enfriar una corriente de metal no en la parte de arriba. Esto es en contraste con un "sistema de refrigeración de circuito abierto" en donde una porción de la corriente de metano en la parte de arriba sola se usa como el fluido de trabajo.
Como se usa en la presente, el término "dispositivo de contacto de co-corriente" o "contactor de co-corriente" significa un recipiente que recibe (i) una corriente de gas y (ii) una corriente separada de solvente o gas licuado de tal manera que la corriente de gas y la corriente de solvente (o gas licuado, según sea el caso) hacen contacto entre si mientras que fluyen generalmente las mismas direcciones dentro del dispositivo de contacto. Ejemplos no limitantes incluyen un eductor y un coalescedor, o una mezcladora estática más deslicuador.
"Gas no absorbente" significa un gas que no se absorbe significativamente por un solvente o gas licuado durante un proceso de endulzamiento de gas.
Como se usa en la presente, el término "gas natural" se refiere a un gas multicomponente obtenido de un pozo de aceite crudo (gas asociado) o de una formación que lleva gas subterráneo (gas no asociado) . La composición y precipitación del gas natural puede varia significativamente. Una corriente de gas natural típica contiene metano (Cx) como un componente significativo. La corriente de gas natural "también puede contener etano (C2) , hidrocarburos de peso molecular más alto, y uno o más gases ácidos. El gas natural también puede contener cantidades menores de contaminantes tales como agua, nitrógeno, cera y aceite crudo.
Como se usa en la presente, un "gas ácido" significa cualquier gas que se disuelva en agua produciendo una solución ácida. Ejemplos no limitantes de gases ácidos incluyen sulfuro de hidrógeno (H2S) , y dióxido de carbono (C02) . Los compuestos sulfurosos incluyen disulfuro de carbono (CS2) , sulfuro de carbonilo (COS) , mercaptanos, o mezclas de los mismos.
El término "solvente liquido" significa un fluido en fase sustancialmente liquida que absorbe preferentemente gases ácido, removiendo o "depurando" en consecuencia por lo menos una porción de los componentes de gas ácido de una corriente de gas . La corriente de gas puede ser una corriente de gas de hidrocarburo u otra corriente de gas, tal como una corriente de gas que tiene nitrógeno.
"Corriente de gas endulzada" se refiere a una corriente liquida en una fase sustancialmente gaseosa que le ha removido por lo menos una porción de los componentes de gas ácido.
Como se usa en la presente, los términos "pobre" y "rico", con respecto a la remoción del liquido absorbente de un componente de gas seleccionado de una corriente de gas, son relativos, implican meramente, respectivamente, un grado menor o mayor de contenido del componente de gas seleccionado. Los términos respectivos "pobre" y "rico" no indican necesariamente o requieren, respectivamente, cualquiera que un liquido absorbente está desprovisto totalmente del componente gaseoso seleccionado, o que sea incapaz de absorber más del componente de gas seleccionado.
El término "corriente de gas en bruto" se refiere a una corriente de fluido de hidrocarburo en donde los fluidos están principalmente en una fase gaseosa, y que no se ha sometido a etapas para remover el dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno u otros componentes ácidos.
El término "corriente de gas sulfuroso" se refiere a una corriente de fluido de hidrocarburo en donde los fluidos están principalmente en una fase gaseosa, y contienen por lo menos 3 por ciento en mol de dióxido de carbono y/o más de 4 ppm de sulfuro de hidrógeno.
Como se usa en la presente, el término "subsuperficie" se refiere al estrato geológico que se presenta debajo de la superficie de la tierra.
Sistemas para Remover Gases Ácidos Se proporcionan sistemas para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto. En una modalidad, el sistema primero incluye un recipiente de deshidratación . El recipiente de deshidratación puede ser un recipiente que usa glicol u otro químico para remover agua o salmuera de una corriente de fluido de hidrocarburo. El recipiente de deshidratación recibe la corriente de gas en bruto, y separa la corriente de gas en bruto en una corriente de gas en bruto deshidratada y una corriente comprendida sustancialmente de un fluido acuoso.
El sistema también incluye un intercambiadpr de calor. El intercambiador de calor recibe la corriente de gas en bruto deshidratada y la enfria a través del intercambio de calor con un fluido de trabajo- más frío u otro mecanismo. El enfriamiento puede incluir, por ejemplo, uso de una válvula de expansión. El intercambiador de calor libera una corriente de gas sulfuroso enfriada.
El sistema también incluye una torre de destilación criogénica. La torre de destilación criogénica es preferiblemente una torre CFZMR, como se plantea posteriormente. La torre de destilación criogénica recibe la corriente de gas sulfuroso enfriad, y separa la corriente de gas sulfuroso enfriada en (i) una corriente de gas en la parte de arriba comprendida principalmente de metano, y (ii) una corriente de gas ácido licuado del fondo comprendida principalmente de dióxido de carbono.
El sistema incluye además un contactor de co-corriente final. El contactor de co-corriente final se configura para recibir la corriente de gas ácido licuado del fondo, o liquido de una bandeja de fusión opcional. Por lo tanto, se puede referir como un contactor de co-corriente inferior final. El contactor de co-corriente final también recibe una corriente de gas parcialmente enriquecida con metano de un contactor de co-corriente previa.
El contactor de co-corriente final proporciona mezclado rápido de la corriente de gas ácido licuado del fondo y la corriente de gas pardamente enriquecida con metano. Desde este punto, el contactor de co-corriente final libera una corriente de gas enriquecida co metano final de regreso en la torre de destilación criogénica. El contactor de co-corriente final también libera un primer liquido de gas ácido parcialmente removido.
El sistema también incluye un primer contactor de co-corriente. El primer contactor de co-corriente se configura para recibir un gas de remoción, por ejemplo de un rehervidor. En un aspecto, el gas de remoción es dióxido de carbono. El primer contactor de co-corriente está en serie con el contactor de co-corriente inferior final. Por lo tanto, el primer contactor de co-corriente se puede referir como un primer contactor de co-corriente inferior. El primer contactor de co-corriente inferior también recibe un segundo liquido de gas ácido parcialmente removido de un segundo contactor de co-corriente. En un aspecto, el segundo liquido de gas ácido parcialmente removido comprende aproximadamente 98 por ciento en mol o más de dióxido de carbono.
El primer ' contactor de co-corriente proporciona mezclado rápido del gas de remoción y el liquido de gas ácido removido final. Desde este punto, el primer contactor de co-corriente libera un liquido de gas ácido removido final. El primer contactor de co-corriente también libera una primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano al segundo contactor de co-corriente.
Preferiblemente, una porción sustancial del liquido de gas ácido removido final se inyecta en una formación subsuperficial a través de uno o más pozos de inyección de gas ácido. Sin embargo, una porción del liquido de gas ácido removido final se puede desviar y reusar como el gas de remoción a través de la introducción al re-hervidor.
El sistema puede tener solamente los dos contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido licuada del fondo. En este caso, el contactor de co-corriente final es el segundo contactor de co-corriente, mientras que el contactor de co-corriente previo es el primer contactor de co-corriente. Además, la primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano liberada por el primer contactor de co-corriente es la corriente de gas parcialmente enriquecida con metano recibida por el contactor de co-corriente. Además, el primer liquido de gas ácido parcialmente removido recibido por el contactor de co-corriente final es el segundo liquido de gas ácido parcialmente removido recibido por el primer contactor de co-corriente .
Alternativamente, el sistema puede tener tres co-contactores para procesar la corriente de gas ácido licuada del fondo. En este caso, el contactor de co-corriente previo es un segundo contactor de co-corriente. El segundo contactor de co-corriente luego se configura para recibir la primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano del primer contactor de co-corriente, y el primer liquido de gas ácido parcialmente removido del contactor de co-corriente final. Además, el segundo contactor de co-corriente libera una segunda corriente de gas parcialmente enriquecida con metano al contactor de corriente final y un segundo líquido de gas ácido parcialmente removido al primer contactor de co-corriente.
Alternativamente, el sistema puede tener más de tres contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido del fondo. El contactor de co-corriente final, cualquiera de los contactores de co-corriente intermedios, el segundo contactor de co-corriente y el primer contactor de co-corriente se arreglan para suministrar líquidos de gas ácido removido respectivos como progresivamente líquidos de gas ácido más ricos de CO2 en serie. Al mismo tiempo, el primer contactor de co-corriente, el segundo contactor de co-corriente, cualquiera de los co-contactores intermedios, y el contactor de co-corriente finales arreglan para suministrar las corrientes de gas enriquecidas con metano respectivas como corrientes de gas progresivamente enriquecidas con metano en serie.
En cualquiera de estos sistemas, la torre de destilación criogénica puede tener una bandeja de fusión abajo de la zona de congelación. La bandeja de fusión recibe una suspensión fria de componentes de gas ácido, y luego suministra la suspensión al dispositivo de contacto de co-corriente inferior final como la corriente de gas ácido licuada de fondo.
Un sistema alternativo para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto se proporciona en la presente. Nuevamente, el sistema incluye un recipiente de deshidratación para recibir la corriente de gas en bruto, y separar la corriente de gas en bruto en una corriente de gas en bruto deshidratada y una corriente comprendida sustancialmente de un fluido acuoso. Además, el sistema nuevamente incluye un intercambiador de calor para enfriar la corriente de gas en bruto deshidratada, y liberar una corriente de gas sulfuroso enfriada.
El sistema también incluye una torre de destilación criogénica. La torre de destilación criogénica es preferiblemente una torre CFZMR, tal como la columna planteada posteriormente. La torre de destilación criogénica recibe la '7 corriente de gas sulfuroso enfriada, y separa la corriente de gas sulfuroso más fría en (i) una corriente de gas en la parte de arriba comprendida principalmente de metano, y (ii) una corriente de gas ácido licuada del fondo comprendida principalmente de dióxido de carbono.
El sistema incluye además un primer contactor de co-corriente . El primer contactor de co-corriente se configura para recibir la corriente de gas en la parte de arriba. Por lo tanto, se puede referir como un primer contactor de co-corriente superior. El primer contactor de co-corriente también recibe un segundo liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 de un segundo contactor de co-corriente .
El primer contactor de co-corriente proporciona mezclado rápido de la corriente de gas en la parte de arriba del segundo liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02- Desde este punto, el primer contactor de co-corriente libera una primera corriente de gas de metano parcialmente endulzada al segundo contactor de co-corriente. El primer contactor de co-corriente también libera un liquido de reflujo enriquecido con C02 final de regreso a la torre de destilación criogénica.
El sistema también incluye un contactor de co-corriente final. El contactor de co-corriente final se configura para recibir un gas parcialmente endulzado. En un aspecto, el gas parcialmente endulzado es metano. El .contactor de co-corriente está en serie con el primer contactor de co-corriente superior. Por lo tanto, el contactor de co-corriente final se puede referir como un contactor de co-corriente superior final. El contactor de co-corriente superior final también recibe un liquido de reflujo. El liquido de reflujo es preferiblemente metano.
El contactor de co-corriente proporciona mezclado rápido del liquido de reflujo y el gas de metano parcialmente endulzado final. Desde este, el contactor de co-corriente libera un primer liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 al penúltimo contactor de co-corriente. El contactor de co-corriente final también libera una corriente de gas de metano endulzada final. En un aspecto, la corriente de gas de metano endulzada final comprende aproximadamente 99 en mol o más de metano.
Preferiblemente, una porción sustancial de la corriente de gas de metano endulzada final se envía para licuefacción y venta. Sin embargo, una porción de la corriente de gas de metano endulzada final se puede desviar y usar para generar el líquido de reflujo.
El sistema puede tener solamente los dos contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas en la parte de arriba. En este caso, el contactor de co-corriente final es el segundo contactor de co-corriente, mientras que penúltimo contactor de co-corriente es el primer contactor de co-corriente. Además, la primera corriente de gas de metano parcialmente endulzada liberada por el primer contactor de co-corriente es en la penúltima corriente de gas de metano parcialmente endulzada recibida por el contactor de co-corriente final. Además, el segundo liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 recibido por el primer contactor de co-corriente es el primer liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 liberado por el contactor de co-corriente.
Alternativamente, el sistema puede tener tres co-contactores para procesar la corriente de gas en la parte de arriba. En este caso, el penúltimo contactor de co-corriente es un segundo contactor de co-corriente. El segundo contactor de co-corriente luego se configura para recibir la primera corriente de gas de metano parcialmente endulzada del primer contactor de co-corriente, y el primer liquido de reflujo' parcialmente enriquecido con C02 del contactor de co-corriente final. Además, el segundo contactor de co-corriente libera una segunda corriente de gas de metano parcialmente endulzada al contactor de co-corriente final, y liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 al primer contacto de co-corriente.
Alternativamente, el sistema puede tener más de tres contactores de co-corrientes para procesar la corriente de gas en la parte de arriba. El contactor de co-corriente final, cualquier contactor de co-corriente intermedios, el segundo contactor de co-corriente y el primer contactor corriente se arreglan para suministrar liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 respectivo como líquidos de reflujo progresivamente enriquecidos con CO2 en serie. Al mismo tiempo, el primer contactor de co-corriente, el segundo contactor de co-corriente, cualquiera de los co-contactores intermedios, y el contactor de co-corriente final se arreglan para suministrar en las corrientes de gas endulzadas respectivas como corrientes de gas progresivamente endulzadas en serle.
En estos sistemas, la torre de destilación criogénica también tiene una zona de destilación superior. La zona de destilación superior está arriba de la zona de congelación, y recibe vapor de la zona de congelación. La zona de destilación superior luego libera la corriente de gas en la parte de arriba del primera dispositivo de contacto de co-corriente superior.
En una o más modalidades, se proporciona un sistema para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto que emplea dos conjuntos de contactores de co-corrientes . Un conjunto se coloca en serie para recibir la corriente de gas ácido del fondo y concentrarla usando un gas de remoción tal como dióxido de carbono. El otro conjunto se coloca en serie para recibir la corriente de gas en la parte de arriba, y se endulza usando un liquido de reflujo tal como metano. En el primer caso, el gas de remoción se dirige de regreso en la columna de destilación criogénica para el procesamiento adicional. En el último caso, el gas endulzado se licúa y se suministra opcionalmente para venta comercial, o se usa como gas combustible en el sitio.
Separación Criogénica Típicamente, la separación de gas criogénica genera una corriente de gas en la parte de arriba enfriada a presiones moderadas (por ejemplo, 350-500 libras por pulgada cuadrada manométrica (psig) ) . Además, el gas ácido licuado se genera como un producto "del fondo". Puesto que el gas ácido licuado tiene una densidad relativamente alta, la cabeza hidrostática se puede usar beneficiosamente en un pozo AGI para ayudar en el proceso de inyección. Esto significa que la energía requerida para bombear el gas ácido licuado en la formación es menor que la energía requerida para comprimir gases ácidos de presión baja para la presión de depósito. Se requieren pocas etapas de compresores y bombas.
Existen retos con respecto a la destilación criogénica de gases sulfurosos. Cuando está presente el C02 en concentraciones mayores de aproximadamente 5 por ciento en mol en presión total menor aproximadamente 700 psig en el gas que procesa, se congelará como un sólido en una unidad de destilación criogénica estándar. La formación de C02 como un sólido interrumpe el proceso de destilación criogénica. Para evitar este problema, el cesionario ha diseñado previamente varios procesos "Controlled Freeze ZoneMR" (CFZMR) . El proceso ZLCMR toma ventaja de propensión de dióxido de carbono de formar partículas sólidas al permitir que las partículas de C02 congeladas se formen dentro de una porción abierta de la torre de destilación, y luego la captura de las partículas en una bandeja de fusión. Como resultado, una corriente de metano limpia (junto con cualquier nitrógeno o helio presente en el gas en bruto) se genera en la parte superior de la torre, mientras que una corriente de CO2/H2S líquida fría se genera en el fondo de la torre.
Ciertos aspectos del proceso ZLCMR y equipo asociado se describen en la Patente Norteamericana No. 4,533,372; Patente Norteamericana No. 4,923,493; Patente Norteamericana No. 5,062,270; Patente Norteamericana No. 5,120,338 y la Patente Norteamericana No. 6,053,007, que se incorporan cada una en la presente a manera de referencia en su totalidad.
Como se describe generalmente en las Patentes Norteamericanas anteriores, la torre de destilación, o columna, usada para procesamiento de gas criogénico incluye una zona de destilación inferior y una zona de congelación controlada intermedia. Preferiblemente, también se incluye una zona de destilación superior. La columna opera para crear partículas de CO2 sólidas al proporcionar una porción de la columna que tiene un intervalo de temperatura abajo del punto de congelación del dióxido de carbono, pero arriba de la temperatura de ebullición del metano en esa presión. Más preferiblemente, la zona de congelación controlada se opera en una temperatura y presión que permite que el metano y otros gases de hidrocarburo ligeros se vaporicen, mientras que provoca que el C02 forme partículas congelada (sólida) .
Conforme la corriente de alimentación de gas se mueve arriba de la columna, las partículas de C02 congeladas se separan de la corriente de alimentación en bruto, deshidratada y descienden gravitacionalmente desde la zona de congelación controlada sobre bandeja de fusión. En este punto, las partículas se licúan. Una corriente líquida rica en dióxido de carbono luego fluye desde la bandeja de fusión hacia abajo hasta la zona de destilación inferior en el fondo de la columna. La zona de destilación inferior se mantiene a una temperatura y presión a la cual no se forman sustancialmente sólidos de dióxido de carbono, si no que el metano disuelto hierve. En un aspecto, una corriente de ácido del fondo se crea de -1.11° a 4.44°C (30° a 40°F) .
En una modalidad, algo o todo de las partículas de CO2 congeladas se puede recolectar en una bandeja en el fondo de la zona de congelación. Las partículas luego se transportan de la torre de destilación para procesamiento adicional .
La zona de congelación controlada incluye un rocío de líqúido frío. Esto es una corriente líquida enriquecida con metano conocida como "reflujo". Conforme la corriente de vapor de los gases de hidrocarburo ligeros y los gases sulfurosos arrastrados se mueve hacia arriba a través de la columna, la corriente de vapor encuentra el rocío de líquido. El rocío de líquido frío ayuda en el rompimiento de las partículas de C02 mientras que permite que el gas de metano se evapore y fluya hacia arriba en la columna.
En la zona de destilación superior (algunas veces referida como una zona de rectificación) , el metano se captura en la parte de arriba y se envía tubería para venta o se hace disponible para combustible. En un aspecto, la corriente de metano en la parte de arriba se libera a aproximadamente -90°C (-130°F) . El gas en la parte de arriba se puede licuar parcialmente por enfriamiento adicional, y una parte del líquido regresado a la columna como el -reflujo. El reflujo líquido se inyecta como el rocío frió en la sección de rocío de la zona de congelación controlada, usualmente después de que fluya a través de las bandejas o empaquetado de la sección de rectificación de la columna.
Modalidades Especificas La Figura 1 presenta una vista esquemática de una torre de destilación criogénica 100 en conexión con la separación de dióxido de carbono de una corriente de gas natural en bruto. La torre de destilación criogénica 100 se puede referir intercambiablemente en la presente como una "columna", una "columna CFZ" o soló una "torre".
La torre de destilación criogénica 100 de la Figura 1 recibe una corriente de fluido inicial 10. La corriente de fluido 10 está comprendida principalmente de gases de producción. Típicamente, la corriente de fluido representa una corriente de gas seco de una boca de pozo o recolección de bocas de pozo (no mostradas), y contiene aproximadamente 65% a aproximadamente 95% de metano. Sin embargo, la corriente de fluido 10 puede contener un porcentaje menor de metano, tal como aproximadamente 30% a 65%, o aun tan bajo como 20% a 40%.
El metano puede estar presente junto con elementos trazas de otros gases de hidrocarburo tal como etano. Además, las cantidades trazas de helio y nitrógeno pueden estar presente. En la presente solicitud, la corriente de fluido 10 también se incluirá ciertos contaminantes. Estos incluyen gases ácidos tales como CO2 y H2S.
La corriente de fluido inicial 10 puede estar en una presión de post-producción de aproximadamente 600 libras por pulgada cuadrada (psi) . En algunos casos, la presión de la corriente de fluido inicial 10 puede estar hasta aproximadamente en 750 psi o aun 1000 psi.
La corriente de fluido 10 se enfria típicamente antes de entrar en la torre de destilación 100. Un intercambiador de calor 150, tal como un intercambiador de carcasa y tubo, se proporciona para la corriente de fluido inicial 10. Una unidad de refrigeración (no mostrada) proporciona fluido de enfriamiento (tal como propano líquido) al intercambiador de calor 150 para llevar la temperatura de la corriente de fluido inicial 10 debajo de aproximadamente -34.44° a -40°C (-30° a -40°F) . La corriente de fluido enfriada luego se puede mover a través de un dispositivo de expansión 152. El dispositivo de expansión 152 puede ser, por ejemplo, una válvula Joule-Thompson ("J-T") .
El dispositivo de expansión 152 sirve como un extensor para obtener enfriamiento adicional de la corriente de fluido 10. Preferiblemente, la licuefacción parcial de la corriente de fluido 10 se logra a través de la expansión. Se prefiere una válvula Joule-Thompson (o "J-T") para las corrientes de alimentación de gas que son propensos a formar sólidos. El dispositivo de expansión 152 se montado preferiblemente cerca de la torre de destilación criogénica 100 para minimizar la pérdida de calor en la tubería de alimentación y de minimizar la probabilidad de taponamiento con sólidos en caso de que algunos componentes (tales como CO2 o benceno) desciendan debajo de sus puntos de congelación.
Como una alternativa a una válvula J-T, el dispositivo expansor 152 puede ser un turbo expansor. Un turbo expansor proporciona mayor enfriamiento y crea una fuente de trabajo de árbol para procesos similares a una unidad de refrigeración. El intercambiador de calor 150 es parte de una unidad de refrigeración. De esta manera, el operador puede minimizar los requisitos de energía totales para el proceso de destilación. Sin embargo, la turbo expansor puede no manejar partículas congeladas, así como también la válvula J-T.
En cualquier caso, el intercambiador de calor 150 y dispositivo expansor 152 convierte el gas en bruto en la corriente de fluido inicial 10 en una corriente de fluido enfriada 12. Preferiblemente, la temperatura de la corriente de fluido enfriada 12 es de aproximadamente -40° a -56.67°C (-40° a -70°F) . En un aspecto, la torre destilación criogénica 100 es operada en una presión de aproximadamente 550 psi, y la corriente de fluido enfriada 12 está aproximadamente -52.22°C (-62°F) . En estas condiciones, la corriente de fluido enfriada 12 está en una fase sustancialmente líquida, aunque algo de la fase de vapor se puede arrastrar inevitablemente en la corriente de fluido enfriada 12. Más probablemente, no ha surgido la formación de sólidos desde la presencia del C02.
La torre de destilación criogénica CFZMR 100 se divide en tres secciones primarias. Estas son una zona de destilación inferior, o "sección de remoción"" 106, una zona de congelación controlada intermedia, o "sección de roció" 108, y una zona de destilación superior, o "sección de rectificación" 110. En el arreglo de la torre de la Figura 1, la corriente de fluido enfriada 12 se introduce en la torre de destilación 100 en la zona de congelación controlada 108. Sin embargo, la corriente de fluido enfriada 12 se puede introducir alternativamente cerca de la parte superior de la zona de destilación inferior 106.
Se observa en el arreglo de la Figura 1 que la zona de destilación inferior 106, la sección de rocío intermedia 108, la zona de destilación superior 110, y los componentes relacionados se alojan dentro de un solo recipiente 100. Sin embargo, para las aplicaciones en alta mar en las cuales la altura de la torre 100 y el movimiento pueden necesitar ser considero, o para ubicaciones remotas en las cuales las limitaciones de transportación son un problema, la torre 110 se puede dividir opcionalmente en dos recipientes de presión separado (no mostrados). Por ejemplo, la zona de destilación inferior 106 y la zona de congelación controlada 108 se pueden localizar en un recipiente, mientras que la zona de destilación superior 108 está en otro recipiente. Después usaría tubería externa para interconectar los dos recipientes.
En cualquier modalidad, la temperatura de la zona de destilación inferior 106 es mayor que la temperatura de alimentación de la corriente de fluido enfriada 12. La temperatura de la zona de destilación inferior 106 se diseña para estar muy por arriba del punto de ebullición del metano en la corriente de fluido enfriada 12 en la presión de la operación de la columna 100. De esta manera, el metano se remueve preferentemente del hidrocarburo más pesado y los componentes de gas ácido líquidos. Por supuesto, aquellas personas de experiencia ordinaria en la técnica entenderán que el líquido dentro de la torre de destilación 100 es una mezcla, significa que el líquido "hervirá" en alguna temperatura intermedia entre el metano puro y el C02 puro. Además, en caso de que existan hHidrocarburos más pesados presentes en la mezcla (tal como etano o propano) , esto incrementará la temperatura de ebullición de la mezcla. Estos factores son consideraciones de diseño para las temperaturas de operación dentro de la torre de destilación criogénica 100.
En la zona de destilación inferior 106, el C02 y cualquier otro fluido de fase líquida cae gravitacionalmente hacia el fondo de la torre de destilación criogénica 100. En algún tiempo, el metano y otros fluidos de fase de vapor se descomponen y suben hacia arriba hacia la parte superior de la torre 100. Esta separación se logra principalmente a través de la diferencial de densidad de entre las fases gas y liquido. Sin embargo, el proceso de separación se auxilia opcionalmente por los componentes internos dentro de la torre de destilación 100. Como se describe posteriormente, éstos incluyen una bandeja de fusión 130, una pluralidad de dispositivos de transferencia de masa ventajosamente Configurado 126, y una linea calentadora opcional 25. Un rehervidor lateral (observado en 173) se puede adicionar del mismo modo a la zona de destilación inferior 106 para facilitar la remoción de metano.
Con referencia nuevamente a la Figura 1, la corriente de fluido enfriada 12 se puede introducir en la columna 100 cerca de la parte superior de la zona de destilación inferior 106. Alternativamente, puede ser deseable introducir la corriente de alimentación 12 en la zona de congelación controlada 108 arriba de la bandeja de fusión 130. El punto de inyección de la corriente de fluido enfriada 12 es un problema de diseño indicado principalmente por la composición de la corriente de fluido inicial 10.
Donde la temperatura de la corriente de fluido enfriada 12 es suficientemente alta (tal como mayor que -56.67°C (-70°F) ) tal que los sólidos no se espera, puede ser preferible ' inyectar la corriente de fluido enfriada 12 directamente en la zona de destilación inferior 106 a través de un dispositivo de tipo de caja de vaporación instantánea de dos fases (o distribuidor de vapor) 124 en la columna 100. El uso de una caja de vapor instantánea 124 sirve para por lo menos separar parcialmente la mezcla de vapor-liquido de dos fases en la corriente de fluido enfriada 12. La caja de vaporación instantánea 124 se puede ranurar tal que el fluido de dos fases impacta contra los deflectores en la caja de vaporación instantánea 124.
Si los sólidos se anticipan debido a una baja temperatura de entrada, la corriente de fluido enfriada 12 puede necesitar ser separada parcialmente en un recipiente 173 antes de alimentarse a la columna 100 como se describe en lo anterior. En este caso, la corriente de alimentación enfriada 12 se puede separar en un separador de dos fases 173 para minimizar la posibilidad de que los sólidos taponen la linea de entrada y los componentes internos de la columna 100. El vapor de gas sale del separador de fases 173 a través de una linea de entrada del recipiente 11, donde entra a la sección de rocío 108 a través de un distribuidor de entrada 121. El gas entonces viaja hacia arriba a través de la columna 100. Al mismo tiempo, una suspensión de líquido/sólido 13 se descarga del separador de fases 173. La suspensión de líquido/sólido se dirige una columna 100 a través del distribuidor de vapor 124 y a la bandeja de fusión 130. La suspensión de líquido/sólido 13 se puede alimentar a la zona de destilación inferior 106 por gravedad o por una bomba 175.
En cualquier arreglo, es decir, con o sin el separador de dos fases 173, la corriente de fluido enfriado 12 (u 11) entra a la columna 100. El componente liquido viaja hacia abajo a una recolección de bandejas de remoción 126 dentro de la zona de destilación inferior 106. Las bandejas de remoción 126 incluyen típicamente una serie de vertederos 128 y tubos de bajada 129. Las bandejas de remoción 126, en combinación con la temperatura más caliente en la zona de destilación inferior 106, provocan que el metano se separe de la solución. El vapor resultante lleva el metano y cualquiera de las moléculas de dióxido de carbono arrastradas que han hervido hacia arriba a través de la columna 100.
En el arreglo de la Figura 1, el vapor procede hacia arriba a través de los tubos de subida o chimeneas de la bandeja de fusión 130 y en la zona de congelación 108. Las chimeneas 131 actúan como un distribuidor de vapor para la distribución uniforme a través de la zona de congelación 108. El vapor luego hará contacto con el líquido frío de los cabezales de rocío 120 para "congelar" el C02. Establecido de otra forma, el C02 se congelará y luego se precipitará o "nevará" de regreso sobre la bandeja de fusión 130. El C02 sólido luego se funde y fluye gravitacionalmente en forma líquido hacia debajo de la bandeja de fusión 130 y a través de la zona de destilación inferior 106 haya debajo.
Como se planteará más completamente posteriormente la sección de rocío 108 es una zona de congelación intermedia de la torre de destilación criogénica 100. Con la configuración alterna en la cual la corriente de fluido enfriada 12 se prepara en el recipiente 173 antes de entrar en la torre 100, una porción pequeña de la suspensión de líquido/sólido 13 se introduce inevitablemente en la torre 100 inmediatamente arriaba de la bandeja de fusión 130. De esta manera, una mezcla de líquido-sólido de gas ácido y componentes de hidrocarburo más pesados fluirá desde el distribuidor 121, con los sólidos y líquidos que caen sobre la bandeja de fusión 130.
La bandeja de fusión 130 se configura para recibir gravitacionalmente los materiales líquidos y sólidos, principalmente C02 y H2S, de la zona de congelación controlada intermedia 108. La bandeja de fusión 130 sirve para calentar en los materiales líquidos y sólidos y dirigirlos hacia abajo a través de la zona de destilación inferior 106 en la forma líquida para purificación adicional. La bandeja de fusión 130 recolecta y calienta la mezcla sólida-líquida de la zona de congelación controlada 108 en una acumulación de líquido. La bandeja de fusión 130 se diseña para liberar el flujo de vapor de regreso a la zona de congelación controlada 108, para proporcionar una transferencia de calor adecuada para fundir el CO2 sólido, y para facilitar el drenaje de líquido/suspensión a la zona de destilación inferior 106 de la columna 100 abajo de la bandeja de fusión 130.
Detalles adicionales son relación a la torre de Zona de Congelación Controlada 100 se divulgan en la Publicación de Patente Norteamericana No. 2010/0018248, titulada "Controlled Freeze Zone Tower", que se incorpora en la presente manera de referencia en su totalidad. Por ejemplo, la Figura 2A de la Publicación 2010 proporciona una vista en planta de la bandeja de fusión 130, en una modalidad. La Figura 2B proporciona una vista en sección transversal de la bandeja de fusión 130, tomada a través de la linea B-B de la Figura 2A. La Figura 2C muestra una vista en sección transversal de la bandeja de fusión 130, tomada a través de la linea C-C. La publicación 2010 se incorpora a manera de referencia en la presente en su totalidad.
Con referencia nuevamente a la Figura 1, la bandeja de fusión 130 también se puede diseñar con un sistema de transferencia de liquido externo. El sistema de transferencia externo sirve para asegurar que todo el liquido este sustancialmente libre de sólidos y que se hayan proporcionado suficiente transferencia de calor. El sistema de transferencia primero incluye una boquilla de extracción 136. En una modalidad, la boquilla de extracción 136 reside dentro del sumidero de extracción, o canal 138 (mostrado en la Figura 2C de la publicación 2010) . Los fluidos recolectados en el canal 138 se suministran a una linea de transferencia 135. El flujo a través de la linea de transferencia 135 se puede controlada por una válvula de control 137 y un controlador de nivel "LC" (ver en la Fig. 1). Los fluidos se regresan a la zona de destilación inferior 106 a través de la linea de transferencia 135. Si el nivel de liquido es demasiado alto, la válvula de control 137 se abre, si el nivel es demasiado bajo, la válvula de control 137 se cierra. Si el operador elige no emplear el sistema de transferencia en la zona de destilación inferior 106, entonces la válvula de control 137 se cierra y los fluidos se dirigen inmediatamente a los dispositivos de transferencia de masa, o las "bandejas de remoción" 126 abajo de la bandeja de fusión 130 para la remoción a través de un tubo de bajada de desbordamiento 139..
Si se usa o no un sistema de transferencia externo, el C02 sólido se calienta en la bandeja de fusión 130 y se convierte en un liquido rico en C02. La bandeja de fusión 130 se calienta desde abajo por los vapores de la zona de destilación inferior 106. Se puede adicionar opcionalmente calor suplementario a la bandeja de fusión 130 o justo arriba de la base de la bandeja de fusión 134 por varios medios tales como la linea calentadora 25. La linea calentadora 25 usa energía térmica ya disponible desde un rehervidor de fondo 160 para facilitar la descongelación de los sólidos.
El líquido rico en C02 se retira de la bandeja de fusión 130 bajo el control de nivel de líquido y se introduce gravitacionalmente a la zona de destilación inferior 106. Como se observa, se proporciona una pluralidad de bandejas de remoción 126 en la zona de destilación inferior 106 abajo de la bandeja de fusión 130. Las bandejas de remoción 126 están preferiblemente en una relación sustancialmente paralela, una arriba de la otra. Cada una de las bandejas de remoción 126 se puede colocar opcionalmente en una inclinación muy ligera, con un vertedero tal que un nivel de líquido se mantiene en la bandeja. Loa fluidos fluyen gravitacionalmente a lo largo de cada bandeja, sobre el vertedero, y luego fluyen hacia abajo sobre la siguiente bandeja a través de un tubo de bajada.
Las bandejas de remoción 126 pueden estar en una variedad de arreglos. Las bandejas de remoción 126 se pueden arreglar en relación generalmente horizontal para formar un flujo de líquido encascada, de ida y vuelta. Sin embargo, se prefiere que las bandejas de remoción 126 estén arregladas para crear un flujo de líquido en cascada que se divida por las bandejas de remoción separadas sustancialmente a lo largo del mismo plano horizontal. Esto se muestra en el arreglo de la Figura 3 de la publicación 2010, donde el flujo de líquido se separa por lo menos una vez de modo que el líquido fluye a través de las bandejas separadas y cae en dos tubos de bajada opuestos 129.
El porcentaje de metano en el líquido es cada vez más pequeño conforme el liquido se mueve hacia abajo a través de la zona de destilación inferior 106. El grado de destilación depende del número de bandejas 126 en la zona de destilación inferior 106. En la parte superior de la zona de destilación inferior 106, el contenido de metano del líquido puede ser tan alto como 25 por ciento en mol, mientras que en la bandeja de remoción de fondo el contenido de metano puede ser tan bajo como 0.04 por ciento en mol. El contenido de metano se evapora rápidamente a lo largo de las bandejas de remoción 126 (u otros dispositivos de transferencia de masa). El número de dispositivos de transferencia de masa usados en la zona de destilación inferior 106 es una elección de cuestión de diseño con base en la composición de la corriente de gas en bruto 10. Sin embargo, solamente pocos niveles de bandejas de remoción 126 se necesitan usar típicamente para remover el metano a un nivel deseado de 1% o menos en el gas ácido licuado, por ejemplo.
Varias configuraciones de bandeja de remoción individuales 126 que facilitan la separación del metano se pueden emplear. La bandeja de remoción 126 puede represe-ntar simplemente un panel con agujeros de criba o tapas de burbujeo. Sin embargo, para proporcionar transferencia de calor adicional al fluido y para prevenir el bloqueo no deseado debido a los sólidos, se pueden emplear las así llamadas "bandejas de chorro" abajo de la bandeja de fusión. En lugar de las bandejas, también se pueden emplear empaquetados aleatorios o estructurados. Las Figuras 4A y 4B de la publicación 2010 muestran una bandeja de chorro ilustrativo 426.
En operación, una o más bandejas de chorro se pueden localizar en la zona de destilación inferior 106 y/o la zona de destilación superior 110 de la torre 100. Las bandejas se pueden arreglar con múltiples pasos, tal como el patrón de bandejas de remoción 126. Sin embargo, cualquier arreglo de bandeja o empaquetado se puede usar que facilite la separación del gas de metano. Las cascadas de fluido descienden en cada bandeja de chorro.
Conforme el líquido que fluya hacia abajo golpea las bandejas de remoción 126, se presenta la separación de los materiales. El gas de metano se separa de la solución y se mueve hacia arriba en forma de vapor. El C02, sin embargo, en generar esto suficientemente frío y en concentración suficientemente alta que permanece en gran medida en su forma líquida y viaja hacia abajo al fondo de la zona de destilación inferior 106, K aunque algo del CO2 se vaporiza necesariamente en el proceso. El líquido luego se mueve fuera de la torre de destilación criogénica 100 en una línea de salida como una corriente de fluido del fondo 22.
En la salida de la torre de destilación 100, la corriente de fluido del fondo 22 entra en un rehervidor 160. En la Figura 1, el re hervidor 160 es un recipiente de tipo marmita que proporciona vapor rehervido al fondeo de las bandejas de remoción 126. Una linea de vapor rehervido se observa en 27. Además, el vapor rehervido se puede suministrar a través de una linea calentadora 25 para proporcionar calor suplementario a la bandeja de fusión 130. El calor suplementario se controla a través de una válvula 165 y el control de temperatura TC. Alternativamente, un intercambiador de calor, tal como un intercambiador de calor de termosifón (no mostrado) se puede usar para enfriar la corriente de fluido inicial 10 para economizar energía. En este aspecto, los líquidos que entran al rendidor 160 permanecen a una temperatura relativamente baja, por ejemplo, de aproximadamente -1.11° a 4.44°C (30° a 40°F) . Al integrar el calor con la corriente de fluido inicial 10, el operador puede calentar y hervir parcialmente la corriente de fluido del fondo fría 22 de la torre de destilación 100, mientras que pre-enfría la corriente de fluido de producción 10. Para este caso, el fluido de proporcionar calor suplementario a través de la línea 25 es un regreso de fase de vapor del rendidor 160.
Se contempla que bajo algunas condiciones, la bandeja de fusión 130 puede operar sin línea calentadora 25.
En estos casos, la bandeja de fusión 130 se puede diseñar con una característica de calentamiento interno tal como un calentador eléctrico. Sin embargo, se prefiere que se ofrezca un sistema de calor que emplee la energía térmica disponible en la corriente de fluido de fondo 22. Los fluidos calientes en la línea calentadora 25 existen' en un aspecto de -1.11° a 4.44°C (30° a 40°F) , de modo que contienen energía térmica relativa. De esta manera, en la Figura 1, se muestra una corriente de vapor caliente en la línea calentadora 25 que se dirige a la bandeja de fusión 130 a través de un serpentín de calentamiento (no mostrado) en la bandeja de fusión 130. La corriente de vapor caliente se puede vincular alternativamente a la línea de transferencia 135.
En la operación, la mayoría de la corriente de vapor hervida se introduce en el fondo de la columna a través de la línea 27, arriba del nivel de líquido de fondo y en o por abajo de la última bandeja de remoción 126. Conforme el vapor rehervido pasa hacia arriba a través de cada bandeja 126, el metano residual se remueve del líquido. El vapor se enfría conforme viaja hacia arriba de la torre. Mientras tanto la corriente de vapor de la línea 27 alcanza la bandeja de fusión corrugada 130, la temperatura puede descender aproximadamente de -28.89°C a -17.78°C (-20°F a 0°F) . Sin embargo, este permanece muy caliente comparado con el sólido de fusión en la bandeja de fusión 130, el cual puede estar aproximadamente de -45.56°C a -56.67°C (-50° F a -70°F) . El vapor tiene aun suficiente entalpia para fundir el C02 sólido conforme entra en contacto con la bandeja de fusión 130.
Con referencia de nuevo a rehervidor 160, los fluidos salen del rehervidor 160 como una corriente liquida rica en C02 24. Los fluidos en la corriente líquida 24 se pueden hacer pasar opcionalmente a través de una válvula de expansión 162. La válvula de expansión 162 reduce la presión de la corriente líquida, proporcionada efectivamente un efecto de refrigeración. De esta manera, se proporciona una corriente del fondo enfriadas a 26. El líquido rico en C02 que sale del rendidor 160 como la corriente del fondo enfriadas 26 se puede bombear pozo abajo a través de uno o más pozos AGI (ver esquemáticamente en 164 en la Figura 1) . En algunas situaciones, el C02 líquido se puede bombear en un depósito de aceite parcialmente recubierto como parte de un proceso de recuperación de aceite mejorado. De esta manera, el C02 podría ser un inyectante miscible. Como una alternativa, el C02 se puede usar como un agente de inundación miscible para la recuperación de aceite mejorada.
Con referencia nuevamente a la zona de destilación inferior 106 de la torre 100, el gas se mueve hacia arriba a través de la zona de destilación inferior 106, a través de las chimeneas 131 en la bandeja de fusión 130, y en la zona de congelación controlada 108. La zona de congelación controlada 108 define una cámara abierta que tiene una pluralidad de boquillas de rocío 122. Con forme el vapor se mueve hacia arriba a través de la zona de congelación controlada 108, la temperatura del vapor se vuelve mucho más frío. El vapor se pone en contacto por el metano líquido ("reflujo") que proviene de las boquillas de rocío 122. Este metano líquido es mucho más frío que el vapor que se mueve hacia arriba, habiendo sido enfriado por una unidad de refrigeración externa que incluye un intercambiador de calor 170. En una arreglo, el metano líquido sale de las boquillas de rocío 122 en una temperatura de aproximadamente de -84.44°C a -90°C (-120°F a -130°F) . Sin embargo, conforme el metano líquido se evapora, absorbe calor de sus alrededores, reduciendo en consecuencia la temperatura del vapor que se mueve hacia arriba. El metano vaporizado también fluye hacia arriba debido a su densidad reducida (relativa al metano líquido) y la gradiente de presión dentro de la torre de destilación 100.
Conforme los vapores de metano se mueven hacia arriba en la torre de destilación criogénica 100, salen de la zona de congelación controlada intermedia 108 y entrar en la zona de destilación superior 110. Los vapores continúan moviéndose hacia arriba junto con otros gases ligeros separados de la corriente de fluido enfriadas original 12 (o línea de entrada del recipiente 11) . Los vapores de hidrocarburo combinados se mueven fuera de la parte superior de la torre de1 destilación criogénica 100, convirtiéndose en una corriente de metano en la parte de arriba 14.
El gas de hidrocarburo en la corriente de metano en la parte de arriba 14 se mueve en la unidad de refrigeración externa 170. En un aspecto, la unidad de refrigeración 170 usa un refrigerante de etileno u otro refrigerante capaz de enfriar la corriente de metano en la parte de arriba 14 debajo de aproximadamente -92.78° a -98.33°C (-135° a -145°F) . Esto sirve para licuar por lo menos parcialmente la corriente de metano en la parte de arriba 14. La corriente de metano refrigerada 14 luego se mueve a un condensador de reflujo o cámara de separación 172.
La cámara de separación 172 se usa para separar el gas 16 del liquido, referido algunas veces como "reflujo liquido" 18. El gas 16 representa los gases de hidrocarburo más ligeros, principalmente metano, de la corriente de gas en bruto original 10. El nitrógeno y el helio también pueden estar presentes. El gas de metano 16 es, por supuesto, el "producto" buscado finalmente para ser capturado y vendido comercialmente, junto con cualquiera de las trazas de etano. Esta porción no licuada de la corriente de metano en la parte de arriba 14 también está disponible para combustible en el sitio. El gas de metano 16 se puede enfriar adicionalmente para transportación de LNG.
Una porción de la corriente, de metano en la parte de arriba 14 que sale de la unidad de refrigeración 170 se condensa. Esta porción es el reflujo líquido 18 que se separa en la cámara de separación 172 y se regresa a la torre 100. Se puede usar una bomba 19 para mover el reflujo líquido 18 de regreso en la torre 100. Alternativamente, la cámara de separación 172 se monta arriba de la torre 100 para proporcionar una alimentación por gravedad del reflujo líquido 18. El reflujo líquido 18 incluirá algo de dióxido de carbono que escapó de la zona de destilación superior 110. Sin embargo, la mayoría parte del reflujo líquido 18 es metano, típicamente 95 % o más, con nitrógeno (si está presente en la corriente de fluido inicial 10) y trazas de sulfuro de hidrógeno (también si está presente en la corriente de fluido inicial 10) .
En un arreglo de enfriamiento, la corriente de metano en la parte de arriba 14 se toma a través de un sistema de refrigeración de circuito abierto. En este arreglo, la corriente de metano en la parte de arriba 14 se toma a través de un intercambiador cruzado para enfriar una parte de retorno de la corriente de metano en la parte de arriba usada como el reflujo líquido 18. Después, la corriente de metano en la parte de arriba 14 es presuriza aproximadamente 1 , 000 psi a 1 , 4 00 psi, y luego se enfría usando aire ambiente y posiblemente un refrigerante de propano externo. La corriente de gas presurizada y enfriada luego se dirige a través de un expansor para enfriamiento adicional. Se puede usar un turbo expansor para recuperar aun más liquido, asi como también algo de trabajo de árbol. La Patente Norteamericana No. 6,053,007 titulada "Process for Seáratinga Multi-Component Gas Stream Containing at Least One Freezable Component" describe el enfriamiento de una corriente de metano en la parte de arriba, y se incorpora en la presente en su totalidad a manera de referencia.
Volviendo nuevamente a la Figura 1, el reflujo liquido 18 se regresa en la zona de destilación superior 110. El reflujo liquido 18 luego se lleva gravitacionalmente a través de uno o más dispositivos de transferencia de masa 116 en. la zona de destilación superior 110. En una modalidad, el dispositivo de transferencia de masa 116 son bandejas de rectificación que proporcionan una serie en cascada de vertedero 118 y tubos de bajada 119, similares a las bandejas 126 descritas en lo anterior.
Conforme los fluidos de la corriente de reflujo liquido 18 se mueven hacia abajo a través de las bandejas de rectificación 116, el metano adicional se vaporiza fuera de la zona de destilación superior 110. Los gases de metano se vuelven a unir a la corriente de metano en la parte de arriba 14 para ser parte de la corriente de producto de gas 16. Sin embargo, la fase liquida restante del reflujo de liquido 18 cae sobre una bandeja recolectora 140. Con forme lo hace de esta manera, la corriente de reflujo liquido 18 elevará inevitablemente un porcentaje de gases de hidrocarburo y ácidos residuales que se mueven hacia arriba de la zona congelación controlada 108. La mezcla liquida de metano y dióxido de carbono se recolecta en una bandeja recolectora 140.
La bandeja recolectora 140 define preferiblemente un cuerpo sustancialmente plano para recolectar líquidos. Sin embargo, como con la bandeja de fusión 130, la bandeja recolectora 140 también tiene una, y preferiblemente una pluralidad de chimeneas para ventilar gases que provienen de la zona de congelación controlada 108. Un arreglo de chimenea y la tapa tal como aquel presentado por los componentes 131 y 132 en las Figuras 2B y 2C de la publicación 2010 se puede usar.
Se observa en este punto que en la zona de destilación superior 110, cualquier H2S presente tiene una preferencia hacer disuelto en el líquido versus que estar en el gas en la temperatura de procesamiento. En este respecto, el H2S tiene una volatilidad relativa comparativamente baja. A poner en contacto el vapor restante con más líquido, la torre de destilación criogénica 100 conduce la concentración de H2S abajo para estar dentro del límite de partes por millón (ppm) deseado, tal como una especificación de 10 o aun 4 ppm. Conforme al fluido se mueve a través de los dispositivos de transferencia de masa 116 en la zona de destilación superior 110, el H2S hace contacto con el metano liquido y se extrae de la fase de vapor y se vuelve una parte de la corriente liquida 20. Desde ahí, el H2S se mueve en forma liquida hacia abajo a través de la zona de destilación inferior 106 y sale finalmente de la torre de destilación criogénica 100 como parte de la corriente del fondo de gas ácido licuado 22. Para estos casos donde poco o nada de H2S está presente en la corriente de alimentación, o si el H2S se remueve selectivamente por un proceso corriente arriba, virtualmente nada de H2S estará presente en el gas en la parte de arriba.
En la torre de destilación criogénica 100, el liquido capturado en la bandeja recolectora 140 se extrae de la zona de destilación superior 110 como una corriente líquida 20. La corriente líquida 20 está comprendida principalmente de metano. En un aspecto, la corriente líquida 20 está comprendida de aproximadamente 93 por ciento en mol de metano, 3% de C02, 0.5% de H2S y 3.5% de N2. En este punto, la corriente de líquida 20 está aproximadamente de -87.22°C a -90°C (-125°F a -130°F) . Este esta sólo ligeramente más caliente que la corriente de reflujo líquida 18. La corriente líquida 20 se dirige a un tambor de reflujo 174. El propósito del tambor de reflujo 174 es proporcionar capacidad máxima para una bomba 176. En la salida del tambor de reflujo 174, se crea una corriente de rocío 21. La corriente de rocío 21 es presuriza en una bomba de 176 para una segunda reintroducción en la torre de destilación criogénica 100. En este caso, la corriente de rocío 21 se bombea en la zona de congelación controlada inmediata 108 y emite a través de boquillas 122.
Algo de la porción de la corriente de rocío 21, particularmente el metano, se vaporiza y se evapora en la salida de las boquillas 122. Desde este punto, el metano se eleva a través de la zona de congelación controlada 108, a través de las chimeneas en la bandeja recolectora 140, y a través de los dispositivos de transferencia de masa 116 en la zona de destilación superior 110. El metano sale de la torre de destilación 100 como la corriente de metano en la parte de arriba 14 y finalmente se vuelve parte del producto comercial en la corriente de gas 16.
La corriente de rocío 21 de las boquillas 122 también provoca el dióxido de carbono se desublime de la fase gas. En este respecto, el C02 disuelto inicialmente en el metano líquido puede entrar momentáneamente a la fase gas y moverse hacia arriba con el metano. Sin embargo, debido a que la temperatura fría dentro de . la zona de congelación controlada 108, cualquier dióxido de carbono gaseoso se nuclea rápidamente y se aglomera en una fase sólida y comienza a "nevar". Este fenómeno es referido como desublimación. En esta forma, algo del C02 nunca vuelve a entrar a la fase liquida hasta que golpea la bandeja de fusión 130. Este dióxido de carbono "nieva" en la bandeja de fusión 130, y se fusiona en la fase liquida. Desde este' punto, el liquido rico en C02 desciende como cascada a los dispositivos de transferencia de masa o bandejas 126 en la zona de destilación inferior 106, junto con el C02 liquido de la corriente de gas en bruto enfriada 12 como se describe en lo anterior. En ese punto, cualquier metano restante de la corriente de rocío 21 de las boquillas 122 se separará rápidamente en el vapor. Estos vapores se mueven hacia arriba en la torre de destilación criogénica 100 y volver a entrar en la zona de destilación superior 110.
Es deseable tener líquido enfriado que haga contacto del gas que se esté moviendo hacia arriba de la torre 100 como sea posible. Si el vapor se desvía de la corriente de rocío 21 que emana de las boquillas 122, mayores niveles de C02 podría alcanzar la zona de destilación superior 110 de la torre 100. Para mejorar la eficacia de contacto gas/líquido en la zona de congelación controlada 108, se puede emplear una pluralidad de boquillas 122 que tengan una configuración diseñada. De esta manera, antes de emplear una fuente de rocío individual en uno o más niveles con la corriente de fluido de reflujo 21, se puede usar varios cabezales de rocío 120 diseñados opcionalmente con múltiples boquillas de rocío 122. De esta manera la configuración de las boquillas de rocío 122 tiene un impacto en la transferencia de calor y masa llevándose a cabo dentro de la zona de congelación controlada 108. También, las boquillas mismas se pueden diseñar para generar tamaños de gota óptimos y distribución aérea de esas gotitas.
El cesionario en la presente ha propuesto previamente varios arreglos de boquillas en la publicación de Patente Norteamericana . No. 2010/0018248, referida en lo anterior. Las Figuras 6A y 6B son referidas para enseñanzas de configuraciones de boquillas. Las boquillas buscan asegurar una cobertura de 360°° dentro de la zona de congelación controlada 108 y proporcionar buen contacto se vapor-líquido y transferencia de calor/masa. Esto, a su vez, enfría más efectivamente cualquier dióxido de carbono gaseoso que se mueve hacia arriba a través de la torre de destilación criogénica 100.
La torre criogénica y los dispositivos de transferencia de calor asociados proporcionar un sistema confiable para crear gas natural licuado que está sustancialmente libre de gases ácidos. El metano producido eñ la zona de destilación superior cumple la mayoría de las especificaciones para el suministro de tubería. Por ejemplo, el metano puede cumplir la especificación de CO2 en tubería menor que 2 por ciento en mol, asi como también una especificación de H2S de 4 ppm, si se suficiente reflujo se genera y/o si existe suficientes etapas de separación de empacado o bandejas en la zona de destilación superior 110.
El sistema de remoción de gas ácido anterior descrito en relación con la Figura 1 es rentable para producción un producto de metano comercial 16 que está sustancialmente libre de gases ácidos. El producto 16 es preferiblemente un gas y se envía a una tubería para venta. El producto de gas cumple preferiblemente una especificación de C02 de tubería de 1 a 4 por ciento en mol, donde suficiente reflujo se genera. Al mismo tiempo, el dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno se remueven sustancialmente a través de una corriente de fondo 26.
Se observa que algo de metano también se puede arrastrar inevitablemente en la corriente- de gas ácido del fondo 22. La columna 100 de la Figura 1 incluye un rehervidor 160 como se plantea en lo anterior. El rehervidor 160 proporciona vapor rehervido al fondo de las bandejas de remoción. El vapor rehervido incluirá metano que se vuelve a reintroducir en la columna 100 a través de la línea 27. Sin embargo, es deseable volver a capturar más metano que se pueda capturar usando el rehervidor 160, y luego enviar el metano recapturado directamente en la zona de congelación 108. Además, es deseable reducir el tamaño y el peso de la columna 100 al reducir sustancialmente el tamaño de la zona de destilación inferior 106, o aun de remover todo junto.
La Figura 2 es un diagrama esquemático que muestra una instalación de procesamiento de gas 200 para remover gases ácidos de una corriente de gas de acuerdo con la presente invención, en una modalidad. La instalación de procesamiento de gas 200 se coloca en o cerca del área de desarrollo de hidrocarburos 201. El área de desarrollo de hidrocarburo 201 puede representar cualquier ubicación donde se producen hidrocarburos gaseosos. El área de desarrollo 201 puede estar en la costa, cerca de la costa, o en alta mar. El área de desarrollo 201 puede estar funcionando de la presión de depósito original o puede estar sometida a procedimientos de recuperación mejorados. Los sistemas y métodos reclamados en la presente no se limitan al tipo de campo que está bajo desarrollo, siempre y cuando esté produciendo hidrocarburos, incluyendo metano, contenido con dióxido de carbono.
En cualquier aspecto, se muestra una pluralidad de pozos de producción 212 en el área de desarrollo de hidrocarburo 201. Los pozos de producción 212 se extienden a través de una región subsuperficial 205, y en una formación seleccionada 210. En el área de desarrollo ilustrativa 201 de la Figura 2, se muestran tres pozos de producción 212. Sin embargo, se entiende que el área de desarrollo de hidrocarburo 201 puede incluir muchos más pozos de producción .
La producción a través de los pozos de producción 212 se fusiona preferiblemente en una linea de flujo subsuperficial 214. La linea de flujo 214 contiene una corriente de gas bruto. La corriente de gas esta "en bruto" lo que significa que todavía no se ha sometido a ningún tratamiento para remover el agua o gases ácidos. La corriente de gas en bruto en línea de flujo 214 contiene principalmente fluidos de hidrocarburo en una fase de vapor. Los hidrocarburos son principalmente metano, pero también pueden incluir etano y aun otros hidrocarburos pesados tales como cantidades trazas de propano o butano, y aun hidrocarburos aromáticos .
La corriente de gas en bruto también puede incluir cantidades trazas de nitrógeno, helio y otros gases inertes. La corriente de gas bruto incluirá además, por lo menos algo de salmuera y otro fluido acuoso. Finalmente, la corriente de gas en bruto incluirá dióxido de carbono y, posiblemente, otros gases ácidos.
La corriente de gas en bruto viaja a través de la línea de flujo 214, y se introduce en un recipiente de deshidratación 220. El recipiente de deshidratación 220 puede ser, por ejemplo, un recipiente de deshidratación de glicol que usa un químico basado en glicol. Un proceso basado en glicol tal como así llamada proceso DRIZO en donde el benceno se usa como un agente de remoción se puede emplear. En algunos casos, el gas en bruto de la linea 214 se puede mezclar con monoetilenglicol (MEG) a fin de prevenir a condensación el agua y formación de hidratos. El MEG se puede rociar de un refrigerador, por ejemplo, y los líquidos se recolectan para separación en agua, MEG más concentrados, y posiblemente algunos hidrocarburos pesados, dependiendo de la temperatura del enfriador y la composición de gas de entrada. Alternativamente, el recipiente de deshidratación 220 puede usar una criba en mol.
Como resultado del paso del gas en bruto de la línea de flujo 214 a través del recipiente de deshidratación 220, se genera una corriente acuosa 222. La corriente acuosa 222 se puede enviar a una instalación de tratamiento de agua (no mostrada) . Alternativamente, la corriente acuosa 222 se puede volver a inyectar en la formación superficial 210. Alternativamente aún, la corriente acuosa removido 222 se puede tratar para cumplir con los estándares, ambientales y luego liberar en la cuenca local o el medio ambiente en alta mar como agua tratada.
También, como resultado del paso de la corriente de gas en bruto a través del recipiente de deshidratación 220, se produce una corriente de gas sustancialmente deshidratado 224. En relación con los presente sistemas y métodos, la corriente de gas deshidratada 224 incluye dióxido de carbono y, tal vez, pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno. La corriente de gas 224 también puede contener otros componentes sulfurosos, tales como sulfuro de carbonilo, disulfuro de carbono, dióxido de azufre y varios mercaptanos.
La corriente de gas deshidratado 224 se hace pasar a través de un intercambiador de calor preliminar 230 . El intercambiador de calor 230 incluirá una unidad de refrigeración. El intercambiador de calor 230 enfria la corriente de gas deshidratada 224 debajo de una temperatura de aproximadamente -34.44°C a -40°C (-30°F a -40°F) . El intercambiador de calor 230 puede ser, por ejemplo, un enfriador de aire o un refrigerador de etileno o propano.
Una corriente de gas sulfuroso enfriado se libera del intercambiador de calor 230 . Esto se muestra en la linea 232 . La corriente de gas sulfuroso enfriado se toma opcionalmente a través de un dispositivo de expansión 234 . El dispositivo de expansión 234 puede ser, por ejemplo, una válvula Joule-Thompson ("J-T") . El dispositivo de expansión 234 sirve como un expansor para obtener enfriamiento adicional de la corriente de gas deshidratado 232 . Una corriente de gas sulfuroso enfriada final 236 de esta manera se genera. La corriente de gas sulfuroso enfriada final 236 puede estar en una temperatura de aproximadamente -40°C a -56.67°C (-40°F a -70°F) .
Se entiende que el arreglo de enfriamiento mostrado por la instalación de procesamiento de gas 200 es simplemente ilustrativo. Otros arreglos de enfriamiento, tal como el mostrado en la Figura 1, se pueden usar. Las presentes invenciones no se limitan por la manera de generar una corriente de gas sulfuroso enfriado 236. Sin embargo, se prefiere que por lo menos se logre la licuefacción parcial de la corriente de gas sulfuroso 236.
Es deseable remover el dióxido de carbono (y cualquier componentes sulfurosos) de la corriente de gas sulfuroso enfriado a 236. De acuerdo con la instalación de procesamiento de gas 200, se proporciona una torre de destilación criogénica 240. La torre 240 puede ser una torre de bandejas, una torre empacada, u otro tipo de torre, siempre y cuando sunción para "congelar" dióxido de carbono y otros componentes ácidos del vapor de gas de metano como sólido.
La corriente de gas sulfuroso deshidratado y enfriado 236 entra en la torre de destilación 240. El gas sulfuroso enfriad de la linea 236 entra a la torre 200 de aproximadamente 500 a 600 psig. La torre de destilación 240 tiene una zona de congelación 242. Esto puede ser de acuerdo con la zona de congelación controlada intermedia, o "sección de rocío" 108, de la Figura 1. La torre de destilación 200 también incluye una zona de destilación superior 244. Esto puede ser de acuerdo con la zona de destilación superior o "sección de rectificación de" 110 de la Figura 1.
La torre de destilación 100 funciona para el metano (y algún de etano) de dióxido de carbono (y otros componentes de gas ácido) . El gas de metano se libera a través de la zona de destilación superior 244 como una corriente de gas en la parte de arriba 246, mientras que el dióxido de carbono se libera a través del fondo de la torre de destilación 100 como una corriente de gas ácido del fondo 248.
La corriente de gas en la parte de arriba 246 se toma preferiblemente a través de el enfriamiento adicional. En el arreglo de la Figura 2, la corriente de gas en la parte de arriba 246 se dirige a través de un intercambiador de calor 250. El intercambiador de calor 250 incluye una unidad de refrigeración para provocar el la licuación del gas de metano. En un aspecto, el intercambiador de calor 250 usa un refrigerante de etileno u otro refrigerante capaz de enfriar la corriente de metano en la parte de arriba 246 a abajo de aproximadamente -92.78° a -98.33° C (-135° a -145°F) . Una válvula de expansión (no mostrado) también se puede usar en serie con el intercambiador de calor 250 para lograr una temperatura necesaria para la licuefacción. En cualquier caso, un corriente d gas natural licuada (LNG) se produce en la linea 252.
La instalación de procesamiento de gas 200 también incluye un separador 260. El separador libera gas natural frío de la linea en la parte de arria 262. El gas natural en la linea 262 es el producto comercial que se suministra corriente abajo para' venta. Opcionalmente, una porción del producto de gas natural se puede capturar como gas combustible para una instalación de procesamiento de gas en el sitio cerca del soto.
El separador 260 también captura gas natural licuado de la línea 252, y lo dirige de regreso a la torre de destilación 200 como "reflujo". Una línea de reflujo se observa en 264. Un bomba de impulsión de presión 266 se puede usar para ayudar en la inyección del reflujo de la línea 264 en la torre de destilación 200. En el arreglo de la Figura 2, el reflujo se inyecta en la parte superior de la zona de congelación (mostrada en 108 en la Figura 1) . Sin embargo, el reflujo en la línea 264 se puede inyectar en la zona de destilación 244 como se proporciona en la torre 100 de la Figura 1.
El reflujo de la línea 264 se dirige en la zona de congelación 242 como un rocío líquido frío. Los cabezales de rocío (tales como cabezales de rocío 120 de la Figura 1) se pueden usar. Como se plantea en lo anterior, el rocío líquido frío ayuda a precipitar cualquier dióxido de carbono con movimientos arriba dentro de la torre de destilación 200.
El dióxido de carbono y otros gases ácidos se precipitan hacia abajo hacia el fondo de la zona de congelación 242. Una bandeja de fusión (no mostrado) se puede ser para capturar sólidos y dirigirlos fuera del fondo de la zona de congelación 242. La temperatura en la torre de destilación 240 en el fondo de zona de congelación 242 puede estar de aproximadamente -45.56°C a -73.33°C (-50°F a -100°F) . Sin embargo, de acuerdo con los presentes sistemas, no se requiere una zona de destilación inferior (tal como la zona de destilación inferior 106 de la Figura 1) . El operador puede elegir tener una zona de destilación inferior muy pequeña, pero esto no es necesario para capturar el gas de metano arrastrado con los gases ácidos sólidos o líquidos.
Los componentes de gas ácido salen de la torre 240 como una corriente de gas ácido del fondo 248. La corriente de gas ácido del fondo 284 representa una suspensión fría que contiene principalmente dióxido de carbono. También puede contener aproximadamente 5% de H2S y otros componentes sulfurosos. También contendrá de aproximadamente 1% a 5% de metano y etano, que se vuelven a capturar idealmente.
A fin de volver a capturar ' los gases de hidrocarburo de la corriente de gas ácido licuada del fondo 248, la instalación de procesamiento de gas 200 emplea una serie de dispositivos de contacto, de co-corriente CD2; . . ; CD(n-i,, CDn. Estos dispositivos se usan para poner en contacto la corriente de gas ha sido licuada del fondo 248 con un gas de remoción.
Los dispositivos de contacto de co-corriente Dlr CD2, . . . CD(n_i>, CDn puede ser cualquiera de una variedad de dispositivos de mezclado de tiempo de contacto corto. Ejemplos incluyen mezcladores estáticas, mezcladoras de centrifuga y aireadores. Algunos equipos de mezclado separa el liquido a través de un eductor. El eductor suministra el gas a través de un tubo similar de venturi y que a su vez extrae el liquido en el tubo. Debido al efecto venturi, el liquido se arrastra y se separa en partículas más pequeñas, permitiendo un área superficial grande de contacto con el gas .
El gas de remoción es preferiblemente de manea sustancial de dióxido de carbono puro. Un tanque o depósito de dióxido de carbono se observa en 270. Para alimentar los dispositivos de contacto, CDi, CD2, . . .; CD(n-i), CDn, una línea de CO2 se proporciona en la línea 272 del tanque 270. El flujo de C02 a través de la línea 272 se regula por una válvula 274. Una vez que el sistema 200 es operacional, la válvula 274 se cierra sustancialmente . Alternativamente, gas de remoción se proporciona al hervir una porción de la corriente del fondo licuada removida.
En la operación, el C02 se introduce en el primer dispositivo de contacto CDi como un gas de remoción. El C02 se mueve a través de cada dispositivo de contacto CDX, CD2, . . . ; CD(n_i), CDn, en serie para la remoción del metano residual del liquido. Con forme el gas de remoción se mueve a través de los dispositivos de contacto, CDi, CD2 , . . . ; CD (n-i) , CDn, el gas de remoción está progresivamente más cercano a la torre de destilación 200, y la temperatura de operación se disminuirá. Además, conforme el gas de remoción se mueve a través de los dispositivos de contacto, CDi , CD2 , . ' . . ; CD (n-i) , CDn, el gas en los dispositivos de contacto se enriquece progresivamente con metano conforme se remueve del gas ácido licuado.
El primer contactor CDi libera una corriente de gas parcialmente enriquecida con metano 280(1) al segundo contacto CD2. La primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano 280(1) puede estar, por ejemplo, en aproximadamente de -6.67°C a -1.11°C (20°F á 30°F) , y aproximadamente 400 a 500 psig. El segundo contactor CD2 libera una segunda corriente de gas parcialmente enriquecida con metano 280(2). Esto puede estar de, por ejemplo, aproximadamente -12.22°C a -6.67°C (10°F a 20°F), y de aproximadamente 400 a 450 psig. Un penúltimo contactor CD(n-i) libera una siguiente corriente de gas parcialmente enriquecida con metano 280 (ni) al contactor final CDn, y un contactor final CDn, libera una corriente de gas enriquecida con metano final 280 (n) . La corriente de gas enriquecido final 280 (n) puede estar de, por ejemplo, aproximadamente -56.67°C (-70°F) y 400 psig.
La corriente de gas enriquecida con metano final 280 (n) está comprendida de metano y C02. El metano y el C02 se vuelven a introducir en la zona de congelación 242 de la torre de destilación. El metano recapturado luego pasa hacia arriba a través de la sección de destilación superior 244 y finalmente se vuelve una parte de la corriente de gas en la parte de arriba 246.
Con referencia nuevamente la corriente de gas ácido de fondo 248, la corriente de gas licuada del fondo 248 se lleva en el contactor final CDC. La corriente de gas ácido licuado 248 se mueve a través de cada dispositivo de contacto CDn, CDn-!, . . . ; CD2, CD . Con forme el gas ácido licuado se mueve a través de los dispositivos de contacto CDn, CDn-i, . . .; CD2, CDi. En serie, el contenido de gas de C02 en el liquido se vuelve progresivamente más rico. De esta manera, el contactor al final CDn libera un primer liquido de gas ácido parcialmente removido 285 (n) al contactor de co-corriente previo CDn-i, el contactor de co-corriente previo CDn-i libera un in siguiente liquido de gas ácido parcialmente removido 285(n_i), en segundo contacto de co-corriente CD2 libera un segundo liquido de gas ha sido parcialmente removido 285(2), y el primer contacto CDi libera liquido de gas ácido removido final 285(1), Se prefiere que el segundo liquido de gas ácido parcialmente removido 285(2) liberado por el segundo contactor CD2 se caliente. Para este fin, se proporciona un rehervidor 276 el rehervidor 276 puede calentar el segundo líquido de gas ácido parcialmente removido 285(2) a una temperatura de, por ejemplo, -1.11°C a 4.44°C (30°F a 40°F.) Esto ayuda en la separación de metano, en el primera contactor CDL El liquido de gas ácido ha sido removido final 285(1) representa una solución de que esta completamente sustancialmente de dióxido de carbono, más cualquier componente sulfurosos de la corriente de gas en bruto original en línea de flujo 214. El líquido de gas ha sido removido final 285(1) se puede suministrar a uno o más pozos de inyección de gas ácido 216. El líquido de gas a sido removido final 285(1) luego se puede y sea secuestrar, o posiblemente usar para mantener la presión del depósito en la formación superficial 210. Para facilitar la inyección, se usa una bomba 290.
Puesto que el líquido de gas acido removido final representa una corriente de C02 sustancialmente pura, una porción de líquido de gas ácido removido final 285(1) se puede desviar y volver a usar como en gas de remoción. En el arreglo la Figura 2, se proporciona una línea de desviación 288. El líquido rico en C02 en la línea 288 se fusiona con el segundo líquido de gas ácido parcialmente removido 285(2) antes de que el segundo líquido de gas ha sido parcialmente removido 285(2) entere al calentador 276 (el cual el funcionamiento es rehervidor) . Alternativamente, el líquido rico en C02 en 1 línea 288 se puede dirigir en la línea 278.
Se observa que en cada dispositivo de contacto de co-corriente, el flujo de gas ácido y el gas de remoción es paralelo, es decir, a lo largo de un eje longitudinal de los contactores respectivos. Esto permite que los dispositivos de contacto de co-corriente CDi, CD2, . . ., CD(n-i), CDn operen en velocidades de fluido mucho más altas que los contactores de contracorriente. Como resultado, los contactores de flujo de co-corriente tienden a ser más pequeño que los contactores de flujo de contracorriente que usan torres empacadas o de bandejas .
Un dispositivo de contacto preferido es el contactor ProsConMR. Este contactor usa un eductor seguido por un coalescedor de centrífuga. El coalescedor de centrífuga induce fuerzas centrífugas grandes para integrar el solvente líquido en un volumen pequeño. Se cree que el contactor ProsConMR se ha usado en aplicaciones farmacéuticas, pero todavía no se ha usado en una instalación de procesamiento y separación de gas. Alternativamente, se cree que el separador ProScavMR disponible de ProPure o Bergen, Noruega puede servir como un contactor de co-corriente. La información de comercialización actualmente disponible en línea establece que el contacto ProScavMR se usa para inyectar un depurador de H2S para la emoción de H2S. El contactar ProScavMR parece que opera como una mezcladora estática seguida por coalescedor. En cualquier modalidad, se emplea la tecnología de recipiente compacto, permitiendo una reducción del hardware en comparación con las torres contactoras más grades, y permitiendo además la remoción sustancial de la zona de destilación inferior de una torre de destilación criogénica.
En un aspecto, una combinación de un dispositivo de mezclado y un dispositivo coalescente correspondiente sé emplea en los contactores. De esta manera, por ejemplo, el primer contactor CDi y el segundo contactor CD2 pueden usar mezcladoras estáticas como sus dispositivos de mezclado, un tercer contacto (no mostrado) u otros contactores puede usar eductores, y el penúltimo contactor CD(n-i) y el contactor CD„ pueden usar mezcladoras de centrífuga.
En el arreglo de la Figura 2, se muestran cuatro dispositivos de contacto de co-corriente CDi CD2; . . ., CD(n_ ) , CD„. Sin embargo, un menor o mayor número de dispositivos de contacto de co-corriente se pueden emplear. En un sentido general, un primer contactor de co-corriente se configura para : - recibir el gas de remoción; recibir un segundo líquido de gas ácido parcialmente removido de un penúltimo (o segundo) contactor de co-corriente; - liberar el líquido de gas ácido removido final, y - liberar una primera corriente de gas parcialmente con metano al penúltimo (o segundo) contactor de co-contactor.
Además, un contactor de co-corriente final se configura para: - recibir la corriente de gas ácido licuada del fondo ; recibir una corriente de gas parcialmente enriquecida con metano de un contactor de co-corriente previo; liberar la corriente de gas enriquecida con metano final a la torre de destilación criogénica; y liberar un primer líquido de gas ácido parcialmente removido al contactor de co-corriente.
El número de dispositivos de contacto (por lo menos uno) antes del contactor final CDn se indica principalmente por el nivel de remoción de metano necesaria para cumplir el estándar deseado, tal como menor que 1% de metano en el líquido de gas ácido removido final 285(1) . Por ejemplo, el sistema 200 puede tener dos contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido del fondo 248. En este caso, el contactor de co-corriente final CDn es el segundo contactor de co-corriente, mientras que el contactor de co-corriente previo es el primer contactor de co-corriente CDi.
Alternativamente, el sistema 200 puede tener tres contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido del fondo 248. En este caso, el contactor de co-corriente previo es el segundo contactor de co-corriente. El segundo contactor de co-corriente luego se configura para recibir la primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano del primer contactor de co-corriente CDi, y el primer liquido de gas ácido parcialmente removido del contactor de co-corriente final CDn. Además, el segundo contactor de co-corriente libera una segunda corriente de gas parcialmente enriquecida con metano al contactor de co-corriente final CDn, y un segundo liquido de gas ácido parcialmente removido en el primer contactor de co-corriente CDi.
Alternativamente, el sistema 200 puede tener más de tres contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido del fondo 248. El contactor de co-corriente final CDn, cualquiera de los co-contactores intermedios, el segundo contactor de co-corriente CD2, y el primer contactor de co-corriente CDi se arreglan para suministrar líquidos de gas ácido removidos respectivamente como líquidos de gas ácido progresivamente más ricos en serie. Al mismo tiempo, el primer contactor de co-corriente CDi, el segundo contactor de co-corriente CD2, cualquiera de los co-contactores intermedios, y el contactor de co-corriente final CDn se arreglan para suministrar las corrientes de gas enriquecidas con metano respectivas como corrientes de gas progresivamente endulzadas en serie.
El uso de múltiples dispositivos de contacto de co-corriente también se puede usar para volver a capturar a cualquier dióxido de carbono que escapa de una torre de destilación criogénica con la corriente de gas en la parte de arriba. La Figura 3 proporciona un diagrama esquemático que muestra una instalación de procesamiento de gas 300 para remover gases ácidos de una corriente de gas de acuerdo con la presente invención, en una modalidad alterna. La instalación de procesamiento de gas 300 emplea una serie de contactores de co-corriente para endulzar adicionalmente metano de la corriente de gas en la parte de arriba.
Como con la instalación de procesamiento de gas 200, la instalación de procesamiento de gas 300 se coloca en o cerca de, un área de desarrollo de hidrocarburos 301. El área de desarrollo de hidrocarburos 301 nuevamente puede representar cualquier ubicación donde se producen hidrocarburos gaseosos. El área de desarrollo 301 puede estar en la costa, cerca de la costa o en altamar. Los sistemas reclamados en la presente no se limitan al tipo de campo que está bajo desarrollo siempre y cuanto esté produciendo hidrocarburos, incluyendo metano, que contenga dióxido de carbono.
Una pluralidad de pozos de producción 312 se muestra en el área de desarrollo de hidrocarburos 301. Los pozos de producción 312 se extienden a través de una región superficial 305, y en una formación seleccionada 310. En el área de desarrollo ilustrativo 301 de la Figura 3, tres pozos de producción 312 se muestran nuevamente. Sin embargo, se entiende que el área de desarrollo de hidrocarburos 301 puede incluir muchos más pozos de producción.
La producción a través de los pozos de producción 312 se fusiona preferiblemente en una linea de flujo subsuper icial 314. La línea de flujo 314 contiene una corriente de gas en bruto. La corriente de gas en bruto en la línea de flujo contiene principalmente fluidos de hidrocarburo en una fase de vapor. Los hidrocarburos son principalmente metano, pero también pueden incluir etano y aun otros hidrocarburos pesados tales como cantidades trazas de propano o butano, y aun hidrocarburos aromáticos.
La corriente de gas en bruto también puede incluir cantidades traza de nitrógeno, helio y otros gases inertes. La corriente de gas en bruto incluirá además por lo menos algo de salmuera u otro fluido acuoso. Finalmente, la corriente de gas en bruto incluirá dióxido de carbono y, posiblemente, otros gases ácidos.
La corriente de gas en bruto viaja a través de la línea de flujo 314, y se introduce en un recipiente de deshidratación 320. El recipiente de deshidratación 320 puede estar de acuerdo con el recipiente de deshidratación 220 de la Figura 2. Como resultado del paso del gas en bruto de la linea de flujo 314 a través del recipiente de deshidratación 320, se genera nuevamente una corriente acuosa 322 la corriente acuosa 322 se puede enviar a una instalación de tratamiento de agua (no mostrada) . Alternativamente, la corriente acuosa 322 se puede .volver a inyectar en la formación sub-superficial 310. Alternativamente aun, la corriente acuosa removida 322 se puede tratar para cumplir los estándares ambientales y luego liberar en la cuenca local, o, si es aplicable, el medio ambiente en altamar como agua tratada.
También, como resultado del paso de la corriente de gas en bruto a través del recipiente de hidratación 320, se produce una corriente de gas sustancialmente deshidratada 324. En relación con los presentes sistemas, la corriente de gas deshidratada 324 incluye un dióxido de carbono y, tal ves, aquellas cantidades de sulfuro de hidrógeno. La corriente de gas 324 también puede contener otros componentes sulfurosos tales como sulfuro de carbonilo, disulfuro de carbono, dióxido de azufre y varios mercaptanos.
La corriente de gas deshidratada 324 se hace pasar a través de un intercambiador de calor preliminar 330. El intercambiador de calor 330 incluirá una unidad de refrigeración. El intercambiador de calor 330 enfría la corriente de gas deshidratada 324 abajo de una temperatura de aproximadamente -34.44°C a -40°C (-30°F a -40°F) . El intercambiador de calor 330 puede ser, por ejemplo, un enfriador de aire o un refrigerador de etileno o propano.
Una corriente de gas sulfuroso enfriada se libera del intercambiador de calor 330. Esto se muestra en la línea 332. La corriente de gas sulfuroso enfriada se toma opcionalmente a través de un dispositivo de expansión 334. El dispositivo de expansión 334 puede ser, por ejemplo, una válvula Joule-Thompson ("J-T") . El dispositivo de expansión 334 sirve como un expansor para obtener enfriamiento adicional de la corriente de gas deshidratada 332. Una corriente de gas sulfuroso enfriada final 336 se genera de esta manera. La corriente de gas sulfuroso enfriada final 336 puede estar en una temperatura de aproximadamente -40 °C a -56.67°C (-40°F a -70°F) .
Se entiende que el arreglo de enfriamiento mostrado para la instalación de procesamiento de gas 300 es meramente ilustrativo. Otros arreglos de enfriamiento, tales como aquellos mostrados en la Figura 1, se pueden usar. La instalación 300 no se limita por. la manera de generar una corriente de gas sulfuroso enfriadas 336. Sin embargo, se prefiere que por lo menos la licuefacción parcial de la corriente de gas sulfuroso 336 se logre.
Es una vez más deseable remover el dióxido de carbono (y cualquier componente sulfuroso) de la corriente de gas sulfuroso enfriada 336. De acuerdo con la instalación de procesamiento de gas 300, se proporciona una torre de destilación criogénica 340. La torre 340 puede ser una torre de bandejas, una torre empacada, u otro tipo de torre, siempre y cuando opere para "congelar" el dióxido de carbono y otros componentes ácidos del vapor de gas de metano como sólidos .
La corriente de gas sulfuroso deshidratada y enfriada 336 entra a la torre de destilación 340. El gas sulfuroso enfriado de la linea 336 entra a la torre 340 a aproximadamente 500 a 600 psig. La torre de destilación 340 tiene una zona de congelación 342. Esta puede estar de acuerdo con la zona de congelación controlada intermedia, o "sección de roció" 108, de la Figura 1. Latorre de destilación 340 también incluye una zona de destilación superior 344. Esto puede ser de acuerdo con la zona de destilación superior, o "sección de rectificación" 110 de la Figura 1. Finalmente, la torre de destilación 340 incluye una zona de destilación inferior 341. Esta puede ser de acuerdo con la zona de destilación inferior, o "sección de remoción" 106 de la Figura 1.
La torre de destilación 340 operara para separar el metano (y algo de etano) del dióxido de carbono (y otros componentes de gas ácido) . El gas de metano se libera a través de la zona de destilación superior 344 como una corriente de gas en la parte de arriba 346, mientras que el dióxido de carbono se libera a la zona de destilación inferior 341 como una corriente de gas ácido licuada del fondo 348.
Dentro de la torre de destilación 340, el dióxido de carbono y otros gases ácidos se precipitan hacia abajo hacia la zona de destilación inferior 341. Una bandeja de fusión (no mostrada) se puede usar para capturar sólidos y dirigirlos en vertederos y bandejas. Esto permite la fusión de los componentes ácidos sólidos, y la separación del gas de metano. La temperatura en la torre de destilación 340 en el fondo de la zona de destilación inferior 341 puede estar de aproximadamente -17.73°C a -28.89°C (0°F a 20°F) . La corriente de gas ácido del fondo 348 se libera de la zona de destilación inferior 341 como una corriente liquida.
La corriente de gas ácido de fondo 348 se toma preferiblemente a través de un rehervidor 350. La corriente de gas ácido liquida que entra al rehervidor 350 está en una temperatura relativamente baja, por ejemplo, de aproximadamente -1.11° a -4.44°C (30° a 40°F). El rehervidor 350 está de acuerdo con el re-hervidor 160 de la Figura 1. El rehervidor 350 permite que el gas de metano arrastrado en la corriente de gas ácido del fondo 348 se evapora instantáneamente de los gases ácidos líquidos. El vapor de metano (junto con el C02 vaporizado) luego viaja a través de la línea de vapor 352, y regresa a la torre de destilación 340. Preferiblemente, la línea de vapor 352 suministra el Vcipor que contiene metano en la zona de congelación intermedia 342. Alternativamente, la línea de vapor 352 puede suministrar el vapor de metano a las bandejas de remoción (tales como vertederos y bandejas de cascada 126 en la Figura 1) en la zona de destilación inferior 341.
El dióxido de carbono y cualquier otro componente pacido traza salen del rehervidor 350 principalmente como una corriente líquida. Esto se muestra en la línea 354. Los componentes ácidos líquidos" se dirigen opcionalmente a través de un dispositivo de expansión 356 para enfriamiento adicional. Esto disminuye la temperatura de la corriente líquida en la línea 354. De esta manera se libera una corriente líquida enfriada 358. La corriente líquida en C02 358 se puede bombear pozo abajo a través de uno o más pozos AGI. En el arreglo de la Figura 3, el C02 líquido enfriado se inyecta en la formación superficial 310 a través de los pozos de inyección 316 como parte de un proceso de recuperación de aceite mejorado.
Como se observa, la torre de destilación también libera una corriente de gas en la parte de arriba 346. La corriente de gas en la parte de arria 346 está comprendida principalmente de metano. La corriente de gas en la parte de arriba 346 comprenderá preferiblemente no más de aproximadamente 2 por ciento en mol dióxido de carbono. En este porcentaje, la corriente de gas en la parte de arriba 346 se puede usar como gas combustible o se puede vender en ciertos mercados como gas natural. Sin embargo, de acuerdo con ciertos métodos en la presente, es deseable que la corriente de gas en la parte de arriba 346 se someta a procesamiento adicional. Más específicamente, es deseable conducir la cantidad de dióxido de carbono en la corriente de gas en la parte de arriba 346.
A fin de recapturar el dióxido de carbono en la corriente de gas en la parte de arriba 346, la instalación de procesamiento de gas 300 emplea una serie de dispositivos de contacto de co-corriente CDi, CD2, . . ., CD(n-i), CDn. Estos dispositivos se usan para poner en contacto la corriente de gas en la parte de arria 346 con un líquido de reflujo.
El líquido de reflujo se preferiblemente de manera sustancial metano puro. Un taque de inicio o depósito de metano se observa en 370. Para alimentar los dispositivos de contacto CDi, CD2, . . ., CD(n_i), CDn, una línea de CH4 se proporciona en la línea 372 del tanque 370. El flujo de CH4 a través de la línea 372 se regula por una válvula 374. Una vez que el sistema 300 es operacional, la válvula 374 se cierra sustancialmente .
Los dispositivos de contacto de co-corriente CDi , CD2 , . . . CD (n-i) , CDn pueden nuevamente ser cualquiera de una variedad de dispositivos de mezclado de tiempo de contacto corto. Ejemplos incluyen mezcladoras estáticas y mezcladoras de centrifuga. En la operación, el metano sustancialmente puro se introduce en un dispositivo de contacto final CDn como un líquido. El metano primero se mueve a través de la línea 372 , y luego se dirige en una unidad de enfriamiento 360 . Preferiblemente, la unidad de enfriamiento 360 es un enfriador de etileno. La unidad de. enfriamiento 360 lleva la temperatura del gas del producto abajo de aproximadamente -90°C a -98.3°C (-130°F a -145°F). La unidad de enfriamiento 360 libera una corriente líquida de metano enfriada (CH4) a través de la línea 362 . Una bomba 364 se proporciona preferiblemente a lo largo de la línea 362 para incrementar la presión de operación.
El CH líquido enfriado se mueve a través de cada dispositivo de contacto CDn, CD (n-i) , . . . , CD (2> , CDi , en serie para la remoción de los componentes ácidos del gas. Conforme el gas rico en metano se mueve a través de los dispositivos de contacto CDx , CD2 , . . . , CD (n_1) , CD„, el contenido de gas ácido en el gas se vuelve progresivamente más pobre. De esta manera, el contactor final CDn libera un primer líquido parcialmente enriquecido con C02 385 (1) al contacto previo CDn_i . El primer líquido parcialmente enriquecido con CO? 385(1) aun tendrá un componente ácido muy bajo, tal como menor que 1% de C02 y menor que 10 ppm de H2S .
Un penúltimo contactor CD(n-i) libera un penúltimo liquido parcialmente enriquecido con C02 385 (n-1); un segundo contactor CD2 libera un segundo liquido parcialmente enriquecido con C02 385(2) al primer contactor CDi; y un primer contactor CDi libera un liquido enriquecido con C02 385(1). De esta manera, moviéndose más cerca a la torre de destilación 300, los componentes ácidos en los líquidos de reflujo se incrementarán.
El líquido de reflujo final 385(1) representa una solución que está comprendida sustancialmente de metano y dióxido de carbono, más algo de los componentes sulfurosos de la corriente de gas en bruto original en la línea de flujo 314. El líquido de reflujo final 385(1) se regresa a la torre de destilación 300. Más específicamente, el líquido de reflujo final 385(1) se inyecta en la zona de destilación superior 344. Preferiblemente, el líquido de reflujo final 385(1) pasa a través de una bomba 382 para incrementar la presión de la línea. Una corriente de reflujo presurizada 383 entra a la zona de destilación superior 344.
Dos cosas se observan en este punto acerca del líquido de reflujo final aproximadamente 385(1). Primer, el porcentaje de los componentes ácidos en el líquido de reflujo es muy pequeño. Dependiendo del porcentaje de dióxido de carbono en la corriente de gas en bruto original 314, el grado de pre-enfriamiento aplicado a la corriente de gas sulfuroso deshidratada 324, la presión en la torre de destilación 340, el número de dispositivos de contacto de co-corriente usados, y otros factores, la composición de dióxido de carbono en el liquido de reflujo final 385(1) será probablemente menor que 5 por ciento en mol, y posiblemente menor 2 por ciento en mol.
Segundo, el liquido de reflujo final 385(1) se vuelve una parte del roció enfriado usado en la zona de congelación 342. El liquido de reflujo final 385(1) se puede inyectar directamente en la zona de congelación 342. Sin embargo, en el arreglo para la instalación de procesamiento de gas 300 mostrado en la Figura 3, una porción del liquido de reflujo final 385(1) se captura de las bandejas de remoción (tales como vertederos y bandeja 116 mostradas en la Figura 1) que residen cerca de la parte superior de la torre de destilación 340 en la zona de destilación superior 344. La linea 384 muestra una porción de una corriente liquida que contiene metano y C02. La linea liquida 384 suministra la mezcla de metano y C02 a un tambor de reflujo 381. El tambor de reflujo 381 proporciona una capacidad máxima para una bomba 387. La bomba 387 suministra la corriente liquida de metano y C02 en la zona de congelación 342 como un rocío líquido frío, tal como a través de las boquillas de rocío.
Como se plantea en lo anterior, el rocío líquido frío ayuda a precipitar cualquier dióxido de carbono que se mueve hacia arriba dentro de la torre de destilación 300. La línea 388 se muestra suministrando la corriente líquida de metano y C02 en la zona de congelación 342.
Con referencia nuevamente a la corriente de gas en la parte de arriba 346, la corriente de gas en la parte de arriba 346 se lleva en el primer contactor CDi . La corriente de gas en la parte de arriba 346 se mueve a través de cada dispositivo de contacto CDi , CD2 , . . CD (n_i) , CDn . Conforme el gas en la parte de arriba se mueve a través de los dispositivos de contacto CDlr CD2 , . . . , CD (n_1) , CD„ en serie, el contenido de gas en los dispositivos de contacto se vuelve progresivamente más dulce. De estas manera, el primer contactor CDi libera una primera corriente de gas de metano parcialmente endulzadas 380(1) al segundo contactor de co-corriente CD2; el segundo contactor de co-corriente CD2 libera una segunda corriente de gas parcialmente endulzada a un penúltimo contactor de co-corriente CD (n_i) ; y el penúltimo contactor de co-corriente CD (n_i) libera una corriente de gas de metano parcialmente endulzada 380 (n-1). El contactor de co-corriente CDn libera una corriente de gas de metano endulzada final 380 (n) .
La corriente de gas endulzada final 380 (n) está comprendida sustancialmente de metano y se puede tomar como el gas de producto. En la Figura 3, se puede observar que una parte de la corriente de gas de metano final 380 (n) se desvia en la linea 361. El metano desviado en la linea 361 se toma a través de a través de la unidad de enfriamiento 360. El metano liquido enfriado luego se vuelve a introducir al contactor final CDn en la linea 362.
La mayoría de la corriente de gas endulzada final 380 (n) se puede vender como un producto comercial. Preferiblemente, algo de la corriente de gas endulzada final 380 (n) se dirige a través de un intercambiador de calor 390 para re-enfriamiento. Una porción de la corriente de gas endulzada final 380 (n) se libera del intercambiador de calor 390 como el producto comercial (LNG, después de bajar la presión) . Preferiblemente, el intercambiador de calor 390 es capaz de enfriar la corriente de metano endulzada final 380(n) abajo de aproximadamente -92.78° a -98.33°C (-135°. a -145°F) como el producto final 392. En una o más modalidades, los intercambiadores de calor 360 y 390 podrían ser uno y lo mismo, o el líquido generado que va a un recipiente de recolección. El líquido luego se podría separar entre el reflujo y el producto comercial. Esta modalidad alternativa puede ser un proceso más rentable.
El intercambiador de calor 390 usa preferiblemente etileno como un refrigerante. Un circuito de etileno se observa en la línea 394. El etileno se condensa contra el propano en un enfriador 396. Preferiblemente, un compresor (no mostrado) se coloca a lo largo de la linea 394 para mover el etileno a través del enfriador 396. El etileno en la linea 394 pasa a través del enfriador 396 para enfriamiento, y luego se mueve preferiblemente a través de una válvula Joule-Thompson 398 para enfriamiento adicional. El etileno en la linea 394 sale de la válvula J-T 398 a una temperatura de aproximadamente - 95.56°C (-140°F) .
Un circuito de propano se proporciona en la linea 391. El propano se toma del enfriador 396 y se mueve a través de un compresor 393. Esto provocará un incremento en la presión y temperatura en el propano en la linea 391. Por consiguiente, el propano se toma a través de un enfriador aéreo 395 para llevar a temperatura del propano abajo de aproximadamente una temperatura ambiental. Una corriente de propano enfriada se libera a través de la linea 397. El propano se puede expandir a través de una válvula Joule-Thompson 399 o un turbo-expansor a fin de llevar a temperatura del propano en linea 397 abajo de aproximadamente -40°C (-40°F) .
El sistema de refrigeración ilustrativo de la Figura 3 con el intercambiador de calor 390 se considera que es un sistema de circuito cerrado, significa que un fluido de trabajo externo tal como propano o etileno se usa como un refrigerante para enfriar la corriente de gas endulzada final 380 (n) . Sin embargo, se entiende que las invenciones en la presente no se limitan por la manera en la cual la corriente de gas endulzada final 380 (n) se enfria. Por ejemplo, un sistema de circuito abierto se puede emplear en donde una porción de la corriente de metano en la parte de arriba 346 sola se, usa finalmente como el fluido de trabajo. En algunos casos, el gas de producto no se enfriará, pero se calentará actualmente, luego se enviará a una tubería para venta como un producto gaseoso. En este caso, es deseable capturar la energía fría de la corriente de gas 380 (n) .
También se observa que en cada dispositivo de contacto de co-corriente el flujo de gas de metano y el líquido de remoción está paralelo, es decir, a lo largo de un eje longitudinal de los contactores respectivos. Esto permite que los dispositivos de contacto de co-corriente CDlf CD2, . . ., CD(n.1), CDn operen en velocidades mucho más fluidas que los contactores de contracorriente. Como resultado, los contactores de flujo de co-corriente tienden a ser más pequeños que los contactores de flujo de contracorriente que usan torres empacadas o de bandejas. Los dispositivos de contacto de co-corriente de la Figura 3 se pueden diseñar de acuerdo con los dispositivos de contacto de co-corriente de la Figura 2. En este aspecto, por ejemplo, los dispositivos de contacto de co-corriente de la Figura 3 cada uno puede ser un contactor ProsConMR.
En el arreglo de la Figura 3, se muestran cuatro dispositivos de contacto de co-corriente CDi, CD2, . . . , CD(n_ D , CDn. Sin embargo, un menor o mayor número de dispositivos de contacto de co-corriente se pueden emplear. En un sentido general, el primer contactor de co-corriente se configura para : - recibir la corriente de gas ácido en la parte de arriba; recibir un segundo reflujo de liquido parcialmente enriquecido con C02 de un segundo contactor de co-corriente; - liberar una primera corriente de gas de metano parcialmente endulzada al segundo contactor de co-corriente; y - liberar un reflujo de liquido enriquecido con C02 final a la torre de destilación criogénica.
Además, un contactor de co-corriente final se configura para: - recibir el reflujo de liquido; - recibir una penúltima corriente de gas de metano parcialmente endulzada de un penúltimo contactor de co-corriente; - liberar la corriente de gas de metano endulzada final; y - liberar un primer reflujo de liquido parcialmente enriquecido con C02 al penúltimo contactor de co-corriente .
El número de dispositivos de contacto usado se indica principalmente por el nivel de remoción de C02 necesario para cumplir el estándar deseado. Por ejemplo, el sistema 300 puede tener dos contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas en la parte de arriba 346. En este caso, el contactor de co-corriente final CDn es el segundo contactor de co-corriente, mientras que el penúltimo contactor de co-corriente es el primer contactor de co-corriente CDi.
Alternativamente, el sistema 300 puede tener tres · co-contactores para procesar la corriente de gas en la parte de arriba 346. En este caso, el penúltimo contactor de co-corriente es el segundo contactor de co-corriente. El segundo contactor de co-corriente luego se configura para recibir la primera corriente de gas de metano parcialmente endulzada 380(1) del primer contactor de co-corriente CDi, y el primer liquido parcialmente enriquecido con C02 385(3) del contactor de co-corriente final CDn. Además, el segundo contactor de co-corriente libera una segunda corriente de gas de metano parcialmente endulzada 380(2) al contactor de co-corriente CDn, y un segundo reflujo de liquido parcialmente enriquecido con C02 385(2) al primer contactor de co-corriente CDi.
Alternativamente, el sistema 300 puede tener más de tres contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas en la parte de arriba 346. El primer contactor de co-corriente Díf el segundo contactor de co-corriente CD2, cualquiera de los co-contactores intermedios, y el contactor de co-corriente final CDn se arreglan para suministrar corrientes de gas de metano progresivamente endulzadas, en serie. Al mismo tiempo, el contactor de co-corriente final CDn, cualquiera de los co-contactores intermedios, el segundo contactor de co-corriente CD2, y el primer contactor de co-corriente CDX se arreglan para suministrar las corrientes de reflujo de liquido enriquecidas con C02 respectivas como corrientes de reflujo progresivamente más enriquecidas en serie.
Se apreciará que las Figuras 2 y 3 representan diagramas esquemáticos simplificados propuestos para hacer claros solamente los aspectos seleccionados de los sistemas de procesamiento de gas 200 y 300. Un sistema de procesamiento de gas incluirá usualmente muchos componentes adicionales tales como calentadores, enfriadores, condensadores, bombas de líquidos, compresores de gas, sopladores, otros tipos de equipo de separación y/o fraccionamiento, válvulas, interruptores, controladores, junto con dispositivos de medición de presión, temperatura, nivel y flujo. De relevancia particular en la presente descripción, las bombas de impulsión (no mostradas) puede ser necesaria entre las etapas de los contactor, debido a los descensos de presión potencialmente altos en los eductores. Observa también que los contactores se deben aislar preferiblemente para el servicio criogénico.
Como alternativa a los sistemas 200 y 300 descrito en lo anterior, una instalación de procesamiento de gas puede usar dispositivos de contacto de co-corriente para procesar tanto la corriente de gas ácido del fondo (corriente 248 de la Figura 2) como la corriente de gas en la parte de arriba (corriente 346 de la Figura 3) . En esta modalidad, la torre de destilación no necesitaría una zona de destilación inferior excepto para el grado de alojar opcionalmente una bandeja de fusión. Un beneficio de usar dispositivos de contacto de co-corriente es que reducen el tamaño de la torre de destilación. Además pueden ser mucho más pequeños que las columnas de destilación típicas y los componentes internos. Además, no se afectan sustancialmente por el movimiento en la forma en que los líquidos en las bandejas pueden estar, lo que los hace adecuados para instalaciones en alta mar. El uso de dispositivos de contacto de co-corriente en tanto la corriente de gas ácido del fondo 248 como la corriente de gas en la parte de arriba 346 reduce el volumen de la torre de destilación, reduce la pérdida de metano en la corriente de gas ácido del fondo 248 e incrementa pureza de la corriente de LNG final 394.
Modalidades adicionales A-BB se proporcionan en los siguientes párrafos.
Modalidad A: Un sistema para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto, que comprende: (a) un recipiente de deshidratación para recibir la corriente de gas en bruto y separar la corriente de gas en bruto en la corriente deshidratada y una corriente comprende inicialmente de un fluido acuoso; (b) un intercambiador de calor para enfriar la Corriente de gas deshidratada, y liberar una corriente de gas sulfuroso enfriada; (c) una torre de destilación criogénica que recibe la corriente de gas sulfuroso enfriada y separa la corriente de gas sulfuroso enfriada en (i) una corriente de gas en la parte de arriba comprendida principalmente de metano, y (ii) una corriente de gas ácido licuada del fondo comprendida principalmente de dióxido de carbono; (d) un contactor de co-corriente configurado para (i) recibir la corriente de gas ácido licuada del fondo, (ii) recibir una corriente de gas parcialmente enriquecida con metano de un contactor de co-corriente previo, (iii) liberar una corriente de gas enriquecida con metano final a la torre de destilación criogénica, y (iv) liberar una primer liquido de gas ácido parcialmente removido al contactor de co-corriente previo; y (e) un primer contactor de co-corriente Configurado para (i) recibir un gas de remoción, (ii) recibir un segundo liquido de gas ácido parcialmente removido de un segundo contactor de co-corriente, (iii) liberar un líquido gas ácido removido final, y (iv) liberar una primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano al segundo contactor de co-corriente .
Modalidad B: El Sistema de la modalidad A, en donde el líquido de gas ácido removido final comprende aproximadamente 98 por ciento en mol o más de gas ácido.
Modalidad C: El sistema de modalidad A o B, en donde una porción sustancial del líquido de gas ácido removido final se inyecta en una formación superficial a través de uno o más pozos de inyección de gas ácido.
Modalidad D: El sistema de cualquiera de las modalidades A-C, en donde una porción del líquido de gas ácido removido final se desvía y se usa como por lo menos una porción del gas de remoción a través de la re-ebullición.
Modalidad E: El sistema de cualquiera de las modalidad A-D, en donde: (a) la torre de destilación criogénica comprende una zona de congelación; (b) la zona de congelación recibe la corriente de gas sulfuroso enfriada, un rocío líquido frío comprendido principalmente de metano, y la corriente de gas enriquecida con metano final del primer dispositivo de contacto de co-corriente; y (c) la torre de destilación criogénica comprende además, equipo de refrigeración corriente debajo de la torre de destilación criogénica para enfriar la corriente de metano en la parte de arriba y reducir una porción de la corriente de metano en la parte de arriba la torre de destilación criogénica como el roclo líquido frío.
Modalidad F: El sistema de las modalidades E, que comprende además una bandeja de fusión abajo de la zona de congelación para recibir una suspensión fría de partículas de gas ácido, y suministrar una suspensión sustancialmente sin sólidos al dispositivo de contacto de co-corriente final como la corriente de gas ácido licuada del fondo.
Modalidad G: El sistema de modalidad E o F, en donde la corriente de gas ácido licuada de fondo sale de la torre de destilación criogénica a una temperatura no mayor que aproximadamente -56-67°C (-70°F) .
Modalidad H: El sistema de cualquiera de las modalidad C-G, que comprende además una zona de destilación inferior abajo de la zona de congelación para recibir una suspensión fría de partículas de gas ácido, fundir por lo menos parcialmente la suspensión de partículas de gas ácido en una corriente líquida, y suministrar la corriente de líquida al dispositivo de contacto corriente final como la corriente de gas ácido licuada del fondo.
Modalidad I: El sistema de cualquiera de las modalidades E-H, que comprende además una zona de destilación superior arriba de la zona de congelación para recibir vapor desde la zona de congelación y liberar la corriente de gas en la parte de arriba.
Modalidad J: El sistema de cualquiera de las modalidades A-I, en el que el sistema comprende solamente dos contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido del fondo tal que: (a) el contactor de co-corriente final es el segundo contactor de co-corriente; (b) el contactor de co-corriente previo es el primer contactor de co-corriente; (c) la primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano liberada por el primera contactor de co-corriente es la corriente de gas parcialmente enriquecida con metano recibida por el contactor de co-corriente final; y (d) el primer liquido' de gas ácido parcialmente removido liberado por el contactor de co-corriente es el segundo liquido de gas ácido parcialmente removido recibido por el primer contactor de co-corriente.
Modalidad K: El sistema de cualquiera de las modalidades A-I, en donde el sistema comprende tres contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido del fondo, tal que: (a) el contactor de co-corriente previo es el segundo contactor de co-corriente; y (b) el segundo contactor de co-corriente se configura para (i) recibir la primera corriente de gas parcialmente enriquecida con meano del primer contactor de co-corriente, (ii) recibir el primer liquido de gas ácido parcialmente removido del primer contactor de co-corriente, (iii) liberar una segunda corriente de gas parcialmente enriquecida con metano en el primer contactor de co-corriente, y (iv) liberar el segundo liquido de gas ha sido parcialmente removido en el primer contactor de co-corriente.
Modalidad L: El sistema de cualquiera de las modalidades A-I, en donde el sistema comprende por lo menos tres contactor de co-corriente para procesar la corriente gas ácido licuada, del fondo, tal que: (a) el primer contactor de co-corriente, cualquiera de los co-contactores intermedios, el segundo contactor de co-corriente y el primer contactor de co-corriente se arreglan par suministrar líquidos de gas ácido removidos respectivamente como líquidos de gas ácido progresivamente más ricos en C02 en serie, y (B) el primer contactor de co-corriente, el segundo contactor de co-corriente, cualquiera de los co-contactores intermedios, y el contactor de co-corriente final se arreglan para suministrar las corrientes de gas enriquecidas con metano respectivas como corrientes de gas progresivamente enriquecidas con metano en serie.
Modalidad M: Un sistema para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto, que comprende: (a) un recipiente de deshidratacion para recibir la corriente de gas en bruto, y la separación de la corriente de gas en bruto en una corriente de gas en bruto deshidratada y una corriente comprendida sustancialmente de un fluido acuoso; (b) un intercambiador de calor para enfriar la corriente de gas en bruto deshidratada, y liberar una corriente de gas sulfuroso enfriada; (c) una torre de destilación criogénica que recibe la corriente de gas sulfuroso enfriada, y separa la corriente de gas sulfuroso enfriada en (i) una corriente de gas en la parte de arriba compuesta principalmente de metano, y (ii) una corriente de gas ácido licuada del fondo comprendida principalmente de dióxido de carbono; d) un primer contactor de co-corriente Configurado para (i) recibir la corriente de gas en la parte de arriba, (ii) recibir un segundo liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 de un segundo contactor de co-corriente, (iii) liberar una primera corriente de gas de metano parcialmente endulzada al segundo contactor de co-corriente, y (iv) liberar un liquido de reflujo enriquecido con C02 final a la torre de destilación criogénica, y (e) un contactor de co-corriente final configurado para (i) recibir un liquido de reflujo, (ii) recibir una penúltima corriente de gas de metano parcialmente endulzada de un penúltimo contactor de co-corriente, (iii) liberar un primer liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 al penúltimo contactor de co-corriente, y (iv) liberar una corriente de gas de metano azucarada final.
Modalidad N: El sistema de la modalidad, en donde la corriente de gas de metano endulzada final comprende aproximadamente 99 por ciento en mol o más metano.
Modalidad 0: El sistema de la modalidad M o N, en donde una porción sustancial de la corriente de gas metano endulzada final se suministra para licuar fracción y venta.
Modalidad P: El sistema de cualquiera de las modalidades M-0, en donde una porción de la corriente de gas metano endulzada final se desvía y se usa como por lo menos una porción del líquido de reflujo durante la operación.
Modalidad Q: El sistema de cualquiera de las modalidades M-P, en donde: (a) la torre de destilación criogénica comprende una zona de congelación; (b) la zona de congelación recibe la corriente de gas sulfuroso enfriada y un rocío líquido frío comprendido principalmente de metano; y (c) la torre de destilación criogénica comprende, además, equipos de refrigeración corriente debajo de la torre de destilación criogénica para enfriar la corriente de gas de metano endulzada final y regresar una porción de la corriente de metano en la parte de arriba para la torre de destilación criogénica como el rocío frío.
Modalidad R: El sistema de la modalidad Q, en donde el rocío frío comprende el líquido de reflujo enriquecido con C02 final del contactor de co-corriente final.
Modalidad S: El sistema de la modalidad Q o R, que comprende además una bandeja de fusión abajo de la zona de congelación para recibir una suspensión fría de las partículas de gas ácido.
Modalidad T: El sistema de cualquiera de las modalidades Q-S, que comprende además una zona de destilación superior arriba de la zona de congelación para recibir vapor de la zona de congelación y liberar la corriente de gas en la parte de arriba.
Modalidad U: El sistema de cualquiera de las modalidades Q-T, en donde el sistema comprende solamente dos contactor de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido en la parte de arriba tal que: (a) el contactor de co-corriente final es el segundo contactor de co-corriente; (b) el penúltimo contactor de co-corriente es el primer contactor de co-corriente; (c) la primera corriente de gas de metano parcialmente endulzada liberada por el primer contactor de co-corriente es la corriente de gas metano parcialmente endulzado recibida por el contactor de co-corriente, y (d) el segundo liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 recibido por el primer contactor de co-corriente es el liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 liberado por el contactor de co-corriente final.
Modalidad V: El sistema de cualquiera de las modalidades Q-T, en donde el sistema comprende tres contactor de co-corriente para procesar la corriente de gas en la parte de arriba, tal que: (a) el penúltimo contactor de co-corriente es el segundo contactor de co-corriente, y (b) el segundo contactor de co-corriente se configura para (i) recibir la primera corriente de gas de metano pardamente endulzada del primer contactor de co-corriente, (ii) recibir el primer liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 del contactor de co-corriente final, (iii) liberar una segunda corriente de gas metano parcialmente endulzada al contactor de co-corriente final, y (iv) liberar el segundo liquido de reflujo parciamente enriquecido con C02 al primer contactor de co-corriente.
Modalidad W: El sistema de cualquiera de las modalidades Q-T, en donde el sistema comprende por lo menos tres contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas en la parte de arriba, tal que: (a) el contactor de co-corriente final, cualquiera de los co-contactores intermedios, el segundo contactor de co-corriente y el primer contactor de co-corriente se arreglan para suministrar líquidos de reflujo enriquecidos con C02 respectivos como líquidos de reflujo progresivamente más enriquecidos con C02 en serie; y (b) el primer contactor de co-corriente, el segundo contactor de co-corriente, cualquiera de los co-contactores intermedios, y el contactor de co-corriente final se arreglan para suministrar las corriente de gas endulzadas respectivas como corrientes de gas progresivamente endulzadas en serie.
Modalidad X: El sistema de cualquiera de las modalidades A-W, en sonde la corriente de gas en la parte de arriba comprende no solamente metano, si no también helió, nitrógeno o combinaciones de los mismos.
Modalidad Y: Un sistema para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto, que comprende: (a) un recipiente de deshidratacion para recibir la corriente de gas en bruto, y separar la corriente de gas en bruto en una corriente de gas en bruto deshidratada y una corriente comprendida sustancialmente de un fluido acuoso, (b) un intercambiador de calor para enfriar la corriente de gas en bruto deshidratado, y liberar una corriente de gas sulfuroso enfriada; (c) una torre de destilación criogénica que recibe la corriente gas sulfuroso enfriada, y separa la corriente de gas sulfuroso enfriada en (i) una corriente de gas en la parte de arriba comprendida principalmente de metano, y (ii) una corriente de gas ácido del fondo comprendida principalmente de dióxido de carbono, (d) un contactor de co-corriente inferior final configurado para (i) recibir la corriente de gas ácido licuada de fondo, (ii) recibir una corriente de gas parcialmente enriquecida con metano de un contactor de co-corriente inferior previo, (iii) liberar una corriente de gas enriquecida con metano final en la torre de destilación criogénica, y (iv) liberar un primer liquido de gas ácido parcialmente removido en el contactor de co-corriente inferior previo; (e) un primer contactor de co-corriente inferior configurado para (i) recibir un gas de remoción, (ii) recibir un segundo liquido gas ácido removido de un segundo contactor de co-corriente inferior, (iii) liberar un liquido de gas ácido removido final, y (iv) liberar una primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano al segundo contactor de co-corriente inferior; (f) un primer contactor de co-corriente superior configurado para (i) recibir la corriente de gas en la parte de arriba, (ii) recibir un segundo liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 de un segundo contactor de co-corriente, (iii) liberar una primera corriente de gas de metano parcialmente endulzada al segundo contactor de co-corriente, y (iv) liberar un liquido de reflujo enriquecido con C02 final a la torre de destilación criogénica, y (g) un contactor de co-corriente superior final configurado para (i) recibir un liquido de reflujo, (ii) recibir una penúltima corriente de gas de metano parcialmente endulzada de un penúltimo contactor de co-corriente; (iii) liberar un primer liquido de reflujo parcialmente enriquecido con CO2 al penúltimo contactor de co-corriente, y (iv) liberar una corriente de gas de metano endulzada final.
Modalidad Z: El sistema de la modalidad Y, en donde la corriente de gas ácidos licuada del fondo sale de la torre de destilación criogénica a una temperatura no mayor que aproximadamente -56.67°C (-70°F) .
Modalidad AA: El sistema de la modalidad Y o Z, en donde la torre de destilación criogénica es una torre de f accionamiento en volumen.
Modalidad BB: El sistema de cualquiera de las modalidades Y-AA, en sonde la torre de destilación criogénica comprende una zona de congelación que recibe (i) la corriente de gas sulfuroso enfriada, (ii) un rocío liquido frío comprendido principalmente de metano, y (iii) la corriente de gas enriquecida con metano final de dispositivo de contacto de co-corriente inferior final.
Aunque será evidente que las invenciones en la presente descritas son bien calculadas para lograr los beneficios y ventajas expuestos en lo anterior, se apreciará que las invenciones son susceptibles de modificación, variación y cambio sin apartarse del espíritu de la misma. Se proporcionan mejoras a la operación de proceso de remoción de gas ácido que usa una zona de congelación controlada. Las mejoras proporcionan un diseño para la remoción de H2S a bajo de niveles muy bajos en el gas de producto.

Claims (28)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto, caracterizado queque comprende: un recipiente de deshidratación para recibir la corriente de gas en bruto, y separar la corriente de gas en bruto en una corriente de gas en bruto deshidratada y una corriente comprendida sustancialmente de un fluido acuoso; un intercambiador de calor para enfriar la corriente de gas deshidratada, y liberar una corriente de gas sulfuroso enfriada; una torre de destilación criogénica que recibe la corriente de gas sulfuroso enfriada, y separa la corriente de gas sulfuroso enfriada en (i) una corriente de gas en la parte de arriba comprendida principalmente de metano, y (ii) una corriente de gas ácido licuada del fondo comprendida principalmente de dióxido de carbono; un contactor de co-corriente final configurado para (i.) recibir la corriente de gas ácido licuada del fondo, (ii) recibir una corriente de gas parcialmente enriquecida con metano de un contactor de co-corriente previo, (iii) liberar una corriente de gas enriquecida con metano final a la torre de destilación criogénica, y (iv) liberar un primer líquido gas ácido parcialmente removido al contactor de co-corriente previo; y un primer contactor de co-corriente configurado para (i) recibir un gas de remoción, (ii) recibir un segundo liquido gas ácido parcialmente removido de un segundo contactor de co-corriente, (iii) liberar un liquido de gas ácido removido final, y (iv) liberar una primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano al segundo contactor de co-corriente.
2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el liquido de gas ácido removido final comprende aproximadamente 98 por ciento en mol o más de gas ácido.
3. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la porción sustancial del liquido de gas ácido removido final sé inyecta en una formación superficial a través de uno o más pozos de inyección de gas ácido.
4. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque una porción de liquido de gas ácido removido final se desvia y se usa como por lo menos una porción de gas de remoción a través de re-ebullición.
5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: la torre de destilación criogénica comprende una zona de congelación; la zona de congelación . recibe la corriente de gas sulfuroso enfriada, un rocío de líquido frío comprendido principalmente de metano, y la corriente de gas enriquecida con metano final del dispositivo de contacto de co-corriente final; y la torre de destilación criogénica comprende, además, equipo de refrigeración corriente abajo de la torre de destilación criogénica para enfriar la corriente de metano en la parte de arriba y regresar a una porción de la corriente de metano en la parte de arriba a la torre de destilación criogénica como el roció liquido frió.
6. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque además comprende: una bandeja de fusión, abajo de la zona de congelación para recibir una suspensión fría de partículas de gas ácido, y suministrar una suspensión sustancialmente sin sólidos al dispositivo de contacto de co-corriente final como la corriente de gas ácido licuada de fondo.
7. El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la corriente de gas ácido licuada del fondo sale de la · torre de destilación criogénica en una temperatura no mayor que aproximadamente -56.67°C (-70°F) .
8. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque además comprende: una zona de destilación inferior abajo de la zona de congelación para recibir una suspensión fría de partículas de gas ácido, por lo menos fundir parcialmente, la suspensión de partículas de gas ácido en una corriente líquida, y suministrar la corriente líquida al dispositivo de contacto de co-corriente final como la corriente gas ácido licuada del fondo .
9. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque además comprende: una zona de destilación superior arriba de la zona de congelación para recibir vapor de la zona de congelación y liberar la corriente de gas en la parte de arriba.
10. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque, el sistema comprende solamente dos contactor de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido del fondo tal que: el contactor de co-corriente final es el segundo contactor de co-corriente; el contactor de co-corriente previo es el primer contactor de co-corriente; la primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano liberada por el primer contactor de co-corriente es la corriente de gas parcialmente enriquecida con metano recibida por el contactor de co-corriente final; y el primera líquido de gas ácido parcialmente removido liberado por el contactor de co-corriente final es el segundo líquido de gas ácido parcialmente removido recibido por el primer contactor de co-corriente.
11. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el sistema comprende tres contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido del fondo, tal que: el contactor de co-corriente previo es el segundo contactor de co-corriente, y el segundo contactor de co-corriente se configura para (i) recibir la primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano del primer contactor de co-corriente, (ii) recibir el primer liquido de gas ácido parcialmente removido del primer contactor de co-corriente, (iii) liberar una segunda corriente de gas parcialmente enriquecida con metano en el contactor de co-corriente final, y (iv) liberar el segundo liquido de gas ácido parcialmente removido en el primer contactor de co-corriente.
12. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el sistema comprende por lo menos tres contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido licuada de fondo, tal que: el contactor de co-corriente final, cualquiera de co-contactores, intermedios, el segundo contactor de co-corriente y el primer contactor de co-corriente se arreglan para suministrar líquidos de gas ácido removidos respectivos como líquidos de gas ácido progresivamente más ricos en CO2 en serie, y el primer contactor de co-corriente, el segundo contactor de co-corriente, cualquiera de los co-contactores intermedios, y el contactor de co-corriente final se arregla para suministrar las corrientes de gas enriquecidas con metano respectivas como corrientes de gas progresivamente enriquecidas con metano en serie.
13. Un sistema para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto, caracterizado porque comprende: un recipiente de deshidratación para recibir la corriente de gas en bruto, y separar la corriente de gas en bruto en una corriente de gas en bruto deshidratada y una corriente comprende sustancialmente de un fluido acuoso; un intercambiador de calor para enfriar la corriente de gas en bruto deshidratada, y liberar una corriente de gas sulfuroso enfriada; una torre de destilación criogénica que recibe la corriente de gas sulfuroso enfriada, y separa la corriente de gas sulfuroso enfriada en (i) una corriente de gas en la parte de arriba comprendida principalmente de metano, y (ii) una corriente de gas ácido licuada de fondo comprendida principalmente de dióxido de carbono; un primer contactor de co-corriente configurado para, (i) recibir la corriente de gas en la parte de arriba, (ii) recibir un segundo liquido de flujo parcialmente enriquecido con C02 de un segundo contactor de co-corriente, (iii) liberar una primera corriente de gas de metano parcialmente endulzada al segundo contactor de co-corriente, y (iv) liberar un liquido de reflujo enriquecido con C02 final a la torre de destilación criogénica; y un contactor de co-corriente final configurado para (i) recibir un liquido de reflujo, (ii) recibir una penúltima corriente de gas de metano parcialmente endulzada de un penúltimo contactor de co-corriente, (iii) liberar un primer liquido de reflujo parcialmente, enriquecido con C02 al penúltimo contactor de co-corriente, y (iv) liberar una corriente de gas de metano endulzada final.
14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la corriente de gas de metano endulzada final comprende aproximadamente 99 por ciento en mol o más de metano.
15. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque una porción sustancial de la corriente de gas de metano endulzada final se suministra para licuefacción y venta.
16. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque una porción de la corriente de gas de metano endulzada final se desvia y se usa como por lo menos una porción del liquido de reflujo durante la operación.
17. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque: la torre de destilación criogénica comprende una zona de congelación; la zona de congelación recibe la corriente de gas sulfuroso enfriada y un roció liquido frió comprendido principalmente de metano; y la torre de destilación criogénica comprende, además, equipo de refrigeración corriente abajo de la torre de destilación criogénica para enfriar la corriente de gas metano endulzada final y regresar una porción de la corriente de metano en la parte de arriba a la torre de destilación criogénica como el roció frió.
18. El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el roció frió comprende el liquido de reflujo enriquecido con C02 final de contactor de co-corriente final.
19. El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque además comprende: una bandeja de fusión abajo de la zona de congelación para recibir una suspensión fría de partículas de gas ácido.
20. El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque además comprende: una zona de destilación superior arriba de la zona de congelación para recibir vapor de la zona de congelación y liberar la corriente de gas en la parte de arriba.
21. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el sistema comprende solamente dos contactor de co-corriente para procesar la corriente de gas ácido en la parte de arriba tal que: el contactor de co-corriente final es el segundo contactor de co-corriente; el penúltimo contactor de co-corriente es el primer contactor de co-corriente; la corriente de gas de metano parcialmente endulzada liberada por el primer contactor de co-corriente es la corriente de gas metano parcialmente endulzado recibida por el contactor de co-corriente final; y el liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 recibido por el primer contactor de co-corriente es el liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 liberado por el contactor de co-corriente final.
22. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque 'el sistema comprende tres contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas en la parte de arriba, tal que: el penúltimo contactor de co-corriente es el segundo contactor de co-corriente, y el segundo contactor de co-corriente se configura para (i) recibir la primera corriente de gas de metano parcialmente endulzada del primer contactor de co-corriente, (ii) recibir el primer liquido de reflujo pardamente enriquecido con C02 del contactor de co-corriente final, (iii) liberar una segunda corriente de gas de metano parcialmente endulzada al contactor de co-corriente, y (iv) liberar el segundo liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 el primer contactor de co-corriente.
23. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el sistema comprende por lo menos tres contactores de co-corriente para procesar la corriente de gas en la parte de arriba, tal que: el contactor de co-corriente final, cualquiera de los co-contactores intermedios, el segundo contactor de co-corriente y el primer contactor de co-corriente se arreglan para suministrar líquidos de reflujo enriquecidos con C02 respectivos como líquidos de reflujo progresivamente más ricos con CO2 en serie; y el primer contactor de co-corriente, el segundo contactor de co-corriente, cualquiera de los co-contactores, intermedios, y el contactor de co-corriente final se arreglan para suministrar las corriente de gas endulzadas respectivas como corrientes de gas progresivamente endulzadas en serie.
24. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la corriente de gas en la parte de arriba comprende no solamente metano, sino también helio, nitrógeno, o combinaciones de los mismos.
25. Un sistema para remover gases ácidos de una corriente de gas en bruto, caracterizado porque comprende: un recipiente de deshidratación para recibir la corriente de gas en bruto, y separar la corriente de gas en bruto en una corriente de gas en bruto deshidratada y una corriente comprende sustancialmente de un fluido acuoso; un intercambiador de calor para enfriar la corriente de gas en bruto deshidratada, y liberar una corriente de gas sulfuroso enfriada; una torre de destilación criogénica que recibe la corriente de gas sulfuroso enfriada, y separa la corriente de gas sulfuroso enfriada en (i) una corriente de gas en la parte de arriba comprendida principalmente de metano, y (ii) una corriente de gas ácido del fondo comprendida principalmente de dióxido de carbono; un contactor de co-corriente final inferior configurado para (i) recibir la corriente de gas ácido licuada de fondo, (ii) recibir una corriente de gas parcialmente enriquecida con metano de un contactor de co-corriente inferior previo, (iii) liberar una corriente de gas enriquecida con metano final en la torre de destilación criogénica, y (iv) liberar un primer liquido de gas ácido parcialmente removido en el contactor de co-corriente inferior previo; y I !O un primer contactor de co-corriente inferior configurado para (i) recibir un gas de remoción, (ii) recibir un segundo liquido de gas ácido removido de un segundo contactor de co-corriente, (iii) liberar un liquido de gas ácido removido final, y (iv) liberar una primera corriente de gas parcialmente enriquecida con metano al segundo contactor de co-corriente inferior; un primer contactor de co-corriente superior configurado para (i) recibir la corriente de gas en la parte de arriba, (ii) recibir una segundo liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 de un segundo contactor de co-corriente, (iii) la liberación de una primera corriente de gas de metano parcialmente endulzada al segundo contactor de co-corriente, y (iv) liberar un liquido de reflujo enriquecido con C02 final a la torre de destilación criogénica, un contactor de co-corriente superior final configurado para (i) recibir un liquido de reflujo, (ii) recibir una penúltima corriente de gas metano parcialmente endulzada de un penúltimo de contactor de co-corriente, (iii) liberar un primer liquido de reflujo parcialmente enriquecido con C02 al penúltimo contactor de co-corriente, y (iv) liberar una corriente de gas de metano endulzada final.
26. El sistema de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque la corriente de gas ácido licuada del fondo sale de la torre de destilación criogénica a una temperatura no mayor que aproximadamente -56.67°C (-70°F) .
27. El sistema de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque la torre de destilación criogénica es una torre de fraccionamiento de volumen.
28. El sistema de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque la torre de destilación criogénica comprende una zona de congelación que recibe (i) la corriente de gas sulfuroso enfriada, (ii) un roció liquido frió comprendido principalmente de metano, (iii) la corriente de gas enriquecida con metano final del dispositivo de contacto de co-corriente inferior final.
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