用噴射組件分離烴和雜質的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用噴射組件分離烴和雜質的方法和裝置
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請涉及2013年12月6日提交的名為“用噴射組件分離烴和雜質的方法和裝置”美國專利申請61/912，957，和2014年9月2日提交的名為“用噴射組件分離烴和雜質的方法和裝置”的美國專利申請62/044，770，它們的全部內容通過引用納入本申請。
[0003]本申請涉及以下申請但不要求它們的優先權:2013年12月6日提交的名為“保持蒸餾塔中的液體水平的方法和系統”的美國臨時專利申請61 /912，959; 2013年12月6日提交的名為“使用輻射檢測器分離進料料流的方法和裝置”的美國臨時專利申請61/912，964;2013年12月6日提交的名為“使蒸餾塔中處理的進料料流脫水的方法和系統”的美國臨時專利申請61/912，970;2013年12月6日提交的名為“用進料料流分布機構分離進料料流的方法和系統”的美國臨時專利申請61/912，975; 2013年12月6日提交的名為“防止固體在蒸餾塔中積累的方法和系統”的美國臨時專利申請61/912，978; 2013年12月6日提交的名為“通過改變蒸餾塔中的液體水平來去除固體的方法”的美國臨時專利申請61/912，983; 2013年12月6日提交的名為“在啟動操作期間改變液體水平的方法和系統”的美國臨時專利申請61/912，984;2013年12月6日提交的名為“用使固體去穩定化和/或防止固體粘結的加熱機構分離烴和雜質的方法和裝置”的美國臨時專利申請61/912，986; 2013年12月6日提交的名為“用表面處理機構分離烴和雜質的方法和裝置”的美國臨時專利申請61/912，987。
[0004]背景
[0005]公開領域
[0006]本公開總體涉及流體分離領域。更具體來說，本公開涉及雜質(例如酸氣體)從烴的低溫分離。
[0007]本節意圖介紹可能與本公開有關的本領域的各個方面。這樣的討論意圖提供有助于對本公開的特定方面的更好理解的框架。因此，應理解的是，本節應基于此來閱讀，而不必然是對現有技術的承認。
[0008]從儲層生產天然氣體烴，例如甲烷和乙烷，經常還攜帶偶然產生的非烴氣體。這樣的氣體包括雜質，例如二氧化碳(“C02”)、硫化氫(“H2S” )、羰基硫化物、二硫化碳和各種巰類中的至少一種。當由儲層生產的進料料流包括這些與烴混合的雜質時，該料流通常被稱為“酸氣”。
[0009]許多天然氣儲層具有較低百分比的烴和較高百分比的雜質。雜質可起到稀釋劑的作用并降低了氣體料流的熱容量。一些雜質，比如帶硫的化合物，是有毒的，甚至是致命的。另外，在存在水時，一些雜質會變得腐蝕性特別強。
[0010]期望從含有烴的料流去除雜質以生產清潔的(sweet)和濃的烴。管道外輸天然氣的規格典型地要求最大2-4%的CO2和1/4格令H2S每100scf(4ppmv)或5mg/Nm3H2S。較低溫度工藝例如天然氣液化裝置或脫氮裝置的規格典型地要求低于50ppm CO2o
[0011 ]雜質從烴的分離是困難的，因此作出大量工作來開發烴/雜質分離方法。這些方法可以歸為三種大致類別:溶劑吸收(物理的、化學的和混雜的)、固體吸附和蒸餾。
[0012]—些混合物的分離蒸餾可以是相對簡單的，并因此廣泛用于天然氣工業。然而，天然氣烴混合物(主要為甲烷，以及天然氣中最常見雜質中的一種，二氧化碳)的蒸餾的困難重重。常規蒸餾原理和常規蒸餾設備是基于在整個蒸餾塔中僅存在蒸氣和液體相。如果需要管道外輸烴或更好的優質烴時，通過蒸餾將CO2從甲烷分離包括導致CO2凝固的溫度和壓力條件。要求的溫度是冰冷的溫度，其典型地被稱為低溫溫度。
[0013]某些低溫蒸餾可以克服上述困難。這些低溫蒸餾提供適當機構來處置在形成固體的雜質從烴分離期間固體的形成和接下來的熔化。與烴雜質的蒸氣-液體混合物平衡的固體雜質的形成在特定的溫度和壓力的條件下在受控的冷凍區工段中發生。
[0014]有時固體可以粘附到受控的冷凍區工段的內部(例如受控的冷凍區壁)，而不是落到受控的冷凍區工段底部。
[0015]粘附是不利的。粘附如果不受到控制，就會干擾受控的冷凍區工段的正常操作和甲烷與雜質的有效分離。
[0016]需要對含烴和雜質的進料料流進行分離，同時還防止固體粘附到受控的冷凍區壁上的改進的技術。
[0017]概述
[0018]本公開提供了將雜質從烴分離并防止固體粘附到受控的冷凍區壁上的裝置和方法等。
[0019]分離蒸餾塔中的進料料流的方法包括在所述蒸餾塔中保持受控的冷凍區工段，在所述受控的冷凍區工段中的噴嘴組件中接收冷凍區液體料流，其中所述噴嘴組件包含多個在所述噴嘴組件的外圍邊緣上的外圍噴嘴和至少一個在所述多個外圍噴嘴以內的內部噴嘴，其中每個外圍噴嘴配置成沿中央噴射軸噴射所述冷凍區液體料流，和其中所述多個外圍噴嘴的至少一個的中央噴射軸不與受控的冷凍區壁平行，以及通過所述噴嘴組件將所述冷凍區液體料流噴射到處于形成固體和富含烴的蒸氣料流的溫度和壓力下的所述受控的冷凍區工段中。
[0020]生產烴的方法包括在所述蒸餾塔中保持受控的冷凍區工段，該受控的冷凍區工段接收冷凍區液體料流以在所述受控的冷凍區工段中形成固體和富含烴的蒸氣料流，在所述受控的冷凍區工段中保持噴射組件，其中所述噴射組件包含在外圍邊緣上的第一類型的噴嘴和在第一類型的噴嘴內部的第二類型的噴嘴，和其中第一類型的噴嘴使噴射以相對于受控的冷凍區壁的角度定向，從而最小化噴射液體對所述受控的冷凍區壁的撞擊，通過所述噴射組件將所述冷凍區液體料流注射到處于形成固體和富含烴的蒸氣料流的溫度和壓力下的所述受控的冷凍區工段中，其中所述冷凍區液體料流包含冷凍區液體料流最外圍部分，以及生產從所述蒸餾塔提取的富含烴的蒸氣料流。
[0021]從進料料流中的烴分離進料料流中的雜質的蒸餾塔可包含受控的冷凍區工段，所述受控的冷凍區工段包含受控的冷凍區壁，第一類型的噴嘴，其配置為注射冷凍區液體料流到處于形成固體的溫度和壓力下的所述受控的冷凍區工段中，和在第一類型的噴嘴之下的熔化塔盤組件，其配置為熔化包含所述雜質的固體，其中第一類型的噴嘴配置成用第一類型的噴嘴使冷凍區液體料流最外圍部分導向為與所述受控的冷凍區壁呈角度，和其中所述角度計算為最小化或消除所述冷凍區液體料流對所述受控的冷凍區壁的撞擊。
[0022]前面已經寬泛地描述了本公開的特征，從而以下的詳細描述將更好地理解。這里還將描述另外的特征。
[0023]附圖簡述
[0024]本公開的這些和其它特征、方面和優點將從以下說明、所附權利要求和附圖中更加明顯，其中附圖簡述如下。
[0025]圖1為單一容器內具有多個工段的塔的示意圖。
[0026]圖2為多個容器內具有多個工段的塔的示意圖。
[0027]圖3為單一容器內具有多個工段的塔的示意圖。
[0028]圖4為多個容器內具有多個工段的塔的示意圖。
[0029]圖5為受控的冷凍區工段的示意截面圖。
[0030]圖6為噴射組件的頂視圖。
[0031 ]圖7為本公開范圍內的方法的流程圖。
[0032]應理解，這些圖僅僅是實例而不是對本公開擬定范圍的限制。此外，這些圖通常不是按比例繪制的，而是為了方便和清楚地說明本公開的各方面的目的而描繪的。
[0033]詳細說明
[0034]為了促進對本公開原理的理解，現將參考附圖中顯示的特征，并將使用特定的語言來對其進行描述。然而，應理解，不意圖對本公開的范圍進行限制。對本文描述的本公開原理的任何改變和進一步的調整以及進一步的應用也都涵蓋了，正如對本公開所涉及的本領域技術人員通常會發生的那樣。對本領域技術人員來說明顯的是，與本公開不相關的一些特征為了清楚的原因可能沒有在附圖中顯示。
[0035]如本申請中引用的，術語“料流”、“氣體料流”、“蒸氣料流”和“液體料流”是指進料料流在分離甲烷(天然氣中的主要烴)和雜質的蒸餾塔中被處理時進料料流的不同階段。雖然短語“氣體料流”、“蒸氣料流”和“液體料流”指的是氣體、蒸氣和液體分別主要存在于料流中的位置，但其它相也可存在于該料流中。例如，氣體也可存在于“液體料流”中。在一些情況下，術語“氣體料流”和“蒸氣料流”可互換使用。
[0036]本公開涉及分離蒸餾塔中的進料料流的系統和方法。該系統和方法通過引導噴射組件外圍邊緣處的第一類型的噴嘴冷凍區液體料流最外圍部分，從而消除、減少和/或最小化噴射液體對所述受控的冷凍區工段的受控的冷凍區壁的撞擊，來幫助防止形成粘附到受控的冷凍區工段壁的固體。本公開的圖1-7顯示了該系統和方法的各方面。
[0037]該系統和方法可分離具有甲烷和雜質的進料料流。該系統可包含蒸餾塔104、204(圖1-4)。該蒸餾塔104、204可將雜質從甲烷分離。
[0038]蒸餾塔104、204可分成三個功能工段:低工段106，中間受控的冷凍區工段108和上工段110。當需要和/或期望上工段110時，蒸餾塔104、204可含三個