采用加熱設(shè)施使固體粘合不穩(wěn)定和/或防止固體粘合的分離烴和污染物的方法和裝置的制造方法
【專利說明】采用加熱設(shè)施使固體粘合不穩(wěn)定和/或防止固體粘合的分離烴和污染物的方法和裝置
[0001]對相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年12月6日提交的標(biāo)題為〃采用加熱設(shè)施使固體粘合不穩(wěn)定和/或防止固體粘合的用于分離烴和污染物的方法和裝置"的美國專利申請?zhí)?1/912,986的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，在此通過引文并入該文全部。
[0003]本申請與下列美國臨時專利申請?zhí)栍嘘P(guān)但是不要求其優(yōu)先權(quán):于2013年12月6日提交的標(biāo)題為〃采用噴射組合體用于分離烴和污染物的方法和裝置〃的61/912,957;于2014年9月2日提交的標(biāo)題為〃采用噴射組合體用于分離烴和污染物的方法和裝置〃的62/044，770;于2013年12月6日提交的標(biāo)題為"用于保持蒸餾塔中液體水平的方法和系統(tǒng)"的61/912，959;于2013年12月6日提交的標(biāo)題為〃利用射線檢測器用于分離原料物流的方法和裝置"的61/912,964;于2013年12月6日提交的標(biāo)題為"使在蒸餾塔中加工的原料物流脫水的方法和系統(tǒng)"的61/912,970;于2013年12月6日提交的標(biāo)題為"采用原料物流分配設(shè)施用于分離原料物流的方法和系統(tǒng)〃的61/912,975;于2013年12月6日提交的標(biāo)題為〃用于防止蒸餾塔中固體集結(jié)的方法和系統(tǒng)"的61/912，978;于2013年12月6日提交的標(biāo)題為"通過改變蒸餾塔中液體水平來除去固體的方法〃的61/912,983;于2013年12月6日提交的標(biāo)題為〃在開車操作期間改變液體水平的方法和系統(tǒng)〃的61/912，984;于2013年12月6日提交的標(biāo)題為〃采用表面處理機制的用于分離烴和污染物的方法和裝置〃的61/912,987。
[0004]發(fā)明背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本公開內(nèi)容一般地涉及流體分離領(lǐng)域。更具體地，本公開內(nèi)容涉及污染物，例如酸氣與經(jīng)的低溫分離。
[0006]相關(guān)領(lǐng)域的描述
[0007]這一節(jié)的目的是介紹可能與本公開內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的本領(lǐng)域的各個方面。這種討論的目的是提供框架以方便更好地理解本公開內(nèi)容的具體方面。因此，應(yīng)該理解應(yīng)該以這種眼光來閱讀這一節(jié)，并且不必肌把這一節(jié)閱讀成作為現(xiàn)有技術(shù)的準(zhǔn)入。
[0008]從儲油層中生產(chǎn)天然氣烴，例如甲烷和乙烷，時常地帶著伴隨的非烴氣體的產(chǎn)生。這樣的氣體包括污染物，例如二氧化碳("C02")、硫化氫("H2S")、硫化羰、二硫化碳和許多種硫醇中的至少一種。當(dāng)從儲油層中生產(chǎn)的原料物流包含這些與烴混合的污染物時，該原料物流時常地被稱為〃酸氣〃。
[0009]很多天然氣儲油層具有相對低的烴百分比和相對高的污染物百分比。污染物可以起稀釋劑的作用并且降低烴的熱含量。一些污染物，像含硫的化合物一樣，是有毒的，并且甚至可能是致命的。此外，在水的存在下，一些污染物能夠變成非常有腐蝕性。
[0010]理想的是從含烴流中除去污染物以生產(chǎn)脫酸而濃縮的烴。管道品質(zhì)的天然氣質(zhì)量指標(biāo)典型地要求最多2-4%的⑶2和1/4格令的H2S/100scf(4ppmv)或5mg/Nm3的H2S。較低溫度的工藝例如天然氣液化裝置或氮氣排斥裝置的質(zhì)量指標(biāo)典型地要求小于50ppm的C02。
[0011]將烴與污染物分離是困難的并且因此有重大意義的工作已經(jīng)被應(yīng)用到烴/污染物分離方法的開發(fā)中。可以把這些方法歸入三大類別:通過溶劑吸收(物理的、化學(xué)的和混合式)、通過固體吸附和蒸餾。
[0012]通過蒸餾分離一些混合物可能是相對簡單的，并且例如被廣泛地應(yīng)用在天然氣工業(yè)中。然而，對天然氣烴，主要是甲烷和天然氣中一種最普通的污染物二氧化碳的混合物的蒸餾，可能存在重大的困難。常規(guī)的蒸餾原理和常規(guī)的蒸餾設(shè)備以在整個蒸餾塔中僅僅存在氣相和液相為條件。如果想要管道品質(zhì)或更好品質(zhì)的烴產(chǎn)品的話，通過蒸餾將甲烷與CO2分離涉及導(dǎo)致CO2固化的溫度和壓力條件。所需要的溫度是冷溫，典型地被稱為低溫。
[0013]某些低溫蒸餾能夠克服上述困難。這些低溫蒸餾提供合適的機制來操控在從烴中分離形成固體的污染物的過程中固體的形成以及隨后的熔化。在特定的溫度和壓力條件下，在與烴和污染物的氣-液混合物的平衡中固體污染物的形成發(fā)生在受控冷凍區(qū)域段。
[0014]有時固體能夠粘合在所述受控冷凍區(qū)域段(例如受控冷凍區(qū)域壁)內(nèi)，而不是落向受控冷凍區(qū)域段的底部。
[0015]所述粘合是不利的。該粘合如果不受控制，能夠干擾所述受控的冷凍區(qū)的正常操作以及甲燒與污染物的有效分離。
[0016]需要改進的技術(shù)來使固體到受控冷凍區(qū)域段中表面的任何粘合不穩(wěn)定和/或防止該任何粘合。
[0017]發(fā)明概述
[0018]本公開內(nèi)容提供用于將烴與污染物分離并且使固體對受控冷凍段中的表面的粘合不穩(wěn)定和/或阻止該粘合的裝置和方法，除了別的事項之外。
[0019]用于在蒸餾塔中分離原料物流的方法包括把包含烴和污染物的原料物流引入蒸餾塔的汽提器段和受控冷凍區(qū)域段的一個中；在所述汽提器段中，在沒有固體形成的溫度和壓力下，把所述原料物流分離為包含所述污染物的富含污染物的底部液體物流和包含所述烴的冷凍區(qū)蒸氣物流;使所述冷凍區(qū)蒸氣物流在所述受控冷凍區(qū)域段中，在形成包含所述污染物并且進一步富含所述烴的蒸氣物流出現(xiàn)的固體的溫度和壓力下，與包含所述烴的冷凍區(qū)液體物流接觸;采用加熱設(shè)施直接將熱量施加到所述受控冷凍區(qū)域段的受控冷凍區(qū)域壁上，該加熱設(shè)施與所述受控冷凍區(qū)域壁的受控冷凍區(qū)內(nèi)表面和所述受控冷凍區(qū)域壁的受控冷凍區(qū)外表面中的至少一個聯(lián)接;并且采用所述加熱設(shè)施使所述固體對所述受控冷凍區(qū)域壁的粘合不穩(wěn)定和防止該粘合中的至少一種。
[0020]將原料物流中的污染物與所述原料物流中的烴分離的蒸餾塔包含汽提器段，構(gòu)造和設(shè)置該汽提器段以在沒有固體形成的溫度和壓力下，將包含污染物和烴的原料物流分離成包含所述污染物的富含污染物的底部液體物流和包含所述烴的冷凍區(qū)蒸氣物流;受控冷凍區(qū)域段，該受控冷凍區(qū)域段包含:位于所述受控冷凍區(qū)域段的底部段的熔化盤組合體，構(gòu)造和設(shè)置該熔化盤組合體以熔化在所述受控冷凍區(qū)域段中形成的包含所述污染物的固體；加熱設(shè)施，該加熱設(shè)施與所述受控冷凍區(qū)域段的受控冷凍區(qū)域壁的受控冷凍區(qū)內(nèi)表面和所述受控冷凍區(qū)域壁的受控冷凍區(qū)外表面中的至少一個聯(lián)接，達到使所述固體到所述受控冷凍區(qū)域壁的粘合不穩(wěn)定和防止該粘合中的至少一種，其中所述加熱設(shè)施處于與所述底部段直接鄰接并且分開的所述受控冷凍區(qū)域段的上部段中。
[0021]用于生產(chǎn)烴的方法可以包括從儲油層中提取包含烴和污染物的原料物流;把所述原料物流引入蒸餾塔的汽提器段和受控冷凍區(qū)域段的一個中；在所述汽提器段中在沒有固體形成的溫度和壓力下，將所述原料物流分離成包含所述污染物的富含污染物的底部液體物流和包含所述烴的冷凍區(qū)蒸氣物流;在所述冷凍區(qū)蒸氣物流形成包含所述污染物的固體和包含所述烴的富含烴的蒸氣物流的溫度和壓力下，使所述冷凍區(qū)蒸氣物流在所述受控冷凍區(qū)域段中與包含所述烴的冷凍區(qū)液體物流接觸;采用加熱設(shè)施直接地將熱量施加到所述受控冷凍區(qū)域段的受控冷凍區(qū)域壁，該加熱設(shè)施與所述受控冷凍區(qū)域壁的受控冷凍區(qū)內(nèi)表面和所述受控冷凍區(qū)域壁的受控冷凍區(qū)外表面中的至少一個聯(lián)接;采用所述加熱設(shè)施使所述固體對所述受控冷凍區(qū)域壁的粘合不穩(wěn)定和防止該粘合中的至少一種;從所述蒸餾塔中除去所述富含烴的蒸氣物流;和生產(chǎn)從所述蒸餾塔提取的所述富含烴的蒸氣物流。
[0022]前文已經(jīng)寬泛地概述了本公開內(nèi)容的特征，使得隨后的詳細描述可以被更好地理解。另外的特征也將會被描述在本文中。
[0023]附圖的簡要描述
[0024]從下列描述、附加的權(quán)利要求書和附圖中，本公開內(nèi)容的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將會變?yōu)轱@而易見的，下面簡要描述它們。
[0025]圖1是在單個容器內(nèi)具有多個段的塔的示意圖。
[0026]圖2是在多個容器內(nèi)具有多個段的塔的示意圖。
[0027]圖3是在單個容器內(nèi)具有多個段的塔的示意圖。
[0028]圖4是在多個容器內(nèi)具有多個段的塔的示意圖。
[0029]圖5是蒸餾塔的受控冷凍區(qū)域段的橫斷面示意圖。
[0030]圖6是當(dāng)所述加熱設(shè)施包含加熱圈時圖5的剖面38的示意圖。
[0031]圖7是當(dāng)所述加熱設(shè)施包含導(dǎo)電體時圖5的剖面38的示意圖。
[0032]圖8是在本公開內(nèi)容的保護范圍之內(nèi)的方法的流程圖。
[0033]應(yīng)該注意:這些附圖僅僅還是實例，因而并不限定本公開內(nèi)容的保護范圍。進一步，這些附圖大體上沒有按照尺寸畫，而是為了在舉例說明本公開內(nèi)容的各個方面中方便和清楚的目的而作的草圖。
[0034]詳細描述
[0035]為了促進對本公開內(nèi)容原理的理解的目的，現(xiàn)在將參考附圖中所舉例說明的特征并且將要使用專業(yè)語言來描述本公開內(nèi)容。然而，將會被理解的是并不打算由此限定本公開內(nèi)容的保護范圍。正如本文中所描述的那樣，任何改變和進一步的修飾以及本公開內(nèi)容原理的任何進一步的應(yīng)用都被預(yù)期了，正如將會發(fā)生在本公開內(nèi)容所涉及的領(lǐng)域的技術(shù)人員上的那樣。對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是:為了清晰的緣故，與本公開內(nèi)容不相關(guān)的一些特征可能沒有被顯示在附圖中。
[0036]正如本申請中所引用的那樣，術(shù)語〃物流〃、〃氣體物流〃、〃蒸氣物流〃和〃液體物流〃是指當(dāng)原料物流在蒸餾塔中被加工時原料物流的不同階段，所述蒸餾塔把天然氣中的甲烷、主要烴與污染物分離。盡管短語"氣體物流"、"蒸氣物流"和"液體物流"是指其中氣體、蒸氣和液體分別主要存在于所述物流中的情形，但是可能有其它相也存在于所述物流內(nèi)。例如，氣體也可以存在于〃液體物流〃中。在一些情形中，術(shù)語〃氣體物流〃和〃蒸氣物流〃可以被互換使用。
[0037]本公開內(nèi)容涉及用于在蒸餾塔中分離原料物流的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法可以使可能粘合和/或集結(jié)在所述受控冷凍區(qū)域段中的固體不穩(wěn)定。所述系統(tǒng)和方法可以阻止可能粘合和集結(jié)在所述受控冷凍區(qū)域段中的固體粘合和/或集結(jié)。本公開內(nèi)容的圖1-8顯示了所述系統(tǒng)和方法的各個方面。
[0038]所述系統(tǒng)和方法可以分離含有甲烷和污染物的原料物流。所述系統(tǒng)可以包含蒸餾塔104，204(圖1-4)。所述蒸餾塔104，204可以將污染物與甲烷分離。
[0039]可以把所述蒸餾塔104，204分成三個功能段:下部段106、中間受控冷凍區(qū)域段108和上部段110。當(dāng)需要和/或想要上部段110時，所述蒸餾塔104，204可以包含三個功能段。當(dāng)不需要和/或不想要上部段110時，所述蒸餾塔104，204可以僅僅包含兩個功能段。當(dāng)所述蒸餾塔不包含上部段110時，可以以用于把所述蒸氣從所述中間受控冷凍區(qū)域段中除去的管線21的形式，把離開所述中間受控冷凍區(qū)域段108的一部分蒸氣從所述蒸餾塔104，204中除去，雖然它們因含有太高的污染物含量而不符合質(zhì)量指標(biāo)或用作燃油或用于其它目的，沒有在管線14中提取剩余的蒸氣。注意在這種情形中在圖2和4中，管線23和管線14是直接連接的。管線14進入冷凝器122中，在該冷凝器中，可以把一部分所述蒸氣冷凝并且以液體噴射物流的形式經(jīng)由噴射組合體129返回。而且，可以消除圖1和3中的管線18和20或圖2和4中的管線18，圖1和3中的元件124和126可以就是同一個，并且圖1和3中的元件150和128可以就是同一個。在圖1和3中，管線14中的所述物流，現(xiàn)在帶著所述蒸氣離開所述中間受控冷凍段108，把這些蒸氣帶向所述冷凝器122。
[0040]所述下部段106也可以被稱為汽提器段。所述中間受控冷凍區(qū)域段108也可以被稱為受控冷凍區(qū)域段。所述上部段110也可以被稱為精餾器段。
[0041]可以把所述蒸餾塔104的各個段容納在單個容器內(nèi)(圖1和3)。例如，可以把所述下部段106、所述中間