用于深度的进料气体烃露点调整的构造和方法
【专利说明】用于深度的进料气体烃露点调整的构造和方法发明领域
[0001]本发明的领域是从进料气体中去除和回收天然气液体(NGL)，以满足管道烃露点和热值的规格。
[0002]发明背景
在本领域中已知众多的从天然气中回收C2，C3，和更重质组分的方法和系统，然而它们的全部或几乎全部是为了 NGL的高回收率(即，超过90%)而被构造，且需要使用涡轮膨胀机和深度冷冻(refrigerat1n)，其是昂贵的且仅当存在相当大的下游市场时其才是经济上合算的。随着对冷凝物部分(即，C5和更重质组分)需求增加以及对LPG (即C2，C3，和C4)组分的需求减少，高回收率所需要的高资金投入和运行成本通常是不能够合算的。另一方面，为了传输中的安全，需要管道运行设备来生产商品气体(sales gas)以满足在烃露点和热值方面的管道规格。在大多数情况下，需要从进料气体中回收超过98%的C4和更重质的烃，而C3的回收率可低至60%。鉴于需求的改变，目前已知的能够达到超过90%的C3回收率的NGL处理设施过于复杂，且从经济角度来看通常是不能够合算的。
[0003]例如，众多具有对进料气体的高NGL回收率的NGL处理设施包括低温分馏和涡轮膨胀过程，如在 U.S.Pat.N0.4，157，904 (Campbell 等)，N0.4，251，249 (Gulsby),N0.4，617，039 (Buck)，N0.4，690，702 (Paradowski 等)，N0.5，275，005 (Campbell 等)，N0.5，799，507 (Wilkinson 等)，和 N0.5，890，378 (Rambo 等)，以及 U.S.Pat.App.N0.2002/0166336 (Wilkinson 等)，和 TO 2011/126710 (Johnke 等)中描述的。通过引用它们的全部内容的方式来结合在此讨论的这些和全部其他外部资料。在结合的文献中对术语的定义或使用与在此提供的对该术语的定义不一致或相反的地方，应用在此提供的对该术语的定义且不应用所述文献中对该术语的定义。
[0004]然而，尽管全部的这些过程可达到非常高的NGL回收率，仍然存在一些困难。其中，NGL回收过程使用高膨胀比率的涡轮膨胀机从而产生低水平的冷冻，其需要对残余气体的再压缩。此外，当处理具有相对高水平的C5+烃的富气体物流时，经常需要另外的外部冷冻。通常，此类处理构造是复杂的且难以运行的。例如，Campbell等在U.S.Pat.N0.6，182, 469中描述了其中使用冷残余气体和中间再沸器(side reboiler)在热交换器中将进料气体冷却(cool)的设施，如在现有技术图1中所表述的。然后在分离器中分离经冷凝的进料气体的液体并将其进料至脱甲烧塔。可替代地，如由Sorensen在U.S.Pat.N0.5，953，935中描述的，可添加吸收器到脱甲烷塔的上游，如在现有技术图2中所表述的。在此类构造中，将来自进料分离器和吸收器底部的液体进料至脱甲烷塔。在此类构造中为进一步增加NGL的回收率，通过用脱甲烷塔顶部蒸气使其变冷(chill)来冷却和回流吸收器的顶部流出物。
[0005]在还进一步已知的构造中，如在U.S.Pat.N0.6，244，070(Lee等)和U.S.Pat.N0.5，890，377 (Foglietta)中描述的，将再沸器的功能整合至使进料变冷中，且在这些构造中，将来自中间分离器的液体进料至下游脱甲烷塔中的各个位置以用于NGL回收。这些过程还包括向NGL过程提供冷却的各种手段。在现有技术图3和4中表述了示例性的遵循此类方案的已知构造。
[0006]尽管此类复杂的构造适合于达到超过95%的高C2和C3回收率，由于它们的相对高的膨胀比率和用于添加的冷冻的能量需求，对于C4+和适度的C3回收率(例如60至75%)来说它们趋向于是不具有成本效益的。因此，尽管已知从进料气体中回收NGL的各种构造和方法，当需要适度的C3回收率时它们中的全部或几乎全部均遭遇一种或多种缺点。因此，仍然存在对提供用于改进的NGL回收的方法和构造的需要。
【发明内容】
[0007]
本发明主题是针对从气体物流中回收C4和更重质烃，以及对C3的适度的回收率(多至75%)的构造和方法，以满足由气体物流产生的管道气体的烃露点和热值的规格。
[0008]在本发明主题的一个优选的方面中，对包含C3和C4和更重质组分的天然气的烃露点的调整方法具有如下步骤:使用经冷却的进料气体的液相和分馏装置上段的顶部产物来在进料气体交换器中冷却进料气体。在另一个步骤中，在相分离器中将经冷却的进料气体分离成液相和蒸气相，且将液相进料至分馏装置的下段，而将蒸气相进料至分馏装置的上段。在尤其优选的方面中，分馏装置的上段和下段连接至彼此以使得膨胀装置(通常为JT阀)降低上段的压力并向上段提供下段的蒸气产物，且使得泵增加下段的压力并向下段提供上段的液体产物。在又一个步骤中，使用分馏装置的上段的顶部产物中的冷冻内容物(refrigerat1n content)在顶部交换器中将下段的蒸气产物冷却。在此类方法中，通常优选运行分馏装置使得从进料气体中的C3的回收率为60%至80%，且从进料气体中C4和更重质组分的回收率为至少95%。
[0009]通常进一步优选在450至550 psig的压力下运行分馏装置，且在比下段压力低至少10 psig，且更为典型地低至少30 psig的压力下运行上段。关于温度，通常优选在-65° F至-55 ° F的温度下运行上段，且在25 ° F至300 ° F的温度下运行下段。
[0010]此外，设计的方法将还包括以下步骤:在分别将蒸气相和液相进料至分馏装置的上段和下段之前，在涡轮膨胀机中使蒸气相膨胀并在第二膨胀装置中降低液相的压力。尽管不限制发明主题，通常优选进行进料气体冷却和/或对下段蒸气产物的冷却而不使用外部冷冻。
[0011]在本发明主题的另一个优选的方面中，用于对从进料气体源传送的天然气进料气体的烃露点控制的处理设施将包括进料气体交换器，所述进料气体交换器流体连接至进料气体源且将所述进料气体交换器构造为使用经冷却的进料气体的液相和分馏装置上段的顶部产物来冷却进料气体。设计的设施还将包含相分离器，所述相分离器流体连接至进料气体交换器，且将所述相分离器构造为将经冷却的进料气体分离成液相和蒸气相。最为典型地，分馏装置包含被构造为接收液相的下段和被构造为在上段接收蒸气相的上段。尤其优选的分馏装置具有连接至彼此的上段和下段，使得膨胀装置降低上段的压力并向上段提供下段的蒸气产物，且使得泵增加下段的压力并向下段提供上段的液体产物。所述设施包括顶部交换器，且将其构造为使用分馏装置上段的顶部产物来冷却蒸气产物。
[0012]在特别优选的设施中，包括第二膨胀装置，且将所述第二膨胀装置构造为接收液相并降低液相的压力，以及包括涡轮膨胀机并将所述涡轮膨胀机构造为接收蒸气相和降低蒸气相的压力。尤其设计的是所述泵以至少10 psig，且更典型地至少30 PSig的量增加液体产物压力，且将分馏装置构造为在450至550 psig的压力下运行。因此，将分馏装置的上段和下段构造为在至少10 psig的压力差下运行。进一步尤其优选的是将分馏装置的上段构造为在-65 ° F至-55 ° F的温度下运行且其中将分馏装置的下段构造为在25 ° F至300 ° F的温度下运行，和/或将进料气体交换器，分馏装置，和膨胀装置构造为能够实现60%-80%的C3回收率而不使用外部冷冻。
[0013]由下面的对发明优选的实施方式连同附图的详细说明，本发明的各种对象，特征，方面和优点将变得明显。
[0014]附图简要说明
现有技术图1是用于NGL回收的一种已知构造的示意图，其中使用冷残余气体和中间再沸器来在热交换器中冷却进料气体。
[0015]现