用喷射组件分离烃和杂质的方法和装置的制造方法
【专利说明】用喷射组件分离烃和杂质的方法和装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请涉及2013年12月6日提交的名为“用喷射组件分离烃和杂质的方法和装置”美国专利申请61/912，957，和2014年9月2日提交的名为“用喷射组件分离烃和杂质的方法和装置”的美国专利申请62/044，770，它们的全部内容通过引用纳入本申请。
[0003]本申请涉及以下申请但不要求它们的优先权:2013年12月6日提交的名为“保持蒸馏塔中的液体水平的方法和系统”的美国临时专利申请61 /912，959; 2013年12月6日提交的名为“使用辐射检测器分离进料料流的方法和装置”的美国临时专利申请61/912，964;2013年12月6日提交的名为“使蒸馏塔中处理的进料料流脱水的方法和系统”的美国临时专利申请61/912，970;2013年12月6日提交的名为“用进料料流分布机构分离进料料流的方法和系统”的美国临时专利申请61/912，975; 2013年12月6日提交的名为“防止固体在蒸馏塔中积累的方法和系统”的美国临时专利申请61/912，978; 2013年12月6日提交的名为“通过改变蒸馏塔中的液体水平来去除固体的方法”的美国临时专利申请61/912，983; 2013年12月6日提交的名为“在启动操作期间改变液体水平的方法和系统”的美国临时专利申请61/912，984;2013年12月6日提交的名为“用使固体去稳定化和/或防止固体粘结的加热机构分离烃和杂质的方法和装置”的美国临时专利申请61/912，986; 2013年12月6日提交的名为“用表面处理机构分离烃和杂质的方法和装置”的美国临时专利申请61/912，987。
[0004]背景
[0005]公开领域
[0006]本公开总体涉及流体分离领域。更具体来说，本公开涉及杂质(例如酸气体)从烃的低温分离。
[0007]本节意图介绍可能与本公开有关的本领域的各个方面。这样的讨论意图提供有助于对本公开的特定方面的更好理解的框架。因此，应理解的是，本节应基于此来阅读，而不必然是对现有技术的承认。
[0008]从储层生产天然气体烃，例如甲烷和乙烷，经常还携带偶然产生的非烃气体。这样的气体包括杂质，例如二氧化碳(“C02”)、硫化氢(“H2S” )、羰基硫化物、二硫化碳和各种巯类中的至少一种。当由储层生产的进料料流包括这些与烃混合的杂质时，该料流通常被称为“酸气”。
[0009]许多天然气储层具有较低百分比的烃和较高百分比的杂质。杂质可起到稀释剂的作用并降低了气体料流的热容量。一些杂质，比如带硫的化合物，是有毒的，甚至是致命的。另外，在存在水时，一些杂质会变得腐蚀性特别强。
[0010]期望从含有烃的料流去除杂质以生产清洁的(sweet)和浓的烃。管道外输天然气的规格典型地要求最大2-4%的CO2和1/4格令H2S每100scf(4ppmv)或5mg/Nm3H2S。较低温度工艺例如天然气液化装置或脱氮装置的规格典型地要求低于50ppm CO2o
[0011 ]杂质从烃的分离是困难的，因此作出大量工作来开发烃/杂质分离方法。这些方法可以归为三种大致类别:溶剂吸收(物理的、化学的和混杂的)、固体吸附和蒸馏。
[0012]—些混合物的分离蒸馏可以是相对简单的，并因此广泛用于天然气工业。然而，天然气烃混合物(主要为甲烷，以及天然气中最常见杂质中的一种，二氧化碳)的蒸馏的困难重重。常规蒸馏原理和常规蒸馏设备是基于在整个蒸馏塔中仅存在蒸气和液体相。如果需要管道外输烃或更好的优质烃时，通过蒸馏将CO2从甲烷分离包括导致CO2凝固的温度和压力条件。要求的温度是冰冷的温度，其典型地被称为低温温度。
[0013]某些低温蒸馏可以克服上述困难。这些低温蒸馏提供适当机构来处置在形成固体的杂质从烃分离期间固体的形成和接下来的熔化。与烃杂质的蒸气-液体混合物平衡的固体杂质的形成在特定的温度和压力的条件下在受控的冷冻区工段中发生。
[0014]有时固体可以粘附到受控的冷冻区工段的内部(例如受控的冷冻区壁)，而不是落到受控的冷冻区工段底部。
[0015]粘附是不利的。粘附如果不受到控制，就会干扰受控的冷冻区工段的正常操作和甲烷与杂质的有效分离。
[0016]需要对含烃和杂质的进料料流进行分离，同时还防止固体粘附到受控的冷冻区壁上的改进的技术。
[0017]概述
[0018]本公开提供了将杂质从烃分离并防止固体粘附到受控的冷冻区壁上的装置和方法等。
[0019]分离蒸馏塔中的进料料流的方法包括在所述蒸馏塔中保持受控的冷冻区工段，在所述受控的冷冻区工段中的喷嘴组件中接收冷冻区液体料流，其中所述喷嘴组件包含多个在所述喷嘴组件的外围边缘上的外围喷嘴和至少一个在所述多个外围喷嘴以内的内部喷嘴，其中每个外围喷嘴配置成沿中央喷射轴喷射所述冷冻区液体料流，和其中所述多个外围喷嘴的至少一个的中央喷射轴不与受控的冷冻区壁平行，以及通过所述喷嘴组件将所述冷冻区液体料流喷射到处于形成固体和富含烃的蒸气料流的温度和压力下的所述受控的冷冻区工段中。
[0020]生产烃的方法包括在所述蒸馏塔中保持受控的冷冻区工段，该受控的冷冻区工段接收冷冻区液体料流以在所述受控的冷冻区工段中形成固体和富含烃的蒸气料流，在所述受控的冷冻区工段中保持喷射组件，其中所述喷射组件包含在外围边缘上的第一类型的喷嘴和在第一类型的喷嘴内部的第二类型的喷嘴，和其中第一类型的喷嘴使喷射以相对于受控的冷冻区壁的角度定向，从而最小化喷射液体对所述受控的冷冻区壁的撞击，通过所述喷射组件将所述冷冻区液体料流注射到处于形成固体和富含烃的蒸气料流的温度和压力下的所述受控的冷冻区工段中，其中所述冷冻区液体料流包含冷冻区液体料流最外围部分，以及生产从所述蒸馏塔提取的富含烃的蒸气料流。
[0021]从进料料流中的烃分离进料料流中的杂质的蒸馏塔可包含受控的冷冻区工段，所述受控的冷冻区工段包含受控的冷冻区壁，第一类型的喷嘴，其配置为注射冷冻区液体料流到处于形成固体的温度和压力下的所述受控的冷冻区工段中，和在第一类型的喷嘴之下的熔化塔盘组件，其配置为熔化包含所述杂质的固体，其中第一类型的喷嘴配置成用第一类型的喷嘴使冷冻区液体料流最外围部分导向为与所述受控的冷冻区壁呈角度，和其中所述角度计算为最小化或消除所述冷冻区液体料流对所述受控的冷冻区壁的撞击。
[0022]前面已经宽泛地描述了本公开的特征，从而以下的详细描述将更好地理解。这里还将描述另外的特征。
[0023]附图简述
[0024]本公开的这些和其它特征、方面和优点将从以下说明、所附权利要求和附图中更加明显，其中附图简述如下。
[0025]图1为单一容器内具有多个工段的塔的示意图。
[0026]图2为多个容器内具有多个工段的塔的示意图。
[0027]图3为单一容器内具有多个工段的塔的示意图。
[0028]图4为多个容器内具有多个工段的塔的示意图。
[0029]图5为受控的冷冻区工段的示意截面图。
[0030]图6为喷射组件的顶视图。
[0031 ]图7为本公开范围内的方法的流程图。
[0032]应理解，这些图仅仅是实例而不是对本公开拟定范围的限制。此外，这些图通常不是按比例绘制的，而是为了方便和清楚地说明本公开的各方面的目的而描绘的。
[0033]详细说明
[0034]为了促进对本公开原理的理解，现将参考附图中显示的特征，并将使用特定的语言来对其进行描述。然而，应理解，不意图对本公开的范围进行限制。对本文描述的本公开原理的任何改变和进一步的调整以及进一步的应用也都涵盖了，正如对本公开所涉及的本领域技术人员通常会发生的那样。对本领域技术人员来说明显的是，与本公开不相关的一些特征为了清楚的原因可能没有在附图中显示。
[0035]如本申请中引用的，术语“料流”、“气体料流”、“蒸气料流”和“液体料流”是指进料料流在分离甲烷(天然气中的主要烃)和杂质的蒸馏塔中被处理时进料料流的不同阶段。虽然短语“气体料流”、“蒸气料流”和“液体料流”指的是气体、蒸气和液体分别主要存在于料流中的位置，但其它相也可存在于该料流中。例如，气体也可存在于“液体料流”中。在一些情况下，术语“气体料流”和“蒸气料流”可互换使用。
[0036]本公开涉及分离蒸馏塔中的进料料流的系统和方法。该系统和方法通过引导喷射组件外围边缘处的第一类型的喷嘴冷冻区液体料流最外围部分，从而消除、减少和/或最小化喷射液体对所述受控的冷冻区工段的受控的冷冻区壁的撞击，来帮助防止形成粘附到受控的冷冻区工段壁的固体。本公开的图1-7显示了该系统和方法的各方面。
[0037]该系统和方法可分离具有甲烷和杂质的进料料流。该系统可包含蒸馏塔104、204(图1-4)。该蒸馏塔104、204可将杂质从甲烷分离。
[0038]蒸馏塔104、204可分成三个功能工段:低工段106，中间受控的冷冻区工段108和上工段110。当需要和/或期望上工段110时，蒸馏塔104、204可含三个