阅读说明：本技术 烃类气体处理 (Hydrocarbon gas processing ) 是由 J·A·安吉亚诺 J·D·威尔金森 H·M·哈德森 于 2020-03-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了用于从被分流成第一料流和第二料流的烃类气体料流中回收组分的方法和设备。将第一料流冷却,膨胀至较低压力,并供应到分馏塔中。将第二料流冷却并分离成蒸气料流和液体料流。将蒸气料流分流成两部分。将第一部分冷却,膨胀至塔压,并在上部塔中间进料位置处供应到塔。将第二部分和液体料流膨胀至塔压力,并供应到塔。在加热、压缩和冷却之后,塔顶馏出蒸气的一部分被冷却、膨胀并在塔顶进料位置处被供应到塔。塔的进料的量和温度保持塔的塔顶温度,由此回收期望的组分的绝大部分。(A process and apparatus for recovering components from a hydrocarbon gas stream split into a first stream and a second stream is disclosed. The first stream is cooled, expanded to lower pressure, and supplied to a fractionation column. The second stream is cooled and separated into a vapor stream and a liquid stream. The vapor stream is split into two portions. The first portion is cooled, expanded to column pressure, and supplied to the column at an upper column mid-feed position. The second portion and the liquid stream are expanded to the column pressure and supplied to the column. After heating, compression, and cooling, a portion of the overhead vapor is cooled, expanded, and supplied to the column at an overhead feed position. The amount and temperature of the feed to the column maintains the overhead temperature of the column, thereby recovering a substantial portion of the desired components.)

具体实施方式

图3示出了根据本发明的工艺的流程图。在图3所示的工艺中考虑的进料气体组成和条件与图1和图2中的那些相同。因此，可将图3工艺与图1和图2工艺进行比较，来说明本发明的优点。

图3工艺所示的大多数工艺条件与图2工艺的对应工艺条件几乎相同。主要区别在于闪蒸膨胀的基本上冷凝的料流34c的布置，以及由进料气体的一部分(料流162)和来自精馏塔25的泵送液体(料流154a)形成的分馏塔17的新塔顶进料。在图3工艺中，进料气体料流31被分流成两个料流，即料流161和料流162。料流161被引导至热交换器10以待冷却，如前所述，并且在-24°F[-31℃]和759psia[5，232kPa(a)]下进入分离器11，以分离成蒸气料流32和液体料流33。料流32和33随后接受的处理与之前几乎相同。

然而，处于-44°F[-42℃]的部分冷却的料流34a被进一步冷却至-159°F[-106℃]并在热交换器23中基本上冷凝，然后通过膨胀阀27闪蒸膨胀至精馏塔25的运转压力(222psia[1,531kPa(a)])(略低于分馏塔17的运转压力)。在膨胀期间，料流的一部分可能被蒸发，从而导致总料流的冷却。在图3所示的工艺中，离开膨胀阀27的膨胀料流34c被冷却至-172°F[-113℃]并被引导至精馏塔25上的塔中间进料点。

进料气体的另一部分(料流162)被引导至热交换器22和热交换器23并被冷却至-159°F[-106℃]并基本上冷凝(料流163a)。料流163a随后通过膨胀阀13闪蒸膨胀至略高于分馏塔17的运转压力(227psia[1,565kPa(a)])。在膨胀期间，料流163b的一部分可能被蒸发，从而导致总料流冷却至-168°F[-111℃]。再循环料流151同样被冷却至-159°F[-106℃]并在热交换器22和热交换器23中基本上冷凝，然后通过膨胀阀24闪蒸膨胀至精馏塔25的运转压力。在膨胀期间，料流的一部分可能被蒸发，从而导致总料流的冷却。在图3所示的工艺中，离开膨胀阀24的处于-177°F[-116℃]的膨胀料流151c被引导至精馏塔25上的塔顶进料点。

处于-130°F[-90℃]的塔顶馏出蒸气料流39从分馏塔17的上部区域被抽吸出并引导至精馏塔25的塔底进料点。精馏塔25为常规吸收塔，其包括多个竖直间隔的塔盘、一个或多个填充床或塔盘和填料的一些组合。如天然气处理设施中通常的情况那样，精馏塔可由两个节段组成。上部节段是分离器，其中部分气化的塔顶进料被分成其相应的蒸气部分和液体部分，并且其中从下部精馏节段上升的蒸气与塔顶进料的蒸气部分组合以形成离开塔的顶部的精馏塔顶馏出蒸气(料流152)。下部精馏节段包括塔盘和/或填料，并且提供向下落下的液体与向上升起的蒸气之间的必要接触，使得来自料流151c和34c的冷液体回流吸收并冷凝在精馏塔25的精馏节段中上升的C₂组分、C₃组分和较重组分。离开精馏塔25的塔底的处于-132°F[-91℃]的液体(料流154)通过泵26被泵送至较高压力并与闪蒸膨胀料流163b组合，其中处于-151°F[-102℃]的所得料流155在分馏塔17的塔顶进料点处被供应到该分馏塔。

精馏塔顶馏出蒸气料流152在-164°F[-109℃]下离开精馏塔25的上部区域并被引导至热交换器23中，其中它向部分冷却的再循环料流151a、进料气体的部分冷却部分(料流163)和部分冷却的料流34a提供冷却，然后处于-44°F[-42℃]的加热料流152a被分流成流156和料流157。料流156流向热交换器22，其中随着它向再循环料流151和进料气体的部分(料流162)提供冷却而被加热至109°F[43℃]，而料流157流向热交换器12和热交换器10，如前所述。所得的温热料流156a和157b重组以形成处于108°F[42℃]的料流152b，如前所述其将被压缩并冷却以形成处于125°F[52℃]和1065psia[7,341kPa(a)]的料流152e。料流152e随后被分流以形成再循环料流151和残余气体产物(料流153)。

图3中示出的工艺的料流流率和能量消耗的汇总示于下表中：

表III

(图3)

料流流率汇总-磅摩尔/小时[千克摩尔/小时]

回收率*

乙烷 92.40％

丙烷 100.00％

丁烷+ 100.00％

功率

*(基于未四舍五入的流率)

本发明的性能提升相对于现有技术的性能提升的幅度出乎意料地大。表I和表III的比较显示，与图1工艺相比，图3工艺将乙烷的回收率从85.65％提高到92.40％(提高接近7个百分点)，将丙烷的回收率从99.68％提高到100.00％，并且将丁烷+的回收率从99.99％提高到100.00％。表I和表III的比较还显示，这些增加的产物收率是在不使用额外功率的情况下实现的。就回收效率(由每单位功率回收的乙烷的量限定)而言，与图1工艺的现有技术相比，本发明表现出非常显著的8％改善。

表II和表III的比较显示，与图2工艺相比，图3工艺将乙烷的回收率从86.77％提高到92.40％(提高超过5个百分点)，并且丙烷和丁烷+的回收率不变(100.00％)。表II和表III的比较还显示，这些增加的产物收率是在不使用额外功率的情况下实现的。就回收效率(由每单位功率回收的乙烷的量限定)而言，与图2工艺的现有技术相比，本发明表现出非常显著的6％改善。

通过检查本发明提供的精馏相比于图1和图2工艺的精馏节段17b和图2工艺的精馏塔25的改善，可理解本发明的回收效率相对于现有技术工艺的回收效率的改善。虽然图1工艺具有用于塔17中的其精馏节段17b的单一回流料流(料流36b)，但本发明具有三个回流料流(精馏塔25的料流151c和料流34c，以及塔17中的精馏节段17b的料流155)。不仅本发明的回流总量更大(高出61％)，其塔顶回流料流(料流151c)由于其几乎是纯甲烷而具有好得多的品质，而图1工艺的塔顶回流料流36b包含高出10％的C₂组分和较重组分。

虽然图2工艺相对于具有其双回流料流(精馏塔25的料流151c和塔17中精馏节段17b的料流155)的图1工艺有改善，但回流总量比本发明中的三重回流料流少23％。此外，为图2工艺供应给精馏塔25的单一回流料流仅为对本发明精馏塔25供应的总回流的25％，使得其不太能够精馏来自塔17的塔顶馏出蒸气料流39。本发明的精馏塔25还具有较少的要首先精馏的料流39，因为其使用进料气体的一部分(基本上冷凝的膨胀料流163b)以在塔17的精馏节段17b中提供塔蒸气的部分精馏，使得塔25中需要较少的精馏。这些因素的组合导致本发明的C₂组分回收率的增加几乎超过图1工艺7个百分点并且超过图2工艺5个百分点。

本发明的一个重要优点是其可如何容易地结合到现有气体处理设施中以实现上述优异的性能。如图3所示，在以下方面仅需要与现有设施的六个连接(通常称为“接入”)：对于进料气体分流(料流162)、对于部分冷凝的料流(料流34a)、对于来自精馏塔25的泵送液体(料流154a)、对于分馏塔17塔顶馏出蒸气(料流39)、对于加热的残余气体(料流156a)、以及对于压缩再循环气体(料流151)。当新的热交换器22和热交换器23、塔25和泵26安装在分馏塔17附近时，现有设施可继续运行，当安装完成时，仅有短时间的设施关闭以形成这六个现有管道的新接入。然后可重新启动设施，其中所有现有设备保持在使用中并且完全如之前那样运转，不同的是产物回收率现在更高，而压缩功率没有增加。

本发明的另一个优点是，由于进料气体的部分(料流162)围绕现有热交换器和分离器分流，因此通过现有设施的流量较少，这导致分馏塔17内的蒸气/液体料流量较少。这意味着如果存在可用于较高进料气体吞吐量的备用压缩功率，则有可能在没有消除现有设备瓶颈的情况下处理更多进料气体并增加处理设施收入。

其他实施方案

本发明也可应用于如图4和图6所示的新设施。取决于进料气体中较重烃类的量和进料气体压力，离开热交换器10的冷却的进料流161a(图4)或进料流31a(图6)可不包含任何液体(因为其高于其露点，或因为其高于其临界凝析压力)。在此类情况下，不需要显示于图4和图6中的分离器11。

根据本发明，进料气体的分流可以若干方式实现。在图3和图4的工艺中，进料气体的分流发生在进料气体的任何冷却之前。在此类情况下，多个热交换器中进料气体的一部分的冷却和基本冷凝在一些情形下可能是有利的，诸如图3所示的热交换器22和热交换器23或图4所示的热交换器22和热交换器12。然而，进料气体也可在冷却之后(但在分离可能已形成的任何液体之前)分流，如图5和图6所示。

不需要将高压液体(图3和图4中的料流33)膨胀并进料至蒸馏塔上的塔中间进料点。相反，其全部或一部分可与离开图3和图4中的热交换器22的冷却的进料气体(料流162a)的部分组合。(这由图3和图4中的虚线料流35示出。)液体的任何剩余部分(图3和图4中的料流38)可通过适当的膨胀装置诸如膨胀阀16或膨胀机器膨胀，并且被进料至蒸馏塔上的塔中间进料点(料流38a)。料流38还可在膨胀步骤之前或之后用于入口气体冷却或其他热交换服务，然后流到脱甲烷装置。

如前所述，进料气体的一部分(料流162)和分离器蒸气的一部分(料流34)基本上被冷凝，并且所得的冷凝物用于吸收来自蒸气的有价值的C₂组分、C₃组分和较重组分，所述蒸气上升通过脱甲烷装置17(图4和图6)的精馏节段17b，或通过精馏塔25和塔17的精馏节段17b(图3和图5)。然而，本发明并不限于该实施方案。可能有利的是，例如，在其中其他设计考虑指示蒸气或冷凝物的部分应绕过脱甲烷装置17的精馏节段17b(图4和图6)的情况下或精馏塔25和/或塔17的精馏节段17b(图3和图5)的情况下，以这种方式仅处理这些蒸气的一部分或仅使用冷凝物的一部分作为吸收剂。

进料气体条件、设施尺寸、可用设备或其他因素可指示消除工作膨胀机14或用另选的膨胀装置(诸如膨胀阀)进行替换是可行的。虽然在特定膨胀装置中示出了单独的料流膨胀，但在适当的情况下可采用另选的膨胀装置。例如，条件可保证分离器蒸气(图3和图5中的料流34b以及图4和图6中的料流34a)的基本上冷凝的部分或进料流(图3和图4中的料流163a和图5和图6中的料流162a)的基本上冷凝的部分的工作膨胀。

根据本发明，可使用外部制冷来补充入口气体、分离器蒸气和/或来自其他工艺料流的再循环料流可用的冷却，尤其是在富含入口气体的情况下。用于工艺热交换的分离器液体和脱甲烷装置侧抽吸液体的使用和分配，以及用于入口气体和分离器蒸气冷却的热交换器的特定布置方式，以及用于特定热交换服务的工艺料流的选择，必须针对每个特定应用进行评估。

还将认识到，存在于分流蒸气进料的每个分支中的进料的相对量将取决于若干因素，包括气体压力、进料气体组成、可从进料中以经济的方式提取的热量以及可用马力的量。针对塔的顶部的更多进料可增大回收率，同时减少从膨胀器回收的功率，从而增加再压缩马力需求。增加塔中较低部分的进料减少了马力消耗，但也可能减小产物回收率。塔中间进料的相对位置可取决于入口组合物或其他因素诸如期望的回收水平和入口气体冷却期间形成的液体量而变化。此外，可取决于相对温度和单个料流的量将两个或更多个进料料流或它们的部分组合，然后将组合料流进料至塔中间进料位置。

本发明根据运转工艺所需的公用设施消耗量提供C₂组分、C₃组分和较重烃类组分或C₃组分和较重烃类组分的改善的回收率。运转工艺所需的公用设施消耗的改善可以降低的压缩或再压缩功率要求、降低的外部制冷功率要求、降低的补充加热能量要求或它们的组合的形式呈现。

虽然已经描述了据信是本发明的优选实施方案的内容，但本领域的技术人员将认识到，可对其进行其他和进一步的修改，例如，在不脱离以下权利要求书所限定的本发明的实质的情况下，使本发明适应各种条件、进料类型或其他要求。