用于深度的進料氣體烴露點調整的構造和方法
【專利說明】用于深度的進料氣體烴露點調整的構造和方法發明領域
[0001]本發明的領域是從進料氣體中去除和回收天然氣液體(NGL)，以滿足管道烴露點和熱值的規格。
[0002]發明背景
在本領域中已知眾多的從天然氣中回收C2，C3，和更重質組分的方法和系統，然而它們的全部或幾乎全部是為了 NGL的高回收率(即，超過90%)而被構造，且需要使用渦輪膨脹機和深度冷凍(refrigerat1n)，其是昂貴的且僅當存在相當大的下游市場時其才是經濟上合算的。隨著對冷凝物部分(即，C5和更重質組分)需求增加以及對LPG (即C2，C3，和C4)組分的需求減少，高回收率所需要的高資金投入和運行成本通常是不能夠合算的。另一方面，為了傳輸中的安全，需要管道運行設備來生產商品氣體(sales gas)以滿足在烴露點和熱值方面的管道規格。在大多數情況下，需要從進料氣體中回收超過98%的C4和更重質的烴，而C3的回收率可低至60%。鑒于需求的改變，目前已知的能夠達到超過90%的C3回收率的NGL處理設施過于復雜，且從經濟角度來看通常是不能夠合算的。
[0003]例如，眾多具有對進料氣體的高NGL回收率的NGL處理設施包括低溫分餾和渦輪膨脹過程，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。通過引用它們的全部內容的方式來結合在此討論的這些和全部其他外部資料。在結合的文獻中對術語的定義或使用與在此提供的對該術語的定義不一致或相反的地方，應用在此提供的對該術語的定義且不應用所述文獻中對該術語的定義。
[0004]然而，盡管全部的這些過程可達到非常高的NGL回收率，仍然存在一些困難。其中，NGL回收過程使用高膨脹比率的渦輪膨脹機從而產生低水平的冷凍，其需要對殘余氣體的再壓縮。此外，當處理具有相對高水平的C5+烴的富氣體物流時，經常需要另外的外部冷凍。通常，此類處理構造是復雜的且難以運行的。例如，Campbell等在U.S.Pat.N0.6，182, 469中描述了其中使用冷殘余氣體和中間再沸器(side reboiler)在熱交換器中將進料氣體冷卻(cool)的設施，如在現有技術圖1中所表述的。然后在分離器中分離經冷凝的進料氣體的液體并將其進料至脫甲燒塔。可替代地，如由Sorensen在U.S.Pat.N0.5，953，935中描述的，可添加吸收器到脫甲烷塔的上游，如在現有技術圖2中所表述的。在此類構造中，將來自進料分離器和吸收器底部的液體進料至脫甲烷塔。在此類構造中為進一步增加NGL的回收率，通過用脫甲烷塔頂部蒸氣使其變冷(chill)來冷卻和回流吸收器的頂部流出物。
[0005]在還進一步已知的構造中，如在U.S.Pat.N0.6，244，070(Lee等)和U.S.Pat.N0.5，890，377 (Foglietta)中描述的，將再沸器的功能整合至使進料變冷中，且在這些構造中，將來自中間分離器的液體進料至下游脫甲烷塔中的各個位置以用于NGL回收。這些過程還包括向NGL過程提供冷卻的各種手段。在現有技術圖3和4中表述了示例性的遵循此類方案的已知構造。
[0006]盡管此類復雜的構造適合于達到超過95%的高C2和C3回收率，由于它們的相對高的膨脹比率和用于添加的冷凍的能量需求，對于C4+和適度的C3回收率(例如60至75%)來說它們趨向于是不具有成本效益的。因此，盡管已知從進料氣體中回收NGL的各種構造和方法，當需要適度的C3回收率時它們中的全部或幾乎全部均遭遇一種或多種缺點。因此，仍然存在對提供用于改進的NGL回收的方法和構造的需要。
【發明內容】
[0007]
本發明主題是針對從氣體物流中回收C4和更重質烴，以及對C3的適度的回收率(多至75%)的構造和方法，以滿足由氣體物流產生的管道氣體的烴露點和熱值的規格。
[0008]在本發明主題的一個優選的方面中，對包含C3和C4和更重質組分的天然氣的烴露點的調整方法具有如下步驟:使用經冷卻的進料氣體的液相和分餾裝置上段的頂部產物來在進料氣體交換器中冷卻進料氣體。在另一個步驟中，在相分離器中將經冷卻的進料氣體分離成液相和蒸氣相，且將液相進料至分餾裝置的下段，而將蒸氣相進料至分餾裝置的上段。在尤其優選的方面中，分餾裝置的上段和下段連接至彼此以使得膨脹裝置(通常為JT閥)降低上段的壓力并向上段提供下段的蒸氣產物，且使得泵增加下段的壓力并向下段提供上段的液體產物。在又一個步驟中，使用分餾裝置的上段的頂部產物中的冷凍內容物(refrigerat1n content)在頂部交換器中將下段的蒸氣產物冷卻。在此類方法中，通常優選運行分餾裝置使得從進料氣體中的C3的回收率為60%至80%，且從進料氣體中C4和更重質組分的回收率為至少95%。
[0009]通常進一步優選在450至550 psig的壓力下運行分餾裝置，且在比下段壓力低至少10 psig，且更為典型地低至少30 psig的壓力下運行上段。關于溫度，通常優選在-65° F至-55 ° F的溫度下運行上段，且在25 ° F至300 ° F的溫度下運行下段。
[0010]此外，設計的方法將還包括以下步驟:在分別將蒸氣相和液相進料至分餾裝置的上段和下段之前，在渦輪膨脹機中使蒸氣相膨脹并在第二膨脹裝置中降低液相的壓力。盡管不限制發明主題，通常優選進行進料氣體冷卻和/或對下段蒸氣產物的冷卻而不使用外部冷凍。
[0011]在本發明主題的另一個優選的方面中，用于對從進料氣體源傳送的天然氣進料氣體的烴露點控制的處理設施將包括進料氣體交換器，所述進料氣體交換器流體連接至進料氣體源且將所述進料氣體交換器構造為使用經冷卻的進料氣體的液相和分餾裝置上段的頂部產物來冷卻進料氣體。設計的設施還將包含相分離器，所述相分離器流體連接至進料氣體交換器，且將所述相分離器構造為將經冷卻的進料氣體分離成液相和蒸氣相。最為典型地，分餾裝置包含被構造為接收液相的下段和被構造為在上段接收蒸氣相的上段。尤其優選的分餾裝置具有連接至彼此的上段和下段，使得膨脹裝置降低上段的壓力并向上段提供下段的蒸氣產物，且使得泵增加下段的壓力并向下段提供上段的液體產物。所述設施包括頂部交換器，且將其構造為使用分餾裝置上段的頂部產物來冷卻蒸氣產物。
[0012]在特別優選的設施中，包括第二膨脹裝置，且將所述第二膨脹裝置構造為接收液相并降低液相的壓力，以及包括渦輪膨脹機并將所述渦輪膨脹機構造為接收蒸氣相和降低蒸氣相的壓力。尤其設計的是所述泵以至少10 psig，且更典型地至少30 PSig的量增加液體產物壓力，且將分餾裝置構造為在450至550 psig的壓力下運行。因此，將分餾裝置的上段和下段構造為在至少10 psig的壓力差下運行。進一步尤其優選的是將分餾裝置的上段構造為在-65 ° F至-55 ° F的溫度下運行且其中將分餾裝置的下段構造為在25 ° F至300 ° F的溫度下運行，和/或將進料氣體交換器，分餾裝置，和膨脹裝置構造為能夠實現60%-80%的C3回收率而不使用外部冷凍。
[0013]由下面的對發明優選的實施方式連同附圖的詳細說明，本發明的各種對象，特征，方面和優點將變得明顯。
[0014]附圖簡要說明
現有技術圖1是用于NGL回收的一種已知構造的示意圖，其中使用冷殘余氣體和中間再沸器來在熱交換器中冷卻進料氣體。
[0015]現