采用加热设施使固体粘合不稳定和/或防止固体粘合的分离烃和污染物的方法和装置的制造方法
【专利说明】采用加热设施使固体粘合不稳定和/或防止固体粘合的分离烃和污染物的方法和装置
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年12月6日提交的标题为〃采用加热设施使固体粘合不稳定和/或防止固体粘合的用于分离烃和污染物的方法和装置"的美国专利申请号61/912,986的优先权权益，在此通过引文并入该文全部。
[0003]本申请与下列美国临时专利申请号有关但是不要求其优先权:于2013年12月6日提交的标题为〃采用喷射组合体用于分离烃和污染物的方法和装置〃的61/912,957;于2014年9月2日提交的标题为〃采用喷射组合体用于分离烃和污染物的方法和装置〃的62/044，770;于2013年12月6日提交的标题为"用于保持蒸馏塔中液体水平的方法和系统"的61/912，959;于2013年12月6日提交的标题为〃利用射线检测器用于分离原料物流的方法和装置"的61/912,964;于2013年12月6日提交的标题为"使在蒸馏塔中加工的原料物流脱水的方法和系统"的61/912,970;于2013年12月6日提交的标题为"采用原料物流分配设施用于分离原料物流的方法和系统〃的61/912,975;于2013年12月6日提交的标题为〃用于防止蒸馏塔中固体集结的方法和系统"的61/912，978;于2013年12月6日提交的标题为"通过改变蒸馏塔中液体水平来除去固体的方法〃的61/912,983;于2013年12月6日提交的标题为〃在开车操作期间改变液体水平的方法和系统〃的61/912，984;于2013年12月6日提交的标题为〃采用表面处理机制的用于分离烃和污染物的方法和装置〃的61/912,987。
[0004]发明背景
技术领域
[0005]本公开内容一般地涉及流体分离领域。更具体地，本公开内容涉及污染物，例如酸气与经的低温分离。
[0006]相关领域的描述
[0007]这一节的目的是介绍可能与本公开内容相关联的本领域的各个方面。这种讨论的目的是提供框架以方便更好地理解本公开内容的具体方面。因此，应该理解应该以这种眼光来阅读这一节，并且不必肌把这一节阅读成作为现有技术的准入。
[0008]从储油层中生产天然气烃，例如甲烷和乙烷，时常地带着伴随的非烃气体的产生。这样的气体包括污染物，例如二氧化碳("C02")、硫化氢("H2S")、硫化羰、二硫化碳和许多种硫醇中的至少一种。当从储油层中生产的原料物流包含这些与烃混合的污染物时，该原料物流时常地被称为〃酸气〃。
[0009]很多天然气储油层具有相对低的烃百分比和相对高的污染物百分比。污染物可以起稀释剂的作用并且降低烃的热含量。一些污染物，像含硫的化合物一样，是有毒的，并且甚至可能是致命的。此外，在水的存在下，一些污染物能够变成非常有腐蚀性。
[0010]理想的是从含烃流中除去污染物以生产脱酸而浓缩的烃。管道品质的天然气质量指标典型地要求最多2-4%的⑶2和1/4格令的H2S/100scf(4ppmv)或5mg/Nm3的H2S。较低温度的工艺例如天然气液化装置或氮气排斥装置的质量指标典型地要求小于50ppm的C02。
[0011]将烃与污染物分离是困难的并且因此有重大意义的工作已经被应用到烃/污染物分离方法的开发中。可以把这些方法归入三大类别:通过溶剂吸收(物理的、化学的和混合式)、通过固体吸附和蒸馏。
[0012]通过蒸馏分离一些混合物可能是相对简单的，并且例如被广泛地应用在天然气工业中。然而，对天然气烃，主要是甲烷和天然气中一种最普通的污染物二氧化碳的混合物的蒸馏，可能存在重大的困难。常规的蒸馏原理和常规的蒸馏设备以在整个蒸馏塔中仅仅存在气相和液相为条件。如果想要管道品质或更好品质的烃产品的话，通过蒸馏将甲烷与CO2分离涉及导致CO2固化的温度和压力条件。所需要的温度是冷温，典型地被称为低温。
[0013]某些低温蒸馏能够克服上述困难。这些低温蒸馏提供合适的机制来操控在从烃中分离形成固体的污染物的过程中固体的形成以及随后的熔化。在特定的温度和压力条件下，在与烃和污染物的气-液混合物的平衡中固体污染物的形成发生在受控冷冻区域段。
[0014]有时固体能够粘合在所述受控冷冻区域段(例如受控冷冻区域壁)内，而不是落向受控冷冻区域段的底部。
[0015]所述粘合是不利的。该粘合如果不受控制，能够干扰所述受控的冷冻区的正常操作以及甲烧与污染物的有效分离。
[0016]需要改进的技术来使固体到受控冷冻区域段中表面的任何粘合不稳定和/或防止该任何粘合。
[0017]发明概述
[0018]本公开内容提供用于将烃与污染物分离并且使固体对受控冷冻段中的表面的粘合不稳定和/或阻止该粘合的装置和方法，除了别的事项之外。
[0019]用于在蒸馏塔中分离原料物流的方法包括把包含烃和污染物的原料物流引入蒸馏塔的汽提器段和受控冷冻区域段的一个中；在所述汽提器段中，在没有固体形成的温度和压力下，把所述原料物流分离为包含所述污染物的富含污染物的底部液体物流和包含所述烃的冷冻区蒸气物流;使所述冷冻区蒸气物流在所述受控冷冻区域段中，在形成包含所述污染物并且进一步富含所述烃的蒸气物流出现的固体的温度和压力下，与包含所述烃的冷冻区液体物流接触;采用加热设施直接将热量施加到所述受控冷冻区域段的受控冷冻区域壁上，该加热设施与所述受控冷冻区域壁的受控冷冻区内表面和所述受控冷冻区域壁的受控冷冻区外表面中的至少一个联接;并且采用所述加热设施使所述固体对所述受控冷冻区域壁的粘合不稳定和防止该粘合中的至少一种。
[0020]将原料物流中的污染物与所述原料物流中的烃分离的蒸馏塔包含汽提器段，构造和设置该汽提器段以在没有固体形成的温度和压力下，将包含污染物和烃的原料物流分离成包含所述污染物的富含污染物的底部液体物流和包含所述烃的冷冻区蒸气物流;受控冷冻区域段，该受控冷冻区域段包含:位于所述受控冷冻区域段的底部段的熔化盘组合体，构造和设置该熔化盘组合体以熔化在所述受控冷冻区域段中形成的包含所述污染物的固体；加热设施，该加热设施与所述受控冷冻区域段的受控冷冻区域壁的受控冷冻区内表面和所述受控冷冻区域壁的受控冷冻区外表面中的至少一个联接，达到使所述固体到所述受控冷冻区域壁的粘合不稳定和防止该粘合中的至少一种，其中所述加热设施处于与所述底部段直接邻接并且分开的所述受控冷冻区域段的上部段中。
[0021]用于生产烃的方法可以包括从储油层中提取包含烃和污染物的原料物流;把所述原料物流引入蒸馏塔的汽提器段和受控冷冻区域段的一个中；在所述汽提器段中在没有固体形成的温度和压力下，将所述原料物流分离成包含所述污染物的富含污染物的底部液体物流和包含所述烃的冷冻区蒸气物流;在所述冷冻区蒸气物流形成包含所述污染物的固体和包含所述烃的富含烃的蒸气物流的温度和压力下，使所述冷冻区蒸气物流在所述受控冷冻区域段中与包含所述烃的冷冻区液体物流接触;采用加热设施直接地将热量施加到所述受控冷冻区域段的受控冷冻区域壁，该加热设施与所述受控冷冻区域壁的受控冷冻区内表面和所述受控冷冻区域壁的受控冷冻区外表面中的至少一个联接;采用所述加热设施使所述固体对所述受控冷冻区域壁的粘合不稳定和防止该粘合中的至少一种;从所述蒸馏塔中除去所述富含烃的蒸气物流;和生产从所述蒸馏塔提取的所述富含烃的蒸气物流。
[0022]前文已经宽泛地概述了本公开内容的特征，使得随后的详细描述可以被更好地理解。另外的特征也将会被描述在本文中。
[0023]附图的简要描述
[0024]从下列描述、附加的权利要求书和附图中，本公开内容的这些和其它特征、方面和优点将会变为显而易见的，下面简要描述它们。
[0025]图1是在单个容器内具有多个段的塔的示意图。
[0026]图2是在多个容器内具有多个段的塔的示意图。
[0027]图3是在单个容器内具有多个段的塔的示意图。
[0028]图4是在多个容器内具有多个段的塔的示意图。
[0029]图5是蒸馏塔的受控冷冻区域段的横断面示意图。
[0030]图6是当所述加热设施包含加热圈时图5的剖面38的示意图。
[0031]图7是当所述加热设施包含导电体时图5的剖面38的示意图。
[0032]图8是在本公开内容的保护范围之内的方法的流程图。
[0033]应该注意:这些附图仅仅还是实例，因而并不限定本公开内容的保护范围。进一步，这些附图大体上没有按照尺寸画，而是为了在举例说明本公开内容的各个方面中方便和清楚的目的而作的草图。
[0034]详细描述
[0035]为了促进对本公开内容原理的理解的目的，现在将参考附图中所举例说明的特征并且将要使用专业语言来描述本公开内容。然而，将会被理解的是并不打算由此限定本公开内容的保护范围。正如本文中所描述的那样，任何改变和进一步的修饰以及本公开内容原理的任何进一步的应用都被预期了，正如将会发生在本公开内容所涉及的领域的技术人员上的那样。对于相关领域的技术人员来说显而易见的是:为了清晰的缘故，与本公开内容不相关的一些特征可能没有被显示在附图中。
[0036]正如本申请中所引用的那样，术语〃物流〃、〃气体物流〃、〃蒸气物流〃和〃液体物流〃是指当原料物流在蒸馏塔中被加工时原料物流的不同阶段，所述蒸馏塔把天然气中的甲烷、主要烃与污染物分离。尽管短语"气体物流"、"蒸气物流"和"液体物流"是指其中气体、蒸气和液体分别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内。例如，气体也可以存在于〃液体物流〃中。在一些情形中，术语〃气体物流〃和〃蒸气物流〃可以被互换使用。
[0037]本公开内容涉及用于在蒸馏塔中分离原料物流的系统和方法。所述系统和方法可以使可能粘合和/或集结在所述受控冷冻区域段中的固体不稳定。所述系统和方法可以阻止可能粘合和集结在所述受控冷冻区域段中的固体粘合和/或集结。本公开内容的图1-8显示了所述系统和方法的各个方面。
[0038]所述系统和方法可以分离含有甲烷和污染物的原料物流。所述系统可以包含蒸馏塔104，204(图1-4)。所述蒸馏塔104，204可以将污染物与甲烷分离。
[0039]可以把所述蒸馏塔104，204分成三个功能段:下部段106、中间受控冷冻区域段108和上部段110。当需要和/或想要上部段110时，所述蒸馏塔104，204可以包含三个功能段。当不需要和/或不想要上部段110时，所述蒸馏塔104，204可以仅仅包含两个功能段。当所述蒸馏塔不包含上部段110时，可以以用于把所述蒸气从所述中间受控冷冻区域段中除去的管线21的形式，把离开所述中间受控冷冻区域段108的一部分蒸气从所述蒸馏塔104，204中除去，虽然它们因含有太高的污染物含量而不符合质量指标或用作燃油或用于其它目的，没有在管线14中提取剩余的蒸气。注意在这种情形中在图2和4中，管线23和管线14是直接连接的。管线14进入冷凝器122中，在该冷凝器中，可以把一部分所述蒸气冷凝并且以液体喷射物流的形式经由喷射组合体129返回。而且，可以消除图1和3中的管线18和20或图2和4中的管线18，图1和3中的元件124和126可以就是同一个，并且图1和3中的元件150和128可以就是同一个。在图1和3中，管线14中的所述物流，现在带着所述蒸气离开所述中间受控冷冻段108，把这些蒸气带向所述冷凝器122。
[0040]所述下部段106也可以被称为汽提器段。所述中间受控冷冻区域段108也可以被称为受控冷冻区域段。所述上部段110也可以被称为精馏器段。
[0041]可以把所述蒸馏塔104的各个段容纳在单个容器内(图1和3)。例如，可以把所述下部段106、所述中间