用于从烃类蒸汽流去除污染物的热交换机构的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年11月17日提交的申请号为62/080450的美国专利申请的优先权，上述申请的全部内容通过引用并入本文。

本公开一般涉及流体分离的领域。更具体地，本公开涉及从烃类低温分离污染物例如酸性气体。

背景技术：

本部分旨在介绍可能与本公开相关联的技术领域的各个方面。这些讨论内容旨在提供框架以便于更好地理解本公开的特定方面。因此，应当理解本部分应以此为基础来阅读，而不是必然认定为现有技术。

从储层产生天然气烃类(例如甲烷和乙烷)经常会随之携带有偶然产生的非烃类气体。这样的气体包括污染物例如二氧化碳(“co2”)、硫化氢(“h2s”)、硫化羰、二硫化碳和各种硫醇中的至少一种。当从储层产生的进料流包括与烃类混合的这些污染物时，该进料流通常被称为“含硫天然气(sourgas)”。

许多天然气储层具有相对较低百分比的烃类和相对较高百分比的污染物。污染物可以用作稀释剂并且降低烃类的热含量。另外，在存在水的情况下，一些污染物能够变得很有腐蚀性。

期望从包含烃类的流中去除污染物以产生无硫且浓缩的烃类。用于管道品质天然气的规范通常要求最大为2-4％的co2以及每100scf(4ppmv)中1/4格令的h2s或者5mg/nm³的h2s。用于较低温度工艺(例如天然气液化厂或排氮装置)的规范通常要求少于50ppm的co2。

从烃类分离污染物是困难的，并且因此已经在烃类/污染物分离方法的研发方面进行了大量的工作。这些方法可以分为三大类：溶剂吸收(物理、化学和混合方式)，固体吸附，和蒸馏。

通过蒸馏分离一些混合物可以相对简单，并且因此广泛地用于天然气工业。然而，天然气烃类(主要是甲烷)和作为天然气中最常见的污染物之一的二氧化碳的混合物的蒸馏可能存在重大困难。常规蒸馏原理和常规蒸馏设备的前提是在整个蒸馏塔中仅存在汽相和液相。通过蒸馏从甲烷分离co2涉及在需要管道品质或更好品质的烃类产品的情况下会导致co2凝固的温度和压力条件。所需的温度是通常称为低温温度的低温。

某些低温蒸馏可以克服上述困难。这些低温蒸馏在形成固体的污染物从烃类分离期间提供适当的机制来应对固体的形成和随后的固体的熔化。在特定的温度和压力条件下与烃类和污染物的蒸汽-液体混合物平衡的固体污染物的形成在受控的冷冻区域部段中进行。

蒸馏塔的受控冷冻区域的冷冻固体积聚和熔化(a&m)部段可以设计成：(a)将蒸汽从a&m部段下方的部段输送到上方的部段；(b)积聚固体污染物；(c)熔化积聚的固体污染物；以及(d)去除熔化的污染物。图1和图2示出了用于a&m部段1的典型设计，其中图1示出了a&m部段的立面图并且图2示出了a&m部段的横截面视图。a&m部段1布置在受控冷冻区域部段3的壁2内。a&m部段1包括多个蒸汽提升管4以及围绕蒸汽提升管4布置的一个或多个盘管5或加热元件。理想地，冷冻颗粒落入盘管5之间的间隙空间中并且随着时间而积聚。在设定时间，加热介质流动通过盘管5以熔化积聚的冷冻物质。熔化的物质随后离开a&m部段1。

在图1和图2所示的设计的范围内，取决于冷冻颗粒的操作条件和物理特性，这样的颗粒可能不会落入盘管之间的间隙空间中并在其中积聚。粗糙表面和表面不规则部用作颗粒沉积物的成核点并促进附加颗粒的聚集。冷冻颗粒可以积聚在下列位置但不限于下列位置：(a)盘管5中的管壁；(b)蒸汽提升管4的壁；(c)蒸汽提升管4的盖；(d)a&m部段1的壁2上的表面不规则部；以及(e)在a&m部段1正上方的受控冷冻区域部段3中的其它内部结构。如果不与盘管接触或者不暴露于盘管，可能就无法通过熔化工艺有效地去除积聚的冷冻物质，降低其有效性。

所以，对于改进技术以有效地熔化处于受控冷冻区域单元中的积聚冷冻物质存在需求。对于在受控冷冻区域单元中减少在期望积聚区域内的冷冻颗粒的不均匀收集和聚集的改进技术也存在需求。此外，对于在受控冷冻区域单元中减少在指定区域之外的冷冻颗粒积聚的改进技术也存在需求。

技术实现要素：

本公开提供了在烃类蒸馏工艺中选择性地熔化载有污染物的固体或半固体的手段。

在一方面，本公开包括一种用于熔化已从烃类蒸馏塔中的含烃类蒸汽流分离的载有污染物的固体的系统，其包括：定位在烃类蒸馏塔内形成所述固体的位置处的至少一个板；形成所述至少一个板中的每一个的一体部分的中空管；以及布置成以比所述固体的温度更高的温度选择性地流动通过所述中空管从而至少部分地熔化所述固体的加热介质。

在另一方面，公开了一种用于分离蒸馏塔中的进料流的方法，其包括：保持所述蒸馏塔中的受控冷冻区域部段，其接收冷冻区域液体流以在所述受控冷冻区域部段中形成固体和富含烃类的蒸汽流；使用热交换机构熔化所述固体，其中熔化包括使加热介质流动通过一体地布置在板中的中空管，所述板定位在所述受控冷冻区域部段内形成所述固体的位置处，其中所述加热介质处于比所述固体的温度更高的温度；收集已由所述热交换机构至少部分熔化的固体；以及将至少部分熔化的固体从富含烃类的蒸汽流分离。

在又一方面，本公开包括一种用于生产烃类的方法，其包括：保持蒸馏塔中的受控冷冻区域部段，其接收冷冻区域液体流以在所述受控冷冻区域部段中形成固体和富含烃类的蒸汽流；使用热交换机构熔化所述固体的至少一部分，其中熔化包括将加热介质加热到比所述固体的温度更高的温度，使所述加热介质流动通过一体地布置在至少一个板中的中空管，所述至少一个板定位在所述受控冷冻区域部段内形成所述固体的位置处；收集已由所述热交换机构至少部分熔化的固体；处置至少部分熔化的固体；以及从所述蒸馏塔送出富含烃类的蒸汽流。

以上已经宽泛地概述了本公开的特征，使得能够更好地理解下面的详细描述。在本文中也将描述另外的特征。

附图说明

根据以下描述、所附权利要求和下面将简要描述的附图，本公开的各个特征、方面和优点将变得显而易见。

图1是蒸馏塔中的积聚和熔化(a&m)部段的俯视立面图。

图2是图1中的a&m部段的横截面。

图3是在单个容器内具有多个部段的蒸馏塔的示意图。

图4是在多个容器内具有多个部段的塔的示意图。

图5是在单个容器内具有多个部段的塔的示意图。

图6是在多个容器内具有多个部段的塔的示意图。

图7是图3-6中的任意塔的一部分的详细示意图。

图8是热交换机构的透视图。

图9是沿着线9-9截取的图8的热交换机构的横截面。

图10是另一热交换机构的透视图。

图11是另一热交换机构的透视图。

图12是另一热交换机构的透视图。

图13a和13b是与本文中公开的热交换机构一起使用的提升管的透视图。

图14是沿着线14-14截取的图13中的提升管的剖视图。

图15是根据本公开的提升管和帽的侧视图。

图16是沿着图15中的线16-16截取的截面图。

图17是热交换器子系统的示意图。

图18是根据本公开的方法的框图。

图19是根据本公开的另一方法的框图。

应当注意附图仅仅是示例，因此附图并不旨在对本公开的范围进行限制。此外，附图一般不是按比例绘制，而是为了方便和清楚地示出本公开的各个方面而绘制。

具体实施方式

为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图所示的特征，并且将使用特定语言对其进行描述。然而应当理解本公开的范围并不因此而受限。如本文所述的本公开的原理的任何修改和进一步的变型以及任何进一步的应用都是可预见的，正如本公开所属领域的技术人员通常会想到的那样。对于相关领域的技术人员而言将显而易见的是，为了清楚起见，在附图中可能没有示出与本公开不相关的一些特征。

如本申请中所提及的，术语“流”、“气体流”、“蒸汽流”和“液体流”是指在将甲烷(天然气中的主要烃类)与污染物分离的蒸馏塔中处理进料流时进料流所处的不同阶段。尽管短语“气体流”、“蒸汽流”和“液体流”分别是指在流中主要存在气体、蒸汽和液体的情况，但是在流中也可以存在其它的相。例如，气体也可能存在于“液体流”中。在一些情况下，术语“气体流”和“蒸汽流”能够可互换地使用。

本公开涉及用于从烃类流去除污染物的系统和方法。本公开的图1-19示出了系统和方法的各个方面。

所述系统和方法可以分离具有甲烷和污染物的进料流。所述系统可以包括蒸馏塔104、204(图3-6)。蒸馏塔104、204可以将污染物与甲烷分离。

蒸馏塔104、204可以分成三个功能部段：下部段106，中间受控冷冻区域部段108，和上部段110。当需要和/或期望设置上部段110时，蒸馏塔104、204可以包含三个功能部段。

当不需要和/或不期望设置上部段110时，蒸馏塔104、204可以仅包含两个功能部段。例如，在蒸馏塔不包括上部段110的实施例中，离开中间受控冷冻区域部段108的蒸汽的一部分可以在冷凝器122中冷凝并且经由喷射组件129而作为液体流返回。而且，在这样的实施例中，图3可以被修改为使得能够消除管线18和20，元件124和126可以是同一个元件，并且元件150和128可以是同一个元件。管线14中的流(现已携带离开中间受控冷冻部段108的蒸汽)将这些蒸汽引导到冷凝器122。

返回图3-6，下部段106可以被称为剥离器部段。中间受控冷冻区域部段108可以被称为受控冷冻区域部段。上部段110可以被称为精馏器部段。

蒸馏塔104的各部段可以容置在单个容器内(图3和图5)。例如，下部段106、中间受控冷冻区域部段108和上部段110可以容置在单个容器164内。

在一些实施例中，蒸馏塔204的各部段可以容置在多个容器内以形成分裂塔构造(图4和图6)。容器中的每一个可以独立于其它容器。管和/或另一种合适的机构可以将一个容器连接到另一容器。在此情况下，下部段106、中间受控冷冻区域部段108和上部段110可以容置在两个或更多个容器内。例如，如图4和图6所示，上部段110可以容置在单个容器254内，并且下部段和中间受控冷冻区域部段106、108可以容置在单个容器264内。当就是这样的情况时，离开上部段110的液体流可以通过底部液体出口260离开。底部液体出口260位于上部段110的底部处。尽管并未示出，但是每个部段可以容置在其自身的独立容器内，或者一个或多个部段可以容置在独立容器内，或者上部段和中间受控冷冻区域部段可以容置在单个容器内并且下部段可以容置在单个容器内，等等。当蒸馏塔的各部段容置在多个容器内时，这些容器能够以多种可行的取向布置，例如沿着水平线并排布置和/或沿着竖直线彼此竖排布置。

在需要考虑蒸馏塔的高度、运动考量、和/或运输问题(例如对于偏远位置)的情况下，分裂塔构造可能是有益的。该分裂塔构造允许一个或多个部段的独立操作。例如，当上部段容置在单个容器内并且下部段和中间受控冷冻区域部段容置在另一单个容器内时，使用来自填充气体管线或相邻烃类管线的基本上无污染物、含大量烃类的流来独立生成回流液体可以在上部段中进行。回流可以用于冷却上部段、在上部段中建立适当的温度分布、和/或在上部段的底部积累液体存量以用作中间受控冷冻区域部段所用的喷射液体的初始来源。而且，中间受控冷冻区域部段和下部段可以通过以下步骤独立地准备就绪：(a)冷却进料流，(b)将冷却的进料流进给到下部段或中间受控冷冻区域部段中的最佳位置，(c)生成用于下部段和中间受控冷冻区域部段的液体，以及(d)如果蒸汽因污染物含量过高而不合格，则从中间受控冷冻区域部段处置掉蒸汽。而且，可以间歇地或连续地喷射来自上部段的液体，这样在中间受控冷冻区域部段的底部中积累液位并且将中间受控冷冻区域部段中的污染物含量减小到接近稳态水平。以该方式，可以连接两个容器以将来自中间受控冷冻区域部段的蒸汽流送到上部段，将来自上部段的底部的液体连续地喷射到中间受控冷冻区域部段中，以及将操作稳定到稳态条件。分裂塔构造可以使用上部段的贮槽作为用于泵128的液体接收器，由此消除对图3和图5中的液体接收器126的需求。

所述系统还可以包括热交换器100(图3-6)。进料流10可以在进入蒸馏塔104、204之前先进入热交换器100。进料流10可以在热交换器100内冷却。热交换器100有助于将进料流10的温度降低到适于引入蒸馏塔104、204中的水平。

所述系统可以包括膨胀器装置102(图3-6)。进料流10可以在进入蒸馏塔104、204之前先进入膨胀器装置102。进料流10可以在离开热交换器100之后再在膨胀器装置102中膨胀。膨胀器装置102有助于将进料流10的温度降低到适于引入到蒸馏塔104、204中的水平。膨胀器装置102可以是任意合适的装置，例如是阀。如果膨胀器装置102是阀，则该阀可以是任意合适的有助于在进料流进入蒸馏塔104、204之前先冷却进料流10的阀。例如，阀102可以包括焦耳-汤普森(j-t)阀。

所述系统可以包括进料分离器103(图5-6)。进料流在进入蒸馏塔104、204之前先进入进料分离器。进料分离器将具有混合的液体和蒸汽流的进料流分离成液体流和蒸汽流。管线12从进料分离器延伸到蒸馏塔104、204。管线12中的一个可以接收来自进料分离器的蒸汽流。管线12中的另一个可以接收来自进料分离器的液体流。管线12的每一个可以延伸到蒸馏塔104、204的相同部段和/或不同部段(即，中间受控冷冻区域部段和下部段)。膨胀器装置102可以处于进料分离器103的下游或者不处于进料分离器103的下游。膨胀器装置102可以包括多个膨胀器装置102，以使每个管线12都具有膨胀器装置102。

所述系统可以包括脱水单元261(图3-6)。进料流10可以在进入蒸馏塔104、204之前先进入脱水单元261。进料流10在进入热交换器100和/或膨胀器装置102之前先进入脱水单元261。脱水单元261从进料流10去除水以防止水随后在热交换器100、膨胀器装置102、进料分离器103或蒸馏塔104、204中造成问题。水可以通过形成堵塞管线、设备或不利地影响蒸馏过程的独立水相(即，冰和/或水合物)而造成问题。脱水单元261将进料流脱水到足够低的露点以确保在蒸馏过程的剩余部分期间在任何下游位置都不会形成独立水相。脱水单元可以是任意合适的脱水机构例如分子筛或乙二醇脱水单元。

所述系统可以包括过滤单元(未示出)。进料流10可以在进入蒸馏塔104、204之前先进入过滤单元。在进料流进入蒸馏塔104、204之前，过滤单元可以从进料流去除不合需要的污染物。根据要去除怎样的污染物，过滤单元可以处于脱水单元261之前或之后和/或处于热交换器100之前或之后。

所述系统可以包括管线12(图3-6)。管线可以被称为入口通道12。进料流10可以通过管线12引入蒸馏塔104、204中。管线12可以延伸到蒸馏塔104、204的下部段106或中间受控冷冻区域部段108。例如，管线12可以延伸到下部段106以使得进料流10可以进入蒸馏塔104、204的下部段106(图3-6)。管线12可以直接或间接地延伸到下部段106或中间受控冷冻区域部段108。管线12可以在进入蒸馏塔104、204之前先延伸到蒸馏塔104、204的外表面。

如果所述系统包括进料分离器103(图5-6)，则管线12可以包括多个管线12。每个管线从进料分离器延伸到蒸馏塔104、204的特定部分。

下部段106构造和布置成将进料流10分离成富含污染物的底部液体流(即，液体流)和冷冻区域蒸汽流(即，蒸汽流)。下部段106在不会形成固体的温度和压力下分离进料流。液体流可以包括比甲烷更大量的污染物。蒸汽流可以包括比污染物更大量的甲烷。在任何情况下，蒸汽流比液体流轻。结果，蒸汽流从下部段106上升并且液体流下降到下部段106的底部。

下部段106可以包括和/或连接到分离进料流的设备。该设备可以包括用于将甲烷与污染物分离的任意合适的设备，例如一个或多个填充部段181，或具有穿孔、下导管和堰的一个或多个蒸馏塔板(图3-6)。

该设备可以包括向流施加热量以形成蒸汽流和液体流的部件。例如，该设备可以包括向流施加热量的第一再沸器112。第一再沸器112可以位于蒸馏塔104、204的外部。该设备也可以包括向流施加热量的第二再沸器172。第二再沸器172可以位于蒸馏塔104、204的外部。管线117可以从蒸馏塔引导到第二再沸器172。管线17可以从第二再沸器172引导到蒸馏塔。也可以使用与上述的第二再沸器类似设置的附加再沸器。

第一再沸器112通过下部段106的液体出口160向离开下部段106的液体流施加热量。液体流从液体出口160行进通过管线28到达第一再沸器112(图3-6)。可以增加由第一再沸器112施加到液体流的热量的量以使更多的甲烷与污染物分离。由再沸器112施加到流的热量越多，就能从液体污染物分离越多的甲烷，不过将被汽化的污染物也会越多。

第一再沸器112也可以向蒸馏塔104、204内的流施加热量。具体地，由第一再沸器112施加的热量加热下部段106。这些热量沿着下部段106向上行进并供应热量以加热进入中间受控冷冻区域部段108的熔化塔盘组件139(图3-6)的固体，使得固体形成液体和/或浆料的混合物。

第二再沸器172向下部段106内的流施加热量。这些热量比由第一再沸器112施加的热量更接近中间受控冷冻区域部段108地被施加。结果，由第二再沸器172施加的热量比由第一再沸器112施加的热量更快地到达中间受控冷冻区域部段108。第二再沸器172也有助于能量集中。

所述设备可以包括一个或多个烟囱组件135(图3-6)。在下降到下部段106的底部时，液体流可以遇到一个或多个烟囱组件135。

每个烟囱组件135包括收集下部段106内的液体流的烟囱塔盘131。在烟囱塔盘131上收集的液体流可以被进给到第二再沸器172。在液体流在第二再沸器172中被加热之后，流可以返回到中间受控冷冻区域部段108以将热量供应到中间受控冷冻区域部段108和/或熔化塔盘组件139。离开第二再沸器172的流的未蒸发部分可以进给回到烟囱塔盘131下方的蒸馏塔104、204。当蒸汽流进入蒸馏塔104、204时，离开第二再沸器172的蒸汽流可以在烟囱塔盘131的下方或上方选择路线。

烟囱塔盘131可以包括一个或多个烟囱137。烟囱137用作下部段106中的蒸汽流穿过的通道。蒸汽流通过烟囱137的底部处的烟囱塔盘131中的开口行进到烟囱137的顶部。开口到下部段106的底部比开口到中间受控冷冻区域部段108的底部更近。顶部到中间受控冷冻区域部段108的底部比顶部到下部段106的底部更近。

每个烟囱137已附接到烟囱帽133。烟囱帽133覆盖烟囱137的烟囱顶部开口138。烟囱帽133防止液体直接从烟囱137上方的部段进入烟囱137。蒸汽流经由烟囱顶部开口138离开烟囱组件135。

在下降到下部段106的底部之后，液体流通过液体出口160离开蒸馏塔104、204。液体出口160处于下部段106(图3-6)内。液体出口160可以位于下部段106的底部。

在通过液体出口160离开之后，进料流可以经由管线28行进到第一再沸器112。进料流可以由第一再沸器112加热，并且随后蒸汽可以通过管线30再进入下部段106。未蒸发的液体可以经由管线24继续离开蒸馏过程。

所述系统可以包括膨胀器装置114(图3-6)。在进入管线24之后，加热的液体流可以在膨胀器装置114中膨胀。膨胀器装置114可以是任意合适的装置例如阀。可以使用任意合适的阀，例如j-t阀。

所述系统可以包括热交换器116(图3-6)。由第一再沸器112加热的液体流可以由热交换器116冷却或加热。热交换器116可以是直接热交换器或间接热交换器。热交换器116可以包括任意合适的热交换器并且可以输出排出流26。

下部段106中的蒸汽流从下部段106上升到中间受控冷冻区域部段108。中间受控冷冻区域部段108被保持成接收冷冻区域液体流以在中间受控冷冻区域部段108中形成固体和蒸汽流(即，富含烃类的蒸汽流)。中间受控冷冻区域部段108构造和布置成将引入中间受控冷冻区域部段中的进料流10分离成固体和蒸汽流。当冷冻区域液体流以形成固体和蒸汽流的温度和压力注入中间受控冷冻区域部段108中时，固体和蒸汽流在中间受控冷冻区域部段108中形成。固体可以包括比甲烷更多的污染物。蒸汽流可以包括比污染物更多的甲烷。

中间受控冷冻区域部段108包括下部段40和上部段39(图7)。下部段40在上部段39的下方。下部段40直接抵接上部段39。下部段40主要是但可以不限于中间受控冷冻区域部段108的加热部段。上部段39主要是但可以不限于中间受控冷冻区域部段108的冷却部段。上部段39的温度和压力被选择成使得能够在中间受控冷冻区域部段108中形成固体。

中间受控冷冻区域部段108可以包括被保持在中间受控冷冻区域部段108中的熔化塔盘组件139(图3-7)。熔化塔盘组件139处于中间受控冷冻区域部段108的下部段40内。熔化塔盘组件139不处于中间受控冷冻区域部段108的上部段39内。

熔化塔盘组件139构造和布置成熔化形成于中间受控冷冻区域部段108中的固体。当暖蒸汽流从下部段106上升到中间受控冷冻区域部段108时，蒸汽流立即遇到熔化塔盘组件139并供应热量以熔化固体。熔化塔盘组件139可以包括熔化塔盘118、泡帽132、液体130以及(一个或多个)热交换机构134中的至少一者。

熔化塔盘118可以收集液体和/或浆料的混合物。熔化塔盘118将中间受控冷冻区域部段108的至少一部分与下部段106分开。熔化塔盘118位于中间受控冷冻区域部段108的底部45处。

一个或多个泡帽132可以用作通道以便蒸汽流从下部段106上升到中间受控冷冻区域部段108。泡帽132可以提供用于蒸汽流的路径，所述路径迫使蒸汽流沿提升管140上升并且然后沿着并围绕提升管140下降到熔化塔盘118。提升管140由帽141覆盖。帽141形成围绕提升管140的通道，蒸汽流流动通过所述通道。蒸汽流行进通过泡帽132以允许蒸汽流将热量传递到熔化塔盘组件139内的液体130。

一个或多个热交换机构134可以进一步加热液体130以便于将固体熔化成液体和/或浆料的混合物。(一个或多个)热交换机构134可以位于熔化塔盘组件139内的任何位置。例如，如图3-7所示，热交换机构134可以位于泡帽132周围。热交换机构134可以是任意合适的机构例如热盘管。热交换机构134的热源可以是任意合适的热源。

在图8所示的公开内容的一方面，热交换机构134是多个板300，其具有例如以平行、盘绕、螺旋或蛇形构造形成板的一体部分的中空管(图9)。管302附接到将加热介质引导到管302中的入口歧管304。加热介质通过出口歧管306离开管。加热介质可以是液体或蒸汽的流体，其比待加热的流体或固体更热。作为液体，加热介质可以是水、烃类或其混合物。管302的内表面303可以是平滑的，或者替代地可以包括不规则的纹理或形状，从而增强管的流体流动和/或热交换特性，例如包括脊、凸块、通道、狭槽、凹槽、孔、其它等效结构、或其各种组合。

在图8所示的方面，基本上同心的板300被弯曲以装配在中间受控冷冻区域部段108内。板300的曲率可以被优化以满足所需的积聚横截面面积和体积，以及接纳提升管140(图3-7)。例如，图10示出了热交换机构134，其中同心板300在形状上基本上完全为圆形，并且设计成围绕提升管装配(图3-7)。尽管图8和图10中的板被示出为基本上彼此平行，但是可以改变板相对于彼此和相对于容器壁的角度以满足所需的积聚横截面面积和体积。替代地，热交换机构可以被修改成包括形成为螺旋形状的单个板。

在图11中示出了本公开的另一方面，其中多个单独的、互连的板内盘管式(coil-in-plate)热交换器234布置在中间受控冷冻区域部段108内。与图8和图10所示的热交换器一样，热交换器234包括多个板236以及与板成一体并且布置为基本平行、盘绕或蛇形构造的管258，如图9所示。热交换器234的尺寸可以小于或大于图8和图10所示的热交换器。热交换器234可以设计成全都一起操作或者以任意的组合操作，其中加热介质被引导到热交换器234的特定组合中以引导被收集在其板之间的积聚固体材料的熔化。与图8和图10所示的各方面一样，板的角可以相对于彼此和容器壁变化以满足所需的积聚横截面面积和体积。

本公开的另一方面在图12中示出，其中热交换器334包括圆锥形或截头圆锥形的板336。与图8和图10所示的热交换器一样，板336具有与其一体地布置并且以基本上平行、盘绕或蛇形构造布置的管338，如图9所示。板336的圆锥形或截头圆锥形的形状允许熔化的积聚物越过盘管向下流动到熔化塔盘118(图1)。尽管图12示出了在纬度方向上布置在板336上或板336中的管338，但是管338可以替代地螺旋布置在板336上或板336中，以允许熔化的积聚物不仅越过管向下流动，而且沿着管的长度在大体螺旋或盘旋的方向上向下流动。热交换器334的圆锥形或截头圆锥形的总体形状提供了用于在其顶点340处积聚固体材料的最小横截面。相比之下，热交换器334的剩余部分为固体积聚提供足够大的横截面表面积，其中没有固体会在其上过早地粘附、积聚并形成将干扰中间受控冷冻区域部段108的期望操作的大团块的其它内部塔结构。

如果板336为截头圆锥形，则可以在顶点340处通过开口布置单个提升管。向上流动的蒸汽可以在与板的将固体积聚到蒸汽提升管中的侧部相对的侧部处成漏斗状。通过仅使用具有热交换器334的一个蒸汽提升管，可以减小远离板336的可供用于固体过早积聚的表面积。可选地或附加地，如果需要使用多个提升管，则可以在每个提升管周围部署一个或多个热交换器334。

关于图8、图10和图11所示的本公开的各个方面，诸如狭槽或孔350(图9)这样的通道或开口可以被包含在板300中或穿过板300(图9)、被包含在板236中或穿过板236(图11)以允许在由(一个或多个)热交换器134(图8和图10)和234(图11)占据的体积内的液体的平衡，从而优化热传递并促进所收集的冷冻固体的均匀熔化。

根据公开的各个方面，提升管140可以被布置成提供在中间受控冷冻区域部段108上方的体积内的改善的蒸汽覆盖。通过使比在中间受控冷冻区域部段中捕获的冷冻颗粒更热的蒸汽通过，多个提升管提供了另外的方式来有效地将热量引入到中间受控冷冻区域部段108上方的塔的部分。通过在该区域中引入扫掠效果，可以预见到增大由离开提升管的向上流动的蒸汽所影响的横截面面积和体积会减小冷冻颗粒粘附和聚集在塔的该部分中的表面上的倾向。中断在该部段中的冷冻颗粒结构的形成以允许它们按照设计的那样在中间受控冷冻区域部段中形成于热交换机构134、234、334的板之间。

可以使用各种方法来改变离开一个提升管或多个提升管140的蒸汽的流动模式。例如，并且如先前所述，可以采用多个提升管。例如，相邻的提升管140可以相对于彼此具有不同的高度。可选地或附加地，如图13a所示的流动模式引发器例如百叶窗352或者如图13b所示的定向狭槽354可以布置在提升管上或提升管中。可选地或附加地，装置或结构可以布置在提升管的内部以促使离开提升管的蒸汽旋转或以另外方式表现出湍流的特性。图14示出了提升管140的内壁357上的螺旋状板条356，其促使提升管中的蒸汽在离开提升管时以旋转运动的方式运动。可选地或附加地，帽141可以基本上完全地封闭围绕提升管的体积，如图15所示。帽141的底表面359可以包括限流器例如狭槽358或阀360，从而引导或以另外方式控制离开提升管的蒸汽(图16)。附加地或替代地，限流器可以沿着帽141的下侧362布置。

图17示出了可用于蒸馏塔104、204的热交换器子系统310。加热介质储存在储存容器312中。入口管线连接到加热器316，所述加热器将加热介质加热到期望温度。期望温度可以是固体的熔化温度，和/或选自中间受控冷冻区域部段108中的多种固体中的一种固体的熔化温度。在这样的实施例中，可以(例如通过控制加热介质的温度来)控制期望温度，以使得被选固体至少部分地熔化并且多种固体中的至少一种固体不熔化。然后将加热介质引导到泵318并且最终引导到入口歧管304。如先前所述，入口歧管将加热介质引导到热交换机构134、230、234、334的管302中以根据需要熔化所积聚的固体和/或(一种或多种)被选固体，并且加热介质通过出口歧管306离开管。加热介质经由返回管线320行进返回到储存容器312。应当理解，储存容器312、加热器316、泵318和热交换机构134的具体布置可以根据需要而变化。此外，设计考虑因素可能会要求不使用换热器子系统310中的一个或多个元件例如储存容器312。

热交换机构134、230、234、334与已知的盘管式热交换器相比具有若干优点。板内盘管式换热机构134、230、234、334允许在相同的间距内部署更多的管。另外，由于管是形成这些管的板的一体部分，因此热交换机构的整个结构呈现通道的温度分布，增加可供用于向积聚固体进行热传递的有效表面积。

返回图3-7的描述，熔化塔盘组件中的液体130由蒸汽流加热。液体130也可以由一个或多个热交换机构134加热。液体130有助于将在中间受控冷冻区域部段108中形成的固体熔化成液体和/或浆料的混合物。具体地，由蒸汽流传递的热量加热液体，由此使热量能够熔化固体。液体130处于足以熔化固体的水平。

中间受控冷冻区域部段108也可以包括喷射组件129。喷射组件129冷却从下部段40上升的蒸汽流。喷射组件129向蒸汽流喷射比蒸汽流更冷的液体以冷却蒸汽流。喷射组件129处于上部段39内。喷射组件129不处于下部段40内。喷射组件129处于熔化塔盘组件139的上方。换句话说，熔化塔盘组件139处于喷射组件129的下方。

随着蒸汽流从中间受控冷冻区域部段108的底部行进到中间受控冷冻区域部段108的顶部，中间受控冷冻区域部段108中的温度下降。蒸汽流中的甲烷从中间受控冷冻区域部段108上升到上部段110。一些污染物可能保留在甲烷中并且也上升。蒸汽流中的污染物倾向于在较冷的温度下冷凝或者凝固并且下落到中间受控冷冻区域部段108的底部。

当固体处于液体130中时，固体形成液体和/或浆料的混合物。液体和/或浆料的混合物经由管线22从中间受控冷冻区域部段108的底部流动到下部蒸馏部段106的顶部(图3-6)。管线22可以是从中间受控冷冻区域部段108延伸到下部段106的外部管线。

在中间受控冷冻区域部段108中上升并且不形成固体或以另外方式下落到中间受控冷冻区域部段108的底部的蒸汽流上升到上部段110。上部段110以不形成固体的温度和压力以及污染物浓度进行操作。上部段110构造和布置成冷却蒸汽流以将甲烷与污染物分离。上部段110中的回流冷却蒸汽流。回流经由管线18引入上部段110中。

在接触上部段110中的回流之后，进料流形成蒸汽流和液体流。蒸汽流主要包括甲烷。液体流包括相对较多的污染物。蒸汽流在上部段110中上升并且液体下落到上部段110的底部。

为了在流接触回流时促进甲烷与污染物的分离，上部段110可以包括一个或多个物质转移装置176。每个物质转移装置176有助于将甲烷与污染物分离。每个物质转移装置176可以包括任意合适的分离装置，例如具有穿孔的塔盘，或者随机或结构化填料的一部分，以便于蒸汽相和液相的接触。

在上升之后，蒸汽流可以通过管线14离开蒸馏塔104、204。管线14可以从上部段110的上部延伸。蒸汽流可以从管线14进入冷凝器122。冷凝器122冷却蒸汽流以形成冷却流。冷凝器122至少部分地冷凝该流。在离开冷凝器122之后，冷却流可以进入分离器124。分离器124将蒸汽流分离成液体流和蒸汽流。分离器可以是能将流分离成液体流和蒸汽流的任意合适的分离器例如回流罐(refluxdrum)。

一旦分离，蒸汽流可以作为销售产品离开分离器124。销售产品可以行进通过管线16以用于随后供给到管线和/或冷凝为液化天然气进行销售。

一旦分离，液体流可以作为回流通过管线18返回到上部段110。回流可以经由诸如回流泵150(图3和图5)或重力(图4和图6)这样的任意合适的机制而行进到上部段110。

下落到上部段110的底部的液体流(即，冷冻区域液体流)收集在上部段110的底部。液体可以收集在塔盘183上(图3和图5)，或收集在上部段110的最底部分(图4和图6)。收集的液体可以通过管线20(图3和图5)或出口260(图4和图6)离开蒸馏塔104、204。管线20可以从上部段110引出。管线20可以从上部段110的底端引出。管线20可以从上部段110的外表面延伸。

管线20和/或出口260可以直接或间接地(图3-6)连接到管线41。当管线20和/或出口260直接连接到管线41时，可以经由任意合适的机制(例如喷射泵128或重力)将液体喷射物泵送到(一个或多个)喷嘴120。当管线20和/或出口260间接地连接到管线41时，管线20、41和/或出口260和管线41可以直接地连接到保持容器126(图3和图5)。保持容器126可以在其被(一个或多个)喷嘴进行喷射之前容置至少一些液体喷射物。液体喷射物可以经由任意合适的机制(例如喷射泵128(图3-6)或重力)从保持容器126泵送到(一个或多个)喷嘴120。当在上部段110的底部没有足够量的液体流供给喷嘴120时，可能需要用到保持容器126。

图18是示出用于分离蒸馏塔中的进料流的方法500的流程图。在模块502，在蒸馏塔中保持受控冷冻区域部段。受控冷冻区域部段接收冷冻区域液体流以在受控进料区域部段中形成固体和富含烃类的蒸汽流。在模块504，使用热交换机构选择性地熔化固体。热交换机构包括定位在塔内形成固体的位置处的至少一个板。中空管形成所述至少一个板中的每一个的一体部分。加热介质以比固体更高的温度选择性地流动通过中空管以至少部分地熔化固体。在模块506，收集已由热交换机构至少部分熔化的固体。在模块508，以将至少部分熔化的固体与富含烃类的蒸汽流分离的方式处置至少所述部分熔化的固体。

图19是显示用于生产烃类的方法600的流程图。在模块602，在蒸馏塔中保持受控冷冻区域部段。受控冷冻区域部段接收冷冻区域液体流以在受控进料区域部段中形成固体和富含烃类的蒸汽流。在模块604，使用热交换机构选择性地熔化固体。热交换机构包括定位在塔内形成固体的位置处的至少一个板。中空管形成所述至少一个板中的每一个的一体部分。加热介质以比固体更高的温度选择性地流动通过中空管以至少部分地熔化固体。在模块606，收集已由热交换机构至少部分熔化的固体。在模块608，以将至少部分熔化的固体与富含烃类的蒸汽流分离的方式处置所述至少部分熔化的固体。在模块610，产生从蒸馏塔提取的富含烃类的蒸汽流。

图18和图19所示的步骤仅用于说明目的，并且可能不需要特定步骤来执行本公开的方法。而且，图18和19可以不示出可能执行的所有步骤。由权利要求并且仅由权利要求来限定本公开的系统和方法。

公开的各方面可以用于烃类管理活动。当在本文中使用时，“烃类管理”或“管理烃类”包括烃类提取、烃类生产、烃类勘探、识别潜在的烃类资源、识别井位置、确定井的注入和/或提取速率、识别储层连通性、获取，处置和/或放弃烃类资源、查看以前的烃类管理决策、以及任何其它的与烃类相关的行为或活动。术语“烃类管理”也用于注入或储存烃类或二氧化碳，例如二氧化碳的封存，例如储层评估、开发规划和储层管理。公开的方法和技术可以用于从地下区域提取烃类和处理烃类。烃类和污染物可从储层被提取并进行处理。烃类和污染物例如可以在先前描述的蒸馏塔中进行处理。在处理烃类和污染物之后，可以从处理器(例如蒸馏塔)中提取并生产烃类。污染物可以适当地被处置或排放。例如，如图18所示，用于生产烃类的方法可以包括产生从蒸馏塔提取的富含烃类的蒸汽流。该方法还可以包括在产生富含烃类的蒸汽流之前先从蒸馏塔去除富含烃类的蒸汽流。来自储层的初始烃类提取可以通过使用烃类钻探设备进行钻井来实现。用于钻井和/或提取这些烃类的设备和技术是相关领域的技术人员熟知的。其它的烃类提取活动，并且更一般地，其它的烃类管理活动可以根据已知原理被执行。

当在本文中使用时，术语“大约”、“约”、“基本上”和类似术语旨在具有与本公开的技术主题所属领域的普通技术人员的通用和接受的用法相一致的广泛含义。浏览本公开的本领域技术人员应当理解这些术语旨在允许对所描述和要求保护的某些特征的描述，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数字范围。因此，这些术语应当被解释为表示所描述的主题的非实质性或无关紧要的修改或改变，并且被认定为落在本公开的范围内。此外，冠词“所述”、“一”和“一个”不必被限制到表示仅仅一个，而是包括性的和开放性的，从而可选地包括多个这样的要素。

应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对前述公开方案进行多种修改、变型和替代。因此，以上描述并不意味着限制本公开的范围。相反地，本公开的范围仅由所附的权利要求及其等同方案确定。也可以预料，在给出的示例中的结构和特征可以被改变、重排、替换、删除、复制、组合、或者加入到彼此。