从天然气料流中除去硫化合物的制作方法

文档序号:9492822阅读:781来源:国知局
从天然气料流中除去硫化合物的制作方法
【专利说明】从天然气料流中除去硫化合物
[0001] 早期国家申请的优先权要求
[0002] 本申请要求2013年5月31日提交的美国申请No. 61/829, 412和2014年5月21 日提交的美国申请No. 14/283, 859的优先权。
[0003] 发明背景
[0004] 天然气加工可以从用于管道输送的简单处理和调节延伸至满足规格以生产管道 销售气体或液化天然气(LNG)所需的复杂操作。需要除去酸性气体化合物,例如二氧化碳 和硫化氢以及除去有机硫化合物、水和汞以满足最终产品规格并避免下游工艺设备中的产 物阻塞。需要的处理水平根据处理气体产品规格以及局部环境规章变化。
[0005] 在一些现有技术处理设备中,汞通过不可再生的保护床除去,且二氧化碳和硫化 氢通过使用溶剂如胺的溶剂法除去。水可通过分子筛脱水装置除去。更加困难的挑战是除 去C0S和有机硫化合物如硫醇、二硫化物和多硫化物。历史上,存在两类流程图以除去这些 有机硫化合物以满足产品要求。一种是气相处理,其中分子筛装置设计用于将有机硫化合 物除去到它的再生气体料流中。然后将再生气体通过物理溶剂装置如Selexol?方法处理 以产生销售或燃料气体以及包含有机硫化合物的酸性气体料流。然后将该酸性气体料流与 胺装置中产生的酸性气体一起送入硫装置,例如操作Claus方法的装置中用于回收硫。使 用的另一流程图为液相处理,其中使所有或者多数硫化羰、有机硫化合物或二者通过脱水 装置。如果存在液态天然气(NGL)装置,则预期硫化合物富集在NGL料流中。然后将NGL液 体或者后分馏料流专业胺处理以尤其用于除去C0S。硫醇通过可再生苛性碱方法如Merox 方法除去,其中通过使用苛性碱如氢氧化钠或氨将硫醇转化成液态烃二硫化物。最后通过 分子筛装置除去其余硫含量而将液体硫抛光(S-polish)至低硫浓度。
[0006] 气相处理选择要求以硫装置为代价,而液相选择要求NGL装置。液相方案还具有 苛性碱基处理中的无吸引力元素及其相关的废苛性碱处置问题。硫装置是非常昂贵的,且 仅在硫含量是高的时是正当的。NGL装置的使用仅在气体富含(: 2、(:3和C4组分时是正当的。 如果气体加工操作员接收来自不同供应来源的进料气体,则进料气体硫含量和/或它的烃 含量可随着时间而变化,这不意味着硫装置和NGL装置都不是正当的。由于现有系统的缺 点,需要可选的硫俘获技术。理想的解决方法是将这些硫化合物转化成固体或液体形式,使 得它们不能从气体加工设备中物理地运送出来。
[0007] 发明概述
[0008] 本发明遵循气相处理路线,其中物理溶剂装置被冷却装置代替以将有机硫化合物 冷凝。在本发明一个实施方案中,首先将气体通过汞吸附剂保护床处理以除去汞和汞化合 物。汞吸附剂可以为金属氧化物基材料,例如负载在氧化铝基质中的氧化铜材料。氧化铝 的存在促进进料气体中的硫化羰水解成硫化氢。气体然后可进入胺装置中以除去二氧化碳 至少于50体积ppm含量并除去硫化氢至少于1体积ppm。胺装置中另外的C0S脱除也可取 决于合适胺溶剂的选择而进行。可将饱含水的气体供入分子筛装置中以除去水和所有有机 硫化合物。然后将干且几乎无硫的处理气体送入下游加工装置、NGL或LNG组或者气体管 道中。
[0009] 本发明的一个实施方案涉及处理天然气料流的方法,其包括在包含金属氧化物吸 附剂如氧化铜的吸附剂保护床中除去汞,在溶剂吸收装置中除去二氧化碳和硫化氢,然后 在第二吸附剂床中除去水和有机硫化合物,然后将第二吸附剂床用经加热的气体料流再生 以除去水和硫化合物。
[0010] 在该方法中,天然气料流内的硫化羰在吸附剂保护床水解成硫化氢且一部分硫化 羰可在第二吸附剂床中除去。各个吸附剂床由一个或多个吸附剂床,例如一组3、5个或更 多床组成。经加热的气体料流包含水和硫并首先冷却以除去水,然后干燥以除去另外的水, 然后冷却至足够的温度以将有机硫化合物冷凝除去。
[0011] 经加热的气体离开第二吸附剂床,然后将它冷却以除去水并产生经冷却的气体料 流。将液态烃以及硫化合物从经冷却的气体料流中除去。
[0012] 附图简述
[0013] 图1显示用于处理天然气料流并分开地回收天然气液体和硫化合物的本发明一 个实施方案。
[0014] 图2显示闭环吸附剂床再生结构。
[0015] 图3显示显示使吸附剂床再生的处理产物滑流的本发明可选实施方案。
[0016] 发明详述
[0017] 首先将包含所有除去的硫化合物和水的吸附剂再生气体冷却以除去水。然后将它 在小MolSiv装置中进一步干燥以除去水至重量ppm含量。这之后是冷却器将气体温度充 分冷却以将有机硫化合物冷凝,将其从气体-液体分离器中分离。在通过鼓风机提高其压 力以后,使气体返回分子筛装置中用于床再生。图2显示该闭环MolSiv再生气体方案的概 念,在该实例中使用3床变温吸附,但也可使用较大的系统。基本上,再循环的再生气体首 先用于将吸附剂床中的一个(图2中的床B)冷却。当气体并行或者从进料端进入吸附器 中时,该冷却气体未必为无硫的。将几乎无硫的吸附器的出口料流加热并送入床C中用于 热再生。然后将床C的出口料流冷却、脱水并进一步冷却以除去硫化合物,如图1所示或者 如图2中作为处理箱所述。
[0018] 将由气体-液体分离器收集的液体送入蒸馏塔中以将液体稳定化。可将液体场外 载运至附近的精炼厂中其加氢加工装置中。少量残余气体在再压缩以后可再循环回胺装置 中。来自胺装置且主要包含H 2S和C0S的酸性气体可被不可再生保护床吸附剂吸附。废吸 附剂可作为固体废物处置或者送入第三方以回收吸附剂的金属内容物。
[0019] 任选,在冷却器以前可将可由装置冷凝物或下游NGL装置得到的液态烃料流注入 再生气体料流中以促进硫化合物的冷凝。此外,使用液态烃的吸收塔可用于促进重硫化合 物与轻经气体的分离。
[0020] 使用如图2所示吸附剂装置的以上闭环再生方案的一个主要优点是处理天然气 进料流中的高氧含量。在吸附剂装置的热再生步骤期间氧气可与硫化合物反应形成元素 硫。氧浓度的典型极限为10体积ppm。在闭环再生模式中,如果使再生气体几乎不含氧,则 除这两个条件外,由进料流带来的另外的氧气不进入再生回路中。在一些情况下,需要补充 再生气体。在这种情况下,小脱氧反应器可安装在来自吸附剂产物气体的补充料流中,其为 不含硫的且不会影响脱氧反应器的催化剂(通常贵金属)。在其它情况下,在进料步骤结束 时或者在热再生以前,氧气存在于吸附剂的空隙空间中。在这种情况下,在气体温度提高至 再生温度以前可加入清洗步骤。
[0021] 再生气体在从起动开始的多个循环以后可变得几乎不含氧气,因为氧气在这些初 始循环期间在高温下逐步消耗。
[0022] 本发明显示于附图中。在图1中,将天然气进料2送入吸附剂保护床4中,其中所 示汞脱除在管线6中除去。硫化羰水解以形成更容易除去的硫化氢。然后将气体进料通过 管线8送入可使用胺溶剂或其它合适溶剂的吸收装置10中以除去管线12中所示的二氧化 碳和硫化氢,然后送入保护床14中,然后继续至管线16中所示吸附剂的处置。然后将来自 吸收装置10的纯化气体料流通过管线18送入一个或多个吸附剂床20中以除去水和其它 杂质。处理气体显示在管线22中除去,然后合适的话可进一步处理或运输。在吸附剂床20 以下显示用于除去液态烃并使吸附剂床20中的吸附剂再生的系统。将气体44由气体/液 体分离器42送入鼓风机46中,然后通过管线48送入加热器50中,然后通过管线52送入 吸附剂床20中。该经加热的气体除去水和其它液体如液态烃,然后再循环至管线24中,然 后至冷却器26中。将经冷却的气体通过管线28送入脱水器30中以除去管线32中的水, 然后将其余气体通过管线34送入冷却器36中,然后至气体/液体分离器42中。将包含液 态烃的液流通过管线54从气体/液体分离器42送入稳定器装置56中
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