专利名称：用于处理液的回收的方法
用于处理液的回收的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年8月24日提交的美国临时申请序列号61/376，431的优先权，其公开内容为了所有目的通过引用结合在此。
发明背景发明领域
1.发明领域
本发明涉及用于回收处理液的方法，并且更具体地，涉及使能量需求和资金花费最小化的方法。
2.现有技术描述
在大量工业过程中，可以包含一种以上组分的液体(在下文中被称为处理液)以一种这样的方式在使用:它变得被各种组分污染或者含有各种组分，所述组分中的一些的挥发性比处理液高，且所述组分中的一些的挥发性较低并可以溶解在处理液中。通常，在处理液中的各种组分是污染物，尽管取决于应用该处理液的方法，它们可能是想要被回收的组分。在这样的情况下，几乎普遍希望将处理液从较低挥发性和较高挥发性的组分中分离，以使得处理液能够在过程中被再利用，或者能够简单地被以基本上纯净的状态回收而用于其它用途。
大量存在着许多上述的使用处理液的一般方案的实例。例如为人熟知的是，从油井和气井中制得的天然气除了含有气态烃如甲烷、乙烷等之外，几乎总是含有水和酸性气体如CO2和h2s。在天然气含有水的情况下，形成通常所说的气体水合物或笼形水合物非常常见。这些笼形水合物是当水在宾分子特别是气态分子周围形成笼状结构时生成的晶态化合物。
尽管所述现象可以在任何存在水和气态化合物如烃类的体系中发生，但有时该问题在石油工业中变得特别严重，不仅在气态烃类产品如天然气的制备方面，而且也在天然气的传输和处理方面。正如已经被注意到的，在石油(烃)环境中形成的典型的气体水合物是由水和一种以上宾分子如甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、氮气、二氧化碳和硫化氢所构成的。不过，也已知其它宾分子如氮的氧化物、乙炔、氯乙烯、溴乙烷、氧气等可以形成笼形水合物。
特别是关于天然气体系，且仅作为例子，当气体水合物晶体形成时，它们可能至少变成妨碍，且最坏的情况下造成严重的问题。气体水合物可以堵塞传输管线并堵住防喷装置，危及深水平台和管线的地基，使油管和套管崩塌，并且淤塞加工设备如热交换器、压缩机、分离器和膨胀器。为了克服这些问题，若干种方法在原则上是可行的:除去游离水，保持升高的温度和/或降低的压力，或者添加防冻剂。作为实际手段，最常应用的是最后所述的手段，即添加防冻剂。因此，低级醇如甲醇、乙醇等，以及二醇，已被添加以起到防冻剂的作用。
尽管在天然气的生产、运输和加工中使用的处理液如醇和二醇在降低气体水合物的形成时是有效的，但应用它们并非是没有问题的。如人们熟知的，天然气的生产通常伴随着卤水的产生，其含有氯化钠和其它水溶性盐。尽管这些卤化物，如碱金属卤化物，易溶于水，但它们在用于防止气体水合物形成的醇和二醇中也显示出相当大的溶解性。因此，处理液(在这种情况下是醇、二醇等)变得被在制得的水中存在的溶解的盐类所污染，又被某些气体所污染，所述气体取决于具体的气体在处理液中是可溶的。这样，便呈现了一个这样具体实例:在为了防止水合物形成的情况下，已经使用了处理液，并且现在处理液已经变得被较高挥发性的组分以及较低挥发性的、且在此情况下溶解的组分所污染。再次，使用天然气的生产、运输和加工作为实例，天然气中不含有酸性组分如C02、H2s、硫的氧化物等是必要的，这些组分中的一些是非常有毒的，它们全部能够导致严重的腐蚀问题，且在某些情况下，形成不想要的副产物。用处理液对天然气流进行洗气是常见的，所述处理液如液体胺类，特别是链烷醇胺，如单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA);添加剂和链烷醇胺的专有共混物；以及二醇如单乙二醇、二甘醇或三甘醇和非水传热流体。因为对天然气的洗气以除去酸性气体通常是对基本上不含水的天然气流进行的，所以来自气体流的天然气流的溶解的盐含量通常非常小。然而，即使从天然气流中的溶解盐的进入量非常低，连续使用用于除去酸性气体的胺处理液也趋向于引起胺被污染物分解并形成热稳定的、不可再生的盐类。如果允许热稳定盐类(HSS)的残余物累积而形成典型为I重量％的过剩程度，则胺的性能将下降，腐蚀迅速增加，伴随着PH下降，并且胺溶液开始起泡，造成额外的处理液损失。因此，处理液，例如链烷醇胺，与用于防止气体水合物形成的醇或二醇的情况下相比，通常将以小得多的浓度含有溶解的、较低挥发性的组分。无论如何，即使在这种情况下，处理液现在呈现出这样的情况:在使用后，它含有较高挥发性组分如C02、H2S等，并也许含有少量的较低挥发性且溶解的组分。在于近海平台上进行天然气的处理以防止气体水合物形成和/或除去酸性气体的情况下，遇到若干问题。举例来说，醇、二醇和链烷醇胺对海洋生命可以是有毒的，并且因此，一旦失效，例如被用它们除去的污染物所饱和，不能排放到水中。除了生态学的顾虑之夕卜，这种方法在经济上也是不可行的，因为它需要恒定地补充处理液。实际上，这种方法在陆基炼油厂、化工厂等中也在经济上是不可行的。一个正在发展的应用链烷醇胺以及链烷醇胺、胺和添加剂的专有共混物的领域是，减少来自公用排气口和烟道气体流(总称为废气流)的温室气体的释放，这涉及炼油厂、天然气加工厂以及热能生产厂。取决于所用的燃料的种类，例如天然气、残余焦炭(residue coke)、船用油、重油馏分、各级煤等，所得的废气流可以含有广泛多样性的污染物。这些污染物可以包括与在天然气中原有的那些所不同的酸性气体和固体；作为实例，硫的氧化物、氮的氧化物、二氧化碳、颗粒物质和当上述的污染物与处理液反应时可能形成的其他污染物，将处理液降解成有机副产物，该有机副产物气体处理能力较差，并且也加强了处理溶液的腐蚀性。在废气流和处理液之间的接触导致这些污染物从废气流中与目标温室气体(如二氧化碳)一道被除去。经过相对短暂的时间段，这些污染物的累积导致温室气体移除效率下降，并且如果不将这些污染物除去或者至少充分减少以不妨碍处理液捕获废气流中的温室气体的能力的话，将使得处理液不可用。如果不将处理液的腐蚀性保持得相对良性，设备在冶金学上也将处于危险。为了保持对这些温室气体的理想去除并且防止加快腐蚀，处理液必须定期地移除这些污染物，并且理想地，连续除去这些污染物。
用于除去温室气体的方法的次级人工效应(secondary artifact)是,除了与温室气体一道被捕获的污染物之外，使用的循环方法仅仅部分地从再生的处理液中除去温室气体，随后，处理液被冷却并被送回方法的前部，以除去更多的温室气体，并且通过它们适当的存在除去更多相关的污染物。任何被考虑的污染物移除方法都必须对保持在需要再生的处理溶剂中的这一高浓度温室气体进行处理。
为所有目的通过引用结合在此的美国专利5，152，887 ;5，158，649 ;5，389，208 ;和5，441，605的全部，都涉及用于使气体处理化学品的废水溶液再生和/或浓缩的方法和设备。此外，为所有目的通过引用结合在此的美国专利4，315，815和4，770，747都类似地涉及用于再生或回收气体处理液的方法。美国专利5，389，208公开了并且要求保护这样的一种方法:其用于再生含有杂质的气体处理化学品废水溶液，该方法基本上包括在防止气体处理化学品分解的温度条件下对失效的物质的真空蒸馏，并且通过这样的方式进行:该方法可以在由碳钢而非更稀有的结构材料制成的设备中操作，但是不引起设备的实际腐蚀。
在为所有目的通过引用结合在此的美国专利号5，993，608和美国专利号6508916中，都公开了用于回收处理液的方法并要求其权利，其中，比处理液的挥发性低的组分，如溶解的和/或悬浮的固体，在以下条件下被从处理液中除去:防止处理液产生任何实际降解，和为再循环水、提纯的处理液或它们的混合物返回到方法开端的条件。
应当理解，处理液通常是昂贵的并且此外不能常规地以在环境学上合适的方式被处理。因此，所有回收或净化失效处理液的方法应使得净化过的处理液适合于在该处理液所来自的方法中进一步应用。在许多方法中，净化过的处理液被送至储存器或者缓冲罐中，从中可以将其移出而用于在气体处理设备中的再利用。这些方法不能最佳地利用净化使用过的处理液所需的可行的能量。
发明概述
因此，本发明的目的是提供一种更有能量效率的方法，用于将处理液与处理液中所含的较高挥发性组分和较低挥发性组分分离。
本发明的另一个目的是提供一种用于回收在对气流的洗气中使用的处理液的方法，所述气流中的某些含有温室气体。
由附图、本文给出的说明以及附属的权利要求，本发明的上述及其它目的将变得明显。
附图简述
图1是本发明的方法的一个实施方案的示意性流程图。
图2是本发明的方法的一个实施方案的示意性流程图。
优选实施方案描述
如本文所使用的术语“处理液”是指任何水性和非水液体，其可以含有一种以上的组分，且包括但不限于气体处理化学品，如链烷醇胺，例如单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、添加剂和链烷醇胺的专有共混物；或者二醇如单乙二醇(MEG)、二甘醇(DEG)、三甘醇(TEG)、四甘醇(TTEG)和丙二醇(PEG)，以及卤化溶剂，液体烃包括芳香族化合物、烯烃化合物、脂族化合物，水，以及水和其它可与水混溶的物质的混合物等。而且，如本文所使用的处理液是指用于特殊的工艺中的液体，使得其变得被通常在处理液中不存在的组分所污染，或至少在使用后含有通常在处理液中不存在的组分。因此，处理液可以是:用于从气体流中除去不想要的污染物的洗气介质、用于从气流或液流中回收想要的组分的选择性溶剂、用于处理固体以选择性地除去所述固体的某些组分的介质，等等。因此，尽管在本文给出的实施例中，将参照气体流特别是温室气体流的洗气描述本发明，但是应当理解，本发明不限于此。在处理液用于温室气体操作中的情况下，可能存在于处理液中并需要被除去的污染物或组分的实例包括:酸性气体如二氧化碳、硫的氧化物、氮的氧化物、燃烧副产物颗粒和挥发性较高的液体组分如水等。存在于处理液中并且需要从其中除去的较低挥发性组分或污染物的非限制性实例包括:颗粒、无机盐如碱金属卤化物；铁盐、有机酸的盐；碳酸盐；和各种其他有机和无机组分，它们比处理液的挥发性低并且溶于处理液中或通常以不可过滤的形式例如胶态悬浮液的形式存在。尽管通常说到较低挥发性的组分将是溶解的和/或悬浮的固体(后者通常是不可过滤的)，但应当理解，较低挥发性的组分可以包含沸点比处理液更高的液体，并且因为其为液体，所以通常将不导致工艺的管线中的结垢或固体累积，但是，在某些条件下，可以形成固体或乳液，并因此必须被从处理液中除去。此外，这种高沸点液体可能影响操作效率和处理液的腐蚀性，并因此必须被除去或至少在处理液中使它们的浓度降低，以维持整体的处理液执行效率。如本文所使用的术语“进料混合物”包括水、沸点比水高的处理液、和任选至少一种挥发性比处理液高的附加组分和至少一种挥发性比处理液低的组分，这些或高或低挥发性的组分的浓度取决于处理液的性质、使用处理液的处理的类型、以及本领域技术人员熟知的其他因素。因此，当用于以下的描述中时，进料混合物是指将按照本发明的方法处理的物质，从而减少或基本上消除进料混合物中的较高挥发性的组分，且即使不是消除，也基本上减少从进料混合物中的较低挥发性的组分。如上所表明，取决于使用何种处理液和在何种条件下使用处理液，它将含有或多或少的较低挥发性的组分，即溶解的和/或悬浮的组分。在较低挥发性组分以相对小量存在，例如，按进料混合物的重量计从约IOppm至约100，OOOppm的情况下,并取决于使用的具体处理液，通常可以通过排放，例如将在工艺中的排污液流排放，实现较低挥发性组分浓度的降低。备选地，当在进料混合物中，较低挥发性的组分以较高的量，例如，约I至约40重量％存在时，并且再次取决于使用的具体处理液，其它步骤可能是必要的，以降低处理液中较低挥发性组分的浓度，从而使处理液的回收最大化。例如，可以使用固-液分离步骤，同时将分离的液体再循环至第一分离区。参照图1，通过管线I将来自气体处理设备的进料混合物通过传送泵2导入至管线3，所述进料混合物如，例如，链烷醇胺如MEA，其已经被用于从温室气体流中除去酸性气体、并且含有酸性气体、水、MEA(处理液)、以及较低挥发性组分例如溶解的或悬浮的固体、高沸点液体等。进料混合物可以经由管线4，直接被导向至由蒸馏或闪蒸容器7形成的第一分离区，在该处，进料混合物将与经由管线13、通过管道混合器或流动混合器5以及管线6被导入蒸馏或闪蒸容器7中的第一热渣油(residuum)再循环流以及经由管线21的任何必要的化学添加剂混合。备选地，进料混合物可以经由管线3被导向通过流动混合器或管道混合器5，在此处，它与经由管线13和21被导入混合器5中的热的第一渣油再循环流和任何必要的化学添加剂(在后文中更完整地描述)混合。化学添加剂可以包括但不限于消泡剂、PH调节化学品、腐蚀抑制剂、絮凝剂等。
使用管道混合器或流动混合器，因为其对于以连续方式操作工艺而言是优选的。典型的这种混合器是射流混合器、喷射器、喷嘴和混合喷嘴、离心泵、以及搅拌式管道混合器。应当理解，尽管管道混合器或流动混合器是优选的，但是在某些情况下，如果想要保留时间，则可以使用搅拌槽。第一热渣油再循环流与来自管线I的进料混合物(如果是这样导向的话)的混合物在混合器5中彻底混合之后，经由管线6导入到由蒸馏或闪蒸容器7形成的第一分离区。如后文所说明的，为实现在第一分离区中的分离所需的热是通过热传递施加至进料混合物的，所述热传递是从来自管线13的热的第一渣油再循环流传递至从管线I进入混合器5的或是在蒸馏或闪蒸容器7 (其中从管线6进入的第一热渣油再循环流与从管线4进入蒸馏或闪蒸容器7中的进料混合物接触)中的进料混合物。应当理解，在蒸馏或闪蒸容器7中的第一分离区包括在下方的基本上为液相的区、在上方的基本上为气相的区，以及在这两个区之间形成的界面。还可以理解，取决于想要的操作条件，可以同时将进料混合物通过管线4导至蒸馏器7和通过管线3、混合器5和管线6导至蒸馏器7。可以利用这种同时流动条件调节蒸馏器7中的温度分布，改变蒸馏器7中的流体液面和提高进料混合物向蒸馏器7的速率。
正如将在下文中看到的，本发明还提供了一种方法，其可以与温室气体捕获设备集成，并且其导致，80%至约95%的用于实施在这种设备中使用的处理液的蒸气挥发的能量被回收。
接着回到图1，主要含有处理液和气态组分的塔顶馏出物流不是被送至储存器或缓冲罐，而是直接被转移至温室气体处理设备，所述温室气体处理设备整体表示为58并且在后文更完整地描述。
接着继续参照图1，离开泵10的第一渣油经由管线11导向至加热器12，并且作为被再循环至蒸馏器7的第一热渣油流离开，或者，部分第一渣油可以经由管线14，混合器24和管线25或直接经由管线15导向至由蒸馏或闪蒸容器26形成的第二分离区。进料至蒸馏器26的第一渣油相对于作为第一热渣油被再循环至蒸馏器7的第一渣油的百分数优选少于该第一渣油流量的20%，更优选少于该第一渣油流量的10%，且最优选为该第一渣油流量的5%以下。本领域技术人员将理解，在管线11中的第一渣油流中的实际污染物水平将支配经由管线14、混合器24和管线25或直接经由管线15引向至由蒸馏器26形成的第二分离区的第一渣油相对于被导向至加热器12的物流的实际比例。
具有更高污染物浓度的第一渣油，如按比例地具有更多的较低挥发性组分(例如溶解的或悬浮的固体、高沸点液体等)、更少的较高挥发性组分(例如水、酸性气体等)的第一渣油变成进料混合物，它与在下文中更完整描述的一种以上的再循环流混合，经由管线22,23和30被导入至混合器24，经由管线14、混合器24和管线25或直接经由管线15，导向至蒸馏器26。此处关于管道混合器或流动混合器、混合装置和搅拌停留槽的论述与前述相同。
在管线14中的第一渣油进料混合物可以经由管线15，直接导向至由蒸馏或闪蒸容器26形成的第二分离区，在该处，进料混合物将与经由管线34、通过管道混合器或流动混合器24以及管线25引入至蒸馏或闪蒸容器26的第二热渣油再循环流以及经由管线20的任何必要的化学添加剂混合。备选地，进料混合物可以经由管线14导向通过流动混合器或管道混合器24，在该处，它与经由管线13和21被导入混合器5中的热的第一渣油再循环流和任何必要的化学添加剂(在后文中更完整地描述)混合。化学添加剂可以包括但不限于消泡剂、PH调节化学品、腐蚀抑制剂、絮凝剂等。第二热渣油再循环流与来自管线14的进料混合物(如果是这样导向的话)的混合物在混合器24中彻底混合之后，经由管线25导入至由蒸馏或闪蒸容器26形成的第二分离区。如后文所说明的，为实现在第二分离区中的分离所需的热是通过热传递施加至第一渣油进料混合物的，所述热传递是从来自管线34的热的第二渣油再循环流传递至从管线14进入混合器24的或是在蒸馏或闪蒸容器26 (其中从管线26进入的第二热渣油再循环流与从管线15进入蒸馏或闪蒸容器26中的进料混合物接触)中的进料混合物。应当理解，在蒸馏或闪蒸容器26中的第二分离区包括在下方的基本上为液相的区、在上方的基本上为气相的区和在这两个区之间形成的界面。可以进一步理解，取决于想要的操作条件，可以同时将第一渣油进料混合物通过管线15经由三通阀门15A导向蒸馏器26和通过管线14、混合器24和管线25导向蒸馏器26。可以利用这种同时流动条件调节蒸馏器26中的温度分布，改变蒸馏器26中的流体水平和提高进料混合物向蒸馏器26的速率。在图1中显示的实施方案中，在蒸馏器26中的第二分离区通过真空泵如压缩机48保持在真空下，将下游的部分形成了第三分离区。在美国专利5，993，608和美国专利6，508，916所述的方法中，使用由5英寸汞柱至16英寸汞柱的真空条件，以实施将纯化后的处理液从污染物中的分离，而不使处理液降解。在管线49中的想要的最终排放条件将支配在管线46中的真空条件如何设置。无论如何，从在蒸馏器26中的热进料混合物中闪蒸出的蒸气或气体将塔顶馏分经由管线27传递至冷凝器35，并且从那里经由管线36传递至气/液分离器37，例如允许足够的实施气/液分离的蒸馏时间的重力分离器。轻的无法冷凝的物质从分离器37经由管线38移出至具有与分离器37相同的分离能力的第二气/液分离器，并且经由管线46移出至压缩机48，并经由管线49被送至第二冷凝器50，并从那里经由管线51送至具有与分离器45相同的分离能力的第三气/液分离器52，并经由管线54进料至压缩机55，并从压缩机55经由管线56排出，经由管线8至58回到此工艺中。可以理解，取决于如何操作温室捕获设备和位于温室气体捕获设备中的且管线8和管线56中的组合蒸气被送至其中的容器的操作条件，通向该温室气体设备容器的进入点处的绝对压力可以在几乎完全真空至若干巴的范围内。如果在管线8中的压力当其进入温室气体设备容器时低于压缩机48的排放压力，则该冷凝器50、容器52、压缩机55以及管线51、53、54和56将成为任选的，且取而代之的是，该管线49将直接开口至管线8中。还可以理解，正如在美国专利5，993，608和美国专利6，508, 916中完整描述的，如果想要选择性的流体分离和再循环，则可以对从蒸馏器26中离开的物流使用在其中描述的技术，并且因此在随后的下游仪器配置将被调整。在分离器45和分离器50中捕获的流体分别经由管线47和管线52被导向至分离器37。分离器37的内容物是被回收和纯化的处理液，它离开分离器37，经由管线39至泵40，以经由管线41返回气体处理设备，用于再利用，或者部分或全部可以被从管线41经由管线42导向至容器43，用于再循环和/或与管线14中的第一渣油进料混合物混合，或经由管线30至泵29，将在经由管线31进入加热器33之前，与经由管线28离开蒸馏器26的第二渣油混合。经由管线44提供至容器43的合适的气体压力将提供将这些流体转移进入管线23的能量，所述气体包括但不限于氮气和天然气。当应用于管线41中的处理液时，术语“纯化”表示处理液已被清除掉大部分较低沸点的组分以及大部分较难沸腾的组分和溶解的和/或悬浮的固体。
备选的配置将在出口管线23上使用未在图1中画出的泵，以将多个流体移动至它们各自的如上所述的递送点。这一再循环选项可以用于调节蒸馏器26中的温度分布、改变蒸馏器26中的流体液面、将不合规格的处理液导向回到蒸馏器26以进行再处理、在停机状态下提供管线冲洗和换热器冷却以及稀释流向蒸馏器26的第一渣油进料混合物、等等。备选的对在管线14中的第一渣油进料混合物的调节也可以通过将少量经由管线8从蒸馏器7离开的物流通过管线57经由阀57A导向管线14来完成。也经由管线22向管线14进行供应，以添加流体即物流、来自备选的供应来源的处理液等。可以理解，实际操作条件将支配将使用物流流动和它们的来源的组合。
加热器12和加热器33两者可以包含本领域技术人员公知的仪器，并且可以包括例如在美国专利5，389，208中公开的加热器，其包括通过与来自天然气的燃烧气体或其它可燃气体的热交换而被加热的管束，所有这些如在美国专利5，389，208中所教导的。尽管加热器12和加热器33可以选取许多形式，但是优选的是，加热区的类型为可以将停留时间保持在最小以避免第一渣油和第二渣油过热和伴随发生的处理液分解的类型。最终，通过加热器12和加热器33的第一渣油和第二渣油的再循环分别在每秒10英尺以上的、优选每秒约11至约16英尺的流速下进行。保持这些通过加热器12和加热器33的高流速使得在邻近热交换器表面的膜区中的流体将被过度加热的可能性最小化，所述过度加热可能导致处理液的汽化和/或降解。此外，高流速使内部热交换器表面的结焦或结垢最小化。最后，高流速与在后文更详细讨论的背压调节相结合，以防止在热交换器表面处的汽化。
此外，如前文讨论的，第一渣油和第二渣油相对于进料混合物和第一渣油进料混合物的循环速率优选被保持在50-100的渣油再循环速率比I至5的进料混合物添加速率的比率，更优选保持在60-90的渣油再循环速率比I至3的进料混合物添加速率的比率，且最优选保持在70-80的渣油再循环速率比0.5至1.5的进料混合物添加速率的比率。这样的相比于进料混合物加料的高渣油再循环速率确保了大部分较低挥发性的组分将在进入它们各自的分离区时被汽化。
在图1中所述的实施方案中，当对进料混合物施加在蒸馏器7中的加热和真空条件时，任何溶解的组分的沉淀，且特别是当这种较低挥发性的组分是溶解和和/或悬浮的固体和/或低挥发性液体时的结垢和固体沉淀，可以通过将第一渣油适当地排污或排放离开蒸馏器7而被避免。在这点上，第一渣油的排污液流或排放流被从蒸馏器7经由管线9除去、通过泵10移动至管线10和从管线14中移出，并作为第一渣油进料混合物，要么直接经由管线15排出至蒸馏器26，要么经由管线14、混合器24和管线25被排出至蒸馏器26。经由管线14的排污或排放的量优选为少于第一渣油再循环流的流量的20%，更优选为少于第一渣油再循环流的流量的10%，且最优选为第一渣油再循环流的流量的5%以下，并将取决于在第一渣油(即从蒸馏器7中移出的液相)中的任何溶解的和/或悬浮的固体以及较低挥发性的液体的浓度，这进而将取决于在来自管线1、泵2和管线3的进料混合物中的这些较低挥发性组分的浓度以及这些物质在第一渣油中的溶解特性。
进一步关于图1中所述的实施方案，当对来自管线14的第一渣油进料混合物施加处于蒸馏器26中的加热和真空条件时，任何溶解的组分的沉淀，且特别是当这种较低挥发性的组分是溶解的和/或悬浮的固体和/或低挥发性液体时的结垢和固体沉淀，可以通过将第二渣油适当地排污或排放离开蒸馏器26而被避免。在这点上，第二渣油的排污液流或排放流被从蒸馏器26经由管线28除去、通过泵29移动至管线31和从管线32中移出，并作为废料被排出。经由管线32的排污或排放的量将取决于在渣油(即从蒸馏器26中移出的液相)中的任何溶解的和/或悬浮的固体的浓度，这进而将取决于在来自管线11进入管线14的第一渣油进料混合物中的这种较低挥发性组分的浓度以及在第二渣油中的溶解特性。无论如何，通过适当地控制经由管线32的排污量，在加热器33中被加热的第二渣油再循环流可以被保持在接近饱和的水平而没有任何沉淀。此第二渣油排放与通过加热器33的高流速相结合，允许向在再循环流14和15中的第二渣油再循环液施加充足的热能，以提供在蒸馏器26中的第二分离区中完成汽化所需热能的全部，而不允许溶解的固体发生沉淀，所述沉淀将大大降低效率并使部分被再循环的渣油实际上不可被泵送。因此，通过使用本发明的方法，如图1中所描述的，可以在第二蒸馏中连续地回收95%以上的处理液。
在美国专利5，389，208中发现，通过加热器管道的再循环液体或残余物(在这种情况下为渣油)的流速应当至少为每秒6英尺，且更优选为每秒7至10英尺。实际上，在加热器管道由碳钢制成的情况下，超过约每秒10英尺的流速通常被认为是高侵蚀性的，且因此使用其它结构材料，如硬化的钢合金等。无论如何，出人意料且令人吃惊地发现了，即使加热器管是由碳钢制成的，也可以达到超过每秒10英尺且优选为每秒11至16英尺的通过加热器的流速，并且几乎观察不到或观察到很少对管道的侵蚀效果。据信，这一出人意料的结果是分别通过管线14和管线32排污的方式以及通过分别控制加热器12和33中的流速、压力和温度，对再循环渣油中的固体进行控制的作用结果。在前述流动条件下，除了列管式加热器，可以使用螺旋路径加热器和宽缝隙型(wide-gap)板框式加热器结构。
优选地，在两个渣油再循环回路中，通过限流的方式实施背压调节，所述限流在可能的范围内提供层流或黏流，且使湍流最小化。例如，实施背压调节的适当的限流包括文氏管(Venturi)限流。可以使用本领域技术人员熟知的且在美国专利5，993，608和美国专利6，508，916中更完整地描述的其它类型的背压调节器或限流器，它们防止了或最小化了下游瑞流。
重要的是，将分别在连接蒸馏器7和混合器5以及蒸馏器26和混合器24的管线中的第一渣油和第二渣油的任何汽化最小化、或理想地，将其消除。因此优选地，在距离混合器5和混合器24的入口合理地尽可能近的地方完成任何背压调节，以确保在加热器12和加热器33中，而且在加热器12和混合器5之间的以及在加热器33和混合器24之间的连接管道中，不发生汽化。因此，使在加热器12和混合器5以及在加热器33和混合器24之间的连接管道的长度最小化，这进一步降低了汽化和伴随产生两相流体的可能性。
显然，本发明的方法包括两个独立的分离区，即容器7和26，容器7在通过管线8的出口压力决定的接近真空至若干巴的绝对压力下操作，而容器26在通过真空泵48和排放压缩机54决定的中等至深度真空条件下操作。因此，蒸馏器7在由管线8的出口压力决定的接近真空至若干巴的可变压力设置范围内的可变压力下操作，且混合器5可以在接近真空的条件下，所以可以在加热器12和混合器5之间完成背压调节。然而，当在接近真空的条件下时，且如果在混合器5和蒸馏器7之间实施背压调节，则混合器5处于正压力下。此外，蒸馏器26在由真空泵48和排放压缩机54决定的真空下操作，且当在加热器33和混合器24之间完成背压调节时，混合器24也在真空条件下。然而，当在混合器24和蒸馏器26之间实施背压调节时，则混合器24处于正压力下。类似的结构将用于离开加热器12的物流。应当理解，尽管在任何图中都未表示，但可以以本领域技术人员熟知的方式，结合阀门、液面控制器、再沸回路和其它常规处理设备，以优化本发明的方法，使得所述方法可以以连续方式最大效率地进行。因此将看到，本发明的方法使得连续回收处理液成为可能，无论这种液体含有相对少量的溶解的和/或夹带的固体，还是含有相对大量的溶解的和/或夹带的固体。事实上，通过将通过加热器12和加热器33的高流速的排放或排污与背压调节相结合，在进料混合物含有相对少量的较低挥发性的、溶解的和/或夹带的组分的情况下，处理液的回收可达95 %以上。同样，通过将固/液分离与背压调节和在加热器12和加热器33中的高流速相结合，从含有大量溶解的和/或悬浮的固体的进料混合物，可以完成95%以上的处理液回收。现在参照图2，可以看到，从蒸馏器7中出来的塔顶馏分或蒸气流被导入到气体洗气或处理设备58，且更具体地，被经由管线62导入到气体处理设备再生塔，所述再生塔可以是塔盘式的或填料式的，且具有一个或多个蒸气入口，后一种情况示于图2中。在塔60中，CO2和其他不可冷凝物以及水被作为塔顶馏分流经由管线68取出至进一步的加工，如冷凝器、回流发生器、水处理管线、大气放气口等。来自塔60的塔底流经由管线63传递至再沸器59，一部分经由管线69作为热蒸气被返回至塔60，以实施在塔60中的酸性气体的汽提。再沸器59中的一部分塔底流经由管线64被送至交流换热器61，其将经由管线66来自气体处理设备的用过的处理液加热。应当理解，在管线67中和在塔60中的被加热的流提供了热量，从而使经由管线68来自蒸馏器7的蒸气流脱气。此外，以来自再沸器59的蒸汽的形式存在的额外热量也经由管线69被导入塔60中，从而增加了在可能的范围内将CO2和其他温室气体分离所需的热量的量。从气体洗气或处理设备、吸收器或闪蒸塔中回收的冷的、浓的处理液经由管线66进料至交流换热器61，在此处，它被加热并经由管线67导入再生塔60。正如所见，一部分来自再沸器59的处理液可以被经由管线64、阀门64A送出并经由进料管线I返回此工艺。正如先前提到的，少量经由管线8的离开蒸馏器7的蒸气流可以经由管线57和阀门57A进料至管线14并接着进入第二分离区26。在图2所示的实施方案中，在蒸馏器7中的第一分离区被保持在压力条件下，所述压力等于或稍微高于在位于温室气体捕获设备58中的容器中的压力，所述容器例如塔60是在管线8的蒸气被送至的地方。在蒸馏器7中的压力范围可以是从接近完全真空至若干巴的绝对压力，并且将取决于温室气体捕获设备是如何操作的。此经由管线8来自容器7的、在与气体捕获设备再沸器或再生塔60相连的且取决于操作条件的合适的接入点处进入气体捕获设备的第一蒸气的直接回料允许大部分在容器7中所用的实施第一蒸气挥发的能量，典型为约80%至约95%，被回收，同时将进入容器7的进料混合物转化成具有较高的污染物浓度的第一渣油流。通过使在管线8中的蒸气流直接连接至气体洗气或捕获设备，这样不仅允许对于整体集成的方法的节能最大化，而且它使转化为第一渣油并被经由管线14除去的处理液的体积最小化。经由管线14离开至后续分离区或至固/液分离区域的第一渣油的体积的最小化降低了被处理的处理液的量，并使本方法配置额外节能，所述后续分离区正如前文更完整地描述过的，其用于污染物从处理液中的最终分离和回收纯化的处理液以使处理液返回至气体捕获设备。通过减少经由管线14的第一渣油，附设在管线14上和在其下游的容器及相关管线的物理尺寸可以减小尺寸，从而降低了与它们的初步加工和生产至最终形式的相关的能量消耗，并且作为实例但不限于，任何使用供能设备如阀门、泵和冷凝器也在总体容量上减少了，原因在于减少了第一渣油，如前所述，第一渣油与被暴露在用于优化回收第一渣油中所含的处理液的第二处理中，这进而使用更少的电能进行操作。此外，与在管线14中的第一渣油的后续处理有关的热交换装置也在物理尺寸上减小，所以实现了对它们的基础制备能量的节约，同时减少了对使热交换介质移入和移出这些设备的需求，从而进一步节约了与调节(即加热或冷却)热交换介质相关的能量消耗，以及在泵送热交换流体进入和离开热交换装置时的能量消耗。
因此，通过本新颖的结构，除了通过热回收节约能量之外，也可以减小用于第二分离区的容器和输送设备的尺寸。
目前使用的方法与本发明之间的独特区别是，在现有技术的方法中，在管线8中的蒸气流以及与其结合的热，当它通过管线14的下游的部分工艺时，可能已被使用了，因此需要更大的压缩机、更大的泵、更大的换热器等。
在本方法中，在管线8中由容器7闪蒸的物流直接传递至用户的设备即58。该物流随后被分离为CO2、水、其它不可冷凝物的塔顶馏分流，并经由管线68离开。来自塔60的塔底流通过再沸器59，一部分被送至交流换热器61。经由管线66进入交流交换器61的物流基本上是来自未示出的气体吸收器/气体洗涤塔的塔底馏分流，所述气体吸收器/气体洗涤塔形成气体洗涤设备的一部分。在管线66中的此物流基本上是用过的处理液。在与换热器61中被加热后，它传递进入塔60，在此处，如上所述，上述的轻质组分被经由管线68分离。来自塔60的塔底馏分，其如提到的一样，通过再沸器69，最终将进料流I提供至容器7。在这点上，一部分离开再沸器59的塔底馏分经由管线I传递，并且是流向容器7的进料流。经由管线65离开交流换热器61的液体基本上是虽然含有固体但不含处理液的气体。
这一方法的净结果是，不是以上文讨论的方式使用在管线8中的蒸气流的热能，而是现在将该能量送至用户，用于温室气体捕获设备，即用于使处理液脱气。因此，在管线56的上游工艺中所需的能量以及资金花费最小化。
前文的描述和实施例说明了所选出的本发明的实施方案。据此，将向本领域技术人员建议全部处于发明的精神和范围中的各种变型和变体。
权利要求
1.一种用于从由气体纯化系统中回收的进料混合物中回收处理液的方法，所述进料混合物包含水、具有至少一种沸点比水高的组分的处理液、至少一种沸点比水低的组分和至少一种挥发性比所述处理液低的组分，所述方法包括: 提供进料混合物流； 加热所述进料混合物流； 将所述被加热的进料混合物流导入至第一分离区，其中，至少一部分所述水和一部分所述处理液被挥发，以产生热蒸气流和第一渣油流，所述热蒸汽流包含挥发的水以及所述处理液的所述挥发部分，所述第一渣油流包含所述较低挥发性的组分中的至少一些以及所述水和所述处理液的未挥发部分； 将所述热蒸气流导入所述气体纯化系统的分离系统形成部中； 回收在所述敞开纯化系统的分离系统形成部中的所述热蒸气流中的大部分能量； 回收进入所述气体纯化系统的所述分离系统形成部的基本上脱气的处理液流；和 将所述进料流从所述气体纯化系统的所述分离系统形成部中回收至所述第一分离区。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在从接近真空至5巴的压力下，操作所述第一分离区。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，存在第二分离区且所述第一渣油的一部分被送至所述第二分离区。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述热蒸气流的一部分被导入所述第二分离区中。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二分离区产生第二区蒸气流和第二渣油，且所述第二区蒸气流被送至第三分离区。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二渣油的一部分被排放至废物。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述处理液用于CO2的移除。
全文摘要
本发明涉及一种用于回收在气体纯化系统中用过的处理液的方法，所述气体纯化系统例如用于除去温室气体，且包括水、处理液、具有比水更高沸点的和更低沸点的组分、以及比处理液挥发性更低的组分，其中，进料混合物被加热，并且导入第一分离区，一部分水和处理液被挥发，以制备包含挥发的水和处理液的热蒸气流。在此还制备了第一渣油流，其含有在处理液中的一些较低挥发性组分和水的未挥发部分。将热蒸气流引入到气体纯化系统的分离系统形成部中。在热蒸气流中的大部分能量被回收，以在气体纯化系统的分离系统形成部中使用。从气体纯化系统的分离系统形成部中回收基本上脱气的处理液。从气体纯化系统的分离系统形成部中也回收进料流至第一分离区。
文档编号E21B43/34GK103189128SQ201180051166
公开日2013年7月3日 申请日期2011年8月23日 优先权日2010年8月24日
发明者特仑斯·特罗菲穆克, 史蒂文·艾尔斯, 肖恩·M·希尔, 雷蒙德·G·F·阿布里 申请人:Ccr科技有限公司