專利名稱：用于從污染氣體物流中脫除污染物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從污染氣體物流例如污染天然氣或空氣物流中脫 除污染物的方法。
背景技術(shù)：
已知多種方法用于從天然氣物流中脫除污染組分例如水、水合物、 二氧化碳和/或硫化氫。
所述方法可以基于物理和/或化學(xué)分離技術(shù)。
物理分離技術(shù)利用多種污染組分的沸點(diǎn)、冷凝點(diǎn)和/或水點(diǎn)的差異 在分餾塔中選擇性脫除這些組分中的一種或多種，或者利用密度的差 異在離心或旋風(fēng)分離器中分離具有不同密度的組分。
化學(xué)技術(shù)可以利用選擇性吸收或催化反應(yīng)，以將污染組分轉(zhuǎn)化成 可以容易分離的組分。
用于從天然氣中脫除硫化氫和二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)是胺處理，其 基于溶劑吸收。在該方法中，污染組分結(jié)合至水溶液中的分子例如二 乙醇胺上。清潔烴氣未被吸收，和出現(xiàn)在產(chǎn)品氣體物流中。含有被吸
收污染物的溶液進(jìn)行循環(huán)，和加熱至約100。C以排出氣體，所述氣體
隨后收集在廢物物流中。該方法中的主要成本因素是用于廢氣再生的 能量要求、溶劑損失和廢氣在接近大氣壓力下再生的事實(shí)-任何方法 例如重新注入需要壓縮。
用于任何氣體純化方法的操作成本必須是產(chǎn)生的清潔氣體價(jià)值的 相對小的部分。如果氣體物流含有大量污染物，則胺裝置將因?yàn)樗鼈?大面積的氣-液接觸配置而是相當(dāng)大、昂貴和不經(jīng)濟(jì)的。
已知的氣體分離離心機(jī)在約50,000轉(zhuǎn)/分鐘(RPM)下旋轉(zhuǎn)，以分離 密度僅有微小差別的氣態(tài)餾分。這些快速旋轉(zhuǎn)離心機(jī)稱為超離心機(jī)和
5具有有限的分離效率，并僅可以處理有限的氣體通量。如果含有大量污染物的大氣體物流有待通過離心機(jī)進(jìn)行純化，則需要大量的離心機(jī)或超離心機(jī)，這使得離心分離不經(jīng)濟(jì)。
國際專利申請WO2006087332公開了 一種從污染氣體物流中分離污染物的方法，其中污染氣體物流在噴嘴或膨脹渦輪中冷卻至使得至少 一些污染物冷凝的溫度，和將冷卻的混合物在槽式離心機(jī)中分離成純化氣體物流和富含污染物的側(cè)線物流。
歐洲專利1017465、 1438540和1140363 乂〉開了用于純化污染氣體物流旋風(fēng)分離器，其中氣體物流在噴嘴中加速和通過噴嘴冷卻，使得至少 一些污染物冷凝，和使冷卻的氣液混合物在流體分離段中形成渦流，使得液體組分沿流體分離段外表面渦流進(jìn)入環(huán)狀液體出口中，和純化氣體物流流入中心純化氣體出口導(dǎo)管中。
本發(fā)明的目的是提供一種即使在氣體含有大量污染物的條件下也能以有效和經(jīng)濟(jì)的方式從氣體物流中脫除固體、液體和/或氣態(tài)污染物(例如水、水合物、二氧化-友和/或石克化氫)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于從污染氣體物流中脫除污染物的方法，所述方法包括使氣體物流流動(dòng)通過具有第一和第二導(dǎo)管段的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管段各自包括以下部件
a) 旋風(fēng)流體分離段，其中使氣體物流形成渦流，使得富含固體和/或液體污染物的流體餾分流至分離段的外部區(qū)域，和貧含污染物的氣體餾分流至分離段的中心區(qū)域中；
b) 中心純化氣體出口管，用于從離心流體分離段的中心區(qū)域中排出貧含污染物的氣體餾分；
c) 外部排出管，用于從分離段的外部區(qū)域中排出富含污染物的流體餾分；和
d) 文丘里管段，其位于離心流體分離段的上游，和在文丘里管段中使氣體物流在比離心流體分離段中更高的軸向速度下流動(dòng)；其中所述方法還包括
-將第二導(dǎo)管段的中心純化氣體出口管連接至第一導(dǎo)管段的文丘里管段，從而使純化氣體餾分從第二導(dǎo)管段流至第一導(dǎo)管段中；
-將液體污染物吸收劑注入第一導(dǎo)管段的文丘里管段中；和
-將第一導(dǎo)管段的外部排出管連接至第二導(dǎo)管段的文丘里管段，從而使富含污染物和液體污染物吸收劑的流體餾分從第一導(dǎo)管段的外部排出管流至第二導(dǎo)管段的文丘里管段中。
應(yīng)理解，第二導(dǎo)管段的文丘里管段中流體速度的加速將導(dǎo)致靜態(tài)流體壓力、特別是該文丘里管段喉管附近的靜態(tài)流體壓力的降低，使得在第一導(dǎo)管段的外部排出管中的分離的液體和流動(dòng)通過第二導(dǎo)管段的文丘里管的流體之間產(chǎn)生正壓差，從而在不需要任何泵送作用的條件下，使分離的液體從第一導(dǎo)管段的外部排出管流至第二導(dǎo)管段的文丘里管中。
所述導(dǎo)管可以還包括第三導(dǎo)管段，所述第三導(dǎo)管段也包括部件a)、b)、 c)和d)，其中所述方法還包括
-將第三導(dǎo)管段的中心純化氣體出口管連接至第二導(dǎo)管段的文丘里管段，從而使純化氣體餾分從第三導(dǎo)管段流至第二導(dǎo)管段中；和
-將第二導(dǎo)管段的外部排出管連接至第三導(dǎo)管段的文丘里管段，
從而使富含污染物和液體污染物吸收劑的流體餾分從第二導(dǎo)管段的外部排出管流至第三導(dǎo)管段的文丘里管段中。
任選地，所述導(dǎo)管可以包括n個(gè)導(dǎo)管段序列，其中n是4-40，所述導(dǎo)管段各自包括如斥又利要求1中所述的部件a)、 b)、 c)和d)，和其中所述方法還包括
-將笫n個(gè)導(dǎo)管段的中心純化氣體出口管連接至第(n-l)個(gè)導(dǎo)管段的文丘里管段，從而使純化氣體餾分從第n個(gè)導(dǎo)管段流至第(n-l)個(gè)導(dǎo)管段中；和
-將第(ii-l)個(gè)導(dǎo)管段的外部排出管連接至第n個(gè)導(dǎo)管段的文丘里管段，從而使富含污染物和液體污染物吸收劑的流體餾分從第(n-l)個(gè)導(dǎo)管段的外部排出管流至第n個(gè)導(dǎo)管段的文丘里管段中。液體污染物吸收劑可以包括單乙二醇(MEG)、胺化合物或含水胺化合物溶液、和/或任意其它吸收劑流體，和設(shè)計(jì)用于從污染氣體物流中吸收水、硫化氬、二氧化碳和/或其它污染物。
導(dǎo)管可以水平或垂直地位于水下釆氣井的井口裝置附近的水體底部，和可以形成水下氣處理和調(diào)節(jié)設(shè)施的一部分，所述導(dǎo)管從至少一個(gè)水下采氣井的至少一個(gè)井口裝置中接收污染氣體物流，和所述導(dǎo)管將至少部分純化的氣體物流排入下游處理設(shè)施中或排入長度可能大于一百千米的海底氣輸送導(dǎo)管中。作為替代，導(dǎo)管可以位于海上采氣平臺上或形成陸上采氣和處理設(shè)施的一部分。
根據(jù)本發(fā)明，另外提供用于從污染氣體物流中脫除污染物的系統(tǒng)，和已經(jīng)通過本發(fā)明方法從中脫除污染物的純化氣體物流。
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的這些和其它特征、實(shí)施方案和優(yōu)點(diǎn)描述于所附權(quán)利要求、摘要和其中參考所附附圖的以下優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述中。
具體實(shí)施例方式


圖1是導(dǎo)管的示意性縱向剖面圖，其中污染氣體物流根據(jù)本發(fā)明方法進(jìn)行純化；和
圖2是圖1中顯示的導(dǎo)管的替代實(shí)施方案的示意性縱向剖面圖，其中導(dǎo)管段沒有直接互相連接，而是通過管道互相連接。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了導(dǎo)管10，其包括分別的第一、第二、第三、第四和第五導(dǎo)管段ll、 12、 13、 14和15,和所述導(dǎo)管10連接在污染氣體入口導(dǎo)管16和純化干燥氣體出口導(dǎo)管17之間。
導(dǎo)管段11-15各自包括以下部件
a)旋風(fēng)流體分離段11A-15A,其中通過提供渦流的葉片11G-15G使氣體物流形成渦流，從而使富含固體和/或液體污染物的流體餾分11B-15B流至分離段11A-15A的外部區(qū)域，和貧含污染物的氣體餾分11C-15C流至分離段11A-15A的中心區(qū)域中；
b) 中心純化氣體出口管11D-15D，用于從離心流體分離段11A-15A的中心區(qū)域中排出貧含污染物的氣體餾分；
c) 外部排出管11E-15E，用于從分離段11A-15A的外部區(qū)域中排出富含污染物的流體餾分；和
d) 文丘里管段11F-15F,其位于離心流體分離段11A-15A上游，和在文丘里管段11F-15F中使氣體物流在比離心流體分離段11A-15A中更高的軸向速度下流動(dòng)，使得加速氣體物流的靜態(tài)壓力、特別是文丘里管段11F-15F的喉管附近的加速氣體物流的靜態(tài)壓力降低。
在顯示的實(shí)施方案中，每個(gè)導(dǎo)管段11-15還包括任選的靜態(tài)流體混合器11H-15H,所述靜態(tài)流體混合器11H-15H排布在文丘里管段11F-15F和提供渦流的葉片11G-15G之間，和防渦流流動(dòng)才交正葉片11K-15K排布在中心純化氣體出口管11D-15D中。
根據(jù)本發(fā)明
-第二導(dǎo)管段12的中心純化氣體出口管12D直接(如圖1中所示)或間接(例如通過如圖2中所示的U型連接管32)連接至第一導(dǎo)管段的文丘里管段IIF，從而使純化氣體餾分12C從第二導(dǎo)管段12流至第一導(dǎo)管段ll中；
-將液體污染物吸收劑(例如貧MEG)通過貧吸收劑供應(yīng)導(dǎo)管18注入第一導(dǎo)管段ll的文丘里管段11F中；和
-將第一導(dǎo)管段11的外部排出管11E連接至第二導(dǎo)管段12的文丘里管段12F，從而使富含污染物和污染物吸收劑的流體餾分19從第一導(dǎo)管段ll的外部排出管11E流至第二導(dǎo)管段12的文丘里管段12F中。
此外
-將第二導(dǎo)管段12的外部排出管12E連接至第三導(dǎo)管段13的文丘里管段13F，從而使富含污染物和液體污染物吸收劑的流體餾分20從第二導(dǎo)管段12的外部排出管12E流至第三導(dǎo)管段13的文丘里管段13F中；-將第三導(dǎo)管段13的外部排出管13E連接至第四導(dǎo)管段14的文丘里管段14F，從而使富含污染物和液體污染物吸收劑的流體餾分21從第三導(dǎo)管段13的外部排出管13E流至第四導(dǎo)管段14的文丘里管段14F中；
-將第四導(dǎo)管段14的外部排出管14E連接至第五導(dǎo)管段15的文丘里管段15F,從而使富含污染物和液體污染物吸收劑的流體餾分22從第四導(dǎo)管段14的外部排出管14E流至第五導(dǎo)管段15的文丘里管段15F中；和
-將第五導(dǎo)管段15的外部排出管15E連接至富含污染物的MEG出口導(dǎo)管23，富含污染物的MEG流體物流通過富含污染物的MEG出口導(dǎo)管23從導(dǎo)管10中排出和流至MEG純化裝置24，在MEG純化裝置24中將富含污染物的MEG流體物流分離成富含污染物且貧含MEG的流體餾分25和貧含污染物的貧MEG餾分26，將貧含污染物的貧MEG餾分26循環(huán)至貧MEG供應(yīng)導(dǎo)管18中。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是MEG通過單獨(dú)的貧MEG供應(yīng)導(dǎo)管18供應(yīng)至導(dǎo)管10進(jìn)入最下游的第一導(dǎo)管段11的文丘里管段11F中，和隨后由于與下游段的更寬的外部排出管11E-14E中的靜態(tài)壓力相比更上游的段12-15的各文丘里管段12F-15F的喉管中的靜態(tài)壓力相對低而自動(dòng)循環(huán)至更上游的導(dǎo)管段12-15中。
圖2顯示了本發(fā)明導(dǎo)管的替代實(shí)施方案，其中導(dǎo)管包括4個(gè)導(dǎo)管段11-14，所述導(dǎo)管段11-14與圖1中顯示的導(dǎo)管段11-14相似，和其中使用類似的附圖標(biāo)記標(biāo)記相似的部件，但是其中導(dǎo)管段11-14不是排成一行和沒有直接互相連接，而是通過U型或其它形狀的管30、 31和32互相連接，和其中將通過第四導(dǎo)管段14排出的富含污染物的液體吸收劑加入吸收劑純化裝置(未顯示)中，將貧吸收劑從所述吸收劑純化裝置泵送入第一段的文丘里管段11F中。
第一導(dǎo)管段11的外部排出管11E連接至第二導(dǎo)管段12的文丘里管段12F，從而使富含污染物和污染物吸收劑的流體餾分19從第一導(dǎo)管段ll的外部排出管11E被吸入第二導(dǎo)管段12的文丘里管段12F中。
10第二導(dǎo)管段12的外部排出管12E連接至笫三導(dǎo)管段13的文丘里 管段13F,從而使富含污染物和污染物吸收劑的流體餾分20從第二導(dǎo) 管段12的外部排出管12E被吸入第三導(dǎo)管段13的文丘里管段13F中。
第三導(dǎo)管段13的外部排出管13E連接至第四導(dǎo)管段14的文丘里 管段14F,從而使富含污染物和污染物吸收劑的流體餾分21從第三導(dǎo) 管段13的外部排出管13E被吸入第四導(dǎo)管段14的文丘里管段14F中。
應(yīng)理解，本發(fā)明的吸收劑循環(huán)系統(tǒng)可以在導(dǎo)管段之間不需要任何 循環(huán)泵的條件下操作，這增強(qiáng)了循環(huán)的可靠性，因?yàn)檠h(huán)泵易于磨損 和需要定期維護(hù)、檢查和更換。
應(yīng)理解，在導(dǎo)管包括n個(gè)導(dǎo)管段的情況下，污染氣體物流將首先 進(jìn)入第n個(gè)導(dǎo)管段，隨后來自第n個(gè)導(dǎo)管段的純化氣體物流將進(jìn)入第 (n-l)個(gè)導(dǎo)管段，隨后來自第(n-l)個(gè)導(dǎo)管段的氣體物流將進(jìn)入第(n-2)個(gè) 導(dǎo)管段，等等。最終，來自第一導(dǎo)管段的純化氣體物流將離開整個(gè)導(dǎo) 管。
本發(fā)明的旋風(fēng)流體分離段特別是管線內(nèi)分離。氣體物流流動(dòng)通過 管道型導(dǎo)管，所述導(dǎo)管配有上述的內(nèi)構(gòu)件。因此，沒有氣體物流的切 線流入，切線流動(dòng)由特定的內(nèi)構(gòu)件如葉片和渦流器引起。
本發(fā)明的污染氣體物流優(yōu)選是天然氣物流，適合地包含至少50 vol。/。的甲烷，其被水、二氧化碳、硫化氬和/或硫醇污染。
權(quán)利要求
1.一種用于從污染氣體物流中脫除污染物的方法，所述方法包括使氣體物流流動(dòng)通過具有第一和第二導(dǎo)管段的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管段各自包括以下組件a)旋風(fēng)流體分離段，其中使氣體物流形成渦流，使得富含固體和/或液體污染物的流體餾分流至分離段的外部區(qū)域，和貧含污染物的氣體餾分流至分離段的中心區(qū)域中；b)中心純化氣體出口管，用于從離心流體分離段的中心區(qū)域中排出貧含污染物的氣體餾分；c)外部排出管，用于從分離段的外部區(qū)域中排出富含污染物的流體餾分；和d)文丘里管段，其位于離心流體分離段的上游，和在文丘里管段中使氣體物流在比離心流體分離段中更高的軸向速度下流動(dòng)；其中所述方法還包括-將第二導(dǎo)管段的中心純化氣體出口管連接至第一導(dǎo)管段的文丘里管段，從而使純化氣體餾分從第二導(dǎo)管段流至第一導(dǎo)管段中；-將液體污染物吸收劑注入第一導(dǎo)管段的文丘里管段中；和-將第一導(dǎo)管段的外部排出管連接至第二導(dǎo)管段的文丘里管段，從而使富含污染物和液體污染物吸收劑的流體餾分從第一導(dǎo)管段的外部排出管流至第二導(dǎo)管段的文丘里管段中。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中所述導(dǎo)管還包括第三導(dǎo)管段，所述第 三導(dǎo)管段也包括如權(quán)利要求1中所述的部件a)、 b)、 c)和d),和其中 所述方法還包括-將第三導(dǎo)管段的中心純化氣體出口管連接至第二導(dǎo)管段的文丘里管段，從而使純化氣體餾分從第三導(dǎo)管段流至第二導(dǎo)管段中；和 -將第二導(dǎo)管段的外部排出管連接至第三導(dǎo)管段的文丘里管段，從而使富含污染物和液體污染物吸收劑的流體餾分從第二導(dǎo)管段的外 部排出管流至第三導(dǎo)管段的文丘里管段中。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中所述導(dǎo)管包括n個(gè)導(dǎo)管段序列，其中 n是4-40，所述導(dǎo)管段各自包括如權(quán)利要求1中所述的部件a)、 b)、 c)和d)，和其中所述方法還包括-將第n個(gè)導(dǎo)管段的中心純化氣體出口管連接至第(ii-l)個(gè)導(dǎo)管段 的文丘里管段，從而使純化氣體餾分從第n個(gè)導(dǎo)管段流至第(n-l)個(gè)導(dǎo) 管段中；和-將第(ii-l)個(gè)導(dǎo)管段的外部排出管連接至第ii個(gè)導(dǎo)管段的文丘里 管段，從而使富含污染物和液體污染物吸收劑的流體餾分從第(ii-l)個(gè) 導(dǎo)管段的外部排出管流至第n個(gè)導(dǎo)管段的文丘里管段中。
4. 權(quán)利要求l-3任一項(xiàng)的方法，其中設(shè)計(jì)液體污染物吸收劑以從 污染氣體物流中吸收水、硫化氫、二氧化碳和/或其它污染物。
5，權(quán)利要求4的方法，其中所述液體污染物吸收劑包括用于吸收 一種或多種污染物的單乙二醇(MEG)和/或胺化合物和/或其它吸收 劑。
6. 權(quán)利要求l-4任一項(xiàng)的方法，其中所述導(dǎo)管具有基本水平的取 向，或其中所述導(dǎo)管具有基本垂直的取向。
7. 權(quán)利要求l-6任一項(xiàng)的方法，其中所述導(dǎo)管位于水下采氣井的 井口裝置附近的水體底部，優(yōu)選其中所述導(dǎo)管形成水下氣處理和調(diào)節(jié) 設(shè)施的一部分，所述導(dǎo)管從至少一個(gè)水下采氣井的至少一個(gè)井口裝置 中接收污染氣體物流，和所述導(dǎo)管將至少部分純化的氣體物流排入海 底氣輸送導(dǎo)管中。
8. 權(quán)利要求l-6任一項(xiàng)的方法，其中所述導(dǎo)管位于海上采氣平臺上。
9. 權(quán)利要求l-6任一項(xiàng)的方法，其中所述導(dǎo)管形成陸上采氣和處 理設(shè)施的一部分。
10. —種用于從污染氣體物流中脫除污染物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 用于輸送污染氣體物流的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管包括第一和第二導(dǎo)管段，所 述導(dǎo)管段各自包括以下部件a)離心流體分離段，其包括提供渦流的葉片，所述葉片使氣體物流形成渦流從而使富含固體和/或液體污染物的流體餾分流至分離段的外部區(qū)域和貧含污染物的氣體餾分流至分離段的中心區(qū)域中；b) 中心純化氣體出口管，用于從離心流體分離段的中心區(qū)域中排 出貧含污染物的氣體餾分；c) 外部排出管，用于從分離段的外部區(qū)域中排出富含污染物的流體 餾分；和d) 文丘里管段，其位于離心流體分離段的上游，和在文丘里管段 中使氣體物流在比離心流體分離段中更高的軸向速度下流動(dòng)；-導(dǎo)管連接器，其將第二導(dǎo)管段的中心純化氣體出口管與第一導(dǎo) 管段的文丘里管段相連，從而使純化氣體餾分從第二導(dǎo)管段流至第一 導(dǎo)管段中；-污染物吸收劑供應(yīng)導(dǎo)管，其連接至第一導(dǎo)管段的文丘里管段；和-污染物吸收劑循環(huán)導(dǎo)管，其將第一導(dǎo)管段的外部排出管與第二 導(dǎo)管段的文丘里管段相連，在使用中富含污染物和污染物吸收劑的流 體餾分通過所述污染物吸收劑循環(huán)導(dǎo)管從第一導(dǎo)管段的外部排出管流 至第二導(dǎo)管段的文丘里管段中。
11. 權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)管連接器包括U型或其它管型。
12. —種純化氣體物流，其已經(jīng)通過權(quán)利要求l-9任一項(xiàng)的方法從 中脫除了污染物。
全文摘要
一種用于從污染氣體物流中脫除污染物例如水、CO₂和/或H₂S的方法，所述方法包括使氣體物流流動(dòng)通過具有第一和第二導(dǎo)管段(11，12)和任選的另外的導(dǎo)管段(13-15)的導(dǎo)管(10)，所述導(dǎo)管段各自包括以下部件a)旋風(fēng)流體分離段(11A-15A)，其中使氣體物流形成渦流，使得污染物(11B-15B)流至分離段的外部區(qū)域，和純化氣體餾分(11C-15C)流至分離段的中心區(qū)域中；b)中心純化氣體出口管(11D-15D)，用于排出純化氣體餾分；c)外部排出管(11E-15E)，用于排出污染物；和d)文丘里管段(11F-15F)，其中使氣體物流加速和降低靜態(tài)壓力；其中所述方法還包括將第二導(dǎo)管段(12)的中心純化氣體出口管(12D)連接至第一導(dǎo)管段(11)的文丘里管段(11F)，從而使純化氣體餾分從第二導(dǎo)管段(12)流至第一導(dǎo)管段(11)中；將污染物吸收劑(18，貧MEG)注入第一導(dǎo)管段(11)的文丘里管段(11F)中；和使富含污染物和污染物吸收劑的流體餾分經(jīng)過MEG循環(huán)導(dǎo)管(19)從第一導(dǎo)管段的外部排出管(11E)流至第二導(dǎo)管段(12)的文丘里管段(12F)中；和任選地，分別使富含污染物和污染物吸收劑的流體餾分經(jīng)過另外的MEG循環(huán)導(dǎo)管(20、21和22)從第二、第三和第四導(dǎo)管段的外部排出管(12E-14E)流至第三、第四和第五導(dǎo)管段(13-15)的文丘里管段(13F-15F)中。
文檔編號B01D47/10GK101678259SQ200880021177
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者H·C·哈姆里 申請人:國際殼牌研究有限公司