ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР ПРИ ОБРАБОТКЕ ГАЗОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЛЕГКИЕ КОМПОНЕНТЫ, С ПОМОЩЬЮ ФИЗИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ Российский патент 2009 года по МПК F25J3/02 

Перекрестная ссылка на заявки, относящиеся к данной теме

Настоящая заявка не является предварительной относительно предварительной заявки с серийным №60/552,411, зарегистрированной 11 марта 2004 г., полное содержание которой включено здесь в качестве ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится к области химической обработки, точнее к обработке потоков углеводородного газа. В частности, в ней раскрывается способ и устройство для разделения компонентов потока углеводородного газа с использованием стадии криогенной экстракции.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Многие углеводородные газы, такие как природный газ, крекинг-газ, или отходящий газ нефтепереработки содержат один или более легких компонентов, которые или загрязняют основной газ, или же сами по себе являются ценными при их возможном отделении от основного газового потока. Такие легкие газы включают азот, гелий и водород. По целому ряду экономических соображений было бы желательно отделить эти легкие газы от углеводородного газового потока.

Например, очень распространенным является загрязнение природного газа одним или большим количеством легких компонентов. Природный газ представляет собой смесь углеводородов, куда входят метан, этан, пропан, бутан и пентан. Природный газ может также содержать азот, гелий и такие кислые газы, как углекислый газ и сероводород. Азот иногда представляет собой природный компонент или же иногда его присутствие может являться результатом введения азота, используемого для восстановления нефтяных скважин в подходящих пластах. Гелий же в небольших количествах присутствует в резервуарах с природным газом как его обычный компонент. Природный газ должен отвечать таким критериям, как количество в нем кислых газов, тепловой эквивалент, точка конденсации и общее содержание инертных компонентов, прежде чем этот природный газ можно транспортировать и поставлять на рынок. Содержание азота часто ограничивается менее чем 2-4% молярных долей. Поэтому азот должен быть удален из такого природного газа, где его содержание больше, иначе природный газ не может транспортироваться и поставляться на рынок.

Природный газ также производится попутно с добычей сырой нефти как попутный газ. Этот попутный газ может содержать природный азот или же он может содержать введенный азот, используемый для увеличения добычи нефти. Попутный газ должен отвечать тем же критериям, что и природный газ, если он подлежит транспортировке и поставке на рынок.

Потоки газа на нефтеперерабатывающих и химических заводах часто содержат ряд таких легких компонентов, как азот и водород. Содержание водорода является обычным для газовых потоков нефтеперерабатывающих установок. Водород добавляется в некоторые операции по нефтеочистке и также производится как побочный продукт в других операциях по нефтепереработке. Часто бывает желательно отделить этот водород от отходящего газа нефтепереработки, поскольку извлеченный и восстановленный водород может быть переработан на том же предприятии или продан, обычно по более высокой цене, чем в качестве теплового эквивалента, роль которого выполняет водород в углеводородном потоке нефтеперерабатывающей или химической установки. Аналогичным же образом удаление азота из потока нефтеперерабатывающей установки увеличивает тепловой эквивалент остающегося углеводородного потока и потенциально увеличивает его ценность как топлива.

Может быть, также желательно разделить широкий ряд других газовых потоков на легкие и тяжелые компоненты. Примеры таких потоков включают синтетические газы, газификационные газы и химические потоки, включающие такие компоненты как водород, азот, диоксид углерода газ, монооксид углерода, аргон, метан, этан и такие ненасыщенные углеводороды, такие как этилен и пропилен. Часто бывает желательно обеспечить газовому потоку определенную чистоту относительного какого-то конкретного газа. Некоторые потоки являются неотъемлемой частью определенного процесса, например, такие, которые направляются на вторичную переработку из газофракционирующей колонны в реактор. Такой поток повторной переработки может быть неочищенным водородным потоком, который должен быть очищен перед его возвращением в реактор и/или объединением с восполненным потоком водорода. Другие газовые потоки могут являться побочным продуктом нефтеперерабатывающего, химического, газификационного процесса и могут быть направлены на прохождение одного или нескольких других процессов, при которых можно извлечь пользу из такого отделенного легкого компонента, как водород. Например, побочный продукт в виде водородного потока, идущего от установки крекинга этилена, может иметь содержание водорода, составляющее 75 мольных процентов, тогда как сырье для процесса гидродезалкилирования может потребовать, чтобы молярный процент содержания водорода равнялся 95. Изменение условий протекания процесса на соседней установке гидроформинга может привести к тому, что потребность в содержании водорода будет составлять 99 мольных процентов и, следовательно, потребует очистки имеющегося в наличии соседнего потока с водородом, где его содержание составляет 90 мольных процентов.

Отделение таких легких компонентов, как водород или азот, от таких более тяжелых компонентов, как метан и этан, может увеличить промышленную ценность либо какого-то одного, либо обоих полученных раздельных потоков. Существующие технологии для выполнения таких отделений включают избирательные мембраны, такие адсорбционные системы, как адсорбция, основанная на разности давления, и системы, которые используют очень низкие температуры (криогенные установки), такие как расширитель, клапан Джоуля-Томпсона или ступенчатые охладительные установки. Вышеупомянутые процессы не используют растворитель для абсорбции компонентов. Типичный процесс криогенного отделения азота от природного газа без использования растворителей описан в патентах US №51415445257505, и №5375422.

Для удаления более тяжелых компонентов и, таким образом, отделения их от более легких компонентов может использоваться способ абсорбции с растворителем, известный как процесс Мехра (tm). Процесс Мехра описан в нескольких патентах, включая US №4623371, 4832718, и 5551952, которые включены в данный текст в качестве ссылки. Эти патенты описывают системы абсорбции/однократной регенерации для извлечения таких легких компонентов, как азот или водород из таких более тяжелых компонентов, как метан или этилен. Усовершенствование этих процессов также описано в патенте US №6698237 Томасом К.Гаскином, где обращается внимание на использование очистного газа для улучшения работы систем однократной регенерации. Единственный вариант процесса Мехра, использующий повторную обработку пара в однократной регенерации систем абсорбции растворителя, рассматривается в патенте US №5321952.

В процессе Мехра более тяжелые компоненты абсорбируются и удаляются из легкого компонента (компонентов), используя циркулирующий растворитель, обычно при пониженной температуре в пределах от +60 до -40°F. Уменьшение давления насыщенного растворителя в сепараторе однократного испарения высвобождает более тяжелый компонент и восстанавливает растворитель для рециркуляции в абсорбционный аппарат. Растворитель может быть жидкостью, выбранной по ее физическим свойствам, одно из этих свойств заключается в том, что она должна быть тяжелее, чем тот компонент, который нужно абсорбировать из легкого компонента. Растворитель может быть также полностью составлен из самых тяжелых компонентов многокомпонентного газового потока. Эти самые тяжелые компоненты являются теми компонентами, которые не поддаются быстрому испарению в процессе однократной регенерации циркулирующего растворителя. Эти абсорбирующие процессы отличаются тем, что в процесс входит один входной поток, включающий множественные компоненты, а по окончании этого процесса выходят два или большее количество потоков, причем каждый из них обогащен, по меньшей мере, одним из данных компонентов. Любое усовершенствование процесса, которое приводит к возрастанию чистоты одного или большего количества существующих потоков, повышает эффективность процесса, или снижает финансовые затраты на его выполнение, или повышает его надежность, будет оценено как вклад, внесенный в данную область техники.

Краткое изложение существа изобретения

Одним из аспектов настоящего изобретения является способ разделения компонентов многокомпонентного газового потока при контактировании газового потока с растворителем в экстракционном аппарате для создания верхнего потока, который обогащен, по меньшей мере, одним из компонентов, и потока кубовых осадков растворителя, который обогащен, по меньшей мере, одним из оставшихся компонентов, который абсорбируется растворителем. Обогащенный поток кубовых осадков растворителя затем дросселируется, по меньшей мере, на одной ступени уменьшения давления, чтобы высвободить абсорбированный компонент (компоненты) из этого растворителя, регенерируя, таким образом, слабый растворитель и обеспечивая высвобожденный компонент (компоненты) в качестве верхнего газового потока. Поток с высвобожденным компонентом (компонентами) может быть сжат, для получения потока конечного продукта. Согласно настоящему изобретению абсорбция происходит при температуре, составляющей примерно -120°F или ниже. Такое уменьшение температуры может быть достигнуто при использовании автоохлаждения с понижением давления, с использованием клапана Джоуля-Томпсона, расширителя или гидравлической турбины и/или, используя температурно-ступенчатое охлаждение, сокращая, таким образом, объем циркуляции растворителя и энергопотребление процесса.

Компоненты газового потока могут быть разделены при использовании или абсорбционной технологии, или технологии криогенного фракционирования, но представляется удивительным тот факт, что при комбинировании этих двух технологий в одну систему, которая задействует технологию абсорбции при криогенных температурах, результаты превосходят возможности каждого из этих двух данных отдельно взятых процессов в своей эффективности по отделению компонентов.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает абсорбционный способ для разделения компонентов газового потока, характерный для предшествующего уровня техники.

Фиг.2 показывает абсорбционный способ для разделения компонентов газового потока, характерный для предшествующего уровня техники, включающий возвращение на повторную переработку некоторого количества верхнего газового потока, идущего от сепаратора однократной очистки назад к экстракционному аппарату.

Фиг.3 показывает абсорбционный способ для разделения компонентов газового потока, характерный для предшествующего уровня техники, включающий возвращение на переработку некоторого количества общего абсорбированного более тяжелого компонента в экстракционный аппарат.

Фиг.4 показывает абсорбционный способ для разделения компонентов газового потока, характерный для предшествующего уровня техники, который подобен способу на фиг.2 и фиг.3, но с очистным газом, также подаваемым для одного или нескольких однократных испарений.

Фиг.5 показывает криогенный способ по отделению компонентов газового потока, характерный для предшествующего уровня техники, с участием процесса теплообмена, снижение температуры при падении давления по методу Джоуля-Томпсона и процесс повторного испарения и дефлегмационного фракционирования.

Фиг.6 показывает способ разделения компонентов газового потока, соответствующий настоящему изобретению и подобный абсорбционному способу, показанному на фиг.1, но также обеспечивающий использование способа, включающего понижение давления, теплообмен или криогенное охлаждение для достижения криогенных рабочих температур для обеспечения абсорбционного процесса.

Фиг.7 показывает способ согласно настоящему изобретению, который подобен способу, показанному на фиг.6, но также обеспечивает повторный нагрев кубовых осадков абсорбента, многократные мгновенные испарения, использование ребойлерной колонны для последнего однократного испарения растворителя и включающий дополнительный теплообмен и возвращение полученного продукта на повторную переработку.

Фиг.8 показывает способ согласно настоящему изобретению, который подобен способу, показанному на фиг.7, но который также обеспечивает отделение некоторого количества многокомпонентного газового потока, чтобы отвечать спецификациям тяжелого конечного продукта без контакта с циркулирующим растворителем.

Фиг.9 показывает способ согласно настоящему изобретению, который подобен способу, показанному на фиг.8, но который также обеспечивает повторное испарение абсорбента и повторный нагрев кубовых осадков абсорбента, отказываясь от повторной переработки полученного продукта и обеспечивая дополнительный теплообмен.

Описание предпочтительных воплощений

Следует понимать, что трубопроводы выбираются практически тогда, когда потоки идентифицированы, и что в дальнейшем эти потоки устанавливаются по определению материалов. Более того, клапаны регулирования потока, устройства регулирования температуры, насосы, компрессоры и им подобное оборудование считается установленным и работающим во взаимодействии с основными узлами оборудования, которые показаны на данных чертежах и раскрываются ниже в данном тексте со ссылкой на непрерывный способ, предложенный в данном изобретении. Все эти клапаны, устройства, насосы и компрессоры, равно как и теплообменники, аккумуляторы, конденсаторы и т.п., включены в термин "вспомогательное оборудование". Термин "абсорбционный аппарат" обычно используется для обозначения абсорбционного аппарата для газа и растворителя, но при использовании данного термина в описании этого изобретения и относящегося к физическому растворителю, он называется "экстракционным аппаратом". Используемый здесь термин "экстракционный аппарат" относится к любому аппарату, известному в данной области техники, в котором газ подвергается контакту с растворителем, чтобы абсорбировать часть этого газа. Согласно некоторым воплощениям такой экстракционный аппарат может включать такие внутренние детали, как пластины, прокладки, перегородки и им подобные для облегчения массообмена. В данном тексте ссылка на стадию обработки, как стадию, производящую поток, который обогащается определенным компонентом или компонентами, означает, что процентное содержание фракции того компонента или компонентов относительно других компонентов в произведенном потоке является большим, чем относительное процентное содержание того компонента или компонентов во входящем потоке.

Одним из аспектов настоящего изобретения является способ разделения компонентов многокомпонентного газового потока при контакте этого газового потока с растворителем, чтобы получить верхний поток, который обогащен, по меньшей мере, одним из данных компонентов, и поток, насыщенный кубовыми осадками, который обогащен, по меньшей мере, одним из других компонентов. Эта стадия контакта обычно выполняется в экстракционном аппарате. Обычно растворитель абсорбирует более тяжелый компонент (компоненты) многокомпонентного потока, оставляя более легкий компонент (компоненты) в виде верхнего потока. Обогащенный поток кубовых осадков растворителя подвергается однократному испарению в течение, по меньшей мере, на одной ступени с уменьшенным давлением, чтобы высвободить абсорбированный компонент (компоненты), восстанавливая, таким образом, растворитель и представляя абсорбированный компонент (компоненты) в виде верхнего потока. Восстановленный растворитель снова возвращается назад в экстракционный аппарат.

Признано, что пониженная температура иногда способствует лучшему протеканию технологического процесса абсорбционного разделения, однако, минимально используемая температура ограничена той, которая достигается при задействовании системы охлаждения с пропаном, которая приводит к минимальной температуре абсорбции, составляющей примерно -40°F. Криогенные процессы, не требующие использования растворителя для достижения разделения компонентов, обычно происходят при температуре -120°F или ниже, в зависимости от той температуры, которая требуется для конденсации, по меньшей мере, одного из более тяжелых компонентов многокомпонентного газового потока. Настоящее изобретение объединяет эти технологии при использовании сепарационной установки, созданной на основе процесса абсорбции растворителя и работающей при криогенных температурах. В результате этой комбинации температура, требуемая для достижения высокой чистоты легкого компонента, не так низка, как требуемая при использовании одной лишь криогенной технологии, и скорость циркуляции растворителя не так велика, как это требуется, когда используется технология на основе принципа абсорбции при температурах выше криогенного диапазона. Выгоды от этого синергизма включают более низкую склонность способа к замораживанию компонента, чем чисто криогенный процесс, позволяя в то же время использовать более легкие растворители, более низкие скорости циркуляции, более низкое потребление энергии и более низкие потери растворителя в отношении как легких, так и тяжелых продуктов.

Настоящее изобретение эффективно использует варианты, доступные и той, и другой технологической группе. Криогенные температуры, предлагаемые в настоящем изобретении, могут быть достигнуты уменьшением давления многокомпонентного газового потока, например, при использовании клапана Джоуля-Томпсона. Уменьшение давления может также быть достигнуто с помощью расширителя или турборасширителя, или же с помощью гидравлической турбины. Для достижения желаемой криогенной температуры может также использоваться теплообмен с потоками, в которых идут внутренние процессы или с выходящими потоками; или с или без использования падения давления в многокомпонентном газовом потоке. Уменьшение давления также может использоваться в любых потоках с протеканием внутренних процессов или с выходящими потоками, чтобы достичь лучшего теплообмена и способствовать достижению желаемых криогенных температур. Чтобы достичь криогенных температур может также использоваться охлаждение. Охлаждение может быть достигнуто автономной системой охлаждения или возвращением некоторого количества потока на повторную переработку, что является неотъемлемой частью этого способа. К этому изобретению могут быть применены и другие криогенные методы, такие как повторный нагрев колонны для увеличения чистоты донных осадков продукта. Автономная криогенная установка часто использует флегму, сконденсированную с верхней части колонны, чтобы увеличить чистоту верхнего (легкого) продукта. Соединение криогенной и абсорбционной технологий в настоящем изобретении отвечает требованием чистоты, предъявляемой к легким компонентам, так что верхняя флегма не требуется.

Согласно настоящему изобретению к криогенной абсорбции может быть применен любой из абсорбционных вариантов, известных в данной области техники. Эти варианты включают использование многократных стадий мгновенной регенерации вместо однократного этапа, использование очистного газа для удаления дополнительных тяжелых компонентов из растворителя, использование повторной переработки тяжелого продукта для улучшения отделения легких компонентов от более тяжелых компонентов, использование мгновенно выделяющегося газа из первого мгновенного испарения как повторного цикла в абсорбционном аппарате для увеличения отделения легких компонентов от тяжелых компонентов, использование колонны на любой стадии однократного испарения для увеличения отделения компонентов как с использованием, так и без использования очистного газа или теплового воздействия повторного подогрева колонны, или предварительного нагрева перед однократным испарением или использованием колонны и использованием теплообмена произведенных продуктов с подаваемым сырьем, или теплообмена с любыми внутренними потоками или с системой охлаждения. Дополнительные варианты абсорбции, применимые к настоящему изобретению, скорее включают гидравлические турбины, чем клапаны, когда давление жидкости уменьшено и допускается дросселирование, позволяя одной или нескольким установкам или колоннам однократного испарения работать при давлении, равном атмосферному или ниже, чтобы далее извлечь компонент из циркулирующего растворителя, и предоставляя возможность разместить всю систему оборудования, описанную в этом изобретении, включающую мембрану, адсорбционную систему, основанную на разности давления, или криогенную систему, которая не использует растворитель в конце технологической цепочки альтернативной технологии.

Автоохлаждение растворителя, когда уменьшено давление, является большим при использовании настоящего изобретения, чем в предшествующих системах, поскольку настоящее изобретение использует меньшее количество растворителя, чем в абсорбционных процессах предшествующего уровня техники. Так, в некоторых случаях насыщенный растворитель должен быть повторно подогрет, чтобы не допустить чрезмерно низких температур, которые могут привести к замораживанию некоторых компонентов или уменьшить количество компонента, который высвобождается из растворителя на стадии испарения.

Растворитель, используемый в настоящем изобретении, может быть представлен или внешним растворителем, добавляемым к системе, или же этот растворитель может быть представлен некоторым количеством более тяжелых компонентов, которые являются частью многокомпонентного газового потока, участвующего в процессе. Согласно одному варианту воплощения предпочтительные внешние растворители являются более легкими, чем растворители, которые обычно используются в процессах предшествующего уровня техники. Внешний растворитель выбирается с учетом его показателей абсорбции, цены продажи и потерь растворителя, требующих его замены. Потери растворителя также означают, что один или большее количество продуктов загрязнены этим растворителем. Согласно некоторым другим вариантам воплощения настоящего изобретения растворители, имеющие углеродное число выше 4, обычно являются неподходящими, поскольку компоненты C₅₊ могут затвердевать в условиях способа. C₅₊ и более тяжелые растворители обычно используются для способов абсорбции, относящихся к предшествующему уровню техники. Использование более легких внешних растворителей становится возможным благодаря криогенным температурам. Растворитель C₄, такой как обычный бутан или изобутан, может использоваться без существенных потерь составленного или приобретенного растворителя или значительного загрязнения разделенных газовых продуктов. Благодаря криогенным температурам возможности использования растворителя, составленного из компонентов, содержащихся во входном газе, являются более вероятными, чем в абсорбции предшествующего уровня техники. В случае удерживания азота из природного газа, содержащего азот, метан, этан и пропан, в некоторых случаях содержащиеся там этан и пропан могут быть использованы в качестве растворителя. В некоторых случаях создается избыток растворителя (аккумулированного в системе), он выступает в качестве доступного третьего продукта, получаемого при использовании настоящего изобретения в дополнение к удержанному насыщенному азотом потоку и потоку природного газа, насыщенному метаном. Использует ли система внешний растворитель или растворитель, содержащийся в многокомпонентном газовом потоке, важным является количество более тяжелых компонентов и точка их замерзания. Компоненты более тяжелые, чем C₅ могут затвердевать при температурах, встречающихся при воплощении настоящего изобретения. Эти тяжелые компоненты извлекаются по мере охлаждения многокомпонентного газового потока, конденсируются, позволяя, таким образом, удалить их из системы перед стадией, где температура является достаточно низкой, чтобы допустить отверждение.

Поток с отделенными тяжелыми компонентами при желании может быть далее разделен на фракции для возвращения более легких компонентов. Поскольку настоящее изобретение использует растворитель скорее для очистки легких продуктов, чем флегмы, самая низкая температура все равно выше, чем при криогенных способах, которые не используют растворитель, и поэтому настоящее изобретение является более щадящим для компонентов, которые могут замерзнуть при низких температурах, включая, но, не ограничиваясь такими компонентами как C₅₊, углекислый газ и ароматика.

Относящийся к настоящему изобретению процесс обычно применим к любому многокомпонентному газовому потоку, где различные компоненты газового потока имеют различную растворимость в углеводородном растворителе. Этот многокомпонентный газовый поток будет обычно содержать один или несколько углеводородов. Обычно, более тяжелый компонент (компоненты) газового потока преимущественно абсорбируется растворителем, создавая поток кубовых осадков растворителя, которые обогащены более тяжелым компонентом (компонентами), и верхний поток, который обогащен более легким компонентом (компонентами). Например, многокомпонентный газовый поток может содержать азот и метан. Контактирование такого газового потока с растворителем согласно настоящему изобретению приведет к возникновению потока растворителя, который обогащен метаном, и верхнего потока, который обогащен азотом. Если многокомпонентный газовый поток содержит водород и метан, то контактирование этого потока с растворителем приведет к возникновению верхнего потока, обогащенного водородом, и потока кубовых осадков растворителя, обогащенного метаном. Возможны более сложные по составу многокомпонентные газовые потоки, например, газовые потоки, содержащие компоненты, отобранные из водорода, гелия, азота, метана, этилена, этана, более тяжелых насыщенных и ненасыщенных углеводородов (например, C₃₊) и их смеси.

Аспекты настоящего изобретения могут быть лучше поняты со ссылкой на чертежи и следующее описание вариантов воплощений, показанных на этих чертежах. Там, где пронумерованные компоненты отдельно в тексте не обсуждаются, следует понимать, что они имеют те же определения и служат той же цели, что и пронумерованные компоненты в описании предыдущих чертежей.

Фиг.1 показывает относящийся к предшествующему уровню техники способ, не имеющий никакого этапа повторной переработки газа. Согласно способу, показанному на фиг.1, углеводородный многокомпонентный газовый поток 1 контактирует со встречным слабым потоком растворителя 2 в экстракционном аппарате 3, производя верхний поток 18 и насыщенный кубовыми осадками растворителя поток 4. Насыщенный кубовыми осадками растворителя поток 4 направляется к одному или нескольким сепараторам однократного испарения 5. Число сепараторов может быть разным. В одном из вариантов воплощения имеется всего лишь единственный сепаратор однократного испарения 5. В сепараторе 5 абсорбированный растворителем компонент высвобождается и образует поток пара 6. Хотя на фиг.1 показана только одна ступень однократного испарения, сепараторов может быть несколько. Давление потока 6 поднимается с помощью компрессора 7, выдавая поток конечного продукта данного процесса 8. Восстановленный слабый растворитель покидает сепаратор 5 в качестве жидкостного потока 9 и возвращается в экстракционный аппарат 3 как поток 10 насосом 12. Поток 10 слабого растворителя может быть охлажден в охладительной камере 11 для растворителя, перед входом в экстракционный аппарат 3. Если многокомпонентный газовый поток 1, показанный на фиг.1, содержит метан и азот, например, природный газ, загрязненный азотом, тогда поток 18 будет обогащен азотом, а поток 8 будет обогащен метаном. Однако поток 8 часто бывает загрязнен значительным количеством азота, поскольку азот соабсорбируется растворителем совместно с метаном. В идеале контактирующий с растворителем поток 1 даст в результате верхний поток 18, состоящий из азота, и поток 4, обогащенный с помощью растворителя только абсорбированным метаном. Однако в реальных условиях состав входящего сырья и рабочие условия приводят к тому, что нежелательное количество азота соабсорбируется потоком 4 растворителя вместе с желаемым абсорбированным компонентом метаном.

Фиг.2 показывает способ, относящийся к предшествующему уровню техники, который приводит к сокращению загрязнения потока конечного продукта соадсорбированными легкими компонентами. Процесс, показанный на фиг.2, использует два сепаратора однократной испарительной регенерации, промежуточный однократный испаритель 13 и конечный однократный испаритель 5. Верхний поток 15 от промежуточного однократного испарителя 13 повторно подвергается сжатию рециркуляционным компрессором 16 и возвращается на повторную переработку в экстракционный аппарат 3. Конечный однократный испаритель 5 обычно работает при более низком давлении, чем промежуточный однократный испаритель 13. Поскольку азот является более легким компонентом, чем метан, промежуточный однократный испаритель 13 преимущественно высвобождает совместно абсорбированный азот и преимущественно оставляет желаемый метан в обогащенном растворителе 14. Насыщенный азотом газовый поток 15 повторно подвергается сжатию и возвращается к экстракционному аппарату 3, преимущественно в то место экстракционной камеры, которое находится на одном уровне или ниже входа многокомпонентного газового потока 1. В результате поток 18 еще больше обогащается азотом. Удаление соабсорбированного азота из потока 4 приводит к тому, что поток конечного продукта 8 содержит меньше азота. Данный способ согласно фиг.2 обеспечивает более высокую чистоту потока конечного продукта, но требует задействования дополнительного азотного компрессора 16 и дополнительной ступени однократного испарения 13.

Фиг.3 показывает способ, относящийся к предшествующему уровню техники, в котором некоторое количество абсорбированного/высвобожденного компонента (компонентов) возвращается назад из далее обрабатываемого потока на повторную переработку в экстракционный аппарат 3. Многокомпонентный газовый поток 1 контактирует со слабым встречным потоком растворителя 2 в экстракционном аппарате 3, производя верхний поток 18 и насыщенный кубовыми осадками растворителя поток 4. Этот насыщенный кубовыми осадками растворителя поток 4 направляется к одному или нескольким сепараторам однократного испарения 5. Число сепараторов может быть разным. Абсорбированный компонент высвобождается сепаратором 5 в виде потока 6. Этот поток подвергается сжатию с помощью компрессора 7, чтобы стать потоком 8. Восстановленный слабый растворитель покидает сепаратор 5 в виде жидкого потока 9 и возвращается насосом 12 в экстракционный аппарат 3 в качестве потока 10. Поток 10 слабого растворителя может быть охлажден установкой для растворителя 11, перед повторным входом в экстракционный аппарат 3. Как показано на фиг.3, некоторое количество потока 8 конечного продукта отклоняется разделительным устройством 20 и возвращается на повторную переработку в экстракционный аппарат 3 в качестве потока 22. Поток 22 обычно входит в экстракционный аппарат в том месте, которое находится на одном уровне или ниже, чем входной поток 1. То количество потока 8 конечного продукта, которое не подвергается вторичной переработке, то есть поток 21, является потоком чистого продукта. В случае разделения азота и метана повторная переработка некоторого количества потока 8 продукта является полезной, даже если этот поток по показаниям содержания остаточного азота уже отвечает требованиям, предъявляемым к конечному продукту. Так происходит потому, что возвращение на повторную переработку некоторого количества этого потока в экстракционный аппарат 3 корректирует композиционный состав в кубе экстракционного аппарата, еще больше обогащая метаном поток 4. Этот подход отличается от показанного на фиг.2, где поток 15 из первого сепаратора однократного испарения может насыщаться азотом. Этот насыщенный азотом поток должен, по сути, привести к тому, что содержание азота в конечном метановом продукте будет превышать спецификационное требование, если бы оно было включено в требование к конечному метановому продукту. Согласно варианту воплощения, показанному на фиг.2, насыщенный азотом поток 15 подвергается вторичной переработке, чтобы избежать включения азота в конечный метановый продукт. Это требует наличия специального рециркуляционного компрессора (обозначенного на фиг.2 номером 16). В противовес этому, на фиг.3 насыщенный метаном поток 22 не допускает того, чтобы пары от однократного испарения не соответствовали спецификационным требованиям по содержанию азота в конечном метановом продукте. Этот метод вторичной переработки устраняет потребность в специальном рециркуляционном компрессоре, и он также может устранить потребность в резервуаре для первого однократного испарения.

На фиг.4 показан альтернативный вариант воплощения способа с фиг.3, относящийся к предшествующему уровню техники. В этом варианте воплощения некоторое количество легкого неабсорбированного компонента 18 отклонено посредством разделительного устройства 32 и направлено в качестве потока 31 к сепаратору однократного испарения 5, где он используется в качестве очистного газа. Вместо резервуаров однократного испарения могут также использоваться отгонные колонны и могут также использоваться множественные отгонные колонны или сепараторы однократного испарения. Введение легкого компонента (например, азота) приводит к тому, что большее количество абсорбированного компонента (например, метана) будет отогнано из циркулирующего растворителя, позволяя повысить процент восстановления абсорбированного компонента (метана), позволяя осуществить циркуляцию потока более слабого растворителя в экстракционный аппарат.

Фиг.5 показывает характерный для предшествующего уровня техники криогенный способ, включающий теплообмен, понижение давления по методу Джоуля-Томпсона, фракционирующую колонну с повторным нагревом и флегмой, и при этом без использования растворителя. В этом варианте воплощения криогенного разделительного процесса многокомпонентный газовый поток 1 разделяется на два потока 5 и 5a. Поток 5 разделяется далее и охлаждается в теплообменниках 1a, 1b и 1c, и повторно объединенный поток 5 затем подвергается снижению давления с использованием клапана Джоуля-Томпсона 3 и выходит из него как гораздо более холодный поток 4, при низком давлении. Поток 4 входит во фракционирующую колонну 12 в ее средней части. Поток 5a охлаждается в теплообменниках 2a и 2b, в нем понижается давление с помощью клапана Джоуля-Томпсона 3a, и он выходит из этого клапана Джоуля-Томпсона как более холодный поток 4а, при более низком давлении. Поток 4a входит в колонну 12 в том самом месте или над тем местом, где в нее входит поток 4. Фракционирующая колонна включает поддоны, насадки или другие контактные устройства для массообмена, чтобы способствовать разделению компонентов. Нижняя часть колонны вторично нагревается, используя тепло, выделяемое теплообменниками 2a и 2b, чтобы обеспечить тепло для частичного выпаривания жидкости в донных секциях, обеспечивая, таким образом, очистной газ для очистки донных осадков потока 5 конечного продукта. Поток кубовых осадков этого продукта разделяется на потоки 6 и 7. Поток 6 повторно нагревается в теплообменнике 1c и выходит из системы в виде потока 8, представленного тяжелым компонентом, находящимся под средним давлением. Поток 7 охлаждается далее в теплообменнике 9, и при прохождении клапана 10 в этом потоке понижается давление, и он выходит из этого клапана 10 как поток 11. Поток 11 является более охлажденным, чем входящий в колонну входной поток 4, и, будучи таковым, он может обеспечить охлаждение, чтобы частично конденсировать и образовать флегму наверху колонны 12. Это достигается при использовании внутреннего дефлегматора 13. Поток 11 выходит из дефлегматора как поток 14, он частично повторно нагревается в теплообменнике 9 и далее снова нагревается в теплообменнике 1b и выходит в качестве тяжелого продукта при низком давлении как поток 15. Верхний продукт колонны 12 выходит из дефлегматора как поток 16, он повторно нагревается в теплообменнике 1a и выходит из процесса в качестве продукта с легкими компонентами как поток 17. Отдельные теплообменники, изображенные на фиг.5, могут быть объединены в единый теплообменник.

Фиг.6 показывает общий вид основных компонентов настоящего изобретения. Многокомпонентный газовый поток 1 охлаждается в теплообменнике 2, выходя оттуда как поток 3, и далее охлаждается и подвергается уменьшению давления посредством клапана 4 Джоуля-Томпсона (или с помощью другого устройства), чтобы стать потоком 5. Поток 5 контактирует в экстракционном аппарате 6 с потоком 7 слабого растворителя. Легкий компонент входящего потока выходит из вершины экстракционного аппарата 6 в качестве потока 9 и повторно нагревается в теплообменнике 2 и покидает способ в качестве содержащего легкие компоненты потока 10. Поток 8 насыщенного растворителя выходит из нижнего отдела экстракционного аппарата 6, при этом он содержит слабый растворитель и более тяжелый компонент многокомпонентного газового потока. Этот насыщенный растворитель подвергается уменьшению давления с помощью клапана 11 (или другого устройства) и входит в емкость однократного испарения 13 как поток 12. Эта стадия однократного испарения позволяет разделить жидкий насыщенный растворитель на пар и жидкостной поток, при этом поток 14 представляет собой пар, а поток 15 - жидкость. Поток пара 14 содержит более тяжелый компонент многокомпонентного газового потока, он подвергается вторичному нагреву в теплообменнике 1 и покидает процесс как поток 16. Поток 15 с помощью насоса 17 подвергается увеличению давления и снова возвращается в экстракционный аппарат 6 как поток 7 растворителя.

Фиг.7 показывает еще один вариант воплощения настоящего изобретения, включающий многократные мгновенные испарения растворителя, повторный нагрев конечной флегмы, как и колонну, боковой повторный нагрев колонны, содержащей конечную флегму, возвращение на повторную переработку более тяжелого конечного продукта и повторный нагрев кубовых осадков экстракционного аппарата. Сюда также включены основные компоненты с фиг.6. Способ, показанный на фиг.7, может производить легкие и тяжелые конечные продукты, которые являются более чистыми, чем те, которые производятся по способу, показанному на фиг.6, и с меньшими энергетическими затратами. Следует заметить, что теплообменники описываются как коробки с ребрами-перегородками с многочисленными активными зонами, однако могут также использоваться и индивидуальные теплообменники. Многокомпонентный газовый поток 1 охлаждается в теплообменнике 2, выходя из него как поток 3, и затем охлаждается и подвергается уменьшению давления в клапане 4 (или в другом устройстве) и входит в средний участок экстракционного аппарата 6 как поток 5. Слабый растворитель 7 входит в верхнюю часть экстракционного аппарата, а некоторое количество возвращенного на повторную переработку тяжелого продукта, то есть поток 8, входит в нижний отдел экстракционного аппарата. Слабый растворитель поглощает тяжелые компоненты из многокомпонентного газового потока, приводя к тому, что выходя из экстракционного аппарата, верхний поток 9 по существу состоит из чистых легких компонентов данного многокомпонентного газового потока, а повторно переработанный поток 8 тяжелого продукта вызывает отгонку соабсорбированных легких компонентов от растворителя, приводя к тому, что находящийся в экстракционном аппарате, содержащий кубовые осадки жидкий продукт, то есть насыщенный растворителем поток 10 состоит, по сути, из компонентов растворителя и тяжелых компонентов многокомпонентного газового потока. Поток 9 подвергается повторному нагреванию в теплообменнике 2 для рекуперации тепла. Под номером 11 указано не являющееся обязательным устройство для снижения давления, оно может использоваться, если желательно провести дополнительное охлаждение, чтобы увеличить имеющийся теплообмен. Повторно нагретый поток 9 выходит из способа в виде потока 12, состоящего из легкого компонента (компонентов). В потоке 10 насыщенного растворителя при помощи клапанов (или других устройств, таких как гидравлические турбины) 13, 14 и 15 понижается давление, чтобы высвободить абсорбированный тяжелый компонент из этого растворителя при более низком давлении, задействуя емкости однократного испарения 16 и 17, и колонну 18 для отделения выпаренных тяжелых компонентов из жидкого растворителя. Поток 10 насыщенного растворителя показан частично подвергаемым повторному нагреву в теплообменнике 2, чтобы увеличить выпаривание тяжелых компонентов из этого растворителя. Колонна 18 показана с ребойлером для донных осадков и боковым ребойлером для дальнейшего увеличения испарения абсорбированного тяжелого компонента из растворителя, при этом нижний ребойлер обозначен как часть теплообменника 2, а боковой ребойлер относится к теплообменнику 19. Высвобожденные паровые потоки с тяжелым компонентом 20, 21 и 22 все содержат некоторое количество этого тяжелого компонента и показаны сжатыми с помощью 1, 2 и 3 ступеней газового компрессора 23. Некоторое количество этого сжатого газа подается для повторной переработки к теплообменнику 2 в виде потока 24 и после охлаждения в теплообменнике 2 выходит как поток 8. Межступенчатые охладители компрессора на фиг.7 не показаны. Отделенный из многокомпонентного газового потока тяжелый компонент (компоненты) выходит из процесса как поток 25 из последней ступени компрессора. Кубовая жидкость из колонны 18 является восстановленным слабым растворителем и составляет поток 26. В этом случае возможен избыток произведенного растворителя (извлеченного из многокомпонентного газового потока), и если это так, он может быть удален в качестве отдельного потока 27, содержащего тяжелый продукт. В альтернативном варианте, если требуется приготовить растворитель с тяжелыми компонентами, чтобы поддерживать на определенном уровне запас растворителя, то поток 27 и представляет этот требуемый приготовленный растворитель. В потоке со слабым растворителем насосом 28 повышается давление, и он выходит из него как поток 29, охлаждается в боковом ребойлере 19 и покидает его в качестве рециркулирующего потока 7 слабого раствора, идущего в экстракционный аппарат.

Фиг.8 показывает еще один вариант воплощения настоящего изобретения. Экстракционный аппарат 6 разделен на верхнюю и нижнюю секции 6t и 6b с теплообменником 2 и дополнительным теплообменником 29. При этом многокомпонентный газовый поток охлаждается тем же образом, как показано на фиг.7, но он еще частично охлаждается в теплообменнике 29, который является ребойлером секции 6b для кубовых осадков экстракционного аппарата. Как и на фиг.7, многокомпонентный газовый поток подвергается уменьшению давления и входит в верхнюю секцию 6b экстракционного аппарата. В варианте воплощения, показанном на фиг.8, повторно переработанная порция тяжелого продукта в виде потока 8 входит теперь в нижнюю секцию 6t верхней части экстракционного аппарата, верхний поток из секции 6b, то есть поток 30, входит в середину секции 6t экстракционного аппарата, а насыщенный растворитель из верхней секции 6t экстракционного аппарата удаляется как поток 31. Насыщенный растворитель восстанавливается, и абсорбированные тяжелые компоненты удаляются из этого растворителя, как это показано на фиг.7. В нижней секции 6b экстракционного аппарата растворитель не используется. Жидкая часть охлажденного многокомпонентного газового потока, то есть поток 5, очищается от легких компонентов с помощью очистного газа, получаемого от тепла, отходящего от нового ребойлера 29, и этот поток может выйти из экстракционного аппарата как поток 32, и после повторного нагрева и сжатия, что необходимо, он становится частью общего продукта с тяжелыми компонентами, то есть потоком 25. Следует обратить внимание на то, что когда для достижения предъявляемых к продукту требований не требуется очистка растворителя в секции 6t, поток пара 30 из секции 6b может прямо входить в нижнюю секцию 6t, удачно объединяя секции 6t и 6b в одну колонну, разделенную поддоном дымовой трубы для удаления потока 31.

Фиг.9 показывает еще одно воплощение настоящего изобретения, во многом похожее на воплощение, показанное на фиг.8. В этом варианте воплощения, показанном на фиг.8, отправленный на повторную переработку содержащий тяжелый продукт поток 8 не используется для очистки потока донных осадков, содержащихся в секции 6t экстракционного аппарата, эта цель достигается использованием ребойлера, обозначенного как секция теплообменника 2 и питаемого потоком 33. Второе изменение способа по сравнению с фиг.8 состоит в том, что поток 31 насыщенного растворителя, выходящий из секции 6t экстракционного аппарата, частично подвергается повторному нагреву в теплообменнике 2 перед его восстановлением. Кроме того, поток 32 донных осадков из секции 6b разделяется на два потока 32a и 32b. Поток 32a повторно нагревается, как и на фиг.8. В потоке 32b понижается давление, и он используется, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение растворителя в теплообменнике 34 перед повторным нагревом в теплообменнике 2 и попаданием в компрессор для тяжелого продукта.

Пример

В данном примере сравнивается способ, по настоящему изобретению, как он описан на фиг.7, фиг.8 и фиг.9, со способами, относящимися к предшествующему уровню техники и описанными на фиг.2 и фиг.5, в отношении их способности обработать газовый поток, содержащий метан и азот, чтобы произвести поток метана, который отвечает требованиям обычных трубопроводов, предъявляемым к качественному содержанию инертных компонентов. Это сравнение проводится при таких условиях, когда может быть сделано объективное сравнение абсорбционного способа, показанного на фиг.2, и криогенного способа, показанного на фиг.5, проводимое с тремя формами настоящего изобретения, объединяющими эти две технологии, как это показано на фиг.7, фиг.8 и фиг.9. Для сравнения предшествующего уровня техники с существующим изобретением используются три критерия: 1) способность разделять компоненты, 2) требуемая сила сжатия, измеряемая в лошадиных силах, и 3) устойчивость к примесям, которые могут вызвать замерзание по ходу способа. Чтобы правильно оценить пункт 2, относящийся к определению требуемой силы сжатия, измеряемой в лошадиных силах, очищенный метановый продукт был сжат до одинаковых показателей давления в каждом из процессов. Следует заметить, что для процесса предшествующего уровня техники, показанного на фиг.2, были включены дополнительные ступени однократного испарения, поскольку это является обычным для работы оборудования в этом процессе.

Используемый состав многокомпонентного газового потока включает 15% молярных долей азота, 84% молярных долей метана и 1% молярных долей этана, и он имеет скорость потока 15.00 миллионов нормальных кубических футов в сутки, температуру -120°F и давление 950 фунтов на кв. дюйм. Этот тяжелый продукт подвергается повторному сжатию до давления, достигающего во всех случаях 935 фунтов на кв. дюйм. В способе, относящемся к предшествующему уровню техники, показанном на фиг.2, используется растворитель VM&P Naphtha. А для процессов, показанных на фиг.7, 8 и 9, в качестве растворителя используется обычный бутан и/или изобутан. С помощью всех этих процессов можно достичь по сути того же самого разделения многокомпонентного газового потока, производя легкий поток, содержащий главным образом азот, и тяжелый поток, содержащий главным образом метан и этан. Разделение компонентов практически состоялось, и другие показатели способа представлены в следующей таблице. Все результаты получены при использовании аналогичных приемов моделирования процесса.

используемый процесс % извлечения метана из сырьевого потока конечного тяжелого продукта содержание азота в конечном тяжелом продукте в % мольных долей Общая требуемая сила сжатия в л.с. требуемая мощность насоса в л.с. фиг.2 (предшествующий уровень техники) 98,51 3,02 2837 948 фиг.5 (предшествующий уровень техники) 99,40 3,10 2085 - фиг.7 (настоящее изобретение) 99,56 2,94 2486 61 фиг.8 (настоящее изобретение) 99,44 3,12 1744 61 фиг.9 (настоящее изобретение) 99,86 2,99 1741 43

Все способы достигают сходных показателей очистки метана, как это видно из сходного содержания азота в тяжелом конечном продукте. В способе, показанном на фиг.2, продукт имеет самый низкий процент извлечения метана, а на фиг.9 - самый высокий, на фиг.5, 7 и 8 он практически одинаков. Более высокий процент извлечения означает не только то, что большее количество ценного метана является доступным в качестве конечного продукта, но также и то, что конечный продукт в виде азота, попадающий в атмосферу, является также более чистым продуктом. Более высокий процент извлечения и чистота увеличивают ценность. В случае, показанном на фиг.9, чистота конечного азотного продукта составляет 99% мольных долей. Сила сжатия и общая рабочая мощность или энергопотребление для достижения указанных показателей разделения на фиг.9 также имеют самые низкие значения. Вариант воплощения настоящего изобретения, показанный на фиг.9, достигает самого лучшего разделения с самым низким потреблением энергии. Варианты воплощения настоящего изобретения, показанные на фиг.7 и 8, также имеют свои преимущества. Вариант воплощения на фиг.8 по сравнению с предшествующим уровнем техники достигает хорошего разделения с низким энергопотреблением и с меньшим количеством требуемого оборудования, чем на фиг.9. Вариант воплощения на фиг.8 имеет также весьма допустимую долю содержания углекислого газа (CO₂) в многокомпонентном газовом потоке. Вариант на фиг.2 может принять неограниченное количество CO₂, а способ на фиг.5 может принять приблизительно 1500 ppmv (объемных частей на миллион) CO₂, содержащихся во входящем потоке, не приводя при этом к тому, что этот CO₂ в способе замерзнет, а способ на фиг.7 и 9 может принять приблизительно 1000-1500 ppmv CO₂ в многокомпонентном газовом потоке без явления замерзания. Способ же, показанный на фиг.8, может принять 5000 ppmv или больше. Если содержание этана составляло бы примерно 2%, то приемлемым оказался бы 1% CO₂, а с более высоким содержанием этана можно допустить 2% CO₂. «Терпимость» к CO₂ может позволить сепарационной установке по разделению метана/азота работать без оборудования для удаления CO₂, устанавливаемого вверх по потоку от сепарационного оборудования. Одной из причин такой «терпимости» CO₂ в процессе, показанном на фиг.8, является минимальная рабочая температура способа -180°F. Минимальные температуры для других процессов следующие: на фиг.2 -25°F; на фиг.5 -253°F; на фиг.7 -200°F; на фиг.9 -193°F. Вторая причина «терпимости» для показанного на фиг.8 способа, состоит в том, что CO₂ рано удаляется в этом процессе, и поток, который содержит большинство донных осадков CO₂ в секции 6t колонны, не испытывает никакого дополнительного давления или падения температуры. В воплощении, показанном на фиг.7, также имеются определенные преимущества по сравнению с другими процессами. В этом варианте воплощения, будь то этан, пропан или бутан, содержащиеся в многокомпонентном газовом потоке (если подается природный газ, а если подаются газы с нефтеперерабатывающей установки - то это этилен, этан, пропилен и т.д.), в значительной степени добавляются к суммарному количеству растворителя, и, как таковой, он может быть выделен в качестве третьего конечного продукта данного способа, достигая, таким образом, дополнительного разделения многокомпонентного газового потока без дополнительного оборудования. Это также избавляет данный способ от необходимости готовить какой-либо составной растворитель. Иногда использование растворителя, составленного из входного компонента данного газа, может также уменьшить потребление энергии, поскольку этот циркулирующий растворитель обычно имеет более низкий молекулярный вес, когда он составлен из компонентов подаваемого потока.

Продемонстрированные варианты воплощения настоящего способа показывают, как комбинирование абсорбционного способа предшествующего уровня техники с криогенными способами может привести к синергетическому эффекту, где достигнутый результат превосходит возможности каждого из способов, рассматриваемых отдельно, в достижении высокой степени разделения компонентов входящего потока, минимизации энергопотребления и приемлемого допуска примесей во входном потоке.

Все описанные в данном тексте способы и аппараты могут быть составлены и выполнены в свете настоящего описания без лишних экспериментов. И хотя способы, использованные в данном изобретении, были описаны на примере конкретных воплощений, специалисту в данной области будет понятно, что описанные здесь способы, аппараты, стадии или последовательности стадий могут иметь варианты, которые не будут противоречить духу и букве настоящего изобретения. Все замены и модификации такого рода, очевидные для специалистов в данной области, будут обязательно находиться в рамках настоящего изобретения и отвечать его духу и букве, как это определено в приданной предварительной формуле изобретения.

Специалист в данной области техники оценит тот факт, что приведенные в данном тексте способы и аппараты дают возможность разделять компоненты многокомпонентного газового потока при контакте этого многокомпонентного газового потока с растворителем в экстракционном аппарате при температуре -120°F или ниже для того, чтобы произвести верхний поток, обогащенный, по меньшей мере, одним неабсорбированным газовым компонентом, и поток, богатый кубовыми осадками растворителя, который обогащен, по меньшей мере, одним абсорбированным газовым компонентом; однократно испарить этот поток, богатый донными осадками растворителя, по меньшей мере, за одну ступень уменьшения давления для восстановления истощенного растворителя и произвести верхний поток, обогащенный, по меньшей мере, одним абсорбированным газовым компонентом; и направлять на повторную переработку восстановленный истощенный растворитель назад в экстракционный аппарат. Согласно одному варианту воплощения многокомпонентный газовый поток содержит, по меньшей мере, один углеводород. Согласно одному варианту воплощения многокомпонентный газовый поток содержит один или большее количество компонентов, отобранных из группы, состоящей из водорода, азота, гелия, аргона, угарного газа, углекислого газа, метана, этилена, этана, более тяжелых насыщенных и ненасыщенных углеводородов и их смесей. Согласно одному воплощению неабсорбированный газовый компонент содержит азот. Согласно одному воплощению неабсорбированный газовый компонент содержит водород. Согласно одному воплощению поток конечного продукта содержит метан. Согласно одному воплощению растворитель является одним из компонентов многокомпонентного газового потока. Согласно одному воплощению растворитель является внешним растворителем, который добавляется к данному процессу. Согласно одному воплощению растворитель отобран из группы, состоящей из парафиновых растворителей, которые легче чем C₅. Согласно одному воплощению многокомпонентный газовый поток охлаждается до -120°F или еще более низкой температуры при использовании одного или большего количества следующих средств: теплообмена, охлаждения, автоохлаждения понижением давления. Согласно одному воплощению автоохлаждение понижением давления достигается при использовании одного или большего количества следующих устройств: клапана Джоуля-Томпсона, газового расширителя, газового турборасширителя, диафрагмы, гидравлической турбины или других подходящих средств. Согласно одному воплощению понижение давления растворителя достигается при использовании одного или большего количества следующих приемов: клапана, диафрагмы, гидравлической турбины или других подходящих средств. Согласно одному воплощению пар из первой емкости однократного испарения растворителя повторно направляется в экстракционный аппарат в качестве очистного газа. Согласно одному воплощению некоторое количество тяжелого продукта повторно посылается в экстракционный аппарат в качестве очистного газа. Согласно одному воплощению некоторое количество легкого продукта используется для дальнейшей очистки истощенного растворителя в емкости однократного испарения или в колонне. Согласно одному воплощению экстракционный аппарат повторно нагревается. Согласно одному воплощению кубовый осадок экстракционного аппарата нагревается перед однократным испарением. Согласно одному воплощению для восстановления растворителя используется колонна, и эта колонна оснащена одним или несколькими ребойлерами. Согласно одному воплощению все тепло для ребойлера (ребойлеров) этой колонны обеспечивается теплообменом с другими потоками в пределах данного процесса. Согласно одному воплощению операция последнего однократного испарения происходит при давлении меньше атмосферного. Согласно одному воплощению последнее однократное испарение происходит в колонне. Согласно одному воплощению избыток растворителя аккумулируется в способе и извлекается в качестве отдельного продукта этого способа. Согласно одному воплощению многокомпонентный газовый поток предварительно обрабатывается для удаления примесей, в группу которых входят, но не ограничивают ее, такие вещества как вода, углекислый газ и тяжелые углеводороды, которые могут замерзнуть или каким-то другим неблагоприятным образом повлиять на течение процесса. Согласно одному воплощению многокомпонентный газовый поток содержит около 2% или более углекислого газа, но в данной системе твердые вещества из углекислого газа не образуются. Согласно одному воплощению многокомпонентный газовый поток частично очищается с использованием другой технологии, которая включает, но не ограничивается использованием мембран, адсорбции, основанной на разности давления, молекулярных сит и реакторов. Согласно одному воплощению компоненты входного потока, которые могут замерзнуть в процессе обработки, отделяются в качестве жидкой фазы по мере того, как данный многокомпонентный газовый поток охлаждается, и удаляются прежде, чем достигается температура, соответствующая их замерзанию. Согласно одному воплощению некоторое количество тяжелого компонента отделяется в емкости или колонне до входа в экстракционный аппарат первичной обработки. Согласно одному воплощению колонна для начального отделения тяжелого компонента оборудована одним или несколькими ребойлерами. Согласно одному воплощению отделенный тяжелый компонент используется для теплообмена с или без падения давления этого восстановленного тяжелого компонента. Согласно одному воплощению один или несколько потоков, участвующих в процессе, подвергаются понижению давления, чтобы обеспечить дополнительную низкую температуру охлаждения системы посредством теплообмена. Согласно одному воплощению паровой фабрикат начального разделения направляется в экстракционный аппарат. Согласно одному воплощению экстракционный аппарат представляет собой колонну с внутренними приспособлениями для облегчения массообмена. Согласно одному воплощению многокомпонентный газовый поток контактирует с идущим навстречу потоком растворителя. Согласно одному воплощению некоторое количество тяжелого продукта отделяется в нижней секции колонны, а верхняя секция этой колонны представляет собой секцию экстракционного аппарата, использующего растворитель. Богатый растворитель извлекается в том месте, которое расположено между верхней и нижней секциями, с помощью поддона дымовой трубы или другого устройства.

Способ для разделения компонентов многокомпонентного газового потока включает охлаждение многокомпонентного газового потока до температуры -84°С или ниже за счет автоохлаждения понижением давления многокомпонентного газового потока после теплообмена и перед контактом этого потока с растворителем в экстракционном аппарате. Далее поток контактирует с растворителем в экстракционном аппарате при температуре приблизительно -84°С или ниже, чтобы произвести верхний поток, обогащенный, по меньшей мере, одним неабсорбированным компонентом, и насыщенный поток кубовых осадков растворителя, обогащенный, по меньшей мере, одним абсорбированным компонентом. Поток, обогащенный кубовыми осадками растворителя, однократно испаряют в, по меньшей мере, одной ступени с пониженным давлением, чтобы восстановить слабый растворитель и произвести верхний поток, обогащенный, по меньшей мере, одним абсорбированным компонентом. Регенерированный слабый растворитель возвращают в экстракционный аппарат. Использование изобретения позволит повысить эффективность разделения газа. 34 з.п. ф-лы, 1 табл., 9 ил.

1. Способ для разделения компонентов многокомпонентного газового потока, включающий:
охлаждение многокомпонентного газового потока до температуры -120°F (-84°С) или ниже, используя автоохлаждение понижением давления, многокомпонентного газового потока после теплообмена и перед контактом этого многокомпонентного газового потока с растворителем в экстракционном аппарате;
контактирование этого многокомпонентного газового потока с растворителем в экстракционном аппарате при температуре приблизительно -120°F (-84°С) или ниже, чтобы произвести верхний поток, обогащенный, по меньшей мере, одним неабсорбированным компонентом, и насыщенный поток кубовых осадков растворителя, обогащенный, по меньшей мере, одним абсорбированным компонентом;
однократное испарение потока, обогащенного кубовыми осадками растворителя, в, по меньшей мере, одной ступени с пониженным давлением, чтобы восстановить слабый растворитель и произвести верхний поток, обогащенный, по меньшей мере, одним абсорбированным компонентом; и
рецикл регенерированного слабого растворителя в экстракционный аппарат.

2. Способ по п.1, в котором многокомпонентный газовый поток включает, по меньшей мере, один углеводород.

3. Способ по п.1, в котором многокомпонентный газовый поток включает один или несколько компонентов, отобранных из группы, состоящей из водорода, азота, гелия, аргона, монооксида углерода, диоксида углерода, метана, этилена, этана, насыщенных и ненасыщенных углеводородов С₃₊ и смесей из них.

4. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один неабсорбированный компонент включает азот.

5. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один неабсорбированный компонент включает водород.

6.Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один абсорбированный компонент включает метан.

7. Способ по п.1, в котором растворитель является одним из компонентов многокомпонентного газового потока.

8. Способ по п.1, в котором растворитель является внешним растворителем.

9. Способ по п.1, в котором растворитель отобран из группы, состоящей из парафиновых растворителей более легких чем С₅.

10. Способ по п.1, в котором многокомпонентный газовый поток охлаждается с использованием способа автоохлаждения понижением давления до примерно -120°F или ниже при использовании способа охлаждения, в соединении с теплообменником или охладительной установкой.

11. Способ по п.10, в котором многокомпонентный газовый поток охлаждается, используя устройство автоохлаждения понижением давления, выбранное из группы, включающей: клапан Джоуля-Томпсона, диафрагму, гидравлическую турбину и комбинацию из них.

12. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, одна ступень с пониженным давлением включает одно или несколько устройств, выбранных из группы, в которую входит: клапан, диафрагма, гидравлическая турбина.

13. Способ по п.1, включающий более чем одну ступень с пониженным давлением и дополнительно включающий отправку на повторную переработку некоторого количества верхнего потока из первой ступени с пониженным давлением назад в экстракционный аппарат в качестве очистного газа.

14. Способ по п.1, далее дополнительно включающий повторную переработку некоторого количества верхнего потока, обогащенного, по меньшей мере, одним абсорбированным компонентом, в экстракционный аппарат в качестве очистного газа.

15. Способ по п.1, далее дополнительно включающий использование некоторого количества верхнего потока, обогащенного, по меньшей мере, одним неабсорбированным компонентом, для дальнейшей очистки слабого растворителя.

16. Способ по п.1, дополнительно включающий повторный нагрев потока, насыщенного кубовыми осадками растворителя.

17. Способ по п.1, дополнительно включающий нагрев потока, насыщенного кубовыми осадками растворителя, перед однократным испарением указанного потока.

18. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, одна из ступеней пониженного давления представляет собой колонну, оборудованную одним или несколькими ребойлерами.

19. Способ по п.18, в котором тепло для ребойлера (ребойлеров) колонны обеспечивается теплообменом с другими потоками в пределах способа.

20. Способ по п.1, дополнительно включающий однократное испарение верхнего потока, обогащенного, по меньшей мере, одним абсорбированным компонентом при давлении, равном атмосферному.

21. Способ по п.20, в котором указанное однократное испарение происходит в колонне.

22. Способ по п.1, дополнительно включающий получение излишнего растворителя, который аккумулируется в способе как продукт этого способа.

23. Способ по п.1, дополнительно включающий предварительную обработку многокомпонентного газового потока, чтобы удалить примеси, которые могут замерзнуть при рабочей температуре.

24. Способ по п.23, в котором указанные примеси включают воду, углекислый газ или тяжелые углеводороды.

25. Способ по п.1, дополнительно включающий обработку многокомпонентного газового потока, используя способ, отобранный из группы, в которую входят: мембраны, адсорбция, основанная на разности давления, молекулярные сита и реакторы.

26. Способ по п.1, дополнительно включающий охлаждение многокомпонентного газового потока и удаление компонентов этого многокомпонентного газового потока, которые могут замерзнуть, прежде чем достигается температура замерзания указанных компонентов.

27. Способ по п.1, в котором многокомпонентный газовый поток включает тяжелый компонент, и этот способ дополнительно включает отделение и направление некоторого количества этого тяжелого компонента в емкость до контакта с многокомпонентным газовым потоком в экстракционном аппарате.

28. Способ по п.27, в котором указанная емкость оснащена одним или несколькими ребойлерами.

29. Способ по п.27, дополнительно включающий использование отделенного тяжелого компонента для теплообмена.

30. Способ по п.1, дополнительно включающий снижение давления в одном или нескольких из газовых потоков, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение процесса посредством теплообмена.

31. Способ по п.27, дополнительно включающий нагревание отделенного тяжелого компонента, чтобы произвести пар и направить указанный пар в экстракционный аппарат.

32. Способ по п.1, в котором экстракционный аппарат представляет собой колонну с внутренними приспособлениями для обеспечения массообмена.

33. Способ по п.1, в котором многокомпонентный газовый поток контактирует с идущим навстречу потоком растворителя.

34. Способ по п.1, в котором некоторое количество тяжелого продукта отделяется в нижней секции колонны, и верхняя секция этой колонны является секцией экстракционного аппарата, где используется растворитель, и где между этой верхней и нижней секциями удаляется насыщенный растворитель, при помощи поддона дымовой трубы или другого устройства.

35. Способ по п.1, в котором многокомпонентный газовый поток содержит больше, чем примерно 2% углекислого газа, и в котором углекислый газ не затвердевает во время этого способа.