利用不可压缩流体的离心力气体分离.pdf

本发明涉及用于将包含多种气态组分的气体的气体组分分离的方法和系统。将包含至少一种目标可压缩组分和至少一种非目标可压缩组分的可压缩原料流以基本上并流流动与包含不可压缩流体的不可压缩流体流混合，所述一种或多种目标组分能够优先吸收于所述不可压缩流体中。向所述混合流赋予旋转速度，将其中吸收所述目标组分中的至少一部分的不可压缩流体从包含一种或多种所述非目标可压缩组分的可压缩产品流分离。所述可压缩流体流可以马赫数为至少0.1的流速度提供。

权利要求书一种方法，包括：
提供可压缩原料流，所述可压缩原料流包含第一可压缩组分和第二可压缩组分；
提供不可压缩流体流，所述不可压缩流体流包含能够吸收所述第一可压缩组分或与所述第一可压缩组分反应的不可压缩流体；
将所述可压缩原料流与所述不可压缩流体流混合来形成混合流，其中，提供所述可压缩原料流以用于在第一线性速度下沿第一方向混合，并且提供所述不可压缩流体流以用于在第二线性速度下沿第二方向混合，所述第二线性速度具有沿与所述第一方向相同方向的速度分量，其中，所述混合流具有沿第三方向的瞬时第三线性速度，并且包含所述第二可压缩组分和选自包括以下所列项目的组的成分：所述第一可压缩组分和所述不可压缩流体的混合物、所述第一可压缩组分和所述不可压缩流体之间反应的化学化合物或加合物、及其混合物；
将旋转速度赋予所述混合流，其中，所述旋转速度与所述混合流的所述瞬时第三线性速度的方向相切或相对于所述混合流的所述瞬时第三线性速度的方向偏斜；和
从所述混合流分离不可压缩流体产品流，其中，所述不可压缩流体产品流包含所述混合流的成分的至少一部分，并且其中，由于赋予所述混合流的所述旋转速度，所述不可压缩流体产品流从所述混合流分离。
根据权利要求1所述的方法，还包括将所述第二可压缩组分从所述混合流分离的步骤。
根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，在将所述不可压缩流体产品流从所述混合流分离的步骤中，在某一点处，所述混合流具有马赫数大于0.1、0.2、0.3或0.4的合速度或线性速度。
根据权利要求1或权利要求2‑3中任一项所述的方法，其中，所述第一可压缩组分包含酸性气体。
根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：
将所述第一可压缩组分的至少一部分从所述不可压缩流体产品流分离，来形成可压缩产品流；和
将所述可压缩产品流喷射到地下地层中。
根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
将所述第一可压缩组分的至少一部分从所述不可压缩流体产品流分离；和
将已经分离了所述第一可压缩组分的所述不可压缩流体产品流的至少一部分与所述可压缩原料流混合。
根据权利要求1所述的方法，其中，所述不可压缩流体处于低于0°C的温度。
一种方法，包括：
提供包含第一可压缩组分和第二可压缩组分的可压缩原料流，其中，所述可压缩原料流具有马赫数为至少0.3的线性速度；和
将所述可压缩原料流分离为包含至少60%的所述第一可压缩组分的第一产品流和包含至少60%的所述第二可压缩组分的第二产品流。
根据权利要求8所述的方法，其中，所述可压缩原料流包含酸性气体，所述酸性气体分离为所述产品流之一，以提供富含所述酸性气体的产品流。
根据权利要求9所述的方法，还包括将所述富含所述酸性气体的产品流喷射到地下地层中。
根据权利要求8或权利要求9‑10中任一项所述的方法，其中，所述第一产品流和所述第二产品流中的至少一种具有的线性速度的马赫数大于所述可压缩原料流的线性速度的马赫数。
根据权利要求8或权利要求9‑11中任一项所述的方法，还包括在将所述可压缩原料流分离为所述第一产品流和所述第二产品流之前，将不可压缩流体与所述可压缩原料流混合。
根据权利要求12所述的方法，还包括将所述不可压缩流体从所述产品流之一分离，并且将所述不可压缩流体再循环来与所述可压缩流混合。
根据权利要求8或权利要求9‑13中任一项所述的方法，其中，将所述可压缩原料流分离为第一产品流和第二产品流的步骤包括使用离心力分离器。
根据权利要求8或权利要求9‑14中任一项所述的方法，其中，分离所述可压缩原料流去除每磅可压缩组分需要小于1200Btu。
一种系统，包括：
可压缩流体分离装置，其中
1）所述可压缩流体分离装置接收
a）包含不可压缩流体的不可压缩流体流；和
b）包含第一可压缩组分和第二可压缩组分的可压缩原料流；并且
2）所述可压缩流体分离装置将所述可压缩原料流分离为包含至少60%的所述第二可压缩组分的第一可压缩产品流和包含至少60%的所述第一可压缩组分的不可压缩流体产品流；
不可压缩流体再生器，所述不可压缩流体再生器接收不可压缩流体产品流，并且排出包含所述第一可压缩组分的第二可压缩产品流，和贫第一可压缩组分的不可压缩流体产品流；和
不可压缩流体喷射装置，所述不可压缩流体喷射装置接收贫第一可压缩组分的不可压缩流体产品流，并且将贫第一可压缩组分的不可压缩流体产品流与所述可压缩原料流混合。
根据权利要求17所述的系统，其中，所述可压缩流体分离装置包括离心力分离器。
根据权利要求17所述的系统，其中，所述可压缩原料流具有压力P入口，并且其中，所述第一可压缩产品流和第二可压缩产品流具有在P入口50%内的压力。
根据权利要求17所述的系统，其中，所述可压缩原料流包含酸性气体，所述酸性气体分离为所述可压缩产品流中的一种，以提供包含所述酸性气体的产品流。
根据权利要求19所述的系统，还包括用于接收包含所述酸性气体的可压缩产品流的地下地层。
一种方法，包括：
提供一种包含第一可压缩组分和第二可压缩组分的可压缩原料流；
选择不可压缩流体，并且提供包含所述不可压缩流体的不可压缩流体流，其中，所述不可压缩流体选择用于相对于所述第二可压缩组分选择性地吸收所述第一可压缩组分；
以基本上并流流动混合所述可压缩原料流和所述不可压缩流体流，以形成具有瞬时线性速度的混合流；
沿与所述混合流的所述瞬间线性速度的方向相切或偏斜的方向给所述混合流赋予旋转速度；和
从第一可压缩产品流分离不可压缩流体产品流，其中，所述不可压缩流体产品流包含相对于所述不可压缩流体流数量增加的所述第一可压缩组分，并且所述第一可压缩产品流包含相对于所述可压缩原料流数量减少的所述第一可压缩组分，并且其中，通过赋予所述混合流的旋转速度，将所述不可压缩流体产品流从所述第一可压缩产品流分离。
根据权利要求21所述的方法，还包括将包含所述第一可压缩组分的第二可压缩产品流从所述不可压缩流体产品流分离的步骤。
根据权利要求22所述的方法，其中，将所述第二可压缩产品流从所述不可压缩流体产品流分离的步骤形成贫第一可压缩组分的不可压缩流体产品流，并且其中，将所述贫第一可压缩组分的不可压缩流体产品流与所述可压缩原料流混合。
根据权利要求21所述的方法，其中，所述不可压缩流体包含物理流体。
根据权利要求21所述的方法，其中，所述不可压缩流体包含化学流体。

说明书利用不可压缩流体的离心力气体分离
技术领域
本发明涉及一种或多种组分从包含多组分的流体流的分离。更特别地，本发明涉及使用分离装置和不可压缩流体从可压缩流去除一种或多种可压缩组分的系统和方法。
背景技术
存在用于将组分从包含气体、液体和/固体的流体流分离的多种方法和设备。传统的分离设备包括蒸馏塔、汽提塔、过滤器和薄膜、离心机、静电沉淀器、干燥器、冷却器、旋风分离器、涡流管分离器和吸收器。这些方法和装置在分离气态混合物的气体组分方面相对不够有效和/或高效。
例如，通常使用的用于从气流分离硫化氢（H2S）或二氧化碳（CO2）的系统和方法涉及使用一系列汽提塔来将目标气态组分吸收到溶剂/反应物中，随后进行溶剂/反应物的蒸馏来回收目标气体组分。由于这样的分离方案需要多件处理设备，因此所涉及的设备通常需要大的占用空间。该方法在操作过程中可能还会受到高能耗要求和溶剂/反应物损失的问题。
传统的胺设备例示了用于从气流去除目标组分的吸收/蒸馏次序的要求。通常，该方法涉及在汽提塔中将包含目标组分的气流与反应物接触。从汽提塔去除的气体为大部分目标组分已去除的清洁气体。反应物通常为胺，其与例如二氧化碳等目标组分形成复合物（complex）。然后，将富含目标组分的复合物传送到再生器塔，其可以是汽提塔或蒸馏塔，在其中将复合物加热来释放目标组分。使所述胺装置操作所需的其它设备通常包括闪蒸罐、泵、再沸器、冷凝器和换热器。当气流包含太高的目标组分浓度时，去除所述目标组分所需的能量可能超过流的可用化学能。该限制设定了所述方法可经济操作的目标组分的浓度上限。该方法还会受到高能量损耗、溶剂损失和大占用空间的困扰，使所述方法对于离岸使用不可行。
气体混合物的气态组分的分离还已经通过使气体混合物与选透性过滤器和膜接触来实现。气体的过滤和薄膜分离包括使一种气体选择性扩散通过薄膜或过滤器，以实现分离。已经扩散通过所述薄膜的组分通常处于相对于非扩散气体显著降低的压力，并且可能在扩散过程中损失高达初始压力的三分之二。因而，过滤器和薄膜分离由于再压缩扩散通过所述薄膜的气体所需的能量，而需要高的能量消耗，并且如果原料流处于低压力，则需要能量来将所述原料流压缩到足够使一种或多种原料流组分扩散通过所述薄膜的压力。另外，薄膜的寿命周期可能由于薄膜的堵塞和损坏而改变，需要另外的停工时间来更换和修理。
离心力已经用于将气态组分从气‑液原料流分离。例如，旋风分离器利用离心力来通过湍流涡流流动将气态组分从气液流体流分离。旋涡形成在流体流中，以使较重的颗粒和/或液滴在涡流中径向向外运动，因而从气态组分分离。在旋风分离器中，气体和液体原料流在分离过程中以逆流流动方式流动，以在由涡流造成的初始分离之后使较重的组分和/或液滴通过重力沿向下方向从气态组分分离，同时气态组分沿相反方向分离。相当多的外部能量必须加到旋风分离器，以实现有效的分离。
美国专利No.6,524,368（Betting等人）涉及一种超声分离器，用于产生一种或多种组分的冷凝，随后分离。Betting的专利涉及不可压缩流体例如水从包含所述不可压缩流体和可压缩流体（气体）的混合物的分离。在该方法中，将包含不可压缩流体和可压缩流体的气流提供给分离器。在该分离器中，气流会聚通过喉口并且扩张到通道中，将气流的速度增大到超声速度，引发形成与气流（和其中的不可再压缩流体）分离的不可再压缩流体微滴。通过使微滴和可压缩流体经受大的旋涡，由此通过离心力将流体微滴从可压缩流体分离，来将不可再压缩流体微滴从可压缩流体分离。所述系统涉及进入和输出流之间相当大的压降，并且在分离之后在下游出现冲击波，这可能需要专用设备来控制。
已经提出利用离心力来将气体组分从气态混合物分离。在VanWissen的论文中（R.J.E.VAN WISSEN,CENTRIFUGULSEPARATION FOR CLEANING WELL GAS STREAMS:FROMCONCEPT TO PROTOTYPE(2006)），描述了气体离心作用来用于在不存在不可压缩流体的情况下分离两种可压缩流体。所述分离使用旋转筒进行，以根据气态组分的分子量的差异形成多种可压缩流。如所述论文中说明的，将例如二氧化碳等可压缩组分从轻烃分离的可能受到组分之间分子量的差异的限制。这样，离心作用在组分分子量彼此接近时不能提供非常有效的分离。该设计还遭受非常低的分离产出率的困扰，其可能需要数百万次离心作用来处理大气体源输出。
需要一种分离设备和方法，其提供可压缩组分的高分离效率，同时避免或降低压降以及对提供大量的外部能量的需要。
发明内容
在一方面，本发明涉及一种方法，包括：提供可压缩原料流，所述可压缩原料流包含第一可压缩组分和第二可压缩组分；提供不可压缩流体流，所述不可压缩流体流包含能够吸收所述第一可压缩组分或与所述第一可压缩组分反应的不可压缩流体；将所述可压缩原料流与所述不可压缩流体流混合来形成混合流，其中，提供所述可压缩原料流以用于在第一线性速度下沿第一方向混合，并且提供所述不可压缩流体流以用于在第二线性速度下沿第二方向混合，所述第二线性速度具有沿与所述第一方向相同方向的速度分量，其中，所述混合流具有沿第三方向的瞬时第三线性速度，并且包含所述第二可压缩组分和选自包括以下所列项目的组的成分：所述第一可压缩组分和所述不可压缩流体的混合物、所述第一可压缩组分和所述不可压缩流体之间反应的化学化合物或加合物、及其混合物；将旋转速度赋予所述混合流，其中，所述旋转速度与所述混合流的所述瞬时第三线性速度的方向相切或相对于所述混合流的所述瞬时第三线性速度的方向偏斜；和从所述混合流分离不可压缩流体产品流，其中，所述不可压缩流体产品流包含所述混合流的成分的至少一部分，并且其中，由于赋予所述混合流的所述旋转速度，所述不可压缩流体产品流从所述混合流分离。
在另一方面，本发明涉及一种方法，包括：提供包含第一可压缩组分和第二可压缩组分的可压缩原料流，其中，所述可压缩原料流具有马赫数为至少0.3的线性速度；和将所述可压缩原料流分离为包含至少60%的所述第一可压缩组分的第一产品流和包含至少60%的所述第二可压缩组分的第二产品流。
在又一方面，本发明涉及一种系统，包括：可压缩流体分离装置，其中1）所述可压缩流体分离装置接收a）包含不可压缩流体的不可压缩流体流；和b）包含第一可压缩组分和第二可压缩组分的可压缩原料流；并且2）所述可压缩流体分离装置将所述可压缩原料流分离为包含至少60%的所述第二可压缩组分的第一可压缩产品流和包含至少60%的所述第一可压缩组分的不可压缩流体产品流；不可压缩流体再生器，所述不可压缩流体再生器接收不可压缩流体产品流，并且排出包含所述第一可压缩组分的第二可压缩产品流，和贫第一可压缩组分的不可压缩流体产品流；和不可压缩流体喷射装置，所述不可压缩流体喷射装置接收贫第一可压缩组分的不可压缩流体产品流，并且将贫第一可压缩组分的不可压缩流体产品流与所述可压缩原料流混合。
在又一方面，本发明涉及一种方法，包括：提供一种包含第一可压缩组分和第二可压缩组分的可压缩原料流；选择不可压缩流体，并且提供包含所述不可压缩流体的不可压缩流体流，其中，所述不可压缩流体选择用于相对于所述第二可压缩组分选择性地吸收所述第一可压缩组分；以基本上并流流动混合所述可压缩原料流和所述不可压缩流体流，以形成具有瞬时线性速度的混合流；沿与所述混合流的所述瞬间线性速度的方向相切或偏斜的方向给所述混合流赋予旋转速度；和从第一可压缩产品流分离不可压缩流体产品流，其中，所述不可压缩流体产品流包含相对于所述不可压缩流体流数量增加的所述第一可压缩组分，并且所述第一可压缩产品流包含相对于所述可压缩原料流数量减少的所述第一可压缩组分，并且其中，通过赋予所述混合流的旋转速度，将所述不可压缩流体产品流从所述第一可压缩产品流分离。
本发明的特征和优点将对于本领域的技术人员显而易见。虽然可由本领域的技术人员作出多种改变，但是这样的改变在本发明的精神内。
附图说明
这些附图示例示出了本发明的实施例中的一些的特定方面，并且不应用于限制或制约本发明。
图1示意性地示出本发明的分离工艺的一个实施例。
图2示意性地示出本发明的分离工艺的另一个实施例。
图3示意性地示出传统的胺分离工艺的一个实施例。
图4示意性地示出本发明的分离工艺的一个实施例。
图5示意性地示出本发明的分离工艺的另一个实施例。
图6示意性地示出本发明的分离工艺的再另一个实施例。
图7示意性地示出不可压缩流体分离装置的一个实施例。
具体实施方式
本发明的系统和方法利用离心力来从原料气体流去除例如CO2或硫化合物等一种或多种可压缩目标组分，同时限制压降和能量消耗。例如酸性气体（如二氧化碳、硫化氢和二氧化硫）和较高分子量气体组分等气态目标组分可在比传统的工艺例如胺分离工艺消耗更低的能量的情况下从原料气体流去除。例如，天然气流可使用本发明的系统和方法来处理，来生产备用于在管道系统中分配的天然气流。天然气处理能以比例如深冷分离等其它常用工艺更高的效率和更低的能量消耗来进行。原料和产品流之间的压降也可相对于传统的气体分离工艺受到限制，避免或至少限制所述工艺下游的再压缩需求。所述工艺还利用较少的设备数量，因而限制所述工艺的总占用空间。本发明的所述系统和方法利用不可压缩流体来辅助目标组分从气体流的去除。下面将更详细地描述特定实施例的一些优点。
参照图1，显示了系统100的一个实施例，其具有可压缩原料流102、不可压缩流体流108、分离装置104、第一可压缩产品流106、多个不可压缩流体产品流112、116、118和生产一种或多种第二可压缩产品流114、120、122的不可压缩流体再生器。所述工艺用于将不可压缩目标组分从可压缩原料流102分离，并且生产第一可压缩产品流106和一种或多种第二可压缩产品流114、120、122。可压缩产品流的数量将取决于从可压缩原料流102去除的目标组分或目标组分组的数量。在本文中使用时，术语“目标组分”指可单独地或成组地从可压缩进料流分离的一种或多种可压缩组分，并且所述术语的单数形式的使用可包括多种可压缩组分。可压缩原料流102包含多种可压缩组分，其中至少一种要从可压缩原料流102的其它可压缩组分分离。
提供包含不可压缩流体的不可压缩流体流108，其在进入分离装置104之前、进入时和/或在分离装置104内，以基本上并流流动与可压缩进料流102混合，来形成包含可压缩组分和不可压缩流体的混合物的混合流。在一个实施例中，可提供可任选的不可压缩流体流124和126，并且其以基本上并流流动与所述可压缩组分在分离装置中混合，以进一步增进可压缩组分的分离。
在本文中使用时，以“基本上并流流动”混合不可压缩流体流和可压缩原料流指在所涉及的工艺中，提供可压缩原料流来在第一线性速度下沿第一方向混合，提供不可压缩流体流来在第二线性速度下沿第二方向混合，其中，所述第二线性速度具有沿与所述可压缩原料流的第一线性速度的第一方向相同的方向的速度分量（例如不可压缩流体流的第二线性速度具有沿由在所述第一方向的方向上的可压缩流体流的第一线性速度的第一方向限定的轴线指向的矢量），并且沿第一方向具有第一线性速度的可压缩原料流与沿第二方向具有第二线性速度的不可压缩流体流混合，来形成沿第三方向具有第三线性速度的混合流。在本文中使用时，“线性速度”指在分离装置内在特定时刻或特定点处对于特定组分或流具有一定方向的速度矢量，其不一定必须相对于所述分离装置的一个或多个轴线具有恒定的方向。所述混合流的线性速度可随时间改变方向，因此第三方向在本文中限定为所述混合流的瞬时线性速度（即瞬时第三线性速度）的方向。所述混合流的瞬时第三线性速度可具有沿与所述可压缩原料流的第一线性速度的第一方向相同的方向的速度分量，和/或可具有沿与所述不可压缩流体流的第二线性速度的第二方向相同方向的速度分量。在本发明的一个实施例中，所述可压缩原料流的第一线性速度的第一方向、所述不可压缩流体流的第二线性速度的第二方向和所述混合流的瞬时第三线性速度的第三方向相同（例如所述可压缩原料流、不可压缩流体流和混合流具有并流流动）。可压缩流体流的所述第一线性速度、不可压缩流体流的所述第二线性速度和混合流的所述第三线性速度的大小可相对于彼此改变。
在分离装置104中，目标组分由不可压缩流体流108的不可压缩流体吸收或与其反应，并且从混合流的其它“非目标”可压缩组分分离。在本文中使用时，术语“可压缩组分和不可压缩流体的混合物”包含其中可压缩组分（即“目标组分”）被吸收在不可压缩流体中的成分。在一个实施例中，分离装置104为离心力分离器，在所述分离器中，将旋转速度赋予混合流，并且包含可压缩目标组分的不可压缩流体由于流动通过所述分离器的混合流的旋转运动，而从混合料的其它可压缩组分分离。离心力分离器中的旋转运动还可在混合流的可压缩组分内产生分层情况。混合流的较重的可压缩和不可压缩组分朝向分离装置的壁分离。该分层可进一步提高载入不可压缩流体中的重目标组分。
在本文中使用时，术语“旋转速度”指围绕轴线处于旋转运动的流、流动或组分的速度，其中，所述轴线可由流、流动或组分的瞬时线性速度的方向限定。旋转速度可与由所述流的瞬时线性速度的方向限定的轴线相切或相对于其偏斜。例如，赋予混合流的旋转速度可与第三方向（例如瞬时第三线性速度的方向，其为混合流的瞬时线性速度）相切或相对于其偏斜，或可与第一方向（例如第一线性速度的方向，其为可压缩原料流的线性速度）相切或相对于其偏斜。而且，在本文中使用时，“合速度”指特定组分、流动或流的总体速度，包括其线性速度和旋转速度分量。
在一个实施例中，第一可压缩产品流106离开分离装置，并且可用于各种下游目的。不可压缩流体产品流112和可任选的不可压缩流体产品流116、118离开分离装置104，并且可传送到第二分离过程110，在第二分离过程中，至少目标组分（例如H2S，CO2）中的一些可从不可压缩流体产品流去除。目标组分可作为一种或多种第二可压缩产品流114、120、122从第二分离过程110输出。再生的不可压缩流体可离开第二分离过程110，以尤其是用作与可压缩原料流102结合并混合的不可压缩流体流108。
可压缩流体流描述
在本发明的一个实施例中，可压缩原料流基本上包括任何多组分可压缩气体，其期望分离为两种或更多种可压缩产品流。在一个实施例中，可压缩原料流为从地质源产出的天然气。在本文中使用时，术语“天然气”适用于具有组分差异很大的从地下环境产出的气体。除了烃类，天然气通常包含其它组分，包括但是不限于氮气、酸性气体组分（例如二氧化碳、硫化氢）、水，以及有时一部分其它硫化合物。包含一种或多种酸性气体的天然气流通常称为“酸性气体”。包含浓度大于百万分之四的硫化氢或其它硫组分的天然气流通常称为“含硫气体”。大部分产出的天然气流具有在0.1%和5%体积百分比之间的酸性气体组分和/或硫化氢，其可能需要在进一步处理之前去除。在一些情况下，天然气流可能包含在5%到超过90%体积百分比范围内的酸性气体组分和/或含硫气体组分。通常，由于考虑到输送管路的腐蚀和与例如二氧化碳和/或硫化氢等一些气体相关的安全问题，这些组分必须在天然气出售或分配之前去除。
天然气中的主要烃类为甲烷，其为烃类的石蜡系列的最轻和最低沸点的成员。其它成分可包括但不限于例如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷等更高的烷烃，和例如苯、甲苯、二甲苯和乙苯等芳香烃。较轻成分，例如一直到丁烷，在大气温度和压力下为气相。较重成分在从地层产出过程中在较高温度时可能是气相，在气体混合物已经冷却时为液相。包含这样的较重成分的天然气称为“湿气”，以区别于不包含或仅包含小部分液体烃类的干气。
可压缩原料流可通常处于范围在2巴（0.2MPa）到200巴（20MPa）的压力下，并且在一些情况下可输入高达1000巴（100MPa）的工艺中。可压缩原料流的温度将随着气体源而改变。在一个实施例中，可压缩原料流例如通过将可压缩原料流传送通过换热器来预先处理，以使可压缩原料流的温度调节到处于或接近用于所述工艺中的不可压缩流体的凝固点。例如，可调节可压缩原料流来使可压缩原料流的温度在选择用于所述工艺的不可压缩流体的凝固点的50°C内。
在一个实施例中，流的化学能可用于描述本发明的方法和系统。可压缩原料流的化学能基于流的组成，并且可使用已知方法计算。天然气流可根据气体的来源和组分具有范围在300Btu/ft3到1200Btu/ft3（11兆焦/m3到45兆焦/m3）的化学能。由于包含大量的惰性或其它组分具有降低的烃成分的原料流将通常具有降低的化学能。
输出流的描述
本文所述的分离工艺和系统可产生许多产品流。可压缩原料流的第一可压缩组分（例如目标组分）可在可压缩原料流和不可压缩流体流混合时，优选可逆地，由不可压缩流体流的不可压缩流体吸收或与不可压缩流体流的不可压缩流体反应。当不可压缩流体从包含可压缩原料流和不可压缩流体流的混合物分离时，形成不可压缩流体产品流，该不可压缩流体产品流包含不可压缩流体和第一可压缩组分的至少一部分和/或不可压缩流体与第一可压缩组分之间的反应的化学化合物或加合物。可压缩原料流的第二可压缩组分可传送通过分离工艺，来形成第一可压缩产品流。
其它组分可传送通过具有第二可压缩组分的分离装置，并且包含在第一可压缩产品流内。例如，当包含氮气和酸性气体组分的天然气流根据所述工艺进行处理时，第一可压缩产品流可包含所述天然气的一部分，例如甲烷，和一部分氮气，而不可压缩流体产品流包含酸性气体组分的一部分。
在本发明的工艺和/或系统的一个实施例中，多个不可压缩流体流可以基本上并流流动与可压缩流体流混合，然后从所述混合流分离，来产生多个不可压缩流体产品流。该实施例在不可压缩流体流包含多种要去除的目标组分时可用。各个不可压缩流体流的每一种不可压缩流体可选择来（优选可逆地）由可压缩原料流中所选择的目标组分选择性地吸收或与可压缩原料流中所选择的目标组分反应。多个不可压缩流体流可与可压缩原料流混合，并且在单个分离器装置或多个分离器装置中从所述混合流分离。通常，在单个分离器装置中，将在给可压缩流体流和不可压缩流体流的混合物赋予旋转速度之后，首先去除最重的可压缩组分，其包括由所述不可压缩流体吸收或与所述不可压缩流体反应的那些组分。当使用多个分离装置时，所述分离装置可串联使用来可任选地使用多种不可流体在每一个分离装置中去除一种或多种组分。
不可压缩流体产品流可被处理来解吸或可逆地释放所述第一可压缩组分（例如目标组分）的部分，以形成第二可压缩产品流。在其中形成多个不可压缩流体产品流的一个实施例中，可通过处理所述不可压缩流体产品流来解吸或可逆地释放由所述不可压缩流体产品流捕获的可压缩原料流体的部分来形成多个可压缩产品流。
目标组分之外的气体组分也可从可压缩原料流去除。例如，可压缩原料流可包含不可压缩固体组分。可在原料流中存在的固体组分包括但不限于例如黏土颗粒、砂颗粒、其它地层固体等无机固体，和来自暴露于原料流的多种生产和处理设备的腐蚀产物。可在可压缩原料流中发现的其它非固体不可压缩组分包括水和在工艺的操作条件下为液体的多种烃类。这些组分可通过控制工艺和系统的操作条件，分别从可压缩流体流的其它组分去除、
在本发明的一个实施例中，用于实现所述工艺的离心分离器装置构造用于使得能够沿所述分离器装置的分离部分的长度去除一种或多种可压缩目标组分，和例如固体组分、液体烃类和/或水的一种或多种其它组分。所述分离器可包括多个出口端口。多个出口端口的使用允许所述可压缩原料流中的多种组分在多种产品流中从分离装置去除，其中每一种产品流富含一定类型的其它组分，或包含一种或多种可压缩目标组分的不可压缩流体。当不可压缩流体流由从可压缩组分和不可压缩流体的混合流分离的不可压缩流体产品流再生时，每一种可压缩目标组分可于是从作为单独的可压缩产品流或多种可压缩产品流包括分离器装置的系统去除。第一可压缩产品流包含没有作为目标组分从原料流由不可压缩流体分离和去除或作为固体或液体从系统中的可压缩原料流分离的可压缩原料流的组分的剩余部分。
在一个实施例中，第一和第二可压缩产品流相对于可压缩原料流具有不同浓度的至少两种组分。所述分离工艺能够将可压缩目标组分从可压缩原料流分离，形成目标组分的至少一部分已经分离的第一可压缩产品流，和至少一种富含目标组分的第二可压缩产品流。例如，在一个实施例中，本发明提供一种方法，包括：提供包含第一可压缩组分和第二可压缩组分的可压缩原料流；提供包含能够吸收所述第一可压缩组分或与所述第一可压缩组分反应的不可压缩流体的不可压缩流体流；将所述可压缩原料流和所述不可压缩流体流混合来形成混合流，其中，提供的所述可压缩原料流用于在第一线性速度下沿第一方向混合，并且提供的不可压缩流体流用于在第二线性速度下沿第二方向混合，所述第二线性速度具有沿与所述第一方向相同方向的速度分量，其中，所述混合流具有沿第三方向的瞬时第三线性速度，并且包含第二可压缩组分和选自包括以下各项的组的成分：第一可压缩组分和不可压缩流体的混合物、第一可压缩组分和不可压缩流体之间的反应的化学化合物或加合物、及其混合物；给所述混合流赋予旋转速度，其中，所述旋转速度与所述混合流的瞬时第三线性速度的第三方向相切或偏斜；和将不可压缩流体产品流从所述混合流分离，其中，所述不可压缩流体产品流包含所述混合流的成分的至少一部分，并且其中，所述不可压缩流体产品流由于赋予所述混合流的旋转速度而从所述混合流分离。
不可压缩流体
在一个实施例中，多种不可压缩流体可用于从所述可压缩原料流去除一种或多种目标组分。能够在接触时吸收目标组分或优选可逆地与目标组分反应的任何不可压缩流体可用于去除可压缩原料流中的一种或多种目标组分。不可压缩流体的选择可根据待去除的目标组分、可压缩原料流的性能、不可压缩流体的性能和工艺或分离装置内的条件进行。在一个实施例中，可压缩原料流的每一种组分在不可压缩流体中的溶解度及其在不可压缩流体中的相对溶解度可至少部分地决定不可压缩流体的选择。不可压缩流体的选择可至少部分地通过考虑一种或多种可压缩目标组分和一种或多种非目标组分在所述不可压缩流体中的溶解度的驱动力来决定。所述驱动力可包括但不限于极性键力、色散力、范德华力、诱导偶极力、氢键和任何影响一种组分在另一种中的溶解度的其它分子间力。
在一个实施例中，不可压缩流体为物理溶剂。物理溶剂包括能够吸收可压缩原料流的组分而不形成新的化学化合物或加合物的任何溶剂。通常，气体在液体中的溶解度随着液体温度降低而增大。而且，气体溶解度与气相中的分压相关，使得较高的分压倾向于在与气体接触的流体中产生较大的载入。但是，确实存在这些一般原理的例外。这些一般原理表明，当物理溶剂用于去除可压缩原料流的一种或多种目标组分时，如果可能，则所述溶剂应冷却或过冷到接近溶剂凝固点的温度。在一个实施例中，物理溶剂的混合物，包括物理溶剂和水的混合物，在所述工艺中用作不可压缩流体，来将一种或多种目标组分从所述可压缩原料流分离。
在一个实施例中，甲醇用作从可压缩原料流去除二氧化碳和H2S（并且较小程度地去除硫醇）的不可压缩流体。水可和甲醇混合来改变凝固点，使所述工艺在多种温度下操作。表1列出不同浓度下的甲醇和水溶液的凝固点。在本发明的一个实施例中，甲醇或甲醇/水混合物可冷却到接近其凝固点。例如，甲醇或甲醇/水混合物可用在‑40°F和‑145°F（‑40°C和‑98°C）之间的温度下。

可用作不可压缩流体的其它适当的物理溶剂包括聚乙二醇二甲醚（DEPG）、N‑甲基吡咯烷酮（NMP）和碳酸丙烯酯（PC）。DEPG是通用分子式如下的聚乙二醇二甲醚的混合物：
CH2O(C2H4O)nCH3
其中n为2到9的整数。DEPG可用于在从0°F（‑18°C）到347°F（175°C）范围内的温度下的操作。DEPG可用于从天然气分离尤其是二氧化碳和多种硫化合物。NMP虽然都吸收H2S和CO2，但是显示出对H2S的高于对CO2的选择性。NMP可用于在从环境温度到5°F（‑15°C）范围内的温度下的操作。PC可用于在0°F（‑18°C）到149°F（65°C）范围内的温度下的操作。PC可用于从天然气分离尤其是二氧化碳和多种硫化合物。
物理溶剂的选择取决于分离方法的期望性能，包括但不限于溶剂对于一种或多种目标组分的选择性、水含量在可压缩原料流中的作用、非目标组分在溶剂中的溶解度、溶剂成本、溶剂供给和热稳定性。例如，由于如表3中所示，对硫化合物比对甲烷的高吸引力，NMP可用于从主要包含甲烷的天然气流分离硫化合物（例如H2S和硫醇）。特定的溶剂性能列在表2和表3中。


在一个实施例中，不可压缩流体为化学溶剂。在本文中使用时，化学溶剂为与一种或多种组分反应来形成不同化学化合物或加合物的任何溶剂。优选地，所述反应可逆，以使所述化学溶剂可然后通过进一步处理从不同的化学化合物或加合物再生。例如，在一些情况下，使用蒸汽直接或间接加热可用于将不同的化合物或加合物分解为再生的化学溶剂分子和可压缩目标组分。
包含胺的化学溶剂与二氧化碳的反应可用作一个化学溶剂反应循环的示例。包含胺的化合物与二元化碳的反应根据反应式3进行。