从烃气体流中去除酸性气体的低温系统 相关申请的交叉参考
本申请要求美国临时专利申请 61/240,850 的权益， 该申请提交于 2009 年 9 月 9 日， 标题为 Cryogenic System for Removing Acid Gases From a Hydrocarbon Gas Stream， With Solid CO2 Recovery， 其全部包括在此作为参考。
技术领域 背景技术
该节涉及介绍可关联本公开示范实施例的本领域各方面。 该讨论据信参与提供框 架从而促进更优理解本公开的特别方面。 因此， 应理解该节应就此而论地阅读， 并且不必需 作为现有技术的承认阅读。
发明领域 本发明涉及组分分离的领域。更特定地， 本发明涉及二氧化碳和其它酸性气体从 烃流体流分离。
技术讨论
源自储层的烃产物时常运送非烃气体的附带产物。 这样的气体包括污染物例如硫 化氢 (H2S) 和二氧化碳 (CO2)。在 H2S 和 CO2 作为烃气体流 ( 例如甲烷或乙烷 ) 的部分产生 时， 该气流有时称为 “酸气” 。
在酸气向下游发送以便进一步处理或销售之前通常加工酸气从而去除 CO2、 H2S。 分 离过程创造关于分离污染物处置的问题。在一些情况下， 浓缩的酸性气体 ( 主要由 H2S 和 CO2 构成 ) 发送到硫回收单元 (“SRU” )。SRU 使 H2S 转变为良性元素硫。然而， 在一些地区 中 ( 例如里海区 )， 因为具有有限市场， 所以另外的元素硫产物是不期望的。 因此， 数百万吨 硫存储在世界的一些地区， 最特别是加拿大和哈萨克斯坦中的巨大地上储块中。
尽管硫存储在陆地上， 但二氧化碳气体有时通风到大气。然而， 通风 CO2 的实践有 时是不期望的。最小化 CO2 排放的一个提议是称为酸性气体喷射 ( “AGI” ) 的过程。AGI 意 思是不需要的酸气在压力下重注入地下地层并为潜在的后来使用隔离。可替换地， 二氧化 碳可用来为增强的油回收操作创造人工储层压力。
为促进 AGI， 期望具有从烃气体分离酸性气体组分的气体处理设施。 然而， 对于 “高 酸” 流， 即含有大于约 15％ CO2 和 / 或 H2S 的产物流， 可特别挑战设计、 建造和操作可从期望 的烃经济分离污染物的设施。 许多天然气储层含有相对低百分比的烃 ( 例如低于 40％ ) 和 高百分比的酸性气体， 主要是二氧化碳， 但同样具有硫化氢、 硫化碳、 二硫化碳和各种硫醇。 在这些实例中， 可有益采用低温气体处理。
低温气体处理是有时用于气体分离的蒸馏过程。低温气体分离在中等压力 ( 例如 每平方英寸 300-600 磅表压 (psig)) 生成冷却的塔顶气流。 另外， 液化酸性气体作为 “底部” 产物生成。由于液化酸性气体具有相对高密度， 因此静压头可有益用于 AGI 阱， 从而参与注 射过程。在该方面中， 酸性气体可在柱压力 ( 例如 300-600psia) 作为液体回收。这意味着
泵送液化酸性气体进入地层需要的能量低于压缩低压酸性气体到储层压力需要的能量。
低温气体处理具有另外优点。例如， 二氧化碳的吸收不需要溶剂。另外， 甲烷回收 可在单独容器中获得 ( 和用于 Ryan-Holmes 过程的多容器系统相反 )。 最终， 取决于致冷容 量， 严格 H2S 规格例如低至或低于 4ppm 可符合产生气体。
挑战也关于酸气的低温蒸馏存在。在处理的气体中存在浓度大于约 5 摩尔百分数 的 CO2 时， 其在标准低温蒸馏单元中作为固体析出。CO2 作为固体形成干扰低温蒸馏过程。 为避开该问题， 受让人具有先前设计的各种 Controlled Freeze ZoneTM(CFZTM) 过程。CFZTM 过程利用二氧化碳的倾向， 通过允许凝固颗粒在蒸馏塔的开放部分内形成然后在该颗粒落 到融化盘上的时候捕获该颗粒， 来形成固体颗粒。结果， 清洁甲烷流 ( 连同原料气体中存在 的任何氮或氦 ) 在塔顶部生成， 同时冷却液体 CO2/H2S 流在塔底部作为底部产物生成。 TM
CFZ 过 程 的 某 些 方 面 和 关 联 设 备 在 美 国 专 利 No.4,533,372 ； 美国专利 No.4,923,493 ； 美 国 专 利 No.5,062,270 ； 美 国 专 利 No.5,120,338 ； 以及美国专利 No.6,053,007 中描述。
如在上面美国专利中一般描述， 用于低温气体处理的蒸馏塔或柱包括下蒸馏区和 中间受控凝固区。优选地， 也包括上精馏区。蒸馏柱操作从而通过提供具有温度范围的蒸 馏柱部分创造固体 CO2 颗粒， 该温度范围低于二氧化碳的凝固点， 但高于在该压力甲烷的沸 点温度。更优选地， 受控的凝固区在容许甲烷和其它轻质烃气体蒸发， 同时导致 CO2 形成凝 固 ( 固体 ) 颗粒的温度和压力操作。
在供气流在蒸馏柱向上移动时， 凝固的 CO2 颗粒脱离供气流并从受控凝固区重力 下降到融化盘上。颗粒在那里液化。富二氧化碳液流然后从融化盘向下流动到在蒸馏柱底 部的下蒸馏区。下蒸馏区维持在基本没有二氧化碳固体形成， 但溶解的甲烷煮沸的温度和 压力。在一个方面中， 在 30°到 40° F 在蒸馏区中创造底部酸性气流。
受控的凝固区包括冷液雾。这是称为 “回流” 的富甲烷液流。在轻质烃气体的蒸汽 流和夹带的酸气向上移动通过蒸馏柱时， 蒸汽流冲击液雾。冷液雾帮助脱离固体 CO2 颗粒， 同时容许甲烷气体挥发并向上流动进入精馏区。
在上精馏区中， 甲烷 ( 或塔顶气 ) 捕获并抽出以便销售或使其可用于燃料。在一 个方面中， 塔顶甲烷流在约 -130° F 释放。塔顶气可通过另外冷却部分液化， 并且一部分 液体作为回流返回蒸馏柱。液体回流然后作为冷喷雾注入精馏区和受控凝固区。在该方面 中， 为回流生成冷液体甲烷的过程需要附属于 CFZ 塔的设备。该设备包括管道、 喷嘴、 压缩 机、 分离器、 泵和膨胀阀。
在上精馏区中产生的甲烷符合管道输送的大多规范。 例如， 如果生成充足回流， 那 么甲烷可符合低于 2 摩尔百分数的管道 CO2 规范和 4ppm H2S 规范。然而， 更高纯度天然气 的更严格规范为应用例如氦回收、 低温天然气液体回收、 转变为液体天然气 (LNG) 和脱氮 存在。
可通过提高液体甲烷回流的质量符合更严格的规范。这依次需要更大的致冷设 备。操作员越希望去除 CO2， 对致冷的需求变得越大。
具有减少 CFZ 过程致冷需求同时仍使 CO2 含量减至非常低水平的需要。同样具有 通过其它 CO2 去除技术扩大的低温气体分离系统和伴随过程的需要。进一步地， 具有能够 为下游液化过程使气体的 CO2 和 H2S 含量减至 LNG 规范可接受的水平而不增加致冷设备容量的需要。 发明内容 提供从原料气流去除酸性气体的系统。 在一个实施例中， 该系统包括低温蒸馏塔。 低温蒸馏塔具有中间受控凝固区。 受控凝固区， 或喷雾段接收主要由甲烷组成的冷液雾。 冷 雾优选为从蒸馏塔下游的塔顶循环生成的液体回流。
低温蒸馏塔经配置接收原料气流， 并然后分离原料气流为 (1) 塔顶甲烷气流， 以 及 (2) 由二氧化碳组成的基本固体材料。
该系统也具有在低温蒸馏塔下游的致冷设备。致冷设备用来冷却塔顶甲烷流， 并 然后使甲烷流的部分作为回流返回低温蒸馏塔中的致冷区。 液体回流的部分可在受控凝固 区中喷雾从而导致固体二氧化碳颗粒的沉淀。
该系统进一步包括收集器盘。 收集器盘安置在受控凝固区下面， 以便在固体 CO2 颗 粒在受控凝固区中沉淀时接收固体 CO2 颗粒。优选地， 收集器盘具有倾斜底座从而引导沉 淀进入中心降液管。降液管依次可任选包括机械平移装置例如螺旋钻， 从而移动包括固体 CO2 材料的浆离开低温蒸馏塔并向 CO2 回收设施移动。
CO2 回收设施优选由多个过滤器组成。 因此， 该系统包括至少第一过滤器以便回收 浆。浆分离为凝固或固体材料 ( 称为 “滤饼” ) 和液体材料 ( 称为 “滤液” )。固体材料主要 由二氧化碳组成， 而液体材料包含甲烷。液体材料也可包含较小量的二氧化碳、 硫化氢、 汞 和重质烃。 应理解如在此使用， 浆称为包括固体材料和液体材料， 但可进一步包括气态材料 和其它非固体材料。浆的液体材料部分可从浆分离以便进一步处理。非固体材料的处理可 使液体转变为可随后用于各种目的例如重注射到回收设施的气体和 / 或固体。然而， 为便 于提及， 浆的非固体部分一旦从浆分离， 在此可无关于材料的状态称为液体材料。
该系统进一步包括液体返回管线。液体返回管线从 CO2 回收设施向低温蒸馏塔返 回液体材料的至少一部分。 然后， 甲烷和其中夹带的任何酸性气体组分的进一步处理发生。
低温蒸馏塔优选包括在受控凝固区上面的上精馏区。 该塔可进一步具有在受控凝 固区下面的下蒸馏区。在后面的实例中， 低温蒸馏塔优选经配置接收原料气流进入下蒸馏 区。此外， 该塔从液体返回管线接收液体材料进入下蒸馏区。甲烷和痕量酸性气体组分的 进一步处理在下蒸馏区中发生。那里， 在温暖的下蒸馏区中甲烷蒸汽向上行进通过受控凝 固区和上精馏区， 并与塔顶甲烷流融合。 二氧化碳组分大部分在下蒸馏区中蒸发， 向上移动 进入受控凝固区， 并沉淀回到收集器盘上。CO2 组分然后与浆一起运输到 CO2 回收设施。
在该塔包括下蒸馏区时， 酸性气体作为底部液流落出相对温暖的下蒸馏区。底部 液流可包含基本液相的乙烷、 丙烷、 丁烷、 硫化氢或其结合。也可存在二氧化碳。
在一个安排中， 低温蒸馏塔不包括下蒸馏区。 在该实例中， 原料气流在受控凝固区 中注入蒸馏塔。 另外， 液体返回管线在原料气流注入低温蒸馏塔之前， 或与该注入同时使液 体材料的至少一部分与原料气流融合。蒸馏塔没有用来捕获硫化氢的底部流 ； 代替地， 硫 化氢与甲烷和二氧化碳的痕量元素在 CO2 回收设施内通过第二和任选第三与第四过滤器捕 获。硫化氢与甲烷和二氧化碳的痕量元素作为冷液体滤液从过滤器释放。滤液在蒸馏塔中 随后处理， 因此从酸性气体捕获回收甲烷流。回收甲烷流与塔顶甲烷流融合以便作为商品 销售。
在任一实施例中， 热交换器在 CO2 回收设施的末端任选提供。 热交换器经配置使至 少部分取自最终段滤饼的基本固体材料加温， 从而产生液相的基本纯净的二氧化碳流。通 过使用例如原料气流作为热源加温基本固体材料。
同样在此提供使用酸性气体去除系统从原料气流去除酸性气体的方法。 原料气流 包含甲烷、 二氧化碳并很可能包含其它组分例如乙烷和硫化氢。
在一个实施例中， 该方法首先包括提供低温蒸馏塔。该塔具有接收主要由甲烷组 成的冷液雾的受控凝固区。该塔进一步包括在受控凝固区下面的收集器盘。
该方法也包括注射原料气流进入低温蒸馏塔。在一个安排中， 原料气流在受控凝 固区下面的下蒸馏区中注入蒸馏塔。在另一安排中， 原料气流在受控凝固区自身中注入蒸 馏塔。优选地， 原料气流在其注入蒸馏塔之前基本脱水。
该方法进一步包括冷冻原料气流。 冷冻原料气流导致原料气流内二氧化碳作为基 本固体材料在收集器盘上沉淀并在其上变为浆。 同时， 蒸馏塔中的压力低于进料流， 导致原 料气流内的甲烷灌注。甲烷行进通过受控凝固区上面的精馏区， 并作为塔顶甲烷流离开低 温蒸馏塔。
该方法也包括使塔顶甲烷流经过低温蒸馏塔下游的致冷系统。 致冷系统使塔顶甲 烷流的至少一部分冷却为液体。 该方法另外包括使冷却的塔顶甲烷流的一部分作为液体回 流返回低温蒸馏塔。液体回流的一部分依次可用作冷液雾。
同样作为该方法的部分， 基本固体材料从低温蒸馏塔去除。 在一个方面中， 基本固 体材料的去除通过使用机械平移装置例如螺旋输送机或螺旋钻实现。 螺旋钻可位于收集器 盘的降液管内， 如上面表示。螺旋钻刺穿基本固体材料或浆， 使其平移出蒸馏塔并向固体 CO2 处理设备平移。优选收集器盘在例如约 -70° F 到 -80° F 的温度操作。该温度在 CO2 组分的凝固点或稍低于该凝固点。
该方法进一步包括分离基本固体材料为基本固体滤饼和基本液体滤液。 滤饼主要 由二氧化碳组成， 而滤液包含甲烷和残留二氧化碳。滤液可包括其它组分例如重质烃和均 匀轻质芳香烃。
分离步骤可通过使基本固体材料或浆经过第一过滤器实现。 这产生主要由固体二 氧化碳组成的滤饼， 以及液相的包含甲烷和二氧化碳的第一滤液。第一过滤器可以是例如 多孔介质或离心机。
分离步骤可进一步包含使用冷二氧化碳流漂洗第一滤饼， 混合第一滤饼从而产生 第一固液浆， 并向第二过滤器输送第一固液浆。第二过滤器产生主要由固体二氧化碳组成 的第二滤饼， 以及又是液相的包含甲烷和二氧化碳的第二滤液。
尽管在一些实施中单独分离步骤足够， 但可采取另外的 CO2 去除。例如， 分离步骤 可进一步包含使用冷二氧化碳流漂洗第二滤饼， 混合第二滤饼从而产生固液浆， 并向第三 过滤器输送固液浆。第三过滤器产生主要由固体二氧化碳组成的第三滤饼， 以及又是液相 的包含较少量甲烷和二氧化碳的第三滤液。
该方法也包括使第二液体材料的至少一部分返回低温蒸馏塔。在一个方面中， 引 导第二液体材料回低温蒸馏塔。在另一方面中， 第二液体材料与原料气流融合并在受控凝 固区中重注入该塔。
在该方法的一个实施例中， 第一滤液和第二滤液结合。源自滤液的结合流体形成返回低温蒸馏塔的液体滤液。在该实例中， 结合液体滤液优选注入低温蒸馏塔。
在该方法的另一实施例中， 仅第一滤液作为液体滤液返回低温蒸馏塔。在该实例 中， 第一滤液可返回受控凝固区。蒸馏塔优选没有下蒸馏区。第二和任选第三 ( 或随后 ) 滤液向分离的下游蒸馏塔输送， 其中残留酸性气体最终从甲烷分离。 在该实例中， 获得与低 温蒸馏塔的塔顶甲烷流融合的回收甲烷流以便销售。 附图说明
因此其中本发明可更优理解的方式、 某些图解、 图表和 / 或流程图附加于此。然 而， 注意因为本发明可承认其它等效实施例和应用， 所以附图仅图解本发明的选择实施例， 并因此不认为是范畴的限制。
图 1 是在一个实施例中图解 CFZ 蒸馏塔的侧面图。看到冷冻原料气流注入该塔的 中间受控凝固区。
图 2A 是在一个实施例中融化盘的平面图。融化盘位于塔内受控凝固区下面。
图 2B 是跨直线 B-B 的图 2A 的融化盘的剖面图。
图 2C 是跨直线 C-C 的图 2A 的融化盘的剖面图。
图 3 是在一个实施例中蒸馏塔的下蒸馏区中汽提盘 (stripping trays) 的放大侧面图。 图 4A 是在一个实施例中用于蒸馏塔的下蒸馏区或上精馏区的喷射盘的透视图。
图 4B 是图 4A 的喷射盘中开孔的一个的侧面图。
图 5 是图 1 的蒸馏塔的中间受控凝固区的侧面图。在该图中， 隔板添加到中间受 控凝固区。
图 6A 是在一个实施例中收集器盘的平面图。在气体处理设施的一个安排中， 收集 器盘位于塔内受控凝固区下面。
图 6B 是跨直线 B-B 的图 6A 的收集器盘的剖面图。
图 6C 是跨直线 C-C 的图 6A 的收集器盘的剖面图。
图 6D 是在可替换实施例中图 6A 的收集器盘的剖面图。该图再次跨直线 B-B。
图 7 是示出在一个实施例中用来根据本发明从原料气流去除酸性气体的气体处 理设施的示意图。采用图 6A 或 6D 的收集器盘。
图 8 是示出在可替换实施例中用来根据本发明从气流去除酸性气体的气体处理 设施的示意图。再次采用图 6A 或 6D 的收集器盘。
图 9 呈现在一个实施例中根据本发明从气流去除酸性气体的方法的流程图。
具体实施方式
定义
如在此使用， 术语 “烃” 指代如果不排它那么主要包括元素氢和碳的有机物。烃一 般落入两类 ： 无环或直链烃， 以及包括环萜烯的环状或闭环烃。 含烃材料的例子包括可用作 燃料或升级为燃料的天然气、 石油、 煤和沥青的任何形式。
如在此使用， 术语 “烃流体” 指代是气体或液体的烃或烃的混合物。例如， 烃流体 可包括在形成条件、 在处理条件或在环境条件 (15℃和 1atm 压力 ) 是气体或液体的烃或烃的混合物。 烃流体可包括例如石油、 天然气、 煤层甲烷、 油页岩、 热解油、 热解气、 煤的热解产 物， 以及气态或液态的其它烃。
术语 “质量传递器件” 指代接收流体从而接触， 并例如通过重力流使这些流体转到 其他物体的任何物体。 一个非限制例子是用来清除某些流体的塔盘。 栅格填料是另一例子。
如在此使用， 术语 “流体” 指代气体、 液体或气体和液体的结合， 以及气体和固体的 结合， 以及液体和固体的结合。
如在此使用， 术语 “可冷凝烃” 意思是在约 15℃和一个大气绝对压力冷凝的这些 烃。可冷凝烃可包括例如碳数大于 4 的烃的混合物。
如在此使用， 术语 “闭环致冷系统” 意思是其中外部工作流体例如丙烷或乙烯用作 冷却剂从而冷冻塔顶甲烷流的任何致冷系统。 这与其中塔顶甲烷流自身的一部分用作工作 流体的 “开环致冷系统” 相反。
如在此使用， 术语 “地下” 指代在地表下面发生的地质层。特定实施例的描述
图 1 呈现在一个实施例中的如可连同本发明使用的低温蒸馏塔 100 的示意图。低 温蒸馏塔 100 可在此交换称为 “低温蒸馏塔” 、 “柱子” 、 “CFZ 柱” 或 “分裂器塔” 。
图 1 的低温蒸馏塔 100 接收初始流体流 10。流体流 10 主要由生产气体组成。通 常， 流体流代表源自阱口 ( 未示出 ) 的干气流， 并含有约 65％到约 95％的甲烷。然而， 流体 流 10 可含有较低百分比的甲烷， 例如约 30％到 65％， 以至 20％到 40％。 甲烷可与其它烃气体例如乙烷的痕量元素存在。另外， 可存在痕量的氦和氮。在 本申请中， 流体 10 也包括某些污染物。这些包括酸性气体例如 CO2 和 H2S。
初始流体流 10 可在每平方英寸近 600 磅 (psi) 或更低的后生产压力。在一些实 例中， 初始流体流 10 的压力可高达约 750psi 以至 1,000psi。
流体流 10 通常在进入蒸馏塔 100 之前冷冻。 热交换器 150 例如壳管式交换器为初 始流体流 10 提供。致冷单元 ( 未示出 ) 向热交换器 150 提供冷却流体 ( 例如液体丙烷 )， 从而使初始流体流 10 的温度降至约 -30°到 -40° F。冷冻流体流可然后移动通过膨胀器 件 152。膨胀器件 152 可以是例如焦耳 - 汤姆逊 (“J-T” ) 阀。
膨胀器件 152 用作膨胀器从而获得流体流 10 的另外冷却。优选地， 同样创造流体 流 10 的部分液化。焦耳 - 汤姆逊 ( 或 “J-T” ) 阀为倾向形成固体的气体进料流优选。膨胀 器件 152 优选靠近低温蒸馏塔 100 安放从而最小化供料管中的热损失。
作为 J-T 阀的替换， 膨胀器件 152 可以是涡轮膨胀器。 涡轮膨胀器如同上面提到的 致冷单元为过程提供更大冷却并创造轴功来源。致冷单元是热交换器 150 的部分。这样， 操作员可最小化致冷过程的总能量需求。然而， 涡轮 - 膨胀器与 J-T 阀一样不可处理冻结 颗粒。
在任一实例中， 热交换器 150 和膨胀器件 152 使初始流体流 10 转变为冷冻流体流 12。优选地， 冷冻流体流 12 的温度在 -40°到 70° F 周围。在一个方面中， 低温蒸馏塔 100 在约 500psi 的压力操作， 并且冷冻流体流 12 在近 -62° F。在这些条件下， 冷冻流体流 12 基本液相， 尽管一些汽相可以不可避免夹带进入冷冻流体流 12。 很可能没有固体形成从 CO2 的存在出现。
低温蒸馏塔 100 分为三个主要区段。这些是下蒸馏区 106、 中间受控凝固区或 “喷 雾段” 108， 以及上蒸馏或 “精馏” 区 110。在图 1 的塔安排中， 冷冻流体流 12 在受控凝固区
108 引入蒸馏塔 100。然而， 冷冻流体流 12 可以可替换接近下整流区 106 的顶部引入。
注意在图 1 的安排中， 下蒸馏区 106、 中喷雾段 108、 上精馏区 110 以及全部组件容 纳在单独容器内。然而， 对于其中可以需要考虑塔 100 的高度和运动考虑的离岸应用， 或对 于其中运输限制是问题的远程位置， 蒸馏塔 110 可任选分为两个分离压力容器 ( 未示出 )。 例如， 下蒸馏区 106 和受控凝固区 108 可设置在一个容器中， 而上致冷区 110 在另一容器 中。外部管道然后用来使两个容器互连。
在任一实施例中， 下蒸馏区 106 的温度高于冷冻流体流 12 的进料温度。下蒸馏区 106 的温度经设计适当高于在柱子 100 操作压力的冷冻流体流 12 中甲烷的沸点。这样， 甲 烷优选从较重烃和液体酸性气体组分清除。当然， 本领域技术人员理解蒸馏塔 100 内的液 体是混合物， 意思是该液体在纯甲烷和纯 CO2 之间的一些中间温度 “沸腾” 。进一步地， 如果 在混合物中具有较重烃 ( 例如乙烷或丙烷 ) 存在， 这提高混合物的沸点温度。这些因素为 在蒸馏塔 100 内的操作温度变为设计考虑。
在下蒸馏区 106 中， CO2 和任何其它液相流体重力落向低温蒸馏塔 100 的底部。同 时， 甲烷和其它汽相流体脱离并向塔 100 的顶部上升。该分离主要通过在气相和液相之间 的不同密度实现。然而， 分离过程通过蒸馏塔 100 内的内部组件任选帮助。如下面描述， 这 些包括融化盘 130、 多个有利配置的质量传递器件 126， 以及任选加热器管线 25。侧重沸器 ( 未示出 ) 可同样添加到下蒸馏区 106 从而促进 CO2 的去除和传热。 再次参考图 1， 冷冻流体流 12 可引入靠近下蒸馏区 106 的顶部引入柱子 100。可 替换地， 可期望使进料流 12 引入在融化盘 13 上面的中喷雾或受控凝固区 108。 冷冻流体流 12 的注射点是主要由初始流体流 10 的成分支配的设计问题。
可优选在柱子 100 中通过两相扩容箱 (flashbox) 型器件 ( 或蒸汽分配器 )124 直 接注射冷冻流体流 12 进入下蒸馏区 106。使用扩容箱 124 来部分分离冷冻流体流 12 中的 两相蒸汽 - 液体混合物。扩容箱 124 可开槽以使两相流体撞击扩容箱 124 中的隔板。
如果预期显著液击或频繁过程打乱， 那么冷冻流体流 12 可需要在向柱子 100 供应 之前在容器 173 中部分分离。在此情况下， 冷冻流体流 12 可在两相容器 173 中分离。蒸汽 通过容器入口管线 11 离开两相容器 173， 其中该蒸汽通过入口分配器 121 进入柱子 100。 该 气体然后向上行进通过柱子 100。液体 13 从两相容器 173 放出。通过分配器 124 引导液体 13 进入柱子 100。液体 13 可通过重力或通过泵 175 注入柱子 100。
在任一安排中， 冷冻流体流 12( 或 11) 在具有或没有两相容器 173 的情况下进入 柱子 100。液体组分离开扩容箱 124 并向下行进到下蒸馏区 106 内的一批汽提盘 126。汽 提盘 126 包括一系列降液管 129 和堰板 128。这些在下面连同图 3 更完全描述。与下蒸馏 塔 106 中更温暖温度结合的汽提盘 126 导致甲烷脱离溶液。导致的蒸汽运送煮去的甲烷和 任何夹带二氧化碳分子。
蒸汽进一步继续向上前进通过融化盘 130 的烟囱 131( 见于图 2B) 并进入凝固区 108。融化盘立管 131 充当蒸汽分配器以便均匀分配通过凝固区 108。蒸汽然后接触源自喷 头 120 的冷液体从而 “冻析” CO2。以另一方式陈述， CO2 凝固并然后沉淀或 “降雪” 回到融化 盘 130 上。固体 CO2 然后融化并以液体形式向融化盘 130 下面重力流动， 并流过融化盘 130 下面的下蒸馏区 106。
如在下面更完全讨论， 喷雾段 108 是低温蒸馏塔 100 的中间冷冻区。由于其中冷
冻流体流 12 在进入塔 100 之前在容器 173 中分离的可替换配置， 分离的液体 / 固体浆 13 的一部分在融化盘 130 上面立即引入塔 100。 因此， 酸气和较重质烃组分的液体 - 固体混合 物从分配器 121 流动， 其中固体和液体向下落到融化盘 130 上。
融化盘 130 经配置从中喷雾段重力接收主要是 CO2 和 H2S 的液体和固体材料。融 化盘 130 用来使液体和固体材料加温， 并引导其以液体形式向下通过下蒸馏区 106 以便进 一步净化。融化盘 130 在液池中从受控凝固区 108 收集并加温固 - 液混合物。融化盘 130 经设计释放蒸汽流回到受控凝固区 108， 提供合适传热从而融化固体 CO2， 并从而促进液体 / 浆排泄到在融化盘 130 下面的柱子 100 的下蒸馏或下蒸馏区 106。
图 2A 提供在一个实施例中融化盘 130 的剖面图。图 2B 提供跨图 2A 的直线 B-B 的融化盘的剖面图。图 2C 提供跨直线 C-C 的融化盘的剖面图。融化盘 130 参考这三个附 图集体描述。
首先， 融化盘 130 包括底座 134。 底座 134 可以是基本平坦的主体。 然而， 在图 2A、 2B 和 2C 中示出的优选实施例中， 底座 134 采用基本不平坦的轮廓。 不平坦配置为接触从中 间受控凝固区 108 降落在融化盘 130 上的液体和固体提供增加的表面积。这用来增加从蒸 汽到液体和融化固体的传热， 该蒸汽从柱子 100 的下蒸馏区 106 向上传递。在一个方面中， 底座 134 起皱。在另一方面中， 底座 13 基本正弦形。盘设计的该方面在图 2B 中示出。理 解其它不平坦几何形状可以可替换用来增加融化盘 130 的传热面积。
融化盘底座 134 优选倾斜。倾斜在图 2C 的侧面图中表明。尽管大部分固体融化， 但倾斜用来确保液体混合物中任何未融化固体抽出融化盘 130 并进入融化盘 130 下面的下 蒸馏区 106。
按照图 2C， 在融化盘 130 中心看到贮槽或 “降液管” 138。融化盘底座 134 朝向降 液管 138 向内倾斜从而输送固 - 液混合物。底座 13 可用任何方式倾斜从而促进重力液体 抽出。
如在美国专利 No.4,553,372 中描述， 融化盘称为 “烟囱盘” 。这是由于单独通风烟 囱的存在。烟囱提供开孔， 蒸汽可通过该开孔向上移动通过烟囱盘。然而， 单独烟囱的存在 意味着向上移动通过烟囱盘的全部气体必须外出通过单独开孔。另一方面， 在图 2A、 2B 和 2C 的融化盘 130 中， 提供多个烟囱 131( 或 “立管” )。多个烟囱 131 的使用提供改善的蒸汽 分配。这有助于中间受控凝固区 108 中的更优热 / 质量传递。
烟囱 131 可具有任何轮廓。例如， 烟囱 131 可以是圆形、 矩形或允许蒸汽经过融化 盘 130 的任何其它形状。烟囱 131 也可狭窄并向上延伸进入中喷雾段 108。这使有益压降 能够在蒸汽上升进入 CFZ 受控凝固区 108 时均匀分配蒸汽。烟囱 131 优选设置在起皱底座 134 的尖顶上从而提供另外传热面积。
烟囱 131 的顶部开孔优选用盖帽或罩帽 132 覆盖。这使从受控凝固区 108 下降的 固体可避免落到融化盘 130 上的机会最小化。在图 2A、 2B 和 2C 中， 在烟囱 131 的每个上看 到罩帽 132。
融化盘 130 也可用泡罩 (bubble caps) 设计。泡罩定义从融化盘 130 下面升起的 底座 134 中凸出压痕。泡罩进一步增加融化盘 130 中的表面积从而向富 CO2 液体提供另外 传热。由于该设计， 应提供合适液体抽出例如增加的倾斜角从而确保液体引导到下面的汽 提盘 126。再次参考图 1， 融化盘 130 也可用外部液体传递系统设计。 传递系统用来确保全部 液体基本没有固体， 而且提供充足传热。传递系统首先包括抽取喷管 136。在一个实施例 中， 抽取喷管 136 位于抽取贮槽或降液管 138 内 ( 见于图 2C)。在降液管 138 中收集的流体 输送到传递管线 135。流过传递管线 135 可受控制阀 137 和液位控制器 “LC” ( 见于图 1) 控制。流体经传递管线 135 返回下蒸馏区 106。如果液位过高， 那么控制阀 137 打开 ； 如果 液位过低， 那么控制阀 137 关闭。如果操作员选择不在下蒸馏塔 106 中采用传递系统， 那么 控制阀 137 关闭并且流体立即引导到质量传递器件或在融化盘 130 下面的 “汽提盘” 126， 以便经溢出降液管 139 汽提。
无论是否使用外部传递系统， 固体 CO2 在融化板 130 上加温并转变为富 CO2 液体。 融化板 130 通过源自下蒸馏区 106 的蒸汽从下面加热。补充的热可通过各种工具例如加热 器管线 25 任选添加到融化板 130 或仅在融化板底座 134 上面添加。加热器管线 25 利用源 自底部重沸器 160 的已经可用的热能促进固体的融化。
富 CO2 液体在液位控制下从融化板 130 抽取并重力引入下蒸馏区 106。如提到， 多 个汽提盘 126 在融化盘 130 下面下蒸馏区 106 中提供。汽提盘 126 优选在相互高于对方的 基本平行关系中。汽提盘 126 的每个可在非常轻微倾斜与堰板一起任选安置， 以使在塔盘 上维持液位。流体在堰板上沿每个盘重力流动， 并然后经降液管向下流动到下个盘上。
汽提盘 126 可以在各种安排中。汽提盘 126 可安排在一般水平关系中从而形成正 弦的、 级联的液流。然而， 优选汽提盘 126 经安排创造通过分离汽提盘基本沿相同水平面分 开的级联液流。这在图 3 的安排中示出， 其中液流分裂至少一次， 因此液体落入两个相反降 液管 129。
图 3 提供在一个实施例中汽提盘 126 安排的侧面图。汽提盘 126 的每个从上面接 收并收集流体。 每个汽提盘 126 优选具有用作堤坝的堰板 128， 从而使汽提盘 126 的每个上 流体小池的收集成为可能。建造可以是 1/2 到 1 英寸， 尽管可采用任何高度。在流体从汽 提盘 126 落到汽提盘 126 时通过堰板 128 创造瀑布效应。在一个方面中， 没有向汽提盘 126 提供倾斜， 但通过更高堰板 128 配置提供瀑布效应。流体与即将到来的富较轻质烃的蒸汽 接触， 该较轻质烃在汽提盘 126 的该 “接触区” 中从交叉流动液体汽提出甲烷。堰板 128 用 来动态密封降液管 128， 从而帮助防止蒸汽通过降液管 129 绕开， 并从而进一步促进烃气体 的脱离。
在液体向下移动通过下蒸馏区 106 时， 液体中甲烷的百分比变得愈加小。蒸馏的 程度取决于下蒸馏区 106 中盘 126 的数量。在下蒸馏区 106 的上部中， 液体的甲烷含量可 以高达 25 摩尔百分数， 而在底部汽提盘甲烷含量可以低达 0.04 摩尔百分数。甲烷含量沿 汽提盘 126( 或其它质量传递器件 ) 迅速闪蒸排出。用于下蒸馏区 106 的质量传递器件的 数量是基于原料气流 10 成分的设计选项的问题。然而， 仅少量水平的汽提盘 126 需要通常 用来例如在液化酸性气体中去除甲烷到 1％或更低的期望水平。
可采用促进甲烷脱离的各种个别汽提盘 126 配置。汽提盘 126 可简单代表具有筛 孔或泡罩的嵌板。然而， 为向流体提供进一步传热并为防止固体引起的不需要阻塞， 所谓 “喷射盘” 可在融化盘下面采用。任意或结构化的包装也可代替塔盘采用。
图 4A 提供在一个实施例中图解喷射盘 426 的平面图。图 4B 提供源自喷射盘 426 的喷射舌片 422 的剖面图。如示出， 每个喷射盘 426 具有主体 424， 其中多个喷射舌片 422在主体 424 内形成。每个喷射舌片 422 都包括覆盖开孔 425 的倾斜舌片构件 428。因此， 喷 射盘 426 具有多个小开孔 425。
在操作中， 一个或更多喷射盘 426 可设置在塔 100 的汽提 106 和 / 或精馏 110 段 中。塔盘 426 可与多个通道例如图 3 中汽提盘 126 的图案一起安排。然而， 可利用促进甲 烷气体脱离的任何塔盘或包装安排。流体在每个喷射盘 426 上向下泻落。流体然后沿主体 424 移动。舌片 422 任选定向从而跨盘 426 迅速且有效移动流体。邻接降液管 ( 未示出 ) 可任选提供从而向随后盘 426 移动流体。开孔 425 也容许气体蒸汽在低温蒸馏塔 106 中流 体移动过程期间释放， 从而更有效向上行进到融化盘 130 并通过烟囱 131。
在一个方面中， 塔盘 ( 例如塔盘 126 或 426) 可从耐污材料， 即防止固体累积的材 料制作。耐污材料用于一些处理设备从而防止腐蚀性金属颗粒、 聚合物、 盐、 催化剂细粒或 其它化学固体化合物。在低温蒸馏塔 100 的情况下， 耐污材料可用于塔盘 126 或 426 从而 TM 限制 CO2 固体的粘附。例如， Teflon 涂层可应用于塔盘 126 或 426 的表面。
可替换地， 可提供物理设计从而确保 CO2 不开始以固体形式沿蒸馏塔 100 的内径 累积。在该方面中， 喷射盘 422 可取向从而沿塔 100 的墙壁推动液体， 由此防止固体沿塔 100 的墙壁积累并确保良好的蒸汽 - 液体接触。 在塔安排的任何中， 在向下流动的流体击中汽提盘 126 时， 材料的分离发生。甲烷 气体脱离溶液并以蒸汽形式向上移动。然而， CO2 足够冷并在其保持液体形式的足够高浓 度， 并且向下行进到下蒸馏区 106 的底部。液体然后在出口管线中作为底部流体流 22 移出 低温蒸馏塔 100。
紧接着离开蒸馏塔 100， 底部流体流 22 进入重沸器 160。在图 1 中， 重沸器 160 是 向汽提盘的底部提供重沸蒸汽的釜式容器。在 27 看到重沸蒸汽管线。另外， 重沸蒸汽可通 过加热器管线 25 输送从而向融化盘 130 提供补充热。补充热通过阀门 165 和温度控制器 TC 控制。可替换地， 热交换器例如热虹吸热交换器 ( 未示出 ) 可用于初始流体流 10 从而节 省能量。在该方面中， 进入重沸器 160 的液体保持在相对低的温度， 例如约 30°到 40° F。 通过与初始流体流 10 热联合， 操作员可使源自蒸馏塔 100 的冷却的底部流体流 22 加温同 时预冷却产生流体流 10。 为此， 通过管线 25 提供补充热的流体是从重沸器 160 返回的混合 相。
预期在一些条件下， 融化盘 130 可在没有加热器管线 25 的情况下操作。在这些实 例中， 融化盘 130 可与内部加热特征例如电热器一起设计。然而， 优选供应采用在底部流体 流 22 中可用的热能的加热系统。加热器管线 25 中的加温流体存在于在 30°到 40° F 的 一个方面中， 因此其含有相对热能。因此， 在图 1 中， 示出蒸汽流 25 通过融化盘 130 上的加 热盘管 ( 未示出 ) 引导到融化盘 130。蒸汽流 25 可以可替换依靠传递管线 135。
在操作中， 重沸蒸汽流的大部分通过管线 27 在柱子的底部， 在底部液位上面并在 最后汽提盘 126， 或在最后汽提盘 126 下面引入。在重沸蒸汽向上经过每个塔盘 126 时， 残 留甲烷脱离液体。该蒸汽在其沿塔向上行进时冷却。当源自管线 27 的蒸汽流到达起皱融 化盘 130 时， 温度可降至约 -20° F 到 0° F。然而， 这与融化盘 130 上的融化固体比较仍然 非常温暖， 该融化固体可在 -50° F 到 -70° F 周围。蒸汽仍具有足够焓从而在固体 CO2 与 融化盘 130 接触时使其融化。
回来参考重沸器 160， 以液体形式离开重沸器 160 的底部流 24 中的流体可任选经
过膨胀器阀 162。膨胀器阀 162 减少底部液体产物的压力， 有效提供致冷效果。因此提供冷 冻的底部流 26。这也创造静压头。在该方面中， 离开重沸器 160 的富 CO2 液体可阱下泵送 通过一个或更多 AGI 阱 ( 在图 1 中在 250 示意看到 )。在一些状况下， 液体 CO2 可泵入部分 回收的油储层作为增强的油回收过程的部分。因此， CO2 可以是可混溶注入物。作为替换， CO2 可用作增强的油回收的可混溶溢流剂。
再次参考蒸馏塔 100 的下蒸馏区 106， 气体向上移动通过下蒸馏区 106， 通过融化 盘 130 中的烟囱 131， 并进入受控凝固区 108。受控凝固区 108 定义具有多个喷嘴 122 的开 放腔室。在蒸汽向上移动通过受控凝固区 108 时， 蒸汽的温度变得冷得多。蒸汽由来自喷 嘴 122 的液体甲烷接触。该液体甲烷比向上移动的蒸汽冷得多， 受外部致冷单元 170 冷却。 在一个安排中， 液体甲烷在近 -120° F 到 -130° F 的温度从喷嘴 122 离开。然而， 在液体 甲烷蒸发时， 其从周围吸热， 由此降低向上移动蒸汽的温度。由于汽化甲烷降低的密度 ( 相 对于液体甲烷 ) 和在塔 100 内的压力梯度， 因此汽化甲烷也向上流动。
在甲烷蒸汽沿低温蒸馏塔 100 进一步向上移动时， 其离开受控凝固区 108 并进入 上精馏区 110。蒸汽与脱离原冷冻流体流 12 的其它轻质气体一起继续向上移动。结合的烃 蒸汽移出低温蒸馏塔 100 的顶部， 变为塔顶甲烷流 14。 在塔顶甲烷流 14 中的烃气体移入外部致冷单元 170。 在一个方面中， 致冷单元 170 使用乙烯致冷剂或能够冷冻塔顶甲烷流 14 低至约 -135°到 -145° F 的其它致冷剂。这用 来至少部分液化塔顶甲烷流 14。致冷的甲烷流 14 然后向回流冷凝器或分离室 172 移动。
分离室 172 用来从液体回流 18 分离气体 16。气体 16 代表源自原料气流 10 的较 轻质烃， 主要是甲烷。也可存在氮和氦。当然， 甲烷气体 16 是与任何乙烷一起最终设法捕 获并商业销售的 “产物” 。
离开致冷单元 170 的塔顶甲烷流 14 的一部分保持压缩。 该部分变为在分离室 172 中分离并返回塔 100 的液体回流 18。泵 19 可用来移动液体回流 18 回到塔 100。可替换地， 分离室 172 安放在塔 100 上面， 从而提供液体回流 18 的重力供料。液体回流 18 包括从上 精馏区 110 逃离的任何二氧化碳。然而， 液体回流 18 的大部分是与氮 ( 如果在初始流体流 10 中存在 ) 和痕量硫化氢 ( 同样如果在初始流体流 10 中存在 ) 一起的通常 95％或更多的 甲烷。
在一个冷却安排中， 通过开环致冷系统取得塔顶甲烷流 14。在该安排中， 塔顶甲 烷流 14 通过交叉交换器取得， 从而冷冻用作液体回流 18 的塔顶甲烷流的返回部分。此后， 塔顶甲烷流 14 受压到约 1,000psi 到 1,400psi， 并然后使用环境空气并可能使用外部丙烷 致冷剂冷却。受压和冷冻的气体流然后通过膨胀器引导以便进一步冷却。涡轮膨胀器更 可用来回收液体和一些轴功。标题为 “Process For Separating a Multi-Component Gas Stream Containing at Least One Freezable Component” 的美国专利 No.6,053,007 描述 塔顶甲烷流的冷却， 并且其全部包括在此作为参考。
这里理解本发明不受塔顶甲烷流 14 的冷却方法限制。同样理解致冷单元 170 和 初始致冷单元 150 之间的冷却程度可变化。在一些实例中， 可期望致冷单元 150 在更高温 度操作， 但然后更积极冷却致冷单元 170 中的塔顶甲烷流 14。 再次， 本发明不限于这些类型 的设计选项。
再次参考图 1， 液体回流 18 返回进入上蒸馏或精馏区 110。液体回流 18 然后重力
运送通过上精馏区 110 中的一个或更多质量传递器件 116。 在一个实施例中， 质量传递器件 116 是提供一连串泻落堰板 118 和降液管 119 的精馏盘， 相似于上面描述的塔盘 126。任意 或结构化的包装也可代替塔盘采用。
在源自液体回流 18 的流体向下移动通过精馏盘 116 时， 另外甲烷汽化离开上精馏 区 110。甲烷气体重聚合塔顶甲烷流 14 从而变为气体产物流 16 的部分。然而， 剩余的液相 液体回流 18 落到收集器盘 140 上。在其这样做时， 液体回流 18 不可避免获得从受控凝固 区 108 向上移动的小百分比的烃和残留酸性气体。甲烷和二氧化碳的液体混合物在收集器 盘 140 收集。
收集器盘 140 优选定义基本平坦主体以便收集液体。然而， 如同融化盘 130， 收集 器盘 140 也具有一个并优选许多的烟囱， 以便放出从受控凝固区 108 上升的气体。可采用 烟囱和罩帽安排， 例如通过图 2B 和 2C 中组件 131 和 132 呈现的烟囱和罩帽安排。收集器 盘 140 的烟囱 141 和罩帽 142 在图 5 的放大图中示出， 在下面进一步讨论。
这里注意在上精馏区 110 中， 存在的任何 H2S 在处理温度具有朝向在液体中溶解 对在气体中的优选。在该方面中， H2S 具有可比较的相对低挥发性。通过使剩余蒸汽与更 多液体接触， 低温蒸馏塔 100 驱动 H2S 浓度到低至期望的百万分率 (ppm) 限制， 例如 10 以 至 4ppm 规范内。在流体移动通过上精馏区 110 中的质量传递器件 116 时， H2S 接触液体甲 烷并拉出汽相， 以及变为液体流 20 的部分。从那里， H2S 以液体形式向下移动通过下蒸馏区 106， 并作为液化酸性气体底部流 22 的部分最终离开低温蒸馏塔 100。
在低温蒸馏塔 100 中， 在收集器盘 140 捕获的液体作为液流 20 抽出上精馏区 110。 液流 20 主要由甲烷组成。 在一个方面中， 液流 20 由约 93 摩尔百分数的甲烷、 3％ CO2、 0.5％ H2S 和 3.5％ N2 组成。在这点上， 液流 20 在约 -125° F 到 -130° F。这仅比回流液体 18 稍 微更温暖。液流 20 引导进入喷淋头收集鼓 174。喷淋头收集鼓 174 的目的是为泵 176 提供 浪涌能力。紧接着离开喷淋头收集鼓 174， 创造喷雾流 21。喷雾流 21 在泵 176 中受压以便 第二重引入低温蒸馏塔 100。在该实例中， 喷雾流 21 泵入中间受控凝固区 108 并通过喷嘴 122 发射。
喷雾流 21 的一些部分， 特别是甲烷， 紧接着离开喷嘴 122 汽化并蒸发。从那里， 甲 烷上升通过中间受控凝固区 108， 通过收集器盘 140 中的烟囱， 并通过上精馏区 110 中的质 量传递器件 116。甲烷作为塔顶甲烷流 14 离开蒸馏塔 100 并最终变为气流 16 中商品的部 分。
源自喷嘴 122 的喷雾流 21 也导致二氧化碳从气相凝华。在该方面中， 一些 CO2 暂 时进入气相并与甲烷一起向上移动。然而， 因为在受控凝固区 108 内的低温， 所以气态二 氧化碳迅速转变为固相并开始 “降雪” 。该现象称为凝华。这样， 一些 CO2 不再重进入液相 直到其击中融化盘 130。该二氧化碳在融化盘 130 上 “降雪” ， 并融化进入液相。从那里， 富 CO2 液体与如上面描述源自冷冻原料气流 12 的液体 CO2 一起向下泄落到下蒸发区 106 中质 量传递器件或塔盘 126。在该点， 源自喷嘴 122 的喷雾流 21 的任何剩余甲烷应迅速脱离进 入蒸汽。这些蒸汽在低温蒸馏塔 100 中向上移动并重进入上精馏区 110。
期望具有与沿塔 100 向上移动的气体尽可能多接触的冷冻液体。如果蒸汽绕开从 喷嘴 122 散发的喷雾流 21， 那么更高水平的 CO2 可到达塔 100 的上蒸馏区 110。为改善受 控凝固区 108 中气体 / 液体接触的效率， 可采用具有设计配置的多个喷嘴 122。因此， 可使用任选设计具有多个喷雾嘴 122 的若干喷淋头 120， 而不是在回流流体流 21 中采用在一个 或更多水平的单独喷雾源。因此， 喷雾嘴 122 的配置具有对受控凝固区 108 内发生的质量 传递的影响。
本受让人在此在共同待决 WO 专利公开 No.2008/091316 中具有先前提出的各种喷 嘴安排， 该公开具有国际提交日期 2007 年 11 月 20 日。该申请与其中图 6A 和 6B 为喷嘴配 置的教导包括在此作为参考。 该喷嘴设法在受控凝固区 108 内确保 360°覆盖， 并提供良好 蒸汽 - 液体接触和热 / 质量传递。这依次更有效冷冻向上移动通过低温蒸馏塔 110 的任何 气态二氧化碳。
多个喷淋头 120 和补偿覆盖的对应重叠喷嘴 122 安排的使用同样最小化回混 (back-mixing)。在该方面中， 完全覆盖防止精细、 低质量的 CO2 颗粒向上移回柱子并进入 上精馏区 110。否则， 仅为再次循环， 这些颗粒与甲烷重混合并进入塔顶甲烷流 14。
可见， 使蒸汽循环通过低温蒸馏塔 100 的过程最终产生由商业甲烷产物 16 组成的 气体。气体产物 16 沿管道向下发送以便销售。假设生成足够回流， 那么气体产物 16 优选 符合 1 到 4 摩尔百分数的管道 CO2 规范和 4ppm 或更低的 H2S 规范。同时， 酸性气体和如存 在的重质烃通过底部流体流 22 去除。
观察到在受控凝固区 108 中使酸性气体组分凝固为固体， 然后使其在下蒸馏区 106 中融化为液体底部流 22， 并然后使用底部重沸器 160 从任何夹带天然气分离 CO2 中存 在的固有无效率。可观量的能量关于凝固 CO2 消耗。在受控凝固区 108 中固体组分融化并 然后在下蒸馏区 106 中与任何 H2S 和液相的其它重质烃混合时， 该能量至少部分浪费。
因为酸性气体注射或处置更期望相对纯净的 CO2， 所以期望酸性气体富集过程或 其它净化方法分离冻结的 CO2。该分离应在受控凝固区 108 的底部或在下蒸馏区 106 的顶 部发生。因此， 代替融化 CO2( 并与任何液体 H2S 和重质烃组分混合 ) 和使液相组分重力下 降通过下蒸馏区 106， 在此提出用收集器盘更换融化盘 130。收集器盘从受控凝固区 108 接 收固液浆形式的沉淀。固液浆在收集器盘上收集并从低温蒸馏塔去除以便分离处理。
图 6A 提供在一个实施例中收集器盘 610 的平面图。图 6B 提供跨图 6A 的直线 B-B 的收集器盘 610 的剖面图。图 6C 提供跨直线 C-C 的收集器盘 610 的剖面图。收集器盘 610 参考这三张图一起描述。
首先， 收集器盘 610 包括底座 620。底座 620 可以是基本平坦的主体， 或可具有起 伏从而增加表面积。在任一方面中， 底座 620 优选沿相反侧面向内倾斜， 因此落在底座 620 上的流体向中心降液管 630 重力排出。
按照图 6C， 贮槽或 “降液管” 630 在收集器盘 130 中心更清晰看到。收集器盘底座 620 朝向降液管 630 向内倾斜从而输送固液浆。底座 620 可用任何方式倾斜从而促进重力 的固体和液体排除。
与图 2A 的融化盘 130 相同， 图 6A、 6B 和 6C 的收集器盘具有多个烟囱 ( 或 “立管” )。 烟囱 622、 624 提供改善的蒸汽蒸馏， 允许气相的流体从下蒸馏区 106 向上行进并进入中间 受控凝固区 108。这也有助于受控凝固区 108 中的更优热 / 质量传递。
烟囱 622、 624 可具有任何轮廓。例如， 烟囱 622、 624 可以是圆形、 矩形或允许蒸汽 经过收集器盘 610 的任何其它形状。烟囱 622、 624 也可狭窄并向上延伸进入受控凝固区 108。这使有益压降成为可能， 从而在蒸汽上升进入凝固区 108 时均匀分布蒸汽。烟囱 622、 624 的顶部开孔优选用盖帽或罩帽 626 覆盖。罩帽 626 使从受控凝固区 108 下降的固体绕开收集器盘 610 并行进进入下蒸馏区 706 的机会最小化。
降液管 630 优选连同底座 620 一起倾斜。降液管 630’ 的倾斜安排在图 6D 的侧面 图中表明。图 6D 是在可替换实施例中图 6A 的收集器盘 610 的剖面图。该图跨图 6A 的直 线 B-B 取得。
收集器盘 610 经设计作为系统的部分纳入低温蒸馏塔， 以便从原料气流去除酸性 气体。收集器盘 610 经配置接收从低温蒸馏塔的受控凝固区下落的固体和液体颗粒。收集 器盘 610 进一步经配置运输由固体和液体颗粒构成的浆离开该塔， 并向 CO2 回收设施运输。
图 7 是示出在一个实施例中用来根据本发明从烃气体流去除酸性气体的气体处 理设施 700 的示意图。烃气体流源于在储层开发区， 或 “矿区” 中发生的烃生产行为。矿区 可以是产生可压缩烃的任何位置。矿区可以是海岸的、 近岸的或离岸的。矿区可从原储层 压力操作或可经受增强的回收进程。在此要求的系统和方法不限于在开发的矿区的类型， 只要其产生酸性气体组分污染的可压缩烃。
气体处理设施 700 利用收集器盘例如图 6A 的收集器盘 610。在图 7 中可见收集器 盘 610 纳入低温蒸馏塔 705。蒸馏塔 705 具有中间受控凝固区 708。受控凝固区 708 或喷 雾段接收主要由甲烷组成的冷液雾。
冷液雾优选为从低温蒸馏塔 705 下游的塔顶回路 714 生成的液体回流。塔顶回路 714 在热交换器 170 内包括致冷设备， 热交换器 170 用来冷却塔顶甲烷流 14， 并然后向低温 蒸馏塔 705 返回塔顶甲烷流 14 的一部分作为液体回流 18。液体回流 18 通过喷淋头 120 在 受控凝固区 708 内喷雾， 从而导致固体二氧化碳颗粒的沉淀。 如在图 7 中图解， 液体回流 18 在通过喷淋头 120 喷雾之前向后面进一步讨论的上精馏段 710 输送。其它实施可直接抽取 液体回流 18 的一些或全部到喷淋头 120 或喷淋头收集鼓 174。
如同图 1 的塔 100， 低温蒸馏塔 705 经配置接收由酸性气体组成的初始流体流 10。 初始流体流 10 含有甲烷、 二氧化碳并可能含有痕量的乙烷、 氮、 氦和硫化氢。 初始流体流 10 在注入低温蒸馏塔 705 之前优选经受一些程度的脱水。脱水可通过使初始流体流经过乙二 醇脱水过程实现 ( 脱水系统没有在图 7 中示出 )。
另外， 初始流体流 10 在进入低温蒸馏塔 705 之前优选冷冻。提供热交换器 150 例 如壳管式交换器以便冷冻初始流体流 10。致冷单元 ( 未示出 ) 向热交换器 150 提供冷却流 体 ( 例如液体丙烷 )， 从而使初始流体流 10 的温度降至约 -30°到 -40° F。初始流体流 10 可然后移动通过膨胀器件 152 例如焦耳 - 汤姆逊 (“J-T” ) 阀。结果是冷冻原料气流 712。 优选地， 冷冻原料气流 712 的温度在 -40°到 -70° F 周围。
注意在气体处理设施 700 中， 原料气流 712 在受控凝固区 708 下面接收进入蒸馏 塔 705。更特定地， 原料气流 712 在受控凝固区 708 下面的下蒸馏区 706 注入。然而， 理解 原料气流 712 可引导通过两相容器例如在图 1 中示出的容器 173。这生成主要由甲烷蒸汽 ( 注入受控凝固区 708) 和液体酸性气体， 以及可能的重质烃 ( 注入下蒸馏区 706) 组成的分 流。两相容器 173 使固体堵塞蒸馏塔 705 的入口管线和内部组件的可能性最小化。
在一个方面中， 低温蒸馏塔 712 在受控凝固塔 708 中在约 550psi 的压力操作， 并 且冷冻原料气流在近 -62° F。在这些条件下， 原料气流 712 基本液相， 尽管一些汽相可以 不可避免夹带进入冷冻气流 712。很可能没有固体形成从 CO2 的存在出现。低温蒸馏塔 705 也包括上精馏区 710。上精馏区 710 位于受控凝固区 708 上面。 如上面关于图 1 的低温蒸馏塔 100 讨论， 蒸馏区 710 用来从任何夹带的二氧化碳分子进一 步分离甲烷蒸汽。蒸馏区 710 释放塔顶甲烷气流 14。其也分配流体的一部分进入液流 20， 液流 20 经过喷淋头收集鼓 174， 然后转到压力增压器 176， 并然后通过喷淋头 120 注射回到 塔 705。
如提到， 气体处理设施 700 进一步包含收集器盘 610。 收集器盘 610 安置在受控凝 固区 708 下面， 以便在基本固体材料在受控凝固区 708 中沉淀时接收该基本固体材料。优 选收集器盘 610 在约 -70° F 到 -80° F 的温度操作。该温度在 CO2 的凝固点或稍低于该 凝固点。浆因此在收集器盘 610 生成。
优选地， 收集器盘 610 具有倾斜底座 ( 图 6C 中在 620 示出 )， 从而引导浆进入中心 降液管 ( 图 6C 中在 630 示出 )。降液管 630 依次可任选包括机械平移装置例如螺旋钻 ( 图 6B 中在 640 示出 )。螺旋钻 640 用来机械移动包括固体 CO2 材料的浆离开低温蒸馏塔 705 并向 CO2 回收设施 740 移动。
浆离开管线 741 在气体处理设施 700 中提供。浆离开管线 741 使浆从蒸馏塔 705 向 CO2 回收设施 740 移动。这样， 二氧化碳在落入下蒸馏区 706 之前从蒸馏塔 705 基本去 除。浆可重力移动。可替换地或另外， 浆可用螺旋钻 640 的帮助平移。仍可替换地， 冷液体 回流 18 的一部分可从蒸馏塔 705 的侧壁引导进入收集器盘 610， 从而从收集器盘推进浆并 离开蒸馏塔 705。
具有以固态提取 CO2， 而不允许该固体融化并作为底部流体流 722 的部分离开的若 干潜在优点。 首先， 在合适温度和压力完成时， 使二氧化碳结晶为固态的过程通常产生基本 纯净的固体材料。 尽管一些痕量的甲烷、 硫化氢和重质烃可在固体中夹带作为浆的部分， 但 固体 CO2 的分离允许基本纯净的 CO2 产物。由于轻质产物例如甲烷或其它酸性产物例如 H2S 作为液体落入底部流体流 722， 因此不必需要这样产物的汽提。
同样， 因为原料气流 712 内 CO2 的基本部分作为纯净固体回收， 因此在底部流体流 中 CO2 的量减少。 这依次减少下游加工例如酸性气体富集和硫回收单元 ( 未示出 ) 的需要。 另外， 由于 CO2 含量基本减少， 因此有价值重质烃例如乙烷或丙烷可从底部流体流 722 更容 易回收。
另外， 在原料气流 712 内去除 CO2 的基本部分作为侧抽 ( 在浆离开管线 741) 可在 蒸馏塔 705 中减少蒸汽和液体负载。这依次允许重沸器 160 和冷凝器即分离室 172 中的较 低容量， 以及降低的致冷需求。更重要地， 固体 CO2 的提取可为等效供料能力允许较小直径 的塔 705。尺寸减少与从塔 705 提取的固体 CO2 的量一般成比例。
再次参考图 7， 基于二氧化碳的浆通过浆离开管线 741 向 CO2 回收设施 740 传输。 CO2 回收设施 740 包括第一过滤器 742。优选地， 第一过滤器 742 代表从浆捕捉固体材料基 本部分的多孔介质。第一过滤器 742 可以是例如线网。可替换地， 过滤器 742 可以是聚酯 或其它合成多孔材料。过滤器 742 可以可替换为离心分离器、 水力旋流器、 一个或更多压带 器、 一个或更多压滤器， 或其结合。
浆的液体部分称为 “滤液” 。滤液经过第一过滤器 742 并向液体管线 744 输送。滤 液主要包含 CH4， 但也可包括 CO2 和 H2S。液体管线 744 向液体返回管线 760 输送滤液。液 体返回管线 760 向低温蒸馏塔 705 的下蒸馏区 706 输送滤液。CH4 汽化并变为塔顶甲烷流14 的部分。H2S 和任何重质烃组分在底部流体流 722 中作为液体退出塔 705。
注意液体管线 744 也可含有重质烃， 特别是乙烷和丙烷的可测量组分。这些组分 可由发送滤液 744 通过相似于常规天然气液体 (“NGL” ) 列车 ( 未示出 ) 的过程来回收。
第一过滤器 742 捕获称为 “滤饼” 的浆固体部分。滤饼主要包含二氧化碳。固体 滤饼沿第一固体材料管线 746 输送。滤饼可依靠螺栓输送器、 通过 Hildebrandt 提取器或 通过本领域中已知的其它工具从第一滤饼 742 运送通过第一固体材料管线 746。
从那里， 滤饼可加温因此其进入液相。在一个方面中， 源自第一固体材料管线 746 的固体二氧化碳在热交换器 772 中加温。热交换器 772 可以例如使用源自初始流体流 10 的热以便融化二氧化碳。这在初始流体流 10 进入热交换器 150 之前有益冷却初始流体流 10。同时， 加温的液体 CO2 作为基本纯净的二氧化碳液体通过 CO2 流体管线 786 输送。
代替在固体材料管线 746 向热交换器 772 直接输送冻结二氧化碳 ( 或滤饼 )， 操作 员可选择运送冻结二氧化碳通过另外过滤。在气体处理设施 700 中， CO2 回收设施 740 可包 括漂洗容器 748。在漂洗容器 748 中， 冷液体 CO2 喷雾到冻结二氧化碳上。这具有创造新浆 的效果， 其中任何残留甲烷和硫化氢作为液体漂洗离开固体滤饼。
用作漂洗剂的冷二氧化碳通过 CO2 输送管线 784 输送。用作漂洗剂的冷二氧化碳 从热交换器 772 的出口 778 优选抽取。冷 CO2 管线在 780 示出。
再次参考漂洗容器 748， 优选地， 浆在漂洗容器 748 中混合。汽提装置 747 可在漂 洗容器 748 中提供。汽提装置 747 可以是例如旋转通过固体材料从而创造表面积的一组刃 片。创造表面积使固体材料向源自输送管线 784 的冷液体 CO2 暴露。这依次帮助漂洗源自 固体的残留甲烷和硫化氢。
新浆从漂洗容器 748 运送通过浆管线 750。新浆向图 7 中注释为 752 的第二过滤 器输送。第二过滤器 752 捕获新浆的固体部分。固体部分再次主要包含二氧化碳。固体部 分代表第二滤饼， 并沿第二固体材料管线 756 输送。从那里， 第二滤饼可加温因此其进入液 相。
注意漂洗和过滤步骤示出在分离容器， 例如漂洗容器 748 和过滤容器 752 中发生。 然而， 操作员可选择从而在单独容器中结合固体材料的漂洗和过滤。
称为第二滤液的新浆液体部分经过第二过滤器 752， 并向液体管线 754 输送。第 二滤液包含 CH4， 并可能包含 H2S 和重质烃。液体管线 754 向液体返回管线 760 输送浆的液 体部分。因此， 代表第二滤液 754 的液体与代表第一滤液 754 的液体在通过液体返回管线 760 注入蒸馏塔 705 之前融合。CH4 汽化并变为塔顶甲烷流 14 的部分。H2S 和 C2+ 化合物在 底部流体流 722 中作为液体退出塔 705。万一第一滤液 744 或第二滤液 754 任一含有任何 溶解的 CO2， 该溶解的 CO2 蒸发进入受控凝固区 708 并作为冻结材料最终沉淀回到收集器盘 610 上。
任选地， 第一 744 和 / 或第二 754 滤液可通过液体返回管线 760 向小型外围蒸馏 柱 ( 未示出 ) 运送以便进一步净化。
操作员可选择向热交换器 772 直接运送基本纯净的固体 CO2。可替换地， 杂质的另 外分离可发生。图 7 中的方框 770 示出管线 756 中固体 CO2 的一个或更多另外漂洗和过滤 阶段。漂洗和过滤步骤的数量取决于 CO2 产物的期望纯度。管线 782 示出输送冷 CO2 作为 漂洗剂。第三 ( 或随后 ) 滤液 774 从另外漂洗和过滤阶段 770 释放。第三 ( 或随后 ) 固体CO2( 或滤饼 ) 通过管线 776 向热交换器 772 输送。最终 CO2 产物管线在管线 786 看到。液 体 CO2 产物可用于酸性气体注射， 或可输送以便作为高纯度产物销售。消费者可以例如为 增强的油回收或为其它目的使用液体 CO2 产物。
图 7 的气体处理设施 700 理想用于冷冻原料气流 712 具有高 CO2 含量， 例如大于 近 30％的条件。在该条件下， 使源自原料气流 712 的全部 CO2 凝固可需要显著致冷。因此， 据信在受控凝固区 808 下面并在收集器盘 610 下面的下蒸馏区 706 中注射原料气流 712 更 成本有效。保持液体形式并与底部进料流 722 一起退出蒸馏塔 705 的任何 CO2 通过重沸器 160 回收， 并重注入下蒸馏区 706。
在图解的气体处理系统 700 中， 收集器盘 610 和对应浆离开管线 741 良好安置在 原料气体注射点上面。操作员可选择升高该点， 原料气流 12 在该点进入低温蒸馏塔 705。 据信升高注射点增加源自原料气流 712 的在收集器盘 610 上作为固体回收的流体的量。在 原料气流 712 具有较低 CO2 含量， 例如约 10 到 30 摩尔百分数的情况下这更有利。
在本申请人执行的一个模拟中， 收集器盘 610 和对应浆离开管线 741 安置在原料 注射点或稍微高于该点安置。模拟原料气流 712 具有 70 摩尔百分数 CO2 和 30 摩尔百分数 CH4 的成分。假设 40℃的初始气体温度， 具有近 10,000 标准 m3/ 时的注射流速。模拟低温 蒸馏塔 705 在 450psia 操作。 在该模拟中， 进料 CO2 的近 93％作为固体离开低温蒸馏塔。非常少的流体留下从 而以液体形式沿蒸馏塔向下行进。当然这为底部流体流 722 产生体积的显著减少， 并为重 沸器 160 减少约 89％的负载需求。该途径的缺点是在蒸馏塔 705 上游的热交换器 150 中需 要更多致冷从而冷冻初始流体流 10。 这由蒸馏塔 705 下游的热交换器 170 中需要的致冷的 稍微减少来部分补偿。
图 8 是示出在可替换实施例中用来根据本发明从气流去除酸性气体的气体处理 设施 800 的示意图。气体处理设施 800 一般相似于气体处理设施 700。在该方面中， 气体 处理设施 800 同样利用收集器盘例如图 6A 的收集器盘 610。收集器盘 610 纳入低温蒸馏 塔 805。蒸馏塔 805 再次具有中间受控凝固区 808。受控凝固区 808 或喷雾段接收主要由 甲烷组成的冷液雾。
如同图 1 的塔 705， 低温蒸馏塔 805 经配置接收由烃和酸性气体组成的初始流体流 10。初始流体流 10 在注入低温蒸馏塔 805 之前优选经受一些程度的脱水。另外， 初始流体 流 10 在进入蒸馏塔 805 之前优选冷冻。提供热交换器 150 例如壳管式交换器以便冷冻初 始流体流 10。致冷单元 ( 未示出 ) 在热交换器 150 内提供冷却流体 ( 例如液体丙烷 )， 从 而使初始流体流 10 的温度降至约 -60°到 -80° F。初始流体流 10 可然后移动通过膨胀器 ) 阀。结果是冷冻原料气流 812。 件 152 例如焦耳 - 汤姆逊 (“J-T”
如上面提到， 在气体处理设施 700 中， 原料气流 712 在受控凝固区 708 下面接收。 更特定地， 原料气流 712 注入下蒸馏区 706。然而， 在低温蒸馏塔 805 中， 蒸馏区 ( 源自图 7 的 706) 去除， 并且收集器盘 610 现在位于受控凝固区 808。另外， 原料气流 812 注入收集器 盘 610 上面的受控凝固区 808。这与上面描述的模拟一致。
为冷冻原料气流 812 向上移动注射点进入受控凝固区 808 的目的是获得更高固体 CO2 回收。为实现该目的， 使冷冻原料气流 812 的温度降至 -60°到 -80° F 周围。这是相 比施加在图 7 中原料 712 上的温度范围的较低温度范围。在原料气流 812 进入塔 805 时，
其闪蒸并冷却， 使 CO2 在受控凝固区 808 中沉淀。通过源于喷淋头 120 的液体 CH4 回流冷却 任何液体 CO2。这产生沉淀的收集器盘 610 上， 形成浆的固体。
如同气体处理设施 700， 浆在气体处理设施 800 中从低温蒸馏塔 805 移动通过浆离 开管线 741， 并向 CO2 回收系统 840 移动。CO2 回收系统 840 可与图 7 的 CO2 回收系统 740 相 同。在该方面中， 主要由二氧化碳组成的浆移动通过第一过滤器 742， 并然后任选移动通过 一个、 两个或三个阶段的漂洗和过滤， 直到获得基本纯净的 CO2 固体。 CO2 固体通过热交换器 772 优选加温， 并然后通过出口 778 作为液体释放。液体 CO2 通过管线 786 作为产物释放。
在图 8 的 CO2 回收系统 840 中， 源自第一过滤器 742 的第一滤液 744 返回低温蒸 馏塔 805。这与图 7 的 CO2 回收系统 740 的操作一致。然而， 代替通过液体返回管线 760 返 回富甲烷第一滤液 744 并直接返回进入塔 805， 第一滤液 744 与初始流体流 10 融合。这样， 富甲烷第一滤液 744 可在注入受控凝固区 808 之前重冷冻。
在 CO2 回收系统 840 中， 第二滤液 754 和随后滤液 874 不与液体返回管线 760 融 合； 相反， 第二滤液 754 和随后滤液 874 融合在一起并向下游蒸馏柱 892 输送。第二滤液 754 和随后滤液 874 主要由硫化氢组成， 并可含有痕量的甲烷和二氧化碳。在重沸器 892 中， 甲烷作为回收甲烷流 894 释放。回收甲烷流 894 与甲烷销售产物 16 融合并作为销售产 物 898 向市场输送。
重沸器 892 也释放液体 896。液体 896 主要包含硫化氢与痕量二氧化碳。富 H2S 液体 896 通过硫回收单元 ( 未示出 ) 处置或取得。作为替换， 第二滤液 754 和随后滤液 874 可通过硫回收单元处置或取得而不经过重沸器 892。如果 CH4 含量的量不保证回收或需要 分离， 那么这样特别可应用。
如从图 7 和 8 可见， 可利用不同处理方案。最优安排取决于许多变量。这些变量 包括如在塔顶热交换器例如热交换器 170 内生成的致冷的可用性 ( 或能力 )， CO2 产物 786 的期望纯度， 以及最重要的， 初始流体流 10 的成分。无关于选择的流动方案， 应用与固体去 除和净化结合的蒸馏的基本原理。
在一些状况下， 初始流体流 10 可具有高浓度， 例如大于约百分之 5 到 10 的硫化 氢。在一些实施中， 例如在期望固体 CO2 回收时， 由于据信高水平 H2S 可使 CO2 溶解， 由此防 止在受控凝固区中固体形成， 因此可以不期望使具有高 H2S 浓度的气体进料穿过低温蒸馏 塔。在该状况下， 具有 H2S 对 CO2 高比率的天然气可在引入主蒸馏塔 705 或 805 之前供入预 处理柱 ( 未示出 ) 以便选择性 H2S 去除。可使用 H2S 分离过程例如通过选择性胺吸收、 氧化 还原过程或吸收来实现分离。此后， 气流可根据上面描述的图解处理设施 700 或 800 脱水 并致冷。另外地或可替换地， 其它实施可对 CO2 回收产物的状态不敏感， 并且 H2S 可留在初 始流体流中。
在蒸馏塔上游去除硫化物的另外优点是硫去除可使源自回收系统 740 或 840 的更 高纯度 CO2 产物 786 的生产成为可能。另外， 更高纯度 C2+ 产物可从底部流体流 722 回收。 当然， 假如在塔 705、 805 内的相特性允许固体 CO2 形成， 那么可允许少量 H2S 滑入低温蒸馏 塔 705、 805。这样的少量 H2S 在底部流体流 22 中回收。
同样在此提供从原料气流去除酸性气体的方法。图 9 是呈现在一个实施例中， 根 据本发明使用酸性气体去除系统从原料气流去除酸性气体的方法 900 的流程图。原料气流 包含甲烷、 二氧化碳并很可能包含其它组分例如乙烷和硫化氢。方法 900 首先包括提供低温蒸馏塔。该步骤在方框 905 示出。该塔具有接收主要 由甲烷组成的冷液雾的受控凝固区。该塔进一步具有在受控凝固区下面的收集器盘。
方法 900 也包括注射原料气流进入低温蒸馏塔。这在方框 910 表明。在一个安排 中， 原料气流在受控凝固区下面的下蒸馏区中注入低温蒸馏塔。 在另一安排中， 原料气流在 受控凝固区其自身中注入低温蒸馏塔。优选地， 原料气流在其注入蒸馏塔之前基本脱水。
方法 900 进一步包括冷冻原料气流。这在图 9 的方框 915 表示。冷冻原料气流导 致原料气流内的二氧化碳作为基本固体材料在收集器盘上沉淀。同时， 蒸馏塔中的压力低 于进料流， 导致原料气流内的甲烷基本汽化。 甲烷行进通过受控凝固区上面的上精馏区， 并 然后作为塔顶甲烷流离开低温蒸馏塔。
方法 900 也包括使塔顶甲烷流经过低温蒸馏塔下游的致冷系统。这在方框 920 提 供。致冷系统使塔顶甲烷流的至少一部分冷却为液体。
方法 900 另外包括使冷却的塔顶甲烷流的一部分作为液体回流返回低温蒸馏塔。 液体回流依次用作冷液雾。这在方框 925 提供。
同样作为方法 900 的部分， 固体材料从低温蒸馏塔基本去除。这在方框 930 示出。 优选地， 基本固体材料的去除通过重力流实现。 可替换地， 可提供机械平移装置例如螺栓输 送器或螺旋钻。螺旋钻可处于收集器盘的降液管内， 如在图 6A、 6B、 6C 和 6D 中表明。螺旋 钻可以可替换放置在蒸馏塔外面， 从而向 CO2 回收系统引导基本固体材料。在任一实例中， 螺旋钻刺穿基本固体材料， 使其作为浆平移出蒸馏塔并向 CO2 回收系统平移。
方法 900 进一步包括分离二氧化碳浆为固体材料和液体材料。 这在方框 935 示出。 第一固体材料主要由二氧化碳组成， 而液体材料包含甲烷和残留二氧化碳。液体材料可包 括其它组分例如硫化氢、 重质烃甚至轻芳烃。
方框 935 的分离步骤可通过使浆经过第一过滤器来实现。这产生主要由固体二氧 化碳组成的第一滤饼和液相的包含甲烷和二氧化碳的第一滤液。 第一过滤器可以是例如多 孔介质或离心机。
方框 935 的分离步骤可进一步包含使用冷二氧化碳流漂洗第一滤饼， 混合第一滤 饼从而产生第一固液浆， 并向第二过滤器输送第一固液浆。第二过滤器产生主要由固体二 氧化碳组成的第二滤饼， 以及又是液相的主要包含甲烷并且包含二氧化碳和硫化氢的第二 滤液。
可采取另外的 CO2 去除。例如， 方框 935 的分离步骤可进一步包含使用冷二氧化 碳流漂洗第二滤饼， 混合第二滤饼从而产生固液浆， 以及向第三过滤器输送固液浆。 这产生 主要由固体二氧化碳组成的第三滤饼和又是液相的包含甲烷、 硫化氢和二氧化碳的第三滤 液。
方法 900 也包括向低温蒸馏塔返回第二液体材料的至少一部分。这在方框 940 示 出。在一个方面中， 第二液体材料引导回下蒸馏区。在另一方面中， 第二液体材料与原料气 流融合并在受控凝固区中注入该塔。
在方法 900 的一个实施例中， 第一滤液和第二滤液结合。源自滤液的结合流体形 成返回低温蒸馏塔的液体材料。在该实例中， 液体材料优选注入低温蒸馏塔。
在方法 900 的另一实施例中， 仅第一滤液返回低温蒸馏塔。在该实例中， 第一滤液 可返回受控凝固区。 蒸馏塔优选没有下蒸馏区 ； 代替地， 第二和任选第三滤液向分离的下游蒸馏塔输送， 其中残留酸性气体最终从甲烷分离。 在该实例中， 获得与低温蒸馏塔的塔顶甲 烷流融合的回收甲烷流以便销售。
在方法 900 的另一实施例中， 最终滤饼加温。这无关于是否具有一个、 两个、 三个 或四个过滤阶段完成。最终滤饼是取自最终过滤器的最终段滤饼， 无论其是什么。当然， 这 包括第一固体材料的至少一部分。该加温步骤在图 9 的方框 945 中示出。
加温可以例如通过使构成滤饼的固体二氧化碳与原料气流热交换来完成。 结果是 冷的、 纯净的二氧化碳液体。纯净二氧化碳可在市场上销售或用于增强的油回收操作。另 外， 冷二氧化碳流的一部分可用作漂洗以便创造如上面描述的固液浆。
尽管明显在此描述的本发明良好计算从而实现在此阐述的益处和优点， 但显然本 发明易受修改、 变化和改变而不背离其精神。提供对使用受控凝固区的酸性气体去除过程 的操作的改善。该改善为在产物气体中去除 CO2 降至非常低水平提供设计。本发明在此也 可减少低温蒸馏塔的致冷需求同时符合最大可允许 CO2 的 LNG 规范。