用于从污染气体物流中脱除污染物的方法.pdf

一种用于从污染气体物流中脱除污染物例如水、CO2和/或H2S的方法，所述方法包括使气体物流流动通过具有第一和第二导管段(11，12)和任选的另外的导管段(13-15)的导管(10)，所述导管段各自包括以下部件：a)旋风流体分离段(11A-15A)，其中使气体物流形成涡流，使得污染物(11B-15B)流至分离段的外部区域，和纯化气体馏分(11C-15C)流至分离段的中心区域中；b)中心纯化气体出口管(11D-15D)，用于排出纯化气体馏分；c)外部排出管(11E-15E)，用于排出污染物；和d)文丘里管段(11F-15F)，其中使气体物流加速和降低静态压力；其中所述方法还包括：将第二导管段(12)的中心纯化气体出口管(12D)连接至第一导管段(11)的文丘里管段(11F)，从而使纯化气体馏分从第二导管段(12)流至第一导管段(11)中；将污染物吸收剂(18，贫MEG)注入第一导管段(11)的文丘里管段(11F)中；和使富含污染物和污染物吸收剂的流体馏分经过MEG循环导管(19)从第一导管段的外部排出管(11E)流至第二导管段(12)的文丘里管段(12F)中；和任选地，分别使富含污染物和污染物吸收剂的流体馏分经过另外的MEG循环导管(20、21和22)从第二、第三和第四导管段的外部排出管(12E-14E)流至第三、第四和第五导管段(13-15)的文

1.  一种用于从污染气体物流中脱除污染物的方法，所述方法包括使气体物流流动通过具有第一和第二导管段的导管，所述导管段各自包括以下组件：
a)旋风流体分离段，其中使气体物流形成涡流，使得富含固体和/或液体污染物的流体馏分流至分离段的外部区域，和贫含污染物的气体馏分流至分离段的中心区域中；
b)中心纯化气体出口管，用于从离心流体分离段的中心区域中排出贫含污染物的气体馏分；
c)外部排出管，用于从分离段的外部区域中排出富含污染物的流体馏分；和
d)文丘里管段，其位于离心流体分离段的上游，和在文丘里管段中使气体物流在比离心流体分离段中更高的轴向速度下流动；
其中所述方法还包括：
-将第二导管段的中心纯化气体出口管连接至第一导管段的文丘里管段，从而使纯化气体馏分从第二导管段流至第一导管段中；
-将液体污染物吸收剂注入第一导管段的文丘里管段中；和
-将第一导管段的外部排出管连接至第二导管段的文丘里管段，从而使富含污染物和液体污染物吸收剂的流体馏分从第一导管段的外部排出管流至第二导管段的文丘里管段中。

2.  权利要求1的方法，其中所述导管还包括第三导管段，所述第三导管段也包括如权利要求1中所述的部件a)、b)、c)和d)，和其中所述方法还包括：
-将第三导管段的中心纯化气体出口管连接至第二导管段的文丘里管段，从而使纯化气体馏分从第三导管段流至第二导管段中；和
-将第二导管段的外部排出管连接至第三导管段的文丘里管段，从而使富含污染物和液体污染物吸收剂的流体馏分从第二导管段的外部排出管流至第三导管段的文丘里管段中。

3.  权利要求2的方法，其中所述导管包括n个导管段序列，其中n是4-40，所述导管段各自包括如权利要求1中所述的部件a)、b)、c)和d)，和其中所述方法还包括：
-将第n个导管段的中心纯化气体出口管连接至第(n-1)个导管段的文丘里管段，从而使纯化气体馏分从第n个导管段流至第(n-1)个导管段中；和
-将第(n-1)个导管段的外部排出管连接至第n个导管段的文丘里管段，从而使富含污染物和液体污染物吸收剂的流体馏分从第(n-1)个导管段的外部排出管流至第n个导管段的文丘里管段中。

4.  权利要求1-3任一项的方法，其中设计液体污染物吸收剂以从污染气体物流中吸收水、硫化氢、二氧化碳和/或其它污染物。

5.  权利要求4的方法，其中所述液体污染物吸收剂包括用于吸收一种或多种污染物的单乙二醇(MEG)和/或胺化合物和/或其它吸收剂。

6.  权利要求1-4任一项的方法，其中所述导管具有基本水平的取向，或其中所述导管具有基本垂直的取向。

7.  权利要求1-6任一项的方法，其中所述导管位于水下采气井的井口装置附近的水体底部，优选其中所述导管形成水下气处理和调节设施的一部分，所述导管从至少一个水下采气井的至少一个井口装置中接收污染气体物流，和所述导管将至少部分纯化的气体物流排入海底气输送导管中。

8.  权利要求1-6任一项的方法，其中所述导管位于海上采气平台上。

9.  权利要求1-6任一项的方法，其中所述导管形成陆上采气和处理设施的一部分。

10.  一种用于从污染气体物流中脱除污染物的系统，所述系统包括用于输送污染气体物流的导管，所述导管包括第一和第二导管段，所述导管段各自包括以下部件：
a)离心流体分离段，其包括提供涡流的叶片，所述叶片使气体物流形成涡流从而使富含固体和/或液体污染物的流体馏分流至分离段的外部区域和贫含污染物的气体馏分流至分离段的中心区域中；
b)中心纯化气体出口管，用于从离心流体分离段的中心区域中排出贫含污染物的气体馏分；
c)外部排出管，用于从分离段的外部区域中排出富含污染物的流体馏分；和
d)文丘里管段，其位于离心流体分离段的上游，和在文丘里管段中使气体物流在比离心流体分离段中更高的轴向速度下流动；
-导管连接器，其将第二导管段的中心纯化气体出口管与第一导管段的文丘里管段相连，从而使纯化气体馏分从第二导管段流至第一导管段中；
-污染物吸收剂供应导管，其连接至第一导管段的文丘里管段；和
-污染物吸收剂循环导管，其将第一导管段的外部排出管与第二导管段的文丘里管段相连，在使用中富含污染物和污染物吸收剂的流体馏分通过所述污染物吸收剂循环导管从第一导管段的外部排出管流至第二导管段的文丘里管段中。

11.  权利要求10的系统，其中所述导管连接器包括U型或其它管型。

12.  一种纯化气体物流，其已经通过权利要求1-9任一项的方法从中脱除了污染物。

用于从污染气体物流中脱除污染物的方法
技术领域
本发明涉及用于从污染气体物流例如污染天然气或空气物流中脱除污染物的方法。
背景技术
已知多种方法用于从天然气物流中脱除污染组分例如水、水合物、二氧化碳和/或硫化氢。
所述方法可以基于物理和/或化学分离技术。
物理分离技术利用多种污染组分的沸点、冷凝点和/或冰点的差异在分馏塔中选择性脱除这些组分中的一种或多种，或者利用密度的差异在离心或旋风分离器中分离具有不同密度的组分。
化学技术可以利用选择性吸收或催化反应，以将污染组分转化成可以容易分离的组分。
用于从天然气中脱除硫化氢和二氧化碳的标准技术是胺处理，其基于溶剂吸收。在该方法中，污染组分结合至水溶液中的分子例如二乙醇胺上。清洁烃气未被吸收，和出现在产品气体物流中。含有被吸收污染物的溶液进行循环，和加热至约100℃以排出气体，所述气体随后收集在废物物流中。该方法中的主要成本因素是用于废气再生的能量要求、溶剂损失和废气在接近大气压力下再生的事实-任何方法例如重新注入需要压缩。
用于任何气体纯化方法的操作成本必须是产生的清洁气体价值的相对小的部分。如果气体物流含有大量污染物，则胺装置将因为它们大面积的气-液接触配置而是相当大、昂贵和不经济的。
已知的气体分离离心机在约50,000转/分钟(RPM)下旋转，以分离密度仅有微小差别的气态馏分。这些快速旋转离心机称为超离心机和具有有限的分离效率，并仅可以处理有限的气体通量。如果含有大量污染物的大气体物流有待通过离心机进行纯化，则需要大量的离心机或超离心机，这使得离心分离不经济。
国际专利申请WO2006087332公开了一种从污染气体物流中分离污染物的方法，其中污染气体物流在喷嘴或膨胀涡轮中冷却至使得至少一些污染物冷凝的温度，和将冷却的混合物在槽式离心机中分离成纯化气体物流和富含污染物的侧线物流。
欧洲专利1017465、1438540和1140363公开了用于纯化污染气体物流旋风分离器，其中气体物流在喷嘴中加速和通过喷嘴冷却，使得至少一些污染物冷凝，和使冷却的气液混合物在流体分离段中形成涡流，使得液体组分沿流体分离段外表面涡流进入环状液体出口中，和纯化气体物流流入中心纯化气体出口导管中。
本发明的目的是提供一种即使在气体含有大量污染物的条件下也能以有效和经济的方式从气体物流中脱除固体、液体和/或气态污染物(例如水、水合物、二氧化碳和/或硫化氢)的方法。
发明内容
根据本发明，提供一种用于从污染气体物流中脱除污染物的方法，所述方法包括使气体物流流动通过具有第一和第二导管段的导管，所述导管段各自包括以下部件：
a)旋风流体分离段，其中使气体物流形成涡流，使得富含固体和/或液体污染物的流体馏分流至分离段的外部区域，和贫含污染物的气体馏分流至分离段的中心区域中；
b)中心纯化气体出口管，用于从离心流体分离段的中心区域中排出贫含污染物的气体馏分；
c)外部排出管，用于从分离段的外部区域中排出富含污染物的流体馏分；和
d)文丘里管段，其位于离心流体分离段的上游，和在文丘里管段中使气体物流在比离心流体分离段中更高的轴向速度下流动；
其中所述方法还包括：
-将第二导管段的中心纯化气体出口管连接至第一导管段的文丘里管段，从而使纯化气体馏分从第二导管段流至第一导管段中；
-将液体污染物吸收剂注入第一导管段的文丘里管段中；和
-将第一导管段的外部排出管连接至第二导管段的文丘里管段，从而使富含污染物和液体污染物吸收剂的流体馏分从第一导管段的外部排出管流至第二导管段的文丘里管段中。
应理解，第二导管段的文丘里管段中流体速度的加速将导致静态流体压力、特别是该文丘里管段喉管附近的静态流体压力的降低，使得在第一导管段的外部排出管中的分离的液体和流动通过第二导管段的文丘里管的流体之间产生正压差，从而在不需要任何泵送作用的条件下，使分离的液体从第一导管段的外部排出管流至第二导管段的文丘里管中。
所述导管可以还包括第三导管段，所述第三导管段也包括部件a)、b)、c)和d)，其中所述方法还包括：
-将第三导管段的中心纯化气体出口管连接至第二导管段的文丘里管段，从而使纯化气体馏分从第三导管段流至第二导管段中；和
-将第二导管段的外部排出管连接至第三导管段的文丘里管段，从而使富含污染物和液体污染物吸收剂的流体馏分从第二导管段的外部排出管流至第三导管段的文丘里管段中。
任选地，所述导管可以包括n个导管段序列，其中n是4-40，所述导管段各自包括如权利要求1中所述的部件a)、b)、c)和d)，和其中所述方法还包括：
-将第n个导管段的中心纯化气体出口管连接至第(n-1)个导管段的文丘里管段，从而使纯化气体馏分从第n个导管段流至第(n-1)个导管段中；和
-将第(n-1)个导管段的外部排出管连接至第n个导管段的文丘里管段，从而使富含污染物和液体污染物吸收剂的流体馏分从第(n-1)个导管段的外部排出管流至第n个导管段的文丘里管段中。
液体污染物吸收剂可以包括单乙二醇(MEG)、胺化合物或含水胺化合物溶液、和/或任意其它吸收剂流体，和设计用于从污染气体物流中吸收水、硫化氢、二氧化碳和/或其它污染物。
导管可以水平或垂直地位于水下采气井的井口装置附近的水体底部，和可以形成水下气处理和调节设施的一部分，所述导管从至少一个水下采气井的至少一个井口装置中接收污染气体物流，和所述导管将至少部分纯化的气体物流排入下游处理设施中或排入长度可能大于一百千米的海底气输送导管中。作为替代，导管可以位于海上采气平台上或形成陆上采气和处理设施的一部分。
根据本发明，另外提供用于从污染气体物流中脱除污染物的系统，和已经通过本发明方法从中脱除污染物的纯化气体物流。
本发明的方法和系统的这些和其它特征、实施方案和优点描述于所附权利要求、摘要和其中参考所附附图的以下优选实施方案的详细描述中。
具体实施方式
图1是导管的示意性纵向剖面图，其中污染气体物流根据本发明方法进行纯化；和
图2是图1中显示的导管的替代实施方案的示意性纵向剖面图，其中导管段没有直接互相连接，而是通过管道互相连接。
具体实施方式
图1显示了导管10，其包括分别的第一、第二、第三、第四和第五导管段11、12、13、14和15，和所述导管10连接在污染气体入口导管16和纯化干燥气体出口导管17之间。
导管段11-15各自包括以下部件：
a)旋风流体分离段11A-15A，其中通过提供涡流的叶片11G-15G使气体物流形成涡流，从而使富含固体和/或液体污染物的流体馏分11B-15B流至分离段11A-15A的外部区域，和贫含污染物的气体馏分11C-15C流至分离段11A-15A的中心区域中；
b)中心纯化气体出口管11D-15D，用于从离心流体分离段11A-15A的中心区域中排出贫含污染物的气体馏分；
c)外部排出管11E-15E，用于从分离段11A-15A的外部区域中排出富含污染物的流体馏分；和
d)文丘里管段11F-15F，其位于离心流体分离段11A-15A上游，和在文丘里管段11F-15F中使气体物流在比离心流体分离段11A-15A中更高的轴向速度下流动，使得加速气体物流的静态压力、特别是文丘里管段11F-15F的喉管附近的加速气体物流的静态压力降低。
在显示的实施方案中，每个导管段11-15还包括任选的静态流体混合器11H-15H，所述静态流体混合器11H-15H排布在文丘里管段11F-15F和提供涡流的叶片11G-15G之间，和防涡流流动校正叶片11K-15K排布在中心纯化气体出口管11D-15D中。
根据本发明：
-第二导管段12的中心纯化气体出口管12D直接(如图1中所示)或间接(例如通过如图2中所示的U型连接管32)连接至第一导管段的文丘里管段11F，从而使纯化气体馏分12C从第二导管段12流至第一导管段11中；
-将液体污染物吸收剂(例如贫MEG)通过贫吸收剂供应导管18注入第一导管段11的文丘里管段11F中；和
-将第一导管段11的外部排出管11E连接至第二导管段12的文丘里管段12F，从而使富含污染物和污染物吸收剂的流体馏分19从第一导管段11的外部排出管11E流至第二导管段12的文丘里管段12F中。
此外：
-将第二导管段12的外部排出管12E连接至第三导管段13的文丘里管段13F，从而使富含污染物和液体污染物吸收剂的流体馏分20从第二导管段12的外部排出管12E流至第三导管段13的文丘里管段13F中；
-将第三导管段13的外部排出管13E连接至第四导管段14的文丘里管段14F，从而使富含污染物和液体污染物吸收剂的流体馏分21从第三导管段13的外部排出管13E流至第四导管段14的文丘里管段14F中；
-将第四导管段14的外部排出管14E连接至第五导管段15的文丘里管段15F，从而使富含污染物和液体污染物吸收剂的流体馏分22从第四导管段14的外部排出管14E流至第五导管段15的文丘里管段15F中；和
-将第五导管段15的外部排出管15E连接至富含污染物的MEG出口导管23，富含污染物的MEG流体物流通过富含污染物的MEG出口导管23从导管10中排出和流至MEG纯化装置24，在MEG纯化装置24中将富含污染物的MEG流体物流分离成富含污染物且贫含MEG的流体馏分25和贫含污染物的贫MEG馏分26，将贫含污染物的贫MEG馏分26循环至贫MEG供应导管18中。
本发明方法的优点是MEG通过单独的贫MEG供应导管18供应至导管10进入最下游的第一导管段11的文丘里管段11F中，和随后由于与下游段的更宽的外部排出管11E-14E中的静态压力相比更上游的段12-15的各文丘里管段12F-15F的喉管中的静态压力相对低而自动循环至更上游的导管段12-15中。
图2显示了本发明导管的替代实施方案，其中导管包括4个导管段11-14，所述导管段11-14与图1中显示的导管段11-14相似，和其中使用类似的附图标记标记相似的部件，但是其中导管段11-14不是排成一行和没有直接互相连接，而是通过U型或其它形状的管30、31和32互相连接，和其中将通过第四导管段14排出的富含污染物的液体吸收剂加入吸收剂纯化装置(未显示)中，将贫吸收剂从所述吸收剂纯化装置泵送入第一段的文丘里管段11F中。
第一导管段11的外部排出管11E连接至第二导管段12的文丘里管段12F，从而使富含污染物和污染物吸收剂的流体馏分19从第一导管段11的外部排出管11E被吸入第二导管段12的文丘里管段12F中。
第二导管段12的外部排出管12E连接至第三导管段13的文丘里管段13F，从而使富含污染物和污染物吸收剂的流体馏分20从第二导管段12的外部排出管12E被吸入第三导管段13的文丘里管段13F中。
第三导管段13的外部排出管13E连接至第四导管段14的文丘里管段14F，从而使富含污染物和污染物吸收剂的流体馏分21从第三导管段13的外部排出管13E被吸入第四导管段14的文丘里管段14F中。
应理解，本发明的吸收剂循环系统可以在导管段之间不需要任何循环泵的条件下操作，这增强了循环的可靠性，因为循环泵易于磨损和需要定期维护、检查和更换。
应理解，在导管包括n个导管段的情况下，污染气体物流将首先进入第n个导管段，随后来自第n个导管段的纯化气体物流将进入第(n-1)个导管段，随后来自第(n-1)个导管段的气体物流将进入第(n-2)个导管段，等等。最终，来自第一导管段的纯化气体物流将离开整个导管。
本发明的旋风流体分离段特别是管线内分离。气体物流流动通过管道型导管，所述导管配有上述的内构件。因此，没有气体物流的切线流入，切线流动由特定的内构件如叶片和涡流器引起。
本发明的污染气体物流优选是天然气物流，适合地包含至少50vol％的甲烷，其被水、二氧化碳、硫化氢和/或硫醇污染。