從井場酸氣穩定和遠程回收酸氣體級分的製作方法

2023-12-06 10:05:56

專利名稱：從井場酸氣穩定和遠程回收酸氣體級分的製作方法
技術領域：
本發明涉及烴回收和處理領域，更具體地涉及從井場氣體中安全和經濟地回收硫化氫和其他酸氣體級分的方法。
背景技術：
從一些地層產生的天然氣流包含大量不同的酸氣體級分，例如硫化氫(H2S)、二氧化碳(CO2)等。這些天然氣流(在井場處稱為「酸氣」)必須被純化，且在酸氣體級分在被送至 市場之前必須被除去。除去這些酸氣體級分的過程在工業上稱為使井場酸性天然氣流「降低酸性」。存在各種降低天然氣流酸性以從天然氣流中除去酸氣體級分的方法。在過去，降低天然氣流酸性的最基本的方法之一為從天然氣流中回收那些酸氣體級分並在井場簡單地燃燒它們，將它們再注回至地面中(例如在廢井或者地下洞穴中)，或者在工廠中加工它們以製得單質硫。除了與這類方法相關的費用外，在存在很多負面的環境影響。此外，在井場進行燃燒具有另一顯著的經濟劣勢，即當酸氣被燃燒或處置時，酸氣實際的酸組分不以任何方式用作積極的收入來源。此外，單質硫具有極低的市場價值，隨著世界各地硫的產生增加，從酸氣中產生的單質硫充其量僅是較小的收入來源。酸氣的安全處理和從酸氣中去除酸氣體級分在某些烴回收項目的可行性方面是重要的經濟因素。在過去需要例如從天然氣流除去硫化氫和其他酸氣體級分的情況下，在過去使用溶劑吸收法，由此將來自井場的氣流傳送至中央處理設備，其中硫化氫或其他確定的非所需酸氣體級分通過溶劑吸收或其他類似的技術加以去除。但是這類回收方法的物理設備成本是巨大的，因為在那樣的環境下，需要將包含酸氣體級分的氣流以管輸送至中央處理位置，且需要構建的管道必須耐酸氣體腐蝕。必須使用高成本材料，即便如此這也不能完全確保防止與腐蝕相關的故障發生，所述故障幾乎總是導致人類和家畜的死亡事故或嚴重的健康傷殘，更不用說對植物群和動物群的損害。因此，需要不斷地定期進行昂貴的管道檢查和監視服務。一旦特定的井壞了，則那個管道變得多餘或無用的且需要被廢棄，這帶來特定的經濟問題。過去已經嘗試的作為將烴流管道輸送至中央處理位置以從中回收或除去酸氣體級分的替代方案，已經嘗試著就地開發回收設備。再次，安裝例如這樣的酸回收裝置的工廠成本可能是驚人的(基於單個單元)，並且作為具有數百個井的生產商，如果在每個井場處都需要例如這樣的酸回收裝置，則基於此進行的酸回收的基礎設備的成本變得不切實際。為了從酸氣中回收酸氣體級分而對酸氣的純化或清潔，除了在某些油和氣項目中主要從經濟考慮以外，可能還主要關注安全性和環境問題(如果不合適地進行處理或突破了回收的方法或裝置)。在例如將原天然氣流管道輸送至中央處理位置以從中除去酸氣體級分的情況下，如果在管道中存在裂口，則可能導致對生命和財產的重大損害。除了這種酸氣體級分的實際的環境排放問題之外，還存在與維護這些管道並最小化或避免管道破裂的風險相關的人類風險和安全因素。由這類管道破裂導致的氣體洩漏不能以任何方式得以控制，它們任由天然風和空氣對流氣流的支配而將它們分散至低的濃度水平。

發明內容
在一個方面，提供從在井場處獲得的天然氣中回收酸的方法。該方法包括在井場處從天然氣中將至少一種酸氣體級分吸收至溶劑中以形成酸性降低的天然氣和包含至少一種酸氣體級分的富溶劑，以及將富溶劑傳送至遠程處理地點；以及在遠程處理地點從富溶劑解吸所述至少一種酸氣體級分，得到酸氣體和貧溶劑。在另一方面，提供從在井場處獲得的天然氣中回收酸的方法。該方法包括在井場處預處理天然氣以從天然氣除去冷凝物，所述冷凝物包括水；在井場處從天然氣吸收至少一種所選的酸氣體級分至溶劑中以形成酸性降低的天然氣和包含至少一種酸氣體級分的富溶劑，所述酸氣體級分至少包括硫化氫；將富溶劑運送至遠程處理地點；將酸性降低的天然氣運送至不同於遠程處理地點的場所；在遠程處理地點從富溶劑解吸至少一種酸氣體級分，從而得到酸氣體和貧溶劑；以及將由解吸富溶劑產生的貧溶劑運送回至井場並使用所述貧溶劑從在其他井場獲得的天然氣中吸收其他的至少一種酸氣體級分。在本發明的方法的一個變體中，設想一些酸氣體級分的區域性隔絕，接著通過將它們吸收至富溶劑中而進行傳送以用於其他物質的遠程回收。具體地設想例如在吸收硫化氫或其他酸氣體級分(其需要從酸性天然氣中去除)之後，貧溶劑(通過在遠程中心站場所處從富溶劑中除去那些酸氣體級分而獲得)可經過再循環而在井場處重新用於第二吸收步驟中，在井場處可吸收二氧化碳，接著立即在井場處解吸以進行處置或進一步加工。僅僅由於大量二氧化碳(其通常需要從酸氣中淨化)而需要在井場處去除二氧化碳而不是傳送包含大量二氧化碳的富溶劑。


在所附的詳細說明中提供優選的實施方案，可以結合附圖最佳地理解詳細說明，在附圖中，在數個圖的各個圖中的相似部件以相似的數字加以標記，其中圖I是表明本發明方法的一個基本實施方案的示意性步驟的流程圖；圖2是本發明的可攜式井場捕獲裝置的一個實施方案的示意圖，其中顯示了單個溶劑吸收單元；圖3是本發明的酸回收裝置的一個實施方案的示意圖，其中顯示了兩個酸回收單元;圖4是根據本發明的系統的一個實施方案的示意圖，其中顯示了單個井場捕獲裝置和單個酸回收站，在這兩個場所之間通過卡車運送富溶劑；圖5是根據本發明的一個實施方案的示意圖，其中顯示了井場捕獲裝置和單個酸回收站，在這些場所之間通過卡車以及管道運送所示的富溶劑。回收的貧溶劑也通過管道由中心站運送回至井場場所；圖6是根據本發明的酸回收裝置的一個實施方案的示意圖；圖7是表明本發明方法的備選實施方案的示意性步驟的流程圖，其包括在井場處的第二吸收步驟以在井場處就地吸收和解吸二氧化碳。具體實施例方式如上文進一步詳細所述，本發明的目標是提供用於從井場氣流中穩定回收酸氣體級分的改進的方法和裝置，從而將來自井場的酸氣體排放至中央回收設備的需求除去或使之最小化。取決於所考慮的特定的地基，在天然氣流中存在不同的酸氣體級分，可能需要將不同的酸氣體級分除去以得到清潔的待售天然氣。特別大量且成問題的主要酸氣體級分中的兩種為二氧化碳和硫化氫。硫化氫不僅是有待從井場酸氣流中提取的成問題的主要酸氣體級分中的一者，而且回收的硫化氫可進一步經過處理從而得到硫酸，待售或用於商業應用中。然而，存在其他酸氣體級分，它們也可能是使用本文公開的方法的目標所在。例如，除了硫化氫或者作為主要且唯一的目標，也可從井場酸氣流中回收二氧化碳以用於純化氣流進行下遊銷售或進一步的加工。在某些情況下，在天然氣中存在其他酸氣體級分且其他酸氣體級分需要被回收用於純化或進一步經濟效益或使用的目的。使用本文所述的方法通過下述手段使得可以獲得 天然氣流的不同酸氣體級分改變或調節溶劑(所述溶劑被用於在井場處吸收酸氣體級分用於遠程或非現場加工)，或者在某些情況下，可以使用相同的溶劑，但是可能需要進行過程參數調節以最優化不同酸氣體級分的吸收。在某些情況下，如果使用合適的溶劑，本文所述的方法實際上能夠用於從酸氣流中回收多於一種酸氣體級分，且多種酸氣體級分能夠分別地從溶劑解吸。在本文所公開的方法中可以使用各種溶劑。所用溶劑的關鍵品質在於，當富含硫化氫或在其中吸收的其他酸氣體級分時，溶劑為非腐蝕性液體，該液體能夠以穩定且安全的方式進行傳送。取決於需要從天然氣流中除去的酸氣體級分的化學性質，可存在單一的化學試齊U，該化學試劑可用作流體溶劑以吸收所述酸氣體級分，或者，此時更可能的是，其實際上可以是多於一種化學試劑的共混物。儘管該文獻在單獨的上下文中提到的是「溶劑」，但是所述溶劑可能是且實際上很可能是多種化學品混合物而不是單一化學品，其被明確地設想為包涵在該單數用語的範圍內。對所用溶劑的選擇在一定程度上表明了在中心站場所實施的設備的類型，例如基於必須用於從富溶劑中解吸酸氣體級分的方法的類型，可能需要不同類型的加工設備。當我們在富溶劑的背景下論及吸收的酸氣體級分時，應該理解的是那些酸氣體級分可能經受了相變，並且實際上在溶劑內不是氣態的而是液態的一僅為了清楚起見，因此，在該文獻中簡化我們的語言，由於在富溶劑狀態下，酸氣體級分已經被吸收至溶劑中時，提及酸氣體級分時，將理解為，提及的酸氣體指的是富溶劑的組分，當從富溶劑中被解吸時，組分將轉化為其氣態酸相。對特定天然氣氣源的吸收和解吸方法將取決於井場酸氣或天然氣氣源的組成，以及該氣源的壓力和溫度。就確定進行的過程的性質或者對使用的貧溶劑的選擇而言，另一因素(其也可為混合因素)為所需的分離的純度。以下目前可獲得的溶劑中的一種或多種可用於本文所述方法的發展與實踐中任何伯胺、仲胺或叔胺，像MEA (單乙醇胺)、二乙醇、二異丙醇胺、二乙二醇胺、MDEA (甲基二乙醇胺)
Morphy sorb (Krupp-Uhde 方法)Genosorb (Krupp-Uhde 方法)Selexol (U0P 方法)Sulfinol (Shell 方法)Rectisol (基於甲醇的 Lurgi 方法)Purisol (基於 NMP 的 Lurgi 方法)應理解的是，該溶劑選項的分組僅說明了貧溶劑的類型，或溶劑組分，其可被選擇為或視為用於需要被提取的特定酸氣體級分中。包括在該說明性清單中的可能的溶劑不旨在將本發明的範圍限制在本文所列範圍內圖I為從井場處獲得的天然氣流中回收酸氣體級分的一個方面的方法的流程圖。在該方法中，酸氣體級分在井場處被吸收至合適的溶劑中以形成包含吸收的所需酸氣體級分的富溶劑。該富溶劑可傳送、非腐蝕性且是穩定的，使得酸氣體級分基本保持在溶劑中，其中大部分(如果不是基本上所有的話)將不返回至其氣相併與溶劑分離。接著可將富溶劑傳送至在遠程處理位置處的中心站，在此處，酸級分將被解吸或從溶劑中除去有待進一步加工或處理，在該點處的溶劑(為貧溶劑且具有從溶劑中除去的酸級分)可加以回收用於在井場處的再利用。該方法中的第一步為預處理天然氣以從天然氣中除去第一系列的冷凝物用於清洗氣體的目的或者用於經濟回收那些冷凝物的目的。例如在傳統或常規的降低天然氣酸性的應用中，天然氣的預處理將可能從地層生成水(其可以被處置或泵送回井下)，以及烴類冷凝物(其為經濟上可行的並可分開銷售的)，從而得到更清潔的天然氣流用於過程的下一步驟。參照圖1，對天然氣流的預處理示於步驟1-1。可以使用用於降低天然氣酸性的常規預處理方法。在該圖的方塊1-8中還示出了實際除去從預處理過程中回收的冷凝物。一旦天然氣流(需要從中回收酸氣體級分)已經過預處理而除去冷凝物，將進行的下一步驟為將所選擇的一種或多種酸氣體級分吸收至溶劑中。吸收步驟示於1-2。如本文中其他地方所述，使用井場吸收裝置進行吸收步驟——將所選擇的一種或多種酸氣體級分吸收至溶劑中，使得天然氣流在預先確定的一組參數下旁路通過溶劑。本發明的該步驟的關鍵方面在於理解待使用的溶劑的品質。具體地，要選擇的溶劑將取決於希望從天然氣流中除去的具體的酸氣體級分，因為某些溶劑將有利於吸收某種氣體，而其他溶劑則不然。在該酸吸收步驟中涉及的具體的處理步驟將取決於氣流、所考慮的酸氣體級分以及溶劑，只要某些溶劑具有變化的過程需求以完成所希望的酸氣體級分吸收至溶劑。在井場處或者在天然氣流處將提供必需的設備以實現將溶劑吸收裝置連接至天然氣流的目標，並進行必需的過程步驟以實現將裸溶劑或貧溶劑(其為呈其清潔形式的溶齊U，尚未吸收所希望的酸氣體級分)轉變成富溶劑(所希望的酸氣體級分已經吸收至該富溶劑中)。例如，當希望被除去的酸氣體級分為硫化氫時，可以使用溶劑以從烴類酸氣流中選擇性地吸收純硫化氫從而由富溶劑產生有利液體,該液體能夠安全地運輸並且非腐蝕性。天然氣通過溶劑之後，在吸收步驟中，將為「清潔的」。清潔氣體自井場的運輸在該情況下示於步驟1-3中。還應該理解的是，清潔氣體的運輸能夠合乎邏輯地理解為發生在該方塊圖結束處，但是在從所考慮的天然氣中吸收了所選擇的酸性天然氣體部分之後的其他地方，也可獲得清潔的氣體而運輸至銷售網點。
清潔的氣體運輸步驟潛在地包括處理不含所選擇的酸氣體級分的清潔的天然氣以在為了銷售而將其運輸至清潔的氣體管線網(其通常在靠近井場處可得)之前除去水分。在步驟1-4處，包含所選擇的吸收的酸氣體級分的富溶劑能夠運輸至遠程處理位置的中心站以進行進一步處理。在中心站場所處，酸氣體級分將從富溶劑解吸，如1-5所示，以生成貧溶劑，該貧溶劑可回收返回至過程中，如步驟1-7所示，酸級分從富溶劑9中的解吸將使得可獲得相對純淨的酸氣體，該相對純淨的酸氣體能夠被加工或進一步處置，如步驟1-6所示。在將從天然氣提取的所選擇的酸氣體級分和硫化氫的實施方案中，回收的酸氣體級分(將從溶劑中解吸)可以基本上為硫化氫，其可進一步加工為硫酸或用於其他目的。從富溶劑中回收那些酸氣體級分的具體機理，以及完成該過程的必須設備將取決於使用的溶劑以及所考慮的一種或多種酸氣體級分的性質，在過程中的該步驟將需要定製為包括必須的特定過程步驟以將所考慮的一種或多種酸氣體級分從溶劑中釋放出來，得到純淨 的酸氣體級分和貧溶劑，所述貧溶劑為這樣的溶劑，從該溶劑中已經除去了吸收的酸氣體級分。接著，可以將由該處理步驟產生的結果之一的貧溶劑回收回至一個或多個井場吸收場所，以在本發明的方法中再利用，釋放的純淨的酸氣體級分能夠在中心站場所進行進一步加工或處置。通過本發明的方法能夠回收所選擇的溶劑同時使得溶劑零排放或最小排放是一個就環境影響以及過程費用而言的顯著優點，因為通過回收溶劑不僅有可能使得進行中的購買量最小化，而且通過排放甚至相對惰性的廢溶劑而使得對環境的影響最小化。通過從井場處的天然酸氣中回收一種或多種選擇的酸氣體級分，在井場處剩餘的酸性降低的氣體在從中吸收酸氣體級分之後能夠立即被運送用於銷售或進一步加工。將一種或多種酸氣體級分吸收至溶劑中用於遠程酸回收還降低了井場處用於除去這些酸氣體級分所需的設備的量，因而對於井的操作者而言是經濟上有利的。甚至在井場場所不與任何類型的用於運輸富溶劑的管線相連接，且富溶劑存儲在罐中等，用於通過卡車或其他方式運輸至中心站場所的情況下，富溶劑的非腐蝕性和安全性意味著甚至存儲設備如罐等也可由常規材料製得，而無需使用較高成本和非腐蝕性的材料。如下文將更詳細地具體所述，設想將在井場處使用的用於將所選擇的酸氣體級分吸收至所選擇的溶劑而運輸至中心站場所的設備可以用貨櫃裝載，或者能夠以其他方式賦予相對的可便攜性，使得其能夠從一個位置移動至另一位置，因為某些井定期停止使用甚至關閉，因此操作者使用的設備能夠得以最大化，甚至是在井場處的消耗品的廢物或設備和材料可得以最小化，使得關閉井不會造成廢棄的廢料或設備因井場不再使用而顯著增加成本。類似地，在某些情況下，設想可使得甚至中心站場所設備為便攜的，使得中心站場所能夠被移動或者有利地相鄰地位於鄰近的鑽井區域內的多個井場。中心站場所當然還可以為固定裝置，這僅需要對運輸富溶劑(用於加工成酸氣體級分的提取物)和貧溶劑(其接著可被回收回井場)所需的運輸長度進行一些改變。在圖I所示方法中的第一步驟為預處理天然氣流。如所列出的，在常規情況下預處理天然氣包括在對氣體進行進一步加工之前從氣體中除去某些冷凝物。例如，當從某些類型的地層出來的天然氣載有更多的水時，可除去水。水通常被處置或泵送回空井。在任何情況下，水需要在天然氣能夠被進一步加工和運輸之前除去。除了除去水，在預處理步驟過程中可能希望除去的其他類型的冷凝物為烴類冷凝物。烴類冷凝物實際上可具有很多種類的特定烴類內容物(包括汽油等)，在常規降低天然氣酸性的過程中除去的烴類冷凝物具有強的經濟價值。在此基礎上以及由於提供或產生清潔的天然氣，在從天然氣中將所選擇的酸氣體級分吸收至溶劑混合物之前進行預處理步驟。由於對天然氣的預處理都是本領域已知的常規處理步驟，本領域技術人員將理解能夠使用的不同類型的預處理技術和裝置。便攜的井場捕獲裝置可用於將酸氣體級分捕獲和吸收在溶劑中。便攜的井場捕獲裝置可以在井場處可操作地連接至天然氣流，以及連接至所選擇的貧溶劑源，一種或多種所選擇的酸氣體級分可被吸收至所選擇的貧溶劑源中。除了可操作地連接至天然氣流和所選擇的貧溶劑源，井場捕獲裝置還包括至少一個溶劑吸收單元，其包括實現將所選擇的一種或多種酸氣體級分吸收至所選擇的貧溶劑中所必需的裝置。包括至少一個溶劑吸收單元的特定裝置將隨貧溶劑的選擇、希望吸收的一種或多種酸氣體級分以及為了實現吸收所需的必需工藝或參數而變化。井場捕獲裝置的最終組件，除了氣源界面、貧溶劑源界面和一個 或多個溶劑吸收單元外，為富溶劑排放界面。富溶劑排放界面或是連接至罐或者其他存儲容器的連接體或是管線等，包含吸收的一種或多種酸氣體級分的富溶劑能夠通過它們存儲或運輸以在中心站場所進行最終的下遊處理。所選擇的溶劑源可以與井場捕獲裝置如罐或類似物的剩餘部分整合在一起，或者其可以是與所選的溶劑的遠程的源相連接的管線。便攜的井場捕獲裝置還可以任選地包括預處理天然氣流所必需的裝置。可以將預處理裝置引入井場捕獲裝置中，或者在設想或可以使用常規或現有預處理方法時，預處理裝置還可以是單獨的，天然氣流可基本上在其進入便攜的井捕獲裝置之前進行預處理。為了顯示本發明的便攜的井場捕獲裝置的一般概念，我們參照圖2。便攜的井場捕獲裝置23至少包括一個溶劑吸收單元8，該溶劑吸收單元包括將一種或多種所選擇的酸氣體級分從天然氣流有效地吸收至溶劑中所必需的裝置。溶劑吸收單元8可以包括裝置的一個或多個實際物理部件，而不管希望吸收至所考慮的溶劑中的酸氣體級分的數目。還可以是這樣的情況，如果希望從天然氣源中吸收多於一種酸氣體級分，需要使用多於一種類型的過程以將相應酸氣體級分吸收至所考慮的貧溶劑中，基於此，可以是這樣的情況，如果設想將多於一種酸氣體級分吸收至所考慮的貧溶劑中，則可能需要多於一種溶劑吸收單元8。所述至少一種溶劑吸收單元8將通過天然氣流界面11連接至天然氣流7。天然氣流界面11可以僅是在井場處直接連接至酸氣體流的連接體，或者在將酸氣引入裝置23之前進行對酸氣的另外的預處理。在任何情況下，天然氣流界面11為酸氣源，希望從該酸氣源除去或吸收一種或多種所選擇的酸氣體級分。如所述，可能的是，將在11處連接至裝置的酸性天然氣預處理以在酸氣體級分吸收步驟之前除去某些冷凝物。除了天然氣流界面11，所述至少一種溶劑吸收單元8將連接至貧溶劑6的源。貧溶劑是這樣的溶劑，通過應用某些過程參數，該溶劑能夠與天然氣流7接觸以實現從天然氣流7中吸收一種或多種所選擇的酸氣體級分。貧溶劑源6可以為罐、管線，或者，其通過貧溶劑界面10可操作地連接至所述至少一個溶劑吸收單元8。貧溶劑6和酸性天然氣流7為輸入至所述至少一個溶劑吸收單元8的兩種產物，所述溶劑吸收單元完成從酸氣流7將一種或多種所選擇的酸氣體級分吸收至貧溶劑6的步驟，產生包含所選擇的酸氣體級分的富溶劑9 (以有利且可運輸的液體形式)。富溶劑9通過富溶劑排放12從所述至少一個溶劑吸收單元8排出，其可能再次是連接至罐的連接體，直接連接至運輸容器如拖車或火車車廂，或者連接至在本發明的系統和方法的區域性或更長距離應用中的管線。
最後示於圖2中的是酸性降低的氣體的排放25。在從天然氣流7中吸收所選擇的酸氣體級分之後，剩餘的氣體流將為酸性降低的天然氣24，該酸性降低的天然氣可根據常規處理實踐被簡單地以管運輸、存儲或者運輸或加工。如上文其他地方所述，一個或多個溶劑吸收單元8的細節將取決於貧溶劑6和所選擇的酸氣體級分是什麼(選擇所述貧溶劑用於吸收所選擇的酸氣體級分)。取決於溶劑的選擇和所考慮的酸氣體級分，可使用不同類型的溶劑吸收裝置或技術，以及可以使用能夠實現將所選擇的酸氣體級分經過天然氣流界面11從天然氣流7吸收至貧溶劑6，經過貧溶劑6與單元10的剩餘部分的界面，從而生成富溶劑9和酸性降低的天然氣24的目標的任何裝置。井場捕獲裝置，如所列，可以為便攜的和/或可用貨櫃裝載的，使得其可在井場或天然氣源場所之間移動，或者其可以為固定安裝。—旦一種或多種酸氣體級分已經在井場處被吸收至溶劑中，產生富溶劑，則將富溶劑運輸至在遠程處理地點的中心站，在該處酸氣體級分可從溶劑中除去以進行進一步加工或處置。在中心站場所回收酸級分的主要益處在於用於多於一種井場場所的富溶劑可以在單個中心站場所進行處理，顯著降低需要在鑽場適當地處理這些酸氣體級分的回收的基礎設施投資，或者對於鑽場而言，只要溶劑為有利地的且可運輸的，則可設想各種運輸方法或富溶劑的移動，包括通過卡車、火車、管線或其他方式。將富溶劑從井場場所運輸至中心站場所的具體模式將理解為包括所有這些運輸的不同類型。在方法中,在將富溶劑從一個或多個井場捕獲場所運輸至中心站場所之後的下一步驟是從富溶劑回收吸收的酸氣體級分。可在中心站場所進行酸回收步驟，中心站場所是不同於井場捕獲場所的場所，在那裡所述至少一種希望的酸氣體級分已經被吸收至貧溶劑6中從而生成有利且可運輸的富溶劑9。在中心站場所進行的酸回收步驟包括進行預訂的一組酸回收步驟，或者需要向富溶劑引導或施用過程參數以從中回收吸收的酸氣體級分。酸性回收過程的細節將取決於對貧溶劑的選擇以及其中分離的酸氣體級分，由於取決於從溶劑解吸酸氣體級分所需的因素，那些為完成該過程步驟所需的步驟、參數或裝置。本發明的該過程的酸回收步驟能夠在中心站場所使用酸回收裝置進行。酸回收裝置的一般不意的一個實施方案不於圖3中。酸回收裝置27的第一元件為與富溶劑源9的連接或界面19。富溶劑9為已經在一個或多個井場捕獲場所吸收至少一種所選擇的酸氣體級分的溶劑，酸回收裝置27的富溶劑界面19可以包括與存儲罐或存儲容器的連接，在此情況下卡車或其他運輸容器用於存放富溶劑9，或者還可以包括(取決於系統剩餘部分的構造)與運送富溶劑9的管線的管線連接，甚至與載重拖車等的直接連接，裝載設備，通過拖車或火車車廂等可以被暫時附接以卸載接著除去並用於運輸更多富溶劑9，裝載的貧溶劑6也可以被傳送回至井場。除了富溶劑界面19，酸回收裝置27包括至少一種酸提取單元14。酸提取單元14包括實現從富溶劑9除去或回收所吸收的酸氣體級分中的至少一者所必需的裝置。在該特定情況下，顯示了兩個酸提取單元14以表明通過進行多於一個酸提取步驟來捕獲和/或除去多於一種酸氣體級分的概念。特別地，顯示了第一酸提取單元14，其包括回收第一經回收的酸氣體級分15所必需的裝置或過程。在此情況下顯示了第一經回收的酸氣體級分15以及第一經回收的酸氣體級分排放界面20，該酸氣體級分排放界面主要為與存儲罐或經回收的酸氣體級分15將被遞送至其中的其他裝置的界面。在該特定情況下，接著還顯示了第二酸提取單元14，該第二酸提取單元旨在表明使用該酸回收裝置27回收至少兩種酸氣體級分。貧溶劑排放界面21顯示為連接至第二酸提取單元14，且所述貧溶劑6 (如文中其他地方所述)設想在酸回收步驟結束時，原始貧溶劑6如果不純化也是相當清潔的，不存在任何殘餘酸氣體級分，因此能夠在井場使用本發明的方法進行重新利用。就第二酸提取單元14還示出了第二酸氣體級分排放界面22。為了表明可任選地包括在酸回收單元27內的其他裝置，還示出了另外的酸氣體級分處理步驟16。另外的酸氣體級分處理裝置實際上可以為在27中的酸回收的一部分，或者酸氣體級分排放界面22可以簡單地連接至另外的但單獨用貨櫃裝載或獨立安裝的酸氣體級分處理裝置16。在任何情況下，在酸氣體級分加工步 驟和在16所示的裝置之後，示出了經處理的酸氣體級分17和排放23。如上所述，根據所述方法使用的酸回收裝置可用貨櫃裝載或以其能夠在場所之間被移動的方式製造，使得通過區域性管線進料或者即使為了允許富溶劑從井場向中心站場所的相對短途的拖拉式區域性運輸，本發明的酸回收裝置能夠製造成可移動方式或固定安裝。該方法的關鍵要素之一在於從富溶劑回收酸氣體級分和下遊加工將發生在不同於井場的中心站場所。通過開發從幾個酸氣源回收酸氣體級分並允許過程的某些部分集約化的方法，使得裝置成本得以最小化，並且在本發明的系統和方法中，將所希望的酸氣體級分吸收至有利的可運輸液體溶劑中還具有環境和安全性益處。如文中其他地方所列，根據本發明的方法可使用的中心站場所能夠相當靠近一個或多個井場場所，在那裡例如需要使用用貨櫃裝載或便攜的酸回收裝置，所述酸回收裝置通過低成本區域性管線連接至多個酸吸收場所，或者可能是這樣的情況需要使富溶劑9從較大數目的天然氣流起點聚集並運輸較長距離至較大的中心站場所。圖4示出了在本發明的一個方面中的系統的第一硬體結構。系統在中心站場所包括至少一個井場捕獲單元23和至少一個酸回收單元27。在該特別的情況下，示出了井場1，井場捕獲裝置23通過天然氣流界面7連接至井場I。井場捕獲裝置23的詳情在本文其他地方論述。在該特定圖中顯示了用於原位存儲貧溶劑6的罐，以及用於捕獲和存儲包含吸收的酸氣體級分的富溶劑9的另一個罐。在該特定情況下，在中心站場所中的井場捕獲裝置23和裝置27之間移動富溶劑9的界面或模式為卡車。應理解的是在一個如這樣的實施方案中，基礎設施成本得以最小化，因為在井場捕獲23與中心站場所27之間不使用管線。多個井場捕獲場所23能夠運輸至單個中心站場所27以進行解吸。而且，據推測，在中心站場所27處回收的貧溶劑能夠從中心站場所27運輸回至井場14，通過井場捕獲23再使用。在一個方面，臨時管線的網絡能夠基於區域性鑽場生成，其能夠以相對便宜的材料製成，因為該材料無需是非腐蝕性的，該網絡供給區域性安裝的臨時中心站場所。例如，要在井場使用的吸收裝置可能以某種方式用貨櫃裝載，使得其能夠在不同場所之間移動，類似的情況是酸回收裝置也可以用貨櫃裝載但構造成如下方式例如滑道上的一組酸回收裝置能夠用於加工來自多個中心站場所的富溶劑。
在本發明的網絡的一個實施方案中，在該網絡中中心站場所通過相對較低成本的管線連接至井口，除了將富溶劑9以管輸送至中心站場所外，一旦吸收的酸氣體級分從貧溶劑中除去，還有可能將貧溶劑6管線輸運回至井場場所，以再利用。
圖5顯示了該類型的區域性酸回收網絡的一個實施方案，其包括至少一個井場捕獲裝置23，該井場捕獲裝置能夠將至少一種酸氣體級分吸收至貧溶劑6中，生成富溶劑9，富溶劑可被運輸至中心站場所和單元27以待從中釋放酸氣體級分。中心站場所27繼而包括必需的裝置以從富溶劑9解吸或除去吸收的酸氣體級分，生成至少一種回收的酸氣體級分15和能夠被再使用的貧溶劑6。在圖5的實施方案中，顯示了四個井場1，其中三個通過管線的方式由其相應的井場捕獲單元23連接至酸回收裝置27。示出了第四個井場I和相關的井場捕獲裝置23，其中卡車代表了這種類型的網絡構造中包括富溶劑的各種運輸模式的能力。圖5還示出了從中心站場所返回至井場場所21的多個管線，其代表清潔的貧溶劑可以被以管輸送回至井場回收裝置以被再使用。本發明的方法的關鍵益處之一在於通過在中心站場所從富溶劑提取或解吸酸氣體級分，可通過將貧溶劑運輸回井場或氣源場所而在井場再使用貧溶劑吸收酸氣體級分。回收溶劑的能力將具有大的經濟益處，但是還帶來顯著的環境改進，因為將沒有溶劑排放，或者與處置溶劑的方法相比，最起碼非常少或最少量的溶劑排放。還應該理解的是通過從富溶劑9除去吸收的酸氣體級分，還可以將回收的貧溶劑6存儲或用於其他用途。除了在該方法中再利用的目的外再使用貧溶劑6的能力的唯一限制在於在中心站場所處獲得的純化水平，但是據信可得到清潔的貧溶劑6。在貧溶劑6中的輕微雜質(包括少量殘餘酸氣體級分)對於在該方法中再利用溶劑而言是不成問題的，因為貧溶劑6僅被有效地運輸回井場場所供使用。根據所述系統和方法的剩餘部分選擇正確的供使用的貧溶劑溶液6，使得多於一種酸氣體級分可從天然氣流7回收。溶劑可由多種化學試劑組成，所述化學試劑設計成在現場操作參數下為所選擇的酸氣體級分提供有利的吸收特性。存在溶劑6，該溶劑能夠從天然氣流單獨地吸收多於一種酸氣體級分，可能基於應用不同的吸收技術，實現將每個這樣選擇的酸氣體級分吸收至貧溶劑6中。例如，在硫化氫和二氧化碳的情況下，存在這樣的溶齊U，其能夠吸收這兩種酸氣體級分以有利地運輸包含這兩種產物的富溶劑，這些單獨的酸氣體級分接著還能夠在中心站場所從富溶劑解吸或除去。應該理解，本領域技術人員能夠設想貧溶劑材料6和溶劑吸收單元8以及吸收參數或工藝的特定的組合，這將導致將多於一種酸氣體級分吸收至單個貧溶劑6中的能力，產生包含多於一種酸氣體級分的富溶劑，該富溶劑可繼而在中心站場所單獨地除去，所有這些變化也涵蓋在本發明的範圍內。進一步設想，本發明的方法可以改變成允許自某些酸氣體級分的天然氣流區域性氣體部分捕獲或分離的組合，同時某些其他酸氣體級分的溶劑吸收和遠程回收仍可根據文中所述方法的其餘部分進行。把二氧化碳隔離在烴應用中，二氧化碳是一種酸氣體級分，同時硫化氫或其他酸氣體級分仍可以吸收至溶劑中以進行運輸和遠程除去。在這種情況下，據信需要對溶劑吸收單元8進行本體改造以加入所要求的其他必需的設備，可能通過調節對所用的貧溶劑6的選擇，有可能是僅在井場回收一些酸氣體級分而不需要大量的基礎設施或硬體投資[例如在合適的實施方案中，回收二氧化碳用於區域性存儲、分離、隔離、或再銷售]，同時仍提供對更難以處理或需要更昂貴設備等的其他酸氣體級分的遠程回收。提供圖6以顯示井場捕獲單元23的替代示意圖，其中顯示了區域性捕獲的部分30和區域性捕獲部分界面29。通過選擇合適的貧溶劑6和對井場捕獲單元23進行適當的修正，有可能在井場捕獲和隔離二氧化碳例如作為目標酸氣體級分，而其他酸氣體級分如硫化氫等被吸收至貧溶劑6中從而進行惰性運輸和後續在中心站場所從溶劑的解吸或者釋放。本領域技術人員能夠理解井場捕獲裝置23為實現這種類型的混合的區域性和遠程酸回收方法所需的必需的裝置變體。參照圖7，示出了引入區域性捕獲步驟以區域性隔離一種酸氣體級分和將另一種酸氣體級分吸收至溶劑中用於遠程回收的方法的一個實施方案的示意圖。該方法可用於井場場所中以分離二氧化碳(為一種酸氣體級分)與酸性天然氣，在現場吸收二氧化碳之後簡單地立刻將其解吸以進行釋放或隔離。在圖7中所示的第一步驟類似於那些在圖I的方法中的步驟。在過程中的第一步驟是預處理酸性天然氣流以從中除去冷凝物。在步驟7-1和7-11中示出了預處理步驟以及從天然氣中除去冷凝物和進一步處理、銷售等。在預處理天然氣流之後，在過程中再次存在吸收步驟，如7-2處所示，其中設想將希望遠程處理和除去的一種或多種酸氣體級分吸收至溶劑中，生成富溶劑。接著將富溶劑在7-3處運輸至遠程中心站場所，在那裡酸氣體級分從富溶劑中解吸，生成純化狀態的酸氣體級分和貧溶劑用於再循環。貧溶劑在井場可被再使用以吸收二氧化碳，所述二氧化碳為另一酸氣體級分，其就地解吸使得能夠就地進行加工或處置而無需運輸。情況可能如下可使用或設計相同的溶劑，所述溶劑吸收其他需要從天然氣中釋放的酸氣體級分以及二氧化碳，或者還可理解為可使用不同的溶劑。文中優選的實施方案是將相同的溶劑設計為用於吸收或除去希望的所需的酸氣體級分，包括硫化氫、二氧化碳或任選地任何其他酸氣體級分，其中必需對過程參數進行調整以激活或提高溶劑組相對於所考慮的特定酸氣體級分的性能。在該圖中最後示出的是清潔天然氣的運輸，其還可再次包括傳統或常規的溼氣處理步驟等。當從酸性天然氣中吸收用於遠程回收的酸氣體級分為硫化氫時，在中心站場所可加入的下一處理步驟為將硫化氫氣體加工成硫酸。除了由從酸性天然氣中回收的硫化氫加工或製得的產物硫酸外，還可由獲得的硫酸製得包含硫的農業肥料。在由硫化氫製得硫酸(其相對較純，在中心站場所自富溶劑回收得到)之後，可將硫酸用於製備農業肥料。硫酸可在中心站場所製得，或者還可在將硫化氫運輸之後製得，這樣安全性將被提高或者最大化，因為硫酸就地製造或在結合的位置製造且從富溶劑提取硫化氫。設想包括氨化肥料或磷肥的各種類型的肥料。以上僅被視作說明本發明的原理。此外，由於本領域技術人員易於想到許多改變和變化，其不旨在將本發明限制為所顯示和描述的精確的結構和操作，因此，所有這些在結構和操作上的合適的改變和變化均旨在落入本發明所要求保護的範圍內。權利要求
1.一種從在井場獲得的天然氣中回收酸的方法，所述方法包括 在井場從天然氣吸收至少一種酸氣體級分至溶劑中以形成酸性降低的天然氣和包含至少一種酸氣體級分的富溶劑，和 將富溶劑運送至遠程處理地點；以及 在遠程處理地點從富溶劑解吸至少一種酸氣體級分，從而得到酸氣體和貧溶劑。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述至少一種酸氣體包括硫化氫。
3.根據權利要求I所述的方法，其中所述至少一種酸氣體至少包括二氧化碳。
4.根據權利要求I所述的方法，其進一步包括將由解吸富溶劑產生的貧溶劑運送回至另一井場並使用所述貧溶劑從在該另一井場獲得的天然氣吸收其他的至少一種酸氣體級分。
5.根據權利要求I所述的方法，其還包括將解吸的硫化氫進一步加工為硫酸。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述硫酸用於農業肥料。
7.根據權利要求I所述的方法，其中將所述富溶劑在儲罐中運送至遠程處理側。
8.根據權利要求I所述的方法，其中將所述富溶劑通過管道運送至遠程處理地點。
9.根據權利要求I所述的方法，其中所述溶劑包括胺。
10.根據權利要求I所述的方法，其進一步包括在井場預處理天然氣從而在將至少一種酸氣體級分吸收至溶劑之前從天然氣除去冷凝物。
11.根據權利要求I所述的方法，其中所述冷凝物包括水。
12.根據權利要求I所述的方法，其中所述冷凝物包括烴。
13.根據權利要求I所述的方法，其中所述溶劑包括多於一種化學試劑。
14.根據權利要求I所述的方法，其中所述遠程處理地點為中心站。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述中心站為很多井場服務。
16.根據權利要求I所述的方法，其中在井場所用的吸收至少一種酸氣體級分的裝置是便攜的。
17.根據權利要求I所述的方法，其中將所述酸性降低的天然氣運送至不同於遠程處理地點的場所。
18.—種從在井場獲得的天然氣中回收酸的方法，所述方法包括 在井場處預處理天然氣以從天然氣除去冷凝物，所述冷凝物包括水； 在井場從天然氣吸收至少一種所選的酸氣體級分至溶劑中以形成酸性降低的天然氣和包含至少一種酸氣體級分的富溶劑，所述酸氣體級分至少包括硫化氫； 將富溶劑運送至遠程處理地點； 將酸性降低的天然氣運送至不同於遠程處理地點的場所； 在遠程處理地點從富溶劑解吸至少一種酸氣體級分，從而得到酸氣體和貧溶劑；以及 將由解吸富溶劑產生的貧溶劑運送回至井場並使用所述貧溶劑從在井場獲得的天然氣中吸收其他的至少一種酸氣體級分。
全文摘要
提供了一種用於從烴生產中的井場酸氣中回收硫化氫和其他酸氣體級分的方法。所選酸氣體級分在井場被吸收至非腐蝕性且可運送的溶劑溶液中，將富溶劑溶液運送至中心站場所，在中心站場所所選酸氣體級分從溶劑溶液解吸以進行進一步的處理或加工。接著可使貧溶劑溶液再循環。可使用單一合適的溶劑溶液從所述酸氣中回收多種酸氣體級分。可在井場而不是在中心站場所中吸收和解吸二氧化碳。在井場產生淨化氣用於下遊加工或銷售。
文檔編號E21B43/34GK102639212SQ201080054306
公開日2012年8月15日 申請日期2010年10月21日 優先權日2009年10月21日
發明者R·諾利, S·埃爾 申請人:蘇爾瓦裡斯股份有限公司