JP2020522666A - 炭化水素ガスの処理 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、米国特許第4,157,904号または第4,278,457号に係る従来技術を用いて天然ガスからC2+成分を回収する処理プラントの設計を示すプロセスフロー図である。このプロセスのシミュレーションでは、入口ガスが120°F[49℃]及び815psia[5,617kPa(a)]で、流れ31として当該プラントに入る。入口ガスが、製品の流れが規格を満たすのを妨げる濃度の硫黄化合物を含有する場合には、当該硫黄化合物は適宜のフィードガスの前処理によって除去される(図示せず)。更に、フィード流は通常、極低温条件下での含水物(氷)の形成を防ぐために脱水される。通常、この目的には一般的に固体の乾燥剤が使用されている。
同時継続出願第15/332,723号は、塔底液体生成物中のC2成分を更に回収する、図1のプロセスの性能を改善する一手段を記述する。図1のプロセスは図3に示すこのプロセスを使用するように改造することができる。図3のプロセス運転条件は、図に示すように、上記液体生成物のメタン含有量を図1のプロセスの液体生成物のメタン含有量と同様のレベルに低減するように調整されている。図3に示したプロセスにおいて検討したフィードガス組成及び条件は、図1におけるものと同様である。したがって、図3のプロセスは図1のプロセスのそれと比較することができる。
実施例1
液体製品中へのC2成分の回収率を最大化することが望ましい場合(例えば、上述の図1の従来技術のプロセスのように)、本発明は、図1に示す従来技術のプロセス及び図3に示す同時係属出願第15/332,723号のプロセスに比較して、効率が顕著に優位である。図5は、本発明を使用するように改造された図1の従来技術のプロセスのフロー図を示す。図5のプロセスの運転条件は、図に示すように、液体製品のエタン含有量を、図1及び図3のプロセスで可能なレベルを超えて増加させるように調整されている。図5に示すプロセスにおいて検討したフィードガス組成及び条件は、図1及び図3におけるそれらと同一である。したがって、図5のプロセスを図1及び図3のプロセスのそれと比較し、本発明の利点を例証することができる。
本発明はまた、製品の経済性から残留ガス生成物に対するC2成分のリジェクションが有利である場合にも利点がある。本発明は、図6に示す、本出願人の米国特許第9,637,428号及び第9,927,171号の方法と同様の方法で運転するように容易に再構成することができる。本発明の図5の実施形態の運転条件を図6に示すように変更して、液体製品のエタン含有量を図2の従来技術及び図4に示す同時継続出願第15/332,723号のものと同様のレベルに低減することができる。図6に示すプロセスにおいて検討したフィードガス組成及び条件は、図2及び図4におけるそれらと同一である。したがって、図6のプロセスを図2及び図4のプロセスのそれと比較し、本発明の利点を更に例証することができる。
図5に示す本発明の実施形態において、熱交換器25及び吐出冷却器26は、還流圧縮機22で発生した圧縮熱を除去するために使用される。一部の用途においては、図7に示すように、圧縮機吐出流151aを処理装置集合体117内の冷却区画117a中の熱交換手段に直接供給することにより、この資本費用を排除することが有利な場合がある。所与の用途に対していずれの実施形態が最適であるかの選択は、一般にプラントの規模や熱交換機器のコストなどの因子に依存することとなる。
Claims (28)
- メタン、C2成分、C3成分、及びより重質な炭化水素成分を含有するガス流を、揮発性残留ガス留分と、前記C2成分、C3成分、及びより重質な炭化水素成分または前記C3成分及びより重質な炭化水素成分の大部分を含有する相対的に揮発性の低い留分とに分離するためのプロセスにおいて、
(a)前記ガス流が1または複数の熱交換ステップ及び少なくとも1の分離ステップにおいて処理され、少なくとも、加圧下で実質的に完全に凝縮するように冷却され、それによって実質的に凝縮した第1の流れを形成した第1の流れと、少なくとも、加圧下で冷却され、それによって冷却された第2の流れを形成した第2の流れとを生成し、
(b)前記実質的に凝縮した第1の流れがより低い圧へと膨張し、それにより前記実質的に凝縮した第1の流れが更に冷却され、それによって膨張した更に冷却された第1の流れを形成し、その後、前記膨張した更に冷却された第1の流れが蒸留塔の塔頂フィード位置で供給され、前記蒸留塔が少なくとも塔頂留出蒸気流及び塔底液流を生成し、
(c)前記冷却された第2の流れが前記より低い圧へと膨張し、それによって膨張した第2の流れを形成し、その後、前記膨張した第2の流れが、前記蒸留塔に塔中央のフィード位置で供給され、及び
(d)少なくとも前記膨張した更に冷却された第1の流れ及び前記膨張した第2の流れが、前記蒸留塔中、前記より低い圧で分留され、それにより前記相対的に揮発性の低い留分の成分が前記塔底液流中に回収され、前記揮発性残留ガス留分が前記塔頂留出蒸気流として排出され、
改良として、前記1または複数の熱交換ステップ及び前記少なくとも1の分離ステップが、前記第1の流れの少なくとも一部を凝縮させるように改良され、それによって少なくとも一部が凝縮した第1の流れを形成し、
(1)前記塔頂留出蒸気流が、単一の機器単位体である処理装置集合体中に格納された吸収手段へと導かれて凝縮流と接触し、それによって前記塔頂留出蒸気流の揮発性の低い成分が凝縮し、一部が精留された蒸気流を形成し、
(2)前記一部が精留された蒸気流が、前記吸収手段の上部領域から収集され、前記処理装置集合体中に格納された熱及び物質移動手段へと導かれ、それにより前記一部が精留された蒸気流が冷却され、同時に前記蒸気流のより揮発性の低い成分が凝縮し、それによって更に精留された蒸気流及び前記凝縮流を形成し、その後前記凝縮流が前記吸収手段へと導かれ、
(3)前記更に精留された蒸気流が加熱されたフラッシュ膨張流と混合されて混合流を形成し、
(4)前記混合流が熱交換手段へと導かれて加熱され、
(5)前記加熱された混合流がリサイクル流と前記揮発性残留ガス留分とに分離され、
(6)前記リサイクル流がより高い圧へと圧縮されて圧縮流を形成し、
(7)前記圧縮流が前記熱交換手段へと導かれ、実質的に凝縮するまで冷却され、それによってステップ(4)の加熱の少なくとも一部を供給し、且つ実質的に凝縮した流れを形成し、
(8)前記実質的に凝縮した流れが前記より低い圧へと膨張し、それにより更に冷却されてフラッシュ膨張流を形成し、
(9)前記フラッシュ膨張流が前記熱及び物質移動手段で加熱され、それによって、ステップ(2)の冷却の少なくとも一部を供給し、且つ前記加熱されたフラッシュ膨張流を形成し、
(10)前記少なくとも一部が凝縮した第1の流れが前記熱交換手段へと導かれ、加圧下で更に冷却されて実質的に凝縮し、それによってステップ(4)の加熱の少なくとも一部を供給し、且つ更に冷却された実質的に凝縮した第1の流れを形成し、
(11)前記更に冷却された実質的に凝縮した第1の流れが前記より低い圧へと膨張し、それによって前記膨張した更に冷却された第1の流れを形成し、
(12)蒸留液流が前記吸収手段の下部領域から収集され、前記膨張した更に冷却された第1の流れと混合されて混合フィード流を形成し、その後前記混合フィード流が前記蒸留塔の前記塔頂フィード位置へと導かれ、
(13)少なくとも前記混合フィード流と前記膨張した第2の流れが前記蒸留塔中、前記より低い圧で分留され、それにより前記相対的に揮発性の低い留分の成分が前記塔底液流中に回収され、
(14)前記蒸留塔への前記フィード流の量及び温度が、前記蒸留塔の塔頂留出物温度を、前記相対的に揮発性の低い留分の成分の大部分が前記塔底液流中に回収される温度に維持するのに有効である、
前記プロセス。 - (1)前記ガス流が、前記1または複数の熱交換ステップにおいて、加圧下で一部が凝縮するのに十分に冷却され、それによって一部が凝縮したガス流を形成し、
(2)前記一部が凝縮したガス流が分離され、それによって蒸気流と少なくとも1の液流を与え、
(3)前記蒸気流が、前記少なくとも1の分離ステップにおいて分離され、少なくとも前記第1の流れと前記冷却された第2の流れを生成し、
(4)前記第1の流れが、前記1または複数の熱交換ステップにおいて、加圧下で実質的に完全に凝縮するように冷却され、それによって前記実質的に凝縮した第1の流れを形成し、
(5)前記少なくとも1の液流の少なくとも一部が前記より低い圧へと膨張し、それによって膨張した液流を形成し、その後、前記膨張した液流が前記塔中央のフィード位置よりも低い下部の塔中央のフィード位置で前記蒸留塔に供給され、
(6)少なくとも前記混合フィード流、前記膨張した第2の流れ、及び前記膨張した液流が前記蒸留塔中、前記より低い圧で分留され、それにより前記比較的揮発性の低い留分の上記成分が前記塔底液流中に回収される、
請求項1に記載のプロセス。 - (1)前記蒸気流が前記少なくとも1の分離ステップにおいて分離されて、少なくとも更なる蒸気流及び前記第2の流れを生成し、
(2)前記更なる蒸気流が、前記少なくとも1の液流の少なくとも一部と混合されて、前記第1の流れを形成し、
(3)前記少なくとも1の液流のいずれかの残りの部分が、前記より低い圧へと膨張し、その後、前記膨張した液流が、前記下部の塔中央のフィード位置で前記蒸留塔に供給される、
請求項2に記載のプロセス。 - (a)前記リサイクル流が、更なる熱交換手段で加熱されて加熱されたリサイクル流を形成し、
(b)前記加熱されたリサイクル流が、より高い圧へと圧縮されて前記圧縮流を形成し、
(c)前記圧縮流が、前記更なる熱交換手段へと導かれ且つ冷却され、それによってステップ(a)の加熱の少なくとも一部を供給して冷却された圧縮流を形成し、
(d)前記冷却された圧縮流が前記熱交換手段へと導かれ、実質的に凝縮するまで冷却されて、前記実質的に凝縮した流れを形成する、
請求項1に記載のプロセス。 - (a)前記リサイクル流が更なる熱交換手段で加熱されて、加熱されたリサイクル流を形成し、
(b)前記加熱されたリサイクル流がより高い圧に圧縮されて、前記圧縮流を形成し、
(c)前記圧縮流が前記更なる熱交換手段へと導かれて冷却され、それによってステップ(a)の加熱の少なくとも一部を供給し、冷却された圧縮流を形成し、
(d)前記冷却された圧縮流が前記熱交換手段へと導かれ、実質的に凝縮するまで冷却されて、前記実質的に凝縮した流れを形成する、
請求項2に記載のプロセス。 - (a)前記リサイクル流が更なる熱交換手段で加熱されて加熱されたリサイクル流を形成し、
(b)前記加熱されたリサイクル流がより高い圧へと圧縮されて、前記圧縮流を形成し、
(c)前記圧縮流が前記更なる熱交換手段へと導かれて冷却され、それによってステップ(a)の加熱の少なくとも一部を供給して、冷却された圧縮流を形成し、
(d)前記冷却された圧縮流が前記熱交換手段へと導かれ、実質的に凝縮するまで冷却されて、前記実質的に凝縮した流れを形成する、
請求項3に記載のプロセス。 - 前記熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項1に記載のプロセス。
- 前記熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項2に記載のプロセス。
- 前記熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項3に記載のプロセス。
- 前記熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項4に記載のプロセス。
- 前記熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項5に記載のプロセス。
- 前記熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項6に記載のプロセス。
- 前記蒸留液流が圧送手段を用いてより高い圧へと圧縮される、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、または12に記載のプロセス。
- 前記圧送手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項13に記載のプロセス。
- メタン、C2成分、C3成分、及びより重質な炭化水素成分を含有するガス流を、揮発性残留ガス留分と、前記C2成分、C3成分、及びより重質な炭化水素成分または前記C3成分及びより重質な炭化水素成分の大部分を含有する相対的に揮発性の低い留分とに分離するための装置において、前記装置中に、
(a)少なくとも、加圧下で実質的に完全に凝縮するように冷却され、それによって実質的に凝縮した第1の流れを形成した第1の流れと、少なくとも、加圧下で冷却され、それによって冷却された第2の流れを形成した第2の流れとを生成するための1または複数の熱交換手段及び少なくとも1の分離手段と、
(b)前記実質的に凝縮した第1の流れを加圧下で受け入れ、これをより低い圧へと膨張させ、それにより前記第1の流れが更に冷却され、それによって膨張した更に冷却された第1の流れを形成するように接続された第1の膨張手段と、
(c)前記膨張した更に冷却された第1の流れを塔頂フィード位置で受け入れるように前記膨張手段に接続された蒸留塔であり、少なくとも塔頂留出蒸気流及び塔底液流を生成する前記蒸留塔と、
(d)前記冷却された第2の流れを加圧下で受け入れ、これを前記より低い圧へと膨張させ、それによって膨張した第2の流れを形成するように接続された第2の膨張手段と、
(e)前記膨張した第2の流れを塔中央のフィード位置で受け入れるように前記第2の膨張手段に更に接続された前記蒸留塔と、
(f)少なくとも、前記膨張した更に冷却された第1の流れ及び前記膨張した第2の流れを前記より低い圧で分留し、それにより前記相対的に揮発性の低い留分の前記成分が前記塔底液流中に回収され、前記揮発性残留ガス留分が前記塔頂留出蒸気流として排出されるように改造された前記蒸留塔
が存在し、
改良として、前記1または複数の熱交換手段が、前記第1の流れの少なくとも一部が凝縮するように改造され、それによって少なくとも一部が凝縮した第1の流れを形成し、前記装置が、
(1)前記塔頂留出蒸気流を受け入れ、これを凝縮流と接触させ、それによって前記塔頂留出蒸気流の揮発性のより低い成分を凝縮させ、一部が精留された蒸気流を形成するための、単一の機器単位体である処理装置集合体中に格納され、前記蒸留塔に接続された吸収手段と、
(2)前記吸収手段の上部領域から前記一部が精留された蒸気流を受け入れ、それにより前記一部が精留された蒸気流が冷却され、同時に前記一部が精留された蒸気流のより揮発性の低い成分を凝縮させ、それによって更に精留された蒸気流及び前記凝縮流を形成するための、前記処理装置集合体中に格納され、前記吸収手段に接続された熱及び物質移動手段であり、前記吸収手段に更に接続されて、前記凝縮流を前記吸収手段へと導く前記熱及び物質移動手段と、
(3)前記更に精留された蒸気流及び加熱されたフラッシュ膨張流を受け入れて混合流を形成するための、前記熱及び物質移動手段に接続された第1の混合手段と、
(4)前記混合流を受け入れてこれを加熱し、それによって加熱された混合流を形成するための、前記第1の混合手段に接続された第2の熱交換手段と、
(5)前記加熱された混合流を受け入れ、これをリサイクル流と前記揮発性残留ガス留分とに分離するための、前記第2の熱交換手段に接続された第2の分離手段と、
(6)前記リサイクル流を受け入れ、これをより高い圧へと圧縮し、それによって圧縮流を形成するための、前記第2の分離手段に接続された圧縮手段と、
(7)前記圧縮流を受け入れ、これを実質的に凝縮するまで冷却し、それによってステップ(4)の加熱の少なくとも一部を供給し、実質的に凝縮した流れを形成するための、前記圧縮手段に更に接続された前記第2の熱交換手段と、
(8)前記実質的に凝縮した流れを受け入れ、これを前記より低い圧へと膨張させ、それによってフラッシュ膨張流を形成するための、前記第2の熱交換手段に接続された第3の膨張手段と、
(9)前記フラッシュ膨張流を受け入れてこれを加熱し、それによってステップ(2)の冷却を供給して前記加熱されたフラッシュ膨張流を形成するための、前記第3の膨張手段に更に接続された前記熱及び物質移動手段と、
(10)前記少なくとも一部が凝縮した第1の流れを受け入れ、これを加圧下で更に冷却してこれを実質的に凝縮させ、それによってステップ(4)の加熱の少なくとも一部を供給し、更に冷却された実質的に凝縮した第1の流れを形成するための、前記1または複数の熱交換手段及び前記少なくとも1の分離手段に更に接続された前記第2の熱交換手段と、
(11)前記更に冷却された実質的に凝縮した第1の流れを受け入れ、これを前記より低い圧へと膨張させ、それによって前記膨張した更に冷却された第1の流れを形成するための前記第1の膨張手段であり、これを前記第2の熱交換手段に接続するように改造された前記第1の膨張手段と、
(12)前記吸収手段の下部領域からの蒸留液流及び前記膨張した更に冷却された第1の流れを受け入れ、混合フィード流を形成するための、前記吸収手段及び前記第1の膨張手段に接続された第2の混合手段であり、上記蒸留塔に更に結合され、前記混合フィード流を前記蒸留塔の前記塔頂フィード位置で供給する前記第2の混合手段と、
(13)少なくとも前記混合フィード流及び前記膨張した第2の流れを前記より低い圧で分留するように改造され、それにより前記相対的に揮発性の低い留分の前記成分が前記塔底液流中に回収される前記蒸留塔と、
(14)前記蒸留塔への前記フィード流の量及び温度を調節して、前記蒸留塔の塔頂留出物の温度を、前記相対的に揮発性の低い留分中の前記成分の大部分が前記塔底液流中に回収される温度に維持するように改造された制御手段と
を更に備える、前記装置。 - (1)前記1または複数の熱交換手段が、加圧下で前記ガス流を一部が凝縮するのに十分に冷却し、それによって一部が凝縮したガス流を形成するよう改造され、
(2)フィード分離手段が前記1または複数の熱交換手段に接続され、前記一部が凝縮したガス流を受け入れ、これを蒸気流と少なくとも1の液流に分離し、
(3)前記少なくとも1の分離手段が前記フィード分離手段に接続され、前記蒸気流を受け入れ、これを少なくとも前記第1の流れと前記冷却された第2の流れとに分離するように改造され、
(4)前記1または複数の熱交換手段が前記少なくとも1の分離手段に接続され、前記第1の流れを受け入れ、これを実質的に凝縮させるのに十分に冷却し、それによって前記実質的に凝縮した第1の流れを形成するように改造され、
(5)前記第2の膨張手段が前記少なくとも1の分離手段に接続され、前記冷却された第2の流れを受け入れ、これを前記より低い圧へと膨張させ、それによって前記膨張した第2の流れを形成するように改造され、
(6)第4の膨張手段が前記フィード分離手段に接続され、前記少なくとも1の液流の少なくとも一部を受け入れ、これを前記より低い圧へと膨張させ、それによって膨張した液流を形成し、前記第4の膨張手段は前記蒸留塔に更に接続され、前記塔中央のフィード位置よりも低い下部の塔中央のフィード位置で前記膨張した液流を前記蒸留塔に供給し、
(7)前記蒸留塔が少なくとも前記混合フィード流、前記膨張した第2の流れ、及び前記膨張した液流を前記より低い圧で分留し、それにより前記相対的に揮発性の低い留分の前記成分が前記塔底液流中に回収されるように改造されている、
請求項15に記載の装置。 - (1)前記少なくとも1の分離手段が、前記蒸気流を少なくとも更なる蒸気流と前記第2の流れとに分離するように改造され、
(2)気液混合手段が前記少なくとも1の分離手段及び前記フィード分離手段に接続され、前記更なる蒸気流及び前記少なくとも1の液流の少なくとも一部を受け入れて前記第1の流れを形成し、
(3)前記1または複数の熱交換手段が、前記気液混合手段に接続され、前記第1の流れを受け入れ、これを実質的に凝縮させるのに十分に冷却し、それによって前記実質的に凝縮した第1の流れを形成するように改造され、
(4)前記第4の膨張手段が、前記少なくとも1の液流のいずれかの残りの部分を受け入れ、これを前記より低い圧へと膨張させ、その後前記膨張した液流が前記下部の塔中央のフィード位置で前記蒸留塔に供給されるように改造されている、
請求項16に記載の装置。 - (a)第3の熱交換手段が前記第2の分離手段に接続され、前記リサイクル流を受け入れてこれを加熱し、それによって加熱されたリサイクル流を形成し、
(b)前記圧縮手段が、前記第3の熱交換手段に接続され、前記加熱されたリサイクル流を受け入れてこれをより高い圧へと圧縮し、それによって前記圧縮流を形成するように改造され、
(c)前記第3の熱交換手段が前記圧縮手段に更に接続され、前記圧縮流を受け入れてこれを冷却し、それによってステップ(a)の加熱の少なくとも一部を供給して冷却された圧縮流を形成し、
(d)前記第2の熱交換手段が、前記第3の熱交換手段に接続され、前記冷却された圧縮流を受け入れてこれを実質的に凝縮するまで冷却し、それによって前記実質的に凝縮した流れを形成するように改造されている、
請求項15に記載の装置。 - (a)第3の熱交換手段が前記第2の分離手段に接続され、前記リサイクル流を受け入れてこれを加熱し、それによって加熱されたリサイクル流を形成し、
(b)前記圧縮手段が、前記第3の熱交換手段に接続され、前記加熱されたリサイクル流を受け入れてこれをより高い圧へと圧縮し、それによって前記圧縮流を形成するように改造され、
(c)前記第3の熱交換手段が、前記圧縮手段に更に接続され、前記圧縮流を受け入れてこれを冷却し、それによってステップ(a)の加熱の少なくとも一部を供給して冷却された圧縮流を形成し、
(d)前記第2の熱交換手段が、前記第3の熱交換手段に接続され、前記冷却された圧縮流を受け入れてこれを実質的に凝縮するまで冷却し、それによって前記実質的に凝縮した流れを形成するように改造されている、
請求項16に記載の装置。 - (a)第3の熱交換手段が前記第2の分離手段に接続され、前記リサイクル流を受け入れてこれを加熱し、それによって加熱されたリサイクル流を形成し、
(b)前記圧縮手段が、前記第3の熱交換手段に接続され、前記加熱されたリサイクル流を受け入れてこれをより高い圧へと圧縮し、それによって前記圧縮流を形成するように改造され、
(c)前記第3の熱交換手段が前記圧縮手段に更に接続され、前記圧縮流を受け入れてこれを冷却し、それによってステップ(a)の加熱の少なくとも一部を供給して冷却された圧縮流を形成し、
(d)前記第2の熱交換手段が、前記第3の熱交換手段に接続され、前記冷却された圧縮流を受け入れてこれを実質的に凝縮するまで冷却し、それによって前記実質的に凝縮した流れを形成するように改造されている、
請求項17に記載の装置。 - 前記第2の熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項15に記載の装置。
- 前記第2の熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項16に記載の装置。
- 前記第2の熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項17に記載の装置。
- 前記第2の熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項18に記載の装置。
- 前記第2の熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項19に記載の装置。
- 前記第2の熱交換手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項20に記載の装置。
- (1)圧送手段が前記吸収手段に接続され、前記吸収手段の前記下部領域からの前記蒸留液流を受け入れてこれをより高い圧へと圧送し、それによって圧送された蒸留液流を形成し、
(2)前記第2の混合手段が前記圧送手段及び前記第1の膨張手段に接続され、前記圧送された蒸留液流及び前記膨張した更に冷却された第1の流れを受け入れて前記混合フィード流を形成するように改造された、請求項15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、または26に記載の装置。 - 前記圧送手段が前記処理装置集合体中に格納されている、請求項27に記載の装置。
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