JP4230956B2 - 天然ガスからのメタンより重い成分回収方法及び装置 - Google Patents

天然ガスからのメタンより重い成分回収方法及び装置 Download PDF

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    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/50—Arrangement of multiple equipments fulfilling the same process step in parallel

Description

未精製の天然ガスは、主としてメタンを含み、そしてまた、水、硫化水素、二酸化炭素、水銀、窒素、及び一般には炭素原子数２〜６の軽質炭化水素を含めることのできる多数の少量成分も含有する。これらの成分のうちの一部、例えば水、硫化水素、二酸化炭素及び水銀等は、天然ガスの処理あるいは液化天然ガス（ＬＮＧ）の製造等の下流の処理にとって有害な汚染物質であり、これらの汚染物質はこれらの処理工程の上流で除去しなければならない。メタンより重い炭化水素は一般に、凝縮させて天然ガスの液（ＮＧＬ）として回収し、精留して有用な炭化水素製品にされる。
ＮＧＬの回収は、かなりの量の寒冷を必要とする冷却工程、部分凝縮工程、そして精留工程を利用する。この寒冷は、昇圧した天然ガス原料の仕事膨張とその結果得られる凝縮炭化水素の気化により供給することができる。それとは別に、あるいはそれに加えて、プロパン等の冷媒を使用する外部の閉ループ冷却により寒冷を供給ことがある。ＮＧＬは、昇圧した天然ガスから、天然ガス圧力を有意に低下させずに回収することが望ましい。これは、原料及び／又は製品の再圧縮を必要としないように原料圧力で又はそれよりわずかに低い圧力で天然ガス製品（例えばパイプラインガス又はＬＮＧ）を供給することを可能にする。
冷却エネルギーの消費量を最小限にしながら原料圧力近くのＮＧＬ製品と天然ガス製品を回収するためには、改良したＮＧＬ回収法が必要とされる。以下において説明し、そして特許請求の範囲により規定される本発明は、メタンの臨界圧力より有意に高い圧力で運転することができ、天然ガス原料圧力を処理工程で低下させる必要のない、リーンオイル吸収タイプの改良ＮＧＬ回収法を提供するものである。
本発明の態様には、天然ガスからメタンより重い成分を回収するための方法が含まれ、この方法は、
（ａ）天然ガス原料を冷却して冷却天然ガス原料とし、この冷却天然ガス原料を吸収塔へその第一の箇所で導入すること、
（ｂ）この吸収塔から、メタンより重い成分の減少した第一の塔頂蒸気流と、メタンより重い成分を富化した塔底流とを抜き出すこと、
（ｃ）第一の箇所より上方の当該吸収塔の第二の箇所でメタンに富む還流を導入すること、
（ｄ）塔底流を、メタンを富化した流れとエタンより重い成分を富化した１又は２以上の流れとに分けること、及び
（ｅ）エタンより重い成分を含む吸収液を第一の箇所と第二の箇所との間の箇所で当該吸収塔へ導入すること、
を含む。
この方法は、（ｄ）におけるエタンより重い成分を富化した１又は２以上の流れの全て又は、いずれかのうちの一部分を、（ｃ）におけるメタンに富む還流と一緒にすることを更に含むことができる。あるいはまた、この方法は、（ｄ）におけるエタンより重い成分を富化した１又は２以上の流れの全て又は、いずれかのうちの一部分を、製品流として抜き出すことを更に含むことができる。天然ガス原料は６００ｐｓｉａより高い圧力であることができる。
吸収液は、（ｄ）におけるエタンより重い成分を富化した１又は２以上の流れのうちのいずれかより得られる成分を含んでもよい。吸収液は、炭素原子数が５以上の炭化水素を５０モル％より多く含有することができる。あるいはまた、吸収液は、炭素原子数が４以上の炭化水素を５０モル％より多く含有してもよい。別の態様では、吸収液は炭素原子数が３以上の炭化水素を５０モル％より多く含有してもよい。
吸収液は、吸収塔へ導入する前に、気化する再循環冷媒との間接熱交換により冷却してもよい。この気化する再循環冷媒はプロパンであることができる。
この方法は更に、第一の塔頂蒸気流を冷却し部分的に凝縮させて二相流を作り、この二相流を分けて第二の塔頂蒸気流と（ｃ）におけるメタンに富む還流とを提供することができる。第二の塔頂蒸気流は、メタンより重い成分の減少した製品流として回収してもよい。（ｄ）におけるメタンを富化した１又は２以上の流れの全て又はいずれかのうちの一部分は、この二相流に分ける前に第一の塔頂蒸気流と一緒にすることができる。
第一の塔頂蒸気流を冷却し部分的に凝縮させるための寒冷は、気化する冷媒との間接熱交換で提供してもよい。この気化する冷媒は多成分冷媒であることができる。
この方法は更に、第二の塔頂蒸気流を冷却し、凝縮させ、そして過冷却して、液化天然ガス製品を提供することを更に含むことができる。第二の塔頂蒸気流を冷却、凝縮及び過冷却するのに必要な寒冷の全て又は一部分は、気化する冷媒との間接熱交換により供給することができる。この気化する冷媒は多成分冷媒であることができる。
第二の塔頂蒸気流を冷却、凝縮及び過冷却するのに必要な寒冷の全て又は一部分は、窒素を含む圧縮した冷媒の仕事膨張により得られる低温冷媒との間接熱交換で供給してもよい。
天然ガス原料の冷却の全部又は一部は、気化する冷媒の１又は２以上の流れとの間接熱交換で行うことができる。この気化する冷媒はプロパンであることができる。
この方法は更に、吸収塔からの液体塔底流との間接熱交換により天然ガス原料の冷却の一部を行い、それにより気化した塔底流を得て、この気化した塔底流を吸収塔へ導入して沸騰蒸気を提供することを含むことができる。
この方法は更に、（ｄ）におけるメタンを富化した流れを冷却し、凝縮させ、過冷却してメタンに富む液化製品を提供することを含むことができる。このメタンを富化した流れを冷却、凝縮及び過冷却するのに必要な寒冷の全部又は一部は、気化する冷媒との間接熱交換で供給することができる。あるいはまた、メタンを富化した流れを冷却、凝縮及び過冷却するのに必要な寒冷の全部又は一部は、窒素を含む圧縮冷媒の仕事膨張により供給される低温冷媒との間接熱交換で供給してもよい。液化したメタンに富む製品は、液化天然ガス製品と一緒にしてもよい。
本発明の態様には、天然ガスからメタンより重い成分を回収するための装置も含まれ、この装置は、
（ａ）天然ガスをメタンに富む流れとメタンより重い成分を富化した流れとに分けるための吸収塔、
（ｂ）天然ガス原料を冷却して冷却天然ガス原料を提供するための冷却手段及びこの冷却天然ガス原料を上記吸収塔にその第一の箇所で導入するための手段、
（ｃ）当該吸収塔から、メタンより重い成分の減少した第一の塔頂蒸気流とメタンより重い成分を富化した塔底流とを抜き出すための手段、
（ｄ）第一の箇所より上方の吸収塔の第二の箇所でメタンに富む還流を導入するための手段、
（ｅ）塔底流を分けてメタンを富化した流れとエタンより重い成分を富化した１又は２以上の流れとにするための分離手段、及び
（ｆ）エタンより重い成分を含む吸収液を第一の箇所と第二の箇所との間の箇所で吸収塔に導入するための手段、
を含む。
この装置は更に、第一の塔頂蒸気流を冷却し部分的に凝縮させて二相流を作るための手段と、この二相流を分けて第二の塔頂蒸気流とメタンに富む還流を提供するための手段を含むことができる。この装置は更に、第一の塔頂蒸気流を気化する多成分冷媒との間接熱交換により冷却し部分的に凝縮させるための流動路を有し、圧縮多成分冷媒を冷却するための流動路を有する主熱交換器と、この多成分冷媒の圧力を下げて当該気化する多成分冷媒を得るための減圧手段と、当該気化する多成分冷媒を主熱交換器で分配するための手段とを含むことができる。
この装置は更に、第二の塔頂蒸気流を冷却し少なくとも部分的に凝縮させて液化天然ガス製品を提供するための、主熱交換器中の追加の流動路を含むことができる。その上に、この装置は、液化天然ガス製品を窒素を含む圧縮冷媒の仕事膨張により得られる低温冷媒との間接熱交換により更に冷却する製品熱交換器を更に含むことができる。
天然ガスの液（ＮＧＬ）は、冷却した天然ガス原料流を吸収塔へ導入し、吸収塔の塔頂生成物を部分的に凝縮させて凝縮液を還流として塔へ戻すことによりメタンに富む還流を供給し、そして吸収液を吸収塔へ中間の箇所で導入する吸収法により、本発明の態様に従って昇圧天然ガスから回収される。この吸収液は、吸収塔からの液体塔底流を分別してエタンより重い炭化水素を含有する１又は２以上の液体流を得て、これらの流れのうちの少なくとも一つのものの一部分又は全部を戻して吸収液を提供することにより供給することができる。吸収液は、原料流とメタンに富む還流を導入する箇所の中間の箇所で吸収塔へ導入される。このＮＧＬ回収法は、最終のガスの液化のために供給される寒冷のうちの一部を吸収塔の塔頂生成物の凝縮のために利用するよう天然ガスの液化プロセスと一体化してもよい。好ましくは、ＮＧＬ成分を分離する分別処理を利用して吸収液を作る。
ＮＧＬの回収とＬＮＧの製造のための寒冷を高レベルのプロパンの寒冷と、メタンとエタンを含む混合冷媒を使用する中間レベルの寒冷と、低レベルのガス膨張の寒冷の組み合わせにより供給する図１でもって、本発明の実例の態様を説明する。プロパンの寒冷は、前処理した昇圧天然ガス原料をＮＧＬ吸収塔の運転温度に冷却するのと混合冷媒を凝縮させるのに利用される。混合冷媒は、ＮＧＬ吸収塔からのメタンに富む塔頂蒸気を冷却し凝縮させてメタンに富む還流を吸収塔の上部へ供給するのに利用される。ガス膨張の寒冷は、凝縮させたＬＮＧを、一般に約２０ｐｓｉａより低い貯蔵圧力にＬＮＧを低下させるときにフラッシュ気化損失を最小限にするのに十分なレベルまで過冷却するのに利用される。
ＮＧＬの回収とＬＮＧの製造のための寒冷を供給するのに、このほかの任意のタイプの１又は２以上の冷却系を使用してもよい。例えば、この寒冷は、メタン、エタン又はエチレン、及びプロパンのカスケード冷却系、混合冷媒を使用する単一の冷却系、プロパンで予冷される混合冷媒冷却系、あるいは複式混合冷媒冷却系により供給することができる。種々のタイプのガス膨張冷却サイクルを、これらの冷却系のいずれにも組み入れることができる。ガスあるいは液体のプロセス流を扱う天然ガス及び／又は冷媒エキスパンダーを、適宜冷却系に組み入れることもできる。本発明の基本的な態様は、ＮＧＬの回収とＬＮＧの製造に使用される冷却のタイプとは無関係である。
この典型的な態様では、酸性ガス成分の硫化水素と二酸化炭素を除去するため前処理されている管路１の昇圧した天然ガス原料を、熱交換器３で管路５により供給される気化するプロパン冷媒との間接熱交換により冷却する。一般に６００〜９００ｐｓｉａ及び６０〜８０°Ｆの、管路７の予冷した原料ガスを、処理装置９で更に処理して水と水銀を除去する。この時点で原料ガスは、主としてメタンを、より低濃度のＣ2〜Ｃ6の範囲のより重質の１又は２種以上の炭化水素とともに含有する。予冷し前処理した管路１１の原料ガスを管路１３と１５により二つの部分に分割し、管路１３のガスの部分を熱交換器１７で管路１９により供給される気化するプロパン冷媒により冷却し、そして引き続き熱交換器２１で管路２３により供給される気化するプロパン冷媒により冷却する。管路１５のガスの他方の部分は、熱交換器２５で管路２７により供給される気化するプロセス流（後で説明される）により冷却する。管路２９の冷却した原料を熱交換器２１からの冷却した原料と一緒にして、この一緒にした原料流を熱交換器３１で管路３３経由の気化するプロパン冷媒により更に冷却する。
管路３５の、一般に−２０〜−４０°Ｆの一緒にした原料流は、吸収塔３７内へその中間の箇所又は第一の箇所から入る。この塔は、原料を重質の炭化水素を富化した塔低液とメタンを富化した第一の塔頂蒸気に分ける。塔低液のうちの一つの部分を管路２７により抜き出し、先に説明したように熱交換器２５で気化させ、その結果得られた蒸気は管路３９を流れて吸収塔３７の沸騰蒸気を提供する。一般に天然ガスの液（ＮＧＬ）として説明される、他方の塔低液は、管路４１を経由してＮＧＬ分別装置４３へと流れる。ここで、脱エタン塔、脱プロパン塔、及び／又は脱ブタン塔を含めた周知の蒸留プロセスを使用してＮＧＬを分離して、２以上の炭化水素分を得る。この例では、管路４１の塔低液を、メタンとエタンを含有する管路４５の軽質分、管路４７の主としてプロパンを含有する分、管路４９の主としてＣ4炭化水素を含有する分、そして管路５１の主としてＣ5とそれより重質の炭化水素を含有する分に分ける。所望ならば、別のエタンを富化した分も製造することができる。
管路５１のＣ5とそれより重質の炭化水素のうちの一部を管路５３により抜き出し、ポンプ５５で送り出し、熱交換器５７で管路５９よりの気化するプロパン冷媒との熱交換で冷却し、管路６１により戻して、原料流が管路３５で導入される第一の箇所より上方の箇所で吸収液を吸収塔３７へ供給する。この吸収液は、吸収塔を上方へ通り抜ける原料ガスから重質炭化水素を吸収する役目を果たす。Ｃ5とそれより重質の炭化水素のうちの残りは管路５２により抜き出される。
別の態様では、管路４９と４７のＣ4及び／又はＣ3炭化水素のうちの一部を抜き出し管路５３へ導入していくらか軽質の吸収液を作ることができる。もう一つの態様では、吸収液はＣ5 +炭化水素のないＣ3及び／又はＣ4炭化水素を含むことができる。任意の炭化水素液、又はＮＧＬ分別系４３で回収される液の混合物を、吸収塔３７の吸収液として使用することができる。吸収液の組成の選定は、最終のＬＮＧ製品の所望の組成と特定のＮＧＬ成分の所望の回収率により決定される。
非常に大きなＬＮＧ製造設備では、複数の並列液化トレインが必要とされることがあり、そのおのおのが原料前処理工程と冷却工程、吸収塔３７、主熱交換器６７、ＬＮＧ過冷却器８３、そして関連の容器と配管を含む。複数のガス液化トレインで凝縮させて一緒にしたＮＧＬ流を分別するのには、共通のＮＧＬ分別系を使用することができる。この態様では、吸収塔のおのおののための吸収液はこの共通のＮＧＬ分別系から供給される。
主にメタンを、少量のエタン、プロパン及びＣ5 +炭化水素とともに含有している、一般に−１５〜−３５°Ｆの塔頂蒸気を、管路６３により吸収塔３７から抜き出し、主熱交換器６７の対応する流動路６５で冷却し部分的に凝縮させて、分離容器又は還流ドラム６９で蒸気流と液体流に分離する。吸収塔３７からの塔頂生成物の主としてメタンを少量のエタン、プロパン及びＣ5 +炭化水素とともに含有している分離された液を、管路７１により還流ドラム６９から抜き出す。この液はポンプ７３により送り出され、管路７５を流れて、吸収液が管路６１により導入される第一の箇所より上方の第二の箇所で吸収塔３７の上部へメタンに富む還流を供給する。
メタンに富む第二の塔頂蒸気を還流ドラム６９から管路７７により抜き出し、主熱交換器６７の対応する流動路７９で冷却し凝縮させて液化天然ガス（ＬＮＧ）を作る。−１５０〜−１８０°Ｆの液が管路８１を経由してＬＮＧ過冷却熱交換器８３へと流れ、そこで対応する流動路８５において−１８０〜−２４０°Ｆに過冷却される。この過冷却した液は弁８７をまたいでフラッシュされ、管路８９で製品ドラム９１へ送られて、管路９３の最終ＬＮＧ製品と管路９５の残留フラッシュガスに分けられる。
ＮＧＬ分別系４３で回収された管路４５のメタンとエタンは主熱交換器６７の対応する流動路９７で冷却及び凝縮されて、追加の液体製品をもたらす。この液体製品は管路９９により抜き出され、ＬＮＧ過冷却器８３の対応する流動路１０１で過冷却され、弁１０３をまたいでフラッシュされて、管路８９を通して製品ドラム９１へ送られて追加のＬＮＧ製品を提供する。
上述の方法のための寒冷は、例えば、再循環する液体プロパン冷媒により第一の又は一番温かい温度範囲で、再循環する多成分液体冷媒により第二の又は中間の温度範囲で、そして低温の気体冷媒により第三の又は一番冷たい温度範囲で、供給することができる。一つの態様では、管路５、１９、２３、３３及び５７のいくつかの温度レベルの液体プロパン冷媒を、当該技術で周知のタイプの任意の再循環プロパン冷却系により提供することができる。このほかの冷媒、例えばプロピレン又はフレオンを、第一の又は一番温かい温度範囲のプロパンの代わりに使用してもよい。
圧縮した多成分液体の冷媒を、管路１０５により主熱交換器６７へ供給してもよく、この場合の冷媒は対応する流動路１０７で過冷却され、弁１０９をまたいでフラッシュされて、管路１１１と分配器１１３を通して導入される。この多成分冷媒は主熱交換器６７内で気化されてそこでの寒冷を提供し、気化した冷媒は管路１１５により抜き出され、冷媒の圧縮及び凝縮系（図示せず）へ戻される。ＬＮＧ過冷却器８３への寒冷は、対応する流動路１１９で加温されて過冷却器８３の寒冷を供給する低温冷媒、例えば管路１１７を経由する窒素又は窒素含有混合物により供給することができる。加温した冷媒は、管路１１７の低温冷媒を供給する圧縮及びガス膨張系（図示せず）へ管路１２１を経由して戻される。あるいはまた、ＮＧＬの回収及びＬＮＧの製造のための寒冷は、メタン、エタン又はエチレン、そしてプロパンのカスケード冷却系により、混合冷媒を使用する単一の冷却系により、プロパンで予冷された混合冷媒冷却系により、あるいは複式混合冷媒冷却系により供給することができる。種々のタイプのガス膨張冷却サイクルを、これらの冷却系のいずれに組み入れることもできる。
この方法は、ＬＮＧを製造するのとＮＧＬを回収するのに共通の冷却系を利用する変更されたリーンオイル（Ｃ4〜Ｃ6 +）吸収タイプのＮＧＬ回収法である。原料ガスからＮＧＬを分離するのに必要とされる中間レベルの寒冷、例えばエタン、エチレン又は多成分冷媒の寒冷は、ＬＮＧを製造するのに必要とされる全寒冷のうちの小さな部分である。
ＮＧＬ吸収塔のためのメタンに富む還流液は、Ｃ4〜Ｃ6 +吸収液を塔へ導入時にフラッシュされるＣ4〜Ｃ6 +成分の大部分をも含有しているメタンを富化した吸収塔の塔頂蒸気の冷却の際に発生される。これらの重質炭化水素を吸収塔の上部で導入するのは、塔の上方部分の蒸気と液の混合物の臨界圧力を上昇させて、塔を有意により高い圧力で運転するのを、例えば、天然ガス原料の圧力を低下させる必要がないようにメタンの臨界圧力（６７３ｐｓｉａ）より高い圧力で運転するのを、可能にする。Ｃ4〜Ｃ6 +吸収液又は分別部４３で製造される炭化水素液又は液の混合物の一部を、随意に、管路７１のメタンに富む還流液と、又は吸収塔３７からの第一の塔頂蒸気流６３と、主熱交換器６７の流動路６５での冷却前又は後に混合することができる。これは、吸収塔の上部における蒸気と液の混合物の臨界圧力を更に上昇させて、所望ならば塔をわずかにより高い圧力で運転するのを可能にする。
この方法はまた、天然ガス原料流の圧力を低下させずにＮＧＬを回収するのを可能にする重質炭化水素（Ｃ4〜Ｃ6 +）吸収液を製造するためＮＧＬ成分を分離するのに必要とされる分別プロセスを利用する。
一番高い可能な圧力でＬＮＧ製造設備を運転するのは、メタンに富むＬＮＧ流の凝縮温度範囲を上昇させ、そして液化プロセスのための寒冷を提供するのに必要とされるエネルギーを有意に減少させる。ＮＧＬ吸収塔部へＣ4〜Ｃ6 +吸収液の供給箇所より上でメタンに富む還流液を導入するのも、最終のＬＮＧ製品の重質炭化水素汚染の問題を回避する。
ＮＧＬの回収が必要とされない場合には、この変更リーンオイル吸収法は天然ガス原料流から凝固点の高い重質炭化水素を除去するのに利用することもできる。これは、ＬＮＧの生産に必要とされる低温での凍結と閉塞を防止する。この場合、分別部は、例えば、重質炭化水素（Ｃ5 +）吸収液を塔底生成物として製造しそれより軽い成分の塔頂生成物を廃棄するための脱ブタン塔と関連のリボイラー及び塔頂コンデンサーのみからなることができる。これらの液質性分は随意に、ＬＮＧとして回収してもよい。Ｃ4 +重質炭化水素吸収液を使用する場合には、分別部は、重質炭化水素（Ｃ4 +）吸収液を塔底生成物として製造しそれより軽い成分の塔頂生成物を廃棄するための脱プロパン塔と関連のリボイラー及び塔頂コンデンサーのみを含むことができる。
随意に、上述の変更リーンオイル吸収法は処理した天然ガスを液化することなく運転してもよい。これは、天然ガス原料をＮＧＬの回収のために処理するのを可能にし、また、精製した天然ガスを原料圧力の近くで提供するのを可能にし、そしてこれは天然ガス製品をパイプラインガスとして移送する場合に有利である。
別の態様においては、原料を吸収塔３７へ塔低部で導入し、リボイラー２５を使用せず、そして塔を濃縮部のみで運転する。この別態様の吸収塔からの塔低液は、ＮＧＬ分別系４３の一部としてのリボイラー付き脱メタン塔で分離される。
上述の方法のプロセスシミュレーションを、本発明の態様を例示するために行った。図を参照して、天然ガスを酸性ガス（ＣＯ2とＨ2Ｓ）の除去のために前処理（図示せず）し、３．９％の窒素、８７．０％のメタン、５．５％のエタン、２．０％のプロパン、０．９％のブタン、及び０．７％のペンタンとこれより重質の炭化水素という組成（モル％）の１３７，８２４ポンドモル／ｈ、９８°Ｆ及び８９０ｐｓｉａの管路１の前処理済み原料を供給する。この原料を熱交換器３で高レベルのプロパン冷媒により約８０°Ｆに予冷してから、追加の前処理工程９で水と水銀を除去する。
管路１１の天然ガス原料を、熱交換器１７、２１及び３１で３つの別のレベルのプロパン冷媒により−２７°Ｆまで更に冷却し、そして管路３５によりＮＧＬ吸収塔３７へ供給する。管路１５の原料ガスの一部を、沸騰蒸気を管路３９により吸収塔３７の低部へ供給するための吸収塔リボイラー２５で冷却する。流量が５８３５ポンドモル／ｈであり、０．５モル％のブタン、４２．６モル％のペンタン、及び５６．９モル％のＣ6 +炭化水素を含有している、−２７°Ｆ及び８４７ｐｓｉａの、分別部４３からの重質炭化水素（Ｃ5〜Ｃ6 +）吸収液を、管路６１によりＮＧＬ吸収塔３７へ供給する。この吸収液は吸収塔３７へ、天然ガス供給箇所と塔頂の間の中間の箇所で供給され、そこでこの吸収液は管路３５の原料からＣ3とこれより重い炭化水素の大部分を吸収する。
メタンを富化した第一の塔頂蒸気を管路６３によりＮＧＬ吸収塔３７から１３１，９９８ポンドモル／ｈの流量で抜き出し、これは−２１°Ｆ及び８３７ｐｓｉａで４．１％の窒素、９０．９％のメタン、４．４％のエタン、０．２％のプロパン、０．０１５％のブタン、及び０．４％のペンタンとそれより重い炭化水素を含有（モル％で）している。この塔頂蒸気は主熱交換器６７の高温部で冷却され部分的に凝縮されて、−８６°Ｆ及び８０７ｐｓｉａの還流ドラム６９へと流れる。１．４％の窒素、７４．５％のメタン、１５．２％のエタン、１．２％のプロパン、０．２％のブタン、及び７．６％のペンタンとそれより重い炭化水素を含有（モル％で）している流量５７２６ポンドモル／ｈの凝縮液を、管路７１により抜き出す。このメタンに富む液を還流ポンプ７３により管路７３を経由してＮＧＬ吸収塔３７の上部へ還流として戻して、管路６１により塔へ吸収液を導入するときにフラッシュされるＣ5 +炭化水素の大部分を吸収する。主熱交換器６７を管路１０５で供給される気化するメタン−エタン混合冷媒により冷却し、気化した冷媒は管路１１５により圧縮、冷却及び凝縮系（図示せず）へ戻す。
ＮＧＬ吸収塔３７の低部からの液を１７，３８７ポンドモル／ｈの流量で管路４１により抜き出し、この液は７２°Ｆ及び８４４ｐｓｉａで２４．６％のメタン、１５．０％のエタン、１５．２％のプロパン、７．１％のブタン、及び３８．０％のペンタンとそれより重い炭化水素を含有（モル％で）している。この塔低液は、脱エタン塔、脱プロパン塔及び脱ブタン塔を関連のリボイラー及び塔頂コンデンサーとともに含む（図示せず）ＮＧＬ分別部４３へと流れる。脱エタン塔は、−２３°Ｆ及び４５０ｐｓｉａで６２．１％のメタン、３７．８％のエタン、及び０．１％のプロパンを含有（モル％で）している流量６８９６ポンドモル／ｈの塔頂メタン−エタン（Ｃ1−Ｃ2）蒸気生成物を製造する。このメタン−エタン蒸気は管路４５を通って主熱交換器６７へ流れ、対応する流動路９７で冷却及び凝縮され、そして管路９９により液として抜き出される。
分別部４３の脱プロパン塔は、１２０°Ｆ及び２４５ｐｓｉａで９９．５モル％のプロパンを含有している流量２５８８ポンドモル／ｈの管路４７の液体塔頂生成物を製造する。分別部４３の脱ブタン塔は、１１３°Ｆ及び７８ｐｓｉａで９５モル％のブタンを含有している流量１２６９ポンドモル／ｈの管路４９により製品として抜き出される液体塔頂生成物を製造する。脱ブタン塔はまた、９８°Ｆ及び８３ｐｓｉａで０．５モル％のブタン、４２．６モル％のペンタン、及び５６．９モル％のＣ6 +炭化水素を含有している流量６６３４ポンドモル／ｈのＣ5 +液体塔底生成物も製造する。このＣ5 +液体塔底生成物の一部は７９９ポンドモル／ｈの流量で管路５２により製品として抜き出され、残りは管路５３とポンプ５５により５８３５ポンドモル／ｈの流量で抜き出される。この流れは管路５９を通して供給されるプロパン冷媒により熱交換器５７で−２７°Ｆに冷却され、そしてこの冷却された流れは管路６１を流れて、先に説明したようにＮＧＬ吸収塔３７に吸収液を供給する。
還流ドラム６９の上部からの第二の塔頂蒸気は、管路７７により１２６，２７２ポンドモル／ｈの流量で抜き出され、−８６°Ｆ及び８０７ｐｓｉａで４．３％の窒素、９１．６％のメタン、３．９％のエタン、０．１％のプロパン、及び０．１％のブタンとそれより重い炭化水素を含有（モル％で）している。この蒸気は、主熱交換器６７へと流れ、そこで対応する流動路７９で冷却され完全に凝縮されて管路８１の−１７７°Ｆの中間液化天然ガス（ＬＮＧ）製品を生成する。この中間液体製品はＬＮＧ過冷却器８３において対応する流動路８５で−２３７°Ｆに過冷却され、弁８７をまたいで１５．２ｐｓｉａにフラッシュされ、そして管路８９を経由して最終製品分離容器９１へと流れる。管路８９のその他の液（先に説明したもの）はＬＮＧ過冷却器３において対応する流動路１０１で過冷却され、弁１０３をまたいでフラッシュされ、そしてやはり管路８９により最終製品分離容器９１へと流れる。最終のＬＮＧ製品は貯蔵のために管路９３により抜き出され、そしてフラッシュガスが燃料として使用するため管路９５を通して抜き出される。ＬＮＧ過冷却器８３のための寒冷は管路１１７の低温窒素冷媒により供給され、それは対応する流動路１１９において加温され、そして加温した窒素は管路１２１により抜き出され圧縮及び仕事膨張系（図示せず）へ戻されて、管路１１７により戻りの窒素冷媒を提供する。
この典型的なプロセスは、天然ガス原料中のプロパンの９２．５％、ブタンの９８．６％、そしてＣ6とそれより重い炭化水素の９９．６％をＮＧＬ製品として回収する。ＮＧＬ分離プロセスのための寒冷は、天然ガス製品の液化のために供給される寒冷のうちの一部として得られる。原料ガス中のペンタンの約７４％がこの例ではＮＧＬ製品として回収され、このレベルはメタンに富むＬＮＧ製品中の濃度を低下させて、炭化水素の凍結と吸収塔３７の下流の低温機器の閉塞を防止するのに十分である。所望の場合には管路６１を経てＮＧＬ吸収塔３７へ至る主Ｃ5 +吸収液の流量を増加させることにより、より高レベルのプロパン回収率を得ることができる。しかし、これはまた管路７５を経て吸収塔３７の上部へ至るメタンに富む還流の流量をそれ相応に増加するのを必要とする。ＮＧＬ吸収塔３７へ至る管路６１を経る吸収液の流量と管路７５を経るメタンに富む還流液の流量が多くなると、この例では管路１０５を経るメタン−エタン混合冷媒により供給されるプロセスのために必要とされる中間レベルの寒冷の量が増加する。
この例において吸収液として主にＣ4炭化水素を使用した場合あるいはＣ4炭化水素をＣ5〜Ｃ6 +吸収液に加えた場合には、Ｃ5炭化水素の回収率が上昇するが、管路４９のＮＧＬ製品としてのＣ4炭化水素の回収率は低下する。随意に、管路６１により供給される吸収液の少なくとも一部分のためにプロパンを使用することができるが、これは管路４７による最終製品としてのプロパンの回収率を有意に低下させる。吸収液の組成の選択は、ＮＧＬ製品として回収される場合のより重い炭化水素を最終ＬＮＧ製品の一部としてのそれらの値と比べた値によって決定することができる。管路６１により供給される吸収液は、ＮＧＬ分別部４３において製造される重質炭化水素液又は液の混合物の任意の組み合わせでよい。
本発明の態様を説明する概要フローダイヤグラムである。
符号の説明
３、１７、２１、３１、５７ 熱交換器
９ 処理装置
２５ 吸収塔リボイラー
３７ 吸収塔
４３ ＮＧＬ分別装置
５５、７３ ポンプ
６７ 主熱交換器
６９ 還流ドラム
８３ ＬＮＧ過冷却器
９１ 製品ドラム

Claims (30)

  1. 天然ガスからメタンより重い成分を回収するための方法であって、
    （ａ）天然ガス原料を冷却して冷却天然ガス原料とし、この冷却天然ガス原料を吸収塔へその第一の箇所で導入すること、
    （ｂ）この吸収塔から、メタンより重い成分の減少した第一の塔頂蒸気流と、メタンより重い成分を富化した塔底流とを抜き出すこと、
    （ｃ）第一の箇所より上方の当該吸収塔の第二の箇所でメタンに富む還流を導入すること、
    （ｄ）上記塔底流を分離して、メタンを富化した流れとエタンより重い成分を富化した１又は２以上の流れとにすること、及び
    （ｅ）エタンより重い成分を含む吸収液を第一の箇所と第二の箇所との間の箇所で当該吸収塔へ導入すること、
    を含む天然ガスからのメタンより重い成分回収方法。
  2. （ｄ）におけるエタンより重い成分を富化した１又は２以上の流れの全て又は、いずれかのうちの一部分を、（ｃ）におけるメタンに富む還流と一緒にすることを更に含む、請求項１記載の方法。
  3. （ｄ）におけるエタンより重い成分を富化した１又は２以上の流れの全て又は、いずれかのうちの一部分を、製品流として抜き出すことを更に含む、請求項１記載の方法。
  4. 前記天然ガス原料が６００ｐｓｉａより高い圧力にある、請求項１記載の方法。
  5. 前記吸収液が（ｄ）におけるエタンより重い成分を富化した１又は２以上の流れのうちのいずれかより得られる成分を含む、請求項１記載の方法。
  6. 前記吸収液が炭素原子数５以上の炭化水素を５０モル％より多く含有する、請求項１記載の方法。
  7. 前記吸収液が炭素原子数４以上の炭化水素を５０モル％より多く含有する、請求項１記載の方法。
  8. 前記吸収液が炭素原子数３以上の炭化水素を５０モル％より多く含有する、請求項１記載の方法。
  9. 前記吸収液を、前記吸収塔へ導入する前に、気化する再循環冷媒との間接熱交換により冷却する、請求項１記載の方法。
  10. 前記気化する再循環冷媒がプロパンである、請求項９記載の方法。
  11. 第一の塔頂蒸気流を冷却し部分的に凝縮させて二相流を作り、この二相流を分けて第二の塔頂蒸気流と（ｃ）におけるメタンに富む還流とを提供する、請求項１記載の方法。
  12. 前記第二の塔頂蒸気流をメタンより重い成分の減少した製品流として回収する、請求項１１記載の方法。
  13. （ｄ）におけるメタンを富化した１又は２以上の流れの全て又は、いずれかのうちの一部分を、前記二相流に分ける前に第一の塔頂蒸気流と一緒にすることを更に含む、請求項１１記載の方法。
  14. 第一の塔頂蒸気流を冷却し部分的に凝縮させるための寒冷を、気化する冷媒との間接熱交換により提供する、請求項１１記載の方法。
  15. 第二の塔頂蒸気流を冷却し、凝縮させ、そして過冷却して液化天然ガス製品を提供することを更に含む、請求項１１記載の方法。
  16. 第二の塔頂蒸気流を冷却、凝縮及び過冷却するのに必要な寒冷の全て又は一部分を気化する冷媒との間接熱交換により供給する、請求項１５記載の方法。
  17. 前記気化する冷媒が多成分冷媒である、請求項１４又は１６記載の方法。
  18. 第二の塔頂蒸気流を冷却、凝縮及び過冷却するのに必要な寒冷の全て又は一部分を、窒素を含む圧縮した冷媒の仕事膨張により得られる低温冷媒との間接熱交換により供給する、請求項１５記載の方法。
  19. 前記天然ガス原料の冷却の全部又は一部を気化する冷媒の１又は２以上の流れとの間接熱交換により行う、請求項１記載の方法。
  20. 前記気化する冷媒がプロパンである、請求項１９記載の方法。
  21. 前記吸収塔からの液体塔底流との間接熱交換により前記天然ガス原料の冷却の一部を行い、それにより気化した塔底流を得て、この気化した塔底流を前記吸収塔へ導入して沸騰蒸気を提供することを更に含む、請求項１記載の方法。
  22. （ｄ）におけるメタンを富化した流れを冷却し、凝縮させ、過冷却してメタンに富む液化製品を提供することを更に含む、請求項１５記載の方法。
  23. 前記メタンを富化した流れを冷却、凝縮及び過冷却するのに必要な寒冷の全部又は一部を前記気化する冷媒との間接熱交換により供給する、請求項２２記載の方法。
  24. 前記メタンを富化した流れを冷却、凝縮及び過冷却するのに必要な寒冷の全部又は一部を窒素を含む圧縮冷媒の仕事膨張により供給される低温冷媒との間接熱交換により供給する、請求項２２記載の方法。
  25. 前記液化したメタンに富む製品を前記液化天然ガス製品と一緒にする、請求項２２記載の方法。
  26. 天然ガスからメタンより重い成分を回収するための装置であって、
    （ａ）天然ガスをメタンに富む流れとメタンより重い成分を富化した流れとに分けるための吸収塔、
    （ｂ）天然ガス原料を冷却して冷却天然ガス原料を提供するための冷却手段及びこの冷却天然ガス原料を上記吸収塔にその第一の箇所で導入するための手段、
    （ｃ）当該吸収塔から、メタンより重い成分の減少した第一の塔頂蒸気流とメタンより重い成分を富化した塔底流とを抜き出すための手段、
    （ｄ）第一の箇所より上方の当該吸収塔の第二の箇所でメタンに富む還流を導入するための手段、
    （ｅ）上記塔底流を分けてメタンを富化した流れとエタンより重い成分を富化した１又は２以上の流れとにするための分離手段、及び
    （ｆ）エタンより重い成分を含む吸収液を第一の箇所と第二の箇所との間の箇所で上記吸収塔に導入するための手段、
    を含む天然ガスからのメタンより重い成分回収装置。
  27. 第一の塔頂蒸気流を冷却し部分的に凝縮させて二相流を作るための手段と、この二相流を分けて第二の塔頂蒸気流とメタンに富む還流を提供するための手段を更に含む、請求項２６記載の装置。
  28. 第一の塔頂蒸気流を気化する多成分冷媒との間接熱交換により冷却し部分的に凝縮させるための流動路を有し、圧縮多成分冷媒を冷却するための流動路を有する主熱交換器と、この多成分冷媒の圧力を下げて当該気化する多成分冷媒を得るための減圧手段と、当該気化する多成分冷媒を主熱交換器で分配するための手段とを更に含む、請求項２７記載の装置。
  29. 第二の塔頂蒸気流を冷却し少なくとも部分的に凝縮させて液化天然ガス製品を提供するための、前記主熱交換器中の追加の流動路を更に含む、請求項２８記載の装置。
  30. 前記液化天然ガス製品を窒素を含む圧縮冷媒の仕事膨張により得られる低温冷媒との間接熱交換により更に冷却する製品熱交換器を更に含む、請求項２９記載の装置。
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