JP4624343B2 - 気体天然ガス流からの液体天然ガスの除去 - Google Patents

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Description

本発明は、気体天然ガス流から液体天然ガスを除去することに関する。明細書及び特許請求の範囲において使用される液体天然ガスなる用語は、液化石油ガス成分や天然ガソリンなどの重質炭化水素をいう。
液体天然ガスは経済的価値があり、また液体天然ガスを除去すると天然ガス流の発熱量が減少するので、液体天然ガスが除去される。
例として、液体天然ガスが除去される天然ガス流のモル組成を示す：メタン８６ｍｏｌ％、エタン６ｍｏｌ％、プロパン４ｍｏｌ％、ブタン・プラス１ｍｏｌ％、残りは窒素、二酸化炭素及びヘリウムなどの他の成分。
特に、本発明は、高圧、例えば３ＭＰａ（絶対）より大きくかつ約７ＭＰａ（絶対）の天然ガスの臨界圧力より小さい圧力にて天然ガス流からそのような液体天然ガスを除去することに関する。
天然ガス流から重質炭化水素を除去する方法は、米国特許第５３２５６７３号明細書に開示されている。この刊行物は、天然ガス流から重質炭化水素を除去することにより液化用の天然ガス流を前処理する方法を開示しており、この方法は、
ａ）上部濃縮化部と下部ストリッピング部とを備えたスクラブ塔(scrub column)中に天然ガス原料流を導入する工程；
ｂ）該塔の上部濃縮化部に導入された還流液の流れと原料流とを接触させて原料流からＣ５ ＋炭化水素を吸収する工程；
ｃ）Ｃ２-Ｃ４炭化水素を含みかつ約１ｐｐｍのＣ６ ＋炭化水素より低い濃度の塔頂の蒸気生成物を回収する工程；
ｄ）塔の下部中の液体の一部を再び沸騰させて原料流から軽質炭化水素をストリッピングする工程；
ｅ）Ｃ５ ＋炭化水素の濃縮された底部生成液を回収する工程；及び
ｆ）塔を運転して主に塔頂生成物中にＣ２-Ｃ４炭化水素を得る工程、
を含む。
この公知の方法は、非常に低い濃度のＣ６ ＋炭化水素を有する塔頂生成物を得るものであるが、この塔頂生成物はなお相当な量のエタン、プロパン及びブタンを含んでいる。
米国特許第５３２５６７３号
本発明は、プロパンの高い回収率とメタン及びエタンの高い除去率とを伴う高圧分離を行うことができる、気体天然ガス流から液体天然ガスを除去する方法を提供する。また、本発明の目的は、リボイラーの不要な液体天然ガスの除去方法を提供することである。
このため、高圧の気体天然ガス流から液体天然ガスを除去して、液体天然ガスの含有量の減少した気体生成物流を得る本発明の方法は、
（ａ）天然ガス流を冷却する工程；
（ｂ）下部ストリッピング部と上部吸収部とを備え、その各々の理論段数が１以上であるスクラブ塔の底部に、冷却した天然ガス流を導入する工程；
（ｃ）天然ガスをスクラブ塔を通して上昇させ、スクラブ塔の頂部から塔頂流を除去する工程；
（ｄ）塔頂流を部分的に凝縮し、部分的に凝縮した塔頂流を、液体天然ガスの含有量の減少した気体流と液体還流とに分離し、該気体流を液体天然ガスの含有量の減少した気体生成物流として除去する工程；
（ｅ）液体還流を第１還流と第２還流とに分割する工程；
（ｆ）第１還流をスクラブ塔の吸収部の頂部に導入する工程；
（ｇ）第２還流をストリッピング部の頂部に導入して所望の軽質気体成分をストリッピングする工程；及び
（ｈ）スクラブ塔の底部から重質成分の濃縮した底部液体流を除去する工程、
を含む。

好ましくは、本発明による方法は、液体炭化水素を吸収部の頂部に導入することをさらに含む。
以下、例として添付図面に関して本発明をさらに詳しく説明する。
まず図１を参照する。本質的に酸性ガスのない液体天然ガス（Ｃ２-Ｃ４炭化水素及びＣ５ ＋炭化水素）を含んだ気体天然ガス流が、導管１を介して熱交換器２に供給され、そこで部分的に凝縮される。部分的に凝縮された天然ガスは、導管３を通ってスクラブ塔６の底部に供給される。スクラブ塔に入る天然ガスの圧力は３〜約７ＭＰａ（絶対）であり、温度は０〜-２０℃である。
スクラブ塔６は、天然ガスが供給される圧力で動作する。スクラブ塔６は２つの部分、すなわち下部ストリッピング部７と、間隔９によりストリッピング部７から分離された上部吸収部８とを備える。ストリッピング部７は、１〜４個の理論的分離ステージを含み、吸収部８は、４〜１０個の理論的ステージを含む。理論的分離ステージは、接触トレイ又は適当なパッキング材料により設けることができる。
天然ガス流の気体フラクションは、ストリッピング部７と吸収部８を通ってスクラブ塔６中を上昇できる。天然ガス流の液体フラクションは、導管１０を通ってスクラブ塔６から除去される。
液体天然ガスの含有量が減少した塔頂流が、スクラブ塔６の頂部から導管１２を通って除去される。塔頂流は、熱交換器１４中で部分的に凝縮され、分離容器１７中で液体流と気体生成物流とに分離される。気体生成物流は、分離容器１７から導管２０を通って除去され、気体生成物流の液化プラント（図示せず）に送られる。液体流は導管２１を通って除去される。部分的に凝縮された塔頂流の温度は、-２５〜-６５℃の範囲にあり、部分的に凝縮された塔頂流中の液体の量は、全体の塔頂流に対して１０〜３５ｍｏｌ％である。好ましくは、導管２０から除去された気体生成物流は、熱交換器１４に供給され（図示せず）、気体生成物が他に輸送される前に塔頂流を部分的に凝縮すべく冷気を与える。
液体流の一部は、第1の還流の流れとして導管２２を通って吸収部８の上のスクラブ塔６の頂部に吸収剤として導入される。この液体は、吸収部８中に入れられ、ストリッピング部７からのガスと向流式に接触する。メタンより重質の成分は、吸収剤として作用する第1還流によりガスから除去される。
液体流の残りは、導管２３を通ってスクラブ塔６のストリッピング部７の上の間隔９に第2還流として導入される。ストリッピング部７においては、第２還流と吸収部８から降下する液体とが、天然ガス流の上昇する気体フラクションと向流式に接触する。この気体フラクションは、液体流から軽質成分（メタンとエタン）をストリッピングする。次に、低濃度の軽質成分を有する液体流は、スクラブ塔６の底部から導管１０を通って除去される。
好ましくは、導管２３中の第２還流の量は、分離器容器１７から除去された液体流の１０〜９５質量％である。
加えて、液体炭化水素を吸収部８の頂部に導管２５を通して導入することができる。適する液体炭化水素はブタンである。この追加の吸収剤の量は、導管２２を通して供給される液体の量の１〜４倍とするのが好ましい。この追加の吸収剤は、ブタン・プラス成分から構成されるのが好ましい。
次に図２を参照する。図１に関して述べた部分は、同じ符号が与えられており、ここでは説明しないことに留意されたい。導管１０を通して除去された底部液体流は、ストリッピング塔３０の頂部に導入され、メタンやエタンなどの気体成分を底部液体流からストリッピングする。ストリッピング塔３０は、少なくとも１つの理論的分離ステージを含んだストリッピング部３３を有する。好ましくは、ストリッピング部３３は、２〜１０個の理論的分離ステージを含む。ストリッピング塔３０中の圧力は、２〜３．５ＭＰａ（絶対）の範囲にある。底部液体流の圧力を下げることを可能にするために、導管１０は減圧バルブ３４を備える。
液体流は、ストリッピング塔３０の底部から導管３５を通して除去される。底部液体流の一部は、リボイラー３６中で気化させられ、得られた蒸気はストリッピング塔３０の底部に導入される。残りは、導管３８を通って他に送られて貯蔵されるか（図示せず）、又は更なる処理（図示せず）に付される。
気体塔頂流は、ストリッピング塔３０の頂部から導管４０を通して除去される。気体塔頂流は、熱交換器４３中で部分的に凝縮され、部分的に凝縮された気体塔頂流が得られる。この部分的に凝縮された塔頂流は、分離器４６において液体フラクションと気体フラクションとに分離される。この液体フラクションは、導管４８を通して除去され、ストリッピング塔３０の頂部に還流として導入される。気体フラクションは、導管５０を通して除去され、気体生成物流に加えられる。適宜、気体塔頂フラクションの圧力は、圧縮器５３を用いて気体生成物流の圧力まで上げられる。
好ましくは、導管２０を通して除去された気体生成物流の少なくとも一部が、熱交換器１４に供給され、塔頂流１２を部分的に凝縮すべく冷気を与える。
好ましくは、気体塔頂流は、導管２０を通して熱交換器４３に供給される気体生成物流との間接熱交換により部分的に凝縮される。
好ましくは、導管１０を通ってスクラブ塔６から除去された底部液体流は、熱交換器５５において気体生成物流と間接熱交換により冷却される。
熱交換器２において、導管１中の天然ガス流が部分的に凝縮され、この凝縮は好ましくは気体生成物流との間接熱交換により行われる。
好ましくは、スクラブ塔６の頂部に供給される液体炭化水素は、熱交換器５７において気体塔頂フラクションとの間接熱交換により冷却される。
以下、例として３つの計算例に関して本発明を説明する。本発明によらない第1の例では、導管２２を通る還流のみがスクラブ塔６の頂部に供給される。本発明による第２の例では、導管２２と２３を通して還流が供給され、本発明による第３の例では、追加の液体炭化水素が導管２５を通して供給される。各々の例の条件は、液体天然ガスの回収を最大にするように選択した。
これらの例では、スクラブ塔は８つの理論的分離ステージを含む。本発明による２つの例では、ストリッピング部７は２つの理論的分離ステージを含み、吸収部８は６つの理論的分離ステージを含む。
結果を下の表１〜８にまとめた。
これらの表において、モル流量はｋｍｏｌ／ｓ、質量流量はｋｇ／ｓ、温度は℃、圧力はＭＰａ（絶対）、モル組成はｍｏｌ％で示す。ブタン・プラス成分は、ブタン、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン及びヘプタンである。組成における上記その他の成分は、水、窒素、硫化水素、二酸化炭素及びヘリウムである。
表１．導管３を通して供給される部分的に凝縮された原料についてのデータ。
表２．スクラブ塔の頂部から導管１２を通して除去された塔頂流についてのデータ。この流量は内部循環ゆえに導管３中の流量よりも大きいことに留意されたい。
表３．導管２２を通してスクラブ塔６の頂部に供給された還流についてのデータ。
表４．導管２３を通してスクラブ塔６のストリッピング部７の頂部に供給された還流についてのデータ。
表５．導管２５を通してスクラブ塔６の頂部に供給された液体炭化水素についてのデータ。
表６．導管２０を通して除去された気体生成物流についてのデータ。
表７．スクラブ塔６の底部から導管１０を通して除去された原料ガスの液体フラクションについてのデータ。
これらの結果については、表８において、スクラブ塔６の底部から導管１０を通して除去された液体流中の炭化水素の成分を比較することによってまとめることができる。
表８．（最後の例において導管２５を通して供給された吸収液体を考慮して）導管１を通して供給された原料の組成の百分率にて示した、導管１０を通して除去された液体流の組成。
上記結果は、還流を２つの還流に分離し、その第1の還流はスクラブ塔６の頂部に供給し、第２の還流はストリッピング部７の頂部に供給する液体天然ガスの回収における有利な効果を示している。
本発明による方法は、処理後に使用者へのガス輸送用パイプラインに導入される天然ガスから重質成分を除去するのに使用できる。
しかしながら、本発明による方法は、処理後に天然ガスの液化プラントに供給される天然ガスから重質成分を除去するのに使用するのが好ましい。
本発明の第１の実施態様の概略フロー図である。 本発明の第２の実施態様の概略フロー図である。
符号の説明
２、１４、４３、５５、５７ 熱交換器
６ スクラブ塔
７ ストリッピング部
８ 吸収部
９ 間隔
１７ 分離容器
３０ ストリッピング塔
３３ ストリッピング部
３４ 減圧バルブ
３６ リボイラー
４６ 分離器
５３ 圧縮器

Claims (10)

  1. 高圧の気体天然ガス流から液体天然ガスを除去して液体天然ガスの含有量の減少した気体生成物流を得る方法であって、
    （ａ）天然ガス流を冷却する工程；
    （ｂ）下部ストリッピング部と上部吸収部とを備え、その各々の理論段数が１以上であるスクラブ塔の底部に、冷却した天然ガス流を導入する工程；
    （ｃ）天然ガスをスクラブ塔を通して上昇させ、スクラブ塔の頂部から塔頂流を除去する工程；
    （ｄ）塔頂流を部分的に凝縮し、部分的に凝縮した塔頂流を、液体天然ガスの含有量の減少した気体流と液体還流とに分離し、該気体流を液体天然ガスの含有量の減少した気体生成物流として除去する工程；
    （ｅ）液体還流を第１還流と第２還流とに分割する工程；
    （ｆ）第１還流をスクラブ塔の吸収部の頂部に導入する工程；
    （ｇ）第２還流をストリッピング部の頂部に導入して所望の軽質気体成分をストリッピングする工程；及び
    （ｈ）スクラブ塔の底部から重質成分の濃縮した底部液体流を除去する工程、
    を含む方法。
  2. 工程（ｄ）の塔頂流の部分的な凝縮において、気体生成物流の少なくとも一部との間接熱交換により冷却する請求項１に記載の方法。
  3. 理論段数が１以上であるストリッピング塔の頂部に低圧の底部液体流を導入する工程；ストリッピング塔の底部から液体流を除去し、その一部は気化させてストリッピング塔の底部に導入する工程；ストリッピング塔の頂部から気体塔頂流を除去する工程；気体塔頂流を部分的に凝縮し、この部分的に凝縮した塔頂流を液体フラクションと気体フラクションとに分離する工程；液体フラクションをストリッピング塔の頂部に導入する工程；及び気体塔頂フラクションを気体生成物流に加える工程をさらに含む請求項１又は２に記載の方法。
  4. 気体塔頂フラクションを気体生成物流との間接熱交換により部分的に凝縮する請求項３に記載の方法。
  5. スクラブ塔からの底部液体流を気体生成物流との間接熱交換により冷却する請求項３又は４に記載の方法。
  6. 天然ガス流を気体生成物流との間接熱交換により部分的に凝縮する請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 液体炭化水素を吸収部の頂部に導入する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
  8. 液体炭化水素を吸収部の頂部に導入する工程をさらに含む請求項３〜６のいずれか一項に記載の方法。
  9. 液体炭化水素を気体塔頂フラクションとの間接熱交換により冷却する請求項８に記載の方法。
  10. 天然ガスの液化方法であって、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法により気体天然ガス流から液体天然ガスを除去し、液体天然ガスの含有量の減少した気体生成物流を得る工程、及び気体生成物流を液化して液化天然ガスを得る工程を含む方法。
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