JP4966856B2 - 液化天然ガスからエタンを抽出する方法 - Google Patents
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Description
この出願は、2004年9月14日に出願された米国仮出願第60/609629号の利益を主張する。
(背景)
(発明の分野)
本発明の実施態様は、一般に炭化水素を処理するシステム及び方法に関するものである。より詳細には、本発明の実施態様は、液化天然ガスから天然ガス液及び加圧メタンリッチ販売ガスの回収に関するものである。
天然ガスは、一般に天然ガスのパイプライン輸送が可能である範囲内で、天然ガス生産が需要を超える遠隔地で回収される。このように、気相天然ガスストリームを液化天然ガス(LNG)ストリームに変換することは、特別なLNGタンカーで天然ガスを、市場の需要が大きい適切なLNG出荷(handling)及び貯蔵ターミナルへ輸送することを経済的なものにする。次いで、LNGは、天然ガスパイプラインによる消費者への輸送のために、気体燃料として再度気化及び使用される。
LNGは、主としてメタン、エタン、プロパン、ブタンなどのような飽和炭化水素成分からなる。さらに、LNGは、微量の窒素、二酸化炭素及び硫化水素を含んでもよい。LNGの分離は、主としてパイプライン仕様に従うメタンのパイプライン品質ガス留分及び天然ガス液(NGL)として知られる低揮発性液体炭化水素留分を供給する。NGLは、エタン、プロパン、ブタン、及び少量の他の重質炭化水素を含む。市況に依存して、その成分が、石油化学原料油として使用される液体生成物として、燃料ガスとしてのその価値と比較して、より高い価値を有する場合があるため、NGLを回収することが望ましい場合がある。
LNGの処理の際に、NGLからメタンを分離する種々の技術が現在存在している。天然ガス液の回収及び/又はLNG再気化に関する情報は、Yang, C.C. et al., "Cost effective design reduces C2 and C3 at LNG receiving terminals," Oil and Gas Journal, May 26, 2003, pp. 50-53; 米国特許出願公開第2005/0155381号明細書; 米国特許出願公開第2003/158458号明細書; 英国特許出願公開第1150798号明細書; フランス特許出願公開第2804751号明細書; 米国特許出願公開第2002/029585号明細書; 英国特許出願公開第1008394号明細書; 米国特許第3446029号明細書; 及びS. Huang, et al., "Select the Optimum Extraction Method for LNG Regasification," Hydrocarbon Processing, vol. 83, July 2004, pp. 57-62において見つけることができる。
本発明の実施態様は、一般に天然ガス液(NGL)及び加圧メタンリッチ販売ガスを液化天然ガス(LNG)から回収する方法及びシステムに関するものである。ある特定の実施態様では、LNGは熱交換器を通り、それによってLNGの少なくとも一部を加熱及び気化させる。部分的に気化したLNGは、エタンプラスの濃度を高めた液体ストリーム及びメタンリッチ気相ストリームを回収する分留塔に流れる。回収されたメタンリッチ気相ストリームは、前記熱交換器を通って蒸気を液化させ、2相ストリームを生成し、2相ストリームは、分離器で少なくともメタンリッチ液体部分及びメタンリッチガス部分に分離される。ポンプは、気化及びパイプラインへの輸送前に、メタンリッチ液体部分を加圧する。メタンリッチガス部分は、圧縮され、気化されたメタンリッチ液体部分と混合されてもよく、又はプラント敷地燃料として使用してもよい。
本発明の具体的な実施態様は、添付の図面に示される。
(導入及び定義)
以下に詳細な説明を記載する。特許請求の範囲の各請求項は、別個に発明を定義し、侵害行為目的について、請求項で特定される種々の要素又は限定に均等なものを含むと認識される。文脈に応じて、「発明」への以下のすべての言及は、場合によっては、ある特定の具体的な実施態様のみを参照するかもしれない。別の場合では、「発明」への言及が請求項の1つ以上(すべてである必要はない)の引用された主題を参照することが認められるであろう。各発明は、以下に、具体的な実施態様、変形及び実施例などにより、より詳細に説明されるが、本発明は、これらの実施態様、変形及び実施例に限定されず、この特許における情報を入手可能な情報及び技術と組み合わせた場合に、当業者が本発明を作ることができ、かつ、使用することができるようにするために、これらの実施態様、変形及び実施例が含まれる。本明細書で使用される種々の用語は以下に定義される。請求項で使用される用語が以下で定義されない限り、それは、当業者が、1つ以上の印刷された刊行物又は発行された特許で示される場合に、その用語に与える最も広い定義を与えるべきである。
「分留システム」という用語は、1つ以上の蒸留塔、例えば下方に流れる液体と上方に上昇する蒸気との接触を与えるための段板(tray)及び/又はランダム又は構造化パッキングを含む加熱塔を有する任意の構造を意味する。分留システムは、NGLを回収するための1つ以上の塔を含んでもよく、NGLを1つ以上の追加の分留塔で処理してNGLをエタン、プロパン及びブタンプラス留分を含む別の生成物に分離してもよい。
「液化天然ガス」(LNG)という用語は、原油井(随伴ガス)又は液状であるガス井戸(非随伴ガス)由来の、例えば液化のいくつかの様式を経た天然ガスを意味する。一般に、LNGは、エタン(C2)及び高級炭化水素のような副次成分並びに二酸化炭素、硫化水素及び窒素のような汚染物質と共に主成分としてメタン(C1)を含む。例えば、LNGにおける典型的なC1濃度(エタンの除去前)は約87〜92%であり、LNGにおける典型的なC2濃度は約4〜12%である。
「天然ガス液」(NGL)及び「エタンプラス」(C2+)という用語は、広義にエタン、プロパン、ブタン及びもしかすると少量のペンタン又は高級炭化水素のような2つ以上の炭素を有する炭化水素を参照する。好ましくは、NGLは0.5モル%以下のメタン濃度を有する。
「プラント敷地燃料」という用語は、本明細書に記載したようなLNGを処理するシステムを含んでもよいプラントを作動及び稼動させるのに必要な燃料を参照する。例えば、プラント敷地燃料の量は、システムによって生成される送出ガスの約1%となってもよい。
ある特定の実施態様では、液化天然ガス(LNG)を処理する方法は、LNGを熱交換器に通して加熱したLNGを供給し、加熱LNGをメタンリッチ気相ストリームと天然ガス液(NGL)ストリームとに分留し、メタンリッチ気相ストリームを前記熱交換器に通してメタンリッチ気相ストリームから熱交換器を通るLNGに熱を移し、かつ、メタンリッチ液相とメタンリッチ気相とを含む2相ストリームを供給し、2相ストリームを少なくともメタンリッチ液体部分とメタンリッチガス部分とに分け、メタンリッチ液体部分の圧力を高めてセンドアウト(sendout)液体ストリームを供給し、センドアウト液体ストリームを回収してパイプラインに送出するための販売ガスを供給することを含む。
その他の実施態様では、液化天然ガス(LNG)を処理するためのシステムは、熱交換器、LNG源及び前記熱交換器と流体接続したLNG入り口ラインであって、LNGがLNG入り口ライン及び前記熱交換器を通ることができるように配置されるLNG入り口ライン、前記熱交換器と流体接続した分留システムであって、メタンリッチ気相ストリーム用の第1出口及び天然ガス液(NGL)ストリーム用の第2出口を有する分留システム、気液分離器、分留システムの第1出口から気液分離器までを流体接続する凝縮ラインであって、メタンリッチ気相ストリームからの熱を前記熱交換器を通る任意のLNGに移動させるように配置された凝縮ライン、気液分離器において回収される液体と流体接続した入り口を有するポンプ、及び前記ポンプの出口及び販売ガスの送出用パイプラインと流体接続した気化器を含む。
その他の実施態様では、液化天然ガス(LNG)を処理する方法は、(a)天然ガス液(NGL)を含むLNGを供給し、(b)LNGの圧力を第1圧力まで高めて加圧LNGを供給し、(c)加圧LNGを熱交換器に通してLNGを加熱し、かつ、加熱LNGを供給し、(d)加熱LNGを、メタンリッチ気相ストリーム及びNGLストリームを生成する分離システムに通し、(e)分離システムによって生成されるメタンリッチ気相ストリームを熱交換器に通して、液相及び気相を含む2相ストリームを供給し、(f)2相ストリームを少なくとも液体部分及びガス部分に分離し、(g)前記熱交換器を通るメタンリッチ気相ストリームによって生成される液体部分の圧力を第1圧力よりも高い第2圧力に高めて加圧液体部分を供給し、(h)エタンプラス成分をさらに除去することなく、加圧液体部分の少なくとも一部を気化させて高圧メタンリッチガスを生成することを含む。
図1は、LNGを処理するための1つ以上の方法及びシステムの例を示す。種々の構成要素を繋ぐ図1の実線は、炭化水素ストリーム、例えば導管、例えばパイプ内に含まれるLNG又はNGL組成物の流れを示す。フランジ及びバルブのような構造は示されないが、それにもかかわらずシステムの一部であると考えられる。各ストリームは、液体又はガスであてもよく、場合によっては2相組成物であってもよい。矢印は、それぞれのストリームの流れの方向を示す。破線は代わりの、又は追加のストリームを示す。
LNG処理システム100は、LNG供給101、第1熱交換器122、分留塔128及びアウトプット分離器144を含む。LNG供給101は、LNGタンク102に流れ込み、LNGタンク102からのボイルオフ気相ストリーム104は、フィード圧縮機106によって圧縮され、LNGタンク102からのLNG液体ストリーム108は、フィード混合機111で混合する前に、予備フィードポンプ110によって圧力が高められ、圧縮されたボイルオフ蒸気は、液化させて単一相LNG液体フィードストリーム112を供給する。LNG液体フィードストリーム112は、メインフィードポンプ114に流れてLNG液体フィードストリーム112の圧力を、種々の因子、例えば分留塔128の動作パラメータ及び回収されるNGLの所望の組成に依存する所望の動作圧力へ高める。ポンプ114からのアウトプットは、加圧フィードストリーム116を生成する。好ましくは、加圧フィードストリーム116の動作圧力は、約500〜600psiaである。あるいは、動作圧力は、200、300又は400psia程度から700、800又は900psia程度までの範囲であってもよい。使用目的によっては、LNG供給101は、LNG供給101が圧力の増加を要求することなく熱交換器122に供給するように十分な動作圧力である。加圧フィードストリーム116の一部は、分離されて分留カラム128用の外部還流を与える還流ストリーム118を供給してもよい。
図1は、さらに破線及びその組合せによって示される多くのオプションを示す。例えば、分留塔128のための外部還流は、還流ストリーム118以外の種々の源から提供されてもよく、加圧フィードストリーム116は、LNG供給101から、第1熱交換器122の後にシステム100において使用されてもよい追加の熱交換器への冷却能力を提供してもよい。1つ以上の別の方法では、メタンリッチアウトプットガスストリーム148の少なくとも一部を、加熱及び使用されてシステム100及び付随のプラントを作動及び稼動させるプラント敷地燃料ストリーム200に迂回させることができる。
NGLストリーム132の少なくとも一部が高圧で市場に直接送出されない別の実施態様では、システム100は、加圧フィードストリーム116に対してNGLストリーム132を冷却するためにNGL熱交換器600を含んでもよく、その結果、エタンタンク602において貯蔵するために又は常圧でアウトプットNGLストリーム604において送出するために、NGLストリーム132が常圧に下がると最小限の量だけ瞬時に気化する。NGLストリーム132を介するNGL回収を増加させ、瞬時に気化したガスストリーム606が燃え上がるのを回避し、そしてリボイラー130の負荷を軽減するために、エタンタンク602から瞬時に気化したガスストリーム606をエタン圧縮機608によって圧縮し、分留塔128の底に供給してもよい。
図1において実線で示される方法に関して、仮定上の質量及びエネルギーバランスを実行した。HYSYS(商標)と呼ばれる市販のプロセスシミュレーションプログラム(ハイプロテック社(カルガリー、カナダ)から入手可能)を用いて、データを生成した。しかしながら、データを生成するために、HYSIM(商標)、PROII(商標)及びASPEN PLUS(商標)などのその他の市販のプロセスシミュレーションプログラムが使用できると考えられる。データは、加圧フィードストリーム116が表1に示される典型的なLNG組成を有すると仮定した。表1に示されるデータは、本明細書の教示に照らして、多くの方法で異なっていてもよく、図1において実線で示されるシステムのより良い理解を提供するために含まれる。前記システムは、LNGからのエタンの95.7%(41290 BPD)の回収し、一方、35°F及び1215psiaで送出するために1027 MMSCFDのメタンリッチガスを送出する。
表2は別のシミュレーションの一部を示し、それはNGL回収モード(図1において実線で示される実施態様を用いる)とNGL廃棄モードとの比較を提供し、システム100を切換えてLNG供給101のすべてを気化する。明らかなように、NGL回収モードは、NGL廃棄モードと比較して約5320 HPの追加の所要電力を必要とする。さらに、NGL回収モードについて水の気化による負荷は、NGL廃棄モードと比較して約9%減少する。したがって、気化のために水又は海水を冷却することを必要とする設備はNGL回収モードを取り扱うのに十分である。
表3は、図1に示される種々のストリームにおけるC1及びC2+の異なる選択的濃度範囲の例を示す。
Claims (35)
- 液化天然ガス(LNG)の処理方法であって、
LNGを熱交換器に通して加熱LNGを供給し、
加熱LNGをメタンリッチ気相ストリームと天然ガス液(NGL)ストリームとに分留し、
メタンリッチ気相ストリームを前記熱交換器に通してメタンリッチ気相ストリームから熱交換器を通るLNGに熱を移し、かつ、メタンリッチ液相とメタンリッチ気相とを含む2相ストリームを供給し、
2相ストリームを少なくともメタンリッチ液体部分とメタンリッチガス部分とに分け、
メタンリッチ液体部分の圧力を高めてセンドアウト液体ストリームを供給し、
センドアウト液体ストリームを回収してパイプラインに送出するための販売ガスを供給し、
前記分留工程をバイパスする迂回流路にLNGを所定時間で迂回させて、パイプラインに送出するための、メタン及びエタンプラスを含む販売ガスを供給することを含む前記方法。 - 販売ガスのメタン濃度がメタンリッチ液体部分のメタン濃度と実質的に同じである、請求項1記載の方法。
- 塔のアウトプット圧力でメタンリッチ気相ストリームを生成する分留塔で、加熱LNGを分留し、熱交換器に入るメタンリッチ気相ストリームの圧力が塔のアウトプット圧力と実質的に同じ圧力である、請求項1記載の方法。
- メタンリッチ気相ストリームが熱交換器を通過すときに、メタンリッチ気相ストリームの圧力が実質的に増加しない、請求項1記載の方法。
- さらに、LNGを熱交換器に通す前に、LNGの圧力を高めることを含む、請求項1記載の方法。
- さらに、
LNGタンクからの圧縮ボイルオフ気相ストリームを第1圧力まで圧力を高めたLNGタンクからのLNG液体ストリームと混合することを含み、ここでこの混合はLNG供給ストリームを供給し、及び
LNG供給ストリームの圧力を第2圧力まで高めて、熱交換器に通すためのLNGを供給することを含む、請求項1記載の方法。 - メタンリッチ液相が2相ストリームの少なくとも85重量%を構成する、請求項1記載の方法。
- メタンリッチ液相が2相ストリームの少なくとも95重量%を構成する、請求項1記載の方法。
- メタンリッチ気相ストリームが熱交換器を通過するときに、メタンリッチ気相ストリームの圧力が増加せず、メタンリッチ液相が2相ストリームの少なくとも85重量%を占める、請求項1記載の方法。
- センドアウト液体ストリームが少なくとも1000psiaの圧力である、請求項1記載の方法。
- 販売ガスのパイプラインへの送出が少なくとも800psiaの圧力で、パイプラインを介してメタンリッチガスを輸送することを含む、請求項1記載の方法。
- メタンリッチ気相ストリーム及びセンドアウト液体ストリームのそれぞれが少なくとも98モル%のメタン濃度を有する、請求項1記載の方法。
- NGLストリームが少なくとも98モル%のエタンプラス濃度を有する、請求項1記載の方法。
- さらに、プラント敷地燃料としてメタンリッチガス部分の少なくとも一部を利用することを含む、請求項1記載の方法。
- さらに、パイプラインへの送出のためにメタンリッチガス部分の少なくとも一部の圧力を高めることを含む、請求項1記載の方法。
- さらに、NGLストリームと加熱LNGとで熱交換をしてNGLストリームを冷却することを含む、請求項1記載の方法。
- さらに、メタンリッチ液体部分の一部を、加熱LNGを分留するための還流を与える還流ストリームに分割することを含む、請求項1記載の方法。
- さらに、
メタンリッチ液体部分の一部を還流ストリームに分割し、
加熱LNGに対する還流ストリームを冷却して加熱LNGを分留するための還流を与えることを含む、請求項1記載の方法。 - 液化天然ガス(LNG)の処理方法であって、
LNGを熱交換器に通して加熱LNGを供給し、
加熱LNGをメタンリッチ気相ストリームと天然ガス液(NGL)ストリームとに分留し、
メタンリッチ気相ストリームを前記熱交換器に通してメタンリッチ気相ストリームから熱交換器を通るLNGに熱を移し、かつ、メタンリッチ液相とメタンリッチ気相とを含む2相ストリームを供給し、
2相ストリームを少なくともメタンリッチ液体部分とメタンリッチガス部分とに分け、
メタンリッチ液体部分の圧力を高めてセンドアウト液体ストリームを供給し、
センドアウト液体ストリームを回収してパイプラインに送出するための販売ガスを供給し、
NGLストリームと加熱LGNとで熱交換をして冷却NGLストリームを供給し、
冷却NGLストリームを実質的に大気圧に気化させて気化NGLストリームを供給することを含む前記方法。 - さらに、気化NGLストリームを貯蔵所に移すことを含む、請求項19記載の方法。
- 液化天然ガス(LNG)の処理方法であって、
LNGを熱交換器に通して加熱LNGを供給し、
加熱LNGをメタンリッチ気相ストリームと天然ガス液(NGL)ストリームとに分留し、
メタンリッチ気相ストリームを前記熱交換器に通してメタンリッチ気相ストリームから熱交換器を通るLNGに熱を移し、かつ、メタンリッチ液相とメタンリッチ気相とを含む2相ストリームを供給し、
2相ストリームを少なくともメタンリッチ液体部分とメタンリッチガス部分とに分け、
メタンリッチ液体部分の圧力を高めてセンドアウト液体ストリームを供給し、
センドアウト液体ストリームを回収してパイプラインに送出するための販売ガスを供給し、
LNGの一部を、熱交換器をバイパスし、かつ、加熱LNGを分留するための還流を与える還流ストリームに分割することを含む前記方法。 - 液化天然ガス(LNG)の処理方法であって、
(a)天然ガス液(NGL)を含むLNGを供給し、
(b)LNGの圧力を第1圧力まで高めて加圧LNGを供給し、
(c)加圧LNGを熱交換器に通してLNGを加熱し、加熱LNGを供給し、
(d)加熱LNGを、メタンリッチ気相ストリーム及びNGLストリームを生成する分留システムに通し、
(e)分留システムによって生成したメタンリッチ気相ストリームを熱交換器に通して、液相及び気相を含む2相ストリームを供給し、
(f)2相ストリームを少なくとも液体部分及びガス部分に分け、
(g)液体部分の圧力を第1圧力よりも高い第2圧力に高めて加圧液体部分を供給し、
(h)エタンプラス成分をさらに除去することなく、加圧液体部分の少なくとも一部を気化させて高圧メタンリッチガスを生成し、
(i)回収留分を加熱及び分留システムに通す前に、LNGの留分を回収することによって分留システム用冷凍負荷の少なくとも一部を供給することを含む、前記方法。 - さらに、LNGとの熱交換において、分留システムによって生成されるメタンリッチ気相ストリームの少なくとも一部を通してメタンリッチ気相ストリームを冷却し、冷却ストリームの少なくとも一部を分留システムに通すことによって分留システム用冷凍負荷の少なくとも一部を供給することを含む、請求項22記載の方法。
- さらに、LNGとの熱交換において、分留システムによって生成されるメタンリッチ気相ストリームの少なくとも一部を通して、メタンリッチ気相ストリームを冷却し、冷却ストリームの少なくとも一部を分留システムに通すことを含む、請求項22記載の方法。
- NGLストリームが主成分としてエタンを有する、請求項22記載の方法。
- 工程(a)のLNGの圧力が大気圧又はその付近である、請求項22記載の方法。
- 第1圧力が400psia〜600psiaの範囲である、請求項22記載の方法。
- 第2圧力が1000psia〜1300psiaの範囲である、請求項22記載の方法。
- 熱交換器;
LNG源及び前記熱交換器と流体接続したLNG入り口ラインであって、ここでLNGはLNG入り口ライン及び熱交換器を通ることができるように配置されるLNG入り口ライン;
前記熱交換器と流体接続した分留システムであって、メタンリッチ気相ストリーム用の第1出口及び天然ガス液(NGL)ストリーム用の第2出口を有する分留システム;
気液分離器;
分留システムの第1出口から前記気液分離器までを流体接続する凝縮ラインであって、メタンリッチ気相ストリームからの熱を前記熱交換器を通るLNGに移動させるように配置された凝縮ライン;
前記気液分離器において回収される液体と流体接続した入り口を有するポンプ;
前記ポンプの出口及び販売ガスの送出用パイプラインと流体接続した気化器を含む液化天然ガス(LNG)の処理システムであって、
分留システムがLNG入り口ラインの一部と流体接続している還流投入口を含み、
さらに、LNGに対してNGLを冷却するために、分留システムの第2出口と流体接続したNGL熱交換器を含み、LNGが前記NGL熱交換器を通る、前記システム。 - メタンリッチ気相ストリームの圧力を高めることなく、前記凝縮ラインが分留システムの第1出口から熱交換器までを接続する、請求項29記載のシステム。
- さらに、還流を供給する分留システム用冷却器を含み、前記冷却器がLNGに対する熱交換を提供し、LNGが前記冷却器を通る、請求項29記載のシステム。
- 前記気液分離器がさらにパイプラインと流体接続する気相出口を含む、請求項29記載のシステム。
- 前記気液分離器がさらにパイプラインと流体接続する気相出口及びプラント敷地燃料ラインを含む、請求項29記載のシステム。
- 分留システムが前記気液分離器において回収される液体の一部と流体接続している還流投入口を含む、請求項29記載のシステム。
- 液化天然ガス(LNG)の処理方法であって、
2つの代替的な操作モード(a)及び(b)を含み:
(a)LNGを熱交換器に通して加熱LNGを供給し、
加熱LNGをメタンリッチ気相ストリームとNGLストリームとに分留し、
メタンリッチ気相ストリームの圧力を増加させないで、メタンリッチ気相ストリームを前記熱交換器に通してメタンリッチ気相ストリームから熱交換器を通るLNGに熱を移し、かつ、メタンリッチ液相とメタンリッチ気相とを含む2相ストリームを供給し、
気液分離器において2相ストリームを少なくともメタンリッチ液体部分とメタンリッチガス部分とに分け、
メタンリッチ液体部分の圧力を高めてセンドアウト液体ストリームを供給し、
センドアウト液体ストリームを回収してパイプラインに送出するための販売ガスを供給することによってNGLの一部を回収するための第1の操作モード、及び
(b)前記分留工程をバイパスする迂回流路にLNGを迂回させて、パイプラインに送出するための、メタン及びエタンプラスを含む販売ガスを供給することによってNGLの一部を廃棄するための第2のモード操作、
モード(a)において、又はモード(b)において、又はモード(a)及び(b)の両方において、以下の工程を実施し:
回収留分を加熱及び分留システムに通す前にLNGの留分を回収し、LNGとの熱交換において分留システムによって生成されるメタンリッチ気相ストリームの少なくとも一部を通してメタンリッチ気相ストリームを冷却し、冷却ストリームの少なくとも一部を分留システムに通すことによって分留システム用冷凍負荷の少なくとも一部を供給する工程、
NGLストリームと加熱LGNとで熱交換をして冷却NGLストリームを供給する工程、及び
冷却NGLストリームを実質的に大気圧に気化させて気化NGLストリームを供給する工程、
分留システムが前記気液分離器において回収される液体の一部と流体接続している還流投入口を含む、処理方法。
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