JP6573675B2 - 複式並流接触器を用いた流体流からの不純物の分離 - Google Patents

Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１５年１月９日出願の米国仮特許出願第６２／１０１，７４３号「複式並流接触器を用いる流体流からの不純物の分離」の優先権を主張し、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
（技術分野）
本発明は、複式並流接触器を用いて流体流から不純物を分離する方法、装置、及びシステムに関する。

貯留層からの炭化水素の生産には、非炭化水素ガスの偶発的な生産を伴うことが多い。このようなガスは、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）及び二酸化炭素（ＣＯ₂）などの汚染物質を含む。Ｈ₂Ｓ又はＣＯ₂が炭化水素流（メタン又はエタンなど）の一部として生産される場合、原料ガス流は「サワーガス」と呼ばれることがある。Ｈ₂Ｓ及びＣＯ₂は、合わせて「酸性ガス」と呼ばれることが多い。

炭化水素生産流に加えて、酸性ガスは、合成ガス流、又は精製ガス流と関連する場合がある。また、酸性ガスは、ガス処理施設内のいわゆるフラッシュガス流内に存在することができる。さらに、酸性ガスは、石炭、天然ガス、又は他の炭素質燃料の燃焼によって発生する場合がある。

ガス及び／又は炭化水素流体流は、Ｈ₂Ｓ又はＣＯ₂を含むだけでなく、他の「酸性の」不純物を含むことがある。これらは、メルカプタン及び他の微量の硫黄化合物（ＳＯ_x）を含む。さらに、天然ガス流は水を含むことがある。実際、水は、多くの天然ガス流の中で最も一般的な汚染物質である。このような不純物は、産業利用又は住居利用の前に除去する必要がある。

原料天然ガス流から汚染物質を除去するためのプロセスが考えられている。酸性ガスの場合、特にＣＯ₂を除去してライン凍結及びオリフィスの詰まりを防止するために、極低温ガス処理が使用されることがある。他の事例では、特にＨ₂Ｓの除去では炭化水素流体流が溶媒で処理される。溶媒は、アミンのような化学溶媒を含むことができる。サワーガス処理に使用されるアミンの例としては、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、及びメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）を挙げることができる。

アミン溶媒の代わりに物理溶媒が使用されることがある。一例としては、現在、Ｓｅｌｅｘｏｌ（登録商標）（ポリエチレングリコールのジメチルエーテルを含む）及びＲｅｃｔｉｓｏｌ（メタノールを含む）の商品名で市販されている物理溶媒を挙げることができる。いくつかの例では、物理溶媒及び化学溶媒の混合物を意味するハイブリッド溶媒が使用されている。そのようなハイブリッド溶媒の例は、現在、商品名Ｓｕｌｆｉｎｏｌ（登録商標）（スルホラン、水、及び１又は２以上のアミンを含む）で市販されている。しかしながら、アミン系の酸性ガス除去溶媒を使用することが最も一般的である。

アミン系溶媒は、酸性ガスとの化学反応に依存する。反応プロセスは、「ガススイートニング」と呼ばれる。一般に、このような化学反応は、特に約３００ポンド／平方インチ（ｐｓｉａ）（２．０７メガパスカル（ＭＰａ））未満の供給ガス圧力で、物理溶媒よりも有効である。特にＣＯ₂含有ガス及び／又は炭化水素流体流からＨ₂Ｓを選択的に除去するために、Ｆｌｅｘｓｏｒｂ（登録商標）（ヒンダードアミンを含む）などの特別な化学溶媒が用いられる場合がある。

ガススイートニングプロセスの結果として、処理された又は「スイートニング処理された」ガス流が生成される。スイートニング処理ガス流は、Ｈ₂Ｓ及び／又はＣＯ₂成分が実質的に使い果たされている。スイートガスは、液体回収のために、すなわち重質炭化水素ガスを凝縮することによってさらに処理できる。スイートガスは、パイプラインに売り渡すこと、又は液化天然ガス（ＬＮＧ）の供給に使用することができる。さらに、スイートニング処理ガス流は、ガス液化プロセスのための供給原料として使用され、次いで最終的に、ワックス、ブタン、潤滑剤、グリコール及び他の石油ベース製品を作るために使用される。抽出したＣＯ₂は販売すること、又は地下貯留層に注入して油回収作業を強化することができる。

天然ガス流が水を含有する場合、通常、酸性ガスを除去する前又は後に脱水プロセスが実施される。これは、水分離器内のグリコール又は他の乾燥剤を使用することによって行なう。天然ガスの脱水は、ガス水和物の形成を制御し、かつ分配パイプラインの腐食を防止するために行われる。パイプラインにおけるガス水和物の形成及び腐食により、流量の低下、並びに制御バルブの凍結、オリフィスの詰まり、及び他の作動上の問題が生じる可能性がある。

従来から、化学溶媒又は乾燥剤を使用して酸性ガス又は水を除去することは、原料天然ガス流を化学薬品と向流的に接触させることを含む。原料ガス流は接触塔の底部に導入される。同時に、溶媒溶液は塔の頭上に導かれる。接触塔は、トレイ、パッキング、又は他の「内在物」を含む。液体溶媒は、内在物を通って流れ落ちる際に望ましくない成分を吸収し、それらを接触塔の底部を通過させて「リッチ」溶媒溶液の一部として持ち去る。同時に、望ましくない成分が大部分使い果たされたガス状流体は、塔の頭上に存在する。

いくつかの例では、接触器を出るリッチ溶媒又はリッチグリコールは、吸収液と呼ばれる。吸収後、再生プロセス（「脱着」とも呼ばれる）を利用して、吸収液の活性溶媒から汚染物質を分離することができる。これは、「リーン」溶媒又は「リーン」グリコールを生成し、それは次いで、一般には、さらなる吸収のために接触塔に再循環される。

ガス及び／又は炭化水素含有流体流から汚染物質を除去するために、所望の接触を実行することはおそらく可能であるが、歴史上の接触器解決法は、実験室及び／又はパイロットサイズのユニットから、一日当たり１０億立方フィート（ＢＳＦＤ）のガスまで効果的に処理できるユニットへスケールアップすることが困難であった。過去のスケールアップ解決法は、資本費用が高く（例えば、設備の部品が大きく数が多いなどにより）、運転経費が高い（例えば、設備の信頼性及び／又は作動性が低く、サイズ及び重量が大きいなどにより）。

結果として、より小型で、設備の部品数が少なく、従来の接触装置よりも作動性及び信頼性が高く、軽量な接触解決法が必要とされている。

１つの実施形態は、汚染された流体流を汚染除去する方法を含み、本方法は、汚染流体流を受け入れる段階と、汚染流体流を単一の圧力境界を共有する複数の分離ユニットを横切って実質的に均等に分配する段階と、溶媒流を受け入れる段階と、複数の分離ユニット内で汚染流体流を溶媒流と並流的に接触させる段階と、を含む。

別の実施形態は、汚染された流体流を汚染除去するための装置を含み、本装置は、容器と、前記容器の中に配置される小型接触束とを備え、容器は、汚染流体流入口と、汚染除去流体流出口と、溶媒入口と、汚染溶媒流出口とを含み、小型接触束は、少なくとも２つの実質的に平行な分離ユニットを含み、分離ユニットの各々は、汚染流体流と溶媒流とを接触させるように構成された接触セクションと、接触セクションの下流にある物質移動セクションと、物質移動セクションの下流にあり、汚染溶媒流を少なくとも部分的に汚染除去流体流から分離するように構成された分離セクションと、を含む。

さらに別の実施形態は、汚染された流体流を汚染除去するためのシステムを含み、本システムは、入口セクション、接触器セクション、及び出口セクションを含む容器を備え、入口セクションは、汚染流体流入口と、溶媒入口と、汚染流体流と連通している溶媒を少なくとも２つの実質的に平行な分離ユニットに加えるように構成された入口供給装置とを含み、接触器セクションは、少なくとも２つの実質的に平行な分離ユニットを含み、分離ユニットの各々は、接触セクションと、汚染溶媒のオリフィスと、汚染除去流体出口とを含み、接触セクションはさらに、汚染溶媒出口オリフィスと連通した汚染溶媒収集プレナムと、汚染溶媒収集プレナムと連通した汚染溶媒出口と、通気口とを含み、出口セクションは、汚染除去流体流を移動させるように構成された出口装置を含み、圧力境界容器は、１平方インチ当たり５００ポンドを超える圧力に耐えるように構成される。

本技術の利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することにより、より良く理解される。

化学溶媒ベースのガス処理設備の概略図である。 インライン接触システムのための複式ユニット並列プロセス構成の概略図である。 単段複式並流接触器構成の実施形態の側面図である。 図３Ａの単段複式並流接触器構成の断面端面図である。 単段複式並流接触器構成の実施形態の側面図である。 図４Ａの単段複式並流接触器構成の実施形態の断面端面図である。 二段複式並流接触器構成の実施形態の側面図である。 １つの容器内での折り返しを可能にするバッフルを備える、二段複式並流接触器構成の実施形態の側面図である。 二段複式並流接触器構成の垂直的実施形態の断面図である。 図７Ａの二段複式並流接触器構成の垂直的実施形態の側面図である。 図７Ａの二段複式並流接触器構成の垂直的実施形態の端面図である。 入口脱水ガス浄化器を有する歴史上のグリコール塔と二段複式並流接触器の実施形態とを並べて比較する図である。

以下の詳細な説明のセクションでは、本技術の特定の実施形態について説明する。しかしながら、以下の説明は、本技術の特定の実施形態又は特定の適用例に特有であるという点でこれは例示目的であることが意図されており、例示的な実施形態の説明を単に提供する。従って、本技術は、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されず、むしろ、添付された特許請求の範囲の真の思想及び範囲内に属する全ての代替物、変更物、及び均等物を含む。

本明細書では、単一の圧力容器内に並列に構成された複数の接触器、接触束、又は接触ユニットが開示される。開示された実施形態では、未処理の、原料の、又は汚染されたガスは、所望の容量に適合するサイズ及び数の多数の接触装置にガスを分割するマニホールドに流入することができる。接触束から流出するガスは、単一ラインに再結合することができる。同様に、入口リーン溶媒は、多岐管で集配して、各個々の小型接触ユニットに供給することもできる。いくつかの実施形態は、小型の分離ユニットの各ブーツ（ｂｏｏｔ）から共通のヘッダにリッチ溶媒を集め、集めたリッチ溶媒を溶媒再生システムに戻すことができる。いくつかの実施形態は、複数の並列分離ユニットを追加してスループットを増大することができ、他の実施形態は、分岐部又は分離ユニットの一部を選択的に密閉して折り返し適応性及び／又は保守管理を向上させることができる。本開示は、インラインに設置された複数の接触束段を有する多段の実施形態をさらに含む。このような実施形態は、向流の溶媒を含むことができる。さらに、開示されたシステム及び方法は、所望の動作特性又はデザイン要件に応じて、水平及び／又は垂直配置で利用することができる。

最初に、参照を容易にするために、本出願で使用される所定の用語及びこの文脈で使用されるそれらの意味を説明する。本明細書で使用される用語が本明細書で定義されない限り、その用語は最も広い定義を与える必要があり、当業者には、少なくとも１つの印刷された刊行物又は発行された特許に示すような用語が与えられる。さらに、本技術は、同じ又は類似の目的を果たす全ての均等物、同義語、新たな開発、及び用語、もしくは技術が本請求項の範囲内にあるとみなされるので、本明細書に示す用語の使用によって限定されない。

本明細書で用いる場合、「酸性ガス」という用語は、水に溶解して酸性溶液を生成する何らかのガスを指す。酸性ガスの非限定的な例は、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、二酸化硫黄（ＳＯ₂）、二硫化炭素（ＣＳ₂）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、メルカプタン、又はこれらの混合物を含む。

本明細書で用いる場合、「並流接触装置」又は「並流接触器」という用語は、例えばガス流及び／又は液体流、及び独立した溶媒流である流体流を、流体流と溶媒流とが接触装置内で略同じ方向に流れながら互いに接触するように受け入れる容器を指す。非限定的な例には、エゼクタ及びコアレッサ、パイプ中の噴射ノズル、又はパイプ中の静的混合器が含まれる。

本明細書で用いる場合、「並流して」という用語は、いくつかの小区分に分割可能な、単位操作内のプロセス流の内部配置を指し、それによってプロセス流が同じ方向に流れる。

本明細書で用いる場合、「脱水ガス供給流」という用語は、脱水プロセスを受けた天然ガス流を指す。一般的に、脱水されたガス供給流は、含水量が５０百万分率（ｐｐｍ）未満であり、７ｐｐｍ未満であることが好ましい。天然ガス流を脱水するための何らかの適切な方法を使用できる。適切な脱水プロセスの一般的な例は、限定されないが、分子ふるいによる天然ガス流の処理又はグリコール又はメタノールを用いる脱水を含む。もしくは、天然ガス流は、メタン水和物の形成によって脱水することができる。

本明細書で用いる場合、「脱水」という用語は、水、及び随意的に重質炭化水素を部分的又は完全に除去するための、例えば原料供給ガス流であるガス流の処理を指す。これは、例えば、外部冷却ループ又は冷たい内部プロセス流に対する予冷サイクルによって達成できる。また、水は、例えばゼオライト、又はシリカゲル或いは酸化アルミナ又は他の乾燥剤である、分子ふるいを用いた処理によっても除去できる。また、水は、グリコール、モノエチレングリコール（ＭＥＧ）、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）又はトリエチレングリコール（ＴＥＧ）、或いはグリセロールで洗浄することによって除去できる。脱水されたガス供給流中の水の量は、適切には１体積パーセント（体積％）未満であり、好ましくは０．１体積％未満であり、より好ましくは０．０１体積％未満である。

「原油増進回収（ＥＯＲ）」という用語は、地下貯留層からの炭化水素の回収を高めるためのプロセスを指す。置換効率又は掃除効率を向上させる技術は、置換用の流体又はガスを注入井に導入して、貯留層を通じて油を生産井まで押し出すことによって、油田の開発に使用できる。

本明細書で用いる場合、「流体」という用語は、ガス、液体、及びガスと液体との組み合わせ、並びに、ガスと固体との組み合わせ及び液体と固体の組み合わせを指す。

本明細書で用いる場合、「ガス」という用語は、「蒸気」という用語と互換的に使用され、液体状態又は固体状態から区別されるガス状態における物質又は物質の混合物を指す。同様に、「液体」という用語は、ガス状態又は固体状態から区別される液体状態における物質又は物質の混合物を意味する。

本明細書で用いる場合、「ガス流」という語句は、何らかの適切なタイプの炭化水素回収作業、例えば貯留層から受け取るような、例えばメタンである軽質炭化水素及び／又は例えばエタンである重質炭化水素を含む流体流を意味すると理解される。ガス流は、メタンのような非吸収性ガスと、酸性ガスのような汚染物質とを含み、原料天然ガス流に溶解又は混入された未精製天然ガス流とすることができる。本明細書では、ガス流を本開示に関して検討するが、当業者であれば、ほぼ同じ原理が液体−液体接触を含む何らかの流体流に適用できることを理解できるはずである。従って、本開示の範囲内の様々な実施形態において、「ガス流」、「ガス入口」、「ガス出口」などの語句の使用は非限定的であり、随意的に「流体流」、「流体入口」、「流体出口」で置換できると理解すべきである。「ガス流」、「ガス入口」、「ガス出口」などの語句の使用は、便宜上のものに過ぎない。

本明細書で用いる場合、「炭化水素」という用語は、主に水素及び炭素の元素を含む有機化合物を指すが、窒素、硫黄、酸素、金属、又は多くの他の元素が少量で存在することができる。本明細書で用いる場合、炭化水素は、一般に、天然ガス、油、又は化学処理設備に見出される成分を指す。

本明細書で流体処理装置に関して用いる場合、「直列に」という用語は、２又は３以上の装置が流れラインに沿って配置され、結果としてプロセスで処理される流体流が、実質的に一定の下流方向の流れを保ちながら、設備の１つの要素から次の要素に移動することを意味する。

本明細書で流体処理装置に関して用いる場合、「インライン」という用語は、流体混合及び分離装置の２又は３以上の構成部品が、流れの向きの識別可能な共通軸で連続して接続されていること、より好ましくは流れの向きの識別可能な共通軸で単一の管状装置に一体化されることを意味する。

本明細書で用いる場合、「工業プラント」という用語は、少なくとも一種類の炭化水素又は酸性ガスを含むガス流を発生させる何らかのプラントを指す。１つの非限定的な例は、石炭を動力源とするプラントである。別の非限定的な例は、低圧力でＣＯ₂を放出するセメントプラントである。

本明細書で用いる場合、「液化天然ガス」又は「ＬＮＧ」という用語は、一般に高い割合のメタンを含むことが知られている天然ガスである。しかしながら、ＬＮＧは、微量の他の化合物を含むことができる。他の元素又は化合物は、限定されないが、エタン、プロパン、ブタン、二酸化炭素、窒素、ヘリウム、硫化水素、又はそれらの組み合わせを含むことができ、それらは、１又は２以上の成分（例えば、ヘリウム）を、又は不純物（例えば、水及び／又は重質炭化水素）を除去するように処理され、その後、ほぼ大気圧で冷却によって液体に凝縮される。

本明細書で用いる場合、「液体溶媒」という用語は、ある成分を別の成分よりも選択的に吸収する、実質的に液相の流体を指す。非限定的な例は、液体溶媒が選択的に酸性ガスを吸収し、それによってガス流又は水流から酸性ガス成分の少なくとも一部を除去又は「スクラビング処理（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ）」することができる。

本明細書で用いる場合、「液体−蒸気接触装置」という用語は、装置内で、液体と蒸気との間の少なくとも１つの界面における接触及び成長（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）をもたらす装置を指す。液体−蒸気接触装置の例は、プレート塔、パック塔、ぬれ壁（落下薄膜）塔、噴霧室、熱交換器、又はそれらの何らかの組み合わせを含む。プレート塔及びパック塔を含む装置の例は、蒸留塔、分留塔、及びストリップ塔を含む。

本明細書で用いる場合、「天然ガス」という用語は、原油井から又は地下ガス溜まりから得られる多成分ガスを指す。天然ガスの組成と圧力は大きく変化することができる。一般的な天然ガス流は、メタン（ＣＨ₄）を主成分として含有し、すなわち、天然ガス流の５０モル％よりも多くがメタンである。天然ガス流は、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）、分子量がより大きい炭化水素（例えばＣ₃〜Ｃ₂₀炭化水素）、一種類以上の酸性ガス（例えば、二酸化炭素又は硫化水素）、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。天然ガスはまた、例えば水、窒素、硫化鉄、ワックス、原油のような少量の汚染物質、又はそれらの何らかの組み合わせを含むことができる。

本明細書で用いる場合、「非吸収性ガス」という用語は、ガス処理又は調整プロセス中に溶媒によって著しく吸収されないガスを意味する。

本明細書で用いる場合、「溶媒」という用語は、１又は２以上の他の物質を少なくとも部分的に溶解又は分散させて、溶液を生成又は形成できる物質を指す。溶媒は、極性、非極性、中性、プロトン性、非プロトン性などとすることができる。溶媒は、メタノール、エタノール、プロパノール、グリコール、エーテル、ケトン、他のアルコール、アミン、食塩水などのような、何らかの適切な元素、分子又は化合物を含むことができる。溶媒は、物理溶媒、化学溶媒などを含むことができる。溶媒は、物理的吸着、化学的吸着、化学吸着、物理吸着、吸着、圧力スイング吸着、温度スイング吸着などのような、何らかの適切な方法で作動することができる。

本明細書で用いる場合、「スイートニング処理ガス流」という用語は、酸性ガス成分の少なくとも一部が除去された実質的に気相の流体流を指す。

本明細書で用いる場合、「管板」という用語は、容器の実質的に全断面にわたって延びる、接触ユニットの端部が結合する、複数の孔を含む平面を指す。接触ユニットの端部は、溶接やローリングといった当該分野で公知の任意の手段によって管板に取り付けられ、管板の外周は、同様に容器シェルに取り付けることができる。管板は、本明細書に説明するような他の方法に変更又は構成することができる。

本明細書で用いる場合、単数名詞は、明細書及び特許請求の範囲に説明された本発明の実施形態における何らかの特徴に適用される場合、１又は２以上を意味する。単数名詞の使用は、そのような制限が具体的に記述されていない限り、その意味を単一の特徴に限定しない。

本明細書中で用いる場合、「約」という用語は、別の方法で記載されない限り、後に続く数字の±１０％を意味する。

本明細書で用いる場合、形容詞又は副詞の「おおよそ」、「実質的に」という用語は、意図した効果をもたらすのに十分な材料又は特性の相対量を意味する。いくつかの場合に許容される正確な偏差の程度は、具体的な文脈、例えば±１％、±５％、±１０％、±１５％などに依存することができる。本開示を検討した当業者であれば、これらの用語が、これらの特徴の範囲を提示された詳細な数値範囲に限定することなく、説明されかつ請求項に記載された特定の特徴を説明できることを意図していることを理解できる。従って、これらの用語は、説明された主題の実質的でない又は重要でない改変又は変更が本開示の範囲内にあるとみなされることを示すものとして解釈する必要がある。

本明細書で用いる場合、単数又は複数の名詞又は名詞句に先行する定冠詞（ｔｈｅ）は、１又は２以上の特定の具体的な特徴を示し、それが使用される文脈に応じて単数又は複数の暗示的意味を有する。

図１は、化学溶媒ベースのガス処理設備１００の概略図である。ガス処理設備１００は、原料の又は汚染された天然ガス流１０２から水及び／又は他の汚染物質を除去し、脱水された及び／又は汚染除去された天然ガス流１０４を生成するために使用することができる。これは、原料天然ガス流１０２から水を除去できる接触器１０６に原料天然ガス流１０２を流すことによって達成できる。次いで、脱水された天然ガス流１０４は、頭上流として接触器１０６から流れることができる。さらに、残留する水及び酸性ガス成分は、本明細書でさらに検討するように、後続のプロセスに関連して除去することができる。

原料天然ガス流１０２は、地下貯留層１０８から何らかの適切なタイプの炭化水素回収作業を介して得ることができる。原料天然ガス流１０２は、メタンのような非吸収性ガスを含むことができる。加えて、原料天然ガス流１０２は、例えばＨ₂Ｓ、ＣＯ₂などである酸性ガスを含むことができる。例えば、原料天然ガス流１０２は、炭化水素ガスとともに約１％から約３０％のＨ₂Ｓ又は約１％から約４０％のＣＯ₂を含むことができる。

図１に示すように、原料天然ガス流１０２は、ガス処理設備１００に入ると、入口分離器１１０に流入することができる。入口分離器１１０に入る際に、原料天然ガス流１０２は、大きな圧力を受けることがある。しかしながら、原料天然ガス流１０２の圧力は、ガス生産物が生産される地下貯留層１０８の特性に依存して、大きく変化することができる。例えば、原料天然ガス流１０２の圧力は、大気圧と数千ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉａ）との間とすることができる。天然ガス処理用途では、必要であれば、原料天然ガス流１０２の圧力は、約１００ｐｓｉａ（約７バール）、約５００ｐｓｉａ（約３４バール）、約１０００ｐｓｉａ（約７０バール）、又はそれ以上に昇圧することができる。

入口分離器１１０は、例えば、後続の酸性ガス処理プロセス中に液体溶媒が泡立つのを防止するために、原料天然ガス流１０２を浄化することができる。これは、原料天然ガス流を液相成分と気相成分とに分離することによって達成できる。液相成分は、重質炭化水素と、少量の水と、食塩水及び掘削流体のような不純物を含むことがある。このような成分は、入口分離器１１０から底部ライン１１４を通って流出させ、油回収システム１１６に送ることができる。気相成分は、天然ガスと、酸性ガス及び水のようなある程度の不純物とを含むことがある。このような成分は、頭上の天然ガス流１１２として入口分離器１１０から流出することができる。

天然ガス流１１２は、入口分離器１１０から接触器１０６に流入することができる。接触器１０６は、液体グリコール流１１８のような乾燥剤を使用して、天然ガス流１１２中の水を吸収することができる。特に、液体グリコール流１１８は、トリエチレングリコールのような様々なグリコールを含むことができる。液体グリコール流１１８は、グリコールタンク１２０に貯蔵できる。ポンプ１２２は、液体グリコール流１１８をグリコールタンク１２０から接触器１０６に適切な圧力下で押し込むことができる。例えば、ポンプ１２２は、原料天然ガス流１０２の圧力に応じて、液体グリコール流１１８の圧力を約１，０００ｐｓｉａ（約７０バール）以上に昇圧することができる。

天然ガス流１１２内のガスは、接触器１０６の内部に入ると、接触器１０６を通って上方に移動する。一般的に、接触器１０６内に１又は２以上のトレイ１２４又は他の内在物が設けられており、天然ガス流１１２のための間接的な流路を形成し、かつ気相と液相との間の界面領域を形成する。同時に、液体グリコール流１１８からの液体は、接触器１０６内の一連のトレイ１２４又は他の内在物を横切って下方に移動する。トレイ１２４又は他の内在物は、天然ガス流１１２と液体グリコール流１１８との相互作用を助ける。

接触器１０６は、向流方式に基づいて作動する。言い換えれば、天然ガス流１１２は、接触器１０６を通って一方向に向けられるが、液体グリコール流１１８は、接触器１０６を通って反対方向に向けられる。２つの流体材料が相互作用する際に、下方に流れる液体グリコール流１１８は、上方に流れる天然ガス流１１２から水を吸収して脱水天然ガス流１０４を生成する。

脱水天然ガス流１０４は、接触器１０６を出ると、出口分離器１２６を通過することができる。出口分離器１２６は、ガス浄化器とも呼ばれ、接触器１０６から持ち越された何らかの液体グリコールが脱水天然ガス流１０４から抽出されるのを可能にする。出口分離器１２６は、気相溶媒を捕捉するための水洗容器としても使用することもできる。最終脱水天然ガス流は、頭上ライン１３０を通って出口分離器１２６から流出することができる。何らかの残存液体グリコール１３２は、底部ライン１３４を通って落下することができる。

使用済み乾燥剤流１３６は、接触器１０６の底部から流れる。使用済み乾燥剤流１３６は、吸収水がリッチな（例えば、濃厚な）グリコール溶液とすることができる。使用済み乾燥剤流１３６は、約９０°華氏（Ｆ）（約３２°摂氏（Ｃ））から約１０２°Ｆ（約３９℃）、又はそれ以上の比較的高い温度にすることができる。様々な実施形態において、ガス処理設備１００は、本明細書でさらに検討するように、使用済み乾燥剤流１３６から液体グリコール流１１８を再生するための装置を含む。

使用済み乾燥剤流１３６は、接触器１０６から熱交換器１３８に流れることができる。使用済み乾燥剤流１３６は、熱交換器１３８内で冷却されて、再生器１４４内の蒸留塔１４２に結合されたリボイラ１４０に熱を供給することができる。再生器１４４は、使用済み乾燥剤流１３６から液体グリコール流１１９を再生するために使用できる。再生器１４４は、例えば約１５ｐｓｉａから約２５ｐｓｉａで作動する、大きな圧力容器又は相互接続された一連の圧力容器とすることができる。

使用済み乾燥剤流１３６は、蒸留塔１４２の頭上にある管束１４６を通過することができる。蒸留塔１４２から放出される高温の水蒸気及び排出ガス１４８は、水蒸気及び排出ガス１４８が頭上ライン１５０を通って放出される前に、管束１４６を通過する際に使用済み乾燥剤流１３６を予熱することができる。

蒸留塔１４２内で予熱された後、使用済み乾燥剤流１３６は、温かいグリコール流１５２として管束１４６から放出することができる。温かいグリコール流１５２は、フラッシュドラム１５４に流入することができる。フラッシュドラム１５４は、例えば、約５０ｐｓｉａ（約３バール）から約１００ｐｓｉａ（約７バール）の圧力で作動することができる。フラッシュドラム１５４は、グリコール流１５２のための混合効果又は蛇行流路をもたらす部品を有することができる。

メタン、Ｈ₂Ｓ、又はＣＯ₂のような残留ガス１５６は、頭上ライン１５８を通ってフラッシュドラム１５４から勢いよく流れることができる。頭上ライン１５８に捕捉された残留ガス１５６は、アミンと接触した場合、酸性ガス含有量を約１００ｐｐｍまで下げることができる。酸性ガスのこの濃度は、残留ガス１５６がガス処理システム１００用の燃料ガスとして使用できるほど十分に小さい。

加えて、グリコール流１５２に取り込まれたエタン又はプロパンのような何らかのより重質の炭化水素は、フラッシュドラム１５４内に捕捉することができる。得られた炭化水素流は、底部ライン１６２を通ってフラッシュドラム１５４から流出することができる。

さらに、フラッシュドラム１５４内でフラッシュ流１５４の温度及び圧力が低下するので、グリコール流１５２内の炭化水素が分離され、部分的に浄化されたグリコール流１６４が生成される。次いで、部分的に浄化されたグリコール流１６４は、フラッシュドラム１５４から放出することができる。部分的に浄化されたグリコール流１６４は、粒子を濾過するためのカーボンフィルタのようなフィルタ１６６を通過することができる。

次いで、得られた濾過済みグリコール流１６８は、熱交換器１７０を通過することができる。濾過済みグリコール流１６８は、熱交換器１７０内での液体グリコール流１１９との熱交換によって加熱することができる。得られた高温グリコール流１７４は、再生器１４４の蒸留塔１４２に流入することができる。濾過高温グリコール流１７４が蒸留塔１４２を移動する際に、Ｈ₂Ｓ及びＣＯ₂のような水蒸気及び排出ガス１４８は、濾過済高温グリコール流れ１７４から除去することができる。

グリコール流１７４は、蒸留塔１４２の底部から流出してリボイラ１４０に流入することができる。リボイラ１４０は、熱交換器１３８から発生した熱を利用してグリコール流１７４の温度を上げることができる。加えて、リボイラ１４０は、グリコール流１７４からの残留水蒸気及び排ガス１４８をボイルオフすることができる。ボイルオフされた成分は、蒸留塔１４２を通って上方に移動し、頭上ライン１５０での水蒸気及び排ガス１４８になることができる。

また、再生器１４４は、リボイラ１４０内の液体プールから供給される別個のストリッピング部分１７６を含むことができる。ストリッピング部分１７６は、さらなる蒸留を助長するパッキングを含むことができる。水、Ｈ₂Ｓ、又はＣＯ₂のような何らかの残余不純物は、ボイルオフされて、頭上ライン１５０内で水蒸気及び排ガス１４８と結合する。次いで、グリコール流１７４は、サージタンク１７８に流入し、そこから液状グリコール流１１９として放出することができる。

再生された液体グリコール流１１９は、ポンプ１８０によってサージタンク１７８から送り出すことができる。ポンプ１８０は、液体グリコール流１１９の圧力を、例えば、約１，５００ｐｓｉａ（約１０３バール）又は約２，５００ｐｓｉａ（約１７２バール）まで上昇させることができる。

次いで、液体グリコール流１１９は、熱交換器１７０を通過する。熱交換器１７０における濾過グリコール流１６８との熱交換は、液体グリコール流１１９を部分的に冷却するのに役立つ。加えて、液体グリコール流１１９は、接触器１０６に戻される前に冷却器１８２を通過することができる。冷却器１８２は、液体グリコール流１１９を冷却して、液体グリコール流１１８が接触器１０６に戻される際に、液体グリコール流１１８が勢いよく流れないことを保証する。例えば、冷却器１８２は、液体グリコール流１１９を約１００°Ｆ（約３７℃）から約１２５°Ｆ（約５２℃）まで冷却することができる。

図１は、ガス処理システム１００が図１に示す全ての構成要素を含むことを示すことを意図していない。さらに、特定の実施構成の詳細に応じて、任意数の追加の構成要素をガス処理システム１００内に含むことができる。例えば、ガス処理システム１００は、何らかの適切なタイプの加熱器、冷却器、コンデンサ、液体ポンプ、ガス圧縮機、ブロアー、バイパスライン、他のタイプの分離及び／又は分留装置、弁、スイッチ、コントローラ、及び圧力測定装置、温度測定装置、レベル測定装置、又は流量測定装置などを含む。さらに、図１は、ガス脱水プロセスとの関連で公知の接触器１０６の使用を示す。しかしながら、ガス処理設備１００は、サワーガス除去作業を実質的に代表する。その事例では、液体グリコール流１１８は、第１級アミン、第２級アミン、又は第３級アミンなどの化学溶媒を含む。液体グリコール流１１８は、イオン性液体又は物理溶媒とアミンとの混合物とすることもできる。検討目的のために、本明細書では、液体グリコール流１１８は、アミン、化学溶媒、又は吸収液と同義とみなすことができる。いくつかの実施形態では、ＣＯ₂分子よりもＨ₂Ｓ分子を選択的に除去する溶媒が使用できる。例えば、一般的には、第３級アミンは、Ｈ₂Ｓのように素早くＣＯ₂を効果的に取り除かない。このため、一方が主にＨ₂Ｓを取り除くようになっており、他方が主にＣＯ₂を取り除くように構成なっている、２つの別個のガス処理システム１００を順次作動させることができる。Ｈ₂Ｓを実質的に含まない別個のＣＯ₂流を生成することもできる。当業者は、代替的な実施形態には、いくらかの変更が必要であることを理解できるはずである。例えば、アミンを使用する実施形態では、再生器１４４は、リッチアミン再生を行うために必要なストリッピング塔又は脱着塔及び他の装置を含むように変更する必要がある。

図１のガス処理システム１００では、接触器１０６は単一の接触塔を含む。しかしながら、いくつかの適用例では、複数の接触塔を使用することができる。加えて、高容量かつ高圧力用途のために非常に大きな接触器を使用できる。発電プラントにおける煙道ガスからの二酸化炭素の除去のような低圧力用途の場合、比較的小さい５００メガワットの発電所煙道ガス用途には、５０フィート×５０フィートのダクト接触器が必要とされる場合がある。毎分数百ガロンの溶媒が接触器を通過する。従って、そのような作業は非常に高価になる可能性がある。

図２は、インライン接触システム２００のための複式ユニット並列プロセス構成の概略図である。図２の構成要素は、特に明記されない限り、図１の対応する構成要素と実質的に同じである。インライン接触システム２００は、図１の接触器１０６にとって代わることができる。インライン接触システム２００は、天然ガス流１１２のためのヘッダ２０４によって別個に供給される４つの接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄを有する。接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄは、ヘッダ２０４によって、例えば図１の液体グリコール流１１８であるリーン溶媒流２０６が個別に供給される。各接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄは、リーン溶媒流２０６を霧化して（液体溶媒を多数の小液滴に分けて）導入するための入口ノズル２０８ａ〜２０８ｄを有する。リーン溶媒流２０６の霧化により、天然ガス流１１２との接触に利用可能な表面積が増大し、酸性ガス成分が蒸気相及び液相の両方で拡散するのに必要な距離が短くなる。各接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄは、シールポット又は液体ブーツ２１２ａ〜２１２ｄで収集されてそこから戻されたガスが供給される再循環ガス入口２１０ａ〜２１０ｄを有する。図示するように、各再循環ガス入口２１０ａ〜２１０ｄは、分離を助けるためのスワールベーン又は同等の構造を含むことができる。シールポット又は液体ブーツ２１２ａ〜２１２ｄは、プロセス制御のための滞留時間を与える、及び接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄを密封してガスバイパスを防止することができる。各接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄは、処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｄ及びリッチ溶媒出口２１６ａ〜２１６ｄを有する。処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｄは、渦管ファインダを備えるように示されるが、当該技術分野では別の実施形態が知られている。処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｄを通って接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄから流出する処理ガスは結合して、脱水及び／又は汚染除去された天然ガス流１０４として通るが、リッチ溶媒出口２１６ａ〜２１６ｄを通って接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄから流出するリッチ溶媒は結合して使用済み乾燥剤流１３６として通ることができる。

作動時、各接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄは、入口セクション２２０で天然ガス流１１２を受け入れ、入口ノズル２０８ａ〜２０８ｄは、リーン溶媒流２０６を霧化して天然ガス流１１２にさらす。霧化された溶媒と天然ガスとの混合流は、吸収が生じる物質移動セクション２２２を通過する。物質移動セクション２２２は、実質的に空ボアを有する管状体を備えることができる。もしくは、物質移動セクション２２２は、様々な固定要素を備えることができる。物質移動セクションの後に分離セクション２２４が続く。分離セクション２２４では、取り込まれた液滴が、例えばサイクロン誘導要素を用いてガス流から除去され、少なくとも部分的に脱水及び／又は汚染除去された処理ガス流が得られる。いくつかの実施形態では、入口セクション２２０及び物質移動セクション２２２は、まとめて接触セクションと呼ぶことができる。接触セクションの長さは、天然ガス流１１２に関する所定の汚染除去レベル及び／又は脱水レベルを得るために必要な滞留時間に基づいて、例えば意図した流速、圧力降下などを考慮して決定することができる。処理ガス流は、出口セクション２２６を通って接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄから出る。接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄは、約４００ｐｓｉａ（約２８バール）から約１，２００ｐｓｉａ、又はそれ以上で作動することができる。接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄは、これらの圧力に耐えるように個々に構成される必要があるので、接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄの数が増えるに従って、重量及び／又は占有面積が直線的に増加する。

図３Ａは、単段複式並流接触器構成３００の実施形態の側面図である。図３の構成要素は、特に明記されない限り、図１の対応する構成要素と実質的に同じである。単段複式並流接触器構成３００は、概して容器３０２内に収容され、容器３０２は、内部で発生する密度の高い接触のための単体構造（単一及び／又は共通）の圧力境界を形成することができる。容器３０２は、約５００ｐｓｉａ（約３４バール）を越える圧力に耐えるように構成することができ（又は圧力容器の定格を有することができ）、圧力は、例えば約６００ｐｓｉａ（約４１バール）から約３，０００ｐｓｉａ（約２０７バール）、約８００ｐｓｉａ（約４８バール）から約３，０００ｐｓｉａ（約２０７バール）、約６００ｐｓｉａ（約４１バール）から約２，０００ｐｓｉａ（約１３８バール）、約８００ｐｓｉａ（約４８バール）から約２，０００ｐｓｉａ（約１３８バール）、約６００ｐｓｉａ（約４１バール）から約１，０００ｐｓｉａ（約７０バール）、約８００ｐｓｉａ（約４８バール）から約１，０００ｐｓｉａ（約７０バール）、約１，０００ｐｓｉａ（約７０バール）から約３，０００ｐｓｉａ（約２０７バール）、約１，０００ｐｓｉａ（約７０バール）から約２，０００ｐｓｉａ（約１３８バール）、約２，０００ｐｓｉａ（約１３８バール）から約３，０００ｐｓｉａ（約２０７バール）、又はその間の任意の範囲である。例えば、ガス流１１２と天然ガス流１０４との間の容器３０２の長さを横切る差圧は、約２００ｐｓｉａ（約１４バール）から約７００ｐｓｉａ（約４８バール）、約３００ｐｓｉａ（約２１バール）から約６００ｐｓｉａ（約４１バール）、約４００ｐｓｉａ（約２８バール）から約５００ｐｓｉａ（約３４バール）、約２００ｐｓｉａ（約１４バール）から約６００ｐｓｉａ（約４１バール）、約３００ｐｓｉａ（約４１バール）から約６００ｐｓｉａ（約４１バール）、約４００ｐｓｉａ（約２８バール）から約６００ｐｓｉａ（約４１バール）、約５００ｐｓｉａ（約３４バール）から約６００ｐｓｉａ）、約２００ｐｓｉａ（約１４バール）から約５００ｐｓｉａ（約３４バール）、約３００ｐｓｉａ（約２１バール）から約５００ｐｓｉａ（約３４バール）、約２００ｐｓｉａ（約１４バール）から約４００ｐｓｉａ（約２８バール）、約３００ｐｓｉａ（約２１バール）から約４００ｐｓｉａ（約２８バール）、約２００ｐｓｉａ（約１４バール）から約３００ｐｓｉａ（約２１バール）、又はそれらの間の任意の範囲である。容器３０２は、概して、本明細書では分離ユニットとも呼ばれる、接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎを含む実質的に平行な分離ユニットの単段の束又は小型接触器を含む。当業者であれば、小型接触器の束における接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎの数は、所望の流量、分離ユニットの直径などを含む所望のデザイン特性に基づいて随意的に選択することができ、１から３００又はそれ以上のユニット間のいずれかの数に含まれることを理解されたい。数字の参照符号と併せて文字表記（すなわち、「ａ」、「ｂ」、「ｎ」など）を使用することは、参照の容易化のためのみであり、限定のためではない。例えば、当業者であれば、様々な実施形態において、例示の接触ユニット２０２ａから２０２ｄのセットは、２、４、５、２０、又は数百の接触ユニットを備え得ることを理解できるはずである。容器３０２は、入口セクション２２０において、入口ノズル２０８ａ〜２０８ｎを有する入口管板３０４を備える。入口セクション２２０は、共通の入口プレナムにおいて天然ガス流１１２を受け入れるように構成され、入口プレナムを通って天然ガス流１１２が接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎを横切って実質的に均等に分布するようになっている。本明細書ではガス流１１２、ガス流１０４などが検討されるが、当業者であれば、ほぼ同じ原理が液体−液体接触を含む任意の流体流に適用できることを理解できるはずである。その結果、本開示の範囲内の様々な実施形態において、「ガス流」、「ガス入口」、「ガス出口」などの語句は、非限定的であり、「流体流」、「流体入口」、「流体出口」などで置き換えられることを理解されたい。「ガス流」、「ガス入口」、「ガス出口」などの語句の使用は、便宜上の目的に過ぎない。接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎは、デザイン要求に応じて適切なサイズとすることができる。例えば、接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎは、約２インチ（ｉｎ）（約５センチメートル（ｃｍ））から約２４ｉｎ（約６１ｃｍ）、約３ｉｎ（約７．６ｃｍ）から約２０ｉｎ（約５０ｃｍ）、約４ｉｎ（約１０．１ｃｍ）から約１８ｉｎ（約４５ｃｍ）、約６ｉｎ（約１５．３ｃｍ）から約１２ｉｎ（約３０ｃｍ）、約６ｉｎ（約１５．３ｃｍ）から約１８ｉｎ（約４５ｃｍ）、約１２ｉｎ（約３０ｃｍ）から約１８ｉｎ（約４５ｃｍ）、約１８ｉｎ（約４５ｃｍ）から約２４ｉｎ（約６１ｃｍ）、又は任意の範囲にできる。入口管板３０４は、リーン溶媒流２０６を受け入れ、これを流入ノズル２０８ａ〜２０８ｎに送るように構成され、リーン溶媒流２０６は霧化することができる。いくつかの実施形態では、リーン溶媒流２０６は、グリコール供給システム（図示しない）に由来し、リーン溶媒流２０６はグリコールを含む。入口ノズル２０８ａ〜２０８ｎは、霧化溶媒流を天然ガス流１１２に取り込むのに役立ち、霧化溶媒と天然ガスとの混合流は、吸収が生じる物質移動セクションに２２２に進むことができる。各接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎは、例えば共通のブーツ３１６で収集されてそこから戻される再循環ガスが供給される再循環ガス入口２１０ａから２１０ｎを有する。ブーツ３１６は、液体低流量用途に随意的に含まれ、液体流量制御を改善することができる。図示のように、ブーツ３１６は、内部渦ブレーカ３１７又は他の適切な内在物を有することができる。明瞭化のために、再循環ガス入口２１０ａ〜２１０ｎの各々の再循環ガス供給ラインは示されていない。当業者には理解されるように、再循環ガス入口２１０ａ〜２１０ｎは随意的であり、他の実施形態では、再循環ガスは追加的に又は代替的に下流に送ることができる。リッチ溶媒出口３０６ａ〜３０６ｎを通って接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎから出るリッチ溶媒は、共通の液体脱気セクション又は共通の汚染液体の収集プレナム３１２に流出することができる。プレナム３１２は、所望の脱気ガスのために十分な滞留時間を与え、天然ガス流１１２に伴う液体サージを低減し、分離装置２０２ａ〜２０２ｎの接触セクションに生じるサイクロン分離に対する液体シールを提供することができる。プレナム３１２によって与えられる滞留時間は、プロセスの作業に応じて５秒から５分まで、又は様々な実施形態において３０秒から１分まで変化することができる。容器３０２は、例えば金網、ベーンパックプレート、バッフル、又は他の内部装置であるミスト排除器３１４を含み、プレナム３１２においてリッチ溶媒の液相を離れる脱気ガスからの液滴の持ち越しを低減する。また、ミスト排除器３１４は、分離装置２０２ａ〜２０２ｎから出るリッチ溶媒液体の運動量ブレーカとして機能して、液体の通気を最小限にすることができる。沖合設備又は浮遊設備、さもなければ移動設備に組み込まれる実施形態では、ミスト排除器３１４は、容器３０２の底部の波状運動を緩和することができる。各接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎは、処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｎ及びリッチ溶媒出口３０６ａ〜３０６ｎを有する。容器３０２は、プロセス構成に応じて、複式並流接触ユニットの上流又は下流に供給することができ、プレナム３１２に集められたリッチ溶媒から脱気されたガスなどの脱気ガスを排出するための通気口３１８を有することができる。処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｎは出口管板３１０に結合する。処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｎを通って接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎを出る処理済みガスは、脱水及び／又は汚染除去された天然ガス流１０４と呼ぶことができる。また、容器３０２は、レベル制御システム（図示しない）に結合して、ブーツ３１６から出るリッチ溶媒１３６の量を制御するためのレベル制御ポート３２０ａ及び３２０ｂを含む。ブーツ３１６からのリッチ溶媒１３６は、再生システムに送って処理すること、又は他のプロセス流と組み合わることができる。

図３Ｂは、図３Ａの単段複式並流接触器構成３００の、入口管板３０４で切り取った断面端面図である。図３Ｂは、容器３０２内の接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎの配置例を示す。他の許容可能な配置は、当業者には容易に明らかであろう。また、図３Ｂは、ミスト排除器３１４、プレナム３１２、通気口３１８、ブーツ３１６、レベル制御ポート３２０ａ及び３２０ｂ、並びにリッチ溶媒流１３６の位置を示す。

図４Ａは、単段複式並流接触器構成４００の実施形態の側面図である。図４の構成要素は、特に明記されない限り、図２から図３Ｂの対応する構成要素と実質的に同じである。構成４００は、容器３０２内に接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎを備える。また。図４Ａは、入口セクション２２０において、入口ノズル２０８ａ〜２０８ｎを有する入口管板３０４を示す。入口セクション２２０は、天然ガス流１１２を受け入れるように構成される。また、構成４００は、通気口３１８と、ブーツ３１６と、脱水及び／又は汚染除去された天然ガス流１０４とを備える。構成４００は、図３の液体沈殿セクション、共通液体脱気セクション、及び／又は共通汚染液体収集プレナム３１２又はミスト排除器３１４を備えない点で構成３００とは異なる。構成４００の実施形態は、ブーツ３１６においてレベル制御ポート３２０ａ又は３２０ｂ、或いは渦ブレーカ３１７を備えない点で構成３００とはさらに異なる。構成４００の実施形態は、空間の制約がある場合、又は小型接触器シェルが輸送に関する最大直径に達して更に小型の接触器が必要な場合に有用である。他の適用例は、当業者には明らかである。

図４Ｂは、図４Ａの単段複式並流接触器構成４００の実施形態の入口管板３０４で切り取った断面端面図である。図４Ｂは、容器３０２内の接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎの配置例を示す。他の許容可能な配置は、当業者には明らかであろう。また、図４Ｂは、通気口３１８、ブーツ３１６、及びリッチ溶媒流１３６の位置を示す。

図５は、二段複式並流接触器構成５００の実施形態の側面図である。二段でのみ示されるが、当業者であれば、本発明はそれに限定されず、随意的に、付加的な接触段を並列又は直列に追加できることを理解できるはずである。図５の構成要素は、特に明記されない限り、図２〜図４Ｂの対応する構成要素と実質的に同じである。構成５００は、概して、インラインに設置されかつ同じ単一容器３０２内に配置された２つの単段複式並流接触器構成３００を含む。容器３０２は、全体的に、例えば図２の接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎである接触ユニット２０２ａ〜２０２ｃを備える小型接触器の第１の単段の束と、例えば図２の接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎである接触ユニット２０２ｄ〜２０２ｎを備える小型接触器の第２の単段の束とを含む。小型接触器の第１の段では、容器３０２は、入口セクション２２０において、例えば図２の入口ノズル２０８ａ〜２０８ｎである入口ノズル２０８ａ〜２０８ｃを有する第１の入口管板３０４ａを含む。第１の入口セクション２２０ａ（図３Ａ及び／又は４Ａの入口セクション２２０に対応する）は、共通の入口プレナムにおいて天然ガス流１１２を受け入れるように構成され、入口プレナムを通って天然ガス流１１２が接触ユニット２０２ａ〜２０２ｃを横切って実質的に均等に分布するようになっている。入口管板３０４ａは、溶媒流２０６ａを受け入れ、これを例えば噴霧流として流入ノズル２０８ａ〜２０８ｃに送るように構成される。入口ノズル２０８ａ〜２０８ｃは、霧化された溶媒流２０６ａを天然ガス流１１２に取り込むことができ、霧化溶媒と天然ガスとの混合流は、吸収が起こる物質移動セクション２２２ａ（図３Ａ及び／又は図４Ａの物質移動セクション２２２に対応する）に進むことができる。各接触ユニット２０２ａ〜２０２ｃは、分離セクション２２４ａ（図３Ａ及び／又は図４Ａの分離セクション２２４に対応する）に配置され、例えば共通の液体ブーツ３１６ａ（図３Ａ及び／又は図４Ａの共通の液状ブーツ３１６に対応する）で収集されてそこから戻される再循環ガスが供給される、例えば図２の再循環ガス入口２１０ａ〜２１０ｎである再循環ガス入口２１０ａから２１０ｃを有する。ブーツ３１６ａは、随意的に液体低流量用途で含むことができ、液体流量制御を改善することができる。図示するように、ブーツ３１６ａは、内部渦ブレーカ３１７ａを含むことができる。明瞭化のために、再循環ガス入口２１０ａ〜２１０ｃの各々の再循環ガス供給ラインは示されていない。当業者によって理解されるように、再循環ガス入口２１０ａ〜２１０ｃは随意的であり、他の実施形態では、再循環ガスを追加的又は代替的に下流に送ることができる。例えば図３の出口３０６ａ〜３０６ｎであるリッチ溶媒出口３０６ａ〜３０６ｃを通って接触ユニット２０２ａ〜２０２ｃから出るリッチ溶媒は、ミスト排除器３１４ａを有する共通の液体脱気セクション又は共通の汚染液体の収集プレナム３１２ａに流出することができる。各接触ユニット２０２ａ〜２０２ｃは、少なくとも部分的に脱水及び／又は汚染除去された処理天然ガス流を小型接触器の第１の段から流出させるための出口部分２２６ａ（図３Ａ及び／又は４Ａの出口部分２２６に対応する）に配置された、例えば図２の出口２１４ａ〜２１４ｎである、処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｃを有する。

小型接触器の第２の段では、容器３０２は、第２の入口セクション２２０ｂにおいて、処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｃに結合され、例えば図２の入口ノズル２０８ａ〜２０８ｎである入口ノズル２０８ｄ〜２０８ｎを有する第２の入口管板３０４ｂを含む。第２の入口セクション２２０ｂ（図３Ａ及び／又は図４Ａの入口セクション２２０に対応する）は、共通入口プレナムにおいて処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｃから少なくとも部分的に脱水及び／又は汚染除去された天然ガスを受け入れるように構成され、共通入口プレナムを通って処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｃからの少なくとも部分的に脱水及び／又は汚染除去された天然ガスが、接触ユニット２０２ｄ〜２０２ｎを横切って実質的に均等に分布するようになっている。共通入口プレナムは、例えば空隙としてプレート及び／又はフランジ内に組み込みこと、及び所望の混合量に基づいてサイズを決めることができる。いくつかの実施形態は、流れ案内器、混合器、又は共通入口プレナムへの他の内在物を含むことができる。第２の入口管板３０４ｂは、溶媒流２０６ｂを受け入れて、入口ノズル２０８ｄ〜２０８ｎに送るように構成される。いくつかの実施形態では、入口ノズル２０８ｄ〜２０８ｎは処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｃと整列し、他の実施形態では、入口ノズル２０８ｄ〜２０８ｎと処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｃとはオフセットする。入口ノズル２０８ｄ〜２０８ｎは、処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｃからの少なくとも部分的に脱水及び／又は汚染除去された天然ガス流中の溶媒流２０６ｂを霧化して取り込むことができ、霧化リーン溶媒と少なくとも部分的に脱水及び／又は汚染除去された天然ガスとの混合流は、吸収が起こる物質移動セクション２２２ｂ（図３Ａ及び／又は図４Ａの物質移動セクション２２２に対応する）に進むことができる。各接触ユニット２０２ｄ〜２０２ｎは、分離セクション２２４ｂ（図３Ａ及び／又は図４Ａの分離セクション２２４に対応する）に配置され、例えば共通液体ブーツ３１６ｂ（図３Ａ及び／又は図４Ａの共通液体ブーツ３１６に対応する）で収集されてそこから戻される再循環ガスが供給される、例えば図２の２１０ａ〜２１０ｎである再循環ガス入口２１０ｄ〜２１０ｎを有する。ブーツ３１６ｂは、随意的に液体低流量用途で含むことができ、液体流量制御を改善するようになっている。図示するように、ブーツ３１６ｂは、内部渦ブレーカ３１７ｂを有することができる。明瞭化のために、再循環ガス入口２１０ｄ〜２１０ｎの各々のための再循環ガス供給ラインは示されていない。当業者によって理解されるように、再循環ガス入口２１０ｄ〜２１０ｎは随意的であり、他の実施形態では再循環ガスを追加的又は代替的に下流に送ることができる。例えば図３の出口３０６ａ〜３０６ｎである溶媒の出口３０６ｄ〜３０６ｎを通って接触ユニット２０２ｄ〜２０２ｎから出る溶媒は、ミスト排除器３１４ｂを有する共通液体脱気セクション又は共通汚染液体の収集プレナム３１２ｂに流出することができる。各接触ユニット２０２ｄ〜２０２ｎは、処理ガス流を小型接触器の第２の段から流出させるための出口セクション２２６ｂ（図３Ａ及び／又は図４Ａの出口部分２２６に対応する）に配置された、例えば図２の出口２１４ａ〜２１４ｎである処理ガス出口２１４ｄ〜２１４ｎを有する。処理ガス出口２１４ａ〜２１４ｎを通って接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎから出る処理ガスは結合され、脱水及び／又は汚染除去された天然ガス流１０４として通ることができる。

容器３０２は、小型接触器の第１の段及び第２の段からそれぞれ脱気ガスを排出するための第１段通気口３１８ａ及び第２段通気口３１８ｂを有する。また、容器３０２は、レベル制御システム（図示しない）に結合して、ブーツ３１６ａ及び／又は３１６ｂから出るリッチ溶媒の量を制御するためのレベル制御ポート３２０ａ〜３２０ｄを含む。加えて、接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎは、接触セクション内に、例えばベーン要素、パッキング、メッシュなどの小液滴を合体させてより大きなサイズにする合体要素５０２ａ〜５０２ｎを備えている。これにより、ガスと溶媒との分離が改善される。合体要素は、清浄化サービスでのみ望ましいであろう。また、接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎは、出口セクション２２６ａ及び２２６ｂにスワール防止要素５０４ａ〜５０４ｎを備えることができる。

二段複式並流接触器構成５００は、並流段を備える向流接触器として機能し得ることを理解されたい。二段複式並流接触器構成５００を通過する場合、天然ガス流１１２は、溶媒に対してより長い滞留時間を経験するのでますます脱水及び／又は汚染除去される。さらに、小型接触器の第２の段は、例えばリーン溶媒流２０６ｂである最もリーンな溶媒を受け入れることができ、前段から出る最も水和されていない及び／又は汚染されてないガス流をきれいに脱水及び／又は汚染除去する。さらに、第１の段は、例えばセミリーン溶媒流１３６ｂであるセミリーン溶媒流２０６ａを小型接触器の第２の段から受け入れて、未処理ガス流１１２から水及び／又は汚染物質の大部分を除去することができる。当業者には他の接触形態が明らかである。いかなる場合でも、液体ブーツ３１６ａ又は３１６ｂから出る溶媒は、各段に関して、液体入口２０６ａ又は２０６ｂのそれぞれよりもリッチであり、すなわちより濃度の高い汚染物質を含む。二段でのみ示すが、当業者であれば、本発明は、それに限定されず、随意的に、付加的な接触段が並列又は直列に追加できることを理解できるはずである。

図６は、単一の容器内での折り返しを可能にするバッフルを備える二段複式並流接触器構成６００の実施形態の側面図である。二段でのみ示すが、当業者であれば、本発明は、それに限定されず、随意的に、付加的な接触段を並列又は直列に追加できることを理解できるはずである。図６の構成要素は、特に明記されない限り、図２から図５の対応する構成要素と実質的に同じである。構成６００は、概して、インラインに設置され、同じ単一の容器３０２内に配置された、２つの単段複式並流接触器構成３００を含む。構成６００は、未処理ガス流１１２を受け入れるための分岐入口６０２と、脱水及び／又は汚染除去された天然ガス流１０４を通過させるための分岐出口６０４とを含む。分岐入口６０２は、２つの共通入口プレナムを有し、共通入口プレナムを通って天然ガス流１１２が接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎのそれぞれの部分を横切って実質的に均等に分布するようになっている。構成６００の第１の段のバッフル６０６ａは、接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄの第１の部分と接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄの第２の部分とを分ける。構成６００の第２の段のバッフル６０６ｂは、接触ユニット２０２ｅ〜２０２ｎの第１の部分と接触ユニット２０２ｅ〜２０２ｎの第２の部分とを分ける。図示するように、接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄの第１の部分から出た処理ガスは、接触ユニット２０２ｅ〜２０２ｎの第１の部分により入力ガスとして受け入れ、接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄの第２の部分から出た処理ガスは、接触ユニット２０２ｅ〜２０２ｎの第２の部分により入力ガスとして受け入れることができる。構成６００は、それぞれ接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄ及び接触ユニット２０２ｅ〜２０２ｎの第２の部分に関連する、共通液体ブーツ３１６ｃ及び共通液体ブーツ３１６ｄを備える。

作動時、接触ユニット２０２ａ〜２０２ｄ及び／又は接触ユニット２０２ｅ〜２０２ｎの第１の部分又は第２の部分は、随意的に、単一の容器内での折り返しを可能にするように隔離することができる。図示した実施形態はバッフル作用を利用するが、当業者であれば、折り返しは、代替的に又は追加的に多数の異なる方法で得られることを認識できるはずである。例えば、所望の流量に応じて、接触ユニット２０２ａ〜２０２ｎの一部の入口の上にブランキングプレートを組み込むことができる。これは、ブランキングプレートを追加及び／又は除去するために運動停止が必要となる場合があるので、望ましくない可能性がある。別の技術は、蒸気が所定数の小型接触要素にだけ入るのを可能にするように、管板の近くの所定のブランキング領域に対してナイフゲート弁（ｋｎｉｆｅ ｖａｌｖｅ）を組み込むことを含む。さらに別の技術は、選択された数の容器への分割流デザインを可能にするように構成された、並列な一連の小さな容器を利用することを含む。これは、施設に対して費用及び／又は占有面積を追加する可能性があるので望ましくない場合がある。これらの技術及び他の技術は、当業者には明らかである。

図７Ａは、例えば図５の二段複式並流接触器構成５００である二段複式並流接触器構成７００の垂直的実施形態の断面図である。図７Ｂは、図７Ａの二段複式並流接触器構成７００の垂直的実施形態の側面図である。図７Ｃは、図７Ａの二段複式並流接触器構成７００の垂直的実施形態の端面図である。構成３００、４００、５００、及び６００は、実質的に水平に配置して示され、実質的に水平配置で適切に使用されるが、各実施形態は、本開示の範囲内で変更して実質的に垂直配置を利用することができる。構成７００の構成要素は、特に明記されない限り、図２から図５の対応する構成要素と実質的に同じである。構成７００は、入口セクション７０２、第１の接触段７０４、第２の接触段７０６、及び出口セクション７０８を備える。入口セクション７０２は、天然ガス流１１２を受け入れるように構成される。入口セクション７０２は、天然ガス流１１２を通ってシステムに入る同伴液体の除去を可能にする、例えばデミストパッド、デミストサイクロンなどである内在物を含むことができる。第１の接触段７０４及び第２の接触段７０６は、図５の二段複式並流接触器構成５００の第１の段及び第２の段とほぼ同じ構成要素を含むことができる。ブーツ３１６ａ及び３１６ｂは、それぞれ第１の接触段７０４及び第２の接触段７０６の下端に配置することができる。これにより、重力は、リッチ及び／又はセミリッチ溶媒がブーツ３１６ａ及び／又は３１６ｂを通るのを助けることができる。

図８は、入口脱水ガス浄化器８０４を有する歴史上のグリコール塔８０２と、例えば図７Ａから図７Ｃの二段複式並流接触器構成７００である二段複式並流接触器８０６の実施形態とを横並びで比較する図である。１つの実施形態では、グリコール塔８０２は、幅が約８．５フィート（ｆｔ）で、高さが約４５フィートとすることができ、入口脱水ガス浄化器８０４は、幅が約１１フィートで、高さが約１８フィートとすることができ、二段複式並流接触器８０６は、幅が約４フィートで、高さが約２５フィートとすることができる。当業者であれば、重量、費用、占有面積、及びサイズのかなりの節約といった、二段複式並流接触器８０６を使用して達成できる小型化及びプロセス強化を理解できるはずである。

本技術は、様々な変更及び代替形態が可能であるが、本明細書で検討した例示的な実施形態は、例示的にのみ示される。しかしながら、本明細書に開示された技術は、開示された特定の実施形態に限定されることを意図していないことを再度理解されたい。実際、本技術は、添付の特許請求の範囲の真の精神及び範疇にある全ての代替物、変更物、組み合わせ、並べ替え、及び均等物を含む。

Claims (6)

1. 汚染流体流を汚染除去する方法であって、
   前記汚染流体流を受け入れる段階と、
   前記汚染流体流を単一の圧力境界を共有する第１の複数の分離ユニットにわたって実質的に均等に分配する段階であって、前記第１の複数の分離ユニットの各々が、パイプ内で直列に配置され、前記汚染流体流を溶媒流と接触させる入口セクションと、該入口セクションの下流に設けられ前記汚染流体流と前記溶媒流の一部分を並列的に接触させる物質移動セクションと、該物質移動セクションの下流に設けられリッチ溶媒流と汚染除去流体流とを生成する分離セクションとを有している、段階と、
   前記溶媒流を受け入れる段階と、
   前記第１の複数の分離ユニットの入口セクションの各々の中で、前記汚染流体流を前記溶媒流と並流的に接触させる段階と、
   前記汚染流体流の一部分と前記溶媒流とを、前記第１の複数の分離ユニットの各々の物質移動セクションを通過させる段階と、
   前記第１の複数の分離ユニットの各々の分離セクション内で、リッチ溶媒流と汚染除去流体流とを生成する段階と、
   前記第１の複数の分離ユニットの各々から前記リッチ溶媒流を移動させる段階であって、前記第１の複数の分離ユニットの各々からの前記リッチ溶媒流が第１のリッチ溶媒流である、段階と、
   前記第１の複数の分離ユニットの各々から前記汚染除去流体流を移動させる段階と、
   前記第１の複数の分離ユニットで生成された複数の前記汚染除去流体流を、前記単一の圧力境界を共有する第２の複数の分離ユニットに移動させる段階であって、前記第２の複数の分離ユニットの各々が、前記複数の汚染流体流を前記溶媒流と接触させる入口セクションと、該入口セクションの下流に設けられ前記複数の汚染流体流と前記溶媒流の一部分を並列的に接触させる物質移動セクションと、該物質移動セクションの下流に設けられリッチ溶媒流と汚染除去流体流とを生成する分離セクションとを有している、段階と、
   第２の溶媒流を受け入れる段階と、
   前記第２の複数の分離ユニットの入口セクションの各々の中で、前記複数の汚染除去流体流を前記第２の溶媒流と並流的に接触させる段階と、を含む、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記第２の複数の分離ユニットの各々で、前記複数の汚染除去流体流及び前記第２の溶媒流を使用して、第２の汚染除去流体流及び第２のリッチ溶媒流を生成する段階と、
   前記第２の複数の分離ユニットの各々から、前記第２のリッチ溶媒流を移動させる段階と、
   前記第１のリッチ溶媒流と前記第２のリッチ溶媒流とを結合して廃棄物流を生成する段階と、
   前記廃棄物流を流出させる段階と、
   前記第２の複数の分離ユニットの各々から、前記第２の汚染除去流体流を移動させる段階と、をさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の溶媒流は、前記第１の溶媒流よりもリーンである、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記汚染流体流は、水、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、二酸化硫黄（ＳＯ₂）、二硫化炭素（ＣＳ₂）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、メルカプタン、又はこれらの何らかの組み合わせで汚染される、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記複数の分離ユニットは、前記単一の圧力境界を共有する前記分離ユニットの全てよりも少なく、前記方法は、
   前記単一の圧力境界を共有する前記分離ユニットの第１の部分が前記汚染流体流にさらされるのを排除する段階をさらに含む、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記分離ユニットの前記第１の部分を排除する段階は、前記汚染流体流を、前記分離ユニットの前記第１の部分への１又は２以上の入口に共通な入口プレナムに供給することを妨げる段階を含む、
   請求項５に記載の方法。

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