JPH0465487A - Ｎｇｌまたはｌｐｇの回収方法 - Google Patents

Ｎｇｌまたはｌｐｇの回収方法

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JPH0465487A
JPH0465487A JP2175373A JP17537390A JPH0465487A JP H0465487 A JPH0465487 A JP H0465487A JP 2175373 A JP2175373 A JP 2175373A JP 17537390 A JP17537390 A JP 17537390A JP H0465487 A JPH0465487 A JP H0465487A
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    • F25J2270/60—Closed external refrigeration cycle with single component refrigerant [SCR], e.g. C1-, C2- or C3-hydrocarbons

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、天然ガスや石油随伴ガスからＬＰＧやＮＧＬ
を回収する方法に関する。
〔従来の技術〕
天然ガスや石油随伴ガスからＮＧＬやＬＰＧを回収する
方法としては、一般に深冷分離法が広く用いられている
。この方法では、′天然ガスあるいは石油随伴ガスから
成る原料ガスに、脱水、脱硫等の前処理を施した後、こ
れを高圧に圧縮、冷却して、ＮＧＬやＬＰＧの成分とな
るエタン、ブロパン、ブタンおよび天然ガソリンを、液
化し分離回収する１回収した液は精製して製品とし、分
離後のガス（これはほとんどがメタンから成る）は、系
外に放出するか、またはセールスガスとする。
原料ガスを冷却するには、膨張タービン（エキスパンダ
）を使用する方法が広〈実施されている。
この方法では、圧縮した原料ガスをエキスパンダによっ
てほぼ等エントロピー膨張させ、ガスを自己冷却させて
その一部を液化させるとともに、得られた冷熱を原料ガ
スの冷却に利用している。また、原料ガスの冷却用熱量
が不足する場合には、プロパン冷凍機などの外部冷凍シ
ステムを利用して、不足冷却量を補っている。
このような回収方法の従来例を第４図、第５図を用いて
詳細に説明する。これらはいずれもＬＰＧ回収の例であ
る。天然ガスや石油随伴ガスなどの原料ガスには、メタ
ンが約７０〜９０％、エタンが約５〜１０％、プロパン
以上の重質成分が約３〜１０％含まれている。このガス
は、脱水、脱硫、脱炭酸等の前処理を経て、約２０〜４
０気圧に昇圧される。
但しこの部分は図示されていない。
まず第４回において、（１）は前処理、圧縮後の原料ガ
スである。この原料ガス（１）は、ストリッパ（脱メタ
ン塔）０３）で分離された低温の分離ガス（２３）と脱
メタン塔（２４）で分離された分離ガス（３０）とによ
って、熱交換器（２）内で冷却される。この熱交換器（
２）としては、プレートフィン熱交換器が好適である。
熱交換器（２）の次には、例えばプロパン冷凍機のよう
な外部冷凍機（３）により冷却される。
引き続き、原料ガス（１）は熱交換器（４）、（６）お
よび外部冷凍機（５）によって冷却される。原料ガスは
、このように熱交換器（２）、　（４）、　（６）およ
び外部冷凍機（３）（５）によって約２０〜５０℃から
約−３０〜−５０°Ｃにまで冷却され、原料ガス（１）
中の主としてプロパン以上の重質成分が凝縮液化する。
そこで、高圧セパレータ（高圧気液分離器）（７）によ
り凝縮液（９）と分離ガス（８）とに分離する。本プロ
セスでは、分離ガス（２３）、　（３０）の他に脱メタ
ン塔０３）で回収された回収液０４１も、原料ガス（１
）の冷却用流体として利用される。
分離ガス（８）は、エキスパンダ（膨張タービン）θｌ
）においてほぼ等エントロピー的に約１０〜２０気圧ま
で膨張し、原料ガス（１）の圧力降下に伴う自己冷却に
よって温度が約−７０〜−９０’Ｃまで低下して一部は
凝縮する。この時、原料ガス（１）の圧力エネルギーが
膨張タービンａＤＯ軸動力として回収される。
膨張後の気液混合流体はストリンパ〔脱メタン塔）０ω
に供給される。
次に、高圧セパレータ（７）で分離された凝縮液（９）
は、主としてプロパン以上の重質成分から成るが、断熱
膨張弁０ωにおいて断熱膨張し、−邪気化してストリッ
パ０沸に供給される。
ストリッパ（脱メタン塔）　０３）では、前記エキスパ
ンダ００からの気液混合流体と、断熱膨張弁００）から
の気液二相流体とを接触させ、前記エキスパンダθ０か
らの流体中に含まれる凝縮液によって、前記断熱膨張弁
００）からの流体中、主として蒸気中に含まれるプロパ
ン以上の重質成分を凝縮させる。
回収液−は、ストリッパ（脱メタン塔）面の底部から抜
出され、ポンプ０９で脱メタン塔（２４）へ送られる。
この際、前記熱交換器（４）、　（６）で冷熱回収され
、脱メタン塔（２４）における分離に適切な温度まで加
熱される。
一方、ストリンパ（脱メタン塔）０■で分離されたガス
（２３）は、熱交換器（２Ｌ　（４）、　（６）で冷熱
回収され、更にコンプレッサ（３３）で所定の圧力まで
再圧縮された後、エア・フィン・クーラ（３４）でほぼ
常温まで冷却され、セールスガスとして貯蔵される。
上記コンプレッサ（３３）は、前記膨張タービン（ＩＩ
）における回収動力で駆動される。
脱メタン塔（２４）では、リボイラ（２５）における加
熱によって駆出された、主にメタン、エタンから成るガ
ス（３０）が分離される。リフラックス（２７）は、外
部冷凍機（２６）によって脱メタン塔（２４）塔頂から
取出されたガスを冷却し、一部を凝縮させることによっ
て形成される。この凝縮液は、セパレータ（２９）によ
って分離され、ポンプ（２８）によってリフラックス（
２７）として脱メタン塔（２４）に戻される。
脱メタン塔（２４）で分離された分離ガス（３０）は、
圧力調整弁（３Ｉ）を経て前記熱交換器（４）、　（２
）で冷却回収され、セールスガスとされる。また、脱エ
タン塔（２４）における回収液（３２）は、実質的にプ
ロパン以上の重質成分から成り、そのままＬＰＧ製品と
して貯蔵されるか、または、更に精製工程へ送られて精
製された後、製品とされる。
ＬＰＧ回収プラントでは、プラント内の動力をできる限
り低減し、プラントコストのほとんどを占めるコンプレ
ッサコストを下げることによって、プラントコストと同
時に所要動力を低減して経費も削減することが特に望ま
れるため、上記のプロセスフローのように、低温流体の
冷熱エネルギーを回収利用している。
次に第５回は、この冷熱回収を更に強化したプロセスフ
ローの従来例を示す。この例では、原料ガス（１）を−
旦約５〜−２０℃まで冷却した後、第１セパレータ（７
ａ）で原料ガス（１）中の凝縮液（４１）を分離回収す
る。そしてこの回収液（４１）を断熱膨張弁（４３）を
経て熱交換器（２）、　（４）で冷熱回収した後、脱エ
タン塔（２４）へ供給する。第１セパレータ（７ａ）で
分離された分離ガス（４２）は、熱交換器（４０）、　
（６）および外部冷凍機（５）によって更に冷却され、
主にプロパン以上の重質分が凝縮し、第２セパレータ（
７ｂ）へ供給される。第２セパレータ（７ｂ）以後のプ
ロセスの流れは、第４図のプロセスフローの高圧セパレ
ータ（７）以後の流れと同様なので、説明を省略する。
上記のようなプロセスフローにおいては、原料ガス（］
）の冷却系を構成する熱交換器の数は多いものの、原料
ガス（１）の冷却温度変化に沿った冷却ができるため、
冷却必要熱量は少なくてすみ、外部冷凍機の所要動力と
図示されていない原料ガスコンプレッサの動力とが低減
される。
なお、ここで対象にしている所要動力は、次の式で与え
られるものを示す。
（所要動力）＝（原料ガスコンプレッサ動力）＋（外部
冷凍機のコンプレッサ動力） 例えば第５図に示すプロセスフローにおいて、原料ガス
の全流量および組成が表１のような場合、９８％のプロ
パン回収率を得るためには表２に示すような所要動力が
必要であった。
表１ 成　　　分 窒素 二酸化炭素 メタン エタン プロパン イソブタン ノルマルブタン イソペンタン ノルマルペンタン ヘキサン以上の炭化水素 表２ 原料ガスコンプレッサ 外部冷凍機コンプレッサ 組　成（ｍｏｌχ） ０．４８ ０．７７ ７０．９５ １１．７１ ８．９１ ２．０７ ２．９１ ０．９６ ０．７８ ０．４６ １．９９８　　ｋ稠 １．５１２　　ｋＷ またこの場合、 主要プロセス条件は表３、 回収Ｌ ＰＣ組成は表４に示すとおりであった。
表３ 原料カスフシブレフサ出口 第１セパレータ 第２セパレータ 脱メタン塔塔頂 脱メタン塔塔頂 セールスガス ４２．０ ４０．０ ３９．５ １７．４ ２３．５ ２０．０ １５．６ ５３．０ ８２．５ ３２．９ ５０．０ 表４ 成　　　分 エタン プロパン イソブタン ノルマルブタン イソペンタン ノルマルペンタン ヘキサン以上の炭化水素 全流量 組　成（ｍｏｌχ） ０．８５ ５４．３９ １２．８９ １８．１６ ５．９５ ４．８８ ２．８８ ３１９．６（ｋｇｍｏｌ／ｈ） ここに示したデータは、原料ガスコンプレッサの出口圧
力について最適化して得られた結果であり、このプロセ
スフローでは、プロパン回収率を９８％に保って更に原
料ガスコンプレッサの出口圧力を下げることはできなか
った。
〔発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、天然ガスや石油随伴ガスからＬＰＧま
たはＮＧＬを回収する方法において、高回収率を保ちな
がらプラント所要動力を更に低減することのできる方法
を提供することにある。
（課題を解決するための手段］ 本発明は、前記従来の課題を解決するために、天然ガス
または石油随伴ガスからＮＧＬまたはＬＰＧを深冷分離
する方法において、次の工程（ａｌないしくｈ）を含む
ことを特徴とするＮＧＬまたはＬＰＧの回収方法を提案
するものである。
（ａｌ　　原料ガスを冷却して一部を凝縮させ、気液−
相流体とする。
山）　上記気液二相流体を高圧気液分離器で気体と液体
に分離する。
ｆｃｌ　　上記高圧気液分離器で分離された気体を膨張
させて一部を凝縮させ、その気液混合流体壱脱メタン塔
の上部領域に供給する。
（ｃｌ　　上記高圧気液分離器で分離された液体を断熱
膨張・減圧して一部を気化させ、その気液二相流体を加
熱した後、上記脱メタン塔の上記気液混合流体供給位置
よりも低い位置に供給する。
（ｅ）　　上記脱メタン塔の塔頂から冷ガスを取出し、
加熱・昇温した後、圧縮して他工程へ送給する。
（ｆ）　　上記脱メタン塔の上記気液二相流体供給位置
よりも低くない位置から、同脱メタン塔内を上昇する冷
ガスの一部を抜出して加圧した後、沸点以下まで冷却し
て液化する。
＋ｇ）上記液化物を膨張させて減圧し、リフラックスと
して上記脱メタン塔の塔頂に供給する。
ｆｈ）　　上記脱メタン塔の塔底から、脱メタン化液体
を取出す。
［作　用〕 本発明においては、脱メタン塔の塔内を上昇するガスの
一部を抜出し、圧縮冷却して液化し、主にメタン、エタ
ンから成るリフラックスを形成してこれを上記脱メタン
塔の頂部に供給する。これによって脱メタン塔塔頂付近
のガス中に分離されずに含まれる注目成分（エタンまた
はプロパン以上の重質成分）を凝縮液化し、分離回収す
る。そうすると注目成分の回収率が向上するので、原料
ガスの圧縮条件および冷却条件を緩和することができ、
したがってプラント所要動力を低減することができる。
〔実施例〕
第１図は本発明方法をＬＰＧ回収に通用した第１の実施
例を示す系統図である。
原料ガスは、脱水、脱硫、脱炭酸等の前処理後、図中に
は示されていないコンプレッサで昇圧され、更に再度モ
レキュラー・シーブで脱水された後、図示のプロセス内
へ供給される。この原料ガス（１）は熱交換器（２）、
　（４）、　（６）と外部冷凍機（３）、（５）によっ
て冷却され、主としてプロパン以上の重質成分が凝縮液
化する。冷却のためには、ストリッパ（脱メタン塔）面
かみ導かれた分離ガス（２３）、回収液０４）および高
圧セパレータ（高圧気液分離器）（７）で分離された凝
縮液（９）が利用される。
冷却後の原料ガスは、高圧セパレータ（７）で分離ガス
（８）と凝縮液（９）とに分離される。その分離ガス（
８）をエキスパンダ（膨張タービン）　（Ｉ＋）におい
てほぼ等エントロピー膨張させ、ガスの圧カニ不ルギー
を軸動力に変換するとともに、分離ガス（８）の自己冷
却により冷熱を得てガス中の凝縮成分を液化させ、脱メ
タン塔０３）へ供給する。また得られた軸動力は、スト
リッパ０３）で分離したガス（２３）を再加圧するコン
プレッサ（３３）を駆動する動力とする。
一方、高圧セパレータ（７）で分離された凝縮液（９）
は、断熱膨張バルブ００）で膨張させて液の一部を蒸発
させ、自己冷却させる。この流体０２）を熱交換器（６
）に供給して原料ガス（１）で加熱し、更に蒸気を発生
させて脱メタン塔０羽に供給する。
この供給位置とほぼ同一の理論段位置であり、その供給
段よりも実質的に高い位置から、塔内を上昇するガスの
一部を抜出しガス流体面を作る。
その流体０力を小型コンプレッサ０団を用いて昇圧する
。昇圧後の流体を外部冷凍機０７）と熱交換器１２１）
により冷却して液化させる。この流体は主としてメタン
とエタンから成るので、液化後の流体を断熱膨張弁（２
１）を用いて膨張させれば、低温の流体（２２）が得ら
れる。この流体（２２）をリフラックスとして脱メタン
塔側の塔頂に供給すれば、前記分離ガス（８）がエキス
パンダ０１）で膨張して生した気液二相流体０ω中の蒸
気に含まれていたプロパン以上の重質成分が、主に凝縮
液化して回収されるので、プロパンの回収率を向上させ
ることができる。
脱メタン塔０３）で回収された液圓は、ポンプａつで熱
交換器（４）へ送られて原料ガス（１）を冷却した後、
脱メタン塔（２４）へ供給される。
脱メタン塔（２４）では、塔底に設けられたリポイラ（
２５）で加熱されて駆出されたメタン、エタンが、塔内
を上昇し、塔頂のコンデンサ（２６）によって−部が液
化する。その液をセパレータ（２９）で分離し、リフラ
ックス（２７）としてポンプ（２８）で再度脱メタン塔
（２４）に供給する。
セパレータ（２９）で、分離したガス（３０）の方は、
圧力調整弁（３１）を介して熱交換器（４）、　（２）
に供給し冷熱を回収した後、セールスガス（３５）とす
る。脱メタン塔（２４）の塔底からは、プロパン以上の
重質成分を回収液（３２）として抜出し、ＬＰＧとする
。
第２回は本発明の第２の実施例を示す系統図である。こ
の実施例では、昇圧、脱水後の原料ガス（１）を２つに
分け、一方の流体は熱交換器（２）で冷却し、他方を脱
メタン塔側のリボイラ（３７）、サイトリボイラ（３６
）、外部冷凍１！（３）によって冷却している。他のプ
ロセス構成は、前記第１図で説明した第１の実施例と同
しである。
第３回は本発明の第３の実施例を示す系統図である。こ
の実施例は、前記第５図により説明した従来の方法に対
して本発明を適用した例である。
前記第２の実施例と同様に、約３０〜５０気圧に昇圧後
、脱水した原料ガスを２つに分け、一方を熱交換器（２
）によって、また他方を脱メタン塔Ｏりのリボイラ（３
７）とサイドボイラ（３６）、および熱交換器（４４）
、外部冷凍＠（３）によって、約５〜１５°Ｃまでそれ
ぞれ冷却し、再合流後、第１セパレータ（７ａ）へ供給
する。この冷却によって、原料ガス中の主としてプロパ
ン以上の重質成分が凝縮し、第１セパレータ（７ａ）で
凝縮＊（４１）と分離ガス（４２）とＣ二分離される。
凝縮Ｆｊ（４１）は、断熱膨張弁（４３）　４こまって
断熱膨張し、液の一部が蒸発して温度が下がる。この低
温を利用して熱交換器（４４）で原料ガスを冷却した後
、脱メタン塔０３）へ供給される。
第１セパレータ（７ａ）で分離されたガス（４２）は、
熱交換器（４）、　（６）および外部冷凍機（５）によ
って更に約−３０〜−５０’Ｃまで冷却され、第２セパ
レータ（７ｂ）で主としてメタンから成るガス（８）と
凝縮液（９）とに分けられる。分離後のガス（８）は、
エキスパンダ（膨張タービン）　（Ｉｌｌでほぼ等エン
トロピー膨張し約−７０〜−９０°Ｃまで冷却した後、
脱メタン塔０９へ供給される。脱メタン塔Ｑ３）にはリ
ポイラ（３７）とサイトリボイラ（３６）が設けられ、
主にメタンの駆出のための熱を供給する。
第２セパレータ（７ｂ）で分離された凝縮液（９）は、
断熱膨張弁（１０）、熱交換器で６）を介して、脱メタ
ン塔０羽へ供給される。この供給位置に対応する脱メタ
ン塔Ｇ■の理論段にほぼ等しい段であって、その供給位
置よりも実質的に高い位置から、脱メタン塔側を上昇す
るガスの一部を抜出す。このガス０７）を小型コンプレ
ッサ０団で約２０〜４０気圧に圧縮し、外部冷凍ＩＩ（
１９）、熱交換器Ｃ！Φによって約−６０〜−８０℃ま
で冷却、液化させた後、断熱膨張バルブ（２１）を介し
て脱メタン塔０りの頂部にリフラックス（２２）として
供給する。抜出しの際、ガス流れ０７）を乾燥させてコ
ンプレッサ０印内での波発生を防ぐため、加熱器（４５
）を設けて若干加熱してもよい。
その他のプロセスの構成は、前記第１および第２の実施
例と同様なので、詳しい説明を省く。
前記表１に示した組成の原料ガスから、この第３実施例
の方法によってＬＰＧを９８％回収する場合につき、プ
ラント内の主要所要動力を求めた結果は、表５のとおり
である。
以下令白 表５ 原料ガスコンブレンサ　　　　　１，７３０　ｋＷ外部
冷凍機　　（３）（５）（１９）（２６）　　１１６０
　ｋＷリフラックスコンプレッサ（１８）　　　９０　
ｋＷ表２と表５を比較すれば、本発明を適用したことに
よって従来よりも動力が約１５％低減されることが分か
る。なお、この場合プロセスの主要条件は表６のとおり
である。
表　　６ 圧力（ｋｇ／ｃｄ）温度（°Ｃ） 項　　　目 原料！スゴンプレフサ出口 第１セパレータ 第２セパレータ 脱メタン塔塔頂 脱メタン塔塔頂 セールスガス ３７．６ ３６．５　　　　５．０ ３６．０　　　−４５．０ １７．６　　　−７８．８ ２８．５　　　　　５．７ ２０．０　　　　５０．０ 〔発明の効果〕 本発明のＬＰＧまたはＮＧＬの回収方法によれば、従来
の方法に比べて、所要動力を格段に引下げることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例を示す系統図、第２図は
本発明の第２の実施例を示す系統図、第３図は本発明の
第３の実施例を示す系統図である。 第４回および第５図はいずれも従来のＮＧＬまたはＬＰ
Ｇ回収方法の例を示す系統図である。 （１）・・−原料ガス；　　　（２）、（４）、（６）
・・・熱交換器；（３）’、　（５）・・・外部冷凍機
；（７）・・・高圧セパレータ（高圧気液分剤器）；（
７ａ）・・第１セパレータ； （７ｂ）・・・第２セパレータ；（８）・・・分離ガス
；（９）：・・凝縮液；００）・・・断熱膨張弁；（ｌ
　＋）・・・エキスパンダ（膨張タービン）　　；０り
・・・膨張後の流体； θ鼾・・ストリッパ（脱メタン塔）； ０４１・・・回収液；　　　　　０ω・・・ポンプ；０
６）・・・ユキスパンダ出口流体； σ力・・・塔内ガス抜出し流体； ０８）・・・小型コンプレッサ； ０９）・・・外部冷凍ｌｌ９ （２１）・・・断熱膨張弁； （２３）・・・分離ガス； （２５）・・・リポイラ； （２７）・・・リフラックス； （２９）・・・セパレータ； （２８）・・・ポンプ Ｑト・・熱交ｍ器； （２２）・・・リフラックス流体 （２４）・・・脱メタン塔； （２６）・・・外部冷凍機； （３０）・・・分離ガス； （３２）・・・回収ＬＰＧ。 （３１）・・・圧力調整弁； （３３ン・・・コンプレッサ； （３４）・・・エア・フィン・クーラ；（３５）・・・
セールスガス；　　（３６）・・・サイトリボイラ（３
７）・・・リポイラ； （３８）・・・サイトリボイラ用流体：（３９）・・・
リポイラ用流体；　（４０）・・・熱交換器；（４１）
・・・凝縮液；　　　　　　（４２）・・・分離ガス；
（４３）・・・断熱膨張弁ｉ　　　（４４）・・・熱交
換器；（４５）・・・加熱器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 天然ガスまたは石油随伴ガスからＮＧＬまたはＬＰＧを
    深冷分離する方法において、次の工程（ａ）ないし（ｈ
    ）を含むことを特徴とするＮＧＬまたはＬＰＧの回収方
    法。 （ａ）原料ガスを冷却して一部を凝縮させ、気液二相流
    体とする。 （ｂ）上記気液二相流体を高圧気液分離器で気体と液体
    に分離する。 （ｃ）上記高圧気液分離器で分離された気体を膨張させ
    て一部を凝縮させ、その気液混合流体を脱メタン塔の上
    部領域に供給する。 （ｄ）上記高圧気液分離器で分離された液体を断熱膨張
    ・減圧して一部を気化させ、その気液二相流体を加熱し
    た後、上記脱メタン塔の上記気液混合流体供給位置より
    も低い位置に供給する。 （ｅ）上記脱メタン塔の塔頂から冷ガスを取出し、加熱
    ・昇温した後、圧縮して他工程へ送給する。 （ｆ）上記脱メタン塔の上記気液二相流体供給位置より
    も低くない位置から、同脱メタン塔内を上昇する冷ガス
    の一部を抜出して加圧した後、沸点以下まで冷却して液
    化する。 （ｇ）上記液化物を膨張させて減圧し、リフラックスと
    して上記脱メタン塔の塔頂に供給する。 （ｈ）上記脱メタン塔の塔底から、脱メタン化液体を取
    出す。
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