JPH0552875B2 - - Google Patents

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JPH0552875B2
JPH0552875B2 JP84195869A JP19586984A JPH0552875B2 JP H0552875 B2 JPH0552875 B2 JP H0552875B2 JP 84195869 A JP84195869 A JP 84195869A JP 19586984 A JP19586984 A JP 19586984A JP H0552875 B2 JPH0552875 B2 JP H0552875B2
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DUT Pty Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は多成分炭化水素混合物の分離法、特に
メタンおよび（又は）水素も含むガス混合物から
C3およびそれより高級な炭化水素の分離法に関
する。 本発明は特に天然又は合成炭化水素流からの天
然ガス液（NGL）および液化石油ガス（LPG）
の回収に特に応用できる。 水素および（又は）メタンの様なより低級成分
も含むガスからのNGL又はLPGの回収の１方法
によれば、供給ガスを高圧冷却してそれを部分凝
縮させ凝縮液を安定化させ蒸留塔又は同様の装置
中でストリツプして凝縮液からNGL又はLPGが
適宜えられる。凝縮しない低級ガスは操作用冷却
のためタービンをとおり膨張してそれにより部分
液化をうけた後精留のため塔の頂部に供給され
る。大部分メタンおよび（又は）水素である精留
されたガスは販売ガスと処分するとよい。 この方法は広く実用されているが、販売ガス圧
が供給ガス圧に近いことが要求される場合、特に
販売ガスが供給ガスの大部分を形成する場合、よ
り効果的別法が必要である。これはLPG又は
NGLの高収率をえるためである。蒸留塔は比較
的低圧、したがつて低頂部温度で運転する必要が
あり、したがつて膨張機からの動力回収も小さく
また実質的エネルギーは軽質ガスの再圧縮に消費
されねばならない。 今や非凝縮ガスを還流交換機中で精留すれば冷
却に必要なエネルギーが最大となる冷端において
よりも精留の全温度範囲にわたり精留に必要な冷
却をなしうるのでこの精留によつて必要動力が実
質的に減少できることが発見されたのである。 更にプロセスに冷却を与える非凝縮軽質ガスの
膨張が今や精留後にできるという利点がある。こ
れは重成分の軽質ガス中への損失を減少するばか
りでなく、普通方法におけるよりも高い圧力にお
ける精留を可能にする。更に膨張機中で生成され
た液体は蒸留塔への還流を供給してはならない。
膨張したガスを供給ガス圧まで再圧縮してさえ必
要総動力は従来要したよりも実質的に小さい。 より高圧における精留可能な必然的利点は今や
液体生成物の最終ストリツピングが、大気温又は
それ以上でもよい高温において可能であるそれに
よつて必要物消費が最小となることである。 更に冷却の少なくとも１部を外部源泉から与え
ると軽質ガス膨張の必要性を減少又は省略するの
でこれによつて動力節減の利益がえられ、外部冷
却に要する動力は膨張した軽質ガスの再圧縮作業
の減少又は省略によつて十分補償される。 故に本発明により供給混合ガスの主容量部分を
成すメタンおよび任意に水素を含有する軽質ガス
をC3炭化水素および任意にC2炭化水素および
（又は）炭素原子４又は５以上をもつ炭化水素を
含む重質流から分離する方法が提供される。その
方法は (i) 供給ガス混合物を高圧において冷却しその１
部を凝縮させ、 (ii) 凝縮液を非凝縮ガスから分離し、 (iii) 非凝縮ガスを精留して上記軽質ガスを生成
し、かつ (iv) 凝縮液をストリツプして上記重質料流を生成
する ことより成り、精留工程(ii)は更に非凝縮ガスを冷
却して１部を凝縮させながら上昇させ一方上記ガ
ス流から凝縮した液体を上昇ガスと接触向流状態
で流下させて部分凝縮により生じた凝縮液と混合
物生成しまた工程(iv)は上記混合物を蒸留塔中でス
トリツピングして上記重質流を生成し、さらに上
記ストリツピングの前に上記混合物を供給ガスと
の間接熱交換によつて加温しかつ上記蒸溜塔から
回収された塔頂ガスを循環用に供給ガスと一体化
することを特徴とする。 プロセスの冷却は操作流から、冷えば精留ガス
の膨張により、および（又は）外部冷却手段（操
作流を使用しない冷却を意味する）によりえられ
る。 プロセス冷却のための精留ガスの膨張を使う１
実施態様において還流交換機の上部から回収され
た精留ガスは交換機の温端を冷却するため戻され
た後膨張され交換機の冷端を冷却するに使われ
る。他の実施態様において精留ガスは膨張させら
れた後還流交換機に戻されて１回通過で冷端と温
端両方を冷却してまた外部冷却は工程(i)における
供給混合ガスの補助冷却に使われる。両方の場合
還流交換機から回収された膨張精留ガスは次いで
工程(i)の供給混合ガス冷却に使用できる。 外部冷却によつて全冷却をまかなう特に適した
方法は多段蒸気圧縮段階式冷却機によるものであ
る。しかし必要ならば別の冷却源も使用できる。
多段蒸気圧縮段階式冷却機はそれ自体はよく知ら
れており、第１冷却剤の凝縮が蒸発する第２冷却
剤との間接熱交換によつてなされまた３以上のル
ープがあるならば第２冷却剤の凝縮は蒸発する第
３冷却剤との間接熱交換によつてなされかくて
次々につづき、ループ中で段々と低温となり第１
冷却剤が最低温ループ中にある様配置された２又
は３以上互いに関係した一般に閉冷却ループ系よ
り成る。好ましい実施態様は２段蒸気圧縮段階式
冷却機を用い、還流交換機の冷却は第１冷却剤の
蒸発によつてなされ、一方第２冷却剤１部の蒸発
は供給混合ガスの冷却に使われる。 本発明の方法において供給混合ガスを冷却して
それを部分凝縮させることは／又は２以上の工程
でできる。例えば望む最高温度以上の沸点をもつ
炭化水素を分離するため２以上の工程を用いるな
らば、凝縮液は普通各工程後に分離され非凝縮ガ
スは更に１又は２以上の冷却工程をうけ各工程で
生成した凝縮液が分離されるであろう。 軽質ガスと重質部分の望む組成によつて供給ガ
ス中のC2炭化水素は非凝縮部分中又は凝縮部分
中に望みどおり確保できる、したがつて望みどお
り非凝縮部分又は凝縮液から分離できる。 本発明の方法はNGL又はPLGを含む天然ガス
又は多の炭化水素流から、例えば精練ガス又は化
学操作の副成ガス、特に操作回収される軽質ガス
が供給ガス流の90容量％又はそれ以上である副成
ガスからNGL又はLPGを分離する特に応用でき
る。 外部冷却を使用すると非凝縮ガスの膨張は避け
ることができまたこのガスを精留後再圧縮せずに
供給ガス圧に近い圧力で回収できる。本発明の方
法は大気温又はそれ以上でストリツピングできる
ので僅かな熱で再蒸留でき目立つた経費を有しな
い。ストリツピング工程で回収されたガスはプロ
セスへの供給物と適当に混合して再循環できる。 供給ガスはどんだ圧力でもよいが、一般に計画
的には絶対圧最大約50バールが好ましい。一般に
供給ガス圧は少なくとも約20バールが好ましい
が、より高圧又は低圧も使用できる。 本発明を付図を参照として好ましい実施態様に
ついて記述する。 図１はライターガスからNGL又はLPGを分離
する普通装置の生産工程図で、プロセス用冷却は
軽質ガスの膨張によつて行なつている。 図２は本発明による方法の生産工程図で全冷却
は外部冷却によつて行なつている。 図３は図２の装置の使用に適する２段蒸気圧縮
段階式冷却機の生産工程図である。 図４は１部外部冷却を用い１部非凝縮ガスの膨
張による冷却を用いる本発明の別方法の部分工程
図である。 図５は冷却を非凝縮ガスの膨張によつて行なう
本発明の第３法の部分工程図である。 図１の１は供給混合ガスの部分凝縮用主熱交換
機であり、２はガス液分離機であり、３は精留部
３ａとストリツピング部３ｂをもつ精留塔であ
り、４は膨張タービンであり、５は膨張弁であ
り、６と７は第２熱交換機であり、８は精留塔用
リボイラーであり、９は生産NGL用ポンプであ
り、また１０は段圧縮機である。供給混合ガスは
例えば40バール圧、一般に約大気温において管１
１によつて装置に供給される。この供給ガスの初
めの部分は熱交換機１で冷却され部分凝縮した後
管１２を経てガス液分離機２に入りここで非凝縮
ガスは凝縮液から分離される。管１３中の非凝縮
ガスは膨張タービン４中で膨張して部分液化し部
弁液化したガスは塔３の精留部３ａに送られる。
塔の上部から回収された精留ガスは管１４−１５
をへて熱交換機１に送られここで管１１中の供給
混合ガスと間接向流熱交換により冷却され１部凝
縮する。ガスは次いで圧縮機１０中で望む排出圧
に圧縮され管１６から販売ガスとして回収され
る。 部分凝縮で生成された液体はガス液分離機２か
ら管１７に回数され弁５において塔圧力に膨張さ
れ塔３のストリツピング部３ｂに供給される。望
む生成物NGLは塔底から管１８で回収される。
この生成物の１部は熱交換機７をとおりリボイラ
ー８で再蒸発させされて塔に戻され、生成物の残
りはポンプによりNGL生成物として管２０で回
収される。熱交換機７および副リボイラー６の熱
媒質は供給混合ガスの第２部分から供給され、こ
れはあとで熱交換機１の供給混合ガスの第１部分
と管１２で併せられる。 図１について記載された方法の例として下記表
１に記載の組成と即をもち絶対圧40バールと温度
301〓で供給されたガスは下表に示す組成と流速
をもち各々絶対圧40バールの供給ガスに近い圧力
で排出されるNGL流と販売ガス流に分離生成さ
れた。この方法に要した動力は1800BHPであつ
た。
【表】 図２と３は本発明の方法を示しており、図１に
示された装置と共通している機械と配管は同一番
号で示されている。しかしこの装置において精留
塔３は還流交換機１０３とストリツパー２０３に
置換されており膨張タービン４と２圧縮機１０は
除外されている。 図２と３に示されている操作において上記と同
一組成をもち約40バールの同一圧力をもち供給ガ
スは約大気温で管１１から熱交換機１に入り戻つ
て来る生成物流によつて約−40℃に冷却される、
この生成物流の性質については下記する。供給ガ
スは２相混合物として管１２によりガス液分離機
２に送られ分離され、非凝縮ガスは管１３によつ
て上方還流交換機１０３に送られ、ここで管３１
をとおる冷却剤によつて更に冷却される。この冷
却剤性質については図３において詳述する。この
冷却によつて生じた凝縮液は管１３中を上昇する
ガスと直接向流で緊密接触しながら流下しガス液
分離機２に戻りその中の凝縮液と一緒になる。 還流交換機１０３の上部から回収された管１４
中のガスは僅少のプロパンを含むが事実上重質炭
化水素を含まず一般に約−70℃の温度である。こ
のガスは熱交換機をその温端で出て管１５をとお
り熱交換機１に戻り、ここらか販売ガスとして供
給混合ガスが入られたと実質的に同一圧力で管１
６をへて引出される。 還流交換機１０３で生成された凝縮液を含む分
離機２中の液体は管１７で回収されポンプ９で交
換機１に戻される。この液はほぼ大気温で交換機
を出てストリツパー塔２０３の上部に入られる。
ここで液体からガスが出て一般に約35℃で管２１
により回収され供給管１１に戻される。残つた液
体は塔の底から管１８により一般に約95℃で回収
される。初めの部分はリボイラー８をへて塔の底
に戻され残りは管２０をへて生成NGLとして回
収される。約90−120℃の底生成物を再加熱する
リボイラー８は高温油又は低圧流で適宜加熱され
る。 管３１の冷却剤は図３に示す様な２段蒸気圧縮
段階冷却機の第１ループ中の蒸発する作業媒質よ
り成る。第１段冷却機において第１冷却剤は圧縮
機３０１中で圧縮され、圧力された冷却剤は冷却
され熱交換機３０２中で凝縮し膨張弁３０３で膨
張させられガス液体分離機３０４に送られる。凝
縮しないガスは管３２をへて圧縮機３０１に戻さ
れ再び圧縮循環される。凝縮液はガス液分離機３
０４から管３１に送られ還流交換機１０３（図
２）の管１３中の操作流と間接熱交換によつて蒸
発させられる。次いで蒸発した媒質は管３２へて
ガス液分離機３０４からの非凝縮ガスと共に圧縮
機３０１に戻される。 熱交換機３０２中の第１冷却剤媒質の凝縮は管
３３中の蒸発する第２媒質と間接熱交換によつて
なされる。この第２媒質は管３４と３５をへて圧
縮機３０５に戻され、ここで再圧縮され熱交換機
３０６中で冷却され凝縮し、膨張弁３０７をとお
り膨張しガス液分離機３０８に送られ、これから
凝縮液は回収され前記したとおり熱交換機３０２
中での蒸発用に管３３をへて送られる。 熱交換機１（図２参照）中の冷却が更に必要な
らばこれはガス液分離機３０８中で生成された凝
縮液の１部を熱交換機１中における管１１中の供
給混合ガスとの間接熱交換による蒸発用に管３６
（図３中破線で示されている）に送ることによつ
て便利にできる。蒸発された媒質は管３５に接続
して戻され圧縮機３０５で再圧縮され循環され
る。 図３の上記温度で操作される２段段階式冷却機
において第１冷却剤は例えばエタン又はエチレン
が適当であり第２冷却剤はプロパンでよい。しか
し適当な泡と露点をもつ混合冷却剤の様な他の冷
却剤も使用できる。 例として図２と３について上記したとおり図１
に記載したと同じ圧力と温度および同じ流速にお
ける表１に記載の供給混合ガスから絶対圧力約40
バールにおいて表１に記載したと同じ流速と組成
をもつNGLと販売ガスを生成する運転方法は全
必要動力僅かに700BHPであつて図１に記載の方
法に比較して61％の著しい節約となつた。 段階式冷却機の第１（即ち低）温度ループに
2390m3／時の流速でエチレンを高圧側で絶対20バ
ールおよび低圧側で絶対4.4バールにおいて使用
しまた第２ループに4130m3／時のプロパンを高圧
側絶対17.5バールおよび低圧側絶対1.4バールに
おいて使用して冷却を行なつた。熱交換機１を追
加冷却するため管３６にプロパンの約33％を送つ
た。 装置における適温は次とおりであつた：管 Ｔ（〓） 11 305 12、13、17 233 14 203 15 228 18 368 21 308 図２に記載に方法に用いられた２段段階式冷却
機は必要ならば他の外部冷却機で置換できる。例
えば混合冷却剤を使う単ループ蒸気圧縮冷却機が
使用できるが、動力節約はあまり大きくない。 この方法の１目的は軽質ガスの膨張を避けるこ
とにあるが、供給ガス流、ストリツピング前又は
後の凝縮液および精留前又は後の非凝縮ガスの１
又は２以上の膨張可能性は除外されない。この膨
張が使われる場合その生じた冷却は必要ならば供
給ガスのストリツピング、精留および（又は）冷
却を助ける操作に使用できる。この様な方法の１
部の工程図は図４に示されており、図２と３に示
す配置と共通の機械および配管は同一番号で示し
ている。この装置の運転法は図２および３と同様
であるが、但しこの装置において管１４をへて還
流交換機１０３から回収された非凝縮ガスはター
ビン膨張機４０１中で膨張しこのガスは管は４０
２で還流交換機全長にわたり逆送されてそれを冷
却した外部冷却ループ３１を必要なくする。次い
で主熱交換機１をとおり間接向流熱交換によつて
管１１中の供給混合ガスを冷却した後管１６に回
収されたガスは膨張機４０１によつて駆動されて
いる圧縮機４０３で部分的に再圧縮され最後に補
助圧縮機４０４によつてほぼ供給ガス圧とされ
る。図２と３の配置にあるとおりポンプ９は管１
７の液体を熱交換機１に戻し更に図示されていな
い精留塔２０３にストリツピングのため送る。 例として図４に関し記述したとおり図１につい
て記載したと同じ温度、圧力および流速において
表１に記載の供給混合ガスから表１に記載したと
おりの流速と組成をもつNGLと販売ガスを同じ
排出圧で生成する様運転する方法は管３６をとお
り蒸発するプロパンによつて与えられた必要冷却
その部分を供給する冷却圧縮用230BHPと圧縮機
４０３（70％効率において）と４０４中のガス再
圧縮用920BHPを要し、その内150BHPは膨張タ
ービン４０１（その効率78％において）によつて
られるので、全所要動力は1000BHPとなつた。 これは図２と３の装置の様な効率ではないが、
図１の従来の装置と比較すればなお45％の節約と
なる。 この設備における適当温度圧力は次のとおりで
あつた：管 Ｔ（〓） Ｐ（絶対バール） 11 305 40 12、13、17 233 14 203 402 186 22 15 226 精留塔２０３からの上部流と底流の温度は図２
と３について上記した方法のものと同一であつ
た。 図５は全冷却を非凝縮ガスの膨張によつて行な
う様な本発明による方法の装置の一部工程図であ
る。図２と３の装置に共通の機械と配管は同図中
一番号で示している。この装置の運転は図２と３
の装置の運転と同じであるが、但しこの装置にお
ける還流交換機１０３から管１４に回収された非
凝縮ガスは上記交換機の温端の冷却流として管５
０１に戻された後管５０２をへて膨張タービン５
０３に送られ膨張させられ冷却され、このガスは
交換機１０３の冷端の冷却剤として管５０４で送
られる。次いでガスは主熱交換機１をとおり間接
向流熱交換によつて管１１の供給混合ガスを冷却
し膨張機５０３によつて駆動されている圧縮機５
０５中で１部再圧縮されて最後に補助圧縮機５０
６によつてほぼ供給ガス圧にまで回復される。図
２と３の装置の様にポンプ９は管１７の液体を熱
交換機１に度し更にストリツピングのため蒸留塔
（図示されていない）に送る。 例として図１について上記したと同じ温度圧力
においてまた同じ流速において表１に記載の供給
混合ガスから表１に記載したと同じ流速と組成を
もつNGLと販売ガスを同一排出圧力で生成する
様運転された図５について記述した方法における
圧縮機５０５（効率70％として）および５０６の
所要動力は1630BHPであり、その内330BHPは
効率78％の膨張タービン５０３によつて供給され
たので全動力消費は1300BHPであつた。これは
図４の装置よりも効率低いが、それは図１の従来
装置と比較すればなお約28％の節約を示してい
る。 この装置の適当する温度と圧力は次のとおりで
あつた：管 Ｔ（〓） Ｐ（絶対バール） 11 305 40 12、13、17 233 14 203 502 228 504 184 14 15 203 精留塔２０３から出る上部流および底流の温度
は図２と３に関して上記した方法のものと同一で
あつた。
【図面の簡単な説明】
図１はライターガスからNGL又はLPGを分離
する普通装置の生産工程図である。図２は本発明
による方法の生産工程図である。図３は本発明の
２段蒸気圧縮段階式冷却方式の生産工程図であ
る。図４は本発明の別法の部分生産工程図であ
る。図５は本発明の第３法の部分生産工程図であ
る。 図中番号、１，６，７……熱交換機、２，３０
４……ガス液分離機、３……蒸留塔、４……膨張
タービン、５，３０３……膨張弁、１０３……還
流交換機、２０３……ストリパー、３０１……圧
縮機。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 供給混合ガスの主容量部分を成すメタンおよ
    び任意に水素を含む軽質ガスをC3炭化水素、任
    意にC2炭化水素および（または）炭素原子４又
    は５以上をもつ炭化水素を含む重質流から分離す
    る方法において、 (i) 供給混合ガスを高圧において冷却してその１
    部を凝縮させ、 (ii) 非凝縮ガスから凝縮液を分離し、 (iii) 非凝縮ガスを精留して上記軽質ガスを生成
    し、かつ (iv) 凝縮液をストリツプして上記重質料流を生成
    する ことより成る、かつ上記精留工程(v)を更に非凝縮
    ガスを上昇させながら冷却してその１部を凝縮さ
    せることにより行いそれにより上記ガス流から凝
    縮した液体を上昇ガスと接触向流状態で流下させ
    かつ部分凝縮により生じた凝縮液との混合物と
    し、また工程(iv)は上記混合物の蒸溜塔におけるス
    トリツピングによる上記重質流の生成を含み、さ
    らに上記ストリツピングの前に上記混合物を供給
    ガスとの間接熱交換によつて加温しかつ上記蒸溜
    塔から回収された塔頂ガスを循環用に供給ガスと
    一体化すること特徴とする軽質ガスの分離方法。 ２ 操作用冷却が外部冷却によつてなされる特許
    請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 外部冷却が多段蒸気圧縮段階式冷却機によつ
    てなされる特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ４ 工程(ii)の冷却が２段蒸気圧縮段階式冷却機の
    第１冷却剤の蒸発によつてなされまた工程(i)の冷
    却が上記冷却機の第２冷却剤の蒸発によつてなさ
    れる特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ５ 操作用冷却が精留されたガスの膨張によつて
    なされる特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ６ 操作用冷却の１部が精留されたガスの膨張に
    よつてなされ他の１部が外部冷却によつてなされ
    る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ７ 外部冷却が多段蒸気圧縮段階式冷却機によつ
    てなされる特許請求の範囲第６項に記載の方法。 ８ 工程(iii)の冷却が精留されたガスの膨張によつ
    てなされまた工程(i)の冷却が外部冷却によつてな
    される特許請求の範囲第６項又は７項に記載の法
    方。 ９ 供給混合ガスが絶対圧約20乃至約50バールに
    おいて供給される特許請求の範囲第１項から８項
    までのいずれかに記載の方法。 １０ 工程(iv)が大気温又はそれ以上の温度でなさ
    れる特許請求の範囲第１項から９項までのいずれ
    かに記載の方法。 １１ 液化天然ガス製造用の特許請求の範囲第１
    項から１０項までのいずれかに記載の方法。 １２ 液化石油ガス製造用の特許請求の範囲第１
    項から１０項までのいずれかに記載の方法。 １３ 軽質ガスが供給混合ガスの少なくも90％を
    成す特許請求の範囲第１項から１２項までのいず
    れかに記載の方法。
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