JPS601351B2 - 天然ガスの精製および液化方法 - Google Patents

天然ガスの精製および液化方法

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JPS601351B2
JPS601351B2 JP58079483A JP7948383A JPS601351B2 JP S601351 B2 JPS601351 B2 JP S601351B2 JP 58079483 A JP58079483 A JP 58079483A JP 7948383 A JP7948383 A JP 7948383A JP S601351 B2 JPS601351 B2 JP S601351B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は精製された液化天然ガスを生成するために天然
ガス流を精製および液化する方法に関する。
鉱山、油田またはガス田から採掘される際の形態で存在
する天然ガスは特色として主要成分のメタンの外に軍質
炭化水素成分およびその他の不純物を含有している。
天然ガスが油田から採掘される場合には車質炭化水素不
純物、すなわち本発明の方法では２個またはそれ以上の
炭素原子、代表的にはＣ２〜Ｃ，ｏの炭素原子を有する
有機構造式をもつ炭化水素が顕著に存在する。この天然
ガスが燃料または化学薬品のいずれかの原料として有効
に使用される前にそれはメタンよりも炭素数の多い炭化
水素成分およびその他の不純物を除去することにより精
製される。精製法は液化されかつ精製された天然ガス原
料が提供されるような既知の冷却技術を使用して天然ガ
スの低温（ｃｒｙｏｇｅｎに）蒸留を実施しうる。
本発明によれば生の天然ガス供給物から精製液化天然ガ
ス（ＬＮＧ）を得るための一方法が発見された。
この方法においては、従来系で使用される生の天然ガス
供給物予冷器および還流分離器を必要とせずしかも同時
にこの装置を省略することにおいてのみならず、低温主
熱交換器中に必要とされる表面積を減少させる点でも冷
却要求および装置上の必要が減少され、従ってエネルギ
ー要求が減少される。本発明の方法はメタンおよびＣ２
なし・しこれより多い炭素数の炭化水素不純物を含有す
る生の天然ガス供給物を子冷し、その冷却された供給物
を低温蒸留塔で蒸留してメタンに富んだ精製された塔頂
（オーバーヘッド）蒸気および不純物の塔底液体を得、
メタン成分を凝縮しそして半冷却（ｓ肋ｃｏｏｌ）する
に充分な温度にその精製された塔頂蒸気を冷却し、その
半冷却されたメタンに富んだ液体の一部分を前記蒸留塔
への還流として使用しそしてそのメタンに富んだ液体の
残りを冷却して液化および精製された天然ガスを生成す
る。この改良法の好ましい態様は生の天然ガス供給物を
冷却しついで分離して、蒸留塔に液体供給物および蒸気
供給物を与え、そこでそれらを蒸留してメタンに富んだ
精製された塔頂蒸気および不純物に富んだ塔底液体を得
、その精製された塔頂蒸気をメタン成分を液化および半
冷却するに充分な温度に冷却し、ついでメタンの沸点以
下の温度でその半冷却された精製塔頂蒸気の一部分を前
記蒸留塔への還流として使用する。
この改良法のさらに別の態様は蒸留塔の下方末端にある
毅底液体に対する熱交換において蒸気供給物を子冷し、
同時にリボィラーの熱をその塔（カラム）に提供するこ
とを包含する。
この改良法は混合低温寒剤（ＭＣＲ）を有する三束主低
温熱交換器を充分に利用しうる。
このようにしてこの改良系は生の天然ガス供給物を子冷
して三束主低温熱交換器の第１束すなわち「腰」東（冊
ｒｍｂｕｎｄｌｅ）中の蒸留塔に移しそして蒸留塔の塔
頂蒸気は第２束または「中間一束（ｍｉｄｄｌｅｂｕｎ
ｄｌｅ）中で凝縮かつ半冷却される。
この中間東からの半冷却液体の一部分が蒸留塔に還流を
提供し、残りは第３束すなわち「袷一束（ｃｏｌｄｂ側
ｄｉｅ）を経て冷却されて液化および精製された天然ガ
ス製品を提供する。改良法は王熱交換器の中間東を出る
流れ中にある全体的に凝縮かつ半冷却された液体の一部
分により提供されるより冷たい還流を使用する。
この還流は従釆方法による系の還流よりも実質的に温度
が低くしかも流れが速い。しかしながら、この改良法は
予想外なことに、従来法で用いられる供給物用予冷器お
よび還流分離器の除外の外に冷却要求が減少されかつ同
時に低温王熱交換器の大きさおよびコストが小さくなっ
てより高い効率をもたらす。第１図は天然ガスの精製お
よび液化に関する従来技術方法の工程図であり、そして
第２図は本発明の新規な方法による天然ガスの精製およ
び液化に関する工程図である。
生の天然ガスを液化および精製するためにェァ・プロダ
クッ・アンド・ケミカルズ社（ＡＰＣＩ）が使用してい
るような一つの従釆方法は冷却のための熱交換手段を提
供するために３個の東または帯城を有する低温主熱交換
器を使用する。
第１図（従来技術）では油田から採取された生の天然ガ
スはライン３を通って低温蒸留塔４に導入される前にラ
ィンーに入って予冷器２を通過する。天然ガスはメタン
をより炭素数の多い成分および不純物から分離するよう
な方法で塔４の中で蒸留され、後者の２種は塔底液体と
して塔から流れ５の中に除去される。より高いメタンフ
ラクションを含有する塔頂蒸気は塔から除去されてライ
ン６に入って予冷器７に進む。塔４からの塔項蒸気は予
冷器７で使用されてこの過程への生の天然ガス供給物を
冷却する。予袷器２の中で加熱された塔頂蒸気はライン
７を経て低温主熱交換器９において一般には８として示
されている第１束すなわち「暖」東に入る。主熱交換器
９での冷却はライン１０およびライン１５における混合
低温寒剤（ＭＣＲ）により提供される。ライン７におけ
る塔頂蒸気の一部分は熱交換器９をバィパスして、ライ
ン１２の上方の冷却部分と一緒になってライン１３の中
に２相流をもたらす。流れ１３の２相性は有意な半冷却
（ｓ血ｃｏｏｌｍｇ）の欠除を示している。前記バイパ
スの目的は過冷却または半冷却を制御しそして流れ１６
を経て塔４に所要の還流のみを供給することである。ラ
イン１３における２相流は分離器１４に導入され、そこ
で液体および蒸気が分離される。分離器からの液体はラ
イン１６に入って塔４の頂部に進みそして蒸留塔への還
流として利用される。ライン１３における液体のすべて
は還流のために使用されるので、腰東回路周辺のバイパ
ス１１は過度の冷却が混合寒剤からもたらされかつ蒸留
塔４に移動されないように還流を調整するために使用さ
れる。過剰の表面積がバイパス流のセット量たとえば１
５％に適合するように暖東中に設けられている。これは
平均温度差（熱輸送のための推進力）が減少されるので
実質的に過剰の表面積を有する暖東８の設計を必要とす
る。この還流が生の天然ガスをライン６中のメタンに富
んだ塔頂分とより炭素数の多い炭化水素成分およびその
他の不純物（これらは搭底液体として塔４からライン５
の中に除去される）とに適切に分離する従来法を提供し
ている。蒸留塔のためのＩＪボイラー熱はリポィラー１
７により提供される。分離器１４からの蒸気はライン１
８に入って主熱交換器９の中間東（一般的には１９とし
て示される）を通過しついで冷東すなわち第３束（一般
的には２１として示される）を通過する。精製液化天然
ガスは低温主熱交換器９からライン２２において生成物
として除去される。前記の従来方法の設計は蒸留塔への
供給物を予袷するのに蒸留塔頂部の冷ポテンシャルを使
用している。その際蒸留塔頂部は供給物に対して加熱さ
れついで王熱交換器の腰東を経て冷却される。この従来
系は蒸留塔の塔頂蒸気より冷却エネルギーを回収しそし
てその回収された冷却エネルギーを、予冷器を介して生
の天然ガス供給物に移送するように設計されている。し
かしながら、前記の従来法系では第１図で２として示さ
れている予冷器は低温熱交換器装置の１部であって、こ
れは特殊合金鋼またはその他の高価な材料から製造され
る非常に大表面積を必要とし、しかも非常に高価である
。
天然ガス精製のような方法では絶えざる改良、すなわち
そのプロセスのエネルギーおよび設備要求を減少させる
ことが望ましい。
同時に、エネルギー要求を減少させると必要とする設備
が増え、逆に必要とする設備を減少させると通常はエネ
ルギー要求が増えることは一般に真実である。第２図で
は石炭鉱山、ガス田または油田またはメタンおよびこれ
より炭素数の多い炭化水素および他の不純物を含有する
他の源からの生の天然ガス供給物は慣用手段（図示され
ていない）により冷却されそしてライン３１を経て分離
器３２に入る。この供給物は塔頂蒸気３３および塔底液
体３４に分離される。塔底液体３４はしベル制御バルブ
３６中で膨張されてより低い圧力になりついでライン３
７に入って蒸留塔３８に進む。ライン３３中にある分離
器からの塔頂蒸気は低温主熱交換器（一般的に３９と示
されている）に入りそして第１束すなわち「暖」東（一
般的に４１と示されている）に導入されついで冷却流４
２として出る。ライン３３における蒸気の一部分は主熱
交換器周辺でバイパスされてライン４３に入りそしてラ
イン４２と一緒になってライン４４において冷却された
蒸留塔供給物を生成し、ついでこれはライン３７中の液
体供給物よりももっと高い位置で蒸留塔３８に導入され
る。たとえばライン３７中の液体が蒸留塔最頂部から第
６番目のトレーに導０入されるならばライン４４中の供
給物は第４番目のトレーに導入されるのである。蒸留塔
３８はリボィラー４６を有し、第２図には示されていな
いが、それの熱はライン３３により提供され得、それに
より駿東の冷却負荷を減少させることによるタ効率の改
良がなされる。メタンはライン４７において塔頂分とし
て蒸留塔３８から除去されそしてこれより炭素数の多い
炭化水素成分たとえばＣ２〜Ｃ，ｏのパラフィン類およ
び芳香族類（たとえばベンゼンおよびトルェン）および
その他の不純物０はライン４８において塔底液体として
除去される。蒸留塔からの塔頂分はライン４７に入って
王熱交換器の中間東（一般的に４８と示されている）に
進み、そこで蒸気は凝縮されかつ半冷却されそしてライ
ン４９において半冷却液体として中間東を出る。ライン
４９における半冷却液体の一部分はライン５０を経て蒸
留塔最頂部近辺の塔３８に導入されて還流として使用さ
れる。たとえば供給物組成および操作温度のような可変
操作条件によるが還流流れは１０びＦ以上半冷却され得
、好ましくは還流流れの泡立ち点以下の１００Ｆ〜１０
００Ｆ、より好ましくは５げＦ〜１０びＦの範囲で半冷
却されるのがよい。半冷却された液体の残りはライン５
２に入り、熱交換器の、第３束すなわち冷東（一般的に
５３と示されている）を通過して精製液化天然ガスとし
てライン５４に出る。改良法のための冷却は流れ３１に
おける過程への生の天然ガス供給物の凝縮要求に関する
それの冷却曲線に適合するように選択された混合低温寒
剤（ＭＣＲ）によりなされる。
圧縮された混合低温寒剤（ＭＣＲ）はライン５６に入っ
て分離器５７に進む。ライン５８中のＭＣＲ蒸気および
ライン５９中におけるＭＣＲ液体は低温王熱交換器９に
入り、それらは必要とされる冷却曲線に関して最大効率
をもたらすようにしてその主交換器を通過しそして噴霧
される。次に、本発明の改良法および従来技術より優れ
た利点を完全に記載するために以下に実施例を示す。
表１に記載の成分を有する中東油田からのメタンおよび
それより多い炭素数の炭化水素および他の不純物を含有
する生の天然ガスを第１図に示される従来方法ｍおよび
第２図に示される改良方法■の各々に同一の流速および
温度において供給する。
表１ 成 分 モル％ 窒素 ０．０５９メタン
９２．４２１工
夕ン ４．７８７プ
ロ／ぐン １．９４０
イソブタン ０．２３９
ブタン ０．４４
９イソベンテン ０．０４
９ペンテン ０．
０５１へキサン ０．
００６従来方法のライン２２および改良方法のライン５
４において低温主熱交換器から抽出される際に原料とし
て使用するのに適した精製液化天然ガスＬＮＧ生成物が
同一の温度および圧力にあるように生の天然ガス供給物
を第１図に記載の従釆方法および別に第２図に記載の改
良方法で処理する。
同様に、第１図のライン５にある従来方法からの塔底部
分すなわち液体不純物および第２図のライン４８にある
改良方法からの塔底部分すなわち液体不純物は同一の圧
力および温度で抽出される。従来技術の部分ではないけ
れども第２図の分離器３２で示されるような分離器が比
較上、従釆系では使用される。第１図に示される従来方
法について云えば６８６ｐｓｉａの圧力および一２５０
Ｆの温度での生の天然ガス供給物が分離器（図示されて
いない）に供給される。６８６ｐｓもおよび一２５０Ｆ
における分離器からの塔頂（オーバ−ヘッド）蒸気供給
物は第１図に示される予冷器２を通過しそしてライン３
を通って蒸留塔４に導入される。
６８６ｐｓねの圧力および一２５０Ｆの温度における分
離器１４からの塔底液体は蒸留塔４に入る。
６７０ｐｓｂの圧力および一９６０Ｆの温度における蒸
留塔からの搭頂蒸気はライン６に入って予冷器２に進み
そして蒸留塔４に導入される前に約一８５０Ｆ‘こ冷却
されているラィンー中の分離器からの蒸気供給物との熱
交換で加溢される。
この加温された蒸留塔塔頂蒸気はライン７に入って低温
主熱交換器９の第１束すなわち暖東に進みそして６６０
ｐｓｉａの圧力および−３２０Ｆの温度でその中に導入
される。６４岬ｓもの圧力および一１０７０Ｆの温度に
おけるライン１３中の冷却された蒸留塔塔頂蒸気は分離
器１４に導入される。
分離器１４からの繁底液体はライン１６を通って蒸留塔
４への還流を提供する。分離器からの塔頂蒸気は低温王
熱交換器の中間東１９をついで第３束すなわち冷東２１
を通りそして２００ｐｓｊａの圧力および−２１５０Ｆ
の温度でライン２２において液化精製天然ガスとして出
る。さて改良方法（第２図）について云えば ６８６ｐｓ亀の圧力および一２５０Ｆの温度において前
記表１に記載の組成を有するライン３１にある生の天然
ガス供給物は分離器３２に供給される。
分離器３２からの塔底液体供給物はライン３４、レベル
制御バルブ３６およびライン３７に入りついで６７２ｐ
ｓｂの圧力および一２６０Ｆの温度で蒸留塔３８に導入
される。分離器からの蒸気供給物はライン３３に入り、
主交換器３９に進んでそこの第１束すなわち腰東中で混
合低温寒剤で冷却される。ラィン４４中のこの冷却され
た供給物は蒸留塔３８に入りそして６６６ｐｓ９の圧力
および一８００Ｆの温度で９個のトレー付蒸留塔の第４
トレーに導入される。６７０ｐｓ２の圧力および一１０
５０Ｆの温度における蒸留塔からの塔頂蒸気はライン４
７に入って主低温熱交換器３９の中間東４８に進み、そ
こで凝縮されそして−１９００Ｆの温度に半冷却される
。
この半冷却液体の一部分、すなわちこの特定の場合には
２３．４重量％は蒸留塔への還流として使用するために
直接ライン５０１こ入って−１８９０Ｆの温度で蒸留塔
３８の頂部に導入される。この還流流れは−１１５０Ｆ
の泡立ち点および−１０７０Ｆの霧点を有する。この方
法では還流流れが７００Ｆ以上半冷却されることがわか
る。半冷却液体の残りはライン５２に入って熱交換器３
９の第３束すなわち冷束５３に進みついで一２１５０Ｆ
の温度および２００ｐｓｉａの圧力で液化精製天然ガス
として出る。冷却をもたらしそして５６で系に入る梶合
冷温寒剤は表２に記載の組成を有する。従来系および改
良系から得られた結果の比較は表２に示されている。
改良系は従来系に比べて全混合低温寒剤（ＭＣＲ）流の
約９８％、そしてＭＣＲ圧縮機出力の９８％を必要とす
る。しかしながら改良系は従来系の供給物予袷器および
還流分離器を省略せしめるのみならず、さらに改良系に
おける主交換器の全表面積は単に従来系のそれの８５％
である。また主交換器中における供給物またはＬＮＧの
流れの冷却デューティも比較される。
改良系の全デューテイは従来法のそれの約９４％である
。第 ２ 表
【図面の簡単な説明】
第１図は天然ガスの精製および液化に関する従来技術方
法の工程図であり、そして第２図は本発明の新規な方法
による天然ガスの精製および液化に関する工程図である
。 ‘ノ○／ ‘７６．２

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ （ａ）メタンおよびＣ＿２ないしＣ＿２以上の炭化
    水素不純物を含有する生の天然ガス供給物を冷却して冷
    供給物を得、（ｂ）その冷供給物を蒸留塔中で蒸留して
    メタンに富んだ精製された塔頂蒸気および前記不純物に
    富んだ塔底液体を生成させ、（ｃ）その精製された塔頂
    蒸気を、メタン成分を凝縮しそして半冷却するに充分な
    温度に冷却して半冷却されたメタンに富んだ液体を得、
    （ｄ）その半冷却されたメタンに富んだ液体の一部分を
    前記蒸留塔への還流として使用し、そして（ｅ）その半
    冷却されたメタンに富んだ液体の残りを冷却して変化お
    よび精製された天然ガスを生成することからなる、メタ
    ンおよびＣ＿２ないしＣ＿２以上の炭化水素不純物を含
    有する生の天然ガス供給物を精製および液化する方法。 ２ 生の天然ガス供給物を３束低温主熱交換器の第１束
    中で冷却し、その精製された塔頂蒸気を第２束中で冷却
    しそして半冷却された液体の残りを第３束中で冷却する
    前記特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ （ａ）において生の天然ガス供給物を予冷により冷
    却して冷供給物を得、ついでその生の天然ガス供給物を
    分離して第１供給物の蒸気および第２供給物の液体を得
    、ついでその第１供給物の蒸気を前記の３束主熱交換器
    の第１束中で冷却して冷第１供給物を得る前記特許請求
    の範囲第２項記載の方法。 ４ 第１供給物の蒸気冷却がさらに蒸留塔の下方末端の
    塔底液体に対しての熱交換で第１供給物の蒸気を予冷す
    ることからなり、その際リボイラーの熱を蒸留塔に提供
    する前記特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５ 主熱交換器中の冷却が混合された低温寒剤に対する
    熱交換からなる前記特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６ 生の天然ガス供給物が超大気圧にある前記特許請求
    の範囲第５項記載の方法。７ 還流が泡立ち点以下の５
    ０°Ｆ〜１００°Ｆにおける半冷却されたメタンに富ん
    だ液体からなる前記特許請求の範囲第６項記載の方法。
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