JPS6096686A - 炭化水素混合物の分離法 - Google Patents

炭化水素混合物の分離法

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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】 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０３およびそれ
よシ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）メタンの様なよシ低級成分も含むガ
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ップして凝縮液
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シ膨張してそれ
によシ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して処分するとよい。
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おり、蒸
留塔は比較的低圧、したがって低頂部温度で運転する必
要がちシ、したがっ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シも精留の全
温度範囲にわたり精留に必要な冷却をなしうるのでとの
精留によっ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。これは負成分の軽
質ガス中への損失を減少するばかりでなく、普通方法に
おけるよシ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
物の最終ストリッピングが、大気流又はそれ以上でもよ
い高温において可能でありそれによって必要物消費が最
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って動
力節減の利益かえられ、外部冷却に要する動力は膨張し
た軽質ガスの再圧縮作梁の減少又は省略によって十分補
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（又は）水素含有軽質ガスを０３炭化水素およ
び任意に０２炭化水素および（又は）炭素原子４又はそ
れ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 （１）供給ガス混合物を高圧において冷却してその１部
を凝縮させ、 （１１）凝縮液を非凝縮ガスから分離し、（ｉｉＤ　非
凝縮ガスを精留して上記軽質ガスを生成し、かつ０１／
ｌ　凝縮液をス）　ＩＪツブして上記重質部分を生成す
ることよシ成り、精留工程（ｌｉｔ）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を生成しまた
工程（１ｖ）は上記混合物を蒸留塔中でストリッピング
して上記重質部分を生成することを含む。
プロセスの冷却は操作流から、例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
機の溝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
冷端と混端両方を冷却し７て寸か外部冷却は工程（１）
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
（１）の供給混合ガス冷却に使用できる。。
外部冷却によっ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ってなされまた
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っ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ダ第１冷却剤が最
低温ループ中にある様装置された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冷却剤の蒸発によってなされ、−力第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って供給ガス中のＣ
２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、したがって望みどおシ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ＬＰＧを含む天然ガス又は他
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
容景チ又はそれ以上である副成ガスからＮＧＬ又はＬＰ
Ｇを分離するに特に応用できる。
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
上でストリッピングできるので僅かな熱で再蒸留できて
目立った経費を要しない。ストリッ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還
できる。
供給ガスはどんな圧力でもよいが、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。
本発明を付図を参考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１ＬＰＧ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
張によって行なっている。
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
却によって行なっている。
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って行なう本発明の
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υ、３は精留部３ａとストリッ
ピング部３ｂをもつ蒸留塔であり、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は蒸留塔用リボイラーであり、９は生産ＮＧＬ用ポ
ンプであり、まだ１０は２段圧縮機である。供給混合ガ
スは例えば４０バール圧、一般に釣人気温において管１
１によっ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分液化したガスは塔３の精留部３
ａに送られる。塔の上部から回収された精留ガスは管１
４−１５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如冷却され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
に回収され弁５において塔圧力に膨張され塔３のストリ
ッピング部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
の組成と流速をもち絶対圧４０バールと温度３０１°に
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ＮＧ
Ｌ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であった。
表１ 組成（容量％）Ｃｌ２Ｏ，３９３，７ Ｃｚ　６．４　１５　６．１ ｃ３＋　３．３　８５　０．２ 流速（ｍ１／時間）　２７９４０　１０２０　２６９２
０図２と３は本発明の方法を示しておシ、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蒸留塔３は還流交換機１０３と
ストリッパー２０３に置換されておシ膨張タービン４と
２段圧縮機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釣人気温
で管１１から熱交換機１に入り戻って来る生成物流によ
って約−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によって上方速流交換機１０３に送られ、ここで管
３１をとおる冷却剤によって更に冷却される。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
っ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に戻シその中
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だ管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
その混水で出て管１５をとおり熱交換機１に戻り、ここ
から販売ガスとして供給混合ガスが入れられたと実質的
に同一圧力で管１６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ッパー塔２０
３の上部に入れられる。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。残っ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。初めの部分はりボイラー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℃の底生酸物を再加熱するりボイ
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
、圧縮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
び圧縮循還される。凝縮液はガス液分離機３０４から管
３１に送られ還流交換ｌ１９１０３（図２）の管１３中
の操作流と間接熱交換によって蒸発させられる。次いで
蒸発した媒質は管３２をへてガス液分離機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媒質との間接熱交換によってなされる。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をとおシ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ｊ″Ｌだ凝縮液の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菅３６（図３中破線で示されて
いるンに送ることによって便利にできる。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
循還される。
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
成する運訟方法は全必要動力僅かに７００　ＢＨＰであ
って図１に記載の方法に比較して６１％の著しい節約と
なった。
段階式冷却機の第１（即ち低）温度ループに２３９０ｒ
ｆ１／／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４１３０ｍ’　７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１４バールにおいて使
用して冷却を行なった。熱交換機１を追加冷却するため
管３６にプロパンの約３３係を送った。
装置における適湿は次のとおりであった：管　Ｔ（ｏＫ
） １１　３０５ １２、１３、１７　２３３ １４　２０３ １５　２２８ １８　３６８ ２１　３０８ 図２に記載の方法に用いられた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−１！ｌｌ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、ストリッ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ッピング、精留およ
び（又け）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４０２で還流交換機全長にわたシ逆送さ
れてそれを冷却し外部冷却ループ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って管
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４θ１によって駆動されている圧縮機４０
３中で部分的に再圧縮され最後に補助圧縮機４０４によ
ってに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１７の液体を熱交換機１に戻し更に図
示されていない蒸留塔２０３にストリッピングのため送
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
っ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をとおシ蒸発するプロパンによって与えら
れた必要冷却のその部分を供給する冷却圧縮用２３０Ｂ
ＨＰと圧縮機４０３（７０％効率において）と４０４中
のガス再圧縮用９２０ＢＨＰを太し、その内１５０ＢＨ
Ｐは膨張タービン４０１（その効率７８％において）に
よってえられるので、全所要動力はＩ　Ｑ　ＯＯＢＨＰ
となった。
これは図２と３の装置の様な効率ではないが、図工の従
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シであった：
管　Ｔ（’Ｋ）　Ｐ（絶対バール） １１　３０５　４０ １２．１３、１７　２３３ １４　２０３ ４０２　１８６　２２ １５　２２６ 蒸留塔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った。
図５は全冷却を非凝縮ガスの膨張によって行なう様な本
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図中同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混水の冷却流とし
て管５０１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をとおシ間接向流熱交倶によって
管１１中の供給混合ガスを冷却し膨張機５０３によって
駆動されている圧縮機５０５中で１部再圧縮されて１々
後に補助圧縮機５０６によってほぼ供給ガス圧に壕で回
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に戻し更にストリッ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伝された図５について記
述した方法における圧縮ｉ？！５０５（効率７０％とし
て）および５０６の所要動力は１６３０８ＨＰであり、
その内３３０ＢＨＰは効率７８チの膨張タービン５０３
によって供給されたので全動力消費は１３００ＢＨＰで
あった。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った：
管　Ｔ（’Ｋ）　Ｐ（絶対バール） １１　３０５　４０ １２．１３．１７　２３３ １４　２０３ ５０２　２２８ ５０４　１８４　１４ １５　２０３ 蒸留塔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った。
【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 ２．３０４　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　ストリッツ々− ３０１圧縮機 出　願　人　ペトロカーボン　ディベロップメント　リ
ミテッド同　ディーニーティー　ピーテイーワイ　リミ
テッド化　理　人　弁理士　川　瀬　良　治　、′全同
　同　斉藤武彦′」・″ Ｆｔａ、４ Ｆ／ａ、５ 第１頁の続き 優先権主張　０１９８４７月３１日［相］イギリス（Ｇ
Ｂ）［相］混１；＠発　明　者　ドナルド　レイ　カミ
　オーストラリフンゲス　アール　ポーラ ゴロ　（番地ｔ４ ４８８ ’国＝ニー　サウス　ウオレス　２５７６　エヌル　プ
ラトー　プラトー　ロード　キラン：シ）

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（又
    は）水素を含む軽質ガスを０３炭化水素、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において、 （１）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、（１１０非凝
    縮ガスを精留して上記軽質ガスを生成し、かつＯｖ）　
    凝縮液をストリップして上記重質部分を生成することよ
    り成り、かつ上記精留工程（＋ｉｉ）が更に非凝縮ガス
    を上昇させながら冷却してその１部を凝縮させて生成し
    だ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を生成しまた工程（１ｖ）
    が上記混合物の蒸留塔におけるストリッピングによる上
    記重質部分の生成を含むことを特徴とする方法。 ２、操作用冷却が外部冷却によっ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ってなさ
    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冷却剤の蒸発によってなされまた工程（１）の冷
    却が上記冷却機の第２　／’Ｔｌ’却剤の１部蒸発によ
    っ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ってなされ
    る特許請求の範囲第１道に記載の方法。 ６、操作用冷却の１部が精留されたガスの膨張によって
    なされ他の１部が外部冷却によっ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ってなさ
    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
    ってなされまた工程（１）の冷却が外部冷却によってな
    される特許請求の範囲第６項又は７項に記載の方法。 ９、供給混合ガスが絶対圧約２０乃至約５０バールにお
    いて保給される特許請求の範囲第１項から８項までのい
    づれかに記載の方法。 １０　工程（１ｖ）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項までのいづれかに記
    載の方法。 １１、工程（１ｖ）から回収したガスを再循還のため供
    給混合ガスと混合する特許請求の範囲第１項から１０項
    までのいづれかに記載の方法。 １２、７ｉＶ化天然ガス製造用の特許請求の範囲第１項
    から１１項までのいづれかに記載の方法。 １３、液化石油ガス製造用の特許請求の範囲第１項から
    １１項までのいづれかに記載の方法。 １４、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１３項までのいづれかに記載
    の方法。
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