KR101169485B1 - 강화된 환류 스트림을 사용하는 탄화수소 회수 방법 - Google Patents

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Abstract

탄화수소 피드 가스 스트림으로부터 에탄 및 이보다 더 중질인 성분의 회수를 위한 방법 및 장치. 피드 가스 스트림은 냉각되고(14, 56) 제1 증기 스트림(24) 및 제1 액상 스트림(36’)으로 분리된다. 증기 스트림은 제1 가스 스트림(26) 및 제2 가스 스트림(28’)으로 나누어진다. 제1 가스 스트림은 팽창되고(70) 분별증류탑(50)으로 보내진다(30). 제2 가스 스트림은 흡수탑(32)으로 공급된다. 적어도 일부의 제1 액상 스트림은 냉각되고(38) 흡수기로 보내진다(48). 흡수기 컬럼은 희박 증기 스트림(34) 및 제2 액상 스트림(42)을 생성한다. 희박 증기 스트림은 냉각되고(38) 상기 분별증류탑으로 보내진다. 제2 액상 스트림은 서브냉각되고(38) 상기 분별증류탑으로 공급된다. 상기 스트림 및 컬럼의 온도 및 압력이 유지되어 바닥 생성물(54)로서 대부분의 에탄 및 이보다 더 중질인 탄화수소 성분을 회수하고, 분별증류탑 상부에서 잔류 가스 스트림(52)을 생성한다.

Description

강화된 환류 스트림을 사용하는 탄화수소 회수 방법{HYDROCARBON RECOVERY PROCESS UTILIZING ENHANCED REFLUX STREAMS}
발명의 기술 분야
본원발명은 탄화수소 가스 스트림으로부터 에탄 및 이보다 더 중질인 성분(heavier components)의 회수에 관계한다. 더욱 특히, 본원발명은 강화된 환류 스트림을 사용하는, 탄화수소 인렛 가스 스트림으로부터 에탄 및 이보다 더 중질인 성분의 회수에 관계한다.
발명의 배경
에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 및 이보다 더 중질인 탄화수소 성분과 같은 고가의 탄화수소 성분이 천연 가스 스트림, 정유 가스 스트림, 석탄층 가스 스트림 등과 같은 다양한 가스 스트림 내에 존재한다. 상기 성분들은 또한 석탄, 타르 샌드, 및 원유와 같은 그 밖의 다른 탄화수소 소스에 존재할 수 있다. 고가의 탄화수소 양은 피드 소스에 따라 변화한다. 일반적으로, 탄화수소 또는 천연 가스 액체 (NGL)를 50% 초과의 에탄, 이산화탄소, 메탄, 그리고 질소, 일산화탄소, 수소와 같은 더 경질인 성분(lighter component) 등을 함유하는 가스 스트림으로부터 회수하는 것이 바람직하다. 프로판, 프로필렌 및 이보다 더 중질인 탄화수소 성분은 일반적으로 소량의 인렛 가스 피드 스트림을 형성한다.
예를 들면 흡유(oil absorption), 냉동 흡유, 및 극저온 공정과 같은, 탄화수소 가스 스트림으로부터 NGL의 회수를 위한 일부 선행 기술 방법이 존재한다. 상기 극저온 공정이 일반적으로 실행에 있어 더욱 경제적이며 더욱 친환경적이기 때문에, 현재 기술은 일반적으로 흡유 또는 냉동 흡유 공정보다 극저온 가스 공정의 사용을 선호한다. 특히, Campbell에 의해 미국 특허 제4,278,457호에 개시된 바와 같이, 극저온 가스 공정에서 터보팽창기의 사용이 선호되며, 이것은 도 1에 제시되어 있다.
또한 잔류 재생 스트림을 사용하는 터보팽창기 회수 공정은 본질적으로 100% 의 C3+ 성분을 회수하는 동안, 높은 에탄 회수(95% 초과)를 달성할 수 있다. 이와 같은 공정은 비록 높은 회수를 달성함에 있어 인상적이기는 하지만, 상기 공정의 압축 요건 때문에 비교적 많은 양의 에너지를 소비한다. 에너지 소비를 줄이면서 높은 회수를 유지하기 위해, 부가적인 환류 소스가 필요하다. 이러한 환류 스트림을 에탄 및 이보다 더 중질인 성분과 같은 바람직한 성분 내에서 희박하게 하고, 높은 압력에서 활용하도록 하는 것이 유리할 것이다.
많은 저온 회수 공정에 있어서, 상당한 양의 C2+ 성분을 함유하는 환류 스트림을 생성하는 분별증류탑 상부 스트림의 품질 때문에 효율이 저하된다. 환류 스트림은 상당히 많은 양의 C2+ 성분을 갖기 때문에, 환류 스트림 상의 조절 밸브 이후의 빠른 증발은 어느 정도의 증기를 형성하게 될 것이다. 결과물인 증기는, 분류단계에서 배출되어 상부 스트림에서 유실되고 그 후 잔류 가스 스트림에 존재하게 되는 C2+ 성분을 갖게 될 것이다. 부가적으로, 분별증류탑의 상단층에서 평형이 도달되어 더 많은 에탄이 상부 스트림과 함께 배출되도록 한다.
Lee et al에 의해 공개된 미국 특허 제6,244,070호에 개시된 바와 같이, 희박 환류 스트림을 발생시키기 위한 흡수기의 사용이 개시되어 있다. Lee 특허에 개시된 바와 같이, 인렛 분리기를 떠난 증기는 세 갈래로 나누어진다. 제1 증기 스트림은 냉각되고 흡수기 컬럼의 바닥으로 유입된다. 제2 증기 스트림은 응축되고 서브냉각되어 그 후 흡수기의 상단으로 유입된다. 흡수기는 주 분별증류탑의 희박 환류 스트림으로 사용되는 상부 스트림을 생성한다. 제3 증기 스트림은 압력 감소 및 워크 익스트렉션을 위해 팽창기로 보내진다. Lee에 의해 제안된 대안적인 구체예는 흡수기의 상단 피드 스트림으로서 고압 잔류 가스 스트림의 일부를 사용하는 것을 포함한다. 이 경우에 있어서, 저온 분리기에 존재하는 증기는 두 갈래로 나누어지며, 한 스트림은 냉각되어 흡수기의 바닥으로 보내지며, 반면 다른 스트림은 팽창기로 보내진다. 희박 잔류 가스의 일부는 압력하에서 응축되고 상단 피드 스트림으로서 흡수기 컬럼으로 보내진다.
96% 이상의 회수 효율을 달성할 수 있는 반면, 많은 선행 기술 공정에 비해 저 비용으로 실행할 수 있는, 선행 기술 공정과 비교하여 더 적은 에너지를 소비하는 에탄 회수 공정에 대한 필요성이 존재한다. 잔류 가스 스트림 내에서 유실되는 C2+ 성분의 양을 감소시키기 위해 공정의 온도 특성을 이용할 수 있는 공정에 대한 필요성이 또한 존재한다.
발명의 요약
앞서 살펴본 바와 같이, 본원발명은 강화된 환류 스트림을 사용하는, 탄화수소 스트림으로부터 에탄 및 이보다 더 중질인 성분의 회수를 위한 방법 및 장치를 유리하게 제공한다. 강화된 환류 스트림의 사용은 약 96% 초과의 에탄 회수 및 약 99.5% 이상의 프로판 회수를 제공하는데, 왜냐하면 강화된 환류 스트림은 실질적으로 C2+ 성분과 같은 바람직한 생성물이 없기 때문이다.
본원발명의 구체예와 일치하는 방법에 있어서, 탄화수소 피드 스트림은 인렛 가스 교환기 및 선택적으로 보조 리보일러 교환기 내에서 냉각되어 냉각된 피드 스트림을 형성하는 탄화수소 피드 스트림을 부분적으로 응축시킨다. 냉각된 피드 스트림은 상 분리를 위해 분리기로 보내지고, 그 결과 제1 증기 스트림 및 제1 액상 스트림을 생성한다. 제1 증기 스트림은 바람직하게는 제1 가스 스트림 및 제2 가스 스트림으로 분리된다. 제1 가스 스트림은 많은 부분의 제1 증기 스트림을 함유하고, 이것은 압력이 감소되는 팽창기로 보내진다. 상기 등엔트로피 공정 때문에, 스트림, 또는 실질적으로 냉각된 팽창 스트림에서 소모되는 팽창기 온도는 실질적으로 감소한다. 실질적으로 냉각된 팽창 스트림은 하부 타워 피드 스트림으로서 분별증류탑, 또는 증류탑으로 보내진다. 분별증류탑은 탈메탄탑일 수 있다. 분별증류탑은 바람직하게는 명확히 말하면 바닥에서 에탄 및 이보다 더 중질인 생성물(heavier product)을 생성하고 상단에서 휘발성 C2+ 성분을 생성하는 리보일드 탑(reboiled tower)이다. 분별증류탑은 바람직하게는 공정 효율을 개선하기 위해 보조 리보일러가 장착된다.
분리기로부터의 더 소량의 증기 스트림, 또는 제2 가스 스트림은 바닥 흡수 피드 스트림으로서 흡수기 컬럼으로 보내진다. 제1 액상 스트림은 환류 열 교환기 내에서 서브냉각되어 상류 흡수 피드 스트림으로서 흡수탑에 보내진다. 흡수탑은 흡수탑 사이에 하나 이상의 충전층, 또는 또다른 물질 전달층 또는 이동영역을 함유한다. 물질 전달층 또는 이동영역은, 물질 전달 영역을 함유하는 용기를 흘러 내려가는 액체로부터 용기를 통해 올라가는 가스로, 그리고 용기를 통해 올라가는 가스로부터 용기를 흘러 내려가는 액체로, 분자를 이동시킬 수 있는 어떤 유형의 장치도 포함할 수 있다. 다양한 트레이 유형, 패킹, 분리 층 또는 영역, 및 그 밖의 다른 동등한 층 또는 영역이 포함된다. 다른 유형의 물질 전달층 또는 이동영역이 당업자에게 개시될 수 있으며 본원발명의 범위 내에서 고려될 수 있다.
제1 액상 스트림으로부터의 서브냉각된 액체는 흡수탑 위로 올라가는 증기로부터 C2+ 성분을 흡수하는 냉각 희박유(lean oil)로서 작용한다. 일부 정류가 흡수탑 내에서 일어나서, 흡수 상부 스트림 및 흡수 바닥 스트림을 생성한다. 흡수 상부 스트림은 제1 증기 스트림보다 C2+ 성분 내에서 실질적으로 더 희박하다. 흡수 상부 스트림은 응축되고 그 후 제1 타워 피드 스트림로서, 바람직하게는 상단 타워 공급 위치에서 분별증류탑으로 보내진다. 흡수 바닥 스트림은 서브냉각되고어 제2 타워 피드 스트림으로서 분별증류탑으로 보내진다. 제2 타워 피드 스트림은 바람직하게는 제1 타워 피드 스트림 아래에 위치한 공급 위치에서 분별증류탑으로 보내진다. 흡수 바닥 스트림은 냉각된 희박유 스트림으로서 작용하고 분별증류탑 내에서 C2+ 및 이보다 더 중질인 성분의 회수를 증가시킨다.
본원에서 개시된 하부 피드 스트림을 따라, 제1 및 제2 타워 피드 스트림은 분별증류탑에서 분리되어 타워 상부 스트림 및 타워 바닥 스트림을 생성한다. 타워 상부 스트림은 바람직하게는 몇 개의 교환기 내에서 가열되고 그 후 압축기 내에서 요구되는 압력으로 압축되어 잔류 가스 스트림을 생성한다.
또 다른 일 실시 태양과 같이, 본원발명은 마지막에 개시된 실시 태양의 상단 타워 피드 스트림 상부에 위치한 공급 위치에서 분별증류탑으로 공급되는 부가적인 타워 피드 스트림을 사용하는 에탄 회수 방법을 유리하게 제공한다. 본 실시 태양은 99+ %의 C2+ 회수를 제공할 수 있다. 잔류 가스 스트림의 부 스트림을 취하고 상기 부 스트림을 상단 피드 스트림으로서 분별증류탑에 보내기 전에 상기 부 스트림을 응축시키고 냉각시켜 상기 부가적인 피드 스트림이 생성된다. 바람직하게는, 잔류 가스 부스트림은 본질적으로 C2+ 성분이 없으며, 상기 부가적인 피드 스트림이 타워 상부 스트림으로 방출되는 C2+ 성분을 회수하는 것을 가능하게 한다.
본원발명에 대한 또 다른 실시 태양이 유리하게 제공된다. 본 실시 태양에 있어서, 일부분의 인렛 피드 가스 스트림은 상기 인렛 가스 스트림이 냉각되기 전에 바닥 피드 스트림으로서 흡수탑으로 보내진다.
방법 실시 태양에 부가하여, 본원발명의 장치 실시 태양에 또한 유리하게 제공된다.
도면의 간단한 설명
발명의 특징 및 장점뿐만 아니라 그 밖의 명확한 것들이 더욱 상세하게 이해될 수 있으므로, 앞서 간단하게 요약된 더욱 특별한 발명의 설명이 첨부된 도면에 서 제시되는 실시 태양을 참고하여 개시되며, 첨부된 도면은 명세서의 일부를 구성한다. 그렇지만, 도면은 단지 발명의 바람직한 실시 태양을 제시할 뿐이며 발명의 범위를 제한하지 않으며 또다른 동등한 효과의 실시 태양의 제시를 허용한다.
도 1은 미국 특허 제4,278,457호에 의해 개시된 선행 기술 방법과 일치하는, 전형적인 에탄 및 이보다 더 중질인 성분 회수 방법의 단순화된 플로우 다이아그램이다;
도 2는 타워 상부 스트림 내의 C2+ 성분의 양을 줄이기 위해 강화된 환류 스트림을 사용하는, 본원발명의 실시 태양에 따르는 에탄 및 이보다 더 중질인 성분 회수 방법의 단순화된 플로우 다이아그램이다;
도 3은 타워 상부 스트림 내의 C2+ 성분의 양을 줄이기 위해 강화된 환류 스트림과 함께 잔류 재생 스트림을 사용하는, 본원발명의 실시 태양에 따르는 에탄 및 이보다 더 중질인 성분 회수 방법의 단순화된 플로우 다이아그램이다; 그리고
도 4는 분별증류탑의 강화된 환류 스트림을 생성하기 위해 하부 흡수 피드 스트림으로서 일부분의 피드 가스 스트림을 사용하는, 본원발명의 실시 태양에 따르는 에탄 및 이보다 더 중질인 성분 회수 방법의 단순화된 플로우 다이아그램이다.
도면의 상세한 설명
도면의 단순화를 위하여, 각각의 도면 내에서, 스트림 또는 장비에 관하여, 기능이 동일한 경우에는 다양한 스트림 및 장비에 대한 번호가 도면 내에서 동일하다. 유사한 번호는 유사한 요소를 나타내며, 100 시리즈 및 200 시리즈 표시는 일반적으로 대안적인 실시 태양에 있어서 유사한 요소를 나타낸다.
본원에서 사용되는, "인렛 가스(inlet gas)"라는 용어는 탄화소수 가스를 의미하는데, 본 가스는 전형적으로 고압 가스 라인으로부터 수득되며 실질적으로 메탄 및 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 성분의 잔량뿐만 아니라 이산화탄소, 질소 및 그 밖의 잔류가스로 구성된다. "C2 성분"이라는 용어는 알칸, 올레핀, 및 알킨, 특히, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌 등과 같은 지방족 화학종을 포함하는, 두 개 이상의 탄소 원자를 갖는 모든 유기 성분을 의미한다. "C2+ 성분"이라는 용어는 모든 C2 성분 및 이보다 더 중질인 성분을 의미한다.
표 1은 탄화수소 가스 피드 스트림의 구성성분을 나타내며, 여기서 본원발명은 본원발명의 모든 실시 태양에 따라 탄화수소를 회수하기 위해 알맞게 조절된다.
Figure 112006074998175-pct00001
선행기술의 상세한 설명
도 1은 터보팽창기 극저온 공정을 사용하는 전형적인 가스 공정 도식을 나타내며, 상기 공정은 Campbell et al에 의해 미국 특허 제4,278,457호에 개시된 공정의 일 실시 태양이다. 상기 선행기술에 있어서, 미가공 피드 인렛 가스 스트림은 극저온 공정에 손해를 입히는 일부 물질을 함유할 수 있다. 이와 같은 불순물은 물, CO2, H2S 등을 포함한다. 많은 양의 CO2 및 H2S가 존재하면, 미가공 피드 가스를 처리하여 CO2 및 H2S를 제거하는 것으로 가정된다. 상기 가스는 그 후 NGL 회수를 위한 극저온 영역으로 보내지기 전에 건조되고 여과된다. 전형적으로 약 130℉ 및 1035 psia로 공급되는, 순수하고 건조한 탄화수소 피드 가스 스트림(12)은 전형적으로 제1 피드 스트림(13) 및 제2 피드 스트림(18)으로 분리되며,제1 피드 스트림(13)은 약 61%의 피드 스트림(12)을 함유하며, 제2 피드 스트림은 나머지 부분의 피드 스트림(12)을 함유한다. 제1 피드 스트림(13)은 하나 이상의 인렛 교환기(14) 내에서 저온 공정 스트림과 부딪쳐 약 -29℉로 냉각되며, 반면 제2 피드 스트림(18)은 리보일러/보조 리보일러(56) 내에서 분별증류탑(50)으로부터의 공정 스트림과 부딪쳐 약 -26℉로 냉각된다. 피드 가스 스트림(12)의 풍부한 정도 및 공급 온도 및 압력에 따라서, 부가적인 냉각을 위한 외부 냉동이 필요할 수 있다.
제1 및 제2 피드 스트림은 조합되어 약 -28℉의 온도인 냉각된 피드 가스 스트림(16)을 형성한다. 냉각된 피드 스트림(16)은 통상적으로 부분적으로 응축되고 증기-액체 또는 상 분리를 위해 인렛 분리기(22)로 보내진다. 피드 가스 스트림 조성에 따라, 냉각 단계들 사이에서 증기 액체 분리에 하나 이상의 냉각 단계가 요구될 수 있다. 냉각된 피드 가스 스트림(16)은 제1 액상 스트림(36) 및 제1 증기 스트림(24)으로 분리된다. 제1 액상 스트림(36)은 인렛 피드 가스 스트림(12)보다 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌 및 이보다 더 중질인 탄화수소 성분과 같은 C2+ 성분 내에 더 풍부하다. 제1 액상 스트림(36)은 고가의 C2+ 성분의 회수를 위해 분별증류탑(50)으로 보내진다. 분별증류탑(50)으로 보내지기 전에, 제1 액상 스트림(36)은 약 -141℉로 냉각될 수 있으며 조절 밸브를 통하여 실질적으로 분별증류탑 압력으로 팽창될 수 있다. 이와 같은 액체의 팽창 때문에, 일부 액체는 기화되고, 그 결과 온도가 감소하고, 전체 스트림(36)을 냉각시키고 분별증류탑(50)으로 보내지는 2-상(two-phase) 스트림을 생성한다.
제1 증기 스트림(24)은 약 76%의 제1 증기 스트림(24)을 함유하는 제1 가스 스트림(26), 및 나머지의 제1 증기 스트림(24)을 함유하는 제2 가스 스트림(28)의 두 개의 스트림으로 분리된다. 제1 가스 스트림(26)은 터보팽창기와 같은 워크 팽창 기계(70)를 통하여 보내지고, 여기서 제1 가스 스트림(26)의 압력은 약 332 psia로 감소한다. 제1 가스 스트림(26)의 등엔트로피 팽창 때문에, 제1 가스 스트림(26)의 압력 및 온도가 감소한다. 이러한 압력 감소 및 워크 익스트렉션(extraction of work) 때문에, 제1 가스 스트림(26)의 온도는 약 -110℉로 감소하고, 이것은 액체의 형성을 유도한다. 상기 2-상 스트림(30)은 중간 피드 스트림으로서 분별증류탑에 보내진다. 터보팽창기(70)에 의해 발생하는 일은 희박 타워 상부 스트림(52)을 밀어올려 잔류 가스 스트림(86)을 생성하는데에 사용된다. 제2 가스 스트림(28)은 실질적으로 냉각되어, 전부가 아니면 대부분의 제2 가스 스트림(28)이 응축된다. 상기 냉각된 스트림(29)은 본질적으로 분별증류탑 압력으로 팽창된다. 이러한 압력 감소 때문에, 일부 증기가 발생하고, 이는 전체 스트림(29)을 더욱 냉각시킬 것이다. 냉각된 2-상 스트림(29)은 그 후 환류로서 분별증류탑(50)으로 보내진다. 상기 환류 스트림(29)으로부터의 증기는 분별증류탑(50)을 올라가는 증기와 조합되어 타워 상부 스트림(52)을 형성한다.
제2 가스 스트림(28)은 환류 교환기(38)로 보내지고, 여기서 제2 가스 스트림(28)은 응축되고 -149℉까지 냉각되어(서브냉각되고) 제1 타워 피드 스트림(29)을 생성한다. 제1 타워 피드 스트림(29)은 그 후 조절 밸브와 같은 팽창 장치를 통하여 본질적으로 분별증류탑 압력으로 빠르게 증발된다. 제1 타워 피드 스트림(29)의 압력 감소는 증기 형성 및 약 -162℉까지의 온도 감소를 유도한다. 상기 2-상 스트림(29)은 상단 피드 스트림으로서 분별증류탑(50)으로 보내진다.
분별증류탑(50)은 바람직하게는 인렛 피드 가스 스트림(12) 내에 더 많은 부분의 C2+ 성분 또는 NGL을 함유하는 타워 바닥 스트림(54), 및 잔류 에탄, 메탄 및 이보다 더 경질인 성분을 함유하는 타워 상부 스트림(52)을 생성하는 리보일드 흡수기이다. 분별증류탑(50)은 바람직하게는 타워 바닥 스트림(54)내의 NGL과 함께 배출되는 메탄의 양을 조절하기 위해 리보일러(56)를 포함한다. 공정의 효율을 더욱 높이기 위해, 인렛 피드 가스 스트림(12)을 냉각시키고 고압의 피드 가스 스트림(12)의 응축을 보조하는 하나 이상의 보조 리보일러가 제공될 수 있다. 공급 양 및 운송 조건에 따라, 분별증류탑(50)에 대한 일부 외부 가열이 요구될 수 있다.
전형적으로 약 332 psia의 압력 및 약 -146℉의 온도를 갖는 타워 상부 스트림(52)은 환류 교환기(38) 내에서 약 -56℉로 가열되고, 그 후 인렛 교환기(14) 내에서 119℉로 가열되어 가열된 상부 타워 스트림(76)을 생성한다. 가열된 상부 타워 스트림(76)은 부스터 압축기(74)로 보내지고, 여기서 팽창기(70)에 의해 발생한 일을 사용하여 약 401 psia까지 압력이 증가하여 압축된 상부 가스 스트림(78)을 생성한다. 압축된 상부 가스 스트림(78)은 그 후 공기 냉각기(19) 내에서 약 130℉로 냉각되고 추가적인 압축을 위해 재압축기(80)로 보내져 약 1070 psia가 되어 고온 잔류 가스 스트림(82)을 생성한다. 고온 잔류 가스 스트림(82)은 그 후 공기 냉각기(84) 내에서 약 130℉로 냉각되고 잔류 가스 스트림(86)으로서 추가적인 압축을 위해 보내진다.
본원에서 개시된 선행 기술을 사용하는 시뮬레이션이 수행되었으며 도 1에 제시되어 있다. 비교를 위하여 몇 개의 공정 스트림의 몰 조성이 표 2에 제시되어 있다.
Figure 112006074998175-pct00002
본원발명의 설명
본원발명은 도 2에 제시된 바와 같이, 메탄 및 이보다 더 경질인 성분, C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소를 함유하는 인렛 피드 가스 스트림을 실질적으로 모든 메탄 및 이보다 더 경질인 성분을 함유하는 더 휘발성인 가스 부분, 및 대부분의 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소를 함유하는 덜 휘발성인 탄화수소 부분으로 분리하는 방법을 유리하게 제공한다.
더욱 구체적으로, 에탄 회수 공정(10)으로 보내지기 전에 여과되고 건조된, 피드 가스 스트림(12)이 공급된다. 피드 가스 스트림(12)은 물, 일산화탄소, 및 황화수소와 같은 일부 분순물을 포함할 수 있으며, 이들은 에탄 회수 공정(10)으로 보내지기 전에 제거될 필요가 있다. 피드 가스 스트림(12)은 바람직하게는 약 130℉의 온도와 약 1035 psia의 압력을 갖는다. 일단 공정(10)으로 공급되면, 피드 가스 스트림(12)은 피드 가스 스트림(12)의 약 62%를 함유하는 제1 피드 스트림(13), 및 피드 가스 스트림(12)의 나머지 부분을 함유하는 제2 피드 스트림(18)으로 분리될 수 있다. 제1 피드 스트림(13)은 적어도 타워 상부 스트림(52)과 접촉하는 열 교환에 의해 인렛 교환기(14) 내에서 약 -29℉의 온도로 유리하게 냉각되고 부분적으로 응축되어 냉각된 제1 피드 스트림(16)을 생성한다. 제2 피드 스트림(18)은 바람직하게는 적어도 제1 타워 사이드-드로우 스트림(58), 제2 타워 사이드-드로우 스트림(62), 제3 타워 사이드-드로우 스트림(66), 및 이들의 조합과 접촉하는 열 교환에 의해 리보일러(56) 내에서 약 -43℉의 온도로 냉각되어 냉각된 제2 피드 스트림(20)을 생성한다. 제2 냉각된 피드 스트림(20)은 냉각된 제1 피드 스트림(16)과 조합하여 약 -34℉의 온도를 갖는 조합된 피드 스트림(17)을 형성한다.
조합된 피드 스트림(17)은 분리기(22) 내에서 제1 증기 스트림(24) 및 제1 액상 스트림(36')으로 분리된다. 제1 증기 스트림(24)은 제1 증기 스트림(24)의 약 75%를 함유하는 제1 가스 스트림(26), 및 제1 증기 스트림(24)의 나머지 부분을 함유하는 제2 가스 스트림(28')으로 분리된다. 제1 가스 스트림(26)은 팽창기(70)로 보내지고 약 312 psia의 더 낮은 압력으로 팽창되어 하부 타워 피드 스트림(30)을 생성한다. 제1 가스 스트림(26)의 압력 감소 및 워크 익스트렉션 때문에, 제1 가 스 스트림(26)의 온도는 또한 약 -119℉로 감소한다. 온도 감소는 액체 형성을 유발하며, 이는 타워 피드 스트림(30)이 2-상이 되도록 한다. 타워 피드 스트림(30)은 바람직하게는 하부 타워 피드 스트림으로서 분별증류탑(50)으로 보내진다.
제1 타워 피드 스트림(40) 및 제2 타워 피드 스트림(44)과 함께 하부 타워 피드 스트림(30)은 분별증류탑(50)으로 보내지고, 여기서 상기 스트림들은 타워 바닥 스트림(54) 및 타워 상부 스트림(52)으로 분리된다. 타워 상부 스트림(52)은 가열되고 압축되어 잔류 가스 스트림(76)을 생성한다.
본원발명의 개선된 단계으로서, 제2 가스 스트림(28')은 하부 흡수 피드 스트림으로서 흡수탑(32)으로 보내진다. 흡수탑(32)은 바람직하게는 하나 이상의 이동층 또는 영역을 함유한다. 제1 액상 스트림(36')은 그 후 냉각되고 상단 흡수 피드 스트림(48)으로서 흡수탑(32)으로 공급된다. 흡수탑(32) 상단으로 올라가는 고온 증기는 흡수탑(32)을 내려가는 저온의 중질인 액체와 충분히 접촉한다. 저온의 더 중질인 액체는 고온 증기로부터 중질인 성분을 흡수한다. 흡수탑(32)은 바람직하게는 흡수 상부 스트림(34) 및 흡수 바닥 스트림(42)을 생성한다.
흡수 상부 스트림(34)은 바람직하게는 약 -72℉의 온도를 가지며 선행 기술 공정의 도 1 내의 환류 스트림(29)보다 훨씬 더 희박하다. 흡수 상부 스트림(34)은 그 후 약 -155℉로 냉각되고, 그 결과 흡수 바닥 스트림(42), 타워 상부 스트림(52), 제1 액상 스트림(36'), 및 이들의 조합 중 적어도 하나와 접촉하는 열 교환에 의해 환류 교환기(38) 내에서 실질적으로 응축된다. 상기 응축은 제1 타워 피드 스트림(40)을 생성하고, 이것은 분별증류탑(50)으로 가는 강화된 환류 스트림 으로 간주된다. 유사하게, 흡수 바닥 스트림(42)은 흡수 상부 스트림(34), 타워 상부 스트림(52), 제1 액상 스트림(36'), 및 이들의 조합 중 적어도 하나와 접촉하는 열 교환에 의해 환류 교환기(38) 내에서 냉각될 수 있다. 제2 타워 피드 스트림(44)을 생성하기 위해 흡수 바닥 스트림(42)의 냉각은 제2 타워 피드 스트림(44)을 약 -155℉ 온도로 만든다.
제1 및 제2 타워 피드 스트림(40, 44)의 양 및 온도가 유지되어, 그 결과 타워 상부 스트림(52)의 타워 상부 온도가 유지되고 대부분의 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소가 타워 바닥 스트림(54)으로 회수된다.
본원에 개시된 선행 기술 공정과 같이, 분별증류탑(50), 또는 탈메탄탑은 리보일드 흡수기이며, 상기 리보일드 흡수기는 인렛 피드 가스 스트림(12) 내에 더 많은 부분의 C2+ 성분 또는 NGL을 함유하는 타워 바닥 스트림(54), 및 나머지 에탄, 메탄 및 이보다 더 경질인 성분을 함유하는 타워 상부 스트림(52)을 생성한다. 분별증류탑(50)은 바람직하게는 타워 바닥 스트림(54)으로 NGL과 함께 배출되는 메탄의 양을 조절하기 위해 리보일러(56)를 포함한다. 공정의 효율을 더욱 강화하기 위해, 공정 효율의 증가와 함께, 인렛 피드 가스 스트림(12)을 냉각시키고 고압 피드 가스 스트림(12)의 응축을 보조하는 하나 이상의 보조 리보일러가 제공될 수 있다. 공급 양 및 이동 조건에 따라, 분별증류탑(50)에 대한 일부 외부 가열이 요구될 수 있다.
타워 상부 스트림(52)을 가열하는 단계, 제1 액상 스트림(36')을 냉각시키는 단계, 흡수 상부 스트림(34)을 냉각시키고 그 후 실질적으로 응축시키는 단계, 및 흡수 바닥 스트림(42)을 냉각시키는 단계는 타워 상부 스트림(52), 제1 액상 스트림(36'), 흡수 상부 스트림(34), 흡수 바닥 스트림(42), 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 공정 스트림과 접촉하는 열 교환에 의해 수행될 수 있다. 당업자가 알 수 있는 바와 같은 그 밖의 다른 스트림이 본원에 개시된 각각의 스트림을 가열하거나 또는 냉각시키기 위해 사용될 수 있으며, 본원발명의 범위 이내로 간주된다.
본원발명의 모든 실시 태양에 있어서, 복수의 사이드-드로우 스트림이 분별증류탑(50)의 낮은 부분으로부터 제거되어, 제2 피드 스트림(18)과 접촉하는 열 교환에 의해 리보일러(56) 내에서 가열되고, 제거되었던 층과 동일한 분별증류탑(50)의 층으로 되돌아간다.
전형적으로 약 302 psia의 압력과 약 -160℉의 온도를 갖는 타워 상부 스트림(52)은 환류 교환기(38) 내에서 -59℉로 가열되고, 그 후 인렛 교환기(14) 내에서 122℉로 가열되어 가열된 상부 타워 스트림(76)을 생성한다. 가열된 상부 타워 스트림(76)은 부스터 압축기(74)로 보내지고, 여기서 팽창기(70)에 의해 발생하는 일을 사용하여 압력이 약 374 psia로 증가하여 압축된 상부 가스 스트림(78)을 생성한다. 압축된 상부 가스 스트림(78)은 그 후 공기 냉각기(79) 내에서 약 130℉로 냉각되고 추가적인 압축을 위해 재압축기(80)로 보내져서 약 1070 psia로 압축되어 고온 잔류 가스 스트림(82)을 생성한다. 고온 잔류 가스 스트림(82)은 그 후 공기 냉각기(84) 내에서 약 130℉로 냉각되고 추가적인 압축을 위해 잔류 가스 스트림(86)으로서 보내진다.
본원에 개시된 바와 같이, 도 1에 제시된 선행 기술 공정은 분별증류탑(150) 상단에서의 평형 조건 때문에 최대 에탄 회수에 대한 제한을 갖는다. 상기 제한을 극복하기 위해, 본원발명은 분별증류탑(150)으로 되돌아가는 환류 스트림 내의 C2+ 성분의 양을 감소시켰으며, 이것은 타워 상부 스트림(152) 내의 적은 C2+ 성분 때문에 더 높은 회수를 가능하게 한다.
본원발명의 첫째 실시 태양에 따르는 공정을 사용하는 시뮬레이션이 수행되었다. 표 2의 선행 기술 공정과 관련된 결과와 비교하기 위하여 몇 개의 공정 스트림의 몰 조성이 표 3에 제시되어 있다.
Figure 112006074998175-pct00003
표 2와 표 3을 비교하면, 도 2에 제시된 신규한 공정이 훨씬 더 희박한(leaner) 환류 스트림을 발생하고, 그 결과 C2+ 성분의 더 높은 회수를 유도하는 것이 명백하다. 특히, 표2와 비교하여 표 3에서 실질적으로 C3+ 회수가 개선된다. C3+ 회수의 증가는 분별증류탑(50)의 상단으로 보내지는 환류 스트림(40)내의 C3+ 성분의 양이 도 1에 제시된 선행 기술 공정보다 더 적은 양이기 때문이다.
표 4는 도 1 및 도 2에 제시된 공정 도식 사이의 경제적 비교를 나타낸다. 제품 및 천연 가스의 현재 시가에 기초하여, 본원발명의 실시 태양과 일치하는 도 2의 공정 도식은 더 많은 양의 바람직한 성분을 회수한다. 연료 가스 수축 및 추가적인 연료 소비를 계산한 후, 본 6개월 이하의 신규한 공정에 대한 비용이 평가된다.
Figure 112006074998175-pct00004
본원발명의 공정 실시 태양은 또한 제2 가스 스트림(58) 및 적어도 일부분의 실질적으로 냉각된 제1 액상 스트림(36)을 피드 가스 압력과 낮은 압력 사이의 중간 압력으로 팽창시키는 단계를 포함한다. 흡수탑(32)은 상기 중간 압력에서 가동될 수 있다.
본원 발명의 공정 실시 태양은 또한 제2 가스 스트림(58)을 냉각시키고 피드 가스 압력과 낮은 압력 사이의 중간 압력으로 팽창시키는 단계를 포함한다. 적어도 일부분의 실질적으로 냉각된 제1 액상 스트림(36)은 상기 중간 압력에서 실질적으로 냉각되고 팽창될 수 있다. 흡수탑(32)은 상기 중간 압력에서 가동될 수 있다.
본원발명의 또 다른 실시 태양으로서, 도 3에 제시된 바와 같이, 메탄 및 이보다 더 경질인 성분, C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소 성분을 함유하는 인렛 피드 가스 스트림(112)을 메탄 및 이보다 더 경질인 성분을 함유하는 더 휘발성인 부분과 대부분의 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소(110)를 함유하는 덜 휘발성인 부분으로 분리하는 공정이 유리하게 제공된다. 본 실시 태양은 98% 내지 99%의 더 높은 에탄 회수가 요구될 때 사용될 수 있다.
본 실시 태양에 있어서, 상기 에탄 회수 공정(110)으로 보내지기 이전에 여과되고 건조된, 피드 가스 스트림(112)이 공급된다. 피드 가스 스트림(112)은 물, 일산화탄소, 및 황화수소와 같은 일부 분순물을 포함할 수 있으며, 이들은 에탄 회수 공정(110)으로 보내지기 전에 제거될 필요가 있다. 피드 가스 스트림(112)은 바람직하게는 약 130℉의 온도와 약 1035 psia의 압력을 갖는다. 일단 공정(110)으로 공급되면, 피드 가스 스트림(112)은 피드 가스 스트림(112)의 약 60%를 함유하는 제1 피드 스트림(113), 및 피드 가스 스트림(112)의 나머지 부분을 함유하는 제2 피드 스트림(118)으로 분리될 수 있다. 제1 피드 스트림(113)은 바람직하게는 적어도 타워 상부 스트림(152), 잔류 재생 스트림(188), 및 이들의 조합과 접촉하는 열 교환에 의해 인렛 교환기(114) 내에서 약 -25℉의 온도로 냉각되고 부분적으로 응축되어 냉각된 제1 피드 스트림(116)을 생성한다. 제2 피드 스트림(118)은 바람직하게는 적어도 제1 타워 사이드-드로우 스트림(158), 제2 타워 사이드-드로우 스트림(162), 제3 타워 사이드-드로우 스트림(166), 및 이들의 조합과 접촉하는 열 교환에 의해 리보일러(156) 내에서 약 -37℉의 온도로 냉각되어 냉각된 제2 피드 스트림(120)을 생성한다. 제2 냉각된 피드 스트림(120)은 냉각된 제1 피드 스트림(116)과 조합하여 약 -30℉의 온도를 갖는 조합된 피드 스트림(117)을 형성한다.
조합된 피드 스트림 117은 분리기(122) 내에서 제1 증기 스트림(124) 및 제1 액상 스트림(136)으로 분리된다. 제1 증기 스트림(124)은 제1 증기 스트림(124)의 약 76%를 함유하는 제1 가스 스트림(126), 및 제1 증기 스트림(124)의 나머지를 함유하는 제2 가스 스트림(128)으로 분리된다. 제1 가스 스트림(126)은 팽창기(170)로 보내져서 약 326 psia의 낮은 압력으로 팽창되어 하부 타워 피드 스트림(130)을 생성한다. 제1 가스 스트림(126)의 압력 감소와 워크 익스트렉션 때문에, 제1 가스 스트림(126)의 온도는 또한 약 -112℉로 감소한다. 온도 감소는 액체 형성을 유발하고, 이는 타워 피드 스트림(130)이 2-상이 되도록 한다. 타워 피드 스트림(130)은 바람직하게는 하부 타워 피드 스트림으로서 분별증류탑(150)으로 보내진다.
제1 타워 피드 스트림(140) 및 제2 타워 피드 스트림(144)과 함께, 하부 타워 피드 스트림(130)은 분별증류탑(150)으로 보내지고, 여기서 상기 스트림은 타워 바닥 스트림(154) 및 타워 상부 스트림(152)으로 분리된다. 타워 상부 스트림(152)은 가열되고 압축되어 잔류 가스 스트림(186)을 생성한다.
본원발명의 개선된 단계으로서, 제2 가스 스트림(128) 하부 흡수 피드 스트림으로서 흡수탑(132)으로 보내진다. 본원발명의 또 다른 실시 태양에 있어서, 흡수탑(132)은 바람직하게는 하나 이상의 물질 전달층을 함유한다. 제1 액상 스트림(136)은 그 후 냉각되고 상단 흡수 피드 스트림(148)으로서 흡수탑(132)로 공급된다. 흡수탑(132) 상단으로 올라가는 고온 증기는 흡수탑(132) 아래로 흘러 내려가는 저온의 중질인 액체와 충분히 접촉한다. 저온의 중질인 액체는 상기 고온 증기로부터 중질인 성분을 흡수한다. 흡수탑(132)는 바람직하게는 흡수 상부 스트림(134) 및 흡수 바닥 스트림(142)을 생성한다.
흡수 상부 스트림(134)은 바람직하게는 약 -62℉의 온도를 갖고 선행 기술 공정인 도 1의 환류 스트림(29)보다 훨씬 더 희박하지만, 도 2의 환류 스트림(40) 만큼 희박하지는 않다. 흡수 상부 스트림(134)은 그 후 약 -155℉로 냉각되고, 그 결과 흡수 바닥 스트림(142), 타워 상부 스트림(152), 제1 액상 스트림(136), 잔류 재생 스트림(188) 및 이들의 조합 중 적어도 하나와 접촉하는 열 교환에 의해 환류 교환기(138) 내에서 실질적으로 응축된다. 상기 스트림들 사이와 접촉하는 열 교환은 제1 타워 피드 스트림(140)을 생성한다. 유사하게, 적어도 일부분의 흡수 바닥 스트림(142)은 흡수 상부 스트림(134), 타워 상부 스트림(152), 제1 액상 스트림(136), 잔류 재생 스트림(188), 및 이들의 조합 중 적어도 하나와 접촉하는 열 교환에 의해 환류 교환기(138) 내에서 응축된다. 제2 타워 피드 스트림(144)을 생성하기 위해 흡수 바닥 스트림(142)의 냉각은 제2 타워 피드 스트림(144)을 약 -155℉ 온도로 만든다.
전형적으로 약 316 psia의 압력과 약 -161℉의 온도를 갖는 타워 상부 스트림(152)은 환류 교환기(138) 내에서 약 -50℉로 가열되고, 그 후 인렛 교환기(14) 내에서 약 121℉로 가열되고 가열된 상부 타워 스트림(176)을 생성한다. 가열된 상부 타워 스트림(176)은 부스터 압축기(174)로 보내지고, 여기서 팽창기(170)에 의해 발생하는 일을 사용하여 약 387 psia로 압력이 증가하여 압축된 상부 가스 스트림(178)을 생성한다. 압축된 상부 가스 스트림(178)은 그 후 공기 냉각기(179) 내에서 약 130℉로 냉각되고 추가적인 압축을 위해 재압축기(180)로 보내져서 약 1070 psia로 압축되어 고온 잔류 가스 스트림(182)을 생성한다. 고온 잔류 가스 스트림(182)은 그 후 공기 냉각기(184) 내에서 약 130℉로 냉각되고 그 후 추가적인 공정을 위해 잔류 가스 스트림(186)으로서 보내진다.
일부분의 잔류 가스 스트림(186)이 제거되어 잔류 재생 스트림(188)을 생성한다. 잔류 재생 스트림(188)은 약 -25℉로 냉각되고 그 결과 잔류 재생 스트림(188)이 상단 공급 위치에서 분별증류탑(150)으로 되돌아 가기 이전에 실질적으로 응축된다. 잔류 재생 스트림(188)이 본질적으로 C2+ 성분을 함유하지 않기 때문에, 잔류 재생 스트림(188)은 분별증류탑(150)의 상단 환류의 좋은 소스이다. 상기 제1 및 제2 타워 피드 스트림(140, 144)의 양과 온도가 유지되어, 그 결과 타워 상부 스트림(152)의 타워 상부 온도가 유지되고 대부분의 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소가 타워 바닥 스트림(154)으로 회수된다.
본원에서 개시된 선행 기술 공정을 사용하는 시뮬레이션이 수행되었다. 몇 개의 공정 스트림의 몰 조성이 비교를 위하여 표 5에 제시되어 있다. 제시된 바와 같이, 본 실시 태양은 C2+ 성분의 높은 회수를 결과한다.
Figure 112006074998175-pct00005
본원발명의 또 다른 실시 태양으로서, 도 4에 제시된 바와 같이, 메탄 및 이보다 더 경질인 성분, C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소 성분을 함유하는 피드 가스 스트림을 메탄 및 이보다 더 경질인 성분을 함유하는 더 휘발성인 부분, 및 대부분의서 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소(210)를 함유하는 덜 휘발성인 부분으로 분리하는 방법이 유리하게 제공된다. 본 공정(210)의 본 실시 태양에 있어서, 피드 가스 스트림(212)은 제1 피드 가스 스트림(213), 제2 피드 가스 스트림(218), 및 제3 피드 가스 스트림(228)으로 분리된다.
제1 피드 가스 스트림(213)은 냉각되고 부분적으로 응축되어 냉각된 피드 스트림(216)을 생성하고, 이것은 그 후 제1 증기 스트림(226) 및 제1 액상 스트림(236)으로 분리된다. 제1 증기 스트림(226)은 낮은 압력으로 팽창되어 하부 타워 피드 스트림(230)을 생성한다.
제1 피드 스트림(213)은 적어도 타워 상부 스트림(252)과 접촉하는 열 교환에 의해 인렛 교환기(214) 내에서 약 -25℉의 온도로 유리하게 냉각되고 부분적으로 응축되어 제1 피드 스트림(216)을 생성한다. 제2 피드 스트림(218)은 바람직하게는 제1 타워 사이드-드로우 스트림(258), 제2 타워 사이드-드로우 스트림(262), 제3 타워 사이드-드로우 스트림(266), 및 이들의 조합 중 적어도 하나와 접촉하는 열 교환에 의해 리보일러(256) 내에서 약 -37℉의 온도로 냉각되어 냉각된 제2 피드 스트림(220)을 생성한다. 제2 냉각된 피드 스트림(220)은 냉각된 제1 피드 스트림(216)과 조합하여 약 -30℉의 온도를 갖는 조합된 피드 스트림(217)을 형성한다.
조합된 피드 스트림(217)은 분리기(222) 내에서 제1 가스 스트림(226) 및 제1 액상 스트림(236)으로 분리된다. 제1 가스 스트림(226)은 팽창기(270)로 보내져서 약 326 psia의 낮은 압력으로 팽창되어 하부 타워 피드 스트림(230)을 생성한다. 제1 가스 스트림(226)의 압력 감소와 워크 익스트렉션 때문에, 제1 가스 스트림(226)의 온도는 또한 약 -112℉로 감소한다. 온도 감소는 액체 형성을 유발하며, 이것은 타워 피드 스트림(230)이 2-상이 되도록 한다. 타워 피드 스트림(230)은 바람직하게는 하부 타워 피드 스트림으로서 분별증류탑(250)으로 보내진다.
제1 타워 피드 스트림(240) 및 제2 타워 피드 스트림(244)와 함께, 하부 타워 피드 스트림(230)은 분별증류탑(250)으로 공급되고, 여기서 상기 스트림들은 그 후 타워 바닥 스트림(254) 및 타워 상부 스트림(252)으로 분리된다. 타워 상부 스트림(252)은 그 후 가열되고 실질적으로 압축되어 잔류 가스 스트림(286)을 생성한다.
본원발명의 개선된 단계으로서, 제3 피드 가스 스트림(228)은 하부 흡수 피드 스트림으로서 하나 이상의 물질 전달층을 함유하는 흡수탑(232)으로 보내진다. 제1 액상 스트림(236)은 냉각되고 그 후 또한 상단 흡수 피드 스트림(248)으로서 흡수탑(232)로 공급된다. 흡수탑(232)은 유리하게 흡수 상부 스트림(234) 및 흡수 바닥 스트림(242)을 생성한다.
흡수 상부 스트림(234)은 냉각되고 그 결과 적어도 일부분의 흡수 상부 스트림(234)이 실질적으로 응축되어 제1 타워 피드 스트림(240)을 생성한다. 흡수 바닥 스트림(242)은 또한 냉각되어 그 결과 적어도 일부분의 흡수 바닥 스트림(242)이 실질적으로 응축되어 제2 타워 피드 스트림(244)을 생성할 수 있다. 제1 및 제2 타워 피드 스트림(240, 244)의 양과 온도가 유지되어 그 결과 타워 상부 스트림(252)의 타워 상부 온도가 유지되고 대부분의 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소가 타워 바닥 스트림(254)으로 회수된다.
도 4에 제시된 본원발명의 실시 태양은 도 2에 제시된 실시태양만큼 효과적이지 못하다. 더 적은 액체가 흡수탑(232) 내에서의 흡수에 사용가능하며, 이것은 도 2의 환류 스트림(40)만큼 C2+에 있어서 희박하지 않은 환류 스트림(240)을 생성한다. 도 4의 도식의 최대 회수는 도 2의 도식보다 낮다. 더 적은 공급량이 인렛 교환기(214) 내에서 냉각되므로 더 작은 인렛 가스 교환기(214)가 사용될 수 있기 때문에, 본 도식은 도 2의 도식과 비교하여 더 적은 비용을 갖는다.
본원에서 개시된 공정의 실시태양에 부가하여, 본원발명은 또한 상기 공정의 실시태양을 수행하기 위해 요구되는 장치를 유리하게 제공한다. 더욱 특히, 본원발명은 분별증류탑(50), 흡수탑(32), 인렛 분리기(22), 팽창기(70), 복수의 압축기(74, 80), 복수의 교환기(14, 56, 38, 84), 및 본원에서 개시되고 도 2-4에 제시된 그 밖의 나머지 장치를 포함한다.
본원발명의 실시태양으로서, 메탄 및 이보다 더 경질인 성분, C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소를 함유하는 인렛 가스 스트림을 실질적으로 모든 메탄 및 이보다 더 경질인 성분을 함유하는 더 휘발성인 가스 부분과 대부분의 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소를 함유하는 덜 휘발성인 탄화수소 부분으로 분리하는 장치가 유리하게 제공된다. 본 실시태양에 있어서, 상기 장치는 제1 냉각기(14), 제1 분리기(22), 제1 팽창기, 분별증류탑(50), 제1 가열기(38), 흡수탑(32), 제2 냉각기(38), 제3 냉각기(38), 및 제4 냉각기(38)를 포함한다.
제1 냉각기(14), 또는 인렛 교환기는 바람직하게는 피드 가스 압력을 갖는 피드 가스 스트림을 냉각시키고 부분적으로 응축시켜 냉각된 피드 스트림(12)을 제공하기 위하여 사용된다. 제1 분리기(22), 또는 인렛 분리기는 바람직하게는 냉각된 피드 스트림(12)을 제1 증기 스트림(24) 및 제1 액상 스트림(36')으로 분리시키기 위하여 사용된다. 전술한 바와 같이, 제1 증기 스트림(24)은 제1 가스 스트림(26) 및 제2 가스 스트림(28')으로 분리될 수 있다. 제1 팽창기(70)는 제1 가스 스트림(26)을 낮은 압력으로 팽창시켜 그 결과 제1 가스 스트림(26)이 하부 타워 피드 스트림(30)을 형성하도록 사용될 수 있다. 분별증류탑(50)은 바람직하게는 하부 타워 피드 스트림(30), 제1 타워 피드 스트림(40), 및 제2 타워 피드 스트림(44)을 공급받고, 하부 타워 피드 스트림(30), 제1 타워 피드 스트림(40), 및 제2 타워 피드 스트림(44)을 타워 바닥 스트림(54) 및 타워 상부 스트림(52)으로 분리시키기 위해 사용된다. 제1 가열기(38)는 타워 상부 스트림(52)을 가열하여 잔류 가스 스트림(86)을 생성하기 위해 사용된다. 흡수탑(32)은 바람직하게는 하부 흡수 피드 스트림(28')으로서 제2 가스 스트림(28')을 공급받기 위해 적어도 하나 이상의 물질 전달층을 함유한다. 제2 냉각기(38)는 제1 액상 스트림(36')을 냉각시키고 흡수탑(32)에 상단 흡수 피드 스트림(48)으로서 실질적으로 응축된 제1 액상 스트림을 공급하기 위해 사용된다. 흡수탑(32)는 바람직하게는 흡수 상부 스트림(34) 및 흡수 바닥 스트림(42)을 생성한다. 제3 냉각기(38)는 바람직하게는 흡수 상부 스트림(34)을 냉각시키고 그 결과 실질적으로 응축시켜 제1 타워 피드 스트림(40)을 생성하기 위해 사용된다. 제4 냉각기(38)는 바람직하게는 흡수 바닥 스트림(42)을 냉각시켜 제2 타워 피드 스트림(44)을 생성하기 위해 사용된다. 제1 가열기, 제2 냉각기, 제3 냉각기 및 제4 냉각기는 상기 가열기 및 냉각기 각각의 역할을 수행하는 단일 열 교환기 또는 연속 열 교환기일 수 있다. 예를 들면, 도 1의 환류 교환기(38)는 각각의 상기 기능을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 환류 교환기(38) 및 본원에 개시된 모든 교환기는 단일 멀티-패스 교환기, 개개 열 교환기의 복수, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 장치는 또는 흡수탑으로의 유입 이전에 제2 가스 스트림(28')을 냉각시키기 위해 제5 냉각기(도면에 제시되지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 장치는 또한 제2 가스 스트림 및 적어도 일부분의 실질적으로 냉각된 제1 액상 스트림을 팽창시키기 위해 제2 팽창기(도면에 제시되지 않음)를 포함할 수 있다.
본원발명의 모든 실시 태양에서 개시된 바와 같이, 등엔트로피 팽창에 의한 팽창 단계는 터보-팽창기, Joules-Thompson 팽창 밸브, 액체 팽창기, 가스 또는 증기 팽창기 등에 의해 실행될 수 있다. 또한 팽창기는 대응되는 단계의 압축 유닛과 연결되어 실질적으로 등엔트로피 가스 팽창에 의한 압축 일을 생성할 수 있다. 상기 장치는 잔류 가스 스트림(86)을 생성하기 이전에 타워 상부 스트림(76)을 압축하기 위하여 제1 압축기(74)를 또한 포함할 수 있다.
본원발명의 장점으로서, 본원발명은 C2+ 회수를 최대화하며, 반면에 본원에 개시된 방법을 수행하기 위한 설비를 제조하고 실행하는데 관계하는 자본 및 실행 비용을 최소화한다. 본원발명은 전형적인 터보팽창기 공정에 요구되는 물리적 변화를 최소화 하면서 C2+의 증가된 회수를 가능하게 한다. 예를 들면, 본원발명은 상기 설비로 생기는 중요한 물리적 변화없이, 도 1에 제시된 것과 같은 설비를 제공할 수 있다. 그렇지만, 설비는 본원발명의 개선된 단계를 수행함으로써 실행 비용에 있어서 본질적인 절약을 실현할 수 있다.
본원발명의 일부 형태만 제시되거나 개시되어 있으나, 이는 본원발명의 범위를 제한하는 것이 아니며 본원발명의 범위 내에서 다양한 변화가 있을 수 있음은 당업자에게 명확하다.
예를 들면, 등엔트로피 팽창에 의한 팽창 단계는 터보-팽창기, Joules-Thompson 팽창 밸브, 액체 팽창기, 가스 또는 증기 팽창기 등에 의해 실행될 수 있다. 또 다른 예를 들면, 흡수기 사이의 물질 전달층 또는 영역은 본원에 개시된 물질 전달 기능을 수행할 수 있는 모든 유형의 장비일 수 있다. 일부 스트림을 상이하게 하거나 또는 실행 파라미터를 최적의 공급 또는 이동 조건이 되도록 조절하는 것과 같은, 그 밖의 다른 변형이 본원발명의 범위 내에서 고려될 수 있다.

Claims (28)

  1. 다음 단계를 포함하는, 메탄 및 이보다 더 경질인 성분, C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소를 함유하는 인렛 가스 스트림을 모든 메탄 및 이보다 더 경질인 성분을 함유하는 더 휘발성인 가스 부분과 대부분의 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소를 함유하는 덜 휘발성인 탄화수소 부분으로 분리하는 방법:
    피드 가스 압력을 갖는 피드 가스 스트림을 냉각시키고 부분적으로 응축시켜 냉각된 피드 스트림을 제공하는 단계;
    상기 냉각된 피드 스트림을 제1 증기 스트림 및 제1 액상 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 제1 증기 스트림을 제1 가스 스트림과 제2 가스 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 제1 가스 스트림을 저 압력으로 팽창시켜 상기 제1 가스 스트림이 하부 타워 피드 스트림을 형성하도록 하는 단계;
    분별증류탑에 상기 하부 타워 피드 스트림, 제1 타워 피드 스트림 및 제2 타워 피드 스트림을 제공하고, 상기 분별증류탑은 상기 하부 타워 피드 스트림, 상기 제1 타워 피드 스트림 및 상기 제2 타워 피드 스트림을 타워 바닥 스트림 및 타워 상부 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 타워 상부 스트림을 가열하여 잔류 가스 스트림을 생성하는 단계;
    하나 이상의 물질 전달층을 함유하는 흡수탑에 하부 흡수 피드 스트림으로서 상기 제2 가스 스트림을 공급하는 단계;
    상기 제1 액상 스트림을 냉각시켜 응축된 제1 액상 스트림을 생성하고 상기 흡수탑에 상단 흡수 피드 스트림으로서 상기 응축된 제1 액상 스트림을 제공하며, 상기 흡수탑은 흡수 상부 스트림 및 흡수 바닥 스트림을 생성하는 단계;
    상기 흡수 상부 스트림을 냉각시키고 그 후 응축시켜 상기 제1 타워 피드 스트림을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 타워 피드 스트림의 양 및 온도를 유지시켜, 그 결과 상기 타워 상부 스트림의 타워 상부 온도가 유지되고 대부분의 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소가 상기 타워 바닥 스트림에 회수되는 단계.
  2. 제 1항에 있어서, 흡수 바닥 스트림을 냉각시켜 제2 타워 피드 스트림을 생성하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 흡수탑에 상기 제2 가스 스트림을 공급하기 이전에 상기 제2 가스 스트림을 냉각시키는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 96몰% 초과의 에탄 회수와 99.5몰% 초과의 프로판 회수를 제공하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제2 가스 스트림 및 적어도 일부분의 상기 냉각된 제1 액상 스트림을 상기 피드 가스 압력과 낮은 압력의 중간 압력으로 팽창시키는 단계; 및
    상기 중간 압력에서 상기 흡수탑을 가동시키는 단계
    를 더욱 포함하는 방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 하부 타워 피드 스트림을 낮은 압력으로 팽창시켜 팽창된 하부 타워 피드 스트림을 생성하고 상기 팽창된 하부 타워 피드 스트림을 상기 제1 타워 피드 스트림 아래의 공급 위치에서 상기 증류탑으로 유도하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 타워 상부 스트림을 가열하는 단계에 있어서, 상기 제1 액상 스트림을 냉각시키는 단계, 상기 흡수 상부 스트림을 냉각시키고 그 후 응축시키는 단계가 타워 상부 스트림, 제1 액상 스트림, 흡수 상부 스트림, 흡수 바닥 스트림 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 공정 스트림과 접촉하는 열 교환에 의해 수행되는 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 잔류 가스 스트림을 잔류 재생 스트림 및 휘발성 잔류 가스 스트림으로 분리하는 단계; 및
    상기 잔류 재생 스트림을 상기 분별증류탑에 재공급하기 이전에 상기 잔류 재생 스트림을 냉각시키고 그 후 응축시키는 단계
    를 더욱 포함하는 방법.
  9. 제 2항에 있어서, 적어도 일부분의 흡수 바닥 스트림이 응축되어 제2 타워 피드 스트림을 생성하는 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 제2 가스 스트림을 냉각시키고 상기 피드 가스 압력 및 낮은 압력의 중간 압력으로 팽창시키는 단계;
    상기 냉각된 제1 액상 스트림을 냉각시키고 상기 중간 압력으로 팽창시키는 단계; 및
    상기 흡수탑을 상기 중간 압력에서 가동시키는 단계
    를 더욱 포함하는 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 다음 단계를 포함하는, 메탄 및 이보다 더 경질인 성분, C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소 성분을 함유하는 피드 가스 스트림을 메탄 및 이보다 더 경질인 성분을 함유하는 더 휘발성인 부분과 대부분의 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소를 함유하는 덜 휘발성인 부분으로 분리하는 방법:
    피드 가스 스트림을 제1 피드 가스 스트림과 제2 피드 가스 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 제1 피드 가스 스트림을 냉각시키고 부분적으로 응축시켜 냉각된 피드 스트림을 생성하는 단계;
    상기 냉각된 피드 스트림을 제1 증기 스트림 및 제1 액상 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 제1 증기 스트림을 낮은 압력으로 팽창시켜 하부 타워 피드 스트림을 생성하는 단계;
    분별증류탑에 상기 하부 타워 피드 스트림, 제1 타워 피드 스트림, 및 제2 타워 피드 스트림을 공급하고, 상기 분별증류탑은 상기 하부 타워 피드 스트림, 상기 제1 타워 피드 스트림, 및 상기 제2 타워 피드 스트림을 타워 바닥 스트림 및 타워 상부 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 타워 상부 스트림을 가열하여 잔류 가스 스트림을 생성하는 단계;
    하나 이상의 물질 전달층을 함유하는 흡수탑에 하부 흡수 피드 스트림으로서 상기 제2 피드 가스 스트림을 공급하는 단계;
    상기 제1 액상 스트림을 냉각시켜 냉각된 제1 스트림을 형성하고 상기 흡수탑에 상단 흡수 피드 스트림으로서 상기 냉각된 제1 액상 스트림을 공급하고, 상기 흡수탑은 흡수 상부 스트림 및 흡수 바닥 스트림을 생성하는 단계;
    상기 흡수 상부 스트림을 냉각시키고 그 결과 적어도 일부분의 상기 흡수 상부 스트림이 응축되어 상기 제1 타워 피드 스트림을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 타워 피드 스트림의 양 및 온도를 유지시켜, 그 결과 상기 타워 상부 스트림의 타워 상부 온도가 유지되고 대부분의 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소가 상기 타워 바닥 스트림에 회수되는 단계.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 흡수 바닥 스트림을 냉각시켜 그 결과 적어도 일부분의 흡수 바닥 스트림이 응축되어 제2 타워 피드 스트림을 생성하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서, 상기 흡수탑으로 유도하기 전에 상기 제2 피드 가스 스트림을 냉각시키는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  19. 제 16항 또는 제 17항에 있어서, 96몰% 초과의 에탄 회수와 99.5몰% 초과의 프로판 회수를 제공하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  20. 제 16항 또는 제 17항에 있어서,
    상기 제2 피드 가스 스트림을 냉각시키고 상기 피드 가스 압력과 낮은 압력의 중간 압력으로 팽창시키는 단계; 및
    적어도 일부분의 상기 냉각된 제1 액상 스트림을 냉각시키고 상기 중간 압력으로 팽창시키는 단계; 및
    상기 흡수탑을 상기 중간 압력에서 가동시키는 단계
    를 더욱 포함하는 방법.
  21. 제 16항 또는 제 17항에 있어서, 상기 하부 타워 피드 스트림을 낮은 압력으로 팽창시키고 상기 팽창된 하부 타워 피드 스트림을 상기 제1 타워 피드 스트림 아래의 공급 위치에서 상기 증류탑으로 유도하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  22. 제 16항 또는 제 17항에 있어서, 상기 타워 상부 스트림을 가열하는 단계에 있어서, 상기 제1 액상 스트림을 냉각시키는 단계, 적어도 일부분의 상기 흡수 상부 스트림을 냉각시키고 그 후 응축시키는 단계, 및 상기 흡수 바닥 스트림을 냉각시키는 단계가 타워 상부 스트림, 제1 액상 스트림, 흡수 상부 스트림, 흡수 바닥 스트림 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 공정 스트림과 접촉하는 열 교환에 의해 수행되는 방법.
  23. 다음을 포함하는, 메탄 및 이보다 더 경질인 성분, C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소를 함유하는 인렛 가스 스트림을 모든 메탄 및 이보다 더 경질인 성분을 함유하는 더 휘발성인 가스 부분과 대부분의 C2 성분, C3 성분 및 이보다 더 중질인 탄화수소를 함유하는 덜 휘발성인 탄화수소 부분으로 분리하는 장치:
    피드 가스 압력을 갖는 피드 가스 스트림을 냉각시키고 부분적으로 응축시켜 냉각된 피드 스트림을 제공하는 제1 냉각기;
    상기 냉각된 피드 스트림을 제1 증기 스트림 및 제1 액상 스트림으로 분리하는 제1 분리기;
    상기 제1 증기 스트림을 낮은 압력으로 팽창시켜 그 결과 상기 제1 증기 스트림이 하부 타워 피드 스트림을 형성하도록 하는 제1 팽창기;
    상기 하부 타워 피드 스트림, 제1 타워 피드 스트림, 및 제2 타워 피드 스트림을 공급받고 상기 하부 타워 피드 스트림, 상기 제1 타워 피드 스트림, 및 상기 제2 타워 피드 스트림을 타워 바닥 스트림 및 타워 상부 스트림으로 분리하는 분별증류탑;
    상기 타워 상부 스트림을 가열하여 잔류 가스 스트림을 생성하는 제1 가열기;
    하부 흡수 피드 스트림으로서 제2 가스 스트림을 공급받는 하나 이상의 물질 전달층을 함유하는 흡수탑;
    상기 제1 액상 스트림을 냉각시켜 응축된 제1 액상 스트림을 생성하고 상기 흡수탑에 상단 흡수 피드 스트림으로서 상기 응축된 제1 액상 스트림을 공급하고, 상기 흡수탑은 흡수 상부 스트림 및 흡수 바닥 스트림을 생성하는 제2 냉각기; 및
    상기 흡수 상부 스트림을 냉각시키고 그 후 응축시켜 상기 제1 타워 피드 스트림을 생성하는 제3 냉각기.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 흡수 바닥 스트림을 냉각시켜 상기 제2 타워 피드 스트림을 생성하는 제4 냉각기를 더욱 포함하는 장치.
  25. 제 23항 또는 제 24항에 있어서, 상기 흡수탑으로 유도하기 전에 상기 제2 가스 스트림을 냉각시키는 제5 냉각기를 더욱 포함하는 장치.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 흡수탑으로의 유입 이전에 상기 제2 가스 스트림과 상기 냉각된 제1 액상 스트림을 팽창시키기 위해 제2 팽창기를 더욱 포함하는 장치.
  27. 제 23항 또는 제 24항에 있어서, 상기 잔류 가스 스트림을 생성하기 이전에 상기 타워 상부 스트림을 압축시키는 제1 압축기를 더욱 포함하는 장치.
  28. 제 23항 또는 제 24항에 있어서, 상기 제1 가열기, 상기 제2 냉각기, 및 상기 제3 냉각기가 각각의 교환기에 의해 별개로 각각의 역할을 수행할 수 있는 단일 열 교환기를 포함하는 장치.
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