KR101720645B1 - 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 및 질소 제거 방법 - Google Patents

등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 및 질소 제거 방법 Download PDF

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Abstract

천연 가스액의 회수를 위한 방법을 개시하며, 이 방법은 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고; 상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소-풍부 분획과 질소-고갈 분획을 포함한 2개 이상의 분획으로 분리하고; 상기 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고; 상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 분별단계로 공급하고; 상기 프로판-고갈 분획의 적어도 일부를 상기 제 1 분리기로 재순환시키는 것을 포함한다. 일부 실시형태에서, 상기 질소-풍부 분획을 질소 제거 유닛에서 분리시켜 질소-고갈 천연가스 스트림과 질소-풍부 천연가스 스트림을 생성시킬 수 있다.

Description

등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 및 질소 제거 방법{NITROGEN REMOVAL WITH ISO-PRESSURE OPEN REFRIGERATION NATURAL GAS LIQUIDS RECOVERY}
본 발명에 개시된 실시형태들은 일반적으로 탄화수소를 함유하는 가스 공급 스트림으로부터 천연 가스액을 회수하는 방법, 및 특히 가스 공급 스트림으로부터 메탄 및 에탄을 회수하는 방법에 관한 것이다.
천연가스는 메탄, 에탄 및 프로판을 포함한 다양한 탄화수소를 함유한다. 천연가스는 대개 다량의 메탄 및 에탄을 갖는다, 즉 메탄 및 에탄은 함께 전형적으로 상기 가스의 50 몰% 이상을 차지한다. 상기 가스는 또한 비교적 적은 양의 중질 탄화수소, 예를 들어 프로판, 부탄, 펜탄 등과 함께, 수소, 질소, 이산화 탄소 및 다른 가스들을 함유한다. 천연가스 이외에, 탄화수소를 함유하는 다른 가스 스트림은 경질 및 중질 탄화수소의 혼합물을 함유할 수 있다. 예를 들어, 정제 공정에서 형성되는 가스 스트림은 분리하고자 하는 탄화수소의 혼합물을 함유할 수 있다. 이들 탄화수소의 분리 및 회수는 직접 사용되거나 다른 공정의 공급원료로서 사용될 수 있는 귀중한 생성물들을 제공할 수 있다. 이들 탄화수소는 전형적으로는 천연 가스액(natural gas liquids, NGL)으로서 회수된다.
가스 공급 스트림으로부터 천연 가스액의 회수는 다양한 공정, 예를 들어 가스의 냉장 및 냉각, 오일 흡수, 냉각된 오일 흡수를 사용하여, 또는 다수의 증류탑의 사용을 통해 수행되어 왔다. 최근에, 주울-톰슨(Joule-Thompson) 밸브 또는 터보 팽창기를 사용하는 저온 팽창 공정은 천연가스로부터 NGL의 회수에 바람직한 공정이 되고 있다.
전형적인 저온 팽창 회수 공정에서, 가압 하에 공급 가스 스트림은 상기 공정의 다른 스트림과의 열교환 및/또는 외부 냉각원, 예를 들어 프로판 압축-냉각 시스템에 의해 냉각된다. 상기 가스가 냉각됨에 따라, 액체가 응축되고 목적하는 성분을 함유하는 고압 액체로서 하나 이상의 분리기에서 수거될 수 있다.
상기 고압 액체를 보다 낮은 압력으로 팽창시켜서 분별할 수 있다. 액체와 증기의 혼합물을 함유하는 상기 팽창 스트림을 증류 칼럼에서 분별한다. 상기 증류 칼럼에서 휘발성 가스 및 경질 탄화수소가 오버헤드 증기로서 회수되고 중질 탄화수소 성분은 기부(bottoms)에서 액체 생성물로서 배출된다.
상기 공급 가스는 전형적으로 완전히 응축되지 않으며, 부분 응축에서 남은 증기가 주울-톰슨 밸브 또는 터보 팽창기를 통과하면서 보다 낮은 압력으로 되고, 여기에서 상기 스트림의 추가 냉각의 결과로서 추가로 액체가 응축된다. 상기 팽창 스트림은 상기 증류 칼럼에 공급 스트림으로서 공급된다. 환류 스트림이 상기 증류 칼럼에, 전형적으로는 냉각 후, 그러나 팽창 전에 부분 응축된 공급 가스의 일부로서 제공된다. 다양한 공정에서 상기 환류의 다른 공급원, 예를 들어 가압 하에 공급된 잔류 가스의 재생 스트림을 사용해 왔다.
천연가스의 질소 함량이 종종 허용 가능한 파이프라인 세일즈(pipeline sales) 수준 이상이므로, 상술한 저온 분리로부터 생성되는 천연가스의 추가적인 처리가 종종 요구된다. 전형적으로, 규제 및 파이프라인 설계 사양(specification)으로 인해 상기 가스 중에 단지 4%의 질소 또는 질소+다른 불활성 가스만이 허용된다. 질소는 종종 공기를 질소와 산소로 분리하는 것과 유사한 저온 분리에 의해 제거된다. 일부 질소 제거 공정은 압력변환 흡착, 흡수, 멤브레인 및/또는 다른 기술을 사용하며, 이때 상기와 같은 공정들은 전형적으로 저온 천연 가스액 회수공정과 연속으로 배치된다.
상술한 질소 제거와 천연가스 회수 공정의 다양한 개선들이 시도되었지만, 당해 분야에서는 천연가스 공급 스트림으로부터 NGL의 향상된 회수를 위한 개선된 공정이 여전히 필요하다.
본 발명의 목적은 탄화수소를 함유하는 가스 공급 스트림으로부터 천연 가스액을 회수하는 방법, 및 특히 가스 공급 스트림으로부터 메탄 및 에탄을 회수하는 방법을 제공하는데 있다.
하나의 태양에서, 본 발명에 개시된 실시형태들은 천연 가스액의 회수 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별(fractioning)하고; 상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소가 풍부한 오버헤드 분획(overheads fraction), 질소가 고갈된 기부 분획(bottom fraction), 및 중간 질소 함량(intermediate nitrogen content)의 측면 인출 분획(side draw fraction)을 포함한 3개 이상의 분획으로 분리하고; 상기 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고; 상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 분별단계로 공급하고; 상기 프로판-고갈 분획의 일부를 상기 제 1 분리기로 재순환시키고; 상기 프로판-고갈 분획의 일부를 천연 가스액 생성물 스트림으로서 회수하는 것을 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명에 개시된 실시형태들은 다른 성분 중에서, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 가스 스트림으로부터 천연 가스액을 회수하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고; 상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소-풍부 분획과 질소-고갈 분획을 포함한 2개 이상의 분획으로 분리하고; 상기 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고; 상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 분별단계로 공급하고; 상기 프로판-고갈 분획의 적어도 일부를 상기 제 1 분리기로 재순환시키고; 질소 제거 유닛에서 질소-풍부 분획을 분리시켜 질소-고갈 천연가스 스트림 및 질소-풍부 천연가스 스트림을 생성하는 것을 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명에 개시된 실시형태들은 천연 가스액의 회수 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고; 상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소-풍부 분획 및 질소-고갈 분획을 포함한 2개 이상의 분획으로 분리하고; 상기 질소-고갈 분획을 압축 및 냉각하고; 상기 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고; 상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 분별단계로 공급하고; 상기 프로판-고갈 분획의 적어도 일부를 상기 제 1 분리기로 재순환시키고; 상기 가스 스트림, 경질 분획, 프로판-고갈 분획, 질소-풍부 분획, 질소-고갈 분획, 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획 및 냉매 중 둘 이상의 사이에서 열교환하고; 질소 제거 유닛에서 상기 질소-풍부 분획을 분리하는 것을 포함하고, 이 분리단계는, 제 1 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고; 제 2 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 2 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고; 상기 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림의 적어도 일부를 상기 제 1 멤브레인 분리 스테이지의 분리단계로 재순환시키는 단계를 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명에 개시된 실시형태들은 천연 가스액의 회수 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고; 상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소-풍부 분획 및 질소-고갈 분획을 포함한 2개 이상의 분획으로 분리하고; 상기 질소-고갈 분획을 압축 및 냉각하고; 상기 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고; 상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 분별단계로 공급하고; 상기 프로판-고갈 분획의 적어도 일부를 상기 제 1 분리기로 재순환시키고; 상기 가스 스트림, 경질 분획, 프로판-고갈 분획, 질소-풍부 분획, 질소-고갈 분획, 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획 및 냉매 중 둘 이상의 사이에서 열교환하고; 질소 제거 유닛에서 상기 질소-풍부 분획을 분리하는 것을 포함하고, 이 분리단계는: 제 1 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고; 제 2 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 2 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고; 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림을 고 btu 천연 가스 생성물 스트림으로서 회수하고; 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림을 중간 btu 천연 가스 생성물 스트림으로서 회수하고; 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림을 저 btu 천연 가스 생성물 스트림으로서 회수하는 것을 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명에 개시된 실시형태들은 천연 가스액의 회수 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고; 상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소-풍부 분획 및 질소-고갈 분획을 포함한 2개 이상의 분획으로 분리하고; 상기 질소-고갈 분획을 압축 및 냉각하고; 상기 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고; 상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 분별단계로 공급하고; 상기 프로판-고갈 분획의 일부를 상기 제 1 분리기로 공급하고; 상기 프로판-고갈 분획의 일부를 회수하고; 상기 가스 스트림, 경질 분획, 프로판-고갈 분획의 일부, 질소-풍부 분획, 질소-고갈 분획, 회수 분획, 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획 및 냉매 중 둘 이상의 사이에서 열교환하고; 질소 제거 유닛에서 상기 질소-풍부 분획을 분리하는 것을 포함하고, 이 분리단계는: 제 1 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고; 제 2 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 2 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고; 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림의 적어도 일부를 제 1 멤브레인 분리 스테이지의 분리단계로 재순환시키고; 상기 회수 분획과 상기 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림을 혼합하여 천연 가스 생성물 스트림을 생성하는 것을 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명에 개시된 실시형태들은 천연 가스액의 회수 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고; 상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소-풍부 분획, 중간 질소 함량 분획, 및 질소-고갈 분획을 포함한 3개 이상의 분획으로 분리하고; 상기 질소-고갈 분획을 압축 및 냉각하고; 상기 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고; 상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 분별단계로 공급하고; 상기 프로판-고갈 분획의 적어도 일부를 상기 제 1 분리기로 재순환시키고; 상기 가스 스트림, 경질 분획, 프로판-고갈 분획의 일부, 질소-풍부 분획, 질소-고갈 분획, 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획, 중간 질소 함량 분획 및 냉매 중 둘 이상의 사이에서 열교환하고; 질소 제거 유닛에서 상기 질소-풍부 분획을 분리하는 것을 포함하고, 이 분리단계는: 제 1 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고; 제 2 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 2 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고; 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림의 적어도 일부를 제 1 멤브레인 분리 스테이지의 분리단계로 재순환시키고; 중간 질소 함량 분획과 상기 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림을 혼합하여 천연 가스 생성물 스트림을 생성하는 것을 포함한다.
다른 태양들 및 이점들은 하기의 설명 및 첨부된 청구의 범위로부터 자명할 것이다.
본 발명에 의하면, 등압 개방 고리 냉각을 사용하여 질소로부터 천연가스를 효율적으로 분리할 수 있다.
도 1은 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 공정의 간략화된 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 공정의 간략화된 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 공정의 질소 회수 유닛의 간략화된 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 공정의 질소 회수 유닛의 간략화된 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 공정의 간략화된 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 공정의 간략화된 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 공정의 간략화된 흐름도이다.
본 발명에 개시된 공정들은 혼합된 공급물을 중질 및 경질 분획들로 분리하기 위해서 분리기, 예를 들어 증류 칼럼, 플래시 용기, 흡수 칼럼 등을 사용한다. 예를 들어, 증류 칼럼에서, 상기 혼합된 공급물은 오버헤드(경질/증기) 분획과 기부(중질/액체) 분획으로 분리되며, 여기에서는 상기 혼합물 중의 다른 성분들로부터 중요 성분을 분리하는 것이 목적이다. 상기 증류 칼럼은 상기 중요 성분을 나머지 성분들로부터 스트리핑하거나 증류시켜 상기 중요 성분이 "풍부하거나" 또는 "고갈된" 오버헤드 및 기부 분획이 수득되도록 작동한다. 당해 분야의 숙련가는 "풍부한(농축된)" 및 "고갈된"이란 용어가 경질 또는 중질 분획으로부터 중요 성분의 목적하는 분리를 지칭하고, "고갈된"은 상기 중요 성분의 비-제로 조성을 포함할 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 상기 공급 스트림이, 예를 들어 측면 인출을 갖는 증류 칼럼을 통해 3개 이상의 분획들로 분리되는 경우, 중간 중요 성분 함량의 분획이 또한 형성될 수도 있다.
하나의 태양에서, 본 발명에 개시된 실시형태들은 탄화수소를 함유하는 가스 스트림에서 C3+ 성분을 회수할 뿐만 아니라 상기 CI 및 C2 성분으로부터 질소를 분리하는 것을 포함하는, 천연가스 생성물 스트림의 정제 및 생산에 관한 것이다. C3+ 성분을 예를 들어 탄화수소 이슬점 온도 요구를 만족하도록 제거할 수 있으며, 질소 제거를, 천연가스 파이프라인 세일즈 스트림 중의 불활성 성분의 요구를 만족하도록 수행할 수도 있다.
천연 가스액(NGL)를 본 발명에 개시된 실시형태들에 따라 유정으로부터 생산되는 유전가스, 또는 다양한 석유 공정에서의 가스 스트림으로부터 회수할 수 있다. 본 발명에 개시된 실시형태들에 따라 처리되는 전형적인 천연가스 공급물은 질소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 프로판 및 다른 C3+ 성분, 예를 들어 아이소부탄, 노말 부탄, 펜탄 등을 함유할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 상기 천연가스 스트림은 대략적인 몰 퍼센트로, 60 내지 95%의 메탄, 약 20% 이하의 에탄 및 다른 C2 성분, 약 10% 이하의 프로판 및 다른 C3 성분, 약 5% 이하의 C4+ 성분, 약 10% 이하 또는 이상의 질소 및 약 1% 이하의 이산화 탄소를 포함할 수 있다.
상기 천연가스의 조성은 상기 공급원 및 임의의 상류부문 처리에 따라 달라질 수 있다. 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 공정은 높은 질소 함량, 예를 들어 일부 실시형태에서 약 4 몰% 초과의 질소; 다른 실시형태에서 5 몰% 초과, 6 몰%, 7 몰%, 8 몰%, 9 몰% 및 10 몰%의 함량을 갖는 천연가스 공급원에 특히 유용하다. 상류부문 처리는 예를 들어 천연가스를 분자체 시스템과 접촉시키는 것에 의한 물의 제거, 및 예를 들어 아민 시스템을 통한 이산화탄소 제거를 포함할 수 있다. 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 공정은 "저온" 및 "가온" 질소 제거 시스템을 모두 포함할 수 있고, 이때 "가온" 시스템은 이산화 탄소의 어는점 이상의 온도에서 질소 제거를 수행하며, 따라서 이산화 탄소 제거는 상기와 같은 시스템을 필요로 하지 않을 수도 있다.
이슬점과 불활성 조성물 판매 요건을 모두 충족시키는 천연가스 스트림을 본 발명에 개시된 실시형태들에 따라 등압 개방 냉각 시스템을 사용하여 생산할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 이슬점과 불활성 조성물 판매 요건을 모두 충족시키는 질소 가스 스트림을 본 발명에 개시된 실시형태들에 따라 질소 제거를 포함하는 등압 개방 냉각 시스템을 사용하여 생산할 수 있다. 상기 공정은 플랜트를 통한 가스 압력의 의도적인 감소 없이 대략적으로 일정한 압력에서 실시할 수 있다. 상술한 바와 같이, 처리할 유전 가스 또는 다른 가스 스트림을 보통의 압력, 예를 들어 약 20 바 내지 35 바(300 내지 500 psig)로 압축시키고, 중량 기준으로 약 1 ppm 미만의 물로 건조시킬 수 있다. 이어서 상기 가스를 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 시스템에서 처리하여 천연가스로부터 천연 가스액 및 불활성 가스를 회수할 수 있다. 본 발명에 개시된 실시형태에 따른 등압 개방 냉각 시스템을 사용하는 천연 가스 스트림의 처리는 하기에 개시하는 바와 같이, 전형적인 천연가스 처리, 예를 들어 질소 제거 유닛과 연속되는 저온 분리의 효율을 훨씬 능가하는, 천연가스 스트림으로부터의 고도로 효율적인 질소의 분리를 제공할 수 있다.
질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 천연가스 공급물을 하나 이상의 증류 및/또는 흡수 칼럼을 사용하여 분별시켜 천연 가스액 분획(주로 C3+ 탄화수소), 혼합 냉매(주로 C1 및 C2 탄화수소) 및 질소-풍부 분획을 형성시킬 수 있다. 상기 분리에 의해 생성된 혼합 냉매를 또한 열 교환 매체로서 사용하여, 열 교환 총효율의 적어도 일부를 목적하는 천연 가스 공급물 분리에 제공할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 4% 이하의 질소 및 다른 불활성 성분을 함유하는 상기 혼합 냉매의 적어도 일부를 파이프라인 세일즈에 사용할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 상기 혼합 냉매의 적어도 일부를 4% 초과의 질소 함량을 갖는 공정 스트림과 합하여 4% 이하의 질소 및 다른 불활성 성분을 함유하는, 파이프라인 세일즈에 적합한 스트림을 생성시킬 수도 있다.
질소 제거 시스템을 포함하는 실시형태에서, 상기 질소-풍부 분획을 질소 제거 시스템에서 분리하여 고(高) btu 분획(15% 미만의 불활성 성분) 및 저(低) btu 분획(15% 초과의 불활성 성분)을 포함한 2개의 분획을 회수할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 질소-풍부 분획을 고 btu 분획(15 몰% 미만의 불활성 성분), 중간 btu 분획(15 내지 30 몰%의 불활성 성분), 및 저 btu 분획(30 몰% 초과의 불활성 성분)을 포함한 3개의 분획으로 분리할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 상기 고 btu 분획은 파이프라인 세일즈에 적합한 4 몰% 이하의 질소, 또는 4% 이하의 질소 및 다른 불활성 성분을 함유할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 4 몰% 초과의 질소 또는 질소와 불활성 성분을 함유하는 고 btu 분획을 상기 혼합 냉매의 일부와 합하여 파이프라인 세일즈에 적합한 천연가스 조성물을 형성시킬 수 있다. 상기 공정에서 생산된 다른 저-질소 함량 스트림을 또한 상기 고 btu 분획과 합하여 파이프라인 세일즈에 적합한 천연가스를 생산할 수도 있다. 예를 들어, 상기 혼합 냉매가 질소를 필수적으로 함유하지 않고 주로 메탄과 에탄을 포함하도록 상기 공정 조건을 조절할 수 있다. 놀랍게도 많은 양의, 질소가 적은 천연 가스를 매우 적은 공정 비용의 증가로 상기 혼합 냉매 시스템으로부터 회수할 수 있다. 따라서, 상기 회수된 천연 가스의 매우 적은 질소 함량으로 인해, 상기 질소-풍부 분획을 보다 적은 정도의 질소 분리 요구와 함께 처리할 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시형태는 질소 제거를 위한 통상적인 저온 처리에 비해 상당히 더 적은 처리 단계를 필요로 할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 개시된 실시형태들은 천연가스 스트림으로부터 질소를 제거하는데 필요한 동력을 실질적으로 줄일 수 있다.
본 발명에 개시된 일부 실시형태들에서, 예를 들어 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 천연가스 공급물을 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함한 2개 이상의 분획으로 분별할 수 있다. 상기 분별단계를 예를 들어 단일 증류 칼럼에서 수행하여 경질의 탄화수소와 중질의 탄화수소를 분리시킬 수 있다.
이어서 상기 경질 분획을 예를 들어 플래시 드럼, 증류 칼럼 또는 흡수 칼럼에서, 질소-풍부 분획과 질소-고갈 분획을 포함한 2개 이상의 분획으로 분리시킬 수 있다.
이어서 상기 질소-고갈 분획을 분리시켜 추가의 천연 가스액, 예를 들어 프로판을 회수하고, 예를 들어 메탄 및 에탄을 포함한 혼합 냉매를 형성시킬 수 있다. 상기 질소-고갈 분획을 플래시 드럼, 증류 칼럼, 또는 다른 분리 장치에서 분리시켜 프로판-풍부 분획을 형성시킬 수 있고, 이는 추가의 천연 가스액 및 프로판-고갈 분획의 회수를 허용하며, 상기 분획을 하기에 개시하는 바와 같이 상기 공정에서 혼합 냉매로서 사용할 수도 있다. 이어서 상기 프로판-고갈 분획을 상기 가스 공급물로부터 천연 가스액을 분별하기 위해 상기 증류 칼럼으로 재순환시킬 수 있다. 일부 실시형태들에서, 상기 프로판-고갈 분획을 상기 증류 칼럼의 환류로서 사용할 수도 있다.
이어서 메탄, 프로판, 및 질소를 포함한 질소-풍부 분획을 질소 제거 시스템에 공급할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 상기 질소 제거 시스템은 멤브레인 분리 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 멤브레인 분리 시스템은 이산화 탄소에 적합한 가온 시스템이다. 다른 질소 제거 시스템, 예를 들어 저온 시스템, 압력 변환 흡착 시스템, 흡수 시스템, 및 질소와 경질 탄화수소의 분리를 위해 다른 공정을 사용할 수도 있다.
상기 멤브레인 질소 제거 유닛은 메탄 및 에탄이 상기 멤브레인을 선택적으로 투과하여 고압 면 상에 질소가 농축된 스트림을 남기는 고무상 멤브레인을 포함할 수 있다. 상기 멤브레인 질소 제거 유닛은 여러 가지 상이한 형태를 가질 수 있으며, 고도의 분리를 성취하기 위한 내부 압축 요건을 가질 수 있다. 상기 멤브레인 질소 제거 유닛은 질소-풍부 분획 공급물을 3개의 스트림, 즉 혼합 냉매의 일부와 블렌딩되어 판매 가스를 생산할 수 있는 고 btu 가스, 연료용으로 사용되거나 또는 추가적인 처리를 위해 상기 질소 제거 시스템 내에서 내부적으로 재순환될 수 있는 중간 btu 가스, 및 높은 질소 함량, 예를 들어 30 또는 40 몰% 초과의 질소를 갖는 저 btu 가스를 포함한 스트림으로 분리할 수 있다. 상기 혼합 냉매가 상기 질소 사양을 초과하므로, 상기 멤브레인 질소 제거 유닛으로부터의 고 btu 스트림은 파이프라인 사양의 양보다 많은 질소를 함유할 수 있으며, 따라서 상기 분리 요건은 상기 질소 제거 시스템 내에서 완화될 수 있다. 상기 멤브레인 질소 제거 유닛으로부터의 저 질소 혼합 냉매 및 고 btu 가스를 압축하고 합하여, 파이프라인 세일즈를 위한 4 몰% 질소 사양을 충족시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 개시된 공정은 높은 수준의 NGL 회수에 필요한 저온을 성취하기 위해 개방 고리 혼합 냉매 공정을 사용한다. 단일 증류 칼럼을 경질 성분으로부터 중질 탄화수소를 분리시키는데 사용할 수 있다. 상기 증류 칼럼으로부터의 오버헤드 스트림을 냉각시켜 상기 오버헤드 스트림을 부분적으로 액화시킨다. 상기 부분적으로 액화된 오버헤드 스트림은 경질 성분을 포함하는 증기 스트림과, 혼합 냉매로서 작용하는 액체 성분으로 분리된다. 상기 혼합 냉매는 공정 냉각을 제공하며 상기 혼합 냉매의 일부는 환류 스트림으로서 사용되어 상기 증류 칼럼을 중요 성분들로 농축시킨다. 상기 농축된 증류 칼럼 중의 가스에 의해, 상기 증류 칼럼의 오버헤드 스트림은 보다 따뜻한 온도에서 응축되고 상기 증류 칼럼은 NGL의 높은 회수에 전형적으로 사용되는 경우보다 더 높은 온도에서 가동된다. 상기 공정은 상기 가스를 주울-톰슨 밸브 또는 터보 팽창기 기재 플랜트에서와 같이 팽창시키지 않으면서 단지 단일의 증류 칼럼에 의해 목적하는 NGL 성분의 높은 회수를 성취한다.
천연 가스액 회수를 위한 터보 팽창기 및 표준 질소 제거 시스템을 사용하는 것에 비해, 본 발명에 개시한 바와 같은 질소 제거 시스템을 사용하는 등압 개방 냉각은 질소 제거에 비해 필요한 멤브레인 면적 및 동력 소비를 줄일 수 있다. 일부 실시형태에서, 멤브레인 면적을 75% 이상까지 줄일 수 있으며, 동력 소비를 58% 이상까지 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 혼합 냉매는 NGL 가스의 높은 회수에 필요한 온도를 성취하기 위해 공정 냉각을 제공할 수 있다. 상기 혼합 냉매는 공급 가스 중의 경질 및 중질 탄화수소의 혼합물을 포함할 수 있으며, 일부 실시형태에서 상기 냉매는 상기 공급 가스에 비해 경질의 탄화수소가 농축되어 있다.
본 발명에 개시된 공정들은 높은 수준의 프로판 회수를 획득하기 위해 사용할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 공급물 중에 99% 이상 정도로 많은 프로판을 상기 공정에서 회수할 수 있으며, 파이프라인 세일즈용으로 회수된 천연가스(판매 가스)로부터 분리할 수 있다. 상기 공정은 또한 상기 프로판과 함께 상당량의 에탄을 회수하거나 파이프라인 세일즈용으로 회수된 천연가스와 함께 대부분의 에탄을 거부하는 방식으로 작동될 수 있다. 한편으로, 상기 공정은 공급 스트림의 높은 퍼센트의 C4+ 성분을 회수하고 상기 판매 가스와 함께 C3 및 경질 성분을 배출하도록 작동될 수 있다.
이제, 도 1을 참조하면, 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 및 질소 제거 공정에 대한 간략화된 흐름도가 도시되어 있다. 상기 공정의 작동 매개변수들, 예를 들어 다양한 스트림의 온도, 압력, 유량 및 조성을 상기 NGL의 목적하는 분리 및 회수를 성취하기 위해 설정함은 물론이다. 상기 목적하는 작동 매개변수들은 또한 상기 공급 가스의 조성에 따라 변한다. 상기 필요한 작동 매개변수들을 공지된 기법, 예를 들어 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 당해 분야의 숙련가들에 의해 쉽게 측정할 수 있다.
공급 가스를 라인(12)을 통해 주 열교환기(10)로 공급한다. 수회 통과 열교환기를 예시하지만, 여러 개의 열 교환기를 사용하여 유사한 결과를 성취할 수도 있다. 상기 공급 가스는 천연 가스, 정제 가스 또는 분리를 필요로 하는 다른 가스 스트림일 수 있다. 상기 공급 가스는 전형적으로, 상기 플랜트에 공급되기 전에 여과되고 탈수되어 상기 NGL 유닛에서 동결되는 것을 방지한다. 상기 공급 가스는 전형적으로는 약 43 ℃ 내지 54 ℃(110 ℉ 내지 130 ℉)의 온도 및 약 7 바 내지 31 바(100 psia 내지 450 psia)의 압력에서 상기 주 열교환기로 공급된다. 상기 공급 가스는 상기 주 열교환기(10)에서 냉각기 공정 스트림 및/또는 상기 공정에 필요한 추가적인 냉각을 제공하는데 필요한 양으로 라인(15)을 통해 상기 주 열교환기로 공급될 수 있는 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 냉각되고 부분적으로 액화된다. 예를 들어, 프로판과 같은 가온 냉매를 사용하여 상기 공급 가스에 필요한 냉각을 제공할 수도 있다. 상기 공급 가스는 상기 주 열교환기에서 약 -18 ℃ 내지 -40 ℃(0 ℉ 내지 -40 ℉)의 온도로 냉각될 수 있다.
상기 저온 공급 가스는 상기 주 열교환기(10)를 빠져나와 공급 라인(13)을 통해 증류 칼럼(20)으로 공급된다. 증류 칼럼(20)은 상기 공급 가스의 압력보다 약간 아래의 압력, 전형적으로는 상기 공급 가스의 압력보다 약 0.3 내지 0.7 바(5 내지 10 psi) 낮은 압력에서 작동한다. 상기 증류 칼럼에서, 중질 탄화수소, 예를 들어 프로판 및 다른 C3+ 성분들은 경질 탄화수소, 예를 들어 에탄, 메탄 및 다른 가스로부터 분리된다. 상기 중질 탄화수소 성분은 라인(16)을 통해 상기 증류 칼럼으로부터 액체 기부에서 빠져나가는 반면, 경질 성분은 증기 오버헤드 라인(14)을 통해 빠져나간다. 일부 실시형태에서, 상기 기부 스트림(16)은 약 65 ℃ 내지 149 ℃(150 ℉ 내지 300 ℉)의 온도에서 상기 증류 칼럼을 빠져나가고, 상기 오버헤드 스트림(14)은 약 -23 ℃ 내지 -62 ℃(-10 ℉ 내지 -80 ℉)의 온도에서 상기 증류 칼럼을 빠져나간다.
상기 증류 칼럼으로부터의 기부 스트림(16)은 생성물 스트림(18)과, 리보일러(reboiler)(30)로 보내지는 재 비등 스트림(22)으로 분할된다. 임의로, 상기 생성물 스트림(18)은 냉각기(도시 생략)에서 약 15 ℃ 내지 54 ℃(60 ℉ 내지 130 ℉)의 온도로 냉각될 수 있다. 상기 생성물 스트림(18)은 상기 공급 가스 스트림 중에 중질 탄화수소가 고도로 농축되어 있다. 도 1에 도시된 실시형태에서, 상기 생성물 스트림은 프로판 및 중질 성분이 농축될 수 있고, 에탄 및 경질 가스는 하기에 개시되는 바와 같이 추가로 처리된다. 한편으로, 상기 플랜트는 상기 생성물 스트림이 C4+ 탄화수소가 크게 농축되고 상기 프로판이 상기 생산된 판매 가스 중의 에탄과 함께 제거되도록 작동할 수 있다. 상기 재 비등 스트림(22)은 리보일러(30)에서 가열되어 상기 증류 칼럼에 열을 제공한다. 증류 칼럼에 전형적으로 사용되는 어떤 유형의 리보일러도 사용이 가능하다.
상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림(14)은 주 열교환기(10)를 통과하며, 여기에서 상기 스트림은 공정 가스와 간접적인 열교환에 의해 냉각되어 적어도 부분적으로 액화되거나 또는 완전히(100%) 액화된다. 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 라인(19)을 통해 상기 주 열교환기(10)를 빠져나가며, 하기에 개시하는 바와 같이 혼합 냉매를 생성하기에 충분히 냉각된다. 일부 실시형태에서, 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 주 열교환기(10)에서 약 -34 ℃ 내지 -90 ℃(-30 ℉ 내지 -130 ℉)로 냉각된다.
상기 냉각되고 부분적으로 액화된 스트림(19) 및 환류 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림(28)(스트림(32)은 조절 밸브(75)를 따라간다)은 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로 공급될 수 있다.
증류 칼럼 오버헤드 스트림(19) 및 환류 드럼 오버헤드 스트림(32) 중의 성분들은 오버헤드 분리기(60)에서 오버헤드 스트림(42), 측면 인출 분획(51) 및 기부 스트림(34)으로 분리된다. 상기 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로부터의 오버헤드 스트림(42)은 메탄, 에탄, 질소, 및 다른 경질 성분을 함유하며, 질소 함량이 풍부하다. 측면 인출 분획(51)은 중간 질소 함량을 가질 수 있다. 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로부터의 기부 스트림(34)은 주 열교환기(10)(질소 함량이 고갈될 수 있다)에서 냉각에 사용되는 액체 혼합 냉매이다. 상기 측면 인출 분획은 유량 밸브(95)를 지나면서 압력이 감소되고, 통합된 열교환 시스템에 사용하기 위해 열교환기(10)로 공급되고, 유동 라인(52)을 통해 회수될 수 있다.
오버헤드 스트림(42) 중의 성분은 주 열교환기(10)로 공급되어 가온된다. 전형적인 플랜트에서, 오버헤드 분리기(60)로부터 스트림(42)을 통해 회수된 오버헤드 분획은 온도가 약 -40 ℃ 내지 -84 ℃(-40 ℉ 내지 -120 ℉)이고 압력이 약 5 바 내지 30 바(85 psia 내지 435 psia)이다. 주 열교환기(10)에서의 열 교환에 이어서, 스트림(43)을 통해 열교환기(10)로부터 회수된 오버헤드 분획은 온도가 약 37 ℃ 내지 49 ℃(100 ℉ 내지 120 ℉)일 수 있다. 상기 오버헤드 분획은 질소 함량이 풍부하고 저-btu 천연가스 스트림으로서 스트림(43)을 통해 회수될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 혼합 냉매는 기부 라인(34)을 통해 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로부터 회수된다. 상기 냉매의 압력이 조절 밸브(65)를 지나면서 줄어들어 상기 혼합 냉매의 온도를 낮출 수 있다. 상기 혼합 냉매의 온도는 상기 주 열교환기(10)에서 필요한 냉각을 제공하기에 충분히 저온인 온도로 감소된다. 상기 혼합 냉매는 라인(35)을 통해 상기 주 열교환기로 공급된다. 상기 주 열교환기로 들어가는 혼합 냉매의 온도는 전형적으로는 약 -51 ℃ 내지 -115 ℃(-60 ℉ 내지 -175 ℉)이다. 상기 혼합 냉매의 온도를 감소시키기 위해 조절 밸브(65)를 사용하는 경우, 상기 온도는 전형적으로는 약 6 ℃ 내지 10 ℃(20 ℉ 내지 50 ℉)까지 감소하며 압력은 약 6 바 내지 17 바(90 내지 250 psi)까지 감소한다. 상기 혼합 냉매는 상기 주 열교환기(10)를 통과하고 라인(35a)을 통해 빠져나감에 따라 증발되고 과열된다. 상기 주 열교환기를 빠져나가는 혼합 냉매의 온도는 약 26 ℃ 내지 38 ℃(80 ℉ 내지 100 ℉)이다.
상기 혼합 냉매는 주 열교환기(10)를 빠져나간 후에 압축기(80)로 공급된다. 상기 혼합 냉매는 약 110 ℃ 내지 177 ℃(230 ℉ 내지 350 ℉)의 온도에서 상기 증류 칼럼의 작동 압력보다 1 바 내지 2 바(15 psi 내지 25 psi) 더 큰 압력으로 압축된다. 상기 혼합 냉매를 상기 증류 칼럼 압력보다 큰 압력으로 압축시킴으로써, 환류 펌프는 필요치 않다. 상기 압축된 혼합 냉매는 라인(36)을 통해 냉각기(90)로 흐르고, 여기에서 상기 냉매는 약 21 ℃ 내지 54 ℃(70 ℉ 내지 130 ℉)의 온도로 냉각된다. 선택적으로, 냉각기(90)를 생략할 수 있으며, 상기 압축된 혼합 냉매는 주 열교환기(10)로 직접 흐를 수 있다. 이어서 압축된 혼합 냉매는 라인(38)을 통해 상기 주 열교환기(10)로 흐르고, 여기에서 상기 냉매는 추가로 냉각되고 부분적으로 액화된다. 상기 혼합 냉매는 상기 주 열교환기에서 약 -9 ℃ 내지 -57 ℃(15 ℉ 내지 -70 ℉)의 온도로 냉각된다. 상기 부분적으로 액화된 혼합 냉매는 라인(39)을 통해 환류 분리기(40)로 도입된다. 앞서 개시한 바와 같이, 환류 분리기(40)로부터의 오버헤드(28) 및 증류 칼럼(20)으로부터의 오버헤드(14)는 상기 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로 공급된다. 상기 환류 분리기(40)로부터의 액체 기부(26)는 환류 스트림(26)으로서 상기 증류 칼럼(20)으로 다시 공급된다. 조절 밸브(75),(85)를 사용하여 상기 압축기 상의 압력을 유지시켜 응축을 촉진시킬 수도 있다.
환류(스트림(26)을 통해 공급된)로서 사용된 혼합 냉매는 증류 칼럼(20)을 기상 성분으로 농축시킨다. 상기 증류 칼럼 중에 상기 가스가 농축됨에 따라, 상기 칼럼의 오버헤드 스트림은 보다 따뜻한 온도에서 응축되고, 상기 증류 칼럼은 NGL의 높은 회수에 통상적으로 필요한 경우보다 더 따뜻한 온도에서 가동된다.
증류 칼럼(20)으로의 환류는 또한 상기 오버헤드 분획 중의 중질 탄화수소를 감소시킨다. 예를 들어, 프로판의 회수 공정에서, 상기 환류는 상기 증류 칼럼 중의 에탄의 몰 분율을 증가시키고, 이는 상기 오버헤드 스트림의 응축을 보다 용이하게 한다. 상기 공정은 상기 증류 칼럼 오버헤드 분리기에서 응축된 액체를 2회, 저온 냉매로서 1회, 및 증류 칼럼용 환류 스트림으로서 다시 사용한다.
매우 낮은 질소 함량을 갖는, 유동 라인(28) 중의 혼합 냉매의 적어도 일부는 분리기(60)로 가기 전에 유동 스트림(32ex)을 통해 회수할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 상기 유동 스트림(32ex)을 통해 회수된 부분은 파이프라인 세일즈에 사용할 수 있다. 다른 실시형태에서, 1 몰% 미만의 질소를 갖는 혼합 냉매 스트림(32ex)은 4% 초과의 질소를 갖는 고 또는 중간 btu 천연 가스 공정 스트림과 혼합되어 4% 이하의 질소를 갖는 파이프라인 세일즈 스트림을 생성시킬 수 있다. 예를 들어, 혼합 냉매 스트림(32ex)을 스트림(52) 내의 중간 btu 천연가스와 합하여 파이프라인 세일즈에 적합한 천연가스 스트림을 생성시킬 수도 있다. 상기 스트림(32ex) 및 (52)의 유량은 생성되는 생성물 스트림(48)이 4 몰% 미만의 질소(불활성) 함량을 갖도록 하는 것일 수 있다. 일부 실시형태에서, 유동 스트림(32ex)은 주 열교환기(10)로 공급될 수 있으며; 상기 혼합 냉매는 열 교환에 이어서, 중간 btu 스트림(52)과의 혼합을 위해 유동 라인(41)을 통해 열 교환기(10)로부터 회수할 수 있다. 다른 공정 스트림들도 또한 다른 실시형태에서 혼합 냉매 스트림(32ex)과 혼합될 수 있다.
본 발명에 개시된 실시형태에 따른 공정은 실질적인 공정 유연성을 허용하여, 상술한 바와 같이, 광범위한 질소 함량을 갖는 공급 가스 스트림을 효율적으로 처리하는 능력을 제공한다. 도 1과 관련해서 개시한 실시형태는 천연가스 세일즈 스트림으로서 상기 공급 가스 btu 값의 대부분을 회수할 수 있게 한다. 본 발명에 개시된 실시형태에 따른 등압 개방 냉각 공정은 고 또는 중간 질소 함량 스트림으로부터의 질소 분리를 추가로 포함할 수 있으며, 이는 추가적인 btu 값의 회수 또는 공정 조건 및 공급가스 질소 함량에 대한 추가적인 유연성을 허용한다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 및 질소 제거 방법에 대한 간략화된 흐름도가 도시되어 있으며, 도면에서 동일 번호는 동일 부분을 나타낸다. 상기 공정의 작동 매개변수들, 예를 들어 다양한 스트림의 온도, 압력, 유량 및 조성을 상기 NGL의 목적하는 분리 및 회수를 성취하기 위해 설정함은 물론이다. 상기 목적하는 작동 매개변수들은 또한 상기 공급 가스의 조성에 따라 변한다. 상기 필요한 작동 매개변수들을 공지된 기법, 예를 들어 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 당해 분야의 숙련가들이 쉽게 측정할 수 있다.
라인(12)을 통해서 공급 가스를 주 열교환기(10)에 공급한다. 수회 통과 열교환기를 예시하지만, 여러 개의 열 교환기를 사용하여 유사한 결과를 성취할 수도 있다. 상기 공급 가스는 천연 가스, 정제 가스 또는 분리를 필요로 하는 다른 가스 스트림일 수 있다. 상기 공급 가스는 전형적으로는 상기 플랜트에 공급되기 전에 여과되고 탈수되어 상기 NGL 유닛에서 동결되는 것을 방지한다. 상기 공급 가스는 전형적으로는 약 43 ℃ 내지 54 ℃(110 ℉ 내지 130 ℉)의 온도 및 약 7 바 내지 31 바(100 psia 내지 450 psia)의 압력에서 상기 주 열교환기로 공급된다. 상기 공급 가스는 상기 주 열교환기(10)에서 냉각기 공정 스트림 및/또는 상기 공정에 필요한 추가적인 냉각을 제공하기에 필요한 양으로 라인(15)을 통해 상기 주 열교환기로 공급될 수 있는 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 냉각되고 부분적으로 액화된다. 예를 들어 프로판과 같은 가온 냉매를 사용하여 상기 공급 가스에 필요한 냉각을 제공할 수도 있다. 상기 공급 가스는 상기 주 열교환기에서 약 -18 ℃ 내지 -40 ℃(0 ℉ 내지 -40 ℉)의 온도로 냉각될 수 있다.
상기 저온 공급 가스는 상기 주 열교환기(10)를 빠져나와 공급 라인(13)을 통해 증류 칼럼(20)으로 공급된다. 증류 칼럼(20)은 상기 공급 가스의 압력보다 약간 아래의 압력, 전형적으로는 상기 공급 가스의 압력보다 약 0.3 내지 0.7 바(5 내지 10 psi) 낮은 압력에서 작동한다. 상기 증류 칼럼에서, 중질 탄화수소, 예를 들어 프로판 및 다른 C3+ 성분들은 경질 탄화수소, 예를 들어 에탄, 메탄 및 다른 가스로부터 분리된다. 상기 중질 탄화수소 성분은 라인(16)을 통해 상기 증류 칼럼으로부터 액체 기부에서 빠져나가는 반면, 경질 성분은 증기 오버헤드 라인(14)을 통해 빠져나간다. 일부 실시형태에서, 상기 기부 스트림(16)은 약 65 ℃ 내지 149 ℃(150 ℉ 내지 300 ℉)의 온도에서 상기 증류 칼럼을 빠져나가고, 상기 오버헤드 스트림(14)은 약 -23 ℃ 내지 -62 ℃(-10 ℉ 내지 -80 ℉)의 온도에서 상기 증류 칼럼을 빠져나간다.
상기 증류 칼럼으로부터의 기부 스트림(16)은 생성물 스트림(18)과, 리보일러(30)로 보내지는 재 비등 스트림(22)으로 분할된다. 선택적으로, 상기 생성물 스트림(18)은 냉각기(도시 생략)에서 약 15 ℃ 내지 54 ℃(60 ℉ 내지 130 ℉)의 온도로 냉각될 수 있다. 상기 생성물 스트림(18)은 상기 공급 가스 스트림 중에 중질 탄화수소가 고도로 농축되어 있다. 도 2에 도시된 실시형태에서, 상기 생성물 스트림은 프로판 및 중질 성분이 농축될 수 있고, 에탄 및 경질 가스는 하기에 개시되는 바와 같이 추가로 처리된다. 한편으로, 상기 플랜트는 상기 생성물 스트림이 C4+ 탄화수소가 많이 농축되고 상기 프로판이 상기 생산된 판매 가스 중의 에탄과 함께 제거되도록 작동할 수 있다. 상기 재 비등 스트림(22)은 리보일러(30)에서 가열되어 상기 증류 칼럼에 열을 제공한다. 증류 칼럼에 전형적으로 사용되는 어떤 유형의 리보일러도 사용이 가능하다.
상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림(14)은 주 열교환기(10)를 통과하며, 여기에서 상기 스트림은 공정 가스와 간접적인 열교환에 의해 냉각되어 적어도 부분적으로 액화되거나 또는 완전히(100%) 액화된다. 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 라인(19)을 통해 상기 주 열교환기(10)를 빠져나가며, 하기에 개시하는 바와 같이 혼합 냉매를 생성하기에 충분히 냉각된다. 일부 실시형태에서, 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 주 열교환기(10)에서 약 -34 ℃ 내지 -90 ℃(-30 ℉ 내지 -130 ℉)로 냉각된다.
상기 냉각되고 부분적으로 액화된 스트림(19)은 환류 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림(28)(스트림(32)이 조절 밸브(75)를 따라간다)과 합해지고 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로 공급될 수 있다. 한편으로, 스트림(19)은 도 2에 예시된 바와 같이, 환류 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림(28)(32)과 합해지지 않고 상기 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로 공급될 수 있다.
증류 칼럼 오버헤드 스트림(19) 및 환류 드럼 오버헤드 스트림(32) 중의 성분들은 오버헤드 분리기(60)에서 오버헤드 스트림(42)과 기부 스트림(34)으로 분리된다. 상기 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로부터의 오버헤드 스트림(42)은 메탄, 에탄, 질소, 및 다른 경질 성분을 함유한다. 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로부터의 기부 스트림(34)은 주 열교환기(10)에서 냉각에 사용되는 액체 혼합 냉매이다.
오버헤드 스트림(42) 중의 성분은 주 열교환기(10)로 공급되어 가온된다. 전형적인 플랜트에서, 오버헤드 분리기(60)로부터 스트림(42)을 통해 회수된 오버헤드 분획은 온도가 약 -40 ℃ 내지 -84 ℃(-40 ℉ 내지 -120 ℉)이고 압력이 약 5 바 내지 30 바(85 psia 내지 435 psia)이다. 주 열교환기(10)에서의 열 교환에 이어서, 스트림(43)을 통해 열교환기(10)로부터 회수된 오버헤드 분획은 온도가 약 37 ℃ 내지 49 ℃(100 ℉ 내지 120 ℉)일 수 있다. 상기 오버헤드 분획은 추가의 처리를 위해 라인(43)을 통해 질소 제거 시스템(100)으로 보내진다.
상술한 바와 같이, 상기 혼합 냉매는 기부 라인(34)을 통해 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로부터 회수된다. 상기 냉매의 압력이 조절 밸브(65)를 지나면서 줄어들어 상기 혼합 냉매의 온도를 낮출 수 있다. 상기 혼합 냉매의 온도는 상기 주 열교환기(10)에서 필요한 냉각을 제공하기에 충분히 저온인 온도로 감소된다. 상기 혼합 냉매는 라인(35)을 통해 상기 주 열교환기로 공급된다. 상기 주 열교환기로 들어가는 혼합 냉매의 온도는 전형적으로는 약 -51 ℃ 내지 -115 ℃(-60 ℉ 내지 -175 ℉)이다. 상기 혼합 냉매의 온도를 감소시키기 위해 조절 밸브(65)를 사용하는 경우, 상기 온도는 전형적으로는 약 6 ℃ 내지 10 ℃(20 ℉ 내지 50 ℉)까지 감소하며 압력은 약 6 바 내지 17 바(90 내지 250 psi)까지 감소한다. 상기 혼합 냉매는 상기 주 열교환기(10)를 통과하고 라인(35a)을 통해 빠져나감에 따라 증발되고 과열된다. 상기 주 열교환기를 빠져나가는 혼합 냉매의 온도는 약 26 ℃ 내지 38 ℃(80 ℉ 내지 100 ℉)이다.
상기 혼합 냉매는 주 열교환기(10)를 빠져나간 후에 압축기(80)로 공급된다. 상기 혼합 냉매는 약 110 ℃ 내지 177 ℃(230 ℉ 내지 350 ℉)의 온도에서 상기 증류 칼럼의 작동 압력보다 1 바 내지 2 바(15 psi 내지 25 psi) 더 큰 압력으로 압축된다. 상기 혼합 냉매를 상기 증류 칼럼 압력보다 큰 압력으로 압축시킴으로써, 환류 펌프는 필요치 않다. 상기 압축된 혼합 냉매는 라인(36)을 통해 냉각기(90)로 흐르고, 여기에서 상기 냉매는 약 21 ℃ 내지 54 ℃(70 ℉ 내지 130 ℉)의 온도로 냉각된다. 선택적으로, 냉각기(90)는 생략할 수 있으며 상기 압축된 혼합 냉매는 주 열교환기(10)로 직접 흐를 수 있다. 이어서 상기 압축된 혼합 냉매는 라인(38)을 통해 상기 주 열교환기(10)로 흐르고, 여기에서 상기 냉매는 추가로 냉각되고 부분적으로 액화된다. 상기 혼합 냉매는 상기 주 열교환기에서 약 -9 ℃ 내지 -57 ℃(15 ℉ 내지 -70 ℉)의 온도로 냉각된다. 상기 부분적으로 액화된 혼합 냉매는 라인(39)을 통해 환류 분리기(40)로 도입된다. 상술한 바와 같이, 환류 분리기(40)로부터의 오버헤드(28) 및 증류 칼럼(20)으로부터의 오버헤드(14)는 상기 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로 공급된다. 상기 환류 분리기(40)로부터의 액체 기부(26)는 환류 스트림(26)으로서 상기 증류 칼럼(20)으로 다시 공급된다. 조절 밸브(75),(85)를 사용하여 상기 압축기 상의 압력을 유지시켜 응축을 촉진할 수도 있다.
환류로서 사용된 혼합 냉매는 증류 칼럼(20)을 기상 성분으로 농축시킨다. 상기 증류 칼럼 중에 상기 가스가 농축됨에 따라, 상기 칼럼의 오버헤드 스트림은 보다 따뜻한 온도에서 응축되고, 상기 증류 칼럼은 NGL의 높은 회수에 통상적으로 필요한 경우보다 더 따뜻한 온도에서 가동된다.
증류 칼럼(20)으로의 환류는 또한 상기 오버헤드 분획 중의 중질 탄화수소를 감소시킨다. 예를 들어, 프로판의 회수 공정에서, 상기 환류는 상기 증류 칼럼 중의 에탄의 몰 분율을 증가시키고, 이는 상기 오버헤드 스트림의 응축을 보다 용이하게 한다. 상기 공정은 상기 증류 칼럼 오버헤드 분리기에서 응축된 액체를 2회, 저온 냉매로서 1회, 및 증류 칼럼용 환류 스트림으로서 다시 사용한다.
상술한 바와 같이, 메탄, 에탄, 질소, 및 다른 경질 성분을 함유하는, 분리기(60)로부터의 오버헤드 분획을 라인(43)을 통해 질소 제거 시스템(100)으로 공급한다. 질소 제거 유닛(100)을 사용하여 질소를 하나 이상의 분획에 농축시킬 수 있다. 예를 들어, 질소 제거 유닛(100), 예를 들어 멤브레인 분리 유닛을 사용하여 질소-고갈 천연가스 분획(47)과 질소-풍부 천연가스 분획(49)을 생성시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 질소-고갈 천연가스 분획은 4 몰% 미만의 질소(불활성) 함량을 가질 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 질소 분리 유닛(100)에 대한 하나의 가능한 실시형태가 도시되어 있으며, 도면에서 동일 번호는 동일 부분을 나타낸다. 상기 실시형태에서, 질소 함유 스트림(43)은 압축기(150) 및 최종 냉각기(155)를 포함하는 제 1 압축 단계로 공급된다. 이어서 메탄, 에탄, 질소, 및 다른 경질 성분을 포함하는, 유동 라인(156) 중의 압축 및 냉각된 성분이, 메탄 및 에탄을 상기 멤브레인에 선택적으로 투과되게 하고, 질소를 고압 면(158H) 상에 농축시키는 고무상 멤브레인을 포함하는, 멤브레인 분리 장치(158)와 접촉할 수 있다. 질소-고갈 천연가스 분획이 유동 라인(159)을 통해 저압 면(158L)으로부터 회수될 수 있다. 이어서 상기 질소-고갈 천연가스 분획은 유동 라인(159)을 통해 압축기(160) 및 최종 냉각기(165)를 포함하는 제 2 압축 단계로 공급되어, 상술한 바와 같이 유동 라인(47)을 통해 회수될 수 있는 압축 및 냉각된 질소-고갈 천연가스 분획을 생산할 수 있다.
질소-풍부 분획은 고압 면(158H)으로부터 회수될 수 있으며 유동 라인(166)을 통해, 메탄 및 에탄을 상기 멤브레인에 선택적으로 투과되게 하고, 질소를 고압 면(168H) 상에 농축시키는 고무상 멤브레인을 또한 포함하는, 제 2 멤브레인 분리 장치(168)로 공급될 수 있다. 저 btu 분획과 같은 천연 가스 분획이 유동 라인(49)을 통해 고압 면(168H)으로부터 회수될 수 있다. 질소-고갈 분획은 유동 라인(169)을 통해 저압 면(168L)으로부터 회수되고, 압축기(170) 및 최종 냉각기(175)를 포함하는 압축 단계로 공급되어, 압축된 질소-고갈 분획(413)을 생성시킬 수 있으며, 상기 분획은 상기 제 1 멤브레인 분리 유닛(158)의 상류로 재순환되어 추가의 경질 탄화수소를 회수할 수 있다.
질소 분리 유닛(100)에서 성취되는 분리 정도는 사용한 흐름방식에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 대략 8 몰%의 질소를 함유하는 공급 가스(43)가 멤브레인 분리 유닛(158)으로 공급될 수 있다. 분리에 이어서, 대략 4 몰% 이하의 질소를 함유하는 질소-고갈 천연가스 분획(고 btu 분획)이 유동 라인(47)을 통해 회수될 수 있으며, 라인(43) 중의 공급 가스에 비해, 대략 40 몰% 이상의 질소를 함유하는 질소-풍부 분획(저 btu 분획)이 유동 라인(49)을 통해 회수될 수 있다. 이 예에서, 유동 라인(47)을 통해 회수된, 4 몰% 미만의 질소를 함유하는 질소-고갈 천연가스 분획은 판매 가스로서 직접 사용할 수 있다.
또 다른 예로서, 대략 18 몰%의 질소를 함유하는 공급 가스(43)가 멤브레인 분리 유닛(158)으로 공급될 수 있다. 분리에 이어서, 대략 10 몰% 이하의 질소를 함유하는 질소-고갈 천연가스 분획(고 btu 분획)이 유동 라인(47)을 통해 회수될 수 있으며, 라인(43) 중의 공급 가스에 비해, 대략 40 몰% 이상의 질소를 함유하는 질소-풍부 분획(저 btu 분획)이 유동 라인(49)을 통해 회수될 수 있다. 이 예에서, 유동 라인(47)을 통해 회수된, 4 몰% 미만의 질소를 함유하는 질소-고갈 천연가스 분획은 예를 들어 냉매 스트림(32)의 메탄 및 에탄으로 희석되어, 판매 가스로서 사용하기에 적합한 천연가스 생성물 스트림을 생성시킬 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 상기 도면에서 같은 번호는 같은 부분을 나타내며, 멤브레인 질소 분리 유닛(100)에 대한 두 번째 선택사항이 도시되어 있다. 상기 실시형태에서, 질소-풍부 분획(413)은 재순환되지 않으며, 그 결과 고 btu 스트림(스트림(47)), 저 btu 스트림(스트림(49)), 및 중간 btu 스트림(스트림(413))이 생성되고, 각각은 멤브레인 질소 분리 유닛(100)으로부터 회수된다.
이제 도 5를 참조하면, 본 발명에 개시한 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 및 질소 제거 공정에 대한 간략화된 흐름도를 예시하며, 도면에서 동일 번호는 동일 부분을 나타낸다. 상기 실시형태에서, 매우 적은 질소 함량을 갖는, 유동 라인(28) 중의 혼합 냉매의 일부가 유동 라인(32ex)을 통해 공급되고 고 btu 스트림(47)과 합해져서 불활성 가스 성분 요구를 충족시키는 천연 가스 생성물을 생성시킬 수 있다. 예를 들어 1 몰% 미만의 질소를 갖는 혼합 냉매 스트림(32ex)은 4% 초과의 질소를 갖는, 질소 제거 유닛(100)으로부터의 고 btu 천연 가스 생성물 스트림(47)과 혼합될 수 있다. 스트림(32ex) 및 (47)의 유량은 생성되는 생성물 스트림(48)이 4 몰% 미만의 질소(불활성) 함량을 갖도록 하는 것일 수 있다. 일부 실시형태에서, 유동 스트림(32ex)은 주 열교환기(10)로 공급되고; 열 전달에 이어서, 상기 혼합 냉매가 고 btu 스트림(47)과의 혼합을 위해 유동 라인(41)을 통해 열 교환기(10)로부터 회수될 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 및 질소 제거 공정에 대한 간략화된 흐름도를 예시하며, 도면에서 동일 번호는 동일 부분을 나타낸다. 도 2에 관하여, 혼합 냉매(28)는 도 2에 대해 상술한 바와 같이, 압력 조절 밸브(75)를 통과하면서 압력이 감소하며 유동 라인(32)을 통해 분리기(60)로 공급된다. 이 실시형태에서, 분리기(60)는 오버헤드 분획(14)과 혼합 냉매(28)를 3개의 분획으로 분리하기 위해 사용할 수 있다. 질소가 풍부하고 프로판이 고갈된 오버헤드 분획이 질소 분리 유닛(100)에서의 처리를 위해 유동 라인(42)을 통해 분리기(60)로부터 회수될 수 있다. 질소가 고갈되고 프로판이 풍부한 기부 분획은 유동 라인(34)을 통해 분리기(60)로부터 회수될 수 있다. 세 번째 분획으로서, 중간 프로판 및 질소의 분획이 유동 라인(51)을 통해 측면 인출로서 회수될 수 있다. 이어서 상기 측면 인출 분획은 압력이 유량 밸브(95)를 통해 감소하며, 통합된 열교환 시스템에 사용하기 위해 열교환기(10)로 공급되고, 고 btu 스트림(47)과의 혼합을 위해 유동 라인(52)을 통해 공급되어, 파이프라인 세일즈에 사용하기에 적합한 질소(불활성) 조성을 갖는(즉, 4 몰% 미만의 질소/불활성 물질) 천연 가스 생성물 스트림(48)을 생성할 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 및 질소 제거 공정에 대한 간략화된 흐름도가 도시되어 있으며, 도면에서 동일 번호는 동일 부분을 나타낸다. 상기 흐름도의 대부분은 측면 인출(51)을 포함하는 도 1 및 5에 대해 개시한 바와 유사하다. 추가로, 질소 분리 유닛(100)은 도 4에 관하여 예시하고 개시한 바와 같다. 상기 실시형태에서, 중간 btu 가스 스트림(413)은 질소 및 경질 탄화수소의 추가적인 분리 및 회수를 위해 분리기(60)로 재순환될 수도 있다. 재순환 도중, 열은 열교환기(10)에서 중간 btu 가스 스트림(413)과 교환되고, 필요시에는 추가적인 열이 열교환기(110)에서 측면 인출(51)과 교환되어, 분리기(60)로 공급되는 냉각된 재순환(413A)을 생성시킬 수 있다.
하기의 실시예들은 모델링 기법으로부터 유래한다. 상기 연구가 수행되었지만, 발명자들은 해당되는 규칙에 부합하기 위해서 이들 실시예를 과거 시제로 제공하지 않는다.
실시예 1
도 1에 도시된 바와 유사한 공정 흐름도를 시뮬레이션한다. 표 1에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는 가스 공급물을 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 및 질소 제거 공정에 공급한다. 상기 공급 가스의 공급률을 49 ℃(120 ℉)의 온도 및 29 바(415 psig)의 압력에서 11,022 ㎏/h(24,300 lb/h)로 지정한다. 이어서 상기 가스 공급물을 도 1에 도시된 바와 같이 처리하여 고 btu(혼합 냉매) 스트림(41), 중간 btu 스트림(52) 및 저 btu 스트림(43)을 생성시킨다. 상기 시뮬레이션 결과를 표 1에 나타낸다.
중요 매개변수들을 상기 시뮬레이션에서 조절한다. 스트림(15)으로부터의 1차 냉각을 설정하여 상기 공급물 및 혼합 냉매를 냉각시키고/시키거나 부분적으로 응축시키고, 냉매 온도를 열 전달 및 동력 요구가 최적화되도록 조절할 수 있다. 리보일러 열을 조절하여 에탄 대 프로판 비 또는 다른 NGL 생성물 사양을 조절한다. 스트림(35)의 압력 및 온도가 중요 매개변수이다. 이는 저온 혼합 냉매에 대한 주요 조절 매개변수이다. 스트림(35)의 압력이 낮으면, 상응하는 온도가 감소하고, 스트림(19)의 온도가 감소하며, 혼합 냉매의 양이 증가한다. 따라서 상기 스트림(35) 압력 매개변수는 증류 칼럼(20)으로의 환류를 변화시키고, 이는 오버헤드 스트림의 순도를 변화시킨다. 상기 스트림(35)의 압력, 온도 및 흐름을 또한 상기 주 열교환기(10)에서의 열 전달 요구가 만족되도록 조절한다.
스트림 12 13 15 17 14 18 19 34 35
온도 (℃) 48.9 -31.7 -34.4 -34.3 -36.3 106.9 -98.1 -90.4 -106.4
온도 (℃) 120 -25 -30 -29.68 -33.27 224.5 -144.6 -130.8 -159.5
압력 (바) 28.6 28.3 1.5 1.4 27.9 28.3 27.6 27.6 15.4
압력 (psia) 415 410 21.88 20.88 405 410 400 400 222.7
질량 유량 (kg/h) 11022 11022 9834 9834 9761 2816 9761 8782 8782
질량 유량 (lb/h) 24300 24300 21680 21680 21520 6209 21520 19360 19360
성분 (몰 %)
메탄 0.7597 0.7597 0 0 0.7927 0 0.7927 0.7711 0.7711
에탄 0.0768 0.0768 0.0150 0.0150 0.1126 0.0091 0.1126 0.1566 0.1566
프로판 0.0629 0.0629 0.9800 0.9800 0.0486 0.4575 0.0486 0.0622 0.0622
i-부탄 0.0113 0.0113 0.0050 0.0050 0 0.1094 0 0 0
n-부탄 0.0270 0.0270 0 0 0 0.2613 0 0 0
i-펜탄 0.0065 0.0065 0 0 0 0.0629 0 0 0
n-펜탄 0.0066 0.0066 0 0 0 0.0639 0 0 0
n-헵탄 0.0037 0.0037 0 0 0 0.0358 0 0 0
이산화탄소 0.0025 0.0025 0 0 0.0029 0 0.0029 0.0041 0.0041
질소 0.0430 0.0430 0 0 0.0430 0 0.0430 0.0060 0.0060
스트림 42 43 39 28 26 32 32ex 51 48
온도 (℃) -98.4 43.3 -41.1 -41.1 -41.1 -45.3 -45.3 -95.8 43.1
온도 (℃) -145.1 110 -42 -42 -42 -49.5 -49.5 -140.5 109.6
압력 (바) 27.2 26.9 33.4 33.4 33.4 27.9 27.9 27.5 27.2
압력 (psia) 395 390 485 485 485 405 405 399.5 394.5
질량 유량 (kg/h) 533 533 8782 7226 1557 1999 5253 2448 7702
질량 유량 (lb/h) 1174 1174 19360 15930 3433 4408 11580 5397 16980
성분 (몰%)
메탄 0.8267 0.8267 0.7711 0.8316 0.3229 0.8318 0.8318 0.8825 0.8488
에탄 0.0091 0.0091 0.1566 0.1297 0.3551 0.1292 0.1292 0.0103 0.0895
프로판 0.0006 0.0006 0.0622 0.0278 0.3169 0.0279 0.0279 0.0007 0.0188
i-부탄 0 0 0 0 0 0 0 0 0
n-부탄 0 0 0 0 0 0 0 0 0
i-펜탄 0 0 0 0 0 0 0 0 0
n-펜탄 0 0 0 0 0 0 0 0 0
n-헵탄 0 0 0 0 0 0 0 0 0
이산화탄소 0.0007 0.0007 0.0041 0.0040 0.0043 0.0040 0.0040 0.0008 0.0029
질소 0.1629 0.1629 0.0060 0.0067 0.0008 0.0070 0.0070 0.1057 0.0400
실시예 2 내지 5
실시예 2 내지 5에서 각각의 시뮬레이션 연구들에 대해, 표 2에 나타낸 조성을 갖는 가스 공급물을 등압 개방 냉각 천연 가스액 회수 및 질소 제거 공정에 공급한다. 상기 공급 가스의 공급률을 49 ℃(120 ℉)의 온도 및 29 바(415 psig)의 압력에서 11,181 ㎏/h(24,650 lb/h)로 지정한다.
질소 함유 천연 가스 공급물 조성
조성 몰 분율
메탄 0.7327
에탄 0.0768
프로판 0.0629
i-부탄 0.0113
n-부탄 0.0270
i-펜탄 0.0065
n-펜탄 0.0066
n-헵탄 0.0037
이산화탄소 0.0025
질소 0.0700
실시예 2
도 2에 예시된 바와 유사한 공정 흐름도를 시뮬레이션하며, 이때 질소 분리 유닛(100)은 도 3에 도시된 바와 같다. 중요 매개변수들을 상기 시뮬레이션에서 조절한다. 스트림(15)으로부터의 1차 냉각을 설정하여 상기 공급물 및 혼합 냉매를 냉각시키고/시키거나 부분적으로 응축시키고, 냉매 온도를 열 전달 및 동력 요구가 최적화되도록 조절할 수 있다. 리보일러 열을 조절하여 에탄 대 프로판 비 또는 다른 NGL 생성물 사양을 조절한다. 스트림(35)의 압력 및 온도가 중요 매개변수이다. 이는 저온 혼합 냉매에 대한 주요 조절 매개변수이다. 스트림(35)의 압력이 낮으면, 상응하는 온도가 감소하고, 스트림(19)의 온도가 감소하며, 혼합 냉매의 양이 증가한다. 따라서 상기 스트림(35) 압력 매개변수는 증류 칼럼(20)으로의 환류를 변화시키고, 이는 오버헤드 스트림의 순도를 변화시킨다. 상기 스트림(35)의 압력, 온도 및 흐름을 또한 상기 주 열교환기(10)에서의 열 전달 요구가 만족되도록 조절한다. 질소 분리 유닛(100)을 조절하여 4 몰%의 질소 함량을 갖는 질소-고갈(고 btu) 분획(47)을 생성시키고, 이러는 동안 상기 각 분리 스테이지에서의 멤브레인들의 필요 크기를 계산한다. 멤브레인 크기 배열을 위해서, 질소에 대해 메탄의 통과를 허용하는 멤브레인의 선택성을 3 대 1로 정한다. 상기 시뮬레이션의 결과를 표 3에 제공하며, 실시예 2 내지 5에 대한 유용성 요구 및 멤브레인 크기 배열을 표 7에서 비교한다.
스트림 12 13 15 17 14 18 19 34
온도 (℃) 48.9 -31.7 -34.4 -34.3 -35.2 105.7 -58.3 -53.0
온도 (℃) 120 -25 -30 -29.68 -31.29 222.3 -72.95 -63.42
압력 (바) 28.6 28.3 15 1.4 27.9 28.3 27.6 27.9
압력 (psia) 415 410 21.88 20.88 405 410 400 405
질량 유량 (kg/h) 11181 11181 9371 9371 9974 2885 9974 1871
질량 유량 (lb/h) 24650 24650 20660 20660 21990 6361 21990 4124
성분 (몰 %)
메탄 0.7327 0.7327 0 0 0.7589 0 0.7589 0.3267
에탄 0.0768 0.0768 0.0150 0.0150 0.1171 0.0095 0.1171 0.3566
프로판 0.0629 0.0629 0.9800 0.9800 0.0508 0.4730 0.0508 0.3110
i-부탄 0.0113 0.0113 0.0050 0.0050 0 0.1061 0 0
n-부탄 0.0270 0.0270 0 0 0 0.2536 0 0
i-펜탄 0.0065 0.0065 0 0 0 0.0610 0 0
n-펜탄 0.0066 0.0066 0 0 0 0.0620 0 0
n-헵탄 0.0037 0.0037 0 0 0 0.0348 0 0
이산화탄소 0.0025 0.0025 0 0 0.0030 0 0.0030 0.0043
질소 0.0700 0.0700 0 0 0.0701 0 0.0701 0.0014
스트림 35 42 43 39 28 26 47 49
온도 (℃) -85.3 -58.3 43.3 -34.4 -34.4 -34.4 48.9 21.9
온도 (℃) -121.5 -72.91 110 -30 -30 -30 120 71.34
압력 (바) 4.0 27.6 27.2 28.9 28.9 28.9 27.6 25.9
압력 (psia) 57.65 400 395 420 420 420 400 375
질량 유량 (kg/h) 1871 8296 8296 1871 194 1676 7307 990
질량 유량 (lb/h) 4124 18290 18290 4124 427.7 3696 16110 2182
성분 (몰 %)
메탄 0.3267 0.8200 0.8200 0.3267 0.7737 0.2437 0.8470 0.5936
에탄 0.3566 0.0848 0.0848 0.3566 0.1762 0.3901 0.0942 0.0055
프로판 0.3110 0.0140 0.0140 0.3110 0.0392 0.3614 0.0156 0.0003
i-부탄 0 0 0 0 0 0 0 0
n-부탄 0 0 0 0 0 0 0 0
i-펜탄 0 0 0 0 0 0 0 0
n-펜탄 0 0 0 0 0 0 0 0
n-헵탄 0 0 0 0 0 0 0 0
이산화탄소 0.0043 0.0029 0.0029 0.0043 0.0050 0.0042 0.0032 0.0001
질소 0.0014 0.0783 0.0783 0.0014 0.0060 0.0005 0.0400 0.4005
실시예 3
도 5에 도시된 바와 유사한 공정 흐름도를 시뮬레이션하며, 이때 질소 분리 유닛(100)은 도 3에 도시된 바와 같다. 중요 매개변수들을 상기 시뮬레이션에서 조절한다. 스트림(15)으로부터의 1차 냉각을 설정하여 상기 공급물 및 혼합 냉매를 냉각시키고/시키거나 부분적으로 응축시키고, 냉매 온도를 열 전달 및 동력 요구가 최적화되도록 조절할 수 있다. 리보일러 열을 조절하여 에탄 대 프로판 비 또는 다른 NGL 생성물 사양을 조절한다. 스트림(35)의 압력 및 온도가 중요 매개변수이다. 이는 저온 혼합 냉매에 대한 주요 조절 매개변수이다. 스트림(35)의 압력이 낮으면, 상응하는 온도가 감소하고, 스트림(19)의 온도가 감소하며, 혼합 냉매의 양이 증가한다. 따라서 상기 스트림(35) 압력 매개변수는 증류 칼럼(20)으로의 환류를 변화시키고, 이는 오버헤드 스트림의 순도를 변화시킨다. 상기 스트림(35)의 압력, 온도 및 흐름을 또한 상기 주 열교환기(10)에서의 열 전달 요구가 만족되도록 조절한다. 스트림(32ex) 중의 수출용으로 이용할 수 있는 저 질소 천연가스의 양을 증가시키기 위해서, 스트림(35)의 온도를 낮추어 상기 혼합 냉매가 질량 흐름 및 메탄 함량의 증가를 갖게 하여 과잉의 혼합 냉매가 스트림(32ex) 중에 상기 시스템에 남도록 한다. 스트림(35)이 보다 저온으로 흐르지만, 상기 스트림은 결국 상기 증가된 메탄 함량으로 인해 보다 높은 압력으로 존재할 수 있다. 상기 스트림(32)의 흐름을 상기 분리기(60) 중에 스트리핑 가스를 제공하도록 조절한다. 스트림(32)은 질소가 낮으며 질소를 상기 혼합 냉매 공급원 스트림(34) 밖으로 스트리핑한다. 질소 분리 유닛(100)을 조절하여 40 몰%의 질소 함량을 갖는 질소-풍부(저 btu) 분획(49)을 생성시키고, 이러는 동안 상기 멤브레인들의 필요 크기를 계산한다(또한 3:1의 선택성을 갖는다). 전체 작업 공정도 계산 조절을 4 몰%의 질소 함량을 갖는 천연 가스 판매 스트림(48)을 갖도록 정한다. 상기 시뮬레이션의 결과를 표 4에 제공하며, 실시예 2 내지 5에 대한 유용성 요구 및 멤브레인 크기 배열을 표 7에서 비교한다.
Figure 112010013939415-pat00001
실시예 4
도 6에 도시된 바와 유사한 공정 흐름도를 시뮬레이션하며, 이때 질소 분리 유닛(100)은 도 3에 도시된 바와 같다. 중요 매개변수들을 상기 시뮬레이션에서 조절한다. 스트림(15)으로부터의 1차 냉각을 설정하여 상기 공급물 및 혼합 냉매를 냉각시키고/시키거나 부분적으로 응축시키고, 냉매 온도를 열 전달 및 동력 요구가 최적화되도록 조절할 수 있다. 리보일러 열을 조절하여 에탄 대 프로판 비 또는 다른 NGL 생성물 사양을 조절한다. 스트림(35)의 압력 및 온도가 중요 매개변수이다. 이는 저온 혼합 냉매에 대한 주요 조절 매개변수이다. 스트림(35)의 압력이 낮으면, 상응하는 온도가 감소하고, 스트림(19)의 온도가 감소하며, 혼합 냉매의 양이 증가한다. 상기 스트림(35)의 압력, 온도 및 흐름을 또한 상기 주 열교환기(10)에서의 열 전달 요구가 만족되도록 조절한다. 수출용으로 이용할 수 있는 저 질소 천연가스의 양을 증가시키기 위해서, 스트림(35)의 온도를 낮추어 상기 혼합 냉매가 질량 흐름 및 메탄 함량의 증가를 갖게 하여 과잉의 혼합 냉매가 상기 시스템에 남도록 한다. 스트림(35)이 보다 저온으로 흐르지만, 상기 스트림은 결국 상기 증가된 메탄 함량으로 인해 보다 높은 압력으로 존재할 수 있다. 스트림(32ex) 중의 저 질소 천연가스를 제거하기 위한 대안으로서, 액체 천연 가스, 스트림(51) 또는 저온 천연가스 증기를 질소가 적합하게 고갈되는 상기 칼럼의 지점에서 상기 분리기(60)로부터 회수한다. 상기 스트림(39)의 온도 및 압력을 미세 조정하여 스트림(26) 중의 환류의 흐름을 조절할 수 있다. 환류 스트림(26)의 증가는 상기 증류 칼럼(60) 오버헤드 중의 무거운 중요 성분의 양을 낮춘다. 질소 분리 유닛(100)을 조절하여 40 몰%의 질소 함량을 갖는 질소-풍부(저 btu) 분획(49)을 생성시키고, 이러는 동안 상기 멤브레인들의 필요 크기를 계산한다(또한 3:1의 선택성을 갖는다). 전체 작업 공정도 계산 조절을 4 몰%의 질소 함량을 갖는 천연 가스 판매 스트림(48)을 갖도록 정한다. 상기 시뮬레이션의 결과를 표 5에 제공하며, 실시예 2 내지 5에 대한 유용성 요구 및 멤브레인 크기 배열을 표 7에서 비교한다.
Figure 112010013939415-pat00002
실시예 5
도 7에 도시된 바와 유사한 공정 흐름도를 시뮬레이션하며, 이때 질소 분리 유닛(100)은 도 4에 도시된 바와 같다. 중요 매개변수들을 상기 시뮬레이션에서 조절한다. 스트림(15)으로부터의 1차 냉각을 설정하여 상기 공급물 및 혼합 냉매를 냉각시키고/시키거나 부분적으로 응축시키고, 냉매 온도를 열 전달 및 동력 요구가 최적화되도록 조절할 수 있다. 리보일러 열을 조절하여 에탄 대 프로판 비 또는 다른 NGL 생성물 사양을 조절한다. 스트림(35)의 압력 및 온도가 중요 매개변수이다. 이는 저온 혼합 냉매에 대한 주요 조절 매개변수이다. 스트림(35)의 압력이 낮으면, 상응하는 온도가 더 낮아지고, 스트림(19)의 온도가 더 낮아지게 되며, 혼합 냉매의 양이 증가한다. 상기 스트림(35)의 압력, 온도 및 흐름을 또한 상기 주 열교환기(10)에서의 열 전달 요구가 만족되도록 조절한다. 수출용으로 이용할 수 있는 저 질소 천연가스의 양을 증가시키기 위해서, 스트림(35)의 온도를 낮추어 상기 혼합 냉매가 질량 흐름 및 메탄 함량의 증가를 갖게 하여 과잉의 혼합 냉매가 상기 시스템에 남도록 한다. 스트림(35)이 보다 저온으로 흐르지만, 상기 스트림은 결국 상기 증가된 메탄 함량으로 인해 보다 높은 압력으로 존재할 수 있다. 액체 천연 가스, 스트림(51)을 질소가 적합하게 고갈되는 상기 칼럼의 지점에서 상기 분리기(60)로부터 회수한다. 스트림(51)은 높은 퍼센트의 액체 메탄을 가지며, 이는 상기 스트림을 저온 냉각의 탁월한 공급원으로 만든다. 밸브(95)를 통한 스트림(51)의 압력 강하는 열교환기(110)에 저온 냉각 유용성 스트림을 제공하며, 상기 열교환기는 질소 분리 유닛(100)에서 기원하는 고 질소 함량 스트림(413)의 일부를 응축시킨다. 이러한 재순환은 중간 btu 연료 스트림을 생성시키는 대신에 중간 btu 가스 스트림(413)을 소모시키며, 보다 많은 판매 가스 및 저 btu 질소 스트림을 생산한다. 상기 (413a) 환류 스트림을 상기 분리기(60)에 첨가하는 것은 증류에 의해 수행되는 질소-메탄 분리를 증가시킨다. 상기 스트림(39)의 온도 및 압력을 미세 조정하여 스트림(26) 중의 환류의 흐름을 조절할 수 있다. 환류 스트림(26)의 증가는 상기 증류 칼럼(60) 오버헤드 중의 무거운 중요 성분의 양을 낮춘다. 질소 분리 유닛(100)을 조절하여 10 몰%의 질소 함량을 갖는 질소-고갈(고 btu) 분획(47)을 생성시키고, 이러는 동안 상기 멤브레인들의 필요 크기를 계산한다(또한 3:1의 선택성을 갖는다). 전체 작업 공정도 계산 조절을 4 몰%의 질소 함량을 갖는 천연 가스 판매 스트림(48)을 갖도록 정한다. 상기 시뮬레이션의 결과를 표 6에 제공하며, 실시예 2 내지 5에 대한 유용성 요구 및 멤브레인 크기 배열을 표 7에서 비교한다.
Figure 112010013939415-pat00003
상기 시뮬레이션들로부터의 결과를, 필요한 멤브레인 표면적 및 질소 회수 유닛(NRU) 동력 요구를 포함하여 표 7에 요약한다.
실시예 2 3 4 5
NRN 동력 요구 (kW) 1467 342 371 579
NRU 동력 요구 (hp) 1967 459 497 776
스테이지 1 멤브레인 면적 (m2) 1010 456 207 206
스테이지 2 멤브레인 면적 (m2) 1105 74 57 260
실시예 2에 비해, 실시예 3은 본 발명에 개시된 실시형태들에 따라 성취될 수 있는 멤브레인 및 압축 요구의 변화를 나타내며, 이때 상기 혼합 냉매는 흡수기로 가기 전에 분할된다. 상기 질소 회수 유닛의 동력 요구는, 상기 멤브레인 면적을 실시예 2에서 필요한 경우의 약 25%까지 감소시키면서, 유전 가스의 백만 표준 입방 피트당 약 197에서 82 hp까지 감소된다. 이는 극적인 감소이며, 당해 분야의 숙련가가 상기 등압 개방 냉각 유닛 밖으로 가스의 후류(slip stream)를 블렌딩을 위해 뽑아내고 NGL 처리의 경제적 환경 크게 개선시킴으로써 기대할 수 있는 것을 훨씬 능가하며, 이때 상기와 같은 경제적 환경은 고 질소 가스의 작은 유전조차도 생산을 만들어 낼 수 있게 한다. 실시예 4는 상기 흡수기로부터 측면 인출을 포함하여 상기 등압 개방 냉각 시스템으로부터 저 질소 가스를 회수하고, 고압 멤브레인 NRU를 사용하여 실시예 3에 비해 필요한 멤브레인 면적을 더욱 감소시킨다.
실시예 5는 등압 개방 냉각 시스템과 질소 제거 유닛과의 통합 이점을 예시한다. 실시예 5에 의해 입증된 바와 같이, 상기 가스 처리 설비의 전체적인 물질 균형을 변경시켜, 실시예 2에 비해 동력을 덜 소비하고 현저하게 더 작은 멤브레인 면적을 필요로 하면서, 판매에 보다 적합한 생성물을 제공할 수 있다. 실시예 5에서, 중간 btu 가스의 재순환은 고 메탄 회수를 제공할 수 있다. 실시예 5에서, 유입 메탄의 단지 약 3%만이 질소 퍼지 스트림 중의 저 btu 가스로서 상실된다. 동력 소비도 또한 실시예 2의 경우보다 충분히 아래에 있다. 실시예 2에 비해, 실시예 4는 순 질소 회수 유닛 마력을 감소시키면서 4.7% 더 메탄을 회수한다.
상기 실시예들에 의해 입증된 바와 같이, 본 발명에 개시된 실시형태들에 의해 제공된 혼합 냉매 시스템의 반응은 질소 분리를 크게 향상시키며 NGL의 처리에 적합한 시스템을 제공한다. 상기 등압 개방 냉각 시스템은 냉각 압축의 압력 비를 증가시키지 않으면서 보다 저온의 냉각 온도를 허용한다. 더욱이, 상기 등압 개방 냉각 시스템을 이용하여, NGL 회수 및 질소 분리 모두를 제공하고, 질소 제거와 연속되는 통상적인 회수를 갖는 종래 기술 유닛 가동에 비해 NGL 처리의 경제적 환경을 크게 개선할 수 있다.
본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 공정은 보다 높은 흡입 압력에서 보다 낮은 온도를 반직관적으로 허용한다. 대부분의 냉각 시스템에서, 보다 낮은 온도를 성취하기 위해서는 보다 낮은 흡입 압력이 요구된다. 그러나, 혼합 냉매, 스트림(35)에 비해, 실시예 2에서 혼합 냉매는 -85.3 ℃(-121.5 ℉)의 온도 및 4 바(57.65 psia)의 압력으로 존재하고 1871 ㎏/h(4124 lb/h)의 유량을 갖지만; 실시예 3에서 혼합 냉매는 -106.4 ℃(-159.5 ℉)의 온도 및 14.2 바(206 psia)의 압력으로 존재하고 3646 ㎏/h(8039 lb/h)의 유량을 갖는다. 본 발명에 개시된 공정들은 스트림 조성을 유리하게 조작함으로써, 보다 높은 메탄 함량을 갖는 추가적인 혼합 냉매를 생산하여, 보다 높은 흡입 압력에서 보다 낮은 온도를 유발한다. 본 발명에 개시된 실시형태들에 의해 제공된 상기와 같은 유리한 공정은 수출이 가능하며, 고 질소 함량 가스와 블렌딩될 수 있는 필수적으로 질소가 없는 천연가스의 생산을 허용하며, 이때 상기와 같은 처리는 보다 낮은 필요 총효율, 보다 낮은 필요 멤브레인 표면적, 및 보다 낮은 전체 처리 비용을 갖는 질소 회수 유닛을 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 개시된 실시형태들은 질소로부터 천연가스를 효율적으로 분리하기 위한 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명에 개시된 실시형태들은 등압 개방 고리 냉각을 사용하여 질소로부터 천연가스를 효율적으로 분리할 수 있게 한다.
본 발명에 개시된 공정들의 이점 중에는 상기 증류 칼럼으로의 환류에, 예를 들어 에탄이 풍부하고, 상기 증류 칼럼으로부터 프로판 손실이 감소된다는 것이 있다. 상기 환류는 또한 상기 증류 칼럼 중에 경질 탄화수소, 예를 들어 에탄의 몰 분율을 증가시켜, 오버헤드 스트림의 응축을 보다 용이하게 한다. 더욱이, 본 발명에 개시된 공정들은 상기 증류 칼럼 오버헤드에서 응축된 액체를 2회, 저온 냉매로서 1회, 및 증류 칼럼용 환류 스트림으로서 다시 사용한다.
유리하게는, 본 발명에 개시된 실시형태들은 질소 회수 유닛과 통합된 개방-고리 냉각 시스템을 사용하여, 4 몰% 초과의 불활성 성분을 함유하는 생성 가스 스트림으로부터 천연가스 판매 스트림의 생산을 제공할 수 있다. 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 고 순도 천연가스 스트림의 통합은 전형적인 천연가스 분리 공정들에 비해 감소된 에너지 및 멤브레인 표면적 요건을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 공정 흐름 스트림들의 적합한 이용에 의해, 조성 요구를 충족하는 천연가스 생성물 스트림을 본 발명에 개시된 실시형태들을 사용하여 뛰어난 공정 효율로 생산할 수 있다. 본 발명에 개시된 실시형태들에 따른 등압 개방 냉각과 질소 회수의 통합은 저-질소 함량 스트림의 유리한 사용을 허용하여, 낮은 유용성 요구, 멤브레인 표면적 요구, 공정 유연성 및 상술한 다른 이점들을 갖는 효율적인 분리를 유발한다. 등압 개방 냉각과 질소 제거의 통합은 질소 제거와 연속되는 천연가스의 처리에 비해 놀라운 상승효과를 제공한다. 따라서 본 발명에 개시된 공정들은 저-질소 함량 천연가스 스트림의 효율적인 분리를 허용할 뿐만 아니라, 본 발명에 개시된 공정들에 의해 제공된 이점들은 고 질소 함량 천연가스 스트림의 생산을 허용하며, 이는 종래에 경제적으로 가능하지 않았다.
상기 내용이 제한된 수의 실시형태들을 포함하지만, 상기 내용의 이점을 갖는 당해 분야의 숙련가들은 다른 실시형태들을 본 내용의 범위로부터 이탈됨 없이 고안해낼 수 있음을 알 것이다. 따라서, 상기 범위는 오직 첨부된 청구의 범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (31)

  1. 프랙셔네이터에서, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고;
    상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소가 풍부한 오버헤드 분획, 질소가 고갈된 기부 분획, 및 중간 질소 함량의 측면 인출 분획을 포함한 3개 이상의 분획으로 분리하고;
    상기 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고;
    상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 프랙셔네이터로 공급하고;
    상기 프로판-고갈 분획의 일부를 상기 제 1 분리기로 재순환시키고;
    상기 프로판-고갈 분획의 일부를 천연 가스액 생성물 스트림으로서 회수하는 것을 포함하는 천연 가스액의 회수 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 천연 가스액 생성물 스트림은 4 몰% 이하의 질소를 포함하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 중간 질소 함량의 측면 인출 분획의 적어도 일부를 상기 회수된 부분과 혼합하여 천연 가스액 생성물 스트림을 형성하는 것을 더 포함하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 혼합물은 4 몰% 이하의 질소를 포함하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 가스 스트림, 경질 분획, 회수된 부분, 질소가 풍부한 오버헤드 분획, 질소가 고갈된 기부 분획, 중간 질소 함량의 측면 인출 분획 및 냉매 중 둘 이상의 사이에서 열교환하는 것을 더 포함하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 질소 제거 유닛에서 상기 질소가 풍부한 오버헤드 분획 및 중간 질소 함량의 측면 인출 분획 중 하나 이상을 분리시켜 질소-고갈 천연가스 스트림 및 질소-풍부 천연가스 스트림을 생성하는 것을 더 포함하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 회수된 부분을 상기 중간 질소 함량의 측면 인출 분획, 질소-고갈 천연가스 스트림, 및 질소-풍부 천연가스 스트림 중 하나 이상의 적어도 일부와 혼합하여 천연 가스액 생성물 스트림을 형성하는 것을 더 포함하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 혼합물은 4 몰% 이하의 질소를 포함하는 방법.
  9. 프랙셔네이터에서, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고;
    상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소-풍부 분획과 질소-고갈 분획을 포함한 2개 이상의 분획으로 분리하고;
    상기 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고;
    상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 프랙셔네이터로 공급하고;
    상기 프로판-고갈 분획의 적어도 일부를 상기 제 1 분리기로 재순환시키고;
    질소 제거 유닛에서 질소-풍부 분획을 분리시켜 질소-고갈 천연가스 스트림 및 질소-풍부 천연가스 스트림을 생성하는 것을 포함하는 천연 가스액의 회수 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 가스 스트림은 이산화탄소를 더 포함하는 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 가스 스트림, 경질 분획, 프로판-고갈 분획의 일부, 질소-풍부 분획, 질소-고갈 분획, 및 냉매 중 둘 이상의 사이에서 열교환하는 것을 더 포함하는 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 가스 스트림은 4 몰% 보다 큰 질소를 포함하는 방법.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 질소-고갈 천연 가스 스트림은 4 몰% 이하의 질소를 포함하는 방법.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 프로판-고갈 분획의 적어도 일부와 질소-고갈 천연 가스 스트림을 혼합하여 4 몰% 이하의 질소를 갖는 천연 가스 생성물 스트림을 생성하는 것을 더 포함하는 방법.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 경질분획을 분리하는 단계는 경질 분획을, 질소가 풍부하고 프로판이 고갈된 오버헤드 분획과, 질소가 고갈되고 프로판이 풍부한 기부 분획과, 중간 프로판 및 질소 함량의 측면 인출 분획을 포함한 3개 이상의 분획으로 분리하는 것을 포함하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 중간 프로판 및 질소 함량의 측면 인출 분획의 적어도 일부를 질소-고갈 천연 가스 스트림과 혼합하여 4 몰% 이하의 질소를 갖는 천연 가스 생성물 스트림을 생성하는 것을 더 포함하는 방법.
  17. 제 9항에 있어서, 상기 질소-풍부 분획을 분리하는 단계는 중간 질소 함량 천연 가스 스트림을 생성하는 것을 더 포함하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 중간 질소 함량 천연 가스 스트림을 제 1분리기로 재순환시키는 것을 더 포함하는 방법.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 질소-풍부 분획을 분리하는 단계는 중간 질소 함량 천연 가스 스트림을 생성하는 것을 더 포함하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 중간 질소 함량 천연 가스 스트림의 적어도 일부를 제 1분리기로 재순환시키는 것을 더 포함하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 중간 프로판 및 질소 함량의 측면 인출 분획과 중간 질소 함량 천연 가스 스트림 사이에서 열교환하는 것을 더 포함하는 방법.
  22. 제 9항에 있어서, 상기 제 1분리기는 흡수 칼럼인 방법.
  23. 제 9항에 있어서, 상기 질소 제거 유닛은 하나 이상의 멤브레인 분리 스테이지를 포함하는 방법.
  24. 제 9항에 있어서, 상기 질소-고갈 천연 가스 스트림은 최대 15 몰%의 질소를 포함하고, 상기 질소-풍부 천연 가스 스트림은 20 몰% 이상의 질소를 포함하는 방법.
  25. 제 17항에 있어서, 상기 질소-고갈 천연 가스 스트림은 최대 15 몰%의 질소를 포함하고, 중간 질소 함량 천연 가스 스트림은 15 내지 30 몰%의 질소를 포함하며, 상기 질소-풍부 천연 가스 스트림은 30 몰% 이상의 질소를 포함하는 방법.
  26. 프랙셔네이터에서, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고;
    상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소-풍부 분획 및 질소-고갈 분획을 포함한 2개 이상의 분획으로 분리하고;
    상기 질소-고갈 분획을 압축 및 냉각하고;
    상기 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고;
    상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 프랙셔네이터로 공급하고;
    상기 프로판-고갈 분획의 적어도 일부를 상기 제 1 분리기로 재순환시키고;
    상기 가스 스트림, 경질 분획, 프로판-고갈 분획, 질소-풍부 분획, 질소-고갈 분획, 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획 및 냉매 중 둘 이상의 사이에서 열교환하고;
    질소 제거 유닛에서 상기 질소-풍부 분획을 분리하는 것을 포함하고, 이 분리단계는,
    제 1 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고;
    제 2 멤브레인 분리 스테이지에서 상기 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 분리하여 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 2 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고;
    상기 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림의 적어도 일부를 상기 제 1 멤브레인 분리 스테이지의 분리단계로 재순환시키는 단계를 포함하는 천연 가스액의 회수 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 질소 제거 유닛에서 질소-풍부 분획을 분리하는 단계는:
    제 1멤브레인 분리 스테이지에서의 분리단계 전에 질소-풍부 분획을 압축 및 냉각하고;
    상기 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림을 파이프라인 압력까지 압축 및 냉각하고;
    재순환 전에 상기 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림을 압축 및 냉각하는 것 중 하나 이상을 더 포함하는 방법.
  28. 프랙셔네이터에서, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고;
    상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소-풍부 분획 및 질소-고갈 분획을 포함한 2개 이상의 분획으로 분리하고;
    상기 질소-고갈 분획을 압축 및 냉각하고;
    상기 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고;
    상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 프랙셔네이터로 공급하고;
    상기 프로판-고갈 분획의 적어도 일부를 상기 제 1 분리기로 재순환시키고;
    상기 가스 스트림, 경질 분획, 프로판-고갈 분획, 질소-풍부 분획, 질소-고갈 분획, 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획 및 냉매 중 둘 이상의 사이에서 열교환하고;
    질소 제거 유닛에서 상기 질소-풍부 분획을 분리하는 것을 포함하고, 이 분리단계는:
    제 1 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고;
    제 2 멤브레인 분리 스테이지에서 상기 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 분리하여 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 2 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고;
    제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림을 고 btu 천연 가스 생성물 스트림으로서 회수하고;
    제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림을 중간 btu 천연 가스 생성물 스트림으로서 회수하고;
    제 2 질소-풍부 천연 가스 스트림을 저 btu 천연 가스 생성물 스트림으로서 회수하는 것을 포함하는 천연 가스액외 회수 방법.
  29. 제 26항에 있어서, 상기 질소 제거 유닛에서 질소-풍부 분획을 분리하는 단계는:
    제 1멤브레인 분리 스테이지에서의 분리단계 전에 질소-풍부 분획을 압축 및 냉각하고;
    고 btu 천연 가스 생성물 스트림의 회수단계 전에 상기 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림을 파이프라인 압력까지 압축 및 냉각하고;
    중간 btu 천연 가스 생성물 스트림의 회수단계 전에 상기 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림을 압축 및 냉각하는 것 중 하나 이상을 더 포함하는 방법.
  30. 프랙셔네이터에서, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고;
    상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소-풍부 분획 및 질소-고갈 분획을 포함한 2개 이상의 분획으로 분리하고;
    상기 질소-고갈 분획을 압축 및 냉각하고;
    상기 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고;
    상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 프랙셔네이터로 공급하고;
    상기 프로판-고갈 분획의 일부를 상기 제 1 분리기로 공급하고;
    상기 프로판-고갈 분획의 일부를 회수하고;
    상기 가스 스트림, 경질 분획, 프로판-고갈 분획의 일부, 질소-풍부 분획, 질소-고갈 분획, 회수 분획, 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획 및 냉매 중 둘 이상의 사이에서 열교환하고;
    질소 제거 유닛에서 상기 질소-풍부 분획을 분리하는 것을 포함하고, 이 분리단계는:
    제 1 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고;
    제 2 멤브레인 분리 스테이지에서 상기 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 분리하여 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 2 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고;
    제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림의 적어도 일부를 제 1 멤브레인 분리 스테이지의 분리단계로 재순환시키고;
    상기 회수 분획과 상기 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림을 혼합하여 천연 가스 생성물 스트림을 생성하는 것을 포함하는 천연 가스액의 회수 방법.
  31. 프랙셔네이터에서, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 가스 스트림을, 질소, 메탄, 에탄, 및 프로판을 포함하는 경질 분획과 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 포함하는 중질 분획을 포함하는 2개 이상의 분획으로 분별하고;
    상기 경질 분획을 제 1 분리기에서 질소-풍부 분획, 중간 질소 함량 분획, 및 질소-고갈 분획을 포함한 3개 이상의 분획으로 분리하고;
    상기 질소-고갈 분획을 압축 및 냉각하고;
    상기 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획을 제 2 분리기에서 프로판-풍부 분획과 프로판-고갈 분획으로 분리하고;
    상기 프로판-풍부 분획의 적어도 일부를 환류로서 상기 프랙셔네이터로 공급하고;
    상기 프로판-고갈 분획의 적어도 일부를 상기 제 1 분리기로 재순환시키고;
    상기 가스 스트림, 경질 분획, 프로판-고갈 분획의 일부, 질소-풍부 분획, 질소-고갈 분획, 압축 및 냉각된 질소-고갈 분획, 중간 질소 함량 분획 및 냉매 중 둘 이상의 사이에서 열교환하고;
    질소 제거 유닛에서 상기 질소-풍부 분획을 분리하는 것을 포함하고, 이 분리단계는:
    제 1 멤브레인 분리 스테이지에서 질소-풍부 분획을 분리하여 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고;
    제 2 멤브레인 분리 스테이지에서 상기 제 1 질소-풍부 천연 가스 스트림을 분리하여 제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림과 제 2 질소-풍부 천연 가스 스트림을 생성하고;
    제 2 질소-고갈 천연 가스 스트림의 적어도 일부를 제 1 멤브레인 분리 스테이지의 분리단계로 재순환시키고;
    중간 질소 함량 분획과 상기 제 1 질소-고갈 천연 가스 스트림을 혼합하여 천연 가스 생성물 스트림을 생성하는 것을 포함하는 천연 가스액의 회수 방법.
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Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9217603B2 (en) 2007-09-13 2015-12-22 Battelle Energy Alliance, Llc Heat exchanger and related methods
US9254448B2 (en) 2007-09-13 2016-02-09 Battelle Energy Alliance, Llc Sublimation systems and associated methods
US9574713B2 (en) 2007-09-13 2017-02-21 Battelle Energy Alliance, Llc Vaporization chambers and associated methods
US8899074B2 (en) * 2009-10-22 2014-12-02 Battelle Energy Alliance, Llc Methods of natural gas liquefaction and natural gas liquefaction plants utilizing multiple and varying gas streams
US8061413B2 (en) 2007-09-13 2011-11-22 Battelle Energy Alliance, Llc Heat exchangers comprising at least one porous member positioned within a casing
US8555672B2 (en) 2009-10-22 2013-10-15 Battelle Energy Alliance, Llc Complete liquefaction methods and apparatus
US8627681B2 (en) * 2009-03-04 2014-01-14 Lummus Technology Inc. Nitrogen removal with iso-pressure open refrigeration natural gas liquids recovery
EP2536481A4 (en) 2010-02-17 2014-02-19 Fluor Tech Corp CONFIGURATIONS AND METHODS FOR REMOVAL OF HIGH PRESSURE ACID GAS IN THE PRODUCTION OF LOW SOFT SULFUR GAS
CN102925213B (zh) * 2011-08-09 2015-01-07 中国石油化工股份有限公司 一种含轻烃石油化工气体的处理方法
JP5132822B1 (ja) * 2012-03-27 2013-01-30 大陽日酸株式会社 蒸留装置
US10655911B2 (en) 2012-06-20 2020-05-19 Battelle Energy Alliance, Llc Natural gas liquefaction employing independent refrigerant path
KR101392895B1 (ko) * 2012-07-23 2014-05-12 대우조선해양 주식회사 바이패스부를 구비한 천연가스의 질소 제거시스템 및 방법
KR101392894B1 (ko) * 2012-07-23 2014-05-12 대우조선해양 주식회사 천연가스의 질소 제거시스템
US20140026615A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Fluor Technologies Corporation Configurations and methods for deep feed gas hydrocarbon dewpointing
WO2014066539A1 (en) 2012-10-24 2014-05-01 Fluor Technologies Corporation Integration methods of gas processing plant and nitrogen rejection unit for high nitrogen feed gases
US20160258675A1 (en) * 2013-10-09 2016-09-08 Lummus Technology Inc. Split feed addition to iso-pressure open refrigeration lpg recovery
US9487458B2 (en) 2014-02-28 2016-11-08 Fluor Corporation Configurations and methods for nitrogen rejection, LNG and NGL production from high nitrogen feed gases
US9816754B2 (en) * 2014-04-24 2017-11-14 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated nitrogen removal in the production of liquefied natural gas using dedicated reinjection circuit
CN104087357B (zh) * 2014-07-16 2018-02-27 北京安珂罗工程技术有限公司 一种从天然气液化过程中脱除重烃的方法和系统
US9714925B2 (en) * 2014-11-20 2017-07-25 Saudi Arabian Oil Company Simulataneous gas chromatograph analysis of a multi-stream natural gas upgrade generated through a multi-membrane process
CN105987579B (zh) * 2015-02-02 2018-09-04 上海宝钢气体有限公司 从甲烷混合气中同时制取压缩天然气和液化天然气的方法
WO2016126159A2 (en) * 2015-02-03 2016-08-11 Ilng B.V. System and method for processing a hydrocarbon-comprising fluid
KR101672196B1 (ko) * 2015-06-08 2016-11-03 삼성중공업 주식회사 연료가스 공급시스템
DE102015004120A1 (de) * 2015-03-31 2016-10-06 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Abtrennen von Stickstoff aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion
US10928128B2 (en) * 2015-05-04 2021-02-23 GE Oil & Gas, Inc. Preparing hydrocarbon streams for storage
US9816752B2 (en) * 2015-07-22 2017-11-14 Butts Properties, Ltd. System and method for separating wide variations in methane and nitrogen
CN105135820B (zh) * 2015-09-22 2017-10-24 中科瑞奥能源科技股份有限公司 利用含空气瓦斯制取lng的方法以及系统
DE102015117211B8 (de) * 2015-10-08 2016-12-29 Kastanienbaum GmbH Roboterarm mit Eingabeelementen
US10449485B2 (en) 2015-10-09 2019-10-22 Ngk Insulators, Ltd. Method of producing nitrogen-depleted gas, method of producing nitrogen-enriched gas, method of nitrogen separation, and system of nitrogen separation
US11402155B2 (en) * 2016-09-06 2022-08-02 Lummus Technology Inc. Pretreatment of natural gas prior to liquefaction
CN108826833B (zh) * 2018-05-09 2020-05-26 常州大学 一种天然气杂质分离回收装置
CN110540882A (zh) * 2019-08-28 2019-12-06 四川杰瑞恒日天然气工程有限公司 一种天然气液化装置脱氮的方法
US11650009B2 (en) * 2019-12-13 2023-05-16 Bcck Holding Company System and method for separating methane and nitrogen with reduced horsepower demands
US11378333B2 (en) 2019-12-13 2022-07-05 Bcck Holding Company System and method for separating methane and nitrogen with reduced horsepower demands
US20230076428A1 (en) 2021-09-02 2023-03-09 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated nitrogen rejection for liquefaction of natural gas
CN114353433B (zh) * 2022-01-14 2024-06-07 北京石油化工工程有限公司 一种氮循环制冷合成气深冷分离装置及系统

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2874184A (en) 1957-05-13 1959-02-17 Shell Dev Preparation of 1-halophosphonic acids
DE1268162B (de) * 1965-07-28 1968-05-16 Linde Ag Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches
US3874184A (en) * 1973-05-24 1975-04-01 Phillips Petroleum Co Removing nitrogen from and subsequently liquefying natural gas stream
US4936887A (en) * 1989-11-02 1990-06-26 Phillips Petroleum Company Distillation plus membrane processing of gas streams
US5325673A (en) 1993-02-23 1994-07-05 The M. W. Kellogg Company Natural gas liquefaction pretreatment process
US5685170A (en) * 1995-11-03 1997-11-11 Mcdermott Engineers & Constructors (Canada) Ltd. Propane recovery process
US6401486B1 (en) * 2000-05-18 2002-06-11 Rong-Jwyn Lee Enhanced NGL recovery utilizing refrigeration and reflux from LNG plants
US6367286B1 (en) 2000-11-01 2002-04-09 Black & Veatch Pritchard, Inc. System and process for liquefying high pressure natural gas
US6428606B1 (en) * 2001-03-26 2002-08-06 Membrane Technology And Research, Inc. Membrane gas separation process with compressor interstage recycle
US6742358B2 (en) * 2001-06-08 2004-06-01 Elkcorp Natural gas liquefaction
US6425267B1 (en) * 2001-07-27 2002-07-30 Membrane Technology And Research, Inc. Two-step process for nitrogen removal from natural gas
US6758060B2 (en) * 2002-02-15 2004-07-06 Chart Inc. Separating nitrogen from methane in the production of LNG
US6630011B1 (en) * 2002-09-17 2003-10-07 Membrane Technology And Research, Inc. Nitrogen removal from natural gas using two types of membranes
US6662589B1 (en) * 2003-04-16 2003-12-16 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated high pressure NGL recovery in the production of liquefied natural gas
US6978638B2 (en) 2003-05-22 2005-12-27 Air Products And Chemicals, Inc. Nitrogen rejection from condensed natural gas
FR2855526B1 (fr) * 2003-06-02 2007-01-26 Technip France Procede et installation de production simultanee d'un gaz naturel apte a etre liquefie et d'une coupe de liquides du gaz naturel
US8209996B2 (en) 2003-10-30 2012-07-03 Fluor Technologies Corporation Flexible NGL process and methods
US7234322B2 (en) * 2004-02-24 2007-06-26 Conocophillips Company LNG system with warm nitrogen rejection
US7266976B2 (en) * 2004-10-25 2007-09-11 Conocophillips Company Vertical heat exchanger configuration for LNG facility
EP1715267A1 (en) * 2005-04-22 2006-10-25 Air Products And Chemicals, Inc. Dual stage nitrogen rejection from liquefied natural gas
US7604681B2 (en) * 2006-05-26 2009-10-20 Lummus Technology, Inc. Three-stage membrane gas separation process
US9528759B2 (en) * 2008-05-08 2016-12-27 Conocophillips Company Enhanced nitrogen removal in an LNG facility
US8209997B2 (en) 2008-05-16 2012-07-03 Lummus Technology, Inc. ISO-pressure open refrigeration NGL recovery
US8627681B2 (en) * 2009-03-04 2014-01-14 Lummus Technology Inc. Nitrogen removal with iso-pressure open refrigeration natural gas liquids recovery

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Publication number Publication date
JP2010202875A (ja) 2010-09-16
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US8627681B2 (en) 2014-01-14
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