KR101953939B1 - 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하기 위한 시스템과 방법, 및 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 - Google Patents
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Abstract
탄화수소 정 스트림을 취급하기 위해 탄화수소 정 스트림 분리 탱크가 이용된다. 탱크는 탄화수소 정 스트림의 증기 탄화수소 상으로부터 액체 상의 액체를 분리하기 위한 하부 격실 (102), 및 탄화수소 정 스트림이 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 외부로부터 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 하부 격실로 유동하도록 허용하기 위한 유입구 (110) 를 갖는다. 탱크는 중력적으로 하부 격실 위에 위치하는 상부 격실 (104), 및 하부 격실과 상부 격실을 유동적으로 연결하는 내부 통로 (106) 를 더 갖는다. 증기 탄화수소 상으로부터 수은을 여과할 수 있는 필터 (108) 는 상부 격실에 배치된다.
Description
본 발명은 탄화수소 정 (well) 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 추가 양태에서, 본 발명은 탄화수소 정 스트림 분리 탱크에 관한 것이다. 이러한 탄화수소 정 스트림 분리 탱크는 본원에 개시된 시스템 및/또는 방법의 일부에 사용되거나 일부를 형성할 수도 있다.
지하 어스 지층 (subterranean earth formations) 으로부터 생성되는 탄화수소 정 스트림은 종종 천연 가스 및/또는 원유, 및 물을 함유한 수성상을 함유한다. 천연 가스는 보통 이산화탄소 CO2 와 같은 산 분자 및 H2S 와 같은 황 화합물을 포함하는 비탄화수소 분자로 오염된다. 하지만, 그 외에, 세계의 특정 지역에서 생성되는 탄화수소 정 스트림은 그것의 프로세싱에 문제를 일으키기에 충분한 양의 수은을 함유할 수도 있다. 수은은 생성된 물 및/또는 원유에 존재할 뿐만 아니라, 또한 천연 가스에 존재할 수도 있다.
US 특허 4,982,050 은, 미가공 천연 가스가 그것의 액화 전에 처리되는 방법 및 시스템을 개시한다. 주 열교환기 전에 시스템에서 실질적으로 최냉점에 배치된 Hg 콜드 트랩 외에도, 가스가 수은에 의해 쉽게 손상되는 장비와 접촉하기 전에, 처리 베드에서 천연 가스와 접촉함으로써 천연에 존재하는 수은 오염 대부분을 제거하거나 또는 그렇지 않으면 수은을 함유할 수도 있는 환경에 방출되는 증기를 생성하도록 별도의 Hg 제거제가 제공된다. 수은 제거제로부터의 유출 가스는 이산화탄소 및 황화수소 제거 유닛을 통하여 운반된다.
특허 출원 공개 US 2010/0032344 는 정 현장에서 원유에 함유된 원소 수은의 레벨을 감소시키기 위한 프로세스를 개시한다. 원유 정으로부터의 원유는 탄화수소, 수은 및 물을 함유한 가스 탄화수소 스트림 및 액체 탄화수소 스트림으로의 분리를 위한 분리기로 전달된다. 가스 탄화수소 스트림과 액체 탄화수소 스트림 둘 다 분리기로부터 제거된다. 분리기로부터 제거된 가스 탄화수소 스트림의 적어도 일부를 부분적으로 포함하는 수은함유 가스 공급물이 별도의 유닛으로 배열된 수은 제거 유닛에 투입된다.
특히 해상 환경에서, 플롯 (plot) 공간은 부족하고 많은 비용이 든다. 이런 이유로, 공지된 방법은 예컨대 부유식 원유 생산 저장 하역 구조물 및/또는 부유식 액화 천연 가스 생산 구조물의 형태로 예를 들어 해상 탄화수소 유체 생산 플랫폼과 같은 해상 환경에 적용하기에 그다지 매력적이지 않다.
제 1 양태에서, 본 발명은 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 방법을 제공하고, 본 방법은,
- 지하 어스 지층으로부터, 적어도 증기 탄화수소 상 및 액체 상을 포함하는 탄화수소 정 스트림을 생성하는 단계;
- 상기 탄화수소 정 스트림을 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 하부 격실에 공급하는 단계;
- 상기 하부 격실에서, 상기 액체 상으로부터의 액체가 상기 증기 탄화수소 상으로부터 분리될 수 있게 하는 단계;
- 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크로부터 액체 배출 유출구를 통하여 상기 액체를 배출하는 단계;
- 내부 통로를 통하여 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 내부의 상부 격실로 상기 증기 탄화수소 상을 전달하는 단계로서, 상기 내부 통로는 상기 액체 배출 유출구보다 중력적으로 (gravitationally) 더 높게 위치하고, 상기 상부 격실은 중력적으로 상기 하부 격실 위에 위치하는, 상기 증기 탄화수소 상을 전달하는 단계;
- 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 상기 상부 격실 내에 배치된 필터에 상기 증기 탄화수소 상을 통과시키는 단계;
- 상기 필터에서 상기 증기 탄화수소 상으로부터 수은을 축적하는 단계;
- 상기 상부 격실로부터, 여과된 증기 탄화수소 스트림을 배출하는 단계로서, 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림은 상기 필터에서 축적된 수은 없이 상기 증기 탄화수소 상으로부터의 탄화수소 분자 함유 증기를 포함하는, 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림을 배출하는 단계; 및
- 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림을 추가 프로세싱하여, 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 탄화수소 정 스트림 분리 탱크를 제공하고, 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크는,
- 탄화수소 정 스트림의 증기 탄화수소 상으로부터 액체 상의 액체를 분리하기 위한 하부 격실;
- 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 외부로부터 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 하부 격실로의 상기 탄화수소 정 스트림의 유동을 허용하기 위한 유입구;
- 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크로부터 상기 액체를 배출하기 위한 액체 배출 유출구;
- 중력적으로 상기 하부 격실 위에 위치한 상부 격실;
- 상기 하부 격실과 상기 상부 격실을 유동적으로 연결하는 내부 통로로서, 상기 내부 통로는 중력적으로 상기 액체 배출 유출구보다 높게 위치하는, 상기 내부 통로;
- 상기 상부 격실로부터 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 외부로 여과된 증기 탄화수소 스트림을 배출하기 위한 배출 유출구; 및
- 상기 상부 격실 내에 배치된, 상기 증기 탄화수소 상으로부터 수은을 여과할 수 있는 필터로서, 상기 증기 탄화수소 상이 상기 하부 격실로부터 상기 배출 유출구를 통하여 배출되기 전에 상기 필터를 통과해야 하도록 상기 내부 통로는 상기 배출 유출구로부터 유동적으로 분리되는, 상기 필터를 포함한다.
또다른 양태에서, 본 발명은 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하기 위한 시스템을 제공하고, 본 시스템은,
- 전술한 바에 따른, 또는 본원에서 하기 설명되는 바에 따른 탄화수소 정 스트림 분리 탱크; 및
- 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 배출 유출구에 유동적으로 연결되고, 여과된 증기 탄화수소 스트림을 수용하도록 그리고 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하도록 배열된 탄화수소 프로세싱 수단을 포함한다.
이하, 본 발명은 실시예를 들어, 첨부된 비제한적인 도면을 참조하여 더 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명을 구현하는 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하기 위한 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 2 는 도 1 의 시스템에서 사용될 수 있는 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
도 3 은 도 1 의 시스템에서 사용될 수 있는 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 다른 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
도 4 는 도 1 의 시스템에서 사용될 수 있는 탄화수소 프로세싱 수단의 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
도 2 는 도 1 의 시스템에서 사용될 수 있는 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
도 3 은 도 1 의 시스템에서 사용될 수 있는 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 다른 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
도 4 는 도 1 의 시스템에서 사용될 수 있는 탄화수소 프로세싱 수단의 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
본원의 설명을 위해, 라인뿐만 아니라 그 라인에서 운반되는 스트림에 단일 도면 부호가 부여될 것이다. 동일한 도면 부호는 유사한 구성요소, 스트림 또는 라인을 나타낸다. 본 기술분야의 통상의 기술자는, 본 발명이 하나 이상의 특정 조합의 특징 및 방안을 참조로 설명되지만, 그 특징 및 방안 대부분이 독립적으로 다른 실시형태 또는 조합으로 동일하게 또는 유사하게 적용될 수 있도록 다른 특징 및 방안과는 기능상 독립적이라는 것을 쉽게 이해할 것이다.
본 개시는 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하기 위한 방법 및 시스템을 기술한다. 이 방법 및 시스템은, 탄화수소 정 스트림을 상 분리하기 위한 하부 격실, 및 여과된 증기 탄화수소 스트림 형태로 탄화수소 정 스트림 분리 탱크로부터 배출하기 전 탄화수소 정 스트림으로부터 분리된 증기 탄화수소 상으로부터 수은을 여과하기 위한 상부 격실을 구비하는 탄화수소 정 스트림 분리 탱크를 포함한다. 탄화수소 생성물 스트림은, 여과된 증기 탄화수소 스트림의 적어도 일부가 임의의 유형 또는 조합의 프로세스 유형의 추가 프로세싱을 부여받음으로써 얻어질 수도 있다.
본 개시와 관련해서, 필터는, 다른 분자들을 통과시키면서 수은 및/또는 수은 함유 화합물을 물리적으로 또는 화학적으로 유지할 수 있는 임의의 유형의 기기를 포함하도록 되어있다. 수은 제거와 관련해서, 이러한 필터는 적합하게 수착 필터일 수도 있다. 이러한 필터는 다양한 형태로 구현될 수도 있다. 바람직한 일 실시예에서, 필터는, 수은 및/또는 수은 함유 화합물이 유지되면서 증기 탄화수소 상이 통과할 수 있는, 예컨대 벌크 형태 또는 과립 형태의 다공성 재료의 형태를 취한다. 다른 실시예에서, 필터는 막의 형태를 취할 수도 있다.
결과적으로 얻은 증기 탄화수소 상으로부터 유입구 상 분리 및 수은 제거를 조합함으로써, 임의의 종류의 추가 탄화수소 프로세싱 프로세스를 위한 공급 스트림으로서 사용될 수 있는 감소된 수은 함량을 가지는 증기 탄화수소 스트림을 준비하도록 비교적 콤팩트하면서 효율적인 해결책이 제공된다.
본원의 개시된 방법 및 시스템은, 플롯 공간이 부족하고 많은 비용이 드는 해상 환경에서 유용할 뿐만 아니라, 그 방법 및 시스템은 육상 환경에서 유용하게 적용될 수도 있다. 본 명세서와 관련해서, 용어 "지하 지층" 은 해상 또는 육상에 위치할 수 있는 어스 지층을 지칭한다.
도 1 은 탄화수소 정 스트림 (10) 으로부터 탄화수소 생성물 스트림 (90) 을 생성하기 위한 방법 및 시스템을 개략적으로 나타낸다.
탄화수소 정 스트림은 지하 지층 (530) 에서 탄화수소 리저버 (520) 로부터 상류 생성 도관 (10) 을 통하여 제공된다. 탄화수소 정 스트림은 "미가공 (raw)" 천연 가스를 함유할 수도 있는 증기 탄화수소 상, 및 액체 상을 포함한다. 액체 상은 물을 함유한 액체 수성 상 및 액체 탄화수소 상을 포함할 수도 있다. 모래와 같은 비탄화수소 고체 상은 또한 탄화수소 정 스트림에 함유될 수도 있다. 수성 상은, 첨가제뿐만 아니라, 수은 및/또는 다른 미네랄 및 지하 어스 지층으로부터 비롯되는 내부에 용해된 다른 성분을 함유할 수도 있다. 일반적인 첨가제는 수화 억제제이다.
증기 탄화수소 상은, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 및 펜탄으로 이루어진 군 중 하나 이상을 함유할 수도 있다. 게다가, 증기 탄화수소 상은, 이산화탄소 CO2 와 같은 산 분자 및 H2S 와 같은 황 화합물, 및 수은을 포함하는 비탄화수소 분자를 함유할 수도 있다.
다시 도 1 을 참조하면, 시스템은 주 유입구 (110) 를 통하여 상류 생성 도관 (10) 에 유동적으로 연결되는 정 스트림 분리 탱크 (100) 를 추가로 포함하여서 탄화수소 정 스트림을 수용하고, 탄화수소 정 스트림을, 증기 탄화수소 상으로부터의 분자를 포함하는 적어도 하나의 중간 생성물 스트림 (40), 및 수성 상을 포함하는 중간 폐기물 스트림 (50) 으로 분리한다. 선택적으로, 정 스트림 분리 탱크 (100) 는 3 상 분리기의 형태로 구현될 수도 있고, 탄화수소 정 스트림 (10) 은 전술한 것보다 많은 스트림으로 분리될 수도 있다. 전형적으로, 이러한 더 많은 스트림은, 전술한 스트림 이외에, 액체 탄화수소 상 (20) 을 포함할 수도 있고, 그리고/또는 고체 함유 스트림 (미도시) 을 포함한다. 그러므로, 3 상 분리기는, 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 로부터 선택적으로 액체 수성 상을 배출하도록 배열된 수성 상 배출 유출구 (150), 및 액체 수성 상과 분리하여 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 로부터 액체 탄화수소 상을 선택적으로 배출하도록 배열된 탄화수소 상 배출 유출구 (120) 를 포함할 수도 있다. 보통, 탄화수소 상 배출 유출구 (120) 는, 밀도 차이를 기반으로, 이 2 개의 액체 상의 분리를 허용하도록 수성 상 배출 유출구 (150) 보다 중력적으로 더 높게 배열된다. 고체는 액체 수성 상과 함께, 또는 선택적 고체 상 배출 유출구 (미도시) 를 통하여 배출될 수도 있다.
특정한 필요 및 요건에 따라, 이러한 액체 탄화수소 상 (20) 및 액체 수성 상을 취급하도록 별개의 유닛 또는 시스템이 제공될 수도 있다. 예컨대, 남아있는 안정화된 액체 (30) 가 대기 압력 및 대기 온도 하에 안전하게 저장될 수 있도록 탄화수소 응축물 안정화 유닛 (600) 은 액체 탄화수소 상 (20) 을 수용하고 그것으로부터 비교적 휘발성인 성분 (35) 을 제거하도록 제공될 수도 있다.
수성 상을 포함하는 중간 폐기물 스트림 (50) 은 유사하게 정제될 수도 있다. 예컨대, 수화 억제제 재생 유닛 (200) 이 제공될 수도 있는데, 이 재생 유닛은 상류측에서 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 에 연결되어서 중간 폐기물 스트림 (50) 을 수용한다. 중간 폐기물 스트림 (50) 의 수성 상보다 높은 농도의 수화 억제제 첨가제를 포함하는 재생된 수화 억제제 스트림 (65) 은 수화 억제제 재생 유닛 (200) 으로부터 배출된다. 중간 폐기물 스트림 (50), 일반적으로 중간 폐기물 스트림 (50) 의 수성 상보다 낮은 농도의 수화 억제제 첨가제를 포함하는 물 스트림의 잔류 부분의 적어도 일부가 폐기물 스트림 부분 (60) 으로서 폐기물 스트림 도관으로 배출된다.
탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 는, 증기 탄화수소 상으로부터의 분자를 가지는 증기를 포함하는 중간 생성물 스트림 (40) 을 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 로부터 배출하기 위해, 이하 증기 배출 유출구 (140) 로 지칭되는 증기 탄화수소 스트림 배출 유출구를 추가로 구비한다. 증기 탄화수소 상은 적어도 탄화수소 분자를 포함하고, 바람직하게 메탄 분자를 포함한다.
탄화수소 프로세싱 수단 (400) 은 중간 생성물 스트림 (40) 을 수용하고 중간 생성물 스트림 (40) 을 추가로 프로세싱하여서 중간 생성물 스트림 (40) 으로부터 탄화수소 생성물 스트림 (90) 을 생성하도록 배열된다. 탄화수소 생성물 스트림 (90) 이외에, 탄화수소 프로세싱 수단 (400) 은 하나 이상의 부산물 스트림 (95) 을 생성할 수도 있다. 추가 세부사항 및 예시적 실시형태는 도 4 를 참조하여 본원에서 이후 검토될 것이다.
탄화수소 프로세싱 수단 (400) 에서 장비 또는 스트림의 손상 또는 오염을 방지하도록, 증기 탄화수소 상의 일부가 탄화수소 프로세싱 수단 (400) 에 도달하기 전, 상당한 양의 수은이 탄화수소 정 스트림 (10) 으로부터 분리된 증기 탄화수소 상으로부터 선택적으로 제거된다.
도 2 및 도 3 은 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 유리한 실시형태들을 개략적으로 보여주고, 탄화수소 정 스트림 (10) 을 적어도 액체 상 (103) 및 적어도 증기 탄화수소 상 (107) 으로 상 분리하는 기능 및 분리된 증기 탄화수소 상 (107) 으로부터 수은을 제거하는 기능은 하나의 탱크에서 조합될 수 있어서, 두 기능 모두, 보통 상 분리 단계를 위해서만 할당되는 플롯 공간에서 수행될 수 있다.
도 2 및 도 3 의 각각의 실시형태에서, 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 는, 주 유입구 (110) 를 통하여 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 로 유입되도록 허용된 탄화수소 정 스트림 (10) 의 증기 탄화수소 상 (107) 으로부터 액체 상 (103) 을 분리하기 위한 하부 격실 (102) 을 포함한다. 주 유입구 (110) 는 유입 분배기 (112) 를 포함하는 보통의 내부와 연관될 수도 있다. 하부 격실은, 선택적으로 3 상 분리기 형태인, 본질적으로 가스/액체 상 분리기이다.
적어도 하나의 액체 배출 유출구는, 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 로부터 액체 상 (103) 의 최소 부분을 배출하도록 하부 격실의 하부에 제공된다. 도 2 및 도 3 의 실시형태에서, 이 액체 배출 유출구는 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 로부터 선택적으로 액체 수성 상을 배출하도록 배열된 수성 상 배출 유출구 (150) 의 형태로 나타나 있다.
탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 는, 중력적으로 하부 격실 (102) 위에 위치한, 상부 격실 (104) 을 추가로 포함한다. 내부 통로 (106) 는 하부 격실 (102) 및 상부 격실 (104) 을 유동적으로 연결한다. 내부 통로 (106) 는 액체 배출 유출구보다 중력적으로 높이 위치한다. 내부 통로는 하부 격실 (102) 의 증기 상 배출 유출구로서 기능하고, 내부 통로는 액체 방울의 크로스오버를 방지하도록 미스트 매트 또는 유사 수단과 같은 가스/액체 상 분리기에서 보다 통상적인 내부와 선택적으로 연관될 수도 있다.
필터 (108) 는 상부 격실 (104) 에 배치된다. 바람직하게, 필터는 예컨대 탄화수소 분자와 비교되는, 특히 메탄과 비교되는 수은 및/또는 수은 화합물의 화학적 및/또는 물리적 차이에 의해, 증기 탄화수소 상 (107) 으로부터 수은을 여과할 수 있는 선택적 필터이다. 또한, 증기 배출 유출구 (140) 는 상부 격실 (104) 로부터 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 의 외부로 여과된 증기 탄화수소 스트림 (109) 을 배출하기 위해 상부 격실 (104) 에 제공된다. 증기 탄화수소 상 (107) 이 증기 배출 유출구 (140) 를 통하여 하부 격실 (104) 로부터 배출되기 전 필터 (108) 를 통과해야 하도록 내부 통로 (106) 가 증기 배출 유출구 (140) 로부터 유동적으로 분리되도록 필터 (108) 가 배열된다.
필터 (108) 는 적합하게 수착 필터이다. 필터는 흡착제 재료, 바람직하게 증기 탄화수소 상 (107) 으로부터 수은을 흡착할 수 있는 고체 흡착제 재료를 포함할 수도 있다. 수은 수착을 위한 수착 선택성을 향상시키도록, 독립형 수은 제거 유닛을 위한 많은 적합한 흡착제 재료가 알려져 있는데, 활성탄, 활성 제올라이트, 알루미나, 실리카, 또는 예를 들어 황, 요오드, 염소, 질산, 황화구리 및 황화아연과 같은 황화 금속, 및 혼합 황화물을 포함하는 화학 촉진제를 사용하는 상기 재료의 화학적으로 개질된 형태를 포함한다. 작동상 단순함을 위해, 이 목적으로 비재생 흡착제가 선택될 수도 있다. 이것은, 수은이 흡착제 필터에 축적되는 수년 동안 탄화수소 정 유체 분리기 탱크 (100) 의 작동을 허용하고, 그 후 필터는 예정된 유지보수 정지 기간 동안 교체된다.
도 3 의 경우에 사실상 필터와 접촉하지 않으면서 증기 탄화수소 상 (107) 이 필터 (108) 를 통과한 후 일반적으로 하향 방향으로 접촉 모드로 필터를 통과하도록 허용하는 내부 통로 (106) 가 필터를 통하여 연장된다는 점에서 도 2 의 실시형태는 도 3 의 실시형태와 상이하다. 이 경우에, 증기 배출 유출구 (140) 는, 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 의 측벽에 적합하게 위치한, 필터 (108) 아래에 있을 수 있다. 도 2 의 경우에, 내부 통로 (106) 는 더 짧고 내부 통로는 필터 (108) 를 통하여 연장되지 않는다. 증기 탄화수소 상 (107) 은 일반적으로 상향 방향으로 필터 (108) 를 통과해야 한다. 증기 배출 유출구 (140) 는, 적합하게 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 의 오버헤드 영역에서 필터 (108) 위에 있을 수 있다.
적합하게, 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 는 직립 중심 축선 둘레에 연장되는 원통형 형상의 측벽 섹션을 가지는 직립의, 예를 들어 수직으로, 연장되는 가압 탱크의 형태로 구성된다. 상부 격실 (104) 및 하부 격실 (102) 은, 일반적으로 직립 중심 축선을 가로지르는 측벽 섹션 내부에 배치된 분리기 플레이트 (114) 에 의해 선택적으로 분리될 수도 있다. 그것은 평평한 플레이트일 필요는 없고: 예컨대 그것은 중심 축선 (미도시) 둘레에 상향으로 또는 하향으로 돌출한 절두 원추 형상일 수도 있다. 내부 통로 (106) 는 분리기 플레이트 (114) 의 단지 개구처럼 단순할 수도 있다. 바람직하게, 내부 통로 (106) 는 증기 탄화수소 상 (107) 에 상당한 압력 손실을 부여하지 않는다. 필터 (108) 를 관통하는 통로는 압력 강하를 유발할 수도 있다. 임의의 압력 강하는 탄화수소 프로세싱 수단 (400) 에서 보다 효율적인 탄화수소 프로세싱을 위해 재압축을 필요로 할 수도 있다. 그러므로, 증기 탄화수소 상 (107) 을 필터 (108) 로 통과시킴으로써 부여되는 압력 강하가 더 적을수록, 필터 (108) 에 대한 압력 강하를 허용하기 위해 더많은 압력이 이용가능하다. 적합하게, 필터의 상류에서 상부 격실 (104) 내 압력은 1 bar 미만, 바람직하게 0.5 bar 미만이고, 하부 격실 (102) 에서 압력보다 낮다.
도 1 을 다시 참조하면, 탄화수소 프로세싱 수단 (400) 은, 원하는 사양을 가지는 원하는 탄화수소 생성물 스트림으로 중간 생성물 스트림 (40) 을 추가 프로세싱하기 위해서 필요에 따라 다양한 유형의 임의의 개수의 유닛으로 이루어질 수도 있다.
여과된 증기 탄화수소 스트림 (109) 으로 형성된 중간 생성물 스트림 (40) 은 메탄, 에탄, 프로판, 및 부탄으로 이루어진 군으로부터 가변량의 탄화수소를 함유할 수도 있다. 가능하다면 그것은 더 적은 양의 펜탄 및 방향족 탄화수소를 추가로 함유할 수도 있다. 조성은 가스의 유형 및 위치에 따라 다양하다. 조성은 바람직하게 실질적으로 메탄으로 구성된다. 바람직하게, 가스 탄화수소 스트림 (10) 은 적어도 50 mol% 의 메탄, 보다 바람직하게 적어도 80 mol% 의 메탄을 포함한다.
중간 생성물 스트림 (40) 은, H2O, N2, CO2, Hg, H2S 및 다른 황 화합물 등과 같은 비탄화수소를 추가로 함유할 수도 있다. 따라서, 탄화수소 프로세싱 수단은, CO2 및 H2S 와 같은 바람직하지 못한 성분의 감소 및/또는 제거, 및/또는 조기 냉각, 예비 가압 등과 같은 다른 단계를 위한 유닛 또는 시스템을 포함할 수도 있다. 이 단계들은 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 그것의 메커니즘은 여기에서 추가로 검토되지 않는다.
탄화수소 프로세싱 수단 (400) 이 액화 시스템 (440) 을 포함하는 도 4 에 도시된 일 실시예에서, 탄화수소 생성물 스트림 (90) 은 액화 천연 가스 스트림일 수도 있고 천연 가스 액체 스트림 (예컨대, 대부분 프로판 및/또는 부탄으로 이루어진 액화 석유 가스 스트림) 은 하나 이상의 부산물 스트림 (95) 중 하나일 수도 있다. 전형적으로, 액화 시스템 (440) 은 중간 생성물 스트림 (40) 의 적어도 일부로부터 열을 추출하여서, 액화 탄화수소 스트림의 형태와 같은 액화된 형태로 탄화수소 생성물 스트림 (90) 을 생성한다.
액화 시스템 (440) 대신에 또는 부가적으로, 탄화수소 프로세싱 수단 (400) 에서 추가 프로세싱은: 잔류 수은 제거 (430); 탈수 (420); CO2 제거 및/또는 H2S 제거를 포함하는 산 성분 제거 (410) 및/또는 각각의 회수; 상기 액화된 형태로 변형될 보다 희박한 (leaner) 천연 가스 스트림을 생성하는 천연 가스 액체의 추출 및/또는 회수; 질소 제거; 헬륨 제거 및/또는 헬륨 회수로 이루어진 군 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
탄화수소 프로세싱 수단 (400) 에서 모든 가능한 유닛 중에서, 산 성분 제거 유닛 (410; 간혹 산 가스 제거 유닛 (AGRU) 으로 지칭) 은 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 에 가장 가까울 수도 있다. 그것은, 중간에 그 밖의 다른 조성 변경 유닛 없이, 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 의 증기 배출 유출구 (140) 에 유동적으로 연결될 수도 있다. 제거될 일반적인 산 성분은 황화수소 (H2S) 및 이산화탄소 (CO2) 이다. 유리하게도, 산 성분 제거 유닛은 아민 용매와 중간 스트림 (40) 의 적어도 일부를 접촉시키도록 배열된 아민 용매 유닛을 포함한다.
중간 생성물 스트림 (40) 은 여과된 증기 탄화수소 스트림 (109) 으로 형성되기 때문에, 중간 생성물 스트림은 탄화수소 정 스트림 (10) 으로부터 증기 탄화수소 상 (107) 보다 낮은 농도의 수은을 함유한다. 따라서, 종래의 유입구 분리기 또는 종래의 3 상 분리기를 사용할 때보다 본원에 기술한 대로 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 를 사용할 때 더 적은 수은이 아민에 흡착되고 아민 재생 유닛에서 축적되거나 대기로 벤트 (vent) 된다. 이것은 평균 수은 함량보다 많이 가지는 탄화수소 리저버로부터 가스의 취급을 허용한다.
위에서 확인된 각각의 추가 프로세싱 단계를 위한 다양한 프로세스 및 설비는 공지되어 있으므로, 본원에서 설명될 필요가 없다.
작동 중, 전술한 시스템은 다음과 같이 작업한다.
탄화수소 정 스트림 (10) 은 지하 어스 지층 (530) 으로부터 탄화수소 리저버 (520) 로부터 생성된다. 탄화수소 정 스트림 (10) 은 적어도 증기 탄화수소 상 및 액체 상을 포함한다. 생성된 탄화수소 정 스트림 (10) 은 정 스트림 분리기 탱크 (100) 의 하부 격실 (102) 로 공급되고, 그것은 액체 상 및 증기 탄화수소 상 (107) 으로부터 액체 (103) 로 분리되도록 허용된다. 액체 (103) 는 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 의 바닥에서 액체 배출 유출구 (150) 를 통하여 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100) 로부터 배출된다.
증기 탄화수소 상 (107) 은 내부 통로 (106) 를 통하여 상부 격실 (104) 로 전달된다. 내부 통로 (106) 로부터 증기 탄화수소 상은 그 다음 상부 격실 (104) 에 배치된 필터 (108) 를 통과한다. 증기 탄화수소 상 (107) 으로부터의 수은은, 그것이 축적되도록 허용될 수도 있는 필터 (108) 에 유지된다. 필터에 축적된 수은 없이 증기 탄화수소 상을 포함하는 결과적으로 얻은 여과된 증기 탄화수소 스트림 (109) 은 증기 배출 유출구 (140) 를 통하여 상부 격실 (104) 로부터 배출되어서 중간 생성물 스트림 (40) 을 형성한다. 바람직하게, 증기 탄화수소 상 (107) 에서 수은 대부분은 필터 (108) 에서 여과된다. 중간 생성물 스트림 (40) 은, 중간 생성물 스트림 (40) 으로부터 탄화수소 생성물 스트림 (90) 을 생성하도록 추가 프로세싱된다.
전술한 바에 따라 예컨대 중간 생성물 스트림 (40) 을 아민 용매와 접촉시킴으로써 중간 생성물 스트림 (40) 은 먼저 한 가지 이상의 산 성분으로부터 디리칭 (deriching) 될 수도 있다고 할 수 있다.
액화 탄화수소 스트림의 잘 알려진 예로는, 전형적으로 대부분 메탄, 예로 적어도 80 mol% 메탄을 함유하는 액화 천연 가스 스트림이다. 이러한 경우에, 추가 프로세싱은 액화 천연 가스 스트림과 같은 액화 메탄-함유 스트림의 형태인 탄화수소 생성물 스트림을 형성하도록 중간 생성물 스트림 (40) 의 적어도 메탄-함유 부분으로부터 열을 제거하는 것을 포함할 수도 있다. 여러 가지 적합한 설비 및 라인 업은, 종종 액화 탄화수소 스트림 생성과 함께 수행되는, 공급 스트림으로부터 원치않는 오염물질 및 성분의 제거를 위해 간단히 전술한 단계와 같은 다른 처리 단계뿐만 아니라 증기 탄화수소 함유 공급 스트림, 특히 천연 가스 스트림으로부터 열을 추출하기 위해 본 기술분야에서 이용가능하다. 이 설비 및 라인 업은 본원에서 추가로 설명될 필요가 없다.
전술한 실시형태들에서, 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 (100), 선택적 수화 억제제 재생 유닛 (200), 및 탄화수소 프로세싱 수단 (400) 은 모두 해상 구조물 내 및/또는 상에 위치한다. 해상 구조물은 바다와 같은 수역 (510) 에 부유하는 부유식 해상 구조물 (500) 일 수도 있다. 부유식 해상 구조물 (500) 은 고정된 터릿 (미도시) 에 웨더베이닝하게 (weathervaningly) 연결될 수도 있어서, 상류 생성 도관 (10) 은 터릿을 통하여 부유식 해상 구조물 (500) 에 적합하게 진입한다. 도 1 의 실시형태에서 탄화수소 리저버 (520) 는 해저면 (540) 아래 지하 지층 (530) 이다.
그럼에도 불구하고, 본 발명을 수행하는데 필요한 비교적 작은 플롯 공간으로 인해, 그것은 부유식 천연 가스 액화 플랜트와 같은 부유식 가스 프로세싱 구조물에의 적용을 포함해 해상 구조물에 적용하기에 특히 적합하다.
본 기술분야의 당업자는, 본 발명이 첨부된 청구항의 범위에서 벗어나지 않으면서 많은 다양한 방식으로 수행될 수 있음을 이해할 것이다.
Claims (15)
- 탄화수소 정 (well) 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 방법으로서,
- 지하 어스 지층 (subterranean earth formation) 으로부터, 적어도 증기 탄화수소 상 및 액체 상을 포함하는 탄화수소 정 스트림을 생성하는 단계;
- 상기 탄화수소 정 스트림을 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 하부 격실에 공급하는 단계;
- 상기 하부 격실에서, 상기 액체 상으로부터의 액체가 상기 증기 탄화수소 상으로부터 분리될 수 있게 하는 단계;
- 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크로부터 액체 배출 유출구를 통하여 상기 액체를 배출하는 단계;
- 내부 통로를 통하여 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크 내부의 상부 격실로 상기 증기 탄화수소 상을 전달하는 단계로서, 상기 내부 통로는 상기 액체 배출 유출구보다 중력적으로 (gravitationally) 더 높게 위치하고, 상기 상부 격실은 중력적으로 상기 하부 격실 위에 위치하는, 상기 증기 탄화수소 상을 전달하는 단계;
- 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 상기 상부 격실 내에 배치된 필터에 상기 증기 탄화수소 상을 통과시키는 단계;
- 상기 필터에서 상기 증기 탄화수소 상으로부터 수은을 축적하는 단계;
- 상기 상부 격실로부터, 여과된 증기 탄화수소 스트림을 배출하는 단계로서, 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림은 상기 필터에서 축적된 수은 없이 상기 증기 탄화수소 상으로부터의 탄화수소 분자 함유 증기를 포함하는, 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림을 배출하는 단계; 및
- 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림을 추가 프로세싱하여, 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 단계
를 포함하는, 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터는, 상기 증기 탄화수소 상으로부터 수은을 흡착 (sorbing) 할 수 있는 흡착제 (sorbent) 재료를 포함하는 수착 (sorption) 필터인, 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 증기 탄화수소 상은 압력 손실 없이 상기 하부 격실로부터 상기 필터로 전달되는, 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하부 격실은 3 상 분리기로서 기능하고, 상기 액체 상으로부터의 상기 액체는, 서로 개별적으로 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크로부터 배출되는 액체 수성 상 및 액체 탄화수소 상으로 분리되는, 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 여과된 증기 탄화수소 스트림의 상기 추가 프로세싱은 하나 이상의 산 성분으로부터 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림을 디리칭 (deriching) 하는 것을 포함하는, 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 디리칭은, 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림의 적어도 일부를 아민 용매와 접촉시키는 것을 포함하는, 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 여과된 증기 탄화수소 스트림은 메탄을 포함하고, 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림의 상기 추가 프로세싱은, 상기 탄화수소 생성물 스트림으로서 액화 메탄-함유 스트림을 형성하도록 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림의 적어도 메탄-함유 부분으로부터 열을 추출하는 것을 포함하는, 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 방법. - 탄화수소 정 스트림 분리 탱크로서,
- 탄화수소 정 스트림의 증기 탄화수소 상으로부터 액체 상의 액체를 분리하기 위한 하부 격실;
- 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 외부로부터 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 하부 격실로의 상기 탄화수소 정 스트림의 유동을 허용하기 위한 유입구;
- 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크로부터 상기 액체를 배출하기 위한 액체 배출 유출구;
- 중력적으로 상기 하부 격실 위에 위치한 상부 격실;
- 상기 하부 격실과 상기 상부 격실을 유동적으로 연결하는 내부 통로로서, 상기 내부 통로는 중력적으로 상기 액체 배출 유출구보다 높게 위치하는, 상기 내부 통로;
- 상기 상부 격실로부터 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 외부로 여과된 증기 탄화수소 스트림을 배출하기 위한 배출 유출구; 및
- 상기 상부 격실 내에 배치된, 상기 증기 탄화수소 상으로부터 수은을 여과할 수 있는 필터로서, 상기 증기 탄화수소 상이 상기 하부 격실로부터 상기 배출 유출구를 통하여 배출되기 전에 상기 필터를 통과해야 하도록 상기 내부 통로는 상기 배출 유출구로부터 유동적으로 분리되는, 상기 필터
를 포함하는, 탄화수소 정 스트림 분리 탱크. - 제 8 항에 있어서,
상기 필터는, 상기 증기 탄화수소 상으로부터 수은을 흡착할 수 있는 흡착제 재료를 포함하는 수착 필터인, 탄화수소 정 스트림 분리 탱크. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 증기 탄화수소 상이 상기 하부 격실로부터 상기 필터로 전달될 때 상기 증기 탄화수소 상에 압력 손실이 부여되지 않도록 상기 내부 통로가 개방되는, 탄화수소 정 스트림 분리 탱크. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 하부 격실은 3 상 분리기이고, 상기 액체 상으로부터의 상기 액체는 액체 수성 상 및 액체 탄화수소 상으로 분리되고, 상기 3 상 분리기는, 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크로부터 상기 액체 수성 상을 선택적으로 배출하도록 배열된 수성 상 배출 유출구, 및 상기 액체 수성 상과는 개별적으로 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크로부터 상기 액체 탄화수소 상을 선택적으로 배출하도록 배열된 탄화수소 상 배출 유출구를 포함하는, 탄화수소 정 스트림 분리 탱크. - 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하기 위한 시스템으로서,
- 제 8 항 또는 제 9 항의 탄화수소 정 스트림 분리 탱크; 및
- 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 상기 배출 유출구에 유동적으로 연결되고, 여과된 증기 탄화수소 스트림을 수용하도록 그리고 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하도록 배열된 탄화수소 프로세싱 수단
을 포함하는, 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하기 위한 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 탄화수소 프로세싱 수단은, 상기 탄화수소 정 스트림 분리 탱크의 상기 배출 유출구에 유동적으로 연결되는 산 성분 제거 유닛을 포함하는, 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하기 위한 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 산 성분 제거 유닛은, 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림의 적어도 일부를 아민 용매와 접촉시키도록 배열된 아민 용매 유닛을 포함하는, 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하기 위한 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 탄화수소 프로세싱 수단은, 상기 탄화수소 생성물 스트림으로서 액화 메탄-함유 스트림을 형성하도록 상기 여과된 증기 탄화수소 스트림의 적어도 메탄-함유 부분으로부터 열을 추출하도록 배열된 액화 시스템을 포함하는, 탄화수소 정 스트림으로부터 탄화수소 생성물 스트림을 생성하기 위한 시스템.
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