KR20120028372A - 탄화수소 가스 처리 방법 - Google Patents

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카일 티. 쿠엘라
앤드류 에프. 존케
더블유. 래리 루이스
존 디. 윌킨슨
조 티. 린치
행크 엠. 허드슨
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오르트로프 엔지니어스, 리미티드
에스.엠.이. 프로덕츠 엘피
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Abstract

공정 조립체에서 탄화수소 가스 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 상기 스트림은 냉각되고, 중간압력으로 팽창되고, 공정 조립체 내부에 있는 물질전달수단으로 최상단 피드로서 공급된다. 증류 액체 스트림은 물질전달수단의 하부영역에서부터 수집되고, 공정 조립체 내에 있는 제1 열 및 물질 전달수단으로 향하여 가며 가열되고 가스 스트림을 냉각하는 동안에 휘발성 성분들을 스트리핑하며(strip out), 그 후에 가열되고 스트리핑된 증류 액체 스트림이 공정 조립체로부터 바닥 액체 생성물로서 배출된다. 상기 물질전달수단으로 향하는 상기 피드 스트림들의 양 및 온도는 상기 물질전달수단의 상기 상부영역의 온도를 상기 이산화탄소의 대부분이 상기 바닥 액체 생성물에서 회수되도록 하는 온도에서 유지하는데 효과적이다.

Description

탄화수소 가스 처리 방법{Hydrocarbon gas processing}
본 발명은 탄화수소 및 이산화탄소를 함유하는 가스를 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 출원인들은 미국 법규 섹션 119(e), 표제 35하에서 2009년 6월 11일자 출원된 종래 미국 가출원 제61/186,361호의 이득들을 청구한다. 또한 출원인들은 미국 법규 섹션 120, 표제 35하에서 2010년 5월 17일자 출원된 미국특허출원 제12/781,259호의 연속 출원, 2010년 5월 3일자 출원된 미국특허출원 제12/772,472호의 연속출원, 2010년 3월 31일자 출원된 미국특허출원 제12/750,862호의 연속출원, 2010년 3월 4일자 출원된 미국특허출원 제12/717,394호의 연속출원, 2010년 1월 19일자 출원된 미국특허출원 제12/689,616호의 연속출원, 및 2009년 2월 17일자 출원된 미국특허출원 제12/372,604호의 연속출원의 이득들을 청구한다. 양수인들인 S.M.E. Products LP 및 Ortloff Engineers, Ltd.들은 이 출원의 발명이 완성되기 전에 유효한 공동 연구 협정의 당사자들이었다.
탄화수소는 다양한 종류의 가스들에서 발견되며, 즉 천연가스, 정제가스, 및 석탄, 원유, 나프타, 유혈암, 역청탄, 및 갈탄과 같은 다른 탄화수소 재료들로부터 얻어진 합성 가스 스트림들(streams)에서 발견된다. 천연가스의 탄화수소 성분들은 보통 주요 비율의 메탄 및 에탄을 함유하며, 즉 메탄 및 에탄은 함께 전체 탄화수소 성분들의 적어도 50 몰%를 포함한다. 또한 가스는 보통 프로판, 부탄, 펜탄 및 유사한 종류와 같은 중질 탄화수소뿐만 아니라 이산화탄소, 수소, 질소 및 기타 가스들을 비교적 소량으로 함유한다.
많은 경우에, 이러한 공급원들로부터 나오는 가스 스트림들은 고농도의 이산화탄소로 오염되어 있어서 연료, 화학 플랜트 공급원료, 또는 다른 용도로 사용하기에 부적절한 가스 스트림들을 만든다. 화학적 용제, 물리적 용제, 및 혼합 용제를 사용하여 이산화탄소를 제거하도록 개발되어 있는 다양한 방법들이 있다. 미국특허 제4,318,723호에 개시된 방법과 같이, 증류탑에서 이산화탄소를 제거하기 위해 중질(통상 C4-C10) 탄화수소로 구성된 저온 흡수제 스트림을 사용하는 다른 방법들이 개발되어 있다. 이러한 방법들 모두는 가스 스트림 내의 이산화탄소 농도가 증가함에 따라 투자비용 및 작동비용을 더 증가시키고, 이것이 종종 그러한 가스 스트림들의 처리를 비경제적으로 만든다.
고농도의 이산화탄소를 함유하는 가스 스트림들을 처리하는 경제성을 개선하기 위한 한가지 방법은 용제 또는 흡수제로 가공하기 전에 가스 스트림으로부터 이산화탄소의 벌크(bulk) 분리를 제공하는 것이며, 이로써 나중에는 이산화탄소의 작은 유분(fraction)만이 가스 스트림에서 제거되는 것이 틀림없다. 예를 들어, 반투과성 멤브레인들은 종종 이산화탄소의 벌크 제거를 위해 사용되고 있다. 그러나, 가스 스트림에서 경질 탄화수소의 상당한 유분이 이러한 타입의 벌크 제거 방법에 의하여 분리되는 이산화탄소 스트림에서 종종 "유실된다(lost)".
이산화탄소의 벌크 제거를 위한 더 양호한 대안은 증류법을 사용하여 가스 스트림을 경질 탄화수소 스트림과 이산화탄소 스트림으로 분류하는 것이고, 따라서 경질 탄화수소 스트림으로부터 잔류 이산화탄소의 제거는 연료, 화학플랜트 공급원료로서 사용되기 위해 품질 좋은 파이프라인(pipeline-quality) 가스를 생성하는데 요구되는 가장 중요한 일이다. 제거되는 다량의 이산화탄소는 증기보다는 액체로서 회수되어서, 삼차(tertiary) 오일 회수 작업에서 차후에 사용하기 위해 또는 다른 목적을 위해 이산화탄소가 (압축되기 것보다) 펌핑될 수 있도록 하며, 그 결과 투자비용 및 작동비용이 실질적으로 감소된다.
본 발명은 일반적으로 그러한 가스 스트림들로부터 다량의 이산화탄소의 제거에 관한 것이다. 본 발명에 따라 가공될 가스 스트림을 통상적으로 분석하면, 대략 몰%로서, 31.0% 메탄, 0.4% 에탄 및 기타 C2 성분들, 0.1% 프로판 및 기타 C3 성분들, 0.1% 부탄 플러스, 67.7% 이산화탄소로 이루어지며, 나머지는 질소로 이루어져 있다. 황 함유 가스들이 또한 가끔씩 존재한다.
이산화탄소를 제거하기 위한 통상적인 증류법에서, 가압된 피드(feed) 가스 스트림은 공정의 다른 스트림들 및/또는 프레온 압축-냉장 시스템과 같은 외부 냉장 공급원과의 열교환에 의하여 냉각된다. 가스는 냉각됨에 따라 응축되고, 고압 액체가 중간 압력으로 팽창되고, 결과적으로 액체의 팽창 중에 발생하는 증기화로 인하여 스트림을 더욱 냉각시키게 된다. 액체 및 증기의 혼합물을 함유하는 팽창된 스트림은 증류탑에서 분류되어 잔류 메탄, 질소 및 기타 휘발성 가스들을 이산화탄소로부터 오버헤드 증기(overhead vapor)로서 분리되고 중질 탄화수소 성분이 바닥 액체(bottom liquid) 생성물로서 분리된다. 액체 이산화탄소의 일부는 더 낮은 압력으로 플래쉬(flash) 팽창될 수 있으며 그후 필요하면 공정 스트림들에 저레벨의 저온을 제공하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 상술한 여러 단계들을 더욱 효율적으로 수행하면서 더 적은 장비 를 사용하는 신규한 수단을 이용한다. 이것은 종래에 개별 장비 제품들이었던 것을 공통 하우징 내에 결합시키고, 이에 의해 공정 플랜트에 필요한 플롯 공간(plot space)을 감소시키고 그리고 시설 투자 비용을 감소시킴으로써 달성되고 있다. 놀랍게도, 출원인들은 더 컴팩트한 배치(compact arrangement)가 또한 이산화탄소 제거의 주어진 레벨을 달성하는데 필요한 전력 소비를 감소시키고 이에 의해 공정 효율을 증가시키며 시설 작동 비용을 감소시킨다는 것을 알게 되었다. 덧붙여, 더 컴팩트한 배치가 또한 종래 플랜트 디자인에서 개별 장비 제품들을 상호접속하는데 사용된 많은 배관을 제거하고, 또한 투자 비용을 감소시키며 관련 플랜지형 배관 접속부들을 제거한다. 배관 플랜지들은 이산화탄소(온실효과 가스) 및 탄화수소(이는 휘발성 유기 화합물(VOC)로서 온실효과 가스에 기여하며 또한 대기 오존 형성의 전구체가 될 수 있다)를 위한 잠재적 누출 공급원이기 때문에, 이러한 플랜지들을 제거하면 환경에 피해를 줄 수 있는 대기 방출물들에 대한 잠재성이 감소된다.
본 발명에 의하여, 메탄 99% 이상을 잔류 가스 스트림에 남겨놓으면서 이산화탄소 87% 이상이 제거될 수 있음을 알게 되었다. 본 발명은 더 낮은 압력과 더 더운 온도에서 적용될 수 있지만, 증류탑 오버헤드 온도를 -50℉[-46℃] 또는 더 차가운 온도를 필요로 하는 조건하에서 400 내지 1500 psia[2,758 내지 10,342 kPa(a)] 범위 또는 더 높은 범위에서 피드 가스들을 처리할 때 특히 유리하다.
본 발명을 더욱 잘 이해시키기 위해 아래 실례들 및 도면들을 참고하기로 한다. 도면들을 참고하면,
도 1은 종래 기술의 천연가스 공정 플랜트의 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 천연가스 공정 플랜트의 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 천연가스 스트림에 본 발명을 적용시키는 대안 수단을 도시하는 흐름도이다.
상기 도면들에 대한 아래 설명에서, 대표적인 공정 조건들에 대해 계산된 유량(flow rate)을 요약하는 표들이 제공되어 있다. 본원에 나타나 있는 표들에서, 유량을 위한 값들(시간당 몰)은 편리를 위해 가장 가까운 정수로 반올림되어 있다. 표들에 나타난 전체 스트림 속도들은 모두 비탄화수소(non-hydrocarbon) 성분들을 포함하고 따라서 일반적으로 탄화수소 성분들을 위한 스트림 유량의 합보다 더 크다. 표시된 온도들은 가장 가까운 정도로 반올림된 대략적인 값들이다. 또한 주목해야 할 점은 도면들에 도시된 공정들을 비교하기 위한 목적으로 수행된 공정 디자인 계산은 주변환경에서 공정로 또는 공정에서 주변환경으로 열 누출이 없다는 가정에 기초하고 있다. 상업상 구매가능한 절연재료의 품질은 이러한 가정을 매우 타당한 가정으로 만들며 당업계에서 숙련된 자들에 의해 통상적으로 행해지는 가정이다.
편의상, 공정 파라미터들은 종래 영국 단위와 SI 단위를 모두 기재하고 있다. 이 표들에 주어진 몰 유량(molar flow rates)은 시간당 파운드 몰 또는 시간당 킬로그램 몰로 해석될 수 있다. 마력(HP) 및/또는 시간당 일천 영국열량단위(MBTU/Hr)로서 기재된 에너지 소비율은 시간당 파운드 몰로서 정격 롤 유량에 대응한다. 킬로와트(kW)로서 기재된 에너지 소비율은 시간당 킬로그램 롤로서 정격 몰 유량에 대응한다.
종래 기술의 설명
도 1은 종래 기술 공정을 사용하여 천연가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위해 공정 플랜트의 디자인을 도시하는 공정 흐름도이다. 공정의 이러한 시뮬레이션에서, 유입 가스는 스트림(31)으로서 81℉[27℃] 및 1110 psia[7,653 kPa(a)]에서 플랜트로 들어간다. 피드 스트림은 극저온 조건하에서 수화물(얼음) 형성을 방지하기 위해 보통 탈수된다. 고체 및 액체 건조제들 모두가 이 용도에 사용되고 있다.
피드 스트림(31)은 열교환기(10) 내에서 43℉[6℃]의 컬럼 리보일러 액체(스트림 36), 30℉[-1℃]의 컬럼 사이드 리보일러 액체(스트림 35), 및 프레온 R124a 냉매와 열교환에 의하여 1℉[-17℃]로 냉각된다. 스트림(31a)은 열교환기(11)에서 -49℉[-45℃]의 차가운 이산화탄소 증기(스트림 39), -60℉[-51℃]의 차가운 잔류 가스(스트림 33), 및 -60℉[-51℃]의 펌핑된 액체(스트림 34a)와 열교환에 의하여 추가로 냉각된다. -14℉[-25℃] 및 1060 psia[7,308 kPa(a)]의 추가로 냉각된 스트림(31b)은 팽창밸브(12)를 거쳐 분류탑(13)의 작동압력(대략 617 psia[4,254 kPa(a)])으로 팽창되고, 냉각 스트림(31c)은 최상단 컬럼(top column) 피드 지점에서 분류탑(13)으로 공급되기 전에 -35℉[-37℃]로 냉각된다.
오버헤드 증기 스트림(32)은 -35℉[-37℃]에서 분류탑(13)을 떠나고 열교환기(14) 내에서 냉각되어 부분적으로 응축된다. 부분 응축된 스트림(32a)은 -60℉[-51℃] 및 610 psia[4,206 kPa(a)]에서 분리기(15)로 들어가고, 여기서 증기(차가운 잔류 가스 스트림 33)이 응축된 액체(스트림 34)로부터 분리된다. 액체 스트림(34)은 스트림(34a)이 열교환기(11)로 들어가기 전에 펌프(19)에 의해 분류탑(13)의 작동압력보다 약간 높은 압력으로 펌핑되고, 전술한 피드 가스와의 열교환에 의하여 -6℉[-21℃]로 가열되며 부분적으로 증기화된다. 부분 증기화된 스트림(34b)은 그후 중간-컬럼 피드 지점에서 분류탑(13)으로 피드로서 공급된다.
분류탑(13)은 수직방향으로 이격된 다수의 트레이, 하나 이상의 충전층(packed bed) 또는 트레이와 충전의 몇가지 결합을 포함하는 종래 증류탑이다. 또한 분류탑은 리보일러들(리보일러 및 전술한 사이드 리보일러와 같은 것)을 포함하며, 이 리보일러들은 탑 아래로 흐르는 액체들의 일부를 가열 및 증기화하여 탑 위로 흐르는 스트리핑 증기를 제공하여 메탄 및 경질 성분들의 컬럼 바닥 액체 생성물(스트림 37)을 스트리핑한다. 트레이들 및/또는 패킹은 위로 상승하는 스트리핑 증기와 아래로 하강하는 냉각 액체 사이에 필요한 접촉을 제공하며, 따라서 바닥 생성물 스트림(37)은 바닥 생성물 내의 메탄 농도를 몰 기준으로 0.50%로 감소시키는 것에 근거하여 45℉[7℃]에서 탑의 바닥에서 유출된다.
컬럼 바닥 생성물 스트림(37)은 주로 액체 이산화탄소이다. 작은 부분(스트림 38)은 열교환기(16)에서 차가운 잔류 가스 스트림(33a)에 의하여 과냉각된다(subcooled). 0℉[-18℃]의 과냉각된 액체(스트림 38a)는 팽창밸브(20)에 의하여 더 낮은 압력으로 팽창되며 부분적으로 증기화되고, 추가로 스트림(38b)이 열교환기(14)로 들어가기 전에 스트림(38b)을 -63℉[-53℃]로 냉각시킨다. 스트림(38b) 내의 잔류 액체는 열교환기(14) 내에 냉매의 기능을 하여 전술한 바와 같이 스트림(32)의 냉각을 제공하고, 그 결과로 이산화탄소 증기가 스트림(39)으로서 -49℉[-45℃]에서 떠난다. 스트림(38b)이 중질 탄화수소의 소량을 포함하기 때문에, 작은 액체 퍼지(purge)(스트림 40)가 열교환기(14)로부터 배출되어서 냉매 액체에서 중질 탄화수소의 축적을 방지하며, 상기 냉매 액체는 비등점을 상승시키며 열교환기(14)의 냉각 효율을 감소시킬 수 있다.
열교환기(14)로부터 나오는 차가운 이산화탄소 증기(스트림 39)는 열교환기(11)에서 전술한 피드 가스와의 열교환에 의하여 -6℉[-21℃]로 가열된다. 76 psia[524 kPa(a)]의 더운 이산화탄소 증기(스트림 39a)는 이어서 4 단계들에서 압축기들(21, 23, 25, 27)에 의하여 고압으로 압축되고, 동시에 배출 냉각기들(22, 24, 26, 28)에 의한 각각의 압축 단계 후에 120℉[491℃]로 냉각된다. 컬럼 바닥 생성물 스트림(37)의 나머지 부분(스트림 41)은 펌프(29)에 의하여 고압으로 펌핑되어서, 스트림(41a)이 배출 냉각기(28)를 떠나는 농축상(dense phase) 유체(스트림 39i)와 결합되어 고압 이산화탄소 스트림(42)을 형성하며, 이는 다음에 79℉[26℃] 및 2015 psia[13,893 kPa(a)]에서 재주입(reinjection)되도록 흐른다.
차가운 잔류 가스(스트림 33a)는 전술한 바와 같은 피드 가스와의 열교환 후에 -6℉[-21℃]에서 열교환기(11)를 떠나고, 전술한 바와 같이 액체 이산화탄소 스트림(38)과의 열교환에 의하여 열교환기(16)에서 27℉[-3℃]로 추가로 가열된다. 더운 잔류 가스 스트림(33b)은 다음에 압축기(17)에 의하여 재압축되고 1215 psia[8,377 kPa(a)]에서 처리되도록 흐르기 전에 배출 냉각기(18)에서 120℉[49℃]로 냉각된다.
도 1에 도시된 공정을 위한 스트림 유량 및 에너지 소비율의 요약이 아래 표에 설명되어 있다.
표 I
(도　1)
스트림 유동 요약 - Lb. Moles/Hr [kg moles/Hr]
스트림 메탄 에탄 프로판 부탄들+ 이산화탄소 총계
31 14,993 176 61 70 32,714 48,306
32 15,902 86 13 3 8,171 24,476
34 1,053 23 7 2 4,038 5,133
37 144 113 55 69 28,581 28,963
38 27 21 10 13 5,378 5,450
40 0 0 0 5 2 8
39 27 21 10 8 5,376 5,442
41 117 92 45 56 23,203 23,513
33 14,849 63 6 1 4,133 19,343
42 144 113 55 64 28,579 28,955
회수율/제거율*
메탄 99.04% (잔류 가스에서 회수됨)
이산화탄소 87.37% (잔류 가스로부터 제거됨)
이산화탄소 농도*
잔류 가스 21.37%
이산화탄소 생성물 98.70%
전력
이산화탄소 압축 9,344 HP [15,361 kW]
잔류 가스 압축 6,563 HP [10,789 kW]
냉매 압축 10,319 HP [16,964 kW]
이산화탄소 펌프 2,563 HP [4,214 kW]
액체 펌프 12 HP [ 20 kW]
총계 28,801 HP [47,348 kW]
*(반올림되지 않은(un-rounded) 유량에 기초함)
본 발명의 설명
도 2는 본 발명에 따른 공정의 흐름도를 도시한다. 도 2에 나타난 공정에서 고려된 피드가스 구성물 및 조건들은 도 1의 것들과 동일하다. 따라서 도 2의 공정은 본 발명의 이점들을 예시하기 위해 도 1의 공정와 비교될 수 있다.
도 2의 공정의 시뮬레이션에서, 유입 가스는 스트림(31)으로서 81℉[27℃] 및 1110 psia[7,653 kPa(a)]에서 플랜트로 들어가고, 공정 조립체(processing assembly; 113) 내부에서 스트리핑 섹션(113d)의 하부영역에 있는 열 및 물질 전달수단(heat and mass transfer means)으로 들어간다. 상기 열 및 물질 전달수단은 핀튜브형 열교환기, 평판형 열교환기, 평행류형 알루미늄 열교환기, 또는 다중-패스(multi-pass) 및/또는 다중-서비스 열교환기들을 포함하여 기타 방식의 열전달장치를 포함할 수 있다. 열 및 물질 전달수단은 상기 열 및 물질 전달수단의 하나의 패스를 통해 흐르는 스트림(31)과 공정 조립체(113) 내부에서 스트리핑 섹션(113d)의 상부영역에 있는 물질전달수단으로부터 아래로 흐르는 증류 액체 스트림 사이에 열교환을 제공하도록 구성되어 있어서, 스트림(31)이 냉각되면서 증류 액체 스트림을 가열하고, 스트림(31a)이 열 및 물질 전달수단을 떠나기 전에 스트림(31a)을 34℉[1℃]로 냉각한다. 증류 액체 스트림이 가열될 때, 이 스트림의 일부분은 증기화되어 스트리핑 증기를 형성하고 이 스트리핑 증기는 나머지 액체가 열 및 물질 전달수단을 통해 아래로 계속 흘러감에 따라 위로 상승된다. 열 및 물질 전달수단은 스트리핑 증기와 증류 액체 스트림 사이에 연속적 접촉을 제공하여서, 또한 이 열 및 물질 전달수단이 증기상과 액상 사이에 열전달을 제공하는 기능을 하며 메탄 및 경질 성분들의 액체 생성물 스트림(37)을 스트리핑하도록 한다.
부분 냉각된 스트림(31a)은 공정 조립체(113) 내부에서 피드 냉각섹션(113b)에 있는 열교환수단으로 들어간다. 이 열교환수단은 또한 핀튜브형 열교환기, 평행류형 알루미늄 열교환기, 또는 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열교환기들을 포함하여 기타 방식의 열전달장치를 포함할 수 있다. 열교환수단은 상기 열교환수단의 하나의 패스를 통해 흐르는 스트림(31a)과, 프레온 R124a 냉매 스트림들과, 공정 조립체(113) 내부의 정류 섹션(113c)으로부터 상승되는 잔류 가스 스트림과, 차가운 이산화탄소 스트림(38c)(이는 다음 페이지 단락에서 추가로 기재되어 있음) 사이에 열교환을 제공하도록 구성되어 있다. 스트림(31a)이 다른 스트림들을 가열하면서 추가로 냉각되고, 이에 의해 추가로 냉각된 스트림(31b)이 -14℉[-25℃] 및 1076 psia[7,419 kPa(a)]에서 팽창 밸브(12)에 의해 스트리핑 섹션(113d)의 작동 압력(대략 618 psia[4,264 kPa(a)])으로 팽창되고, 스트림(31c)이 스트리핑 섹션(113d)의 상부영역에 있는 물질전달수단 위에서 공정 조립체(113)로 공급되기 전에 스트림(31c)을 -35℉[-37℃]로 냉각한다.
공정 조립체(113) 내부의 스트리핑 섹션(113d)은 수직방향으로 이격된 다수의 트레이, 하나 이상의 충전층, 또는 트레이 및 패킹의 일부 결합으로 이루어지는 물질전달수단을 포함한다. 트레이 및/또는 패킹은 위로 상승하는 증기와 아래로 하강하는 냉각 액체 사이에 필요한 접촉을 제공한다. 팽창된 스트림(31c)의 액체 부분은 정류 섹션(113c)으로부터 아래로 하강하는 액체들과 혼합되고, 이 혼합된 액체가 계속해서 아래로 스트리핑 섹션(113d)의 상부영역에 있는 물질전달수단으로 간다. 스트리핑 섹션(113d)의 하부영역에 있는 열 및 물질 전달수단으로부터 상승되는 스트리핑 증기는 스트리핑 섹션(113d)의 상부영역에 있는 물질전달수단을 통해 위로 상승되며 메탄 및 경질 성분들의 혼합된 액체를 부분적으로 스트리핑하고, 동시에 나머지 스트리핑 증기는 물질전달수단을 떠나서 팽창된 스트림(31c)의 증기 부분과 혼합되어 증류 증기 스트림을 형성하고, 이 증류 증기 스트림은 계속해서 위로 정류 섹션(113c)으로 간다. 스트리핑 섹션(113d)의 상부영역에 있는 물질전달수단을 떠나는 부분 스트리핑된 증류 액체는 계속해서 아래로 스트리핑 섹션(113d)의 하부영역에 있는 열 및 물질 전달수단으로 가서 액체로부터 메탄 및 경질 성분들의 스트리핑을 계속한다. 결과적으로 생성된 액체 생성물(스트림 37)은 스트리핑 섹션(113d)의 하부영역으로 들어가고, 바닥 생성물 내의 메탄 농도가 질량 기초로 0.50%로 감소되는 것에 기초하여, 45℉[7℃]에서 공정 조립체(113)를 떠난다.
컬럼 바닥 생성물 스트림(37)은 주로 액체 이산화탄소로 되어있다. 작은 부분(스트림 38)은 공정 조립체(113) 내부의 냉매 과냉각 섹션(113a)에 있는 열교환수단으로 들어간다. 이러한 열교환수단은 유사하게 핀튜브형 열교환기, 평판형 열교환기, 평행류형 알루미늄 열교환기, 또는 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열교환기들을 포함하여 기타 방식의 열전달장치를 포함할 수 있다. 열교환수단은 상기 열교환수단의 하나의 패스를 통해 흐르는 스트림(38)과, 피드 냉각 섹션(113b)의 열교환수단 내에서 가열되었던 공정 조립체(113) 내부의 정류 섹션(113c)으로부터 오는 잔류 가스 스트림 사이에 열교환을 제공하도록 구성되어 있어서, 스트림(38)이 잔류 가스 스트림을 추가로 가열하면서 과냉각된다. 결과적으로 과냉각된 액체(스트림 38a)는 0℉[-18℃]에서 팽창 밸브(20)에 의해 더 낮은 압력으로 팽창되고 부분적으로 증기화되며, 추가로 스트림(38b)이 공정 조립체(113) 내부의 정류 섹션(113c)에 있는 열 및 물질 전달수단으로 들어가기 전에 스트림(31b)을 -64℉[-54℃]로 냉각한다. 이러한 열 및 물질 전달수단은 유사하게 핀튜브형 열교환기, 평판형 열교환기, 평행류형 알루미늄 열교환기, 또는 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열교환기들을 포함하여 기타 방식의 열전달장치를 포함할 수 있다. 열 및 물질 전달수단은 상기 열 및 물질 전달수단의 하나의 패스를 통해 위로 흐르는 스트리핑 섹션(113d)으로부터 상승되는 증류 증기 스트림과 아래로 흐르는 팽창된 스트림(38b) 사이에 열교환을 제공하도록 구성되어 있어서, 증류 증기 스트림이 팽창된 스트림을 가열하면서 냉각된다. 증류 증기 스트림이 냉각됨에 따라, 증류 증기 스트림의 일부분은 응축되고 아래로 흐르며, 한편 나머지 증류 증기는 계속해서 열 및 물질 전달수단을 통해 위로 흐른다. 열 및 물질 전달수단은 응축된 액체와 증류 증기 사이에 연속적인 접촉을 제공하므로, 또한 증기상과 액체상 사이에 질량전달을 제공하는 기능을 하며, 이에 의해 증류 증기의 정류를 제공한다. 응축된 액체는 열 및 물질 전달수단의 하단에서 수집되고, 팽창된 스트림(31c)의 액체 부분과 혼합되고, 전술한 바와 같이 스트리핑 섹션(113d)의 상부영역에 있는 물질전달수단으로 향하게 된다. 스트림(38b) 내의 잔류 액체는 열 및 물질 전달수단 내에서 냉매로서 기능하여 증류 증기 스트림의 냉각 및 정류를 제공하고, 그 결과 가장 많이 증기화된 이산화탄소는 정류 섹션(113c) 내의 열 및 물질 전달수단을 -48℉[-44℃]에서 스트림(38C)으로서 떠난다.
공정 조립체(113)(스트림 38c) 내부의 정류 섹션(113c)에 있는 열 및 물질 전달수단으로부터 오는 차가운 이산화탄소는 전술한 바와 같이 피드 가스와의 열교환에 의하여 공정 조립체(113) 내부의 피드 냉각섹션(113b) 내의 열교환수단 내에서 -10℉[-23℃]로 가열된다. 더워진 이산화탄소 증기(스트림 38d)는 76 psia[527 kPa(a)]에서 다음에 압축기들(21, 23, 25, 27)에 의하여 4개의 단계들에서 고압으로 압축되고, 또한 배출 냉각기들(22, 24, 26, 28)에 의하여 각각의 압축 단계 후에 120℉[49℃]로 냉각된다. 컬럼 바닥 생성물 스트림(37)의 나머지 부분(스트림 41)은 펌프(29)에 의하여 고압으로 펌핑되어서, 스트림(41a)이 배출 냉각기(28)를 떠나는 농축상 유체(스트림 38l)와 혼합되며, 고압 이산화탄소 스트림(42)을 형성하며, 이 스트림(42)이 다음에 78℉[26℃] 및 2015 psia[13,893 kPa(a)]에서 재주입되도록 흐른다.
정류 섹션(113c)으로부터 상승되는 증기는 잔류 가스이다. 이 잔류 가스는 전술한 바와 같이 피드 가스로 냉각을 제공함에 따라 피드 냉각 섹션(113b) 내에서 따뜻하게 된다. 잔류 가스 스트림은 전술한 바와 같이 스트림(38)으로 냉각을 제공함에 따라 냉매 과냉각 섹션(113a) 내에서 추가로 가열되고, 이 상태에서 잔류 가스 스트림(33)이 20℉[-7℃]에서 공정 조립체(113)를 떠난다. 다음에 잔류 가스 스트림은 압축기(17)에 의하여 재압축되고, 1215 psia[8,377 kPa(a)]에서 처리되기 위해 흐르기 전에 배출 냉각기(18) 내에서 120℉[49℃]로 냉각된다.
도 2에 도시된 공정을 위한 스트림 유량 및 에너지 소비율의 요약은 아래 표에 나타나 있다.
표 II
(도　2)
스트림 유동 요약 - Lb. Moles/Hr [kg moles/Hr]
스트림 메탄 에탄 프로판 부탄들+ 이산화탄소 총계
31 14,993 176 61 70 32,714 48,306
37 144 109 55 70 28,580 28,959
38 24 19 9 12 4,887 4,951
41 120 90 46 58 23,693 24,008
33 14,849 67 6 0 4,134 19,347
42 144 109 55 70 28,580 28,959
회수율/제거율*
메탄 99.03% (잔류 가스에서 회수됨)
이산화탄소 87.36% (잔류 가스로부터 제거됨)
이산화탄소 농도*
잔류 가스 21.37%
이산화탄소 생성물 98.69%
전력
이산화탄소 압축 8,449 HP [13,890 kW]
잔류 가스 압축 6,119 HP [10,060 kW]
냉매 압축 11,498 HP [18,902 kW]
이산화탄소 펌프 2,617 HP [4,302 kW]
총계 28,683 HP [47,154 kW]
*(반올림되지 않은 유량에 기초함)
표 1 및 표 2의 비교는, 종래 기술에 비하여, 본 발명이 본질적으로 동일한 메탄 회수율(종래 기술에 대해 99.03% 대 99.04%), 이산화탄소 제거율(종래 기술에 대해 87.36% 대 87.37%), 잔류 가스 내의 이산화탄소 농도(종래 기술에 대해 21.37% 대 21.37%), 및 이산화탄소 순도(종래 기술에 대해 98.69% 대 98.70%)를 유지한다는 것을 보여주고 있다. 그러나, 표 1 및 표 2를 더 비교하면, 공정 성능이 종래 기술보다 더 작은 전력을 사용하여 달성되었음을 보여주고 있다. 전체 전력 소비에 대하여, 본 발명은 도 1의 종래 공정 기술보다 0.4% 향상을 나타내고 있다.
도 1의 종래 공정 기술의 에너지 효율보다 본 발명에 의해 제공된 에너지 효율의 향상은 기본적으로 3가지 인자들 때문이다. 첫째, 공정 조립체(113) 내부의 냉매 과냉각 섹션(113a) 및 피드 냉각 섹션(113b) 내에 열교환수단의 컴팩트한 배치는 종래 공정 플랜트에서 발견된 상호접속용 배관에 의하여 부과된 압력 강하를 제거한다. 그 결과 압축기(17)로 흐르는 잔류 가스는 종래 기술에 비하여 본발명에서는 더 고압 상태에 있고, 이에 의하여 후속 처리를 위해 필요한 압력으로 잔류 가스를 회수하기 위해 본 발명에 의해 필요로 한 전력을 감소시킨다.
둘째로, 결과적으로 생성된 증기가 액체에 접촉하여 그 휘발성 성분들을 스트리핑하도록 허용하면서 동시에 스트림(113d)의 상부영역에 있는 물질전달수단을 떠나는 증류 액체를 가열하기 위해 스트리핑 섹션(113d)의 하부영역에 있는 열 및 물질 전달수단을 사용하는 것은 외부 리보일러들을 갖는 종래 증류탑을 사용하는 것보다 더욱 효율적이다. 휘발성 성분들은 연속적으로 액체에서 스트리핑되며, 스트리핑 증기 내의 휘발성 성분들의 농도를 매우 신속하게 감소시키며, 이에 의해 본 발명에서는 스트리핑 효율을 향상시킨다.
셋째로, 증류 증기 스트림으로부터 이산화탄소 및 중질 탄화수소 성분들을 응축하면서 동시에 스트리핑 섹션(113d)으로부터 상승되는 증류 증기 스트림을 냉각시키기 위해 정류 섹션(113c) 내의 열 및 물질 전달수단을 사용하는 것은 종래 증류탑 내에서 환류(reflux)를 사용하는 것보타 더욱 효율적인 정류를 제공한다. 그 결과, 도 1의 종래 공정 기술과 비슷한 공정에 저레벨의 냉각을 제공하는데 바닥 생성물 스트림(37) 내에 더 작은 액체 이산화탄소가 필요하게 된다. 이것은 더 많은 이산화탄소가 압축되기보다는 고압으로 펌핑될 수 있게 하고, 재주입을 위해 이산화탄소를 운반하는데 필요한 전력을 감소시킨다(압축하는 가스들과 비교하여 펌핑 액체들 고유의 전력 이점 때문에).
본 발명은 처리 효율의 증가에 추가하여 종래 기술에 비하여 2가지 다른 이점들을 제공한다. 첫째로, 본 발명의 공정 조립체(113)의 컴팩트한 배치는 종래 기술의 7개의 별개의 장비 제품들(도 1에서 열교환기(10, 11, 14, 16), 분리기(15), 펌프(19), 및 분류탑(13))을 단일 장비 제품(도 2의 공정 조립체(113))로 대체시킨다. 이것은 플롯 공간 필요조건을 감소시키고, 상호접속용 배관을 제거하고, 환류 펌프에 의해 소비되는 전력을 제거하고, 종래 기술에 비하여 본 발명을 이용하는 공정 플랜트의 투자비용 및 작동비용을 감소시킨다. 둘째로, 상호접속용 배관의 제거는, 본 발명을 이용하는 공정 플랜트가 종래 기술에 비하여 더 작은 플랜지형 접속부를 가져서, 플랜트에서 잠재적인 누출 근원의 개수를 감소시킨다는 것을 의미한다. 탄화수소는 휘발성 유기 화합물들(VOCs)이며, 일부는 온실효과 가스로서 분류되고 일부는 대기 오존 형성의 전구체가 될 수 있다. 이산화탄소도 역시 온실효과 가스이기 때문에, 본 발명은 환경에 피해를 줄 수 있는 대기 방출의 잠재성을 크게 감소시킨다.
다른 구현예들
도 2에 도시된 본 발명의 구현예에 대하여 위에서 설명한 바와 같이 피드 스트림(31)은 스트리핑 섹션(113d) 내의 열 및 물질 전달수단과 피드 냉각 섹션(113b) 내의 열교환수단에서 냉각됨에 따라 전체적으로 응축되고, 그리고 다음에 그 결과로 생성된 액체 스트림(31b)이 공정 조립체(113) 내부의 스트리핑 섹션(113d)의 작동 압력으로 팽창 밸브(12)에 의하여 팽창된다. 그러나, 본 발명은 이 구현예로 제한되지 않는다. 피드 가스 내의 중질 탄화수소의 양 및 피드 가스 압력에 의존하여, 도 2에서 팽창 밸브(12)에 의하여 팽창된 냉각된 피드 스트림(31b)은 어떠한 액체도 포함할 수 없다(왜냐하면 이는 이슬점보다 높기 때문에, 또는 최대응축압력(cricondenbar)보다 높기 때문이다). 일부 상황들은 피드 가스의 부분 응축에 유리할 수 있으며, 각자의 증기상과 액체상으로 분리하며, 다음에 증기상 및 액체상을 개별적으로 팽창시킨다. 그러한 구현예는 도 3에 도시되어 있고, 여기서 공정 조립체(113)는 부분 응축된 피드 가스(스트림 31b)를 증기 스트림(43) 및 액체 스트림(44)으로 분리하기 위해 분리기 섹션(113e)을 포함한다. (분리기 섹션(113e)은 스트리핑 섹션(113d)과 분할되도록 내부 헤드 또는 다른 수단을 가지며, 따라서 2 섹션이 공정 조립체(113) 내부에서 다른 압력에서 작동될 수 있다.) 증기 스트림(43)은 일(work) 팽창 기계(50)로 들어가고, 이 기계에서 증기가 정류 섹션(113c)의 작동 압력으로 실질적으로 등엔트로피적으로 팽창함에 따라 이러한 고압 피드의 부분으로부터 기계적 에너지가 배출되고, 그 결과 팽창된 스트림(43a)이 정류 섹션(113c) 내의 열 및 물질 전달수단 아래에 있는 공정 조립체(113)로 공급된다. 회수된 성분은 종종 예를 들어 잔류 가스 스트림(스트림 33)을 재압축시키는데 사용될 수 있는 원심 압축기(제품 51과 같은 것)를 구동하는데 사용된다. 액체 스트림(44)은 팽창된 스트림(44a)이 스트리핑 섹션(113d)의 상부영역에 있는 물질전달수단 위에 있는 공정 조립체(113)로 공급되기 전에 팽창 밸브(12)에 의하여 스트리핑 섹션(113d)의 작동 압력으로 팽창된다. 어떤 경우에는, 팽창된 스트림(43a)이 정류 섹션(113c)으로 들어가는 지점보다 아래에서 정류 섹션(113c) 내에 물질전달수단을 포함하는 것이 유리할 수 있다.
일부 상황에서, 공정 조립체(113) 내에 분리기 섹션(113e)을 포함하기 보다는, 냉각된 피드 스트림(31b)을 분리하기 위해 외부 분리기 용기를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 분리기(52)는 냉각된 피드 스트림(31b)을 증기 스트림(43)과 액체 스트림(44)으로 분리하는데 사용될 수 있다.
피드 가스 조건들, 플랜트 크기, 이용가능한 장비, 또는 기타 인자들은 일 팽창 기계(50)의 제거 또는 대안적인 팽창 장치(팽창 밸브와 같은 것)에 의한 교체가 도 3 및 도 4의 구현예들에서 실행될 수 있다는 것을 알려줄 수 있다. 개별 스트림 팽창이 특별한 팽창 장치들에서 그려지고 있지만, 적절한 경우에 대안적인 팽창 수단이 채용될 수 있다. 예를 들어, 조건들은 도 2의 냉각된 피드 스트림(31b)의 일 팽창, 또는 도 3 및 도 4의 액체 스트림(44)의 일 팽창을 보장할 수 있다.
본 발명에 따라서, 증류 증기 및 액체 스트림들로부터 유입 가스에 이용가능한 냉각을 보충하기 위해 외부 냉장을 이용할 수 있다. 그러한 경우에, 피드 냉각 섹션(113b) 내의 열교환수단은 도 2 내지 도 4에 쇄선으로 도시된 바와 같이 냉각제를 위한 하나 이상의 패스를 포함할 수 있다. 대안으로서, 종래 가스 냉각기(들)은 스트림(31a)이 피드 냉각 섹션(113b) 내의 열교환수단으로 들어가기 전에 냉각제로 스트림(31a)을 냉각하고 및/또는 스트림(31b)이 팽창 밸브(12)(도 2), 분리기 섹션(113e)(도 3) 또는 분리기(52)(도 4)로 들어가기 전에 냉각제로 스트림(31b)을 냉각하는데 사용될 수 있다.
피드 가스의 온도 및 풍부성과 액체 생성물 스트림(37) 내에 허용된 메탄의 양에 따라, 스트리핑 섹션(113d)에서 떠나는 액체가 생성물 사양을 충족시킬 정도로 피드 스트림(31)으로부터 이용할 수 있는 충분한 열이 발생하지 않을 수 있다. 그러한 경우에, 스트리핑 섹션(113d) 내의 열 및 물질 전달수단은 도 2 내지 도 4에서 쇄선으로 도시된 바와 같이 가열 매체로 보충 가열을 제공하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 대안으로서, 다른 열 및 물질 전달수단이 보충 가열을 제공하기 위해 스트리핑 섹션(113d)의 하부영역에 제공될 수 있고 또는 스트림(31)이 스트리핑 섹션(113d) 내의 열 및 물질 전달수단으로 공급되기 전에 가열 매체에 의해 가열될 수 있다.
냉매 과냉각 섹션(113a) 및 피드 냉각 섹션(113b) 내의 열교환수단을 위해 선택된 열전달장치의 타입에 따라, 단일 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열전달장치 내에 이러한 열교환수단을 결합할 수 있다. 그러한 경우에, 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열전달장치는 필요한 냉각 및 가열을 달성하기 위해 스트림(31a), 스트림(38), 스트림(38c) 및 스트림(33)을 분배, 분리 및 수집하기 위한 적절한 수단들을 포함할 수 있다. 유사하게, 정류 섹션(113c) 내의 열 및 물질 전달수단을 위해 선택된 열 및 물질 전달장치의 타입은 단일 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열 및 물질 전달장치 내에 피드 냉각 섹션(113b) 내의 열교환수단(및 가능하면 또한 냉매 과냉각 섹션(113a)의 열교환수단과 함께)과 결합할 수 있다. 그러한 경우에, 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열 및 물질 전달장치는 필요한 냉각 및 가열을 달성하기 위해 스트림(31a), 스트림(38), 스트림(38b), 스트림(38c) 및 스트림(33)을 분배, 분리 및 수집하기 위한 적절한 수단들을 포함할 수 있다.
일부 상황에서, 도 2 내지 도 4에서 냉장을 제공하는데 사용되는 컬럼 바닥 생성물 스트림(37)의 부분(스트림 38)은 가열된 후에(스트림 38d) 고압으로 회복될 필요가 없을 수 있다. 그러한 경우에, 도시된 압축 및 냉각(압축기들(21, 23, 25, 27) 및 배출 냉각기들(22, 24, 26, 28))은 필요하지 않을 수 있고, 다만 스트림(41a)만이 스트림(42)으로 흐른다.
본 발명은 공정을 작동하는데 필요한 설비 소비량을 기준 하여 탄화수소 가스 스트림들로부터 이산화탄소의 향상된 분리를 제공한다. 공정을 작동시키기 위해 필요한 설비 소비량의 향상은 압축 또는 재압축을 위해 요구되는 전력 감소들, 펌핑을 위해 요구되는 전력 감소들, 외부 냉장을 위해 요구되는 전력 감소들, 보충 가열을 위해 요구되는 에너지 감소들, 탑 리보일링을 위해 요구되는 에너지 요구들, 또는 이들의 결합의 형태로 나타날 수 있다.
본 발명의 양호한 구현예들이라고 생각되는 것을 설명하였는 바, 당해분야에서 숙련된 자들은 예를 들어 본 발명을 다른 조건들, 피드 타입들 또는 다른 요구조건들에 적용하기 위해 아래의 청구범위에 규정한 바와 같은 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 다른 변경 및 추가의 변경이 가능하다는 것을 인식할 것이다.

Claims (12)

  1. 적어도 메탄 및 이산화탄소를 함유하는 가스 스트림을 상기 메탄의 대부분을 함유하는 휘발성 잔류 가스 유분과 상기 이산화탄소의 대부분을 함유하는 비교적 작은 휘발성 유분으로 분리하는 방법으로서,
    (1) 상기 가스 스트림은 냉각되고, 이에 의해 냉각된 스트림이 형성되고;
    (2) 상기 냉각된 스트림은 중간압력으로 팽창되고, 이에 의해 냉각된 스트림이 더욱 냉각되고;
    (3) 상기 팽창 냉각된 스트림은 공정 조립체 내에 수용된 물질전달수단으로 최상단 피드로서 공급되며, 상기 물질전달수단은 상부영역 및 하부영역을 갖고;
    (4) 증류 액체 스트림은 상기 물질전달수단의 하부영역에서부터 수집되고 상기 공정 조립체 내에 수용된 제1 열 및 물질 전달수단 내에서 가열되고, 이에 의해 단계 (1)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하면서 동시에 상기 증류 액체 스트림으로부터 더 많은 휘발성 성분들을 스트리핑하고, 그후 가열되고 스트리핑된 증류 액체 스트림이 상기 공정 조립체로부터 상기 비교적 작은 휘발성 유분으로서 배출되고;
    (5) 제1 증류 증기 스트림은 상기 물질전달수단의 상부영역으로부터 수집되어 상기 팽창 냉각된 스트림의 어떠한 증기 부분과 결합되어 제2 증류 증기 스트림을 형성하고;
    (6) 상기 제2 증류 증기 스트림은 상기 공정 조립체 내에 수용된 제2 열 및 물질 전달수단 내에서 냉각되며, 이에 의해 상기 제2 증류 증기 스트림으로부터 더 작은 휘발성 성분들을 응축하여 응축된 스트림 및 제3 증류 증기 스트림을 형성하고;
    (7) 상기 응축된 스트림의 적어도 일부분은 상기 물질전달수단으로 다른 최상단 피드로서 공급되고;
    (8) 상기 비교적 작은 휘발성 유분은 적어도 제1 스트림 및 제2 스트림으로 분할되고;
    (9) 상기 제2 스트림은 냉각되며 그후 더 낮은 압력으로 팽창됨으로써 더욱 냉각되고;
    (10) 상기 팽창 냉각된 제2 스트림은 가열되며, 이에 의해 단계들 (1) 및 (6)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하고;
    (11) 상기 제3 증류 증기 스트림은 상기 공정 조립체 내에 수용된 하나 이상의 열교환수단 내에서 가열되고, 이에 의해 단계들 (1) 및 (9)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하고, 그 후 상기 가열된 제3 증류 증기 스트림이 상기 공정 조립체로부터 상기 휘발성 잔류 가스 유분으로서 배출되고; 및
    (12) 상기 물질전달수단으로 향하는 상기 피드 스트림들의 양 및 온도는 상기 물질전달수단의 상기 상부영역의 온도를 상기 이산화탄소의 대부분이 상기 비교적 작은 휘발성 유분에서 회수되도록 하는 온도에서 유지하는데 효과적인, 분리 방법.
  2. 적어도 메탄 및 이산화탄소를 함유하는 가스 스트림을 상기 메탄의 대부분을 함유하는 휘발성 잔류 가스 유분과 상기 이산화탄소의 대부분을 함유하는 비교적 작은 휘발성 유분으로 분리하는 방법으로서,
    (1) 상기 가스 스트림은 충분히 냉각되어 부분적으로 응축되고;
    (2) 상기 부분 응축된 가스 스트림은 분리 수단으로 공급되어 이 분리 수단에서 분리되어 증기 스트림 및 적어도 하나의 액체 스트림을 제공하고;
    (3) 상기 적어도 하나의 액체 스트림은 중간압력으로 팽창되고;
    (4) 상기 팽창된 액체 스트림은 공정 조립체 내에 수용된 물질전달수단으로 최상단 피드로서 공급되며, 상기 물질전달수단은 상부영역 및 하부영역을 갖고;
    (5) 상기 증기 스트림은 상기 중간 압력으로 팽창되어 상기 물질전달수단보다 위에 상기 공정 조립체로 피드로서 공급되고;
    (6) 증류 액체 스트림은 상기 물질전달수단의 하부영역에서부터 수집되고 상기 공정 조립체 내에 수용된 제1 열 및 물질 전달수단 내에서 가열되고, 이에 의해 단계 (1)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하면서 동시에 상기 증류 액체 스트림으로부터 더 많은 휘발성 성분들을 스트리핑하고, 그후 가열되고 스트리핑된 증류 액체 스트림이 상기 공정 조립체로부터 상기 비교적 작은 휘발성 유분으로서 배출되고;
    (7) 제1 증류 증기 스트림은 상기 물질전달수단의 상부영역으로부터 수집되어 상기 팽창된 증기 스트림의 증기 부분과 결합되어 제2 증류 증기 스트림을 형성하고;
    (8) 상기 제2 증류 증기 스트림은 상기 공정 조립체 내에 수용된 제2 열 및 물질 전달수단 내에서 냉각되며, 이에 의해 상기 제2 증류 증기 스트림으로부터 더 작은 휘발성 성분들을 응축하여 응축된 스트림 및 제3 증류 증기 스트림을 형성하고;
    (9) 상기 응축된 스트림의 적어도 일부분은 상기 물질전달수단으로 다른 최상단 피드로서 공급되고;
    (10) 상기 비교적 작은 휘발성 유분은 적어도 제1 스트림 및 제2 스트림으로 분할되고;
    (11) 상기 제2 스트림은 냉각되며 그후 더 낮은 압력으로 팽창됨으로써 더욱 냉각되고;
    (12) 상기 팽창 냉각된 제2 스트림은 가열되며, 이에 의해 단계들 (1) 및 (8)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하고;
    (13) 상기 제3 증류 증기 스트림은 상기 공정 조립체 내에 수용된 하나 이상의 열교환수단 내에서 가열되고, 이에 의해 단계들 (1) 및 (11)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하고, 그 후 상기 가열된 제3 증류 증기 스트림이 상기 공정 조립체로부터 상기 휘발성 잔류 가스 유분으로서 배출되고; 및
    (14) 상기 물질전달수단으로 향하는 상기 피드 스트림들의 양 및 온도는 상기 물질전달수단의 상기 상부영역의 온도를 상기 이산화탄소의 대부분이 상기 비교적 작은 휘발성 유분에서 회수되도록 하는 온도에서 유지하는데 효과적인, 분리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분리 수단은 상기 공정 조립체 내에 수용되는, 분리 방법.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    (1) 보조 물질전달수단은 상기 공정 조립체 내에서 상기 제2 열 및 물질 전달수단보다 아래에 수용되고, 상기 보조 물질전달수단은 하부영역 및 상부영역을 갖고;
    (2) 상기 팽창된 증기 스트림은 상기 보조 물질전달수단으로 최상단 피드로서 공급되고;
    (3) 상기 제1 증류 증기 스트림은 하단피드로서 상기 보조 물질전달수단으로 향하고;
    (4) 제4 증류 증기 스트림은 상기 보조 물질전달수단의 상부영역으로부터 수집되어 상기 팽창된 증기 스트림의 상기 증기 부분과 결합되어 상기 제2 증류 증기 스트림을 형성하고;
    (5) 상기 응축된 스트림의 적어도 일부분은 상기 보조 물질전달수단으로 향하는 다른 최상단 피드로서 공급되고; 및
    (6) 상기 보조 물질전달수단으로 향하는 상기 피드 스트림들의 양 및 온도는 상기 보조 물질전달수단의 상기 상부영역의 온도를 상기 이산화탄소의 대부분이 상기 비교적 작은 휘발성 유분에서 회수되도록 하는 온도에서 유지하는데 효과적인, 분리 방법.
  5. 청구항 1 내지 3중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 열 및 물질 전달수단은 상기 증류 액체 스트림으로부터 상기 더 많은 휘발성 성분들의 상기 스트리핑을 위해 상기 가스 스트림에 의하여 공급된 열을 보충하도록 외부 가열 매체를 위한 하나 이상의 패스(pass)를 포함하는, 분리 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 열 및 물질 전달수단은 상기 증류 액체 스트림으로부터 상기 더 많은 휘발성 성분들의 상기 스트리핑을 위해 상기 가스 스트림에 의하여 공급된 열을 보충하도록 외부 가열 매체를 위한 하나 이상의 패스를 포함하는, 분리 방법.
  7. 적어도 메탄 및 이산화탄소를 함유하는 가스 스트림을 상기 메탄의 대부분을 함유하는 휘발성 잔류 가스 유분과 상기 이산화탄소의 대부분을 함유하는 비교적 작은 휘발성 유분으로 분리하는 장치로서,
    (1) 상기 가스 스트림을 냉각하기 위해 공정 조립체 내에 수용된 제1 열 및 물질 전달수단;
    (2) 상기 냉각된 가스 스트림을 수용하여 더욱 냉각시킴으로써 냉각된 스트림을 형성하기 위해 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 제1 열 및 물질 전달수단에 연결된 제1 열교환수단;
    (3) 상기 냉각된 스트림을 수용하여 중간압력으로 팽창시키기 위해 상기 제1 열교환수단에 연결된 제1 팽창수단;
    (4) 상기 팽창 냉각된 스트림을 최상단 피드로서 수용하기 위해 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 제1 팽창수단에 연결된 물질전달수단으로서, 하부 영역 및 상부영역을 갖는 상기 물질전달수단;
    (5) 상기 물질전달수단의 하부영역으로부터 증류 액체 스트림을 수용하기 위해 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 물질전달수단에 연결된 액체 수집수단;
    (6) 상기 증류 액체 스트림을 수용하여 가열하기 위해 상기 액체 수집수단에 추가로 연결되는 상기 제1 열 및 물질 전달수단으로서, 단계 (1)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하면서 동시에 상기 증류 액체 스트림으로부터 더 많은 휘발성 성분들을 스트리핑하고, 그후 가열되고 스트리핑된 증류 액체 스트림이 상기 공정 조립체로부터 상기 비교적 작은 휘발성 유분으로서 배출되도록 하는 상기 제1 열 및 물질 전달수단;
    (7) 상기 물질전달수단의 상부영역으로부터 제1 증류 증기 스트림을 수용하기 위해 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 물질전달수단에 연결된 증기 수집수단;
    (8) 상기 제1 증류 증기 스트림을 수용하여 상기 팽창 냉각된 스트림의 어떠한 증기 부분과 결합됨으로써 제2 증류 증기 스트림을 형성하도록 상기 증기 수집수단에 연결된 결합수단;
    (9) 상기 제2 증류 증기 스트림을 수용하여 냉각함으로써 응축된 스트림 및 제3 증류 증기 스트림을 형성하도록 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 결합수단에 연결된 제2 열 및 물질 전달수단;
    (10) 상기 응축된 스트림의 적어도 일부분을 다른 최상단 피드로서 수용하기 위해 상기 제2 열 및 물질 전달수단에 추가로 연결되는 상기 물질전달수단;
    (11) 상기 비교작 작은 휘발성 유분을 수용하여 이것을 적어도 제1 스트림 및 제2 스트림으로 분할하도록 상기 공정 조립체에 연결된 분할수단;
    (12) 상기 제2 스트림을 수용하여 냉각하기 위해 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 분할수단에 연결된 제2 열교환수단;
    (13) 상기 냉각된 제2 스트림을 수용하여 이것을 낮은 압력으로 팽창시키기 위해 상기 제2 열교환수단에 연결된 제2 팽창수단;
    (14) 상기 팽창 냉각된 제2 스트림을 수용하여 가열함으로써 단계 (9)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하도록 상기 제2 팽창수단에 추가로 연결되는 상기 제2 열 및 물질 전달수단;
    (15) 상기 가열 팽창된 제2 스트림을 수용하여 추가로 가열함으로써 단계 (2)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하도록 상기 제2 열 및 물질 전달수단에 추가로 연결되는 상기 제1 열교환수단;
    (16) 상기 제3 증류 증기 스트림을 수용하여 가열함으로써 단계 (2)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하도록 상기 제2 열 및 물질 전달수단에 추가로 연결되는 상기 제1 열교환수단;
    (17) 상기 가열된 제3 증류 증기 스트림을 수용하여 추가로 가열하기 위해 상기 제1 열교환수단에 추가로 연결되는 상기 제2 열교환수단으로서, 단계 (12)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하고 그후에 상기 추가로 가열된 제3 증류 증기 스트림을 상기 공정 조립체로부터 상기 휘발성 잔류 가스 유분으로서 배출되도록 하는 상기 제2 열교환수단; 및
    (18) 상기 물질전달수단의 상기 상부영역으로 향하는 상기 피드 스트림들의 양 및 온도를 조절하여 상기 물질전달수단의 상기 상부영역의 온도를 상기 이산화탄소의 대부분이 상기 비교적 작은 휘발성 유분에서 회수되도록 하는 온도에서 유지되도록 적용시킨 제어수단을 포함하는, 분리 장치.
  8. 적어도 메탄 및 이산화탄소를 함유하는 가스 스트림을 상기 메탄의 대부분을 함유하는 휘발성 잔류 가스 유분과 상기 이산화탄소의 대부분을 함유하는 비교적 작은 휘발성 유분으로 분리하는 장치로서,
    (1) 상기 가스 스트림을 냉각하기 위해 공정 조립체 내에 수용된 제1 열 및 물질 전달수단;
    (2) 상기 냉각된 가스 스트림을 수용하여 더욱 냉각시킴으로써 부분 응축된 가스 스트림을 형성하기 위해 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 제1 열 및 물질 전달수단에 연결된 제1 열교환수단;
    (3) 상기 부분 응축된 가스 스트림을 수용하여 이것을 증기 스트림 및 적어도 하나의 액체 스트림으로 분리하도록 상기 제1 열교환수단에 연결된 분리수단;
    (4) 상기 적어도 하나의 액체 스트림을 수용하여 이것을 중간압력으로 팽창시키기 위해 상기 분리수단에 연결된 제1 팽창수단;
    (5) 상기 팽창된 액체 스트림을 최상단 피드로서 수용하기 위해 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 제1 팽창수단에 연결된 물질전달수단으로서, 하부 영역 및 상부영역을 갖는 상기 물질전달수단;
    (6) 상기 증기 스트림을 수용하여 이것을 상기 중간압력으로 팽창시키기 위해 상기 분리수단에 연결된 제2 팽창수단으로서, 상기 팽창된 증기 스트림을 상기 물질전달수단 위에 피드로서 공급되도록 상기 공정 조립체에 추가로 연결되는 상기 제2 팽창수단;
    (7) 상기 물질전달수단의 하부영역으로부터 증류 액체 스트림을 수용하기 위해 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 물질전달수단에 연결된 액체 수집수단;
    (8) 상기 증류 액체 스트림을 수용하여 가열하기 위해 상기 액체 수집수단에 추가로 연결되는 상기 제1 열 및 물질 전달수단으로서, 단계 (1)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하면서 동시에 상기 증류 액체 스트림으로부터 더 많은 휘발성 성분들을 스트리핑하고, 그후 상기 가열되고 스트리핑된 증류 액체 스트림이 상기 공정 조립체로부터 상기 비교적 작은 휘발성 유분으로서 배출되도록 하는 상기 제1 열 및 물질 전달수단;
    (9) 상기 물질전달수단의 상부영역으로부터 제1 증류 증기 스트림을 수용하기 위해 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 물질전달수단에 연결된 증기 수집수단;
    (10) 상기 제1 증류 증기 스트림을 수용하여 상기 팽창된 증기 스트림의 증기 부분과 결합됨으로써 제2 증류 증기 스트림을 형성하도록 상기 증기 수집수단에 연결된 결합수단;
    (11) 상기 제2 증류 증기 스트림을 수용하여 냉각함으로써 응축된 스트림 및 제3 증류 증기 스트림을 형성하도록 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 결합수단에 연결된 제2 열 및 물질 전달수단;
    (12) 상기 응축된 스트림의 적어도 일부분을 다른 최상단 피드로서 수용하기 위해 상기 제2 열 및 물질 전달수단에 추가로 연결되는 상기 물질전달수단;
    (13) 상기 비교적 작은 휘발성 유분을 수용하여 이것을 적어도 제1 스트림 및 제2 스트림으로 분할하도록 상기 공정 조립체에 연결된 분할수단;
    (14) 상기 제2 스트림을 수용하여 냉각하기 위해 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 분할수단에 연결된 제2 열교환수단;
    (15) 상기 냉각된 제2 스트림을 수용하여 이것을 낮은 압력으로 팽창시키기 위해 상기 제2 열교환수단에 연결된 제3 팽창수단;
    (16) 상기 팽창 냉각된 제2 스트림을 수용하여 가열함으로써 단계 (11)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하도록 상기 제3 팽창수단에 추가로 연결되는 상기 제2 열 및 물질 전달수단;
    (17) 상기 가열 팽창된 제2 스트림을 수용하여 추가로 가열함으로써 단계 (2)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하도록 상기 제2 열 및 물질 전달수단에 추가로 연결되는 상기 제1 열교환수단;
    (18) 상기 제3 증류 증기 스트림을 수용하여 가열함으로써 단계 (2)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하도록 상기 제2 열 및 물질 전달수단에 추가로 연결되는 상기 제1 열교환수단;
    (19) 상기 가열된 제3 증류 증기 스트림을 수용하여 추가로 가열하기 위해 상기 제1 열교환수단에 추가로 연결되는 상기 제2 열교환수단으로서, 단계 (14)의 냉각의 적어도 일부분을 공급하고 그후에 상기 추가로 가열된 제3 증류 증기 스트림을 상기 공정 조립체로부터 상기 휘발성 잔류 가스 유분으로서 배출되도록 하는 상기 제2 열교환수단; 및
    (20) 상기 물질전달수단의 상기 상부영역으로 향하는 상기 피드 스트림들의 양 및 온도를 조절하여 상기 물질전달수단의 상기 상부영역의 온도를 상기 이산화탄소의 대부분이 상기 비교적 작은 휘발성 유분에서 회수되도록 하는 온도에서 유지되도록 적용시킨 제어수단을 포함하는, 분리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 분리수단은 상기 공정 조립체 내에 수용되는, 분리 장치.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    (1) 보조 물질전달수단은 상기 공정 조립체 내에서 상기 제2 열 및 물질 전달수단보다 아래에 수용되고, 상기 보조 물질전달수단은 하부영역 및 상부영역을 갖고;
    (2) 상기 보조 물질전달수단은 상기 팽창된 증기 스트림을 최상단 피드로서 수용하기 위해 상기 제2 팽창수단에 연결되고;
    (3) 상기 보조 물질전달수단은 상기 제1 증류 증기 스트림을 바닥 피드로서 수용하기 위해 상기 증기 수집에 추가로 연결되고;
    (4) 보조 증기 수집수단은 제4 증류 증기 스트림을 상기 보조 물질전달수단의 상부영역으로부터 수용하기 위해 상기 공정 조립체 내에 수용되어 상기 보조 물질전달수단에 연결되고;
    (5) 상기 결합수단은 상기 제4 증류 증기 스트림을 수용하여 상기 팽창된 증기 스트림의 상기 증기 부분과 결합됨으로써 상기 제2 증류 증기 스트림을 형성하도록 상기 보조 증기 수집수단에 연결되도록 구성되고;
    (6) 상기 보조 물질전달수단은 상기 응축된 스트림의 적어도 일부분을 다른 최상단 피드로서 수용하기 위해 상기 제2 열 및 물질 전달수단에 추가로 연결되고; 및
    (7) 상기 제어수단은 상기 보조 물질전달수단의 상기 상부영역으로 향하는 상기 피드 스트림들의 양 및 온도를 조절하여 상기 보조 물질전달수단의 상기 상부영역의 온도를 상기 이산화탄소의 대부분이 상기 비교적 작은 휘발성 유분에서 회수되도록 하는 온도에서 유지되도록 구성되는, 분리 장치.
  11. 청구항 7 내지 9중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 열 및 물질 전달수단은 상기 증류 액체 스트림으로부터 상기 더 많은 휘발성 성분들의 상기 스트리핑을 위해 상기 가스 스트림에 의하여 공급된 열을 보충하도록 외부 가열 매체를 위한 하나 이상의 패스를 포함하는, 분리 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 열 및 물질 전달수단은 상기 증류 액체 스트림으로부터 상기 더 많은 휘발성 성분들의 상기 스트리핑을 위해 상기 가스 스트림에 의하여 공급된 열을 보충하도록 외부 가열 매체를 위한 하나 이상의 패스를 포함하는, 분리 장치.
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