KR20150104217A - 등압 개방 냉동 ngl 회수 - Google Patents

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Abstract

공급 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체를 분리하기 위한 장치 및 프로세스가 제공된다. 장치는 (a) 공급 가스 스트림과 하나 이상의 프로세스 스트림 사이의 열교환 접촉에 의해 공급 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체의 분리를 위해 필요한 가열 및 냉각을 제공하도록 작동 가능한 열교환기; (b) 상기 공급 가스 스트림을 수용하고, 상기 공급 가스 스트림을 상기 공급 가스 스트림의 상당한 양의 경탄화수소 성분들을 포함하는 칼럼 오버헤드 스트림과 상당한 양의 중탄화수소 성분들을 포함하는 칼럼 저부 스트림으로 분리하기 위한 증류 칼럼; (c) 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 수용하고, 상기 칼럼 오버헤드 스트림을 오버헤드 판매 가스 스트림과 상기 열교환기 내에서 프로세스 냉각을 제공하기 위한 혼합된 냉매를 포함하는 저부 스트림으로 분리하기 위한 제 1 분리기; (d) 상기 혼합된 냉매 스트림이 상기 열교환기 내에 프로세스 냉각을 제공한 후에, 상기 혼합된 냉매 스트림을 압축하기 위한 압축기; 및 (e) 상기 압축된 혼합된 냉매 스트림을 리플럭스로서 상기 증류 칼럼으로 보내기 위한 라인을 포함한다.

Description

등압 개방 냉동 NGL 회수{ISO-PRESSURE OPEN REFRIGERATION NGL RECOVERY}
본 발명은 탄화수소를 함유하는 가스 공급 스트림으로부터 천연 가스 액체의 회수를 위한 개량된 프로세스 및 특히 가스 공급 스트림으로부터 프로판 및 에탄의 회수에 관한 것이다.
천연 가스는 메탄, 에탄 및 프로판을 포함하는 다양한 탄화수소를 포함한다. 천연 가스는 일반적으로 주요 비율의 메탄 및 에탄을 갖는데, 즉 메탄 및 에탄은 함께 일반적으로 적어도 50 몰 퍼센트의 가스를 포함한다. 가스는 또한 프로판, 부탄, 펜탄 등과 같은 비교적 적은 양의 중탄화수소, 뿐만 아니라 수소, 질소, 이산화탄소 및 다른 가스를 함유한다. 천연 가스에 추가하여, 탄화수소를 함유하는 다른 가스 스트림은 경탄화수소 및 중탄화수소의 혼합물을 함유할 수 있다. 예를 들어, 정제 프로세스에서 형성되는 가스 스트림은 분리될 탄화수소의 혼합물을 함유할 수 있다. 이들 탄화수소의 분리 및 회수는 직접 또는 다른 프로세스를 위한 공급 원료로서 사용될 수 있는 가치 있는 생성물을 제공할 수 있다. 이들 탄화수소는 일반적으로 천연 가스 액체(NGL)로서 회수된다.
본 발명은 주로 탄화수소를 함유하는 가스 스트림 내의 C3+ 성분의 회수, 특히 이들 가스 스트림으로부터 프로판의 회수에 관한 것이다. 이하에 설명되는 프로세스에 따라 처리될 일반적인 천연 가스 공급물은 대략 몰 퍼센트로, 92.12% 메탄, 3.96% 에탄 및 다른 C2 성분, 1.05% 프로판 및 다른 C3 성분, 0.15% 이소부탄, 0.21% 노말 부탄(normal butane), 0.11% 펜탄 또는 더 무거운 성분 함유할 수 있고, 잔량(balance)은 주로 질소 및 이산화탄소로 구성된다. 정제 가스 스트림은 더 적은 메탄 및 더 높은 양의 중탄화수소를 함유할 수 있다.
가스 공급 스트림으로부터의 천연 가스 액체의 회수는 가스의 냉각 및 냉동, 오일 흡수, 냉동된 오일 흡수와 같은 다양한 프로세스를 사용하여 또는 다수의 증류탑의 사용을 통해 수행되어 왔다. 더 최근에, 주울-톰슨 밸브(Joule-Thompson valve) 또는 터보 팽창기를 이용하는 극저온 팽창 프로세스가 천연 가스로부터 NGL의 회수를 위한 바람직한 프로세스가 되고 있다.
일반적인 극저온 팽창 회수 프로세스에서, 압력 하에서의 공급 가스 스트림은 프로세스의 다른 스트림 및/또는 프로판 압축-냉동 시스템과 같은 외부 냉동 소스와의 열교환에 의해 냉각된다. 가스가 냉각됨에 따라, 액체가 응축되어 원하는 성분을 함유하는 고압 액체로서 하나 이상의 분리기에서 수집될 수 있다.
고압 액체는 저압으로 팽창되어 분류(fractionation)될 수 있다. 액체와 증기의 혼합물을 포함하는 팽창된 스트림은 증류 칼럼에서 분류된다. 증류 칼럼에서 휘발성 가스 및 경탄화수소가 오버헤드 증기로서 제거되고, 중탄화수소 성분이 저부에서 액체 생성물로서 나온다.
공급 가스는 일반적으로 완전히 응축되지는 않고, 부분 응축으로부터 남아 있는 증기는 주울-톰슨 밸브 또는 터보 팽창기를 통해 추가의 액체가 스트림의 추가의 냉각의 결과로서 응축되는 낮은 압력으로 통과될 수 있다. 팽창된 스트림은 공급 스트림으로서 증류 칼럼으로 공급된다.
리플럭스 스트림이 일반적으로 냉각 후에 그러나 팽창에 앞서 부분적으로 응축된 공급 가스의 부분인 증류 칼럼에 제공된다. 다양한 프로세스가 압력 하에서 공급된 잔류 가스의 재순환 스트림과 같은 리플럭스를 위한 다른 소스에 사용되고 있다.
전술된 일반적인 극저온 프로세스에 대한 다양한 개량이 시도되어 왔지만, 이들 개량은 공급 스트림을 증류 칼럼으로 팽창시키기 위해 터보 팽창기 또는 주울-톰슨 밸브를 계속 사용한다. 천연 가스 공급 스트림으로부터 NGL의 향상된 회수를 위한 개량된 프로세스를 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 공급 가스 스트림으로부터 NGL의 회수를 위한 개량된 프로세스에 관한 것이다. 프로세스는 고레벨의 NGL 회수를 위해 필요한 낮은 온도를 성취하기 위해 개방 루프 혼합된 냉매 프로세스를 이용한다. 단일 증류 칼럼이 판매 가스와 같은 가벼운 성분으로부터 중탄화수소를 분리하기 위해 이용된다. 증류 칼럼으로부터의 오버헤드 스트림은 오버헤드 스트림을 부분적으로 액화하도록 냉각된다. 부분적으로 액화된 오버헤드 스트림은 판매 가스와 같은 경탄화수소를 포함하는 증기 스트림과 혼합된 냉매로서 기능하는 액체 성분으로 분리된다. 혼합된 냉매는 프로세스 냉각을 제공하고, 혼합된 냉매의 부분은 증류 칼럼을 주요 성분으로 농후하게 축적하기 위해 리플럭스 스트림으로서 사용된다. 증류 칼럼의 가스가 농후하게 축적된 상태에서, 증류 칼럼의 오버헤드 스트림은 따뜻한 온도에서 응축되고, 증류 칼럼은 NGL의 높은 회수를 위해 일반적으로 사용된 것보다 따뜻한 온도에서 운전한다. 프로세스는 주울-톰슨 밸브 또는 터보 팽창기 기반 설비에서와 같이 가스의 팽창 없이 단지 단일 증류 칼럼만을 갖고 원하는 NGL 성분의 높은 회수를 성취한다.
본 발명의 프로세스의 일 실시예에서, C3+ 탄화수소, 특히 프로판이 회수된다. 온도 및 압력은 도입 공급 스트림의 조성에 기초하여 C3+ 탄화수소의 원하는 회수를 성취하는데 요구되는 바와 같이 유지된다. 프로세스의 이 실시예에서, 공급 가스는 주 열교환기에 진입하고 냉각된다. 냉각된 공급 가스는 증류 칼럼으로 공급되고, 이 증류 칼럼은 이 실시예에서 탈에탄기로서 기능한다. 공급 스트림을 위한 냉각은 주로 프로판과 같은 따뜻한 냉매에 의해 제공될 수 있다. 증류 칼럼으로부터의 오버헤드 스트림은 주 열교환기에 진입하고, 혼합된 냉매를 생성하고 시스템으로부터 원하는 NGL 회수를 제공하는데 요구되는 온도로 냉각된다.
증류 칼럼으로부터의 냉각된 오버헤드 스트림은 리플럭스 드럼으로부터의 오버헤드 스트림과 조합되고 증류 칼럼 오버헤드 드럼 내에서 분리된다. 증류 칼럼 오버헤드 드럼으로부터의 오버헤드 증기는 판매 가스(즉, 메탄, 에탄 및 불활성 가스)이고, 액체 저부는 혼합된 냉매이다. 혼합된 냉매는 공급 가스와 비교할 때 C2 및 가벼운 성분이 농후하다. 판매 가스는 주 열교환기를 통해 공급되어 여기서 따뜻해진다. 혼합된 냉매의 온도는 주 열교환기 내에서의 필요한 열교환을 용이하게 하는데 충분히 차가운 온도로 감소된다. 냉매의 온도는 제어 밸브를 가로질러 냉매 압력을 감소시킴으로써 낮아진다. 혼합된 냉매는 주 열교환기로 공급되고, 여기서 주 열교환기를 통해 통과함에 따라 증발되어 과열된다.
주 열교환기를 통과한 후에, 혼합된 냉매가 압축된다. 바람직하게는, 압축기 배출 압력은 증발 칼럼 압력보다 크고 따라서 어떠한 리플럭스 펌프도 필요하지 않다. 압축된 가스는 주 열교환기를 통해 통과하고, 여기서 부분적으로 응축된다. 부분적으로 응축된 혼합된 냉매는 리플럭스 드럼으로 안내된다. 리플럭스 드럼으로부터의 저부 액체는 증류 칼럼을 위한 리플럭스 스트림으로서 사용된다. 리플럭스 드럼으로부터의 증기는 주 열교환기를 나오는 증류 칼럼 오버헤드 스트림과 조합되고, 조합된 스트림은 증류 칼럼 오버헤드 드럼으로 안내된다. 이 실시예에서, 본 발명의 프로세스는 공급 가스로부터 99 퍼센트 초과하여 프로판의 회수를 성취할 수 있다.
프로세스의 다른 실시예에서, 공급 가스는 전술된 바와 같이 처리되고, 혼합된 냉매의 일부가 압축 및 냉각 후에 설비로부터 제거된다. 설비로부터 제거된 혼합된 냉매의 일부는 혼합된 냉매 내의 에탄을 회수하기 위해 C2 회수 유닛으로 공급된다. 주 열교환기를 통해 통과되고 압축되어 냉각된 후의 혼합된 냉매 스트림의 일부의 제거는 요구된 냉동을 제공하기 위해 충분한 C2 성분이 시스템 내에 잔류하면 프로세스에 최소의 영향을 미친다. 몇몇 실시예에서, 혼합된 냉매 스트림의 95 퍼센트 정도가 C2 회수를 위해 제거될 수 있다. 제거된 스트림은 에틸렌 크랙킹 유닛 내의 공급 스트림으로서 사용될 수 있다.
프로세스의 다른 실시예에서, 흡수기 칼럼이 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 분리하는데 사용된다. 흡수기로부터의 오버헤드 스트림은 판매 가스이고, 저부는 혼합된 냉매이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 단지 하나의 분리기 드럼만이 사용된다. 본 발명의 이 실시예에서, 압축되고 냉각된 혼합된 냉매는 리플럭스 스트림으로서 증류 칼럼으로 복귀된다.
전술된 프로세스는 임의의 원하는 방식으로 탄화수소의 분리를 성취하도록 수정될 수 있다. 예를 들어, 설비는 증류 칼럼이 C3 및 경탄화수소로부터 C4+ 탄화수소, 주로 부탄을 분리하도록 작동될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 설비는 에탄 및 프로판의 모두를 회수하도록 작동될 수 있다. 본 발명의 이 실시예에서, 증류 칼럼은 탈메탄기로서 사용되고, 설비 압력 및 온도가 이에 따라 조정된다. 이 실시예에서, 증류 타워로부터의 저부는 주로 C2+ 성분을 함유하고, 오버헤드 스트림은 주로 메탄 및 불활성 가스를 함유한다. 이 실시예에서, 공급 가스 내의 C2+의 55 퍼센트 정도의 회수가 얻어질 수 있다.
프로세스의 장점 중 하나는 증류 칼럼으로 향하는 리플럭스가 예를 들어 에탄으로 농후화되어, 증류 칼럼으로부터 프로판의 손실을 감소시키는 것이다. 리플럭스는 또한 증류 칼럼 내의 에탄과 같은 경탄화수소의 몰분율을 증가시켜, 오버헤드 스트림이 응축되는 것을 더 용이하게 한다. 이 프로세스는 저온 냉매로서 1회, 증류 칼럼을 위한 리플럭스 스트림으로서 2회로, 증류 칼럼 오버헤드 내에서 응축된 액체를 두 번 사용한다. 본 발명의 프로세스의 다른 장점들은 이하에 제공된 바람직한 실시예의 상세한 설명에 기초하여 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다.
본 발명에 따르면, 주울-톰슨 밸브 또는 터보 팽창기 기반 설비에서와 같이 가스의 팽창 없이 단지 단일 증류 칼럼만을 갖고 원하는 NGL 성분의 높은 회수를 성취할 수 있다.
도 1은 혼합된 냉동 스트림이 압축되어 리플럭스 분리기로 복귀되는 본 발명의 방법의 실시예를 수행하기 위한 설비의 개략도.
도 2는 압축된 혼합된 냉동 스트림의 부분이 에탄 회수를 위해 설비로부터 제거되는 본 발명의 방법의 실시예를 수행하기 위한 설비의 개략도.
도 3은 흡수기가 증류 오버헤드 스트림을 분리하는데 사용되는 본 발명의 실시예를 수행하기 위한 설비의 개략도.
도 4는 단지 하나의 분리기 드럼만이 사용되는 본 발명의 실시예를 수행하기 위한 설비의 개략도.
본 발명은 석유 처리로부터 천연 가스 또는 가스 스트림과 같은 탄화수소를 함유하는 가스 공급 스트림으로부터 천연 가스 액체(NGL)의 회수를 위한 개량된 프로세스에 관한 것이다. 본 발명의 프로세스는 설비를 통한 가스 압력의 의도적인 감소 없이 대략 일정한 압력에서 실행한다. 프로세스는 경탄화수소와 중탄화수소를 분리하기 위해 단일 증류 칼럼을 사용한다. 개방 루프 혼합 냉매가 NGL 가스의 높은 회수를 위해 요구되는 온도를 성취하기 위해 프로세스 냉각을 제공한다. 혼합된 냉매는 공급 가스 내의 경탄화수소 및 중탄화수소의 혼합물로 구성되고, 일반적으로 공급 가스와 비교할 때 경탄화수소가 농후하다.
개방 루프 혼합된 냉매는 또한 증류 칼럼에 농후한 리플럭스 스트림을 제공하는데 사용되고, 이는 증류 칼럼이 더 높은 온도에서 작동할 수 있게 하고 NGL의 회수를 향상시킬 수 있게 한다. 증류 칼럼으로부터의 오버헤드 스트림은 오버헤드 스트림을 부분적으로 액화하기 위해 냉각된다. 부분적으로 액화된 오버헤드 스트림은 판매 가스와 같은 경탄화수소를 포함하는 증기 스트림과 혼합된 냉매로서 기능하는 액체 성분으로 분리된다.
본 발명의 프로세스는 혼합된 공급 가스 스트림 내의 탄화수소의 원하는 분리를 얻기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 프로세스는 높은 레벨의 프로판 회수를 얻는데 사용될 수 있다. 공급 케이스에서 99 퍼센트 이상의 프로판의 회수가 프로세스에서 회수될 수 있다. 프로세스는 또한 프로판을 갖는 상당한 양의 에탄을 회수하거나 판매 가스를 갖는 대부분의 에탄을 거절하는 방식으로 작동될 수 있다. 대안적으로, 프로세스는 공급 스트림의 높은 비율의 C4+ 성분을 회수하고 C3 및 더 가벼운 성분을 배출하도록 작동될 수 있다.
본 발명의 프로세스의 몇몇 실시예를 수행하기 위한 설비가 도 1에 개략적으로 도시된다. 온도, 압력, 유량 및 다양한 스트림의 조성과 같은 설비에 대한 작동 파라미터는 NGL의 원하는 분리 및 회수를 성취하도록 설정되어 있다는 것을 이해해야 한다. 요구된 작동 파라미터는 또한 공급 가스의 조성에 의존한다. 요구된 작동 파라미터는 예를 들어 컴퓨터 시뮬레이션을 포함하는 공지의 기술을 사용하여 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 즉시 결정될 수 있다. 따라서, 이하의 다양한 작동 파라미터의 설명 및 범위는 본 발명의 특정 실시예의 설명을 제공하도록 의도된 것이고, 이들은 어떠한 방식으로도 본 발명의 범주를 한정하도록 의도된 것은 아니다.
공급 가스는 라인(12)을 통해 주 열교환기(10)로 공급된다. 공급 가스는 천연 가스, 정제 가스 또는 분리를 필요로 하는 다른 가스일 수 있다. 공급 가스는 일반적으로 필터링되어 NGL 유닛 내에서 동결하는 것을 방지하기 위해 설비 내로 공급되기 전에 탈수된다. 공급 가스는 일반적으로 약 110℉ 내지 130℉(43.3℃ 내지 54.4℃)의 온도 및 약 100 psia 내지 450 psia(689.5 kPa 내지 3102.6 kPa)의 압력으로 주 열교환기로 공급된다. 공급 가스는 더 차가운 프로세스 스트림 및 프로세스에 필요한 추가의 냉각을 제공하기 위해 필요한 양으로 라인(15)을 통해 주 열교환기로 공급될 수 있는 냉매와 열교환 접촉함으로써 주 열교환기(10) 내에서 냉각되어 부분적으로 액화된다. 프로판과 같은 따뜻한 냉매가 공급 가스를 위한 필요한 냉각을 제공하는데 사용될 수 있다. 공급 가스는 약 0℉ 내지 -40℉(-17.8℃ 내지 -40℃)의 온도로 주 열교환기 내에서 냉각된다.
차가운 공급 가스(12)는 주 열교환기(10)를 나오고 공급 라인(13)을 통해 증류 칼럼(20)에 진입한다. 증류 칼럼은 공급 가스의 압력보다 약간 낮은 압력, 일반적으로 공급 가스의 압력보다 약 5 psi 내지 10 psi(34.5 kPa 내지 68.9 kPa) 작은 압력에서 작동한다. 증류 칼럼에서, 예를 들어 프로판 및 다른 C3+ 성분과 같은 중탄화수소가 에탄, 메탄 및 다른 가스와 같은 경탄화수소로부터 분리된다. 중탄화수소 성분은 라인(16)을 통해 증류 칼럼으로부터 액체 저부에서 나오고, 반면에 경탄화수소 성분은 증기 오버헤드 라인(14)을 통해 나온다. 바람직하게는, 저부 스트림(16)은 약 150℉ 내지 300℉(65.6℃ 내지 148.9℃)의 온도에서 증류 칼럼을 나오고, 오버헤드 스트림(14)은 약 -10℉ 내지 -80℉(-23.3℃ 내지 -62.2℃)의 온도에서 증류 칼럼을 나온다.
증류 칼럼으로부터의 저부 스트림(16)은 생성물 스트림(18) 및 재순환 스트림(22)이 열 입력(Q)을 수용하는 리보일러(30)로 지향된 상태로 분할된다. 선택적으로, 생성물 스트림(18)은 약 60℉ 내지 130℉(15.6℃ 내지 54.4℃)의 온도로 냉각기 내에서 냉각될 수 있다. 생성물 스트림(18)은 공급 가스 스트림 내의 중탄화수소가 매우 농후하다. 도 1에 도시된 실시예에서, 생성물 스트림은 프로판 및 무거운 성분이 매우 농후할 수 있고, 에탄 및 가벼운 가스가 이하에 설명되는 바와 같이 판매 가스로서 제거된다. 대안적으로, 설비는 생성물 스트림이 C4+ 탄화수소가 매우 농후하고 프로판이 판매 가스에서 에탄을 갖고 제거되도록 작동될 수 있다. 재순환 스트림(22)은 증류 칼럼에 열을 제공하기 위해 리보일러(30) 내에서 가열된다. 증류 칼럼에 대해 일반적으로 사용되는 임의의 유형의 리보일러가 사용될 수 있다.
증류 칼럼 오버헤드 스트림(14)은 주 열교환기(10)를 통과하고, 여기서 프로세스 가스와 열교환 접촉에 의해 냉각되어 스트림을 부분적으로 액화한다. 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 라인(19)을 통해 주 열교환기를 나오고, 이하에 설명되는 바와 같이 혼합된 냉매를 생성하기 위해 충분히 냉각된다. 바람직하게는, 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 주 열교환기 내에서 약 -30℉ 내지 -130℉(-34.4℃ 내지 -90℃)로 냉각된다. 증류 칼럼은 약 100 psia 내지 450 psia(689.5 kPa 내지 3102.6 kPa)의 압력에서 작동할 수 있다. 바람직하게는, 증류 칼럼은 약 200 psia(1379.0 kPa)의 압력에서 작동할 수 있다.
도 1에 도시된 프로세스의 실시예에서, 냉각되고 부분적으로 액화된 스트림(19)은 혼합기(100) 내의 리플럭스 분리기(40)로부터 오버헤드 스트림(28)과 조합되고, 이어서 라인(32)을 통해 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로 공급된다. 대안적으로, 스트림(19)은 리플럭스 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림(28)과 조합되지 않고 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로 공급될 수 있다. 오버헤드 스트림(28)은 증류 칼럼 오버헤드 분리기로 직접 공급될 수 있고, 또는 프로세스의 다른 실시예에서 리플럭스 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림(28)은 판매 가스(42)와 조합될 수 있다. 선택적으로, 리플럭스 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림은 증류 칼럼 오버헤드 스트림(19)과 혼합되도록 라인(28a)을 통해 공급되기 전에 제어 밸브(75)를 통해 공급될 수 있다. 사용된 공급 가스 및 다른 프로세스 파라미터에 따라, 제어 밸브(75)는 이 스트림을 응축하는 것을 용이하게 할 수 있는 에탄 압축기(80) 상에서 압력을 유지하고 증류 칼럼의 상부로 액체를 전달하기 위한 압력을 제공하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, 리플럭스 펌프는 칼럼의 상부에 액체를 전달하기 위해 필요한 압력을 제공하는데 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 조합된 증류 칼럼 오버헤드 스트림 및 리플럭스 드럼 오버헤드 스트림(32)은 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60) 내에서 오버헤드 스트림(42) 및 저부 스트림(34)으로 분리된다. 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로부터의 오버헤드 스트림(42)은 생성물 판매 가스(예를 들어, 메탄, 에탄 및 가벼운 성분)를 함유할 수 있다. 증류 칼럼 오버헤드 분리기로부터의 저부 스트림(34)은 주 열교환기(10) 내에서 냉각을 위해 사용된 액체 혼합된 냉매이다.
판매 가스는 라인(42)을 통해 주 열교환기(10)를 통해 유동하고 따뜻해진다. 통상의 설비에서, 판매 가스는 약 -40℉ 내지 -120℉(-40℃ 내지 -84.4℃)의 온도 및 약 85 psia 내지 435 psia(586.0 kPa 내지 2999.2 kPa)의 압력에서 탈에탄기를 나오고, 약 100℉ 내지 120℉(37.8℃ 내지 48.9℃)의 온도에서 주 열교환기를 나온다. 판매 가스는 추가의 처리를 위해 라인(43)을 통해 운송된다.
혼합된 냉매는 증류 칼럼 오버헤드 분리기 저부 라인(34)을 통해 유동한다. 혼합된 냉매의 온도는 제어 밸브(65)를 가로질러 냉매의 압력을 감소시킴으로써 낮아질 수 있다. 혼합된 냉매의 온도는 주 열교환기(10) 내에 필요한 냉각을 제공하기에 충분히 차가운 온도로 감소된다. 혼합된 냉매는 라인(35)을 통해 주 열교환기로 공급된다. 주 열교환기에 진입하는 혼합된 냉매의 온도는 일반적으로 -60℉ 내지 -175℉(-51.1℃ 내지 -115℃)이다. 제어 밸브(65)가 혼합된 냉매의 온도를 감소시키기 위해 사용되는 경우, 온도는 일반적으로 약 20℉ 내지 50℉(-6.7℃ 내지 10℃)만큼 감소되고, 압력은 약 90 psi 내지 250 psi(620.5 kPa 내지 1723.7 kPa)만큼 감소된다. 혼합된 냉매는 주 열교환기(10)를 통과하고 라인(35a)을 통해 나옴에 따라 증발되어 과열된다. 주 열교환기를 나오는 혼합된 냉매의 온도는 약 80℉ 내지 100℉(26.7℃ 내지 37.8℃)이다.
주 열교환기를 나온 후에, 혼합된 냉매는 에탄 압축기(80)로 공급된다. 혼합된 냉매는 약 230℉ 내지 350℉(110℃ 내지 176.7℃)의 온도에서 증류 칼럼의 작동 압력보다 약 15 psi 내지 25 psi(103.4 kPa 내지 172.4 kPa) 높은 압력으로 압축된다. 혼합된 냉매를 증류 칼럼 압력보다 높은 압력으로 압축함으로써, 리플럭스 펌프에 대한 요구가 없다. 압축된 혼합된 냉매는 라인(36)을 통해 냉각기(90)로 유동하여, 여기서 약 70℉ 내지 130℉(21.1℃ 내지 54.5℃)의 온도로 냉각된다. 선택적으로, 냉각기(90)는 생략될 수 있고, 압축된 혼합된 냉매가 이하에 설명되는 바와 같이 주 열교환기(10)에 직접 유동할 수 있다. 압축된 혼합된 냉매는 이어서 주 열교환기(10)를 통해 라인(38)을 통해 유동하고, 여기서 더 냉각되고 부분적으로 액화된다. 혼합된 냉매는 약 15℉ 내지 -70℉(-9.4℃ 내지 -56.7℃)의 온도로 주 열교환기 내에서 냉각된다. 부분적으로 액화된 혼합된 냉매는 라인(39)을 통해 리플럭스 분리기(40)로 도입된다. 전술된 바와 같이, 도 1의 실시예에서, 리플럭스 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림(28)은 증류 칼럼으로부터의 오버헤드 스트림(14)과 조합되고, 조합된 스트림(32)은 증류 칼럼 오버헤드 분리기로 공급된다. 리플럭스 분리기(40)로부터의 액체 저부(26)는 리플럭스 스트림(26)으로서 증류 칼럼으로 재차 공급된다. 제어 밸브(75, 85)가 응축을 촉진하기 위해 압축기 상에 압력을 유지하도록 사용될 수 있다.
리플럭스로서 사용된 개방 루프 혼합된 냉매는 기상 성분으로 증류 칼럼을 농후하게 축적한다. 증류 칼럼 내의 가스가 농후하게 축적된 상태로, 칼럼의 오버헤드 스트림은 더 따뜻한 온도로 응축되고, 증류 칼럼은 NGL의 높은 회수를 위해 일반적으로 요구되는 것보다 따뜻한 온도에서 운전한다.
증류 칼럼으로의 리플럭스는 또한 칼럼으로부터 중탄화수소의 손실을 감소시킨다. 예를 들어, 프로판의 회수를 위한 프로세스에서, 리플럭스는 증류 칼럼 내의 에탄의 몰 분율을 증가시키고, 이는 오버헤드 스트림을 응축시키는 것을 더 용이하게 한다. 프로세스는 저온 냉매로서 1회, 증류 칼럼을 위한 리플럭스 스트림으로서 2 회로, 증류 칼럼 오버헤드 내에서 응축된 액체를 두 번 사용한다.
유사한 도면 부호가 전술된 유사한 성분 및 유동 스트림을 지시하고 있는 도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 프로세스는 에탄 및 가벼운 성분으로부터 프로판 및 다른 C3+ 탄화수소를 분리하는데 사용된다. 혼합된 냉매 압축기(80) 및 혼합된 냉매 냉각기 다음에 라인(38) 내에 T관(110)이 제공되어 혼합된 냉매를 복귀 라인(45) 및 에탄 회수 라인(47)으로 분할한다. 복귀 라인(45)은 전술된 바와 같이 주 열교환기(10)를 통해 프로세스에 혼합된 냉매의 일부를 복귀시킨다. 에탄 회수 라인(41)은 에탄 회수를 위한 개별 에탄 회수 유닛에 혼합된 냉매의 일부를 공급한다. 혼합된 냉매 스트림의 일부의 제거는 충분한 C2 성분이 시스템 내에 잔류하여 요구되는 냉동을 제공하면 프로세스에 최소의 영향을 미친다. 몇몇 실시예에서, 95 퍼센트 정도의 혼합된 냉매 스트림이 C2 회수를 위해 제거될 수 있다. 제거된 스트림은 예를 들어 에틸렌 크랙킹 유닛 내의 공급 스트림으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, NGL 회수 유닛은 프로판을 갖는 상당한 양의 에탄을 회수할 수 있다. 프로세스의 일 실시예에서, 증류 칼럼은 탈메탄기이고, 오버헤드 스트림은 주로 메탄 및 불활성 가스를 함유하고, 칼럼 저부는 에탄, 프로판 및 무거운 성분을 함유한다.
프로세스의 다른 실시예에서, 탈에탄기 오버헤드 드럼은 흡수기로 대체될 수 있다. 유사한 도면 부호가 전술된 유사한 성분 및 유동 스트림을 지시하고 있는 도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 증류 칼럼(20)으로부터의 오버헤드 스트림(14)은 주 열교환기(10)를 통과하고, 냉각된 스트림(19)이 흡수기(110)로 공급된다. 리플럭스 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림(28)이 또한 흡수기(110)로 공급된다. 흡수기로부터의 오버헤드 스트림(42)은 판매 가스이고, 흡수기로부터의 저부 스트림(34)은 혼합된 냉매이다. 도 3에 도시된 다른 스트림 및 성분은 전술된 바와 동일한 유동 경로를 갖는다.
유사한 도면 부호가 전술된 유사한 성분 및 유동 스트림을 지시하고 있는 도 4에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에서, 제 2 분리기 및 냉각기가 프로세스에 사용되지 않는다. 이 실시예에서, 압축된 혼합된 냉매(36)가 주 열교환기(10)를 통해 공급되고 라인(39)을 통해 증류 타워로 공급되어 리플럭스 유동을 제공한다.
본 발명의 프로세스의 특정 실시예들이 이하에 설명된다. 이들 예는 본 발명의 프로세스를 더 설명하도록 제공된 것이고, 이들은 어떠한 방식으로도 본 발명의 완전한 범주를 한정하도록 의도된 것은 아니다.
예 1
이하의 예에서, 상이한 유형 및 공급 가스의 조성을 갖는 도 1에 도시된 처리 설비의 작동이 프로세스 앱센(Apsen) HYSYS 시뮬레이터를 사용하여 컴퓨터 시뮬레이션되었다. 본 예에서, 비교적 희박한 공급 가스를 사용하는 C3+ 회수를 위한 작동 파라미터가 제공된다. 표 7은 희박 공급 가스를 사용하는 프로판 회수를 위한 작동 파라미터를 나타낸다. 몰 분율의 공급 가스, 판매 가스 스트림 및 C3+ 생성물 스트림 및 혼합된 냉매 스트림의 조성이 표 1에 제공되어 있다. 이 실시예에 대한 에너지 입력은 리보일러(30)에 대해 약 3.717×105 Btu/hr(Q)이고, 에탄 압축기(80)에 대해 약 459 마력(P)을 포함한다.
[표 1]
스트림 내의 성분들의 몰 분율
Figure pat00001
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 증류 칼럼의 저부로부터의 생성물 스트림(18)은 C3+ 성분이 매우 농후하고, 판매 가스 스트림(43)은 거의 전적으로 C2 및 경탄화수소 및 가스를 함유한다. 공급 가스 내의 대략 99.6%의 프로판이 생성물 스트림 내에 회수된다. 혼합된 냉매는 주로 메탄 및 에탄으로 구성되지만, 판매 가스보다 더 많은 프로판을 함유한다. 생성물 스트림은 적어도 약 99 중량 %의 C3+ 탄화수소를 포함한다.
예 2
본 예에서, 생성물 스트림 내의 C3+ 성분의 회수를 위해 정제 공급 가스를 사용하여 도 1에 도시된 처리 설비를 위한 작동 파라미터가 제공된다. 표 8은 정제 공급 가스를 사용하는 작동 파라미터를 나타낸다. 몰 분율의 공급 가스, 판매 가스 스트림 및 C3+ 생성물 스트림 및 혼합된 냉매 스트림의 조성이 표 2에 제공되어 있다. 이 실시예에 대한 에너지 입력은 리보일러(30)에 대해 약 2.205×106 Btu/hr(Q)이고, 에탄 압축기(80)에 대해 약 228 마력(P)을 포함한다. 생성물 스트림은 공급 가스 내에 적어도 약 97%의 C3+ 탄화수소를 포함한다.
[표 2]
스트림 내의 성분들의 몰 분율
Figure pat00002
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 증류 칼럼의 저부로부터의 생성물 스트림(18)은 C3+ 성분이 매우 농후하고, 판매 가스 스트림(43)은 거의 전적으로 C2 및 경탄화수소 및 가스, 특히 수소를 함유한다. 이 스트림은 유용한 수소로 이 스트림을 업그레이드하기 위해 멤브레인 유닛 또는 PSA로 공급하는데 사용될 수 있다. 혼합된 냉매는 주로 메탄 및 에탄으로 구성되지만, 판매 가스보다 더 많은 프로판을 함유한다.
예 3
본 예에서, C3 성분이 판매 가스 스트림에서 제거되어 있는 상태로, 생성물 스트림 내의 C4+ 성분의 회수를 위해 정제 공급 가스를 사용하여 도 1에 도시된 처리 설비를 위한 작동 파라미터가 제공된다. 표 9는 프로세스의 이 실시예를 위한 작동 파라미터를 나타낸다. 몰 분율의 공급 가스, 판매 가스 스트림 및 C4+ 생성물 스트림 및 혼합된 냉매 스트림의 조성이 표 3에 제공되어 있다. 이 실시예에 대한 에너지 입력은 리보일러(30)에 대해 약 2.512×106 Btu/hr(Q)이고, 에탄 압축기(80)에 대해 약 198 마력(P)을 포함한다. 생성물 스트림은 공급 가스 내에 적어도 약 99%의 C4+ 탄화수소를 포함한다.
[표 3]
스트림 내의 성분들의 몰 분율
Figure pat00003
표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 이 실시예에서, 증류 칼럼의 저부로부터의 생성물 스트림(18)은 C3+ 성분이 매우 농후하고, 판매 가스 스트림(43)은 거의 전적으로 C3 및 경탄화수소 및 가스를 함유한다. 공급 가스 내의 대략 99.7%의 C4+ 성분이 생성물 스트림 내에 회수된다. 혼합된 냉매는 주로 C3 및 가벼운 성분으로 구성되지만, 판매 가스보다 더 많은 부탄을 함유한다.
예 4
본 예에서, C2 및 가벼운 성분이 판매 가스 스트림에서 제거되어 있는 상태로, 생성물 스트림 내의 C3+ 성분의 회수를 위해 정제 공급 가스를 사용하여 도 2에 도시된 처리 설비를 위한 작동 파라미터가 제공된다. 이 실시예에서, 혼합된 냉매의 일부가 라인(47)을 통해 제거되어 추가의 처리를 위해 에탄 회수 유닛으로 공급된다. 표 10은 프로세스의 이 실시예를 위한 작동 파라미터를 나타낸다. 몰 분율의 공급 가스, 판매 가스 스트림 및 C3+ 생성물 스트림 및 혼합된 냉매 스트림의 조성이 표 4에 제공되어 있다. 이 실시예에 대한 에너지 입력은 리보일러(30)에 대해 약 2.089×106 Btu/hr(Q)이고, 에탄 압축기(80)에 대해 약 391 마력(P)을 포함한다.
[표 4]
스트림 내의 성분들의 몰 분율
Figure pat00004
표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 이 실시예에서, 증류 칼럼의 저부로부터의 생성물 스트림(18)은 C3+ 성분이 매우 농후하고, 판매 가스 스트림(43)은 거의 전적으로 C2 및 경탄화수소 및 가스를 함유한다. 혼합된 냉매는 주로 C2 및 가벼운 성분으로 구성되지만, 판매 가스보다 더 많은 프로판을 함유한다.
예 5
본 예에서, C2 및 가벼운 성분이 판매 가스 스트림에서 제거되어 있는 상태로, 생성물 스트림 내의 C3+ 성분의 회수를 위해 희박한 공급 가스를 사용하여 도 3에 도시된 처리 설비를 위한 작동 파라미터가 제공된다. 이 실시예에서, 흡수기(110)가 증류 칼럼 오버헤드 스트림 및 리플럭스 분리기 오버헤드를 분리하여 혼합된 냉매를 얻기 위해 사용된다. 표 11은 프로세스의 이 실시예를 위한 작동 파라미터를 나타낸다. 몰 분율의 공급 가스, 판매 가스 스트림 및 C3+ 생성물 스트림 및 혼합된 냉매 스트림의 조성이 표 5에 제공되어 있다. 이 실시예에 대한 에너지 입력은 리보일러(30)에 대해 약 3.734×105 Btu/hr(Q)이고, 에탄 압축기(80)에 대해 약 316 마력(P)을 포함한다.
[표 5]
스트림 내의 성분들의 몰 분율
Figure pat00005
표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 이 실시예에서, 증류 칼럼의 저부로부터의 생성물 스트림(18)은 C3+ 성분이 매우 농후하고, 판매 가스 스트림(43)은 거의 전적으로 C2 및 경탄화수소 및 가스를 함유한다. 혼합된 냉매는 주로 C2 및 가벼운 성분으로 구성되지만, 판매 가스보다 더 많은 프로판을 함유한다.
예 6
본 예에서, C2 성분이 판매 가스 스트림에서 제거되어 있는 상태로, 생성물 스트림 내의 C3+ 성분의 회수를 위해 농후한 공급 가스를 사용하여 도 1에 도시된 처리 설비를 위한 작동 파라미터가 제공된다. 표 12는 프로세스의 이 실시예를 위한 작동 파라미터를 나타낸다. 몰 분율의 공급 가스, 판매 가스 스트림 및 C3+ 생성물 스트림 및 혼합된 냉매 스트림의 조성이 표 6에 제공되어 있다. 이 실시예에 대한 에너지 입력은 리보일러(30)에 대해 약 1.458×106 Btu/hr(Q)이고, 에탄 압축기(80)에 대해 약 226 마력(P)을 포함한다.
[표 6]
스트림 내의 성분들의 몰 분율
Figure pat00006
표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 이 실시예에서, 증류 칼럼의 저부로부터의 생성물 스트림(18)은 C3+ 성분이 매우 농후하고, 판매 가스 스트림(43)은 거의 전적으로 C2 및 경탄화수소 및 가스를 함유한다. 혼합된 냉매는 주로 C2 및 가벼운 성분으로 구성되지만, 판매 가스보다 많은 프로판을 함유한다.
본 발명의 특정 실시예가 전술되었지만, 당 기술 분야의 숙련자는 무수히 많은 변형 또는 변경이 첨부된 청구범위에 언급된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 전술된 프로세스에 이루어질 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 바람직한 실시예의 상기 설명은 한정보다는 예시적인 개념에서 본 발명을 설명하도록 의도된 것이다.
[표 7]
Figure pat00007
[표 8]
Figure pat00008
[표 9]
Figure pat00009
[표 10]
Figure pat00010
[표 11]
Figure pat00011
[표 12]
Figure pat00012
10: 열교환기 12: 공급 가스
13: 공급 라인 14: 오버헤드 스트림
16: 저부 스트림 18: 생성물 스트림
22: 재순환 스트림 30: 리보일러
40: 리플럭스 분리기 42: 판매 가스
60: 오버헤드 분리기 75: 제어 밸브

Claims (1)

  1. 공급 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체를 분리하기 위한 장치의 용도로서,
    (a) 공급 가스 스트림과 하나 이상의 프로세스 스트림 사이의 열교환 접촉에 의해 공급 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체의 분리를 위해 필요한 가열 및 냉각을 제공하도록 작동 가능한 열교환기;
    (b) 상기 공급 가스 스트림을 수용하고, 상기 공급 가스 스트림을 상기 공급 가스 스트림의 상당한 양의 경탄화수소 성분들을 포함하는 칼럼 오버헤드 스트림과 상당한 양의 중탄화수소 성분들을 포함하는 칼럼 저부 스트림으로 분리하기 위한 증류 칼럼;
    (c) 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 수용하고, 상기 칼럼 오버헤드 스트림을 오버헤드 판매 가스 스트림과 상기 열교환기 내에서 프로세스 냉각을 제공하기 위한 혼합된 냉매를 포함하는 저부 스트림으로 분리하기 위한 제 1 분리기;
    (d) 상기 혼합된 냉매 스트림이 상기 열교환기 내에서 프로세스 냉각을 제공한 후에, 상기 혼합된 냉매 스트림을 압축하기 위한 압축기; 및
    (e) 압축된 상기 혼합된 냉매 스트림을 리플럭스로서 상기 증류 칼럼으로 보내기 위한 라인;을 포함하는, 공급 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체를 분리하기 위한 장치의 용도.
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