KR20150110737A - 가스 스트림과 액체 스트림의 접촉 - Google Patents

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에드워드 제이. 그레이브
존 티. 컬리네인
안토니우스 야.아.엠. 헨드릭스
톰 멕호프
프레데릭 아. 람메르스
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엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니
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Abstract

병류 접촉 시스템이 본 명세서에 설명된다. 병류 접촉 시스템은 파이프 내에 일렬로 위치된 병류 접촉기를 포함한다. 병류 접촉기는 파이프 내에 병류 접촉기를 유지하도록 구성된 환형 지지링 및 병류 접촉기 내로 액체 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 다수의 방사상 블레이드들을 포함한다. 병류 접촉기들은 병류 접촉기 내의 중공 섹션을 통해 가스 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 중앙 가스 입구 원추부를 또한 포함하고, 병류 접촉기는 가스 스트림 내로의 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 효율적인 혼입을 제공한다. 병류 접촉 시스템은 가스 스트림으로부터 액체 액적들을 제거하도록 구성된 분리 시스템을 또한 포함한다.

Description

가스 스트림과 액체 스트림의 접촉 {CONTACTING A GAS STREAM WITH A LIQUID STREAM}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 그 전문이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는, 발명의 명칭이 가스 스트림과 액체 스트림의 접촉(CONTACTING A GAS STREAM WITH A LIQUID STREAM)인 2013년 1월 25일 출원된 미국 가특허 출원 제 61/739,674호의 이익을 청구한다.
발명의 분야
본 발명의 기술들은 가스 스트림과 액체 스트림의 접촉을 제공한다. 더 구체적으로, 본 발명의 기술들은 병류(co-current) 접촉기를 사용하여 가스 스트림 내로의 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 혼입을 제공한다.
이 섹션은 본 발명의 기술들의 예시적인 실시예들과 연계될 수 있는 기술의 다양한 양태들을 소개하도록 의도된다. 이 설명은 본 발명의 기술들의 특정 양태들의 더 양호한 이해를 용이하게 하기 위한 골격을 제공하는 것을 보조하는 것으로 고려된다. 이에 따라, 이 섹션은 반드시 종래 기술의 용인들로서가 아니라 이러한 관점에서 숙독되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
저장조로부터의 탄화수소들의 생성은 종종 비탄화수소 가스들의 부수적인 생성을 수반한다. 이러한 가스들은 황화수소(H2S) 및 이산화탄소(CO2)와 같은 오염물들을 포함한다. H2S 또는 CO2가 메탄 또는 에탄과 같은 탄화수소 가스 스트림의 부분으로서 생성될 때, 원료 가스(raw gas) 스트림은 때때로 "사우어 가스(sour gas)"라 칭한다. H2S 및 CO2는 종종 함께 "산성 가스들(acid gases)"이라 칭한다.
탄화수소 생성물 스트림들에 추가하여, 산성 가스들은 합성 가스 스트림들과 또는 정제 가스 스트림들과 연계될 수 있다. 산성 가스들은 또한 가스 처리 설비들의 소위 플래시-가스(flash-gas) 스트림들 내에 존재할 수 있다. 또한, 산성 가스들은 석탄, 천연 가스, 또는 다른 탄소질 연료들의 연소에 의해 발생될 수 있다.
천연 가스 스트림들은 H2S 또는 CO2를 포함할 뿐만 아니라, 다른 "산성" 불순물들을 또한 포함할 수 있다. 이들은 메르캅탄들 및 다른 미량의 황 화합물들(SOx)을 포함한다. 게다가, 천연 가스 스트림들은 물을 포함할 수 있다. 이러한 불순물은 종종 산업용 또는 가정용 사용에 앞서 제거된다.
프로세스들이 원료 천연 가스 스트림으로부터 오염물들을 제거하도록 안출되어 왔다. 산성 가스들의 경우에, 극저온 가스 처리가 때때로 사용되어, 특히 CO2를 제거하여 라인 동결 및 폐색된 오리피스들을 방지한다. 다른 경우들에, 특히 H2S 제거에 의해, 탄화수소 유체 스트림은 용매로 처리된다. 용매들은 아민들과 같은 화학적 용매들을 포함할 수 있다. 사우어 가스 처리에 사용된 아민들의 예들은 모노에탄올 아민(MEA), 디에탄올 아민(DEA), 및 메틸 디에탄올 아민(MDEA)을 포함한다.
물리적 용매가 때때로 아민 용매들 대신에 사용된다. 예들은 Selexol® 및 RectisolTM을 포함한다. 몇몇 경우들에, 혼성 용매들, 즉 물리적 및 화학적 용매들의 혼합물들이 사용되고 있다. 예는 Sulfinol®이다. 게다가, 아민계 산성 가스 제거 용매들의 사용은 매우 통상적이다.
아민계 용매들은 산성 가스들과의 화학 반응에 의존한다. 반응 프로세스는 때때로 "가스 스위트닝(gas sweetening)"이라 칭한다. 이러한 화학 반응들은 일반적으로, 특히 약 300 psia(2.07 MPa) 미만의 공급 가스 압력들에서, 물리계 용매들보다 더 효과적이다. 특히 CO2-함유 가스 스트림들로부터 H2S를 선택적으로 제거하기 위해, FlexsorbTM와 같은 특정 화학적 용매들이 사용되는 경우들이 존재한다.
가스 스위트닝 프로세스의 결과로서, 처리된 또는 "스위트닝된" 가스 스트림이 생성된다. 스위트닝된 가스 스트림은 실질적으로 H2S 및/또는 CO2 성분들이 고갈되어 있다. 스위트닝된 가스 스트림은 액체들 회수를 위해, 즉 더 무거운 탄화수소 가스들을 응축 제거함으로써 더 처리될 수 있다. 스위트닝된 가스 스트림은 파이프 라인 내로 판매될 수 있고 또는 CO2 농도가 예를 들어 약 50 ppm 미만이면 액화 천연 가스(LNG) 공급을 위해 사용될 수 있다. 게다가, 스위트닝된 가스 스트림은 가스-대-액체들 프로세스를 위한 공급원료(feedstock)로서 사용될 수 있고, 이어서 최종적으로 왁스들, 부탄들, 윤활제들, 글리콜들, 또는 다른 석유계 생성물들을 구성하는데 사용될 수 있다. 추출된 CO2는 판매될 수 있고, 또는 석유 회수 증진(enhanced oil recovery: EOR) 작업들을 위한 지하 저장조 내로 주입될 수 있다.
천연 가스 스트림이 물을 포함할 때, 산성 가스 제거 전에 탈수 프로세스가 일반적으로 착수된다. 이는 물 분리기 내에서의 글리콜 또는 다른 건조제의 사용을 통해 행해진다. 천연 가스의 탈수는 가스 수화물들의 형성을 제어하고 분배 파이프라인들 내의 부식을 방지하도록 수행된다. 가스 수화물들의 형성 및 파이프라인들 내의 부식은 유동 체적의 감소 뿐만 아니라 동결된 제어 밸브들, 폐색된 오리피스들, 및 다른 작동 문제점들을 유발할 수 있다.
전통적으로, 화학적 용매들 또는 건조제들을 사용하는 산성 가스들 또는 물의 제거는 원료 천연 가스 스트림을 화학물과 역류식으로 접촉하는 것을 수반한다. 원료 가스 스트림은 접촉 타워의 저부 섹션 내로 도입된다. 동시에, 용매 용액은 타워의 상부 섹션 내로 유도된다. 타워는 트레이들, 패킹, 또는 다른 "내부 장치들(internals)"을 갖는다. 액체 용매가 내부 장치들을 통해 캐스케이딩(cascade)됨에 따라, 이는 바람직하지 않은 성분들을 흡수하여, 이들 성분들을 "농후한" 용매 용액의 부분으로서 접촉 타워의 저부를 통해 운반한다. 동시에, 바람직하지 않은 성분들이 거의 고갈되어 있는 기체 유체는 타워의 상부를 나온다.
접촉기를 나오는 농후한 용매 또는 농후한 글리콜은 때때로 흡수성 액체라 칭한다. 흡수 후에, 재생(또한 "탈착"이라 칭함)의 프로세스가 흡수성 액체의 활성 용매로부터 오염물들을 분리하는데 이용될 수 있다. 이는 이후에 통상적으로 추가의 흡수를 위해 접촉 타워 내로 재순환되는 "희박" 용매 또는 "희박" 글리콜을 생성한다.
탈수 또는 H2S 및 CO2 흡수를 위해 사용되는 공지의 역류 접촉기들은 매우 대형이고 무거운 경향이 있다. 이는 더 소형의 장비가 바람직한 해양 오일 및 가스 생산 용례에서 특정 어려움을 생성한다. 또한, 대형 타워 기반 설비들의 운송 및 셋업은 원격 위치들에서 빈번히 발생하는 셰일 가스(shale gas) 생산 작업들에 대해 어렵다.
예시적인 실시예는 병류 접촉 시스템을 제공한다. 병류 접촉 시스템은 파이프 내에 일렬로 위치된 병류 접촉기를 포함한다. 병류 접촉기는 파이프 내에 병류 접촉기를 유지하도록 구성된 환형 지지링 및 병류 접촉기 내로 액체 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 다수의 방사상 블레이드들을 포함한다. 병류 접촉기는 병류 접촉기 내의 중공 섹션을 통해 가스 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 중앙 가스 입구 원추부를 또한 포함하고, 병류 접촉기는 가스 스트림 내로의 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 효율적인 혼입을 제공한다. 병류 접촉 시스템은 가스 스트림으로부터 액체 액적들의 적어도 일부를 제거하도록 구성된 분리 시스템을 또한 포함한다.
다른 예시적인 실시예는 가스 스트림으로부터 불순물들을 분리하는 방법을 제공한다. 방법은 환형 지지링 및 환형 지지링으로부터 연장하는 복수의 방사상 블레이드들을 거쳐 병류 접촉기 내로 액체 스트림을 유동시키는 단계를 포함하고, 환형 지지링은 파이프 내에 일렬로 병류 접촉기를 고정한다. 방법은 방사상 블레이드들에 의해 지지된 중앙 가스 입구 원추부를 거쳐 병류 접촉기 내로 가스 스트림을 유동시키는 단계를 또한 포함하고, 가스 스트림의 제 1 부분은 중앙 가스 입구 원추부를 통해 유동하고 가스 스트림의 제 2 부분은 방사상 블레이드들 사이에서 중앙 가스 입구 원추부 주위로 유동한다. 방법은 가스 스트림 내로의 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 혼입을 제공하기 위해 가스 스트림을 액체 스트림과 접촉시키는 단계 및 분리 시스템 내에서 가스 스트림으로부터 액체 액적들을 분리하는 단계를 추가로 포함한다.
다른 예시적인 실시예는 병류 접촉기를 제공한다. 병류 접촉기는 파이프 내에 일렬로 병류 접촉기를 유지하도록 구성된 환형 지지링을 포함한다. 환형 지지링은 환형 지지링으로부터 연장하는 다수의 방사상 블레이드들 내로 액체 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 중공 채널을 포함한다. 병류 접촉기는 병류 접촉기 내로 가스 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 중앙 가스 입구 원추부를 또한 포함하고, 가스 스트림의 제 1 부분은 중앙 가스 입구 원추부를 통해 유동하고, 가스 스트림의 제 2 부분은 복수의 방사상 블레이드들 사이에서 중앙 가스 입구 원추부 주위로 유동한다. 병류 접촉기는 기체 스트림 내로의 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 혼입을 제공하도록 구성된다.
본 발명의 기술들의 장점들은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면들을 참조하여 더 양호하게 이해된다.
도 1은 화학적 용매계 가스 처리 설비의 프로세스 흐름도.
도 2a는 병류 유동 방안(scheme)을 포함하는 가스 처리 시스템의 프로세스 흐름도.
도 2b는 병류 유동 방안을 포함하는 다른 가스 처리 시스템의 프로세스 흐름도.
도 3은 공급 스트림을 가스 스트림과 액체 스트림으로 분리하기 위한 칼럼의 개략도.
도 4a는 쉘 내에 배치될 수 있는 다수의 병류 접촉 시스템을 포함하는 분리 시스템의 프로세스 흐름도.
도 4b는 다수의 열교환기들의 추가를 갖는 도 4a의 병류 접촉기들의 프로세스 흐름도.
도 5는 하나 이상의 플래시 드럼들과 관련하여 작동하는 다수의 병류 접촉기들의 프로세스 흐름도.
도 6은 본 명세서에 설명된 병류 접촉 시스템을 사용하는 가스 재생 설비의 프로세스 흐름도.
도 7은 병류 접촉 시스템의 개략도.
도 8a는 병류 접촉기의 정면도.
도 8b는 병류 접촉기의 측면 사시도.
도 8c는 병류 접촉기의 단면 측면 사시도.
도 8d는 병류 접촉기의 다른 단면 측면 사시도.
도 9는 가스 스트림을 액체 스트림과 접촉시키기 위한 방법을 도시하는 프로세스 흐름도.
이하의 상세한 설명 섹션에서, 본 발명의 기술들의 특정 실시예들이 설명된다. 그러나, 이하의 설명이 특정 실시예 또는 본 발명의 기술들의 특정 사용에 특정한 한, 이는 단지 예시적인 목적들로 의도된 것이고 간단히 예시적인 실시예들의 설명을 제공한다. 이에 따라, 기술들은 이하에 설명된 특정 실시예들에 한정되지 않고, 오히려 첨부된 청구범위의 진정한 사상 및 범주 내에 있는 모든 대안들, 수정들 및 등가물들을 포함한다.
처음에, 용이한 참조를 위해, 본 출원에 사용된 특정 용어들 및 이 문맥에서 사용되는 바와 같은 이들의 의미들이 설명된다. 본 명세서에 사용된 용어가 이하에 정의되지 않는 한, 이 용어가 적어도 하나의 인쇄된 공보 또는 허여된 특허에 반영된 바와 같은 당 기술 분야의 숙련자들에게 가장 넓은 정의가 제공되어야 한다. 또한, 모든 등가물들, 동의어들, 새로운 개발들, 및 동일한 또는 유사한 목적을 담당하는 용어들 또는 기술들이 본 발명의 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 고려되기 때문에, 본 발명의 기술들은 이하에 개시된 용어들의 사용에 의해 한정되지 않는다.
"산성 가스"는 수중에서 용해하여 산성 용액을 생성하는 임의의 가스를 칭한다. 산성 가스들의 비한정적인 예들은 황화수소(H2S), 이산화탄소(CO2), 이산화황(SO2), 이황화탄소(CS2), 카르보닐 설파이드(COS), 메르캅탄들, 또는 이들의 혼합물들을 포함한다.
"병류 접촉 디바이스" 또는 "병류 접촉기"는 가스 스트림과 용매 스트림이 일반적으로 접촉 디바이스 내에서 동일 방향들에서 유동하면서 서로 접촉하는 이러한 방식으로 가스의 스트림과 용매의 개별 스트림을 수용하는 용기를 칭한다. 비한정적인 예들은 배출기(eductor) 및 유수분리기(coalescer), 또는 정적 믹서 플러스 탈액화기(static mixer plus deliquidizer)를 포함한다.
용어 "병류식으로"는 그에 의해 프로세스 스트림들이 동일 방향으로 유동하는 다수의 서브-섹션들로 분할될 수 있는 유닛 작동 내에서 프로세스 스트림들의 내부 배열을 칭한다.
본 명세서에 사용될 때, "칼럼"은 역류 유동이 상이한 특성들에 기초하여 재료들을 격리하는데 사용되는 개별 용기이다. 흡수성 칼럼에서, 물리적 용매는 상부 내로 주입되고, 반면에 분리될 가스들의 혼합물은 저부를 통해 유동된다. 가스들이 흡수성의 낙하 스트림을 통해 상향으로 유동함에 따라, 일 가스종이 바람직하게 흡수되어, 칼럼의 상부를 나오는 증기 스트림 내의 그 농도가 저하한다. 오버헤드 증기의 일부는 응축되어 오버헤드 생성물의 분리 및 순도를 향상시키는데 사용될 수 있는 리플럭스 스트림으로서 칼럼의 상부 내로 복귀 펌핑될 수 있다. 벌크 액체 스트립퍼(stripper)가 분류(fractionation) 칼럼에 관련된다. 그러나, 벌크 액체 스트립퍼는 리플럭스 스트림의 사용 없이 기능하고, 따라서 고순도 오버헤드 생성물을 생성할 수 없다.
증류 칼럼에서, 액상 및 기상은 비등점들 또는 증기압 차이들에 기초하여 유체 혼합물의 효과적인 분리를 위해 역류식으로 접촉된다. 높은 증기압 또는 더 낮은 비등점의 성분은 기상에서 농축하는 경향이 있을 것이고, 반면에 낮은 증기압, 또는 더 높은 비등점의 성분은 액상에서 농축하는 경향이 있을 것이다. 극저온 분리가 150도 켈빈(K) 이하의 온도에서 적어도 부분적으로 칼럼 내에서 수행되는 분리 프로세스이다. 분리를 향상시키기 위해, 양 유형들의 칼럼들은 칼럼 내에 장착된 일련의 수직으로 이격된 트레이들 또는 플레이트들 및/또는 구조화된 또는 랜덤 패킹과 같은 패킹 요소들을 사용할 수 있다. 칼럼들은 종종 리보일링이라 칭하는 유체들을 비등하기 위한 열에너지를 제공하기 위해 베이스에서 재순환된 스트림을 가질 수 있다.
"탈수된 가스 공급 스트림"은 탈수 프로세스를 경험한 천연 가스 스트림을 칭한다. 통상적으로, 탈수된 가스 공급 스트림은 50 ppm 미만, 바람직하게는 7 ppm 미만의 물 함량을 갖는다. 천연 가스 스트림을 탈수하기 위한 임의의 적합한 프로세스가 사용될 수 있다. 적합한 탈수 프로세스의 전형적인 예들은 분자체들(molecular sieves)에 의한 천연 가스 스트림의 처리 또는 글리콜 또는 메탄올을 사용하는 탈수를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 대안적으로, 천연 가스 스트림은 예를 들어, WO 2004/070297호에 설명된 바와 같은 탈수 프로세스를 사용하여 메탄 수화물들의 형성에 의해 탈수될 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "탈수"는 물 및 선택적으로 몇몇 중탄화수소들을 부분적으로 또는 완전하게 제거하기 위한 원료 공급 가스 스트림의 전처리를 칭한다. 이는 예를 들어, 외부 냉각 루프 또는 차가운 내부 프로세스 스트림에 대해 전냉각 사이클에 의해 성취될 수 있다. 물은 또한 예를 들어, 제올라이트들, 또는 실리카겔 또는 알루미나 산화물 또는 다른 건조제들과 같은 분자체들로 전처리에 의해 제거될 수 있다. 물은 또한 글리콜, 모노에틸렌 글리콜(MEG), 디에틸렌 글리콜(DEG) 또는 트리에틸렌 글리콜(TEG) 또는 글리세롤에 의한 세척에 의해 제거될 수 있다. 가스 공급 스트림 내의 물의 양은 적합하게는 1 vol% 미만, 바람직하게는 0.1 vol% 미만, 더 바람직하게는 0.01 vol% 미만이다.
용어 "증류", 또는 "분류"는 지정된 온도들 및 압력들에서 성분의 비등점들 및 증기압들의 차이들에 기초하여 기상과 액상으로 화학 성분들을 물리적으로 분리하는 프로세스를 칭한다. 증류는 통상적으로 일련의 수직으로 이격된 플레이트들을 포함하는 "증류 칼럼"에서 수행된다. 공급 스트림은 중간점에서 증류 칼럼에 진입하여, 증류 칼럼을 2개의 섹션들로 분할하다. 상부 섹션은 정류 섹션이라 칭할 수 있고, 저부 섹션은 스트립핑 섹션이라 칭할 수 있다. 응축 및 기화는 각각의 플레이트 상에서 발생하여, 더 낮은 비등점 성분들이 증류 칼럼의 상부로 상승하게 하고, 더 높은 비등점 성분들은 저부로 낙하하게 한다. 리보일러가 열에너지를 추가하기 위해 증류 칼럼의 베이스에 위치된다. "찌꺼기(bottoms)" 생성물은 증류 칼럼의 베이스로부터 제거된다. 응축기가 증류물이라 칭하는 증류 칼럼의 상부로부터 나오는 생성물을 응축하기 위해 증류 칼럼의 상부에 위치된다. 리플럭스 펌프가 증류 칼럼 내로 증류물의 일부를 복귀 펌핑함으로써 증류 칼럼의 증류 섹션 내의 유동을 유지하는데 사용된다.
용어 "향상된 오일 회수"(EOR)는 지하 저장조들로부터 탄화수소들의 회수를 향상시키기 위한 프로세스들을 칭한다. 변위 효율 또는 스윕(sweep) 효율을 향상시키기 위한 기술들은 저장조를 통해 생산 우물들을 통해 오일을 구동하기 위해 변위 유체들 또는 가스들을 주입 우물들 내로 도입함으로써 오일 필드의 활용을 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "유체"는 기체들, 액체들, 및 기체들과 액체들의 조합들, 뿐만 아니라 기체들 및 고체들의 조합들, 및 액체들과 고체들의 조합들을 칭한다.
용어 "연도 가스(flue gas)"는 탄화수소 연소의 부산물로서 생성된 임의의 가스 스트림을 칭한다.
용어 "가스"는 "증기"와 상호 교환 가능하게 사용되고, 액상 또는 기상으로부터 구별되는 바와 같은 기상의 물질 또는 물질들의 혼합물로서 정의된다. 마찬가지로, 용어 "액체"는 기상 또는 고상으로부터 구별되는 바와 같은 액상의 물질 또는 물질들의 혼합물을 의미한다.
"탄화수소"는 원소 수소 및 탄소를 주로 포함하는 유기 화합물이지만, 질소, 황, 산소, 금속들, 또는 임의의 수의 다른 원소들이 소량들로 존재할 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, 탄화수소들은 일반적으로 천연 가스, 오일, 또는 화학 처리 설비들에서 발견된 성분들을 칭한다.
유체 처리 장비와 관련하여, 용어 "직렬로"는 유체 분리를 경험하는 유체 스트림이 실질적으로 일정한 하류측 방향으로 유동을 유지하면서 장비의 하나의 아이템으로부터 다음 아이템으로 이동하도록 유동 라인을 따라 2개 이상의 디바이스들이 배치되는 것을 의미한다. 유사하게, 용어 "일렬로"는 유체 혼합 및 분리 디바이스의 2개 이상의 구성 요소들이 순차적으로 접속되어 있는 것, 또는 더 바람직하게는 단일의 관형 디바이스 내에 일체화되어 있는 것을 의미한다.
용어 "산업용 공장"은 적어도 하나의 탄화수소 또는 산성 가스를 함유하는 가스 스트림을 생성하는 임의의 공장을 칭한다. 일 비한정적인 예는 석탄-동력식 전기 발전소이다. 다른 예는 낮은 압력들에서 CO2를 방출하는 시멘트 공장이다.
"액화 천연 가스" 또는 "LNG"는 고비율의 메탄을 포함하는 것으로 일반적으로 알려진 천연 가스이다. 그러나, LNG는 또한 미량의 다른 화합물들을 포함할 수 있다. 다른 원소들 또는 화합물들은 하나 이상의 성분들(예를 들어, 헬륨) 또는 불순물들(예를 들어, 물 및/또는 중탄화수소들)을 제거하도록 처리되어 있고 이어서 냉각에 의해 거의 대기압으로 액체로 응축되는 에탄, 프로판, 부탄, 이산화탄소, 질소, 헬륨, 황화수소, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
용어 "액체 용매"는 하나의 성분을 다른 성분에 비해 우선적으로 흡수하는 실질적으로 액상의 유체를 칭한다. 예를 들어, 액체 용매는 산성 가스를 우선적으로 흡수하여, 이에 의해 가스 스트림 또는 물 스트림으로부터 산성 가스 성분의 적어도 일부를 제거하거나 또는 "스크러빙(scrubbing)"한다.
"액체-증기 접촉 디바이스"는 디바이스 내의 액체와 기체 사이의 적어도 하나의 계면 표면의 접촉 및 전개를 제공하는 디바이스를 칭한다. 액체-증기 접촉 디바이스들의 예들은 플레이트 칼럼, 패킹된 칼럼, 습윤벽(낙하 필름) 칼럼, 스프레이 챔버, 열교환기, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 플레이트 칼럼들 및 패킹된 칼럼들을 포함하는 디바이스들의 예들은 증류 칼럼들, 분류 칼럼들, 및 스트림핑 칼럼들을 포함한다.
"천연 가스"는 원유 유정 또는 지하 가스 담지 형성물로부터 얻어진 다성분 가스를 칭한다. 천연 가스의 조성 및 압력은 상당히 다양할 수 있다. 전형적인 천연 가스 스트림은 주성분으로서 메탄(CH4)을 함유하는데, 즉 천연 가스 스트림의 50 mol % 초과는 메탄이다. 천연 가스 스트림은 에탄(C2H6), 더 고분자량 탄화수소들(예를 들어, C3-C20 탄화수소들), 하나 이상의 산성 가스들(예를 들어, 이산화탄소 또는 황화수소), 또는 이들의 임의의 조합들을 또한 함유할 수 있다. 천연 가스는 물, 질소, 황화철, 왁스, 원유, 또는 이들의 임의의 조합들과 같은 소량의 오염물들을 또한 함유할 수 있다. 천연 가스 스트림은 독극물들로서 작용할 수 있는 화합물들을 제거하기 위해, 실시예들에서 사용에 앞서 실질적으로 정화될 수 있다.
"비흡수성 가스"는 가스 처리 또는 조정 프로세스 중에 용매에 의해 상당히 흡수되지 않는 가스를 의미한다.
"용매"는 예를 들어 용액을 제공하거나 형성하기 위해, 하나 이상의 다른 물질들을 용해하거나 분산하는 것이 적어도 부분적으로 가능한 물질을 칭한다. 용매는 극성, 비극성, 중성, 양성자성, 비양성자성 등일 수 있다. 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 글리콜들, 에테르들, 케톤들, 다른 알코올들, 아민들, 염 용액들 등과 같은 임의의 적합한 원소, 분자 또는 화합물을 포함할 수 있다. 용매는 물리적 용매들, 화학적 용매들 등을 포함할 수 있다. 용매는 물리적 흡수, 화학적 흡수, 화학흡착, 물리흡착, 흡착, 압력 스윙 흡착, 온도 스윙 흡착 등과 같은 임의의 적합한 메커니즘에 의해 동작할 수 있다.
"실질적인"은 재료의 양 또는 수량, 또는 그 특정 특성과 관련하여 사용될 때, 재료 또는 특성이 제공하도록 의도되었던 효과를 제공하는데 충분한 양을 칭한다. 허용 가능한 정확한 편차도는 몇몇 경우들에 특정 문맥에 의존할 수 있다.
용어 "스위트닝된 가스 스트림"은 산성 가스 성분들의 적어도 일부가 제거되게 하는 실질적으로 기상의 유체 스트림을 칭한다.
개요
본 발명의 기술들은 액체 스트림과 가스 스트림의 접촉을 제공한다. "가스 스트림"은 실질적으로 기상(gas phase)에 있는 것을 의미하지만, 혼입된 액체 및/또는 고체 재료들을 포함할 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 유사하게, "액체 스트림"은 실질적으로 액상(liquid phase)에 있는 것을 의미하지만, 혼입된 기체 및/또는 고체 재료들을 포함할 수도 있다.
더 구체적으로, 본 발명의 기술들은 병류 접촉기를 사용하여 가스 스트림 내로의 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 혼입을 제공한다. 이러한 기술들은 다양한 용례들을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 기술들은 병류 접촉기를 사용하여 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들 내로 가스 스트림으로부터의 불순물들의 혼입을 허용함으로써 가스 스트림으로부터의 불순물들의 분리와 관련하여 본 명세서에 설명된다. 병류 접촉기는 액적들의 미세한 미스트로서 가스 스트림 내로 액체 스트림을 주입함으로써 불순물들을 포함하는 가스 스트림을 액체 스트림과 접촉하도록 구성된다. 미스트는 예를 들어, 흡착, 용해, 반응 등에 의해 액체 스트림 내로의 불순물들의 혼입을 위한 고표면적을 제공한다. 정화된 가스 스트림이 이어서 분리 시스템을 사용하여 혼입된 불순물들을 포함하는 액체 스트림으로부터 가스 스트림을 분리함으로써 생성될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 다수의 병류 접촉기들 및 다수의 분리 시스템들이 가스 스트림을 점진적으로 정화하기 위해 직렬로 이용될 수 있다.
가스 처리 시스템
도 1은 화학적 용매계 가스 처리 설비(100)의 프로세스 흐름도이다. 가스 처리 설비(100)는 원료 천연 가스 스트림(102)으로부터 물을 제거하여, 탈수된 천연 가스 스트림(104)을 생성하는데 사용될 수 있다. 이는 원료 천연 가스 스트림(102)으로부터 물을 제거할 수 있는 접촉기(106) 내로 원료 천연 가스 스트림(102)을 유동함으로써 성취될 수 있다. 탈수된 천연 가스 스트림(104)은 이어서 오버헤드 스트림으로서 접촉기(106) 외부로 유출될 수 있다. 게다가, 잔류 물 및 산성 가스 성분은 본 명세서에 더 설명되는 바와 같이, 후속의 프로세스와 관련하여 제거될 수 있다.
원료 천연 가스 스트림(102)은 임의의 적합한 유형의 탄화수소 회수 작업을 거쳐 지하 저장조(108)로부터 얻어질 수 있다. 원료 천연 가스 스트림(102)은 메탄과 같은 비흡수성 가스를 포함할 수 있다. 게다가, 원료 천연 가스 스트림(102)은 H2S 또는 CO2와 같은 산성 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 원료 천연 가스 스트림(102)은 탄화수소 가스와 함께, 약 1 내지 약 10% H2S 또는 약 1 내지 약 10% CO2를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 원료 천연 가스 스트림(102)은 가스 처리 설비(100) 내로의 유입시에 입구 분리기(110) 내로 유입될 수 있다. 입구 분리기(110)에 유입할 때, 원료 천연 가스 스트림(102)은 큰 압력 하에 있을 수 있다. 그러나, 원료 천연 가스 스트림(102)의 압력은 가스 생성물이 생성되는 지하 저장조(108)의 특성에 따라 상당히 변할 수도 있다. 예를 들어, 원료 천연 가스 스트림(102)의 압력은 대기압과 수천 psig 사이의 범위일 수 있다. 천연 가스 처리 용례에서, 원료 천연 가스 스트림(102)은 원한다면 약 100 psig, 또는 약 500 psig 이상으로 부스트될 수 있다.
입구 분리기(110)는 예를 들어, 이후의 산성 가스 처리 프로세스 중에 액체 용매의 발포를 방지하기 위해, 원료 천연 가스 스트림(102)을 세척할 수 있다. 이는 원료 천연 가스 스트림을 액상 성분과 기상 성분으로 분리함으로써 성취될 수 있다. 액상 성분은 중탄화수소, 물의 작은 부분, 및 염수(brine) 및 시추 유체들(drilling fluids)과 같은 불순물들을 포함할 수 있다. 이러한 성분들은 찌꺼기 라인(114)을 거쳐 입구 분리기(110) 외부로 유출될 수 있고, 오일 회수 시스템(116)으로 송출될 수 있다. 기상 성분들은 천연 가스와, 산성 가스들 및 물과 같은 소정량의 불순물들을 포함할 수 있다. 이러한 성분들은 오버헤드 천연 가스 스트림(112)으로서 입구 분리기(110) 외부로 유출될 수 있다.
입구 분리기(110)로부터, 천연 가스 스트림(112)은 접촉기(106) 내로 유입될 수 있다. 접촉기(106)는 천연 가스 스트림(112) 내의 물을 흡수하기 위해 액체 글리콜 스트림(118)과 같은 건조제를 사용할 수 있다. 액체 글리콜 스트림(118)은 무엇보다도, 트리에틸렌 글리콜과 같은 다양한 글리콜을 포함할 수 있다. 액체 글리콜 스트림(118)은 글리콜 탱크(120) 내에 저장될 수 있다. 펌프(122)가 적합한 압력 하에서 글리콜 탱크(120)로부터 접촉기(106) 내로 액체 글리콜 스트림(118)을 강제 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 펌프(122)는 원료 천연 가스 스트림(102)의 압력에 따라, 액체 글리콜 스트림(118)의 압력을 약 1,000 psig 이상으로 부스트할 수 있다.
일단 접촉기(106) 내부에서, 천연 가스 스트림(112) 내의 가스는 접촉기(106)를 통해 상향으로 이동한다. 통상적으로, 하나 이상의 트레이들(124) 또는 다른 내부 장치들이 접촉기(106) 내에 제공되어 천연 가스 스트림(112)을 위한 간접적인 유동 경로들을 생성하고, 기상과 액상 사이에 계면 영역을 생성한다. 동시에, 액체 글리콜 스트림(118)으로부터의 액체는 접촉기(106)의 트레이들(124)의 연속부를 가로질러 하향으로 이동한다. 트레이들(124)은 액체 글리콜 스트림(118)과 천연 가스 스트림(112)의 상호 작용을 보조한다.
접촉기(106)는 역류 유동 방안에 기초하여 작동한다. 달리 말하면, 천연 가스 스트림(112)은 일 방향에서 접촉기(106)를 통해 유도되고, 반면에 액체 글리콜 스트림(118)은 반대 방향에서 접촉기(106)를 통해 유도된다. 2개의 유체 재료가 상호 작용함에 따라, 하향 유동 액체 글리콜 스트림(118)은 상향 유동 천연 가스 스트림(112)으로부터 물을 흡수하여 탈수된 천연 가스 스트림(104)을 생성한다.
접촉기(106)를 나올 때, 탈수된 천연 가스 스트림(104)은 출구 분리기(126)를 통해 유동될 수 있다. 스크러버(scrubber)라 또한 칭하는 출구 분리기(126)는 접촉기(106)로부터 운반된 임의의 액체 글리콜이 탈수된 천연 가스 스트림(104)으로부터 낙하하게 할 수 있다. 출구 분리기(126)는 또한 기상 용매를 포획하기 위한 물 세척 용기로서 사용될 수 있다. 최종 탈수된 천연 가스 스트림(128)은 오버헤드 라인(130)을 거쳐 출구 분리기(126) 외부로 유출될 수 있다. 임의의 잔류 액체 글리콜(132)은 찌꺼기 라인(134)을 통해 탈락할 수 있다.
소비된 건조제 스트림(136)은 접촉기(106)의 저부로부터 유동한다. 소비된 건조제 스트림(136)은 흡수된 물 내에서 농후한(예를 들어, 풍부한) 글리콜 용액일 수 있다. 소비된 건조제 스트림(136)은 약 90℉ 내지 약 102℉ 또는 그 이상과 같은 비교적 고온에 있을 수 있다. 다양한 실시예에서, 가스 처리 설비(100)는 본 명세서에 더 설명되는 바와 같이, 소비된 건조제 스트림(136)으로부터 액체 글리콜 스트림(118)을 재생하기 위한 장비를 포함한다.
접촉기(106)로부터, 소비된 건조제 스트림(136)은 열교환기(138)를 통해 유동될 수 있다. 열교환기(138) 내에서, 소비된 건조제 스트림(136)은 냉각될 수 있어, 재생기(144) 내의 증류 칼럼(142)에 결합된 리보일러(140)에 열을 제공한다. 재생기(144)는 소비된 건조제 스트림(136)으로부터 액체 글리콜 스트림(118)을 재생하는데 사용될 수 있다. 재생기(144)는 예를 들어 약 15 내지 약 25 psig에서 작동하는 대형 압력 용기 또는 상호 접속된 일련의 압력 용기들일 수도 있다.
소비된 건조제 스트림(136)은 증류 칼럼(142)의 상부의 튜브 다발(146)을 통해 유동될 수 있다. 증류 칼럼(142)으로부터 배출되는 고온 수증기 및 오프가스(148)는 수증기 및 오프가스(148)가 오버헤드 라인(150)을 거쳐 배출되기 전에 튜브 다발(146)을 통해 유동함에 따라 소비된 건조제 스트림(136)을 예열할 수 있다.
증류 칼럼(142) 내에서 예열된 후에, 소비된 건조제 스트림(136)은 가온된 글리콜 스트림(152)으로서 튜브 다발(146)로부터 배출될 수 있다. 가온된 글리콜 스트림(152)은 플래시 드럼(154) 내로 유동될 수 있다. 플래시 드럼(154)은 예를 들어 약 50 내지 100 psig의 압력에서 작동할 수 있다. 플래시 드럼(154)은 글리콜 스트림(152)을 위한 혼합 효과 또는 비틀린 유동 경로를 생성하는 내부 장치부들을 가질 수 있다.
메탄, H2S 또는 CO2와 같은 잔류 가스들(156)은 오버헤드 라인(158)을 거쳐 플래시 드럼(154) 외부로 플래시될 수 있다. 오버헤드 라인(158) 내에 포획된 잔류 가스들(156)은 아민과 접촉하면 약 100 ppm의 산성 가스 함량으로 감소될 수 있다. 이 산성 가스들의 농도는 잔류 가스들(156)이 가스 처리 시스템(100)을 위한 연료 가스로서 사용될 수 있도록 충분히 작다.
게다가, 글리콜 스트림(152) 내의 에탄 또는 프로판과 같은 임의의 혼입된 더 무거운 탄화수소들은 플래시 드럼(154) 내에 포획될 수 있다. 최종적인 탄화수소 스트림(160)은 찌꺼기 라인(162)을 거쳐 플래시 드럼(154)으로부터 유출될 수 있다.
또한, 글리콜 스트림(152)의 온도 및 압력이 플래시 드럼(154) 내에서 강하함에 따라, 글리콜 스트림(152) 내의 탄화수소들은 분리되어, 부분적으로 정화된 글리콜 스트림(164)을 생성한다. 부분적으로 정화된 글리콜 스트림(164)은 이어서 플래시 드럼(154)으로부터 배출될 수 있다. 부분적으로 정화된 글리콜 스트림(164)은 입자 여과를 위한 탄소 필터와 같은 필터(166)를 통해 유동될 수 있다.
최종적인 여과된 글리콜 스트림(168)은 이어서 열교환기(170)를 통해 유동될 수 있다. 열교환기(170) 내에서, 여과된 글리콜 스트림(168)은 액체 글리콜 스트림(118)과의 열교환을 거쳐 가열될 수 있다. 최종적인 고온 글리콜 스트림(174)은 재생기(144)의 증류 칼럼(142) 내로 유입될 수 있다. 여과된 글리콜 스트림(168)이 증류 칼럼(142)을 통해 이동함에 따라, H2S 및 CO2와 같은 수증기 및 오프가스들(148)은 여과된 글리콜 스트림(168)으로부터 제거될 수 있다.
글리콜 스트림(168)은 증류 칼럼(142)의 저부 외로 그리고 리보일러(140) 내로 유동될 수 있다. 리보일러(140)는 열교환기(138)에 의해 생성된 열을 사용하여 글리콜 스트림(168)의 온도를 증가시킬 수 있다. 게다가, 리보일러(140)는 글리콜 스트림(168)으로부터 잔류 수증기 및 오프가스들(148)을 증발할 수 있다. 증발된 성분들은 증류 칼럼(142)을 통해 상향으로 이동할 수 있고, 오버헤드 라인(150) 내의 수증기 및 오프가스들(148)이 된다.
재생기(144)는 리보일러(140) 내의 액체풀(pool)로부터 공급된 개별 스트립핑 섹션(176)을 또한 포함할 수 있다. 스트립핑 섹션(176)은 추가의 증류를 촉진하는 패킹을 포함할 수 있다. 물, H2S 또는 CO2와 같은 임의의 잔류 불순물들은 증발하여 오버헤드 라인(150) 내에서 수증기 및 오프가스들(148)에 합류한다. 글리콜 스트림(174)은 이어서 서지 탱크(178) 내로 유입될 수 있고, 그로부터 액체 글리콜 스트림(118)으로서 배출될 수 있다.
재생된 액체 글리콜 스트림(118)은 펌프(180)를 거쳐 서지 탱크(178) 외부로 펌핑될 수 있다. 펌프(180)는 예를 들어, 약 1,500 psig 또는 약 2,500 psig로 액체 글리콜 스트림(118)의 압력을 증가시킬 수 있다.
액체 글리콜 스트림(118)은 이어서 열교환기(170)를 통해 유동될 수 있다. 열교환기(170) 내에서 여과된 글리콜 스트림(168)과 교환된 열은 액체 글리콜 스트림(118)을 부분적으로 냉각하는 역할을 할 수도 있다. 게다가, 액체 글리콜 스트림(118)은 접촉기(106)로 복귀하기 전에 냉각기(182)를 통해 유동될 수 있다. 냉각기(182)는 액체 글리콜 스트림(118)이 접촉기(106)로 복귀될 때 플래시하지 않는 것을 보장하도록 액체 글리콜 스트림(118)을 냉각할 수 있다. 예를 들어, 냉각기(182)는 액체 글리콜 스트림(118)을 대략 100℉ 내지 125℉로 냉각할 수 있다.
도 1의 프로세스 흐름도는 가스 처리 시스템(100)이 도 1에 도시된 모든 구성 요소들을 포함하는 것을 지시하도록 의도되지 않는다. 또한, 임의의 수의 부가의 구성 요소들이 특정 구현예의 상세들에 따라, 가스 처리 시스템(100) 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 가스 처리 시스템(100)은 무엇보다도, 임의의 적합한 유형들의 히터들, 냉각기들, 응축기들, 액체 펌프들, 가스 압축기들, 송풍기들, 바이패스 라인들, 다른 유형들의 분리 및/또는 분류 장비, 밸브들, 스위치들, 제어기들, 및 압력 측정 디바이스들, 온도 측정 디바이스들, 레벨 측정 디바이스들, 또는 유동 측정 디바이스들을 포함할 수 있다.
도 1은 가스 탈수 프로세스와 관련하여 공지의 접촉기(106)의 사용을 설명하고 있다. 그러나, 가스 처리 설비(100)는 또한 실질적으로 사우어 가스 제거 작업을 대표한다. 이 경우에, 액체 글리콜 스트림(118)은 1차 아민, 2차 아민 또는 3차 아민과 같은 화학적 용매를 포함한다. 액체 글리콜 스트림(118)은 또한 이온성 액체 또는 아민과 물리적 용매의 혼합물일 수 있다. 설명의 목적으로, 액체 글리콜 스트림(118)은 본 명세서에서 아민, 화학적 용매, 또는 흡수성 액체라 상호 교환 가능하게 칭할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, H2S 분자들을 CO2 분자들보다 우선적으로 제거하는 용매가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 3차 아민은 통상적으로 H2S만큼 신속하게 CO2를 효과적으로 스트립핑 제거하지 않는다. 따라서, 2개의 개별 가스 처리 시스템들(100)은 순차적으로 작동될 수 있는데, 하나는 주로 H2S를 스트립핑 제거하도록 구성되고, 다른 하나는 주로 CO2를 스트립핑 제거하도록 구성된다. H2S가 실질적으로 없는 개별 CO2 스트림이 또한 생성될 수 있다.
사용된 용례 및 용매에 무관하게, 도 1의 가스 처리 시스템(100)과 같은 역류 유동 방안들을 포함하는 가스 처리 시스템들의 단점은, 비교적 낮은 속도들이 천연 가스 스트림(102) 내의 하향 유동 액체 용매의 혼입을 회피하도록 요구된다는 것이다. 또한, 비교적 긴 거리들이 천연 가스 스트림(102)으로부터 액체 액적들의 분리를 위해 요구된다. 천연 가스 스트림(102)의 유량에 따라, 접촉기(106)는 15 피트 초과의 직경, 100 피트 초과의 높이일 수 있다. 고압 용례들을 위해, 용기는 두꺼운 금속벽들을 갖는다. 따라서, 역류 접촉기 용기들은 대형이고 매우 무거울 수 있다. 이는 특히 해양 오일 및 가스 회수 용례들에 대해 고가이고 바람직하지 않다.
도 1의 가스 처리 시스템에서, 접촉기(106)는 단일의 접촉 타워를 포함한다. 그러나, 몇몇 용례들에서, 하나 초과의 접촉 타워가 사용될 수 있다. 게다가, 매우 대형의 접촉기들이 고체적, 고압 용례들을 위해 사용될 수 있다. 발전소에서 연도 가스로부터 CO2 제거와 같은, 저압 용례들의 경우에, 50 피트×50 피트 덕트 접촉기가 비교적 소형의 500 메가와트 발전소 연도 가스 용례를 위해 사용될 것이라는 것이 추정된다. 분당 수백 갤런의 용매가 접촉기를 통해 또한 유동될 것이다. 따라서, 이러한 작업들은 매우 고비용이 될 수 있다.
또한, 타워(106)의 내부 장치들은 해양 환경에서 파도 움직임에 민감하게 될 수 있다. 따라서, 종래의 타워 내부 장치들에 의존하지 않는 질량 전달 프로세스를 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 플래시 가스 스트림들로부터 CO2 또는 H2S를 제거하기 위해 일련의 낮은 압력 강하, 소형 접촉 디바이스들을 이용한다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 도 1의 접촉기(106)에서 설명된 역류 유동 방안에 대한 대안으로서 병류 유동 방안을 이용한다. 병류 유동 방안은 파이프 내에 직렬로 접속된 하나 이상의 병류 접촉 시스템들을 이용한다. 천연 가스 스트림 및 액체 용매는 병류 접촉 시스템들 내에서 함께, 즉 병류식으로 이동할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 천연 가스 스트림 및 액체 용매는 일반적으로 각각의 병류 접촉 시스템의 길이방향 축을 따라 함께 이동한다. 일반적으로, 병류 접촉기들은 역류 접촉기들보다 훨씬 더 높은 유체 속도들에서 작동할 수 있다. 그 결과, 병류 접촉기들은 표준 패킹된 또는 트레이형 타워들을 이용하는 역류 접촉기들보다 소형인 경향이 있다.
도 2a는 역류 유동 방안을 포함하는 가스 처리 시스템(200)의 프로세스 흐름도이다. 가스 처리 시스템(200)은 도 1과 관련하여 설명된 가스 처리 시스템(100)에 대한 대안일 수 있다. 가스 처리 시스템(200)은 가스 스트림(202)으로부터 H2S 또는 다른 산성 가스 성분들의 제거를 위해 사용될 수 있다. 게다가, 몇몇 실시예들에서, 가스 처리 시스템(200)은 가스 스트림(202)으로부터 물 또는 다른 불순물들의 제거를 위해 사용될 수 있다. 가스 처리 시스템(200)은 다수의 병류 접촉 시스템들(204A 내지 204F)을 이용할 수 있다. 각각의 병류 접촉 시스템(204A 내지 204F)은 예를 들어, 도 7과 관련하여 더 설명되는 바와 같이, (하나 이상의) 병류 접촉기(들) 및/또는 분리 시스템(들)을 포함할 수 있다.
가스 스트림(202)은 탄화수소 생성 작업으로부터 천연 가스 스트림일 수 있다. 예를 들어, 가스 스트림(202)은 발전소로부터의 연도 가스 스트림, 또는 합성 가스(신가스) 스트림일 수 있다. 천연 가스 스트림(202)이 신가스 스트림이면, 가스 스트림(202)은 가스 처리 시스템(200) 내로 도입되기 전에 냉각되어 여과될 수 있다. 가스 스트림(202)은 또한 가스 처리 설비 자체 내의 플래시 드럼으로부터 취해진 플래시 가스 스트림일 수 있다. 게다가, 가스 스트림(202)은 클라우스(Claus) 황 회수 프로세스로부터의 테일 가스 스트림 또는 재생기로부터의 불순물 스트림일 수 있다. 더욱이, 가스 스트림(202)은 시멘트 공장 또는 다른 산업용 공장으로부터의 배기 배출물일 수 있다. 이 경우에, CO2는 과잉의 공기로부터 또는 질소 함유 연도 가스로부터 흡수될 수 있다.
가스 스트림(202)은 메탄과 같은 비흡수성 가스, 및 산성 가스와 같은 하나 이상의 불순물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 천연 가스 스트림(202)은 CO2 또는 H2S를 포함할 수 있다. 가스 처리 시스템(200)은 산성 가스들을 제거함으로써 가스 스트림(202)을 스위트닝된 가스 스트림(206)으로 변환할 수 있다.
작동시에, 가스 스트림(202)은 제 1 병류 접촉 시스템(204A) 내로 유동될 수 있고, 여기서 용매 스트림(208)과 혼합된다. 가스 처리 시스템(200)이 H2S 또는 다른 황 화합물들의 제거를 위해 사용되면, 용매 스트림(208)은 모노에탄올 아민(MEA), 디에탄올 아민(DEA), 또는 메티디에탄올 아민(MDEA)과 같은 아민 용액을 포함할 수 있다. 물리적 용매들, 알칼리염 용액들, 또는 이온성 액체들과 같은 다른 용매들이 H2S 제거를 위해 또한 사용될 수 있다. 탈수 또는 반응들과 같은 다른 목적들로 사용되는 실시예들에서, 글리콜들과 같은 다른 용매들 또는 반응제들이 사용될 수 있다. 용매 스트림(208)은 산성 가스 불순물들의 제거를 위해 탈착 프로세스를 경험한 희박 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 가스 처리 시스템(200)에서, 제 1 병류 접촉 시스템(204A) 내로 도입된 용매 스트림(208)은 재생기(210)의 중앙부로부터 취해진 반희박 용매를 포함한다. 재생기(210)로부터 취해진 희박 용매 스트림(212)은 또한 최종 병류 접촉 시스템(204F) 내로 유도될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 가스 처리 시스템(200)은 일련의 병류 접촉 시스템들(204A 내지 204F)을 이용한다. 각각의 병류 접촉 시스템(204A 내지 204F)은 천연 가스 스트림(202)으로부터 산성 가스 함량의 일부를 제거하여, 이에 의해 하류측 방향에서 점진적으로 스위트닝된 천연 가스 스트림을 배출한다. 최종 병류 접촉 시스템(204F)은 최종 스위트닝된 천연 가스 스트림(206)을 제공한다.
제 1 병류 접촉 시스템(204A)에 진입하기 전에, 천연 가스 스트림(202)은 입구 분리기(214)를 통해 통과할 수 있다. 입구 분리기(214)는 염수 및 시추 유체들과 같은 불순물들을 여과 제거함으로써 천연 가스 스트림(202)을 세척하는데 사용될 수 있다. 몇몇 입자 여과가 또한 발생할 수 있다. 천연 가스 스트림(202)의 세척은 산성 가스 처리 프로세스 중에 용매의 발포를 방지할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 천연 가스 스트림(202)은 또한 입구 분리기(214) 또는 제 1 병류 접촉 시스템(204A)의 상류측에서 예열될 수 있다. 예를 들어, 천연 가스 스트림(202)은 글리콜 또는 다른 화학적 첨가제들을 제거하기 위해 물 세척을 경험할 수 있다. 이는 개별 처리 루프(도시 생략)를 거쳐 성취될 수 있는데, 여기서 물은 예를 들어 부가의 병류 접촉 시스템을 거쳐 가스에 도입된다. 물은 글리콜에 대한 친화도를 갖고, 천연 가스 스트림(202) 외부로 글리콜을 잡아당길 것이다. 이는 이어서, 병류 접촉 시스템들(204A 내지 204F) 내의 발포를 제어하는 것을 도울 것이다. 연도 가스 용례들의 경우에, 부식 억제제들이 프로세스들에서 강과 O2의 반응을 지연시키기 위해 용매에 첨가될 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 용매 스트림(208)은 제 1 병류 접촉 시스템(204A) 내에 유입된다. 제 1 병류 접촉 시스템(204A) 내로의 반희박 용매 스트림(208)의 이동은 펌프(216)에 의해 보조될 수 있다. 펌프(216)는 반희박 용매 스트림(208)이, 예를 들어 약 15 psia 내지 약 1,500 psig의 적합한 압력에서 제 1 병류 접촉 시스템(204A) 내로 유입하게 할 수 있다.
일단 제 1 병류 접촉 시스템(204A) 내부에서, 천연 가스 스트림(202) 및 용매 스트림(208)은 제 1 병류 접촉 시스템(204A)의 길이방향 축을 따라 이동한다. 이들 스트림이 이동함에 따라, 액체 아민(또는 다른 처리 용액)은 천연 가스 스트림(202) 내에서 H2S, H2O(또는 다른 재료)와 상호 작용하여, H2S가 아민 분자들에 화학적으로 부착되거나 흡수될 수 있게 한다. 제 1 부분적으로 로딩된 또는 "농후한" 가스 처리 용액(218A)은 제 1 병류 접촉 시스템(204A)의 저부 부분 외부로 유출될 수 있다. 게다가, 제 1 부분적으로 스위트닝된 천연 가스 스트림(220A)은 제 1 병류 접촉 시스템(204A)의 상부 부분의 외부로 그리고 제 2 병류 접촉 시스템(204B) 내로 유동될 수 있다.
도 2a에 도시된 예에 도시된 바와 같이, 제 3 병류 접촉 시스템(204C)은 제 2 병류 접촉 시스템(204B) 이후에 제공될 수 있고, 제 4 병류 접촉 시스템(204D)은 제 3 병류 접촉 시스템(204C) 이후에 제공될 수 있다. 게다가, 제 5 병류 접촉 시스템(204E)은 제 4 병류 접촉 시스템(204D) 이후에 제공될 수 있고, 최종 병류 접촉 시스템(204F)은 제 5 병류 접촉 시스템(204E) 이후에 제공될 수 있다. 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 병류 접촉 시스템(204B, 204C, 204D, 204E)의 각각은 각각의 부분적으로 스위트닝된 천연 가스 스트림(220B, 220C, 220D, 220E)을 생성할 수 있다. 게다가, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 최종 병류 접촉 시스템(204B, 204C, 204D, 204E, 204F)의 각각은 각각의 부분적으로 로딩된 가스 처리 용액(218B, 218C, 218D, 218E, 218F)을 생성할 수 있다. 아민이 용매 스트림(208)으로서 사용되면, 부분적으로 로딩된 가스 처리 용액(218A 내지 218F)은 농후 아민 용액들을 포함할 수 있다. 가스 처리 시스템(200)에서, 제 2 로딩된 가스 처리 용액(218B)은 농후 가스 처리 용액(218A)과 병합하고, 재생기(210) 내에서 재생 프로세스가 진행된다.
점진적으로 스위트닝된 천연 가스 스트림들(218A 내지 218F)이 생성됨에 따라, 가스 처리 시스템(200) 내의 가스 압력은 점진적으로 감소될 것이다. 이러한 것이 발생함에 따라, 점진적으로 더 농후한 가스 처리 용액들(218A 내지 218F)의 액체 압력은 대응적으로 증가될 수 있다. 이는 가스 처리 시스템(200) 내의 액체 압력을 부스트하기 위해 각각의 병류 접촉 시스템(204A 내지 204F) 사이에 하나 이상의 부스터 펌프들(도시 생략)을 배치함으로써 성취될 수 있다.
가스 처리 시스템(200)에서, 용매 스트림들은 부분적으로 로딩된 가스 처리 용액들(218A, 218B)을 플래시 드럼(221)을 통해 유동시킴으로써 재생될 수 있다. 흡수된 천연 가스(222)는 플래시 드럼(221) 내의 부분적으로 로딩된 가스 처리 용액들(218A, 218B)로부터 플래시될 수 있고, 오버헤드 라인(224)을 거쳐 플래시 드럼(221) 외부로 유출될 수 있다.
결과적인 농후 용매 스트림(226)은 플래시 드럼(221)으로부터 재생기(210)로 유동될 수 있다. 농후 용매 스트림(226)은 탈착을 위해 재생기(210) 내로 도입될 수 있다. 재생기(210)는 트레이들 또는 다른 내부 장치들(도시 생략)을 포함하는 스트립퍼부(228)를 포함할 수 있다. 스트립퍼부(228)는 리보일러부(230) 바로 위에 위치될 수 있다. 열원(232)은 열을 발생하기 위한 리보일러(230)를 구비할 수 있다. 재생기(210)는 최종 병류 접촉 시스템(204F) 내에서 재사용을 위해 재순환되는 재생된 희박 용매 스트림(212)을 생성한다. 농축된 H2S(또는 CO2)를 포함할 수 있는 재생기(210)로부터의 스트립핑된 오버헤드 가스는 오버헤드 불순물 스트림(234)으로서 재생기(210) 외부로 유출될 수 있다.
오버헤드 불순물 스트림(234)은 오버헤드 불순물 스트림(234)을 냉각할 수 있는 응축기(236) 내로 유입될 수 있다. 결과적인 냉각된 불순물 스트림(238)은 리플럭스 어큐뮬레이터(240)를 통해 유동될 수 있다. 리플럭스 어큐뮬레이터(240)는 불순물 스트림(238)으로부터 응축된 물과 같은 임의의 잔류 액체를 분리할 수 있다. 이는 오버헤드 라인(244)을 거쳐 리플럭스 어큐뮬레이터(240) 외부로 유출될 수 있는 실질적으로 순수 산성 가스 스트림(242)의 생성을 야기할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 초기 천연 가스 스트림(202)이 CO2를 포함하고, CO2-선택적 용매 스트림(208)이 사용되면, 산성 가스 스트림(242)은 주로 CO2를 포함한다. CO2-농후 산성 가스 스트림(242)은 오일을 회수하기 위해 혼화 가능한 EOR 작업의 부분으로서 사용될 수 있다. 넘칠(flood) 오일 저장조가 상당한 양의 H2S 또는 다른 황 화합물을 포함하지 않으면, EOR 작업을 위해 사용될 CO2는 상당한 H2S 또는 다른 황 화합물들을 포함하지 않을 수 있다. 그러나, 오일 및 가스 생성 작업들로부터의 농축된 CO2 스트림들은 소량의 H2S로 오염될 수 있다. 따라서, 산성 가스 스트림(202)이 단지 지질학적 격리를 위해 주입되지 않으면, CO2로부터 H2S를 제거하는 것이 바람직할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 초기 천연 가스 스트림(202)이 H2S를 포함하면, H2S-선택적 용매 스트림(208)이 H2S를 포획하는데 사용될 수 있다. H2S는 이어서 황 회수 유닛(도시 생략)을 사용하여 원소 황으로 변환될 수 있다. 황 회수 유닛은 소위 클라우스 유닛이라 칭한다. 당 기술 분야의 숙련자들은 "클라우스 프로세스"가 때때로 H2S 함유 가스 스트림들로부터 원소 황을 회수하기 위해 천연 가스 및 정제 산업들에 의해 사용되는 프로세스라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
실제로, H2S, SO2, CO2, N2 및 수증기를 포함할 수 있는 클라우스 프로세스로부터의 "테일 가스"는 수소화를 거쳐 SO2를 H2S로 변환하도록 반응할 수 있다. 수소화된 테일 가스 스트림은 높은 부분 압력, 예를 들어 50% 초과의 다량의 CO2, 및 예를 들어 수 퍼센트 이하의 소량의 H2S를 갖는다. 통상적으로 대기압 부근에 있는 이 유형의 가스 스트림은 선택적 H2S 제거를 받을 수 있다. 회수된 H2S는 클라우스 유닛의 전방으로 재순환되고, 또는 하류측으로 격리될 수 있다. 대안적으로, 원소 황으로의 H2S의 직접적인 산화가 가스 분리의 분야에 공지된 다양한 프로세스들을 사용하여 수행될 수 있다.
H2S 반응은 CO2 반응들에 대해 순간적이기 때문에, 체류 시간, 즉 기상과 액상 사이의 접촉 시간을 낮추는 것은 적은 CO2가 용매 내로 흡수되게 할 것이다. 병류 접촉 시스템들(204A 내지 204F)의 디자인은 장비 디자인에 고유한 짧은 접촉 시간에 기인하여 선택적 H2S 제거를 향상시킨다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 잔류 액체 스트림(246)은 리플럭스 어큐뮬레이터(240)의 저부 외부로 유출될 수 있다. 잔류 액체 스트림(246)은 리플럭스 펌프(248)를 통해 유동될 수 있고, 이 리플럭스 펌프는 잔류 액체 스트림(246)의 압력을 부스트하고 잔류 액체 스트림(246)을 재생기(210) 내로 펌핑할 수 있다. 잔류 액체 스트림(246)은 예를 들어, 희박 용매 스트림(212)의 부분으로서 리보일러부(230)의 저부로부터 재생기(210) 외부로 유출될 수 있다. 소정의 물이 희박 용매 스트림(212)에 첨가되어 부분적으로 스위트닝된 천연 가스 스트림들(220A 내지 220E)에 대한 수증기의 손실을 균형화할 수 있다. 이 물은 리플럭스 펌프(248)의 흡입 또는 흡인시에 첨가될 수 있다.
희박 용매 스트림(212)은 저압에 있을 수 있다. 이에 따라, 희박 용매 스트림(212)은 압력 부스팅 펌프(250)를 통해 통과될 수 있다. 압력 부스팅 펌프(250)로부터, 희박 용매 스트림(212)은 냉각기(254)를 통해 유동될 수 있다. 냉각기(254)는 희박 용매 스트림(212)을 냉각하여 희박 용매 스트림(212)이 산성 가스들을 효과적으로 흡수할 것을 보장할 수 있다. 결과적인 냉각된 희박 용매 스트림(256)은 이어서 최종 병류 접촉 시스템(204F)을 위한 용매 스트림으로서 사용된다.
몇몇 실시예들에서, 용매 탱크(258)는 최종 병류 접촉 시스템(204F)에 근접하여 제공된다. 냉각된 희박 용매 스트림(256)은 용매 탱크(258)로부터 유동될 수 있다. 다른 실시예들에서, 용매 탱크(258)는 오프라인이고, 희박 용매 스트림(256)을 위한 저장조를 제공한다.
도 2a의 프로세스 흐름도는 가스 처리 시스템(200)이 도 2a에 도시된 모든 구성 요소들을 포함하는 것을 지시하도록 의도되지 않는다. 또한, 임의의 수의 부가의 구성 요소들이 특정 구현예의 상세들에 따라, 가스 처리 시스템(200) 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 가스 처리 시스템(200)은 무엇보다도, 임의의 적합한 유형들의 히터들, 냉각기들, 응축기들, 액체 펌프들, 가스 압축기들, 송풍기들, 바이패스 라인들, 다른 유형의 분리 및/또는 분류 장비, 밸브들, 스위치들, 제어기들, 및 압력 측정 디바이스들, 온도 측정 디바이스들, 레벨 측정 디바이스들, 또는 유동 측정 디바이스들을 포함할 수 있다.
도 2b는 병류 유동 방안을 포함하는 다른 가스 처리 시스템(260)의 프로세스 흐름도이다. 유사한 도면 부호의 아이템들은 도 2a와 관련하여 설명된 바와 같다. 도 2b의 가스 처리 시스템(260)의 작동은 도 2a의 가스 처리 시스템(200)의 것과 유사하다. 그러나, 가스 처리 시스템(260)에서, 제 1 병류 접촉 시스템(204A)은 제 2 병류 접촉 시스템(204B)으로부터 부분적으로 로딩된 가스 처리 용액(218B)을 수용한다. 따라서, 가스 처리 시스템(260)은 반희박 용매 스트림(208)을 포함하지 않는다. 본 예에서, 일련의 병류 접촉 시스템들(204A 내지 204F)은 예를 들어 분리 칼럼처럼 작용하고, 각각의 스테이지는 도 3과 관련하여 설명된 바와 같이, 패킹된 스테이지에 대응한다.
도 2b에서 제 1 병류 접촉 시스템(204A)에 의해 수용된 액체 용매 부분적으로 로딩된 가스 처리 용액(218B)은 제 2 병류 접촉 시스템(204B)을 통해 미리 처리되어 있기 때문에, 제 1 병류 접촉 시스템(218B)에 의해 수용된 부분적으로 로딩된 가스 처리 용액(218B)은 매우 농후할 수 있다. 이 이유로, 부분적으로 로딩된 가스 처리 용액(218B)의 중간 처리의 소정 레벨을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
대안적으로, 반희박 가스 스트림은 가스 처리 시스템(260) 내의 다른 스위트닝 작업들로부터 취해질 수 있고, 제 1 또는 제 2 병류 접촉 시스템(204A 또는 204B)을 위한 아민 용액으로서 적어도 부분적으로 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 단일 유형의 용매가 가스 처리 시스템(260)에서 하나 초과의 서비스를 위해 사용되는 상황들이 존재한다. 이는 일체화된 가스 처리라 칭한다. 예를 들어, MDEA는 고압의 H2S-선택적 산성 가스 제거, 뿐만 아니라 클라우스 테일 가스 처리(TGT) 프로세스의 모두를 위해 사용될 수 있다. TGT 프로세스로부터 농후 아민 스트림은 프로세스의 저압에 의해, H2S 및 CO2로 무겁게 로딩되지 않는다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, TGT 프로세스로부터 농후 아민 스트림은 제 1 또는 제 2 병류 접촉 시스템(204A 또는 204B)을 위한 반희박 스트림으로서 사용된다. 반희박 스트림(도시 생략)은 가능하게는 연속적인 병류 접촉 시스템으로부터 부분적으로 로딩된 가스 처리 용액과 함께, 제 1 또는 제 2 병류 접촉 시스템(204A 또는 204B) 내에 적합한 압력으로 펌핑되어 주입될 수 있다.
또한, 도 2b의 가스 처리 시스템(260)에서, 제 1 부분적으로 로딩된 용매 용액(218A)은 플래시 드럼(221)을 통해 유동된 후에 열교환기(262)를 통해 유동된다. 열교환기(262) 내에서, 제 1 부분적으로 로딩된 용매 용액(218A)의 온도는 재생기(210)로부터 취한 희박 용매(212)와 열교환을 거쳐 증가된다. 이는 희박 용매 스트림(212)을 냉각하면서 재생기(210) 내로의 도입 전에 제 1 부분적으로 로딩된 용매 용액(218A)을 가열하는 역할을 한다.
도 2b의 프로세스 흐름도는 가스 처리 시스템(260)이 도 2b에 도시된 모든 구성 요소들을 포함하는 것을 지시하도록 의도되지 않는다. 또한, 임의의 수의 부가의 구성 요소들이 특정 구현예의 상세들에 따라, 가스 처리 시스템(260) 내에 포함될 수 있다.
도 3은 공급 스트림(302)을 가스 스트림(304)과 액체 스트림(306)으로 분리하기 위한 칼럼(300)의 개략도이다. 공급 스트림(302)은 흡수성 용액 및 가스 오염물과 같은, 상이한 비등점들 및 증기압들을 갖는 2개 이상의 상이한 성분들을 포함하는 가스 스트림일 수 있다. 칼럼(300)은 도 1, 도 2a 및 도 2b와 관련하여 설명된 재생 시스템들(138, 210)에 사용된 칼럼들과 유사할 수 있다.
칼럼(300)은 공급 스트림(302)을 위한 간접적인 유동 경로들을 생성하고 기상과 액상 사이의 계면 영역을 생성하는 다수의 트레이들(308) 또는 다른 내부 장치들을 포함할 수 있다. 공급 스트림(302)은 트레이들(308) 사이에서 칼럼(300)의 하부 또는 중간부 내로 주입될 수 있다. 공급 스트림(302) 내의 가스는 칼럼(300)을 통해 상향으로 이동할 수 있다. 동시에, 칼럼(300) 내의 임의의 액체는 칼럼(300) 내의 트레이들(308)의 연속부를 가로질러 하향으로 이동한다. 게다가, 액체는 본 명세서에서 더 설명되는 바와 같이, 칼럼(300)의 상부 부분 내로 재주입되는 리플럭스 스트림(310)을 포함할 수 있다.
칼럼(300)은 공급 스트림(302)의 종들에 따라서 다양한 분리 기술들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 칼럼은 다른 것들 중에서 증류 칼럼, 역류 분리 칼럼 또는 재생 칼럼들일 수 있다.
증류 칼럼에 대해, 공급 스트림(302)은 약간 상이한 비등점들을 갖는 액체들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이 경우에, 칼럼(302)은 비등점의 차이에 의해 종들을 분리하는 기능을 하는 증류 칼럼이다. 트레이들(308)은 이론적인 플레이트들의 수, 및 따라서 칼럼(300)의 분리 효율을 결정한다.
역류 칼럼에서, 공급 스트림(302)은 메탄 및 H2O 또는 H2S와 같은 가스들의 혼합물을 포함할 수 있다. 가스들이 액체의 낙하 스트림을 통해 상향으로 유동함에 따라, 하나의 가스종들은 액체에 의해 우선적으로 흡수되어, 칼럼(300)의 상부로 상승하는 가스의 그 농도를 저하시킨다. 몇몇 실시예들에, 액체는 칼럼(300)의 상부 부분 내로 주입되는 물리적 용매(도시 생략)를 포함한다. 더 구체적으로, 액상 및 기상은 화학적 친화도들, 비등점 차이, 또는 증기압 차이들, 또는 이들의 조합들에 기초하여 유체 혼합물의 분리를 실행하도록 역류식으로 접촉될 수 있다.
재생 칼럼에서, 공급 스트림은 용해된 또는 흡착된 가스를 함유하는 액체를 포함한다. 액체가 칼럼을 통해 낙하함에 따라, 가스는 배출되고, 상부를 통해 나온다.
기상에서 농축하는 성분은 오버헤드 가스 스트림(312)으로서 칼럼(300)의 상부 외부로 유출될 수 있고, 반면에 액상에서 농축하는 성분은 찌꺼기 액체 스트림(314)으로서 칼럼(300)의 저부 외부로 유출될 수 있다. 게다가, 소정량의 액체(316)는 액상으로부터 기상의 증가된 분리를 제공하기 위해 칼럼(300) 외부로 유출되기 전에 칼럼(300)의 저부에 수집하도록 허용될 수 있다.
찌꺼기 액체 스트림(314)은 리보일러(318)를 통해 유동될 수 있다. 리보일러(318)는 찌꺼기 액체 스트림(314)의 온도를 증가시켜, 액체 내의 성분, 또는 액체 자체의 부분을 포함할 수 있는 찌꺼기 액체 스트림(314)의 일부를 기화할 수 있다. 최종적인 스트림(320)은 칼럼(300)의 저부에 수집하는 액체(316)에 열을 제공하기 위해 칼럼(300)의 저부 부분 내로 복귀 유동될 수 있다.
오버헤드 가스 스트림(312)의 부분은 냉각되어 열교환기(322) 내에서 적어도 부분적으로 응축될 수 있다. 냉각된 가스 스트림(324)은 이어서 분리 칼럼(328) 내에서 가스 스트림(304)과 액체 스트림(326)으로 분리될 수 있다. 액체 스트림(326)은 리플럭스 스트림(310)으로서 칼럼(300)의 상부 부분 내로 복귀 펌핑될 수 있다. 칼럼(300) 내에서, 리플럭스 스트림(310)은 액상과 기상 사이의 분리 정도를 증가시킴으로써 칼럼(300)의 성능을 향상시키는데 사용될 수 있다.
실제로, 칼럼(300)은 매우 대형이고 무거울 수 있다. 이는 해양 오일 및 가스 생성 용례들과 같은 다수의 용례들에 어려움을 생성할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 병류 접촉 시스템은 칼럼(300)에 대한 바람직한 대안을 제공할 수 있다.
도 4a는 쉘(403) 내에 배치될 수 있는 다수의 병류 접촉 시스템(402A 내지 402C)을 포함하는 분리 시스템(400)의 프로세스 흐름도이다. 본 실시예에서, 분리 시스템(400)은 예를 들어, 각각의 병류 접촉 시스템(402A 내지 402C)이 베드 팩킹으로서 작용하는 도 3과 관련하여 설명된 바와 같은 분리 칼럼과 유사할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 쉘(403)은 영구 기후 제어형 구조체이다. 다른 실시예들에서, 쉘(403)은 일시적 또는 휴대형 구조체이다. 다른 실시예들에서, 쉘(403)은 절연 재킷이다. 분리 시스템(400)은 도 2a 또는 도 2b와 관련하여 설명된 가스 처리 시스템(200 또는 260)과 같은 가스 처리 시스템의 부분으로서 구현될 수 있다. 가스 처리 시스템은 도 2a 및 도 2b와 관련하여 설명된 병류 접촉 시스템(204A 내지 204F)과 같은 직렬로 접속된 다수의 병류 접촉 시스템들(402)을 이용할 수 있다. 도 4a에 도시된 예시적인 배열에서, 단일 쉘(403) 내에 각각 존재하는 제 1 병류 접촉 시스템(402A), 제 2 병류 접촉 시스템(402B) 및 제 3 병류 접촉 시스템(402C)이 제공된다.
다양한 실시예들에서, 액체 스트림들에 대한 펌프 요구들에 기인하여, 스테이지간 액체 스트림들은 쉘(403)을 통해 유동될 수 있다. 쉘(403)은 장비 및 그 내부에 유동하는 용매 용액들이 차갑게 유지되도록 설계될 수 있다. 이는 쉘(403) 내의 기후 제어를 통해 또는 쉘(403)에 인접한 냉각 매체의 순환을 통해 행해질 수 있다.
제 1 가스 스트림(404)이 제 1 병류 접촉 시스템(402A) 내로 유입될 수 있다. 제 1 병류 접촉 시스템(402A)은 제 1 병류 접촉 시스템(402A)으로부터 제 2 병류 접촉 시스템(402B)으로 유동될 수 있는 제 1 부분적으로 정화된 가스 스트림(406A)을 생성할 수 있다. 제 2 병류 접촉 시스템(402B)은 이어서 제 2 병류 접촉 시스템(402B)으로부터 제 3 병류 접촉 시스템(402C)으로 유동될 수 있는 제 2 부분적으로 정화된 가스 스트림(406B)을 생성할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 3 병류 접촉 시스템(402C)은 최종 정화된 가스 스트림(408)을 생성한다.
제 1, 제 2 및 제 3 병류 접촉 시스템들(402A 내지 402C)의 각각은 또한 각각의 농후 가스 처리 용액들(410A, 410B, 410C)을 생성한다. 제 3 가스 처리 용액(410C)은 액체 용매로서 제 2 병류 접촉 시스템(402B)으로 복귀 유도될 수 있고, 제 2 가스 처리 용액(410B)은 병류 접촉 시스템(410A)으로 복귀 유도될 수 있다. 게다가, 제 3 병류 접촉 시스템(402C)은 다른 소스로부터 가스 처리 용액(410D)을 수용할 수 있다. 또한, 제 1 가스 처리 용액(410A)은 도 2a 및 도 2b와 관련하여 설명된 재생기(210)와 같은 재생기(도시 생략)로 복귀될 수 있고, 또는 이전의 병류 접촉 시스템(도시 생략)용 액체 용매로서 기능할 수 있다.
병류 접촉 시스템들의 수는 도시된 것에 제한되지 않는다. 더욱이, 상호 연결부들은 도시된 바와 같이 배열될 필요는 없다. 다른 용례들에서, 병류 접촉 시스템들은 예를 들어 제 1 가스 스트림(404) 내에 반응제를 포함함으로써, 그리고 각각의 농후 가스 처리 용액들(410A, 410B, 410C) 내에 제 2 반응제를 주입함으로서 사용될 수 있다.
도 4b는 다수의 열교환기들(412A, 412B)의 추가를 갖는 도 4a의 병류 접촉 시스템들(402A, 402B, 402C)의 프로세스 흐름도이다. 열교환기들(412A, 412B)은 가스 처리 용액들(410B, 410C)을 냉각하는데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 열교환기들(412A, 412B)은 쉘(403)의 사용의 대안으로서 사용된다.
도 5는 하나 이상의 플래시 드럼들(502)과 관련하여 작동하는 다수의 병류 접촉 시스템들(500A 내지 500C)의 프로세스 흐름도이다. 병류 접촉 시스템들(500A 내지 500C)은 도 2a 또는 도 2b와 관련하여 설명된 가스 처리 시스템들(200 또는 260)과 같은 가스 처리 시스템의 부분으로서 구현될 수 있다. 병류 접촉 시스템들(500A 내지 500C)은 도 2a 및 도 2b와 관련하여 설명된 병류 접촉 시스템들(204A 내지 204F)에 유사하게 직렬로 접속될 수 있다. 도 5에 도시된 예시적인 배열에서, 제 1 병류 접촉 시스템(500A), 제 2 병류 접촉 시스템(500B), 및 제 3 병류 접촉 시스템(500C)이 제공된다.
제 1 가스 스트림(504)은 제 1 병류 접촉 시스템(500A) 내로 유입될 수 있다. 제 1 병류 접촉 시스템(500A)은 제 1 병류 접촉 시스템(500A)으로부터 제 2 병류 접촉 시스템(500B)으로 유동될 수 있는 제 1 적어도 정화된 가스 스트림(506A)을 생성할 수 있다. 제 2 병류 접촉 시스템(500B)은 이어서 제 2 병류 접촉 시스템(500B)으로부터 제 3 병류 접촉 시스템(500C)으로 유동될 수 있는 제 2 적어도 정화된 가스 스트림(506B)을 생성할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제 3 병류 접촉 시스템(500C)은 최종 정화된 가스 스트림(508)을 생성한다.
제 1, 제 2, 및 제 3 병류 접촉 시스템들(500A, 500B, 500C)의 각각은 또한 각각의 농후 가스 처리 용액들(510A, 510B, 510C)을 생성한다. 제 3 가스 처리 용액(510C)은 액체 용매로서 제 2 병류 접촉 시스템(500B)으로 복귀 유도될 수 있고, 제 2 가스 처리 용액(510B)은 액체 용매로서 병류 접촉 시스템(510A)으로 복귀 유도될 수 있다. 게다가, 제 3 병류 접촉 시스템(500C)은 다른 소스로부터 가스 처리 용액(510D)을 수용할 수 있다. 또한, 제 1 가스 처리 용액(510A)은 도 2a 및 도 2b와 관련하여 설명된 재생기(210)와 같은 재생기(도시 생략)로 복귀될 수 있고, 또는 이전의 병류 접촉 시스템(도시 생략)용 액체 용매로서 기능할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 가스 처리 용액(510B)은 플래시 드럼(502)을 통해 유동될 수 있다. 플래시 드럼(502)의 상부로부터 오는 플래시 라인(512)이 제공될 수 있다. 플래시 드럼(502) 및 연계된 플래시 라인(512)은, 제 2 가스 처리 용액(510B)이 제 1 병류 접촉 시스템(500A) 내로 유입되기 전에 제 2 가스 처리 용액(510B) 내에 흡수된 메탄 및 임의의 CO2가 플래시될 수 있게 허용할 수 있다. 증기 형태의 H2O가 또한 플래시 라인(512)으로부터 통기될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제 2 가스 처리 용액들(510B)을 플래시하는 것은 반희박 용매 용액을 생성한다. 제 1 병류 접촉 시스템(500A) 내의 반희박 용매 용액의 사용은 제 1 병류 접촉 시스템(500A)의 효율을 향상시키고 재생기 상의 부하를 감소시킬 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 다른 가스 처리 용액들(510A, 510C, 또는 510D) 중 임의의 하나는 또한 플래시 드럼(502)과 유사한 플래시 드럼을 통해 유동될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 플래시 라인(512)으로부터 플래시되는 예를 들어, 메탄, CO2 및 H2O와 같은 가스는 가스 처리 시스템 내의 임의의 수의 다른 플래시 드럼들과 연계된 플래시 라인들로부터 플래시하는 가스와 병합된다. 예를 들어, 도 2a와 관련하여 설명된 가스 처리 시스템(200)에서, 플래시 라인(512)으로부터 플래시하는 가스는 플래시 드럼(221)으로부터 플래시하는 천연 가스(222)와 병합될 수 있다. 플래시 라인(512)으로부터 플래시하는 가스의 압력은 플래시 드럼(221)으로부터 플래시하는 천연 가스(222)의 압력에 대응할 수 있다
도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 가스 처리 용액(510B)은 또한 플래시 드럼(502)을 나온 후에 펌프(514)를 통해 유동될 수 있다. 펌프(514)는 제 2 가스 처리 용액(510B)의 압력을 증가시킬 수 있는데, 이는 병류 접촉 시스템들(500A 내지 500C) 내에서 발생하는 압력 강하의 효과를 극복하는 것을 도울 수 있다. 제 2 가스 처리 용액(510B)의 압력을 증가시키는 것은 또한 제 2 가스 처리 용액(510B)이 가스 스트림(504) 내에 산성 가스를 더 효과적으로 혼입하게 할 수 있다.
직렬의 다수의 병류 접촉 시스템들의 사용은 가스 스트림으로부터 산성 가스들의 제거와 관련하여 본 명세서에 설명되어 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2b는 가스 스트림 내의 H2S(또는 임의의 다른 유형의 산성 가스)의 농도가 다수의 병류 접촉 시스템들의 사용을 통해 순차적으로 저하되는 용례들을 도시한다. 그러나, 가스 처리 시스템들(200, 260), 뿐만 아니라 직렬로 접속된 다수의 병류 접촉 시스템들을 포함하는 임의의 다른 유형의 가스 처리 시스템은 또한 다양한 다른 용례들을 위해 사용될 수 잇다.
몇몇 실시예들에서, 본 명세서에 설명된 병류 접촉 시스템들은 천연 가스의 탈수를 위해 사용될 수 있다. 원료 천연 가스는 종종 물로 포화된다. 물은 통상적으로 천연 가스 수화물들의 형성을 회피하고, 파이프라인들 내의 부식을 방지하도록 제거된다.
공지의 작동들에서, 탈수는 통상적으로 글리콜 용매와 습식 가스 스트림을 접촉시킴으로써 성취된다. 글리콜 용매는 통상적으로 트리에틸렌 글리콜(TEG)이다. 접촉은 트레이형 타워 또는 패킹된 흡수기에서 발생한다. 작동시에, 희박 TEG, 예를 들어 실질적으로 물이 없는 TEG는 접촉기의 상부에 진입하고, 반면에 습식 가스는 타워의 저부 부근에 진입한다. 2개의 유체 스트림들은 칼럼을 통해 역류식으로 유동한다. 하향 유동 TEG는 상향 유동 천연 가스로부터 물을 흡수한다. 천연 가스는 실질적으로 건조하게 칼럼의 상부를 나오고, 반면에 농후 TEG는 흡수된 물을 포함하여 칼럼의 저부를 나온다.
도 2a, 도 2b, 도 4a, 도 4b 및 도 5와 관련하여 설명된 병류 접촉 시스템들과 같은 하나 이상의 병류 접촉 시스템들은 습식 가스와 건조제를 신속하게 접촉하기 위해 트레이형 타워 또는 패킹된 흡수기 대신에 사용될 수 있다. 게다가, 더 높은 압력 강하들이 기상에서 액체 용매를 분산시키고 병류 접촉 시스템들의 효율을 향상시키는데 사용될 수 있다.
도 6은 본 명세서에 설명된 병류 접촉 시스템을 사용하는 가스 재생 설비(600)의 프로세스 흐름도이다. 가스 재생 설비(600)는 농후 용매 용액(606)으로부터 산성 가스(604)의 제거를 위한 일련의 병류 접촉 시스템들(602A 내지 602C)을 사용한다. 농후 용매 용액(606)은 조기의 CO2 또는 H2S 제거 프로세스에 수반된 발열 화학 반응, 뿐만 아니라 외부 소스에 의한 가능한 예열에 기인하여 가온될 수 있다.
농후 용매 용액(606)은 제 1 병류 접촉 시스템(602A) 내로 유입될 수 있다. 제 1 병류 접촉 시스템(602A) 내에서, 농후 용매 용액(606)은 스트립핑 가스(608)와 접촉될 수 있다. 스트립핑 가스(608)는 질소일 수 있다. 게다가, 스트립핑 가스(608)는 H2S가 농후 용매 용액(606)에 존재하지 않으면 공기일 수 있고, 또는 단지 미량의 H2S만이 농후 용매 용액(606)에 존재하면 메탄과 같은 연료 가스일 수 있다. 스트립핑 가스(608)는 제 3 병류 접촉 시스템(602C)으로부터 액체 배출물을 리보일링함으로써 생성된 가스일 수 있다. 또한, H2S가 존재하면, 스트립핑 가스(608)는 증기일 수 있다. 스트립핑 가스(608)가 증기이면, 소비된 스트림은 응축될 수 있고, 잔류 증기는 황 회수 유닛 또는 산성 가스 주입 유닛으로 송출될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, CO2 또는 H2S 증기를 포함할 수 있는 농후 용매 용액(606) 내의 산성 가스(604)의 부분은 제 1 병류 접촉 시스템(602A) 외부로 플래시될 수 있다. 게다가, 제 1 부분적으로 희박한 용매 용액(610A)이 생성될 수 있다. 제 1 부분적으로 희박한 용매 용액(610A)은 제 1 열교환기(612)를 사용하여 가열될 수 있다. 제 1 부분적으로 희박한 용매 용액(610A)은 이어서 제 2 병류 접촉 시스템(602B) 내로 유입될 수 있다.
제 1 부분적으로 희박한 용매 용액(610A) 내의 산성 가스(604)의 일부는 제 2 병류 접촉 시스템(602B) 외부로 플래시될 수 있다. 게다가, 제 2 부분적으로 희박한 용매 용액(610B)이 재생될 수 있다. 제 2 부분적으로 희박한 용매 용액(610B)은 제 2 열교환기(614)를 사용하여 가열될 수 있다. 제 2 부분적으로 희박한 용매 용액(610B)은 이어서 제 3 병류 접촉 시스템(602C) 내로 유입될 수 있다.
제 2 부분적으로 희박한 용매 용액(610B) 내의 잔류 산성 가스(604)는 제 3 병류 접촉 시스템(602C) 외부로 플래시될 수 있다. 이는 희박한 용매 용액(616)의 재생을 야기할 수 있다. 희박한 용매 용액(616)은 도 2a 또는 도 2b의 가스 처리 시스템(200 또는 260)과 같은 가스 처리 시스템의 병류 접촉 시스템 내로 도입될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 농후 용매 용액(606)은 산성 가스 대신에 물을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 물은 병류 접촉 시스템들(602A 내지 602C)을 사용하여 농후 용매 용액(606)으로부터 제거될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 직렬로 접속된 다수의 병류 접촉 시스템들은 가까운 순수 성분들 내로 탄화수소 혼합물들 또는 원유의 증류를 위해 사용된다. 이러한 실시예들에서, 용매는 증기 또는 가열된 케로신일 수 있고, 기상은 메탄 및/또는 에탄일 수 있다. 게다가, 탄화수소 혼합물은 병류 접촉 시스템들을 가로질러 상 분리를 용이하게 하도록 가열될 수 있다.
직렬로 접속된 다수의 병류 접촉 시스템들은 또한 플래시 가스 조절을 위해 사용될 수 있다. 고압 가스 정화 프로세스들, 예를 들어 산성 가스 제거 프로세스들 및 탈수 프로세스들에서, 농후 용매는 종종 예를 들어 100 내지 150 psig의 범위의 압력에서 용기 내로 플래시된다. 이 플래시 스테이지는 많은 물리적으로 흡수된 메탄을 배출하지만, 또한 H2S, CO2, 및 수증기와 같은 흡수된 오염물들의 일부를 배출한다. 연료 가스 사양들에 부합하기 위해, 이 스트림은 종종 희박 용매의 작은 슬립-스트림과 재접촉된다.
가스로부터 불순물들을 제거하기 위해, 직렬로 접속된 다수의 병류 접촉 시스템들이 흡수제들로서 이용될 수 있다. 플래시 가스를 위한 H2S 사양은 일반적으로 파이프라인 가스에 대해 엄격하지 않기 때문에, 단지 2개 또는 3개의 스테이지들이 불순물들을 제거하는데 사용될 수 있다. 플래시 가스는 상업적으로 시판되는 대신에, 도 2a 또는 도 2b의 가스 처리 시스템(200 또는 260)과 같은 가스 처리 시스템 내의 연료 가스로서 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 가스 스트림은 촉매 수소화탈황 프로세스(CHDS)로부터 가스를 표현한다. 오일 정제들에서, CHDS는 때때로 메르캅탄들, 설파이드들, 티오펜들, 및 다른 황 함유 화합물들을 H2S로 변환하는데 사용된다. CHDS의 부수적 부산물로서, 경탄화수소들이 생성될 수 있다. H2S를 제거하기 위해 이 가스를 처리하고, 이어서 예를 들어 처리된 가스를 연료로서 사용하는 것이 가능하다. 이러한 처리는 도 2a, 도 2b, 도 4a, 도 4b, 도 5 및 도 6과 관련하여 설명된 병류 접촉 시스템들과 같은 일련의 병류 접촉 시스템들을 사용하여 성취될 수 있다.
직렬로 접속된 2개 이상의 병류 접촉 시스템들을 사용하여 원료 가스 스트림으로부터 산성 가스들을 순차적으로 제거하기 위한 다수의 기술들이 본 명세서에 설명되어 있다. 본 명세서에 설명된 기술들의 일부는 탄화수소 가스 스트림들로부터 부분적으로 또는 완전히, 선택적으로 또는 비선택적으로 산성 가스들의 제거를 수반한다. 가스 스트림은 예를 들어, 천연 가스 스트림, 연소 배기 가스 스트림, 또는 정제 가스 스트림일 수 있다. 흡수성 액체는 모노에탄올아민(MEA), 디글리콜아민(DGA), 디에탄올아민(DEA), 메틸디에탄올아민(MDEA), 2-아미노-2-메틸-l-프로판올(AMP), 피페라진(PZ), 암모니아, 아민들, 알카노아민들, 이들의 유도체들, 및 이들의 다른 화학적 용매들 및/또는 혼합물들과 같은 적어도 하나의 화학적 화합물을 포함하는 흡수 용액을 포함할 수도 있다. 흡수성 액체는 동적 향상제들, 부식 억제제들, 발포 방지 화학물들, 탈산소제들, 염들, 중화제들, 오염 방지 화학물들, 및 열화 방지 화학물들과 같은 적어도 하나의 화학 성분을 또한 포함할 수 있다.
흡수성 액체는 CO2, H2S, SO2, 및 NOx와 같은 가스를 흡수하고, 동화하고(assimilating), 또는 다른 방식으로 반응하기 위해 선택된 적어도 하나의 화학 성분을 포함할 수 있다. 대안적으로, 흡수성 액체는 모노에틸렌 글리콜(MEG), 디에틸렌 글리콜(DEG) 또는 트리에틸렌 글리콜(TEG)과 같은 적어도 하나의 화학 화합물을 포함하는 건조 액체를 포함할 수 있다. 본 예에서, 이 경우에 제거를 위해 선택된 기체 성분은 H2O이다.
병류 접촉 시스템
도 7은 병류 접촉 시스템(700)의 개략도이다. 병류 접촉 시스템(700)은 가스 스트림 내의 성분들의 분리를 제공할 수 있다. 게다가, 병류 접촉 시스템(700)은, 성분들의 급속 분리가 요구되는 도 2a 및 도 2b의 가스 처리 시스템들(200, 260)과 같은 다양한 가스 처리 시스템들의 구현을 보조할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 병류 접촉 시스템(700)은 도 2a, 도 2b, 도 4a, 도 4b, 도 5 및 도 6과 관련하여 설명된 병류 접촉 시스템들(204A 내지 204F, 402A 내지 402C, 500A 내지 500C 및 602A 내지 602C) 중 하나이다.
병류 접촉 시스템(700)은 파이프(704) 내에 일렬로 위치된 병류 접촉기(702)를 포함할 수 있다. 병류 접촉기(702)는 유동 가스 스트림(706)과 액체 액적 스트림의 효율적인 접촉을 제공하는 다수의 구성 요소들을 포함할 수 있다. 액체 액적 스트림은 가스 스트림(706)으로부터 H2O, H2S 또는 CO2와 같은 불순물들의 분리를 위해 사용될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 가스 스트림(706)은 파이프(704)를 통해 병류 접촉기(702) 내로 유동될 수 있다. 액체 스트림(708)은 또한 병류 접촉기(702) 내로, 예를 들어, 병류 접촉기(702) 내의 유동 채널들(710)에 결합된 중공 공간(709) 내로 유입될 수 있다. 액체 스트림(708)은 가스 스트림(706)으로부터 불순물들을 제거하는 것이 가능한 임의의 유형의 처리 액체를 포함할 수 있다.
유동 채널들(710)로부터, 액체 스트림(708)은 주입 오리피스들(711)을 통해 미세 액적들로서 가스 스트림(706) 내로 배출되어, 처리된 가스 스트림(712)을 생성한다. 이는 처리된 가스 스트림(712)의 생성을 야기할 수 있다. 처리된 가스 스트림(712)은 기상 내에 분산된 작은 액체 액적들을 포함할 수 있다. 액체 액적들은 액체 스트림(708) 내로 흡착되거나 용해되었던 가스 스트림(706)으로부터 불순물들을 포함할 수 있다.
처리된 가스 스트림(712)은 사이클론 분리기, 메시 스크린, 또는 침전 용기와 같은 분리 시스템(713) 내로 유입될 수 있다. 분리 시스템(713)은 기상으로부터 액체 액적들을 제거한다. 액체 액적들은 혼입된 불순물들(714)을 갖는 원래 액체 스트림을 포함할 수 있고, 기상은 정화된 가스 스트림(716)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 정화된 가스 스트림(716)은 H2O의 제거를 거쳐 정화되어 있는 탈수된 가스 스트림이다. 다른 실시예들에서, 정화된 가스 스트림(716)은 예를 들어, H2S 또는 CO2의 제거를 거쳐 정화되어 있는 정화된 가스 스트림이다.
도 8a는 병류 접촉기(800)의 정면도이다. 병류 접촉기(800)는 도 7과 관련하여 설명된 병류 접촉 시스템(700)과 같은 병류 접촉 시스템 내에 구현될 수 있다. 병류 접촉기(800)는 파이프 내에 위치된 축방향 일렬 병류 접촉기일 수 있다. 병류 접촉기(800)의 정면도는 병류 접촉기(800)의 상류측 뷰를 표현한다.
병류 접촉기(800)는 외부 환형 지지링(802), 환형 지지링(802)으로부터 연장하는 다수의 방사상 블레이드들(804), 및 중앙 가스 입구 원추부(806)를 포함할 수 있다. 환형 지지링(802)은 파이프 내에 일렬로 병류 접촉기(800)를 고정할 수 있다. 게다가, 방사상 블레이드들(804)은 중앙 가스 입구 원추부(806)를 위한 지지를 제공할 수 있다.
환형 지지링(802)은 플랜지가 있는 연결부로서, 또는 파이프 내부의 제거 가능한 또는 고정된 슬리브로서 설계될 수 있다. 게다가, 환형 지지링(802)은 도 7, 도 8c 및 도 8d와 관련하여 더 설명된 액체 공급 시스템 및 중공 채널을 포함할 수 있다. 액체 스트림은 환형 지지링(802) 내의 중공 채널을 거쳐 병류 접촉기(800)에 공급될 수 있다. 중공 채널은 병류 접촉기(800)의 주변을 따라 액체 스트림의 균등한 분배를 허용할 수 있다.
환형 지지링(802) 내의 소형 액체 채널들은 방사상 블레이드들(804) 내의 주입 오리피스들(808)을 통해 액체 스트림이 유동하게 하기 위한 유동 경로를 제공할 수 있다. 액체 주입 오리피스들(808)은 각각의 방사상 블레이드(804)의 선단 에지에 또는 부근에 위치될 수 있다. 방사상 블레이드들(804) 상의 액체 주입 오리피스(808)의 배치는 액체 스트림이 방사상 블레이드들(804) 사이로 유도되는 가스 스트림 내에 균일하게 분배될 수 있게 한다. 구체적으로, 액체 스트림은 방사상 블레이드들(804) 사이의 간극들을 통해 유동하는 가스 스트림에 의해 접촉될 수 있고, 작은 액적들로 전단되고 기상 내에 혼입될 수 있다.
가스 스트림은 또한 가스 입구(812)를 통해 중앙 가스 입구 원추부(806) 내로 유동될 수 있다. 중앙 가스 입구 원추부(806)는 파이프의 단면부를 차단할 수 있다. 방사상 블레이드들(804)은 가스 스트림이 중앙 가스 입구 원추부(806) 외부로 유출되게 하는 가스 출구 슬롯들(810)을 포함한다. 이는 파이프를 통해 유동함에 따라 가스 스트림의 속도를 증가시킬 수 있다. 중앙 가스 입구 원추부(806)는 방사상 블레이드들(804) 상의 가스 출구 슬롯들(810)로 사전 결정된 양의 가스 스트림을 유도할 수 있다.
방사상 블레이드들(804) 내로 주입된 액체 스트림의 일부는 액체 필름으로서 방사상 블레이드들(804)의 표면 상에 퇴적될 수 있다. 가스 스트림이 중앙 가스 입구 원추부(806)를 통해 유동하고 방사상 블레이드들(804) 상에서 가스 출구 슬롯들(810) 외부로 유도됨에 따라, 가스 스트림은 방사상 블레이드들(804)로부터 많은 액체 필름을 스윕하거나 송풍할 수 있다. 이는 기상 내로의 액체 스트림의 분산을 향상시킬 수 있다. 또한, 가스 스트림의 유동에 대한 방해부 및 중앙 가스 입구 원추부(806)에 의해 생성된 전단 에지들은 증가된 난류 분산 속도를 갖는 구역을 제공할 수 있다. 이는 액체 스트림과 가스 스트림의 질량 전달 속도를 향상시키는 더 작은 액적들의 생성을 야기할 수 있다.
병류 접촉기(800)의 크기는 가스 스트림이 고속으로 유동하도록 조정될 수 있다. 이는 환형 지지링(802)의 직경의 급격한 감소 또는 환형 지지링(802)의 직경의 완만한 감소를 거쳐 성취될 수 있다. 병류 접촉기(800)의 외부벽은 형상이 약간 수렴할 수 있어, 가스 스트림과 액체 스트림이 하류측 파이프 내로 배출되는 점에서 종료한다. 이는 병류 접촉기(800)로부터 제거된 임의의 액체 필름의 전단 및 재혼입을 허용할 수 있다. 또한, 방사상 내향링, 홈이 있는 표면, 또는 다른 적합한 장비가 가스 스트림과 액체 스트림이 하류측 파이프 내로 배출되는 점 부근에서 병류 접촉기(800)의 외경에 포함될 수 있다. 이는 기상 내의 액체 혼입의 정도를 향상시킬 수 있다.
병류 접촉기(800)의 하류측 단부는 파이프의 섹션(도시 생략) 내로 배출될 수 있다. 파이프의 섹션은 파이프의 직선형 섹션, 파이프의 동심 팽창 섹션일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 중앙 가스 입구 원추부(806)는 무딘 단부형 원추부 또는 테이퍼진 단부형 원추부로 종료한다. 다른 실시예들에서, 중앙 가스 입구 원추부(806)는 액적 생성을 위한 다수의 위치들을 제공하는 원추부를 따라 다수의 동심 리지들을 포함할 수 있는 리지형 원추부로 종료한다. 게다가, 임의의 수의 가스 출구 슬롯들(810)이 원추부 자체에 제공되어 병류 접촉기(800)로부터 액체 필름의 제거를 허용할 수 있다.
도 8b는 병류 접촉기(800)의 측면 사시도이다. 유사한 도면 부호의 아이템들은 도 8a와 관련하여 설명된 바와 같다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 중앙 가스 입구 원추부(806)의 상류측 부분은 상류측 방향에서 환형 지지링(802) 및 방사상 블레이드들(804)보다 파이프 내로 더 연장할 수 있다. 중앙 가스 입구 원추부(806)의 하류측 부분은 또한 하류측 방향에서 환형 지지링(802) 및 방사상 블레이드들(804)보다 파이프 내로 더 연장할 수 있다. 하류측 방향에서 중앙 가스 입구 원추부(806)의 길이는 도 8c 및 도 8d와 관련하여 더 설명된 바와 같이, 중앙 가스 입구 원추부(806)의 단부에서 원추부의 유형에 의존한다.
도 8c는 병류 접촉기(800)의 단면 측면 사시도이다. 유사한 도면 부호의 아이템들은 도 8a 및 도 8b와 관련하여 설명된 바와 같다. 도 8c에 도시된 실시예들에 따르면, 병류 접촉기(800)의 중앙 가스 입구 원추부(806)는 테이퍼진 단부형 원추부(814)로 종료한다. 중앙 가스 입구 원추부(806)를 테이퍼진 단부형 원추부(814)로 종료하는 것은 병류 접촉기(800)에 의해 유발되는 파이프 내의 전체 압력 강하를 감소시킬 수 있다.
도 8d는 병류 접촉기(800)의 다른 단면 측면 사시도이다. 유사한 도면 부호의 아이템들은 도 8a 내지 도 8c와 관련하여 설명된 바와 같다. 도 8d에 도시된 실시예에 따르면, 병류 접촉기(800)의 중앙 가스 입구 원추부(806)는 무딘 단부형 원추부(816)에서 종료한다. 중앙 가스 입구 원추부(806)를 무딘 단부형 원추부(816)로 종료하는 것은 파이프의 중앙에서 액적 형성을 조장할 수 있다.
가스 스트림을 액체 스트림과 접촉하기 위한 방법
도 9는 가스 스트림을 액체 스트림과 접촉하기 위한 방법(900)을 도시하는 프로세스 흐름도이다. 방법(900)은 도 2a, 도 2b, 도 4a, 도 4b, 도 5, 도 6 또는 도 7과 관련하여 설명된 병류 접촉 시스템들(204A 내지 204F, 402A 내지 402C, 500A 내지 500C, 602A 내지 602C, 700) 중 임의의 하나와 같은 하나 이상의 병류 접촉 시스템들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 방법(900)은 도 2a 또는 도 2b와 관련하여 설명된 가스 처리 시스템(200 또는 260)과 같은 가스 처리 시스템 내에 구현될 수 있다.
방법은 블록 902에서 시작하고, 여기서 액체 스트림이 병류 접촉기 내로 유입된다. 액체 스트림은 환형 지지링 및 환형 지지링으로부터 연장하는 다수의 방사상 블레이드들을 거쳐 병류 접촉기 내로 유입될 수 있다. 환형 지지링은 파이프 내에 일렬로 병류 접촉기를 고정할 수 있다. 액체 스트림은 예를 들어, 임의의 적합한 유형의 흡수성 액체 스트림일 수 있다.
블록 904에서, 가스 스트림은 병류 접촉기 내로 유입된다. 가스 스트림은 방사상 블레이드들에 의해 지지된 중앙 가스 입구 원추부를 거쳐 병류 접촉기 내로 유입될 수 있다. 가스 스트림은 예를 들어, 천연 가스 스트림일 수 있다.
블록 906에서, 가스 스트림은 가스 스트림 내로의 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 혼입을 제공하기 위해 병류 접촉기 내에서 액체 스트림과 접촉된다. 다양한 실시예들에서, 가스 스트림 내의 불순물들은 액체 액적들 내로 혼입된다. 이러한 불순물들은 물 또는 예를 들어, H2S 또는 CO2와 같은 산성 가스를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 중앙 가스 입구 원추부는 가스 유동을 부분적으로 방해함으로써 가스 유동의 난류를 증가시킨다. 이러한 난류의 증가는 가스 스트림 내의 액체 액적들의 분산량의 증가를 야기할 수 있다. 게다가, 병류 접촉기의 형상에 의해 생성된 전단력들은 가스 스트림 내의 액체 액적들의 분산을 보조할 수 있다.
블록 908에서, 액체 액적들은 분리 시스템 내의 가스 스트림으로부터 분리된다. 분리 시스템은 예를 들어, 사이클론 분리기 또는 분리 칼럼일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 액체 액적들 내로 혼입되어 있는 불순물들은 또한 액체 액적들과 함께 가스 스트림으로부터 분리된다. 이는 정화된 가스 스트림의 생성을 야기할 수 있다. 예를 들어, 가스 스트림이 천연 가스 스트림이고, 불순물들이 물을 포함하면, 천연 가스 스트림은 물의 제거를 거쳐 탈수될 수 있다. 다른 예로서, 가스 스트림이 천연 가스 스트림이고, 불순물들이 산성 가스를 포함하면, 천연 가스 스트림은 산성 가스의 제거를 거쳐 스위트닝될 수 있다.
도 9의 프로세스 흐름도는 방법(900)의 단계들이 임의의 특정 순서로 실행되어야 하고, 또는 방법(900)의 모든 단계들이 모든 경우들에 포함되어야 한다는 것을 지시하도록 의도된 것은 아니다. 또한, 도 9에 도시되지 않은 임의의 수의 부가의 단계들은 특정 구현예의 상세들에 따라, 방법(900) 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 가스 스트림은 파이프 내에 직렬로 접속된 임의의 수의 부가의 병류 접촉기들 및 분리 시스템들을 통해 유동될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 병류 접촉기들 및 분리 시스템들은 잔류 불순물들을 제거함으로써 가스 스트림을 점진적으로 정화한다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 불순물들은 분리 시스템의 하류측의 액체 스트림으로부터 제거된다. 액체 스트림은 이어서 병류 접촉기로 재순환될 수 있고, 또는 다른 병류 접촉기 내로 유입될 수 있다.
더욱이, 방법(900)은 켄칭 용례들을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 방법(900)은 에틸렌 켄칭 용례들을 위한 고온 오일의 직접 주입 또는 냉각수의 주입을 위해 사용될 수 있다. 게다가, 방법(900)은 산성 가스 흡수제 오버헤드 스트림을 포함하는 물 세척 용례들과 같은 물 세척 용례들을 위해 사용될 수 있다.
실시예들
본 발명의 실시예는 이하의 번호 부여된 단락들에 개시된 방법들 및 시스템들의 임의의 조합들을 포함할 수 있다. 임의의 수의 변형들이 상기 설명으로부터 고려될 수 있기 때문에, 이는 모든 가능한 실시예들의 완전한 열거로 고려되어서는 안된다.
1. 병류 접촉 시스템에 있어서,
파이프 내에 일렬로 위치된 병류 접촉기로서, 병류 접촉기는:
파이프 내에 병류 접촉기를 유지하도록 구성된 환형 지지링;
병류 접촉기 내로 액체 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 복수의 방사상 블레이드들; 및
병류 접촉기 내의 중공 섹션을 통해 가스 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 중앙 가스 입구 원추부를 포함하고,
병류 접촉기가 가스 스트림 내로의 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 효율적인 혼입을 제공하며,
가스 스트림으로부터 액체 액적들의 적어도 일부를 제거하도록 구성된 분리 시스템을 포함하는 병류 접촉 시스템.
2. 단락 1의 병류 접촉 시스템에 있어서, 가스 스트림은 병류 접촉기 내의 액체 액적들 내로 혼입된 불순물들을 포함하는 병류 접촉 시스템.
3. 단락 2의 병류 접촉 시스템에 있어서, 분리 시스템은 가스 스트림으로부터 불순물들을 포함하는 액체 액적들의 적어도 일부를 제거함으로써 정화된 가스 스트림을 생성하는 병류 접촉 시스템.
4. 단락 2 또는 3의 병류 접촉 시스템에 있어서, 가스 스트림은 천연 가스 스트림을 포함하고, 불순물들은 물을 포함하는 병류 접촉 시스템.
5. 단락 2 내지 4 중 어느 하나의 병류 접촉 시스템에 있어서, 가스 스트림은 천연 가스 스트림을 포함하고, 불순물들은 산성 가스를 포함하는 병류 접촉 시스템.
6. 단락 1 또는 2의 병류 접촉 시스템에 있어서, 분리 시스템은 사이클론 분리기를 포함하는 병류 접촉 시스템.
7. 단락 1, 2 또는 6 중 어느 하나의 병류 접촉 시스템에 있어서, 분리 시스템은 증류 칼럼을 포함하는 병류 접촉 시스템.
8. 단락 1, 2, 6 또는 7 중 어느 하나의 병류 접촉 시스템에 있어서, 중앙 가스 입구 원추부의 하류측 부분은 무딘 단부형 원추부를 포함하는 병류 접촉 시스템.
9. 단락 1, 2 또는 6 내지 8 중 어느 하나의 병류 접촉 시스템에 있어서, 중앙 가스 입구 원추부의 하류측 부분은 테이퍼진 단부형 원추부를 포함하는 병류 접촉 시스템.
10. 단락 1, 2 또는 6 내지 9 중 어느 하나의 병류 접촉 시스템에 있어서, 액체 스트림은 흡수제 액체 스트림을 포함하는 병류 접촉 시스템.
11. 단락 1, 2 또는 6 내지 10 중 어느 하나의 병류 접촉 시스템에 있어서, 파이프 내에 직렬로 접속된 복수의 병류 접촉 시스템들을 포함하는 병류 접촉 시스템.
12. 단락 1, 2 또는 6 내지 11 중 어느 하나의 병류 접촉 시스템에 있어서, 병류 접촉 시스템은 가스 처리 시스템 내에 구현되는 병류 접촉 시스템.
13. 단락 1, 2 또는 6 내지 12 중 어느 하나의 병류 접촉 시스템에 있어서, 병류 접촉 시스템은 켄칭 용례들을 위해 사용되는 병류 접촉 시스템.
14. 단락 1, 2 또는 6 내지 13 중 어느 하나의 병류 접촉 시스템에 있어서, 병류 접촉 시스템은 물 세척 용례들을 위해 사용되는 병류 접촉 시스템.
15. 가스 스트림으로부터 불순물들을 분리하는 방법으로서,
환형 지지링 및 환형 지지링으로부터 연장하는 복수의 방사상 블레이드들을 거쳐 병류 접촉기 내로 액체 스트림을 유동시키는 단계로서, 환형 지지링은 병류 접촉기를 파이프 내에 일렬로 고정하는, 액체 스트림 유동 단계;
복수의 방사상 블레이드들에 의해 지지된 중앙 가스 입구 원추부를 거쳐 병류 접촉기 내로 가스 스트림을 유동시키는 단계로서, 가스 스트림의 제 1 부분은 중앙 가스 입구 원추부를 통해 유동하고 가스 스트림의 제 2 부분은 복수의 방사상 블레이드들 사이에서 중앙 가스 입구 원추부 주위로 유동하는, 가스 스트림 유동 단계;
가스 스트림 내로의 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 혼입을 제공하기 위해 가스 스트림을 액체 스트림과 접촉시키는 단계; 및
분리 시스템 내에서 가스 스트림으로부터 액체 액적들을 분리하는 단계를 포함하는 방법.
16. 단락 15의 방법에 있어서, 파이프 내에 직렬로 접속된 다수의 병류 접촉기들 및 분리 시스템들을 통해 가스 스트림을 유동시키는 단계를 포함하는 방법.
17. 단락 15 또는 16의 방법에 있어서, 병류 접촉기 내의 액체 액적들 내로 가스 스트림으로부터의 불순물들을 혼입하는 단계를 포함하는 방법.
18. 단락 17의 방법에 있어서, 분리 시스템 내의 가스 스트림으로부터의 불순물들을 포함하는 액체 액적들의 적어도 일부를 제거함으로써 정화된 가스 스트림을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
19. 단락 17 또는 18의 방법에 있어서, 가스 스트림은 천연 가스 스트림이고, 불순물들은 물을 포함하는 방법.
20. 단락 19의 방법에 있어서, 천연 가스 스트림으로부터 혼입된 물을 포함하는 액체 액적들을 제거함으로써 탈수된 천연 가스 스트림을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
21. 단락 17 내지 19 중 어느 하나의 방법에 있어서, 가스 스트림은 천연 가스 스트림을 포함하고, 불순물들은 산성 가스를 포함하는 방법.
22. 단락 21의 방법에 있어서, 천연 가스 스트림으로부터 혼입된 산성 가스를 포함하는 액체 액적들을 제거함으로써 스위트닝된 천연 가스 스트림을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
23. 단락 21 또는 22의 방법에 있어서, 산성 가스는 황화수소 또는 이산화탄소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 방법.
24. 병류 접촉기에 있어서,
파이프 내에 일렬로 병류 접촉기를 유지하도록 구성된 환형 지지링으로서, 환형 지지링은 환형 지지링으로부터 연장하는 복수의 방사상 블레이드들 내로 액체 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 중공 채널을 포함하는, 환형 지지링; 및
병류 접촉기 내로 가스 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 중앙 가스 입구 원추부로서, 가스 스트림의 제 1 부분은 중앙 가스 입구 원추부를 통해 유동하고, 가스 스트림의 제 2 부분은 복수의 방사상 블레이드들 사이에서 중앙 가스 입구 원추부 주위로 유동하는, 중앙 가스 입구 원추부를 포함하고,
병류 접촉기는 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 기체 스트림 내로의 혼입을 제공하도록 구성되는 병류 접촉기.
25. 단락 24의 병류 접촉기에 있어서, 각각의 방사상 블레이드는 방사상 블레이드 내로 액체 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 복수의 액체 주입 오리피스들을 포함하는 병류 접촉기.
26. 단락 24 또는 25의 병류 접촉기에 있어서, 중앙 가스 입구 원추부는 가스 스트림이 병류 접촉기 내로 유입함에 따라 가스 스트림의 속도를 증가시키는 병류 접촉기.
27. 단락 24 내지 26 중 어느 하나의 병류 접촉기에 있어서, 중앙 가스 입구 원추부는 증가된 난류를 생성하는 가스 유동에 대한 중앙 방해부를 포함하고, 증가된 난류는 가스 스트림 내의 액체 액적들의 분산량을 증가시키는 병류 접촉기.
28. 단락 24 내지 27 중 어느 하나의 병류 접촉기에 있어서, 중앙 가스 입구 원추부는 무딘 단부형 원추부로 종료하는 병류 접촉기.
29. 단락 24 내지 28 중 어느 하나의 병류 접촉기에 있어서, 중앙 가스 입구 원추부는 테이퍼진 단부형 원추부로 종료하는 병류 접촉기.
30. 단락 24 내지 29 중 어느 하나의 병류 접촉기에 있어서, 가스 스트림으로부터의 불순물들은 액체 액적들 내에 혼입되는 병류 접촉기.
31. 단락 30의 병류 접촉기에 있어서, 불순물들은 물을 포함하는 병류 접촉기.
32. 단락 30 또는 31의 병류 접촉기에 있어서, 불순물들은 산성 가스를 포함하는 병류 접촉기.
33. 단락 24 또는 30 중 어느 하나의 병류 접촉기에 있어서, 가스 스트림은 천연 가스 스트림을 포함하는 병류 접촉기.
본 발명의 기술들은 다양한 수정들 및 대안의 형태들에 민감할 수 있지만, 전술된 실시예들은 단지 예로서 도시된 것이다. 그러나, 기술들은 본 명세서에 개시된 특정 실시예들에 한정되도록 의도되지 않는다는 것이 재차 이해되어야 한다. 실제로, 본 발명의 기술들은 첨부된 청구범위의 진정한 사상 및 범주 내에 있는 모든 대안들, 수정들 및 등가물들을 포함한다.

Claims (27)

  1. 병류(co-current) 접촉 시스템에 있어서,
    파이프 내에 일렬로 위치된 병류 접촉기로서, 상기 병류 접촉기는:
    상기 파이프 내에 상기 병류 접촉기를 유지하도록 구성된 환형 지지링;
    상기 병류 접촉기 내로 액체 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 복수의 방사상 블레이드들; 및
    상기 병류 접촉기 내의 중공 섹션을 통해 가스 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 중앙 가스 입구 원추부를 포함하고,
    상기 병류 접촉기가 상기 가스 스트림 내로의 상기 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 효율적인 혼입을 제공하며,
    상기 가스 스트림으로부터 상기 액체 액적들의 적어도 일부를 제거하도록 구성된 분리 시스템을 포함하는 병류 접촉 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가스 스트림은 상기 병류 접촉기 내의 상기 액체 액적들 내로 혼입된 불순물들을 포함하는 병류 접촉 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 분리 시스템은 상기 가스 스트림으로부터 상기 불순물들을 포함하는 상기 액체 액적들의 적어도 일부를 제거함으로써 정화된 가스 스트림을 생성하는 병류 접촉 시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 가스 스트림은 천연 가스 스트림을 포함하고, 상기 불순물들은 물을 포함하는 병류 접촉 시스템.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 가스 스트림은 천연 가스 스트림을 포함하고, 상기 불순물들은 산성 가스를 포함하는 병류 접촉 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 분리 시스템은 사이클론 분리기를 포함하는 병류 접촉 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 분리 시스템은 증류 칼럼(distillation column)을 포함하는 병류 접촉 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 중앙 가스 입구 원추부의 하류측 부분은 무딘 단부형 원추부를 포함하는 병류 접촉 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 중앙 가스 입구 원추부의 하류측 부분은 테이퍼진 단부형 원추부를 포함하는 병류 접촉 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 액체 스트림은 흡수제 액체 스트림을 포함하는 병류 접촉 시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 파이프 내에 직렬로 접속된 복수의 병류 접촉 시스템들을 포함하는 병류 접촉 시스템.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 병류 접촉 시스템은 가스 처리 시스템 내에 구현되는 병류 접촉 시스템.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 병류 접촉 시스템은 켄칭 용례들을 위해 사용되는 병류 접촉 시스템.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 병류 접촉 시스템은 물 세척 용례들을 위해 사용되는 병류 접촉 시스템.
  15. 가스 스트림으로부터 불순물들을 분리하는 방법으로서,
    환형 지지링 및 상기 환형 지지링으로부터 연장하는 복수의 방사상 블레이드들을 거쳐 병류 접촉기 내로 액체 스트림을 유동시키는 단계로서, 상기 환형 지지링은 상기 병류 접촉기를 파이프 내에 일렬로 고정하는, 상기 액체 스트림 유동 단계;
    상기 복수의 방사상 블레이드들에 의해 지지된 중앙 가스 입구 원추부를 거쳐 상기 병류 접촉기 내로 가스 스트림을 유동시키는 단계로서, 상기 가스 스트림의 제 1 부분은 상기 중앙 가스 입구 원추부를 통해 유동하고 상기 가스 스트림의 제 2 부분은 상기 복수의 방사상 블레이드들 사이에서 상기 중앙 가스 입구 원추부 주위로 유동하는, 상기 가스 스트림 유동 단계;
    상기 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 상기 가스 스트림 내로의 혼입을 제공하기 위해 상기 가스 스트림을 상기 액체 스트림과 접촉시키는 단계; 및
    분리 시스템 내에서 상기 가스 스트림으로부터 액체 액적들을 분리하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 파이프 내에 직렬로 접속된 복수의 병류 접촉기들 및 분리 시스템들을 통해 상기 가스 스트림을 유동시키는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 병류 접촉기 내의 상기 액체 액적들 내로 상기 가스 스트림으로부터의 불순물들을 혼입하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 분리 시스템 내의 상기 가스 스트림으로부터의 불순물들을 포함하는 상기 액체 액적들의 적어도 일부를 제거함으로써 정화된 가스 스트림을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 가스 스트림은 천연 가스 스트림이고, 상기 불순물들은 물을 포함하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 천연 가스 스트림으로부터 혼입된 물을 포함하는 액체 액적들을 제거함으로써 탈수된 천연 가스 스트림을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 가스 스트림은 천연 가스 스트림을 포함하고, 상기 불순물들은 산성 가스를 포함하는 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 천연 가스 스트림으로부터 혼입된 산성 가스를 포함하는 액체 액적들을 제거함으로써 스위트닝된 천연 가스 스트림을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 산성 가스는 황화수소 또는 이산화탄소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 방법.
  24. 병류 접촉기에 있어서,
    파이프 내에 일렬로 상기 병류 접촉기를 유지하도록 구성된 환형 지지링으로서, 상기 환형 지지링은 상기 환형 지지링으로부터 연장하는 복수의 방사상 블레이드들 내로 액체 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 중공 채널을 포함하는, 상기 환형 지지링; 및
    상기 병류 접촉기 내로 가스 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 중앙 가스 입구 원추부로서, 상기 가스 스트림의 제 1 부분은 상기 중앙 가스 입구 원추부를 통해 유동하고, 상기 가스 스트림의 제 2 부분은 상기 복수의 방사상 블레이드들 사이에서 상기 중앙 가스 입구 원추부 주위로 유동하는, 상기 중앙 가스 입구 원추부를 포함하고,
    상기 병류 접촉기는 상기 액체 스트림으로부터 형성된 액체 액적들의 상기 기체 스트림 내로의 혼입을 제공하도록 구성되는 병류 접촉기.
  25. 제 24항에 있어서, 각각의 방사상 블레이드는 상기 방사상 블레이드 내로 액체 스트림이 유동하게 허용하도록 구성된 복수의 액체 주입 오리피스들을 포함하고, 상기 중앙 가스 입구 원추부는 무딘 단부형 원추부 및 테이퍼진 단부형 원추부 중 적어도 하나로 종료하는 병류 접촉기.
  26. 제 24항에 있어서, 상기 중앙 가스 입구 원추부는 증가된 난류를 생성하는 가스 유동에 대한 중앙 방해부를 포함하고, 상기 증가된 난류는 상기 가스 스트림 내의 상기 액체 액적들의 분산량을 증가시키는 병류 접촉기.
  27. 제 24항에 있어서, 상기 가스 스트림으로부터의 불순물들은 상기 액체 액적들 내에 혼입되고, 상기 불순물들은 물, 산성 가스 및 천연 가스 스트림 중 하나 이상을 포함하는 병류 접촉기.
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