KR20160067957A - Split feed addition to iso-pressure open refrigeration lpg recovery - Google Patents
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Abstract
공급 가스 스트림의 제1 부분 및 공급 가스 스트림의 제2 부분을 형성하는 단계(여기서, 제1 부분 대 제2 부분의 질량비는 95:5 내지 5:95의 범위임), 열 교환기 내에서 제1 부분을 냉각시키고 제1 부분을 적어도 부분적으로 응축시키는 단계, 및 제2 부분 및 냉각되고 적어도 부분적으로 응축된 제1 부분을 증류 칼럼으로 공급하는 단계(여기서, 더 경질의 성분은 오버헤드 증기 스트림으로서 증류 칼럼으로부터 제거되고, 더 중질의 성분은 생성물 스트림으로서 증류 칼럼으로부터 하부에서 제거되고, 제2 부분은 제1 부분 아래의 1개 이상의 증기-액체 평형 단 지점에서 증류 칼럼으로 공급되어서, 칼럼 내의 냉각된 제2 부분의 액체와 제2 부분의 증기 사이의 질량 이동 교환을 허용함)를 포함하는, 공급 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체를 회수하는 방법이 본 명세서에 개시되어 있다. 상응하는 장치가 또한 개시되어 있다.Forming a first portion of the feed gas stream and a second portion of the feed gas stream wherein the mass ratio of the first portion to the second portion is in the range of 95: 5 to 5:95; Cooling the portion and at least partially condensing the first portion and supplying the second portion and the cooled and at least partially condensed first portion to the distillation column wherein the harder component is the overhead vapor stream The heavier components are removed from the bottom of the distillation column as a product stream and the second portion is fed into the distillation column at one or more vapor-liquid equilibrium points below the first portion, To allow mass transfer of the liquid between the second portion of the liquid and the vapor of the second portion), a method of recovering a natural gas liquid from a feed gas stream It is disclosed in the specification. Corresponding devices are also disclosed.
Description
관련 출원Related application
본 출원은 2013년 10월 9일에 출원된 미국 가출원 제61/888,901호의 우선권을 주장한다.This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 61 / 888,901, filed October 9, 2013.
기술분야Technical field
본 명세서에 기재된 실시형태는 탄화수소를 함유하는 가스 공급 스트림으로부터의 천연 가스 액체의 회수, 특히 가스 공급 스트림으로부터의 프로판 및 에탄의 회수의 개선된 공정에 관한 것이다.The embodiments described herein relate to an improved process for recovery of a natural gas liquid from a gas feed stream containing hydrocarbons, particularly recovery of propane and ethane from a gas feed stream.
천연 가스는 메탄, 에탄 및 프로판을 포함하는 다양한 탄화수소를 함유한다. 천연 가스는 보통 메탄 및 에탄을 대부분 가지고, 즉 메탄 및 에탄은 통상적으로 함께 적어도 50몰%의 가스를 포함한다. 가스는 또한 비교적 더 적은 양의 더 중질의 탄화수소, 예컨대 프로판, 뷰탄, 펜탄 등, 및 수소, 질소, 이산화탄소 및 다른 가스를 함유한다. 천연 가스 이외에, 탄화수소를 함유하는 다른 가스 스트림은 더 경질의 탄화수소와 더 중질의 탄화수소의 혼합물을 함유할 수 있다. 예를 들어, 정제 공정에서 형성된 가스 스트림은 분리하고자 하는 탄화수소의 혼합물을 함유할 수 있다. 이 탄화수소의 분리 및 회수는 직접적으로 사용되거나 다른 공정에 대한 공급원료로서 사용될 수 있는 귀중한 생성물을 제공할 수 있다. 이 탄화수소는 통상적으로 천연 가스 액체(natural gas liquid: NGL)로서 회수된다.Natural gas contains a variety of hydrocarbons including methane, ethane and propane. Natural gas usually has mostly methane and ethane, that is, methane and ethane usually together contain at least 50 mol% of gas. The gas also contains relatively fewer heavier hydrocarbons such as propane, butane, pentane, and the like, and hydrogen, nitrogen, carbon dioxide and other gases. In addition to natural gas, other gas streams containing hydrocarbons may contain mixtures of lighter hydrocarbons and heavier hydrocarbons. For example, the gas stream formed in the purification process may contain a mixture of hydrocarbons to be separated. The separation and recovery of the hydrocarbons can provide valuable products that can be used directly or used as feedstock for other processes. The hydrocarbons are typically recovered as natural gas liquids (NGL).
본 명세서에 기재된 실시형태는 주로 탄화수소를 함유하는 가스 스트림에서의 C3+ 성분의 회수, 특히 이 가스 스트림으로부터의 프로판의 회수에 관한 것이다. 하기 기재된 공정에 따라 공정처리되는 통상적인 천연 가스 공급물은 통상적으로, 근사 몰%로, 92.12%의 메탄, 3.96%의 에탄 및 기타 C2 성분, 1.05%의 프로판 및 기타 C3 성분, 0.15%의 아이소-뷰탄, 0.21%의 노르말 뷰탄, 0.11%의 펜탄 또는 더 중질물을 함유할 수 있고, 잔량은 주로 질소 및 이산화탄소로 이루어진다. 정제 가스 스트림은 메탄을 더 적게 함유하고 더 중질의 탄화수소를 더 높은 양으로 함유할 수 있다.The embodiments described herein relate generally to the recovery of C 3 + components in a gas stream containing hydrocarbons, particularly the recovery of propane from this gas stream. Typical natural gas feedstocks that are processed according to the process described below typically contain 92.12% methane, 3.96% ethane and other C 2 components, 1.05% propane and other C 3 components, 0.15% Of isobutane, 0.21% of normal butane, 0.11% of pentane or heavier and the balance mainly consists of nitrogen and carbon dioxide. The refinery gas stream may contain less methane and contain a higher amount of heavier hydrocarbons.
가스 공급 스트림으로부터의 천연 가스 액체의 회수는 다양한 공정, 예컨대 가스의 냉각 및 냉동, 오일 흡수, 냉동 오일 흡수를 이용하여 또는 다수의 증류탑의 사용을 통해 수행된다. 더 최근에, 줄-톰슨(Joule-Thompson) 밸브 또는 터보 확장기를 이용하는 극저온 팽창 공정은 천연 가스로부터 NGL를 회수하기 위한 바람직한 공정이 된다.The recovery of the natural gas liquid from the gas feed stream is carried out using various processes such as cooling and freezing of the gas, oil absorption, refrigeration oil absorption or through the use of multiple distillation columns. More recently, the cryogenic expansion process using a Joule-Thompson valve or turboexpander is the preferred process for recovering NGL from natural gas.
통상적인 극저온 팽창 회수 공정에서, 압력 하의 공급 가스 스트림은 공정의 다른 스트림 및/또는 냉동의 외부 공급원, 예컨대 프로판 압축-냉동 시스템과의 열 교환에 의해 냉각된다. 가스가 냉각되면서, 액체는 원하는 성분을 함유하는 고압 액체로서 1개 이상의 분리기 내에서 응축되고 수집될 수 있다.In a typical cryogenic expansion recovery process, the feed gas stream under pressure is cooled by heat exchange with another stream of the process and / or an external source of refrigeration, such as a propane compression-refrigeration system. As the gas is cooled, the liquid can be condensed and collected in one or more separators as a high-pressure liquid containing the desired components.
고압 액체는 더 낮은 압력으로 확장되고 분별화될 수 있다. 액체와 증기의 혼합물을 포함하는, 확장된 스트림은 증류 칼럼에서 분별화된다. 증류 칼럼에서, 휘발성 가스 및 더 경질의 탄화수소는 오버헤드 증기로서 제거되고, 더 중질의 탄화수소 성분은 액체 생성물로서 하부에서 빠져나간다.High pressure liquids can be expanded and fractionated to lower pressures. The expanded stream, including a mixture of liquid and vapor, is fractionated in a distillation column. In the distillation column, volatile gases and lighter hydrocarbons are removed as overhead vapor and heavier hydrocarbon components are withdrawn from the bottom as liquid product.
공급 가스는 통상적으로 전체적으로 응축되지 않고, 부분 응축으로부터 남은 증기는 줄-톰슨 밸브 또는 터보 확장기를 통해 더 낮은 압력으로 통과할 수 있고, 이때 추가의 액체는 스트림의 추가의 냉각의 결과로서 응축된다. 확장된 스트림은 증류 칼럼에 대한 공급 스트림으로서 공급된다.The feed gas typically does not condense as a whole and the remaining steam from the partial condensation can pass through lower pressure through the Rhine-Thomson valve or turboexpander, where additional liquid is condensed as a result of further cooling of the stream. The expanded stream is fed as a feed stream to the distillation column.
환류 스트림, 통상적으로 냉각 후에 그러나 팽창 전에 부분적으로 응축된 공급 스트림의 일부는 증류 칼럼에 제공된다. 다양한 공정은 환류에 대한 다른 공급원, 예컨대 압력 하에 공급된 재순환된 잔류 가스의 스트림을 사용한다.A portion of the reflux stream, typically a partially condensed feed stream after cooling but prior to expansion, is provided in the distillation column. Various processes use a stream of recycled residual gas supplied under another source, such as pressure, for reflux.
상기 기재된 일반적인 극저온 공정에 대한 다양한 개선이 시도되었지만, 이러한 개선은 터보 확장기 또는 줄-톰슨 밸브를 계속해서 사용하여 증류 칼럼에 대해 공급 스트림을 확장시킨다. 천연 가스 공급 스트림으로부터의 NGL의 회수의 증대를 위해 개선된 공정을 가지는 것이 바람직할 것이다.While various improvements have been made to the general cryogenic process described above, this improvement continues to expand the feed stream over the distillation column using a turboexpander or a Row-Thomson valve. It would be desirable to have an improved process for increasing the recovery of NGL from the natural gas feed stream.
본 명세서에 기재된 실시형태는 공급 가스 스트림으로부터의 NGL의 회수를 위한 개선된 공정에 관한 것이다. 상기 공정은 높은 수준의 NGL 회수를 위해 필요한 낮은 온도를 달성하기 위해 개방 루프 혼합 냉매 공정을 이용한다. 단일 증류 칼럼은 더 경질의 성분, 예컨대 세일즈 가스로부터 더 중질의 탄화수소를 분리하기 위해 이용된다. 증류 칼럼으로부터의 오버헤드 스트림은 냉각되어 오버헤드 스트림을 부분적으로 액화시킨다. 부분적으로 액화된 오버헤드 스트림은 더 경질의 탄화수소, 예컨대, 셰일 가스, 및 혼합 냉매로서 작용하는 액체 성분을 포함하는 증기 스트림으로 분리된다. 혼합 냉매는 공정 냉각을 제공하고, 혼합 냉매의 일부는 환류 스트림으로 사용되어 증류 칼럼에 중요한 성분이 농후하게 한다. 증류 칼럼 내에 가스가 농후하면서, 증류 칼럼의 오버헤드 스트림은 더 따뜻한 온도에서 응축하고, 증류 칼럼은 통상적으로 높은 NGL 회수에 사용된 것보다 더 따뜻한 온도에서 실행된다. 상기 공정은, 줄-톰슨 밸브 또는 터보 확장기 기반 플랜트에서처럼 가스를 확장시키지 않으면서, 오직 단일 증류 칼럼에 의해, 원하는 NGL 성분의 높은 회수를 달성한다.The embodiments described herein relate to an improved process for recovery of NGL from a feed gas stream. The process uses an open-loop mixed refrigerant process to achieve the low temperatures needed for high levels of NGL recovery. A single distillation column is used to separate the heavier hydrocarbons from the harder components, such as the sails gas. The overhead stream from the distillation column is cooled to partially liquefy the overhead stream. The partially liquefied overhead stream is separated into a vapor stream comprising lighter hydrocarbons, such as a shale gas, and a liquid component acting as a mixed refrigerant. The mixed refrigerant provides process cooling, and a portion of the mixed refrigerant is used as the reflux stream to make the critical components in the distillation column rich. With the gas rich in the distillation column, the overhead stream of the distillation column condenses at a warmer temperature and the distillation column is typically run at a warmer temperature than that used for the higher NGL recovery. The process achieves a high recovery of the desired NGL component by only a single distillation column, without expanding the gas as in a line-Thomson valve or turboexpander-based plant.
일 실시형태에서, C3+ 탄화수소, 특히 프로판은 회수된다. 온도 및 압력은 유입되는 공급 스트림의 조성에 기초하여 C3+ 탄화수소의 원하는 회수를 달성하기 위해 필요한 바대로 유지된다. 상기 공정의 이 실시형태에서, 공급 가스는 주요 열 교환기에 진입하고 냉각된다. 냉각된 공급 가스는 증류 칼럼으로 공급되고, 이것은 이 실시형태에서 탈에탄장치(deethanizer)로서 작용한다. 공급 스트림의 냉각은 따뜻한 냉매, 예컨대 프로판에 의해 주로 제공될 수 있다. 증류 칼럼으로부터의 오버헤드 스트림은 주요 열 교환기에 진입하고, 혼합 냉매를 생성하고 시스템으로부터 원하는 NGL 회수를 제공하기 위해 필요한 온도로 냉각된다.In one embodiment, C 3 + hydrocarbons, especially propane, are recovered. The temperature and pressure are maintained as required to achieve the desired number of C 3 + hydrocarbons based on the composition of the incoming feed stream. In this embodiment of the process, the feed gas enters the main heat exchanger and is cooled. The cooled feed gas is fed into a distillation column, which serves as a deethanizer in this embodiment. Cooling of the feed stream can be provided primarily by a warm refrigerant, such as propane. The overhead stream from the distillation column enters the main heat exchanger, is cooled to the temperature required to produce the mixed refrigerant and to provide the desired NGL recovery from the system.
증류 칼럼으로부터의 냉각된 오버헤드 스트림은 환류 드럼으로부터의 오버헤드 스트림과 배합되고, 증류 칼럼 오버헤드 드럼에서 분리된다. 증류 칼럼 오버헤드 드럼으로부터의 오버헤드 증기는 셰일 가스(즉, 메탄, 에탄 및 불활성 가스)이고, 액체 잔유는 혼합 냉매이다. 혼합 냉매는 공급 가스와 비교하여 C2 및 더 경질의 성분이 농후하다. 세일즈 가스는 주요 열 교환기를 통해 공급되고, 여기서 이것은 가온된다. 혼합 냉매의 온도는 주요 열 교환기 내의 필요한 열 전달을 수월하게 하도록 충분히 차가운 온도로 감소한다. 냉매의 온도는 제어 밸브에 걸친 냉매 압력을 감소함으로써 저하된다. 혼합 냉매는 주요 열 교환기로 공급되고, 여기서 이것은 주요 열 교환기를 통과하면서 증발되고 과열된다.The cooled overhead stream from the distillation column is combined with the overhead stream from the reflux drum and separated in the distillation column overhead drum. The overhead vapor from the distillation column overhead drum is shale gas (i.e., methane, ethane and inert gas) and the liquid residue is a mixed refrigerant. The mixed refrigerant is rich in C 2 and harder components compared to the feed gas. The sales gas is supplied through the main heat exchanger, where it is warmed up. The temperature of the mixed refrigerant decreases to a cool enough temperature to facilitate the required heat transfer in the main heat exchanger. The temperature of the refrigerant is lowered by decreasing the refrigerant pressure across the control valve. The mixed refrigerant is fed to the main heat exchanger, where it evaporates and overheats as it passes through the main heat exchanger.
주요 열 교환기를 통과한 후, 혼합 냉매는 압축된다. 바람직하게는, 압축기 배출 압력은 환류 펌프가 필요하지 않으므로 증류 칼럼 압력보다 높다. 압축된 가스가 주요 열 교환기를 통과하고, 여기서 이것은 부분적으로 응축된다. 부분적으로 응축된 혼합 냉매는 환류 드럼으로 라우팅된다. 환류 드럼으로부터의 하부 액체는 증류 칼럼에 대한 환류 스트림으로서 사용된다. 환류 드럼으로부터의 증기는 증류 칼럼 오버헤드 스트림과 배합되어 주요 열 교환기를 빠져나가고, 배합된 스트림은 증류 칼럼 오버헤드 드럼으로 라우팅된다. 이 실시형태에서, 상기 공정은 공급 가스로부터의 프로판의 99% 초과의 회수를 달성할 수 있다.After passing through the main heat exchanger, the mixed refrigerant is compressed. Preferably, the compressor discharge pressure is higher than the distillation column pressure since no reflux pump is required. The compressed gas passes through the main heat exchanger, where it is partially condensed. The partially condensed mixed refrigerant is routed to the reflux drum. The bottom liquid from the reflux drum is used as the reflux stream for the distillation column. The vapor from the reflux drum is combined with the distillation column overhead stream to exit the main heat exchanger and the combined stream is routed to the distillation column overhead drum. In this embodiment, the process can achieve more than 99% recovery of propane from the feed gas.
상기 공정의 또 다른 실시형태에서, 공급 가스는 상기 기재된 바대로 처리되고, 혼합 냉매의 일부는 압축 및 냉각 후에 플랜트로부터 제거된다. 플랜트로부터 제거된 혼합 냉매의 일부는 혼합 냉매에서 에탄을 회수하기 위해 C2 회수 유닛으로 공급된다. 혼합 냉매 스트림이 주요 열 교환기를 통과하고 압축되고 냉각된 후 이것의 일부의 제거는 상기 공정에 최소 효과를 가지되, 충분한 C2 성분이 시스템에 남아서 필요한 냉동을 제공한다. 몇몇 실시형태에서, 95%만큼 많은 혼합 냉매 스트림은 C2 회수를 위해 제거될 수 있다. 제거된 스트림은 에틸렌 크래킹 유닛 내에서 공급 스트림으로서 사용될 수 있다.In another embodiment of the process, the feed gas is treated as described above, and a portion of the mixed refrigerant is removed from the plant after compression and cooling. A portion of the mixed refrigerant removed from the plant is fed to the C 2 recovery unit to recover the ethane from the mixed refrigerant. After the mixed refrigerant stream passes through the main heat exchanger and is compressed and cooled, the removal of a portion thereof has minimal effect on the process, and sufficient C 2 component remains in the system to provide the necessary refrigeration. In some embodiments, as many as 95% of the combined refrigerant streams can be removed for C 2 recovery. The stripped stream may be used as a feed stream in an ethylene cracking unit.
상기 공정의 또 다른 실시형태에서, 흡수기 칼럼은 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 분리하도록 사용된다. 흡수기로부터의 오버헤드 스트림은 세일즈 가스이고, 잔유는 혼합 냉매이다.In another embodiment of the process, the absorber column is used to separate the distillation column overhead stream. The overhead stream from the absorber is a sluice gas and the residue is a mixed refrigerant.
훨씬 또 다른 실시형태에서, 유일한 1개의 분리기 드럼을 사용한다. 이 실시형태에서, 압축되고 냉각된 혼합냉매는 환류 스트림으로서 증류 칼럼으로 반송된다.In yet a further embodiment, only one separator drum is used. In this embodiment, the compressed and cooled mixed refrigerant is returned to the distillation column as a reflux stream.
상기 기재된 공정은 원하는 임의의 방식으로 탄화수소의 분리를 달성하기 위해 변형될 수 있다. 예를 들어, 플랜트는 증류 칼럼이 C3 및 더 경질의 탄화수소로부터 C4+ 탄화수소, 주로 뷰탄을 분리하도록 조작될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 플랜트는 에탄 및 프로판 둘 다를 회수하도록 조작될 수 있다. 이 실시형태에서, 증류 칼럼은 탈메탄장치(demethanizer)로서 사용되고, 플랜트 압력 및 온도는 이렇게 조정된다. 이 실시형태에서, 증류탑으로부터의 잔유는 주로 C2+ 성분을 함유하지만, 오버헤드 스트림은 주로 메탄 및 불활성 가스를 함유한다. 이 실시형태에서, 공급 가스 내에서 55%만큼 많은 C2+ 성분의 회수가 얻어질 수 있다.The process described above may be modified to achieve separation of the hydrocarbons in any desired manner. For example, the plant may be operated such that the distillation column separates C 4 + hydrocarbons, mainly butane, from C 3 and harder hydrocarbons. In another embodiment, the plant can be operated to recover both ethane and propane. In this embodiment, the distillation column is used as a demethanizer, and the plant pressure and temperature are adjusted accordingly. In this embodiment, the residue from the distillation column mainly contains the C < 2 + > component, but the overhead stream mainly contains methane and an inert gas. In this embodiment, recovery of as much as 55% of the C < 2 + > component in the feed gas can be obtained.
상기 공정의 이점 중에서 증류 칼럼에 대한 환류가 예를 들어 에탄이 농후하여서, 증류 칼럼으로부터의 프로판의 손실을 감소시킨다는 것이 있다. 환류는 증류 칼럼에서 더 경질의 탄화수소, 예컨대 에탄의 몰 분획을 또한 증가시켜서, 오버헤드 스트림을 응축하는 것이 더 쉽게 한다. 이 공정은, 저온 냉매로서 1회 및 증류 칼럼에 대한 환류 스트림으로서 2차로, 증류 칼럼 오버헤드 내에서 응축된 액체를 2회 사용한다. 본 명세서에 기재된 공정의 다른 이점은 하기 제공된 바람직한 실시형태의 상세한 설명에 기초하여 당해 분야의 당업자에게 명확할 것이다.Among the advantages of this process is that the reflux to the distillation column is, for example, ethane rich, thereby reducing the loss of propane from the distillation column. Reflux also increases the molar fraction of harder hydrocarbons, such as ethane, in the distillation column, making it easier to condense the overhead stream. This process uses twice the condensed liquid in the distillation column overhead, once as the low temperature refrigerant and secondarily as the reflux stream to the distillation column. Other advantages of the processes described herein will be apparent to those skilled in the art based on the detailed description of the preferred embodiments provided below.
훨씬 또 다른 실시형태에서, 공급 가스 스트림의 제1 부분 및 공급 가스 스트림의 제2 부분을 형성하는 단계(여기서, 제1 부분 대 제2 부분의 질량비는 95:5 내지 5:95의 범위임); 열 교환기 내에서 제1 부분을 냉각시키고 제1 부분을 적어도 부분적으로 응축시키는 단계; 및 제2 부분 및 냉각되고 적어도 부분적으로 응축된 제1 부분을 증류 칼럼으로 공급하는 단계(여기서, 더 경질의 성분은 오버헤드 증기 스트림(overhead vapor stream)으로서 증류 칼럼으로부터 제거되고, 더 중질의 성분은 생성물 스트림으로서 증류 칼럼으로부터 하부에서 제거되고, 제2 부분은 제1 부분 아래의 1개 이상의 증기-액체 평형 단 지점에서 증류 칼럼으로 공급되어서, 칼럼 내의 냉각된 제1 부분의 액체와 제2 부분의 증기 사이의 질량 이동 교환을 허용함)를 포함하는, 공급 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체를 회수하는 공정이 제공된다. 상기 공정은 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 열 교환기로 공급하고, 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 냉각시켜 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 적어도 부분적으로 액화시키는 단계, 적어도 부분적으로 액화된 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 제1 분리기로 공급하는 단계, 제1 분리기 내에서 증기와 액체를 분리하여 세일즈 가스를 포함하는 오버헤드 증기 스트림 및 혼합 냉매를 포함하는 잔유 스트림(bottoms stream)을 생성하는 단계, 혼합 냉매 스트림을 열 교환기로 공급하여 냉각을 제공하는 단계(여기서, 혼합 냉매 스트림은 열 교환기를 통과하면서 기화함), 기화된 혼합 냉매 스트림을 압축하고 압축된 혼합 냉매 스트림을 교환기를 통해 통과시키는 단계, 및 압축된 혼합 냉매 스트림의 적어도 일부를 환류 스트림으로서 증류 칼럼으로 공급하는 단계를 추가로 포함한다. 실시형태에서, 에너지 유입은 공급 스트림이 분할되지 않은 공정에 대한 에너지 유입보다 약 5-30% 또는 약 10-20% 낮고, 전체 공급 스트림은 냉각을 위해 열 교환기를 통과한다. 에너지 유입의 감소는 조작 비용을 상당히 절약시킨다.In yet a further embodiment, forming a first portion of the feed gas stream and a second portion of the feed gas stream wherein the mass ratio of the first portion to the second portion is in the range of 95: 5 to 5:95, ; Cooling the first portion within the heat exchanger and at least partially condensing the first portion; And a second portion and a cooled, at least partially condensed first portion into a distillation column, wherein the harder component is removed from the distillation column as an overhead vapor stream, and the heavier component Is removed from the bottom of the distillation column as a product stream and the second portion is fed into the distillation column at one or more vapor-liquid equilibrium points below the first portion to separate the liquid of the cooled first portion To permit mass-to-mass exchange between the vapor of the feed gas stream. The process comprises feeding a distillation column overhead stream to a heat exchanger, cooling the distillation column overhead stream to at least partially liquefy the distillation column overhead stream, separating the at least partially liquefied distillation column overhead stream into a first separator Separating the vapor and liquid in a first separator to produce a bottoms stream comprising an overhead vapor stream comprising a seth gas and a mixed refrigerant, supplying the combined refrigerant stream to a heat exchanger , Wherein the mixed refrigerant stream is vaporized as it passes through the heat exchanger, compressing the vaporized mixed refrigerant stream and passing the compressed mixed refrigerant stream through the exchanger, Feeding at least a portion thereof as a reflux stream into a distillation column It should. In an embodiment, the energy input is about 5-30% or about 10-20% lower than the energy input for the unpartitioned process, and the entire feed stream passes through the heat exchanger for cooling. Reduced energy input significantly reduces operating costs.
추가의 실시형태에서, 공급 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체를 분리하기 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는 공급 가스 스트림을 전달하도록 구성된 1차 공급 가스 라인, 공급 가스 스트림과 1개 이상의 공정 스트림 사이의 열 교환 접촉에 의해 공급 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체의 분리에 필요한 가열 및 냉각을 제공하여서 냉각된 공급 가스 스트림을 형성하도록 조작 가능한 열 교환기, 및 공급 가스 스트림을 수용하고, 공급 가스 스트림을 공급 가스 스트림의 더 경질의 탄화수소 성분의 실질적인 양을 포함하는 칼럼 오버헤드 스트림과 더 중질의 탄화수소 성분의 실질적인 양을 포함하는 칼럼 잔유 스트림으로 분리하도록 구성된 증류 칼럼을 포함한다. 상기 장치는 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 수용하고, 칼럼 오버헤드 스트림을 오버헤드 세일즈 가스 스트림과 열 교환기 내에서 공정 냉각을 제공하도록 구성된 혼합 냉매를 포함하는 잔유 스트림으로 분리하도록 구성된 제1 분리기, 혼합 냉매 스트림이 열 교환기 내에서 공정 냉각을 제공한 후 혼합 냉매 스트림을 압축하도록 구성된 압축기, 및 공급 가스 스트림이 열 교환기로 이송되기 전에 이 스트림의 일부를 제거하도록 구성된 공급 가스 우회 라인(feed gas bypass line)(여기서, 공급 가스 우회 라인은 열 교환기로부터의 냉각된 공급 가스 스트림이 유체로 연결되는 지점 아래의 1개 이상의 증기-액체 평형 단 지점에서 증류 칼럼에 유체로 연결되어서, 열 교환기로부터의 냉각된 공급 가스 스트림의 액체와 칼럼 내의 우회 공급 가스 스트림의 증기 사이의 질량 이동 교환을 허용함)을 추가로 포함한다.In a further embodiment, there is provided an apparatus for separating a natural gas liquid from a feed gas stream, the apparatus comprising a primary feed gas line configured to deliver a feed gas stream, a line between the feed gas stream and the at least one process stream, A heat exchanger operable to provide heating and cooling necessary for the separation of the natural gas liquid from the feed gas stream by the exchange contact to form a cooled feed gas stream and a feed gas stream containing a feed gas stream, A column overhead stream containing a substantial amount of the harder hydrocarbon component and a distillation column configured to separate into a column residual stream comprising a substantial amount of the heavier hydrocarbon component. The apparatus includes a first separator configured to receive a distillation column overhead stream and separate the column overhead stream into an overhead sour gas stream and a residual stream comprising a mixed refrigerant configured to provide process cooling in a heat exchanger, A compressor configured to compress the mixed refrigerant stream after the stream provides process cooling in a heat exchanger and a feed gas bypass line configured to remove a portion of the feed gas stream prior to being conveyed to the heat exchanger, Wherein the feed gas bypass line is fluidly connected to the distillation column at one or more vapor-liquid equilibrium points below the point where the cooled feed gas stream from the heat exchanger is connected to the fluid to provide a cooled feed from the heat exchanger The vapor of the gas stream and the bypass feed gas stream in the column Allow the mass of the mobile exchange includes also) additionally.
도 1은 혼합 냉매 스트림이 압축되고 환류 분리기로 반송된 방법의 실시형태를 수행하기 위한 플랜트의 개략적 도면;
도 2는 압축된 혼합 냉매 스트림의 일부가 에탄 회수를 위해 플랜트로부터 제거되는 방법의 실시형태를 수행하기 위한 플랜트의 개략적 도면;
도 3은 흡수기가 증류 오버헤드 스트림을 분리하기 위해 사용된 실시형태를 수행하기 위한 플랜트의 개략적 도면;
도 4는 유일한 1개의 분리기 드럼이 사용된 실시형태를 수행하기 위한 플랜트의 개략적 도면;
도 5는 증류 칼럼에 대한 공급 스트림이 분할되고 칼럼의 상이한 위치로 공급되고, 혼합 냉매가 압축되고 환류 분리기로 반송되는 방법의 실시형태를 수행하기 위한 플랜트의 개략적 도면;
도 6은 증류 칼럼에 대한 공급 스트림이 분할되고 칼럼의 상이한 위치로 공급되고, 압축된 혼합 냉매 스트림의 일부가 에탄 회수를 위해 플랜트로부터 제거되는 방법의 실시형태를 수행하기 위한 플랜트의 개략적 도면;
도 7은 증류 칼럼에 대한 공급 스트림이 분할되고 칼럼의 상이한 위치로 공급되고, 흡수기가 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 분리하기 위해 사용되는 방법의 실시형태를 수행하기 위한 플랜트의 개략적 도면;
도 8은 증류 칼럼에 대한 공급 스트림이 분할되고 칼럼의 상이한 위치로 공급되고, 유일한 1개의 분리기 드럼이 사용되는 방법의 실시형태를 수행하기 위한 플랜트의 개략적 도면;
도 9는 증류 칼럼에 대한 공급 스트림이 분할되고 칼럼의 상이한 위치로 공급되는 또 다른 방법의 실시형태를 수행하기 위한 플랜트의 개략적 도면.1 is a schematic illustration of a plant for carrying out an embodiment of a method in which a mixed refrigerant stream is compressed and returned to a reflux separator;
2 is a schematic diagram of a plant for performing an embodiment of a method in which a portion of a compressed mixed refrigerant stream is removed from a plant for ethane recovery;
3 is a schematic illustration of a plant for carrying out an embodiment in which an absorber is used to separate a distillation overhead stream;
4 is a schematic view of a plant for carrying out an embodiment in which only one separator drum is used;
Figure 5 is a schematic diagram of a plant for carrying out an embodiment of a process wherein the feed stream for the distillation column is divided and fed to different locations of the column, the mixed refrigerant is compressed and returned to the reflux separator;
Figure 6 is a schematic diagram of a plant for carrying out an embodiment of a method in which a feed stream for a distillation column is split and fed to different locations in the column and a portion of the compressed mixed refrigerant stream is removed from the plant for ethane recovery;
Figure 7 is a schematic illustration of a plant for carrying out an embodiment of a method in which a feed stream for a distillation column is split and fed to different locations in the column and the absorber is used to separate the distillation column overhead stream;
Figure 8 is a schematic view of a plant for carrying out an embodiment of a method in which a feed stream for a distillation column is divided and fed to different locations of the column and only one separator drum is used;
9 is a schematic diagram of a plant for carrying out another method embodiment in which the feed stream for the distillation column is divided and fed to different locations of the column.
본 명세서에 기재된 실시형태는 탄화수소를 함유하는 가스 공급 스트림, 예컨대 석유 공정처리로부터의 천연 가스 또는 가스 스트림으로부터의 천연 가스 액체(NGL)의 회수를 위한 개선된 공정에 관한 것이다. 실시형태에서, 상기 공정은 플랜트를 통한 가스 압력의 의도적인 감소 없이 대략 일정한 압력에서 실행된다. 상기 공정은 더 경질의 탄화수소와 더 중질의 탄화수소를 분리하기 위해 단일 증류 칼럼을 사용한다. 개방 루프 혼합 냉매는 NGL 가스의 높은 회수에 필요한 온도를 달성하기 위해 공정 냉각을 제공한다. 혼합 냉매는 공급 가스에서 더 경질의 탄화수소와 더 중질의 탄화수소의 혼합물로 이루어지고, 공급 가스와 비교하여 더 경질의 탄화수소가 일반적으로 농후하다.The embodiments described herein relate to improved processes for the recovery of natural gas liquids (NGL) from natural gas or gas streams from hydrocarbon feedstock feed streams, such as petroleum processing. In an embodiment, the process is performed at approximately constant pressure without intentional reduction of gas pressure through the plant. The process uses a single distillation column to separate the harder and heavier hydrocarbons. The open-loop mixed refrigerant provides process cooling to achieve the required temperature for high recovery of NGL gas. The mixed refrigerant consists of a mixture of harder and heavier hydrocarbons in the feed gas, and the harder hydrocarbons are generally richer than the feed gas.
개방 루프 혼합 냉매는 농후한 환류 스트림을 증류 칼럼에 제공하도록 또한 사용되고, 이것은 증류 칼럼이 더 높은 온도에서 조작되게 하고, NGL의 회수를 증대시킨다. 증류 칼럼으로부터의 오버헤드 스트림은 냉각되어 오버헤드 스트림을 부분적으로 액화시킨다. 부분적으로 액화된 오버헤드 스트림은 더 경질의 탄화수소, 예컨대 세일즈 가스, 및 혼합 냉매로서 작용하는 액체 성분을 포함하는 증기 스트림으로 분리된다.The open-loop mixed refrigerant is also used to provide a rich reflux stream to the distillation column, which allows the distillation column to be operated at a higher temperature and increases the recovery of NGL. The overhead stream from the distillation column is cooled to partially liquefy the overhead stream. The partially liquefied overhead stream is separated into a vapor stream containing lighter hydrocarbons, such as a sluice gas, and a liquid component acting as a mixed refrigerant.
실시형태에서, 상기 공정은 혼합된 공급 가스 스트림에서 탄화수소의 원하는 분리를 얻도록 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 본원의 공정은 높은 수준의 프로판 회수를 얻기 위해 사용될 수 있다. 공급 경우에 99% 이상만큼의 프로판의 회수는 상기 공정에서 회수될 수 있다. 상기 공정은 상당량의 에탄과 함께 프로판을 회수하거나 대부분의 에탄과 함께 세일즈 가스를 거부하는 방식으로 또한 조작될 수 있다. 대안적으로, 상기 공정은 공급 스트림의 높은 백분율의 C4+ 성분을 회수하고 C3 및 더 경질의 성분을 배출하도록 조작될 수 있다.In an embodiment, the process can be used to obtain the desired separation of hydrocarbons in the mixed feed gas stream. In one embodiment, the process herein may be used to obtain a high level of propane recovery. Recovery of more than 99% of propane in feed can be recovered in the process. The process may also be operated in a manner that recovers propane with a significant amount of ethane or rejects the sale gas with most of the ethane. Alternatively, the process may be operated to recover the C 4 + components of the high percentage of the feed stream and discharges the C 3 and lighter components of more.
실시형태에서, 에너지 사용의 실질적인 감소는 본 명세서에 기재된 분할 공급물 구성을 이용하여 얻어질 수 있다. 실시형태에서, 압축기 효율(compressor duty)은 분할 공급물이 사용되지 않는 시스템과 비교하여 적어도 5%, 또는 적어도 10, 또는 5-20%만큼 감소할 수 있다. 실시형태에서, 리보일러 효율(reboiler duty)은 분할 공급물을 갖지 않는 시스템과 비교하여 적어도 10%, 또는 적어도 20%, 또는 적어도 30%만큼 감소할 수 있다. 실시형태에서, 증류 칼럼의 크기는 또한 감소할 수 있어서, 자본 비용이 더 낮다. 실시형태에서, 공급 스트림의 제1 부분(증류 칼럼으로 공급되기 전에 냉각되고 부분적으로 응축됨), 및 공급 스트림의 제2 부분(냉각되지 않고 부분적으로 응축되지 않음)의 질량비는 95:5 내지 5:95의 범위, 또는 95:5 내지 65:35의 범위, 또는 95:5 내지 70:30의 범위이다.In embodiments, a substantial reduction in energy use may be achieved using the split feed configuration described herein. In an embodiment, the compressor duty can be reduced by at least 5%, or at least 10, or 5-20%, compared to a system in which the split feed is not used. In an embodiment, the reboiler duty may be reduced by at least 10%, or at least 20%, or at least 30%, as compared to a system that does not have a split feed. In an embodiment, the size of the distillation column can also be reduced, resulting in lower capital costs. In embodiments, the mass ratio of the first portion of the feed stream (cooled and partially condensed prior to feeding to the distillation column) and the second portion of the feed stream (uncooled and partially condensed) is from 95: 5 to 5 : 95, or in the range of 95: 5 to 65:35, or in the range of 95: 5 to 70:30.
몇몇 실시형태를 수행하기 위한 플랜트는 도 1에 도식적으로 도시되어 있다. NGL의 원하는 분리 및 회수를 달성하기 위해 플랜트에 대한 조작 매개변수, 예컨대 다양한 스트림의 온도, 압력, 유속 및 조성이 확립되는 것으로 이해되어야 한다. 필요한 조작 매개변수는 또한 공급 가스의 조성에 따라 달라진다. 필요한 조작 매개변수는 예를 들어 컴퓨터 시뮬레이션을 포함하는 공지된 기법을 이용하여 당해 분야의 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 따라서, 하기 제공된 다양한 조작 매개변수의 설명 및 범위는 구체적인 실시형태의 설명을 제공하도록 의도되고, 이들은 임의의 방식으로 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.A plant for performing some embodiments is schematically illustrated in Fig. It should be understood that operational parameters for the plant, such as temperature, pressure, flow rate and composition of the various streams, are established to achieve the desired separation and recovery of NGL. The required operating parameters also depend on the composition of the feed gas. The required operating parameters can be readily determined by those skilled in the art using known techniques, including, for example, computer simulations. Accordingly, the description and scope of the various operational parameters provided below are intended to provide a description of specific embodiments, which are not intended to limit the scope of the present disclosure in any way.
공급 가스는 라인(12)을 통해 주요 열 교환기(10)로 공급된다. 공급 가스는 천연 가스, 정제 가스 또는 분리를 요하는 다른 가스 스트림일 수 있다. 공급 가스는 NGL 유닛 내의 냉동을 막기 위해 플랜트로 공급되기 전에 통상적으로 여과되고 탈수된다. 공급 가스는 통상적으로 약 110℉ 내지 130℉의 온도 및 약 100psia 내지 450psia의 압력에서 주요 열 교환기로 공급된다. 공급 가스는 냉각기 공정 스트림 및 공정에 필요한 부가적인 냉각을 제공하기 위해 필요한 양으로 라인(15)을 통해 주요 열 교환기로 공급될 수 있는 냉매와 열 교환 접촉함으로써 주요 열 교환기(10) 내에서 냉각되고 부분적으로 액화된다. 따뜻한 냉매, 예컨대 프로판은 공급 가스에 필요한 냉각을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 공급 가스는 약 0℉ 내지 -40℉의 온도로 주요 열 교환기 내에서 냉각된다.The feed gas is supplied to
차가운 공급 가스(12)는 주요 열 교환기(10)를 빠져나오고, 공급 라인(13)을 통해 증류 칼럼(20)에 진입한다. 증류 칼럼은 통상적으로 공급 가스의 압력보다 낮은 약 5psi 내지 10psi의 압력에서 공급 가스의 압력보다 약간 낮은 압력에서 조작된다. 증류 칼럼에서, 더 중질의 탄화수소, 예컨대 프로판 및 다른 C3+ 성분은 더 경질의 탄화수소, 예컨대 에탄, 메탄 및 다른 가스로부터 분리된다. 더 중질의 탄화수소 성분은 증류 칼럼으로부터 라인(16)을 통해 액체 잔유에서 빠져나오는 반면, 더 경질의 성분은 증기 오버헤드 라인(14)을 통해 빠져나온다. 바람직하게는, 잔유 스트림(16)은 약 150℉ 내지 300℉의 온도에서 증류 칼럼을 빠져나오고, 오버헤드 스트림(14)은 약 -10℉ 내지 -80℉의 온도에서 증류 칼럼을 빠져나온다.The
증류 칼럼으로부터의 잔유 스트림(16)은 분할되고, 생성물 스트림(18) 및 리사이클 스트림(22)은 열 유입(Q)을 수용하는 리보일러(30)로 지향된다. 임의로, 생성물 스트림(18)은 냉각기 내에서 약 60℉ 내지 130℉의 온도로 냉각될 수 있다. 생성물 스트림(18)은 공급 가스 스트림에서 더 중질의 탄화수소가 매우 농후하다. 도 1에 도시된 실시형태에서, 생성물 스트림은 프로판 및 더 중질의 성분이 매우 농후할 수 있고, 에탄 및 더 경질의 가스는 하기 기재된 바대로 세일즈 가스로서 제거된다. 대안적으로, 플랜트는 생성물 스트림이 C4+ 탄화수소가 매우 농후하고, 프로판이 세일즈 가스에서 에탄과 제거되도록 조작될 수 있다. 리사이클 스트림(22)은 리보일러(30) 내에서 가열되어 증류 칼럼에 열을 제공한다. 증류 칼럼에 통상적으로 사용된 임의의 유형의 리보일러를 사용할 수 있다.The
증류 칼럼 오버헤드 스트림(14)은 주요 열 교환기(10)를 통과하고, 여기서 이것은 공정 가스와 열 교환 접촉에 의해 냉각되어 스트림을 부분적으로 액화시킨다. 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 라인(19)을 통해 주요 열 교환기를 빠져나오고, 하기 기재된 바대로 혼합 냉매를 생성하기 위해 충분히 냉각된다. 바람직하게는, 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 주요 열 교환기 내에서 약 -30℉ 내지 -130℉로 냉각된다.The distillation column overhead stream 14 passes through the
도 1에 도시된 공정의 실시형태에서, 냉각되고 부분적으로 액화된 스트림(19)은 혼합기(100) 내에서 환류 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림(28)과 배합되고, 이후 라인(32)을 통해 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로 공급된다. 대안적으로, 스트림(19)은 환류 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림(28)과 배합되지 않으면서 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로 공급될 수 있다. 오버헤드 스트림(28)은 직접적으로 증류 칼럼 오버헤드 분리기로 공급될 수 있거나, 상기 공정의 다른 실시형태에서, 환류 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림(28)은 세일즈 가스(42)와 배합될 수 있다. 임의로, 환류 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림은, 증류 칼럼 오버헤드 스트림(19)과 혼합되는, 라인(28a)을 통해 공급되기 전에, 제어 밸브(75)를 통해 공급될 수 있다. 사용된 공급 가스 및 다른 공정 매개변수에 따라, 제어 밸브(75)는 에탄 압축기(80)에서 압력을 보유하고(이 스트림의 응축을 용이하게 할 수 있음), 증류 칼럼의 상부로 액체를 이송하기 위한 압력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 환류 펌프는 칼럼의 상부로 액체를 이송하기 위해 필요한 압력을 제공하기 위해 사용될 수 있다.The cooled and partially liquefied
도 1에 도시된 실시형태에서, 배합된 증류 칼럼 오버헤드 스트림 및 환류 드럼 오버헤드 스트림(32)은 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60) 내에서 오버헤드 스트림(42) 및 잔유 스트림(34)으로 분리된다. 증류 칼럼 오버헤드 분리기(60)로부터의 오버헤드 스트림(42)은 생성물 세일즈 가스(예를 들어, 메탄, 에탄 및 더 경질의 성분)를 함유한다. 증류 칼럼 오버헤드 분리기로부터의 잔유 스트림(34)은 주요 열 교환기(10) 내에서 냉각에 사용된 액체 혼합 냉매이다.1, the combined distillation column overhead stream and reflux drum
세일즈 가스는 라인(42)을 통해 주요 열 교환기(10)를 통해 흐르고 가온된다. 통상적인 플랜트에서, 세일즈 가스는 약 -40℉ 내지 -120℉의 온도 및 약 85psia 내지 435psia의 압력에서 탈에탄장치 오버헤드 분리기를 빠져나오고, 약 100℉ 내지 120℉의 온도에서 주요 열 교환기를 빠져나온다. 세일즈 가스는 라인(43)을 통한 추가의 공정처리를 위해 이송된다.The sales gas flows through
혼합 냉매는 증류 칼럼 오버헤드 분리기 잔유 라인(34)을 통해 흐른다. 혼합 냉매의 온도는 제어 밸브(65)에 걸쳐 냉매의 압력을 감소시킴으로써 저하될 수 있다. 혼합 냉매의 온도는 주요 열 교환기(10) 내에서 필요한 냉각을 제공하기에 충분히 차가운 온도로 감소한다. 혼합 냉매는 라인(35)을 통해 주요 열 교환기로 공급된다. 주요 열 교환기에 진입하는 혼합 냉매의 온도는 통상적으로 약 -60℉ 내지 -175℉이다. 제어 밸브(65)가 혼합 냉매의 온도를 감소시키도록 사용되는 경우, 온도는 통상적으로 약 20℉ 내지 50℉만큼 감소하고, 압력은 약 90psi 내지 250psi만큼 감소한다. 혼합 냉매는 주요 열 교환기(10)를 통과하면서 증발되고 과열되고, 라인(35a)을 통해 빠져나온다. 주요 열 교환기를 빠져나온 혼합 냉매의 온도는 약 80℉ 내지 100℉이다.The mixed refrigerant flows through the distillation column overhead separator
주요 열 교환기를 빠져나온 후, 혼합 냉매는 에탄 압축기(80)로 공급된다. 혼합 냉매는 약 230℉ 내지 350℉의 온도에서 증류 칼럼의 조작 압력보다 큰 약 15psi 내지 25psi의 압력으로 압축된다. 증류 칼럼 압력보다 큰 압력으로 혼합 냉매를 압축함으로써, 환류 펌프가 필요 없다. 압축된 혼합 냉매는 라인(36)을 통해 냉각기(90)로 흐르고, 여기서 이것은 약 70℉ 내지 130℉의 온도로 냉각된다. 임의로, 냉각기(90)는 생략될 수 있고, 압축된 혼합 냉매는 하기 기재된 바대로 주요 열 교환기(10)로 직접적으로 흐를 수 있다. 압축된 혼합 냉매는 이후 라인(38)을 통해 주요 열 교환기(10)를 통해 흐르고, 여기서 이것은 추가로 냉각되고 부분적으로 액화된다. 혼합 냉매는 주요 열 교환기 내에서 약 15℉ 내지 -70℉의 온도로 냉각된다. 부분적으로 액화된 혼합 냉매는 라인(39)을 통해 환류 분리기(40)로 도입된다. 이전에 기재된 바대로, 도 1의 실시형태에서, 환류 분리기(40)로부터의 오버헤드(28)는 증류 칼럼으로부터의 오버헤드(14)와 배합되고, 배합된 스트림(32)은 증류 칼럼 오버헤드 분리기로 공급된다. 환류 분리기(40)로부터의 액체 잔유(26)는 다시 환류 스트림(26)으로서 증류 칼럼으로 공급된다. 제어 밸브(75, 85)는 압축기에서 압력을 유지하여 응축을 수월하게 하도록 사용될 수 있다.After exiting the main heat exchanger, the mixed refrigerant is fed to the ethane compressor (80). The mixed refrigerant is compressed to a pressure of about 15 psi to 25 psi greater than the operating pressure of the distillation column at a temperature of about 230 ℉ to 350.. By compressing the mixed refrigerant at a pressure greater than the distillation column pressure, a reflux pump is not required. The compressed mixed refrigerant flows through
환류로서 사용된 개방 루프 혼합 냉매는 기상 성분을 가지는 증류 칼럼에 농후하다. 증류 칼럼 내에 가스가 농후하면서, 칼럼의 오버헤드 스트림은 더 따뜻한 온도에서 응축하고, 증류 칼럼은 높은 NGL 회수에 보통 필요한 것보다 더 따뜻한 온도에서 실행된다.The open-loop mixed refrigerant used as reflux is rich in distillation columns with gaseous components. With the gas rich in the distillation column, the overhead stream of the column condenses at a warmer temperature and the distillation column is run at a warmer temperature than is normally required for high NGL recovery.
증류 칼럼에 대한 환류는 또한 칼럼으로부터 더 중질의 탄화수소의 손실을 감소시킨다. 예를 들어, 프로판의 회수를 위한 공정에서, 환류는 증류 칼럼 내에서 에탄의 몰 분획을 증가시키고, 이것은 오버헤드 스트림을 응축하는 것이 더 쉽게 한다. 상기 공정은, 저온 냉매로서 1회 및 증류 칼럼에 대한 환류 스트림으로서 2차로, 증류 칼럼 오버헤드 드럼 내에서 응축된 액체를 2회 사용한다.Reflux to the distillation column also reduces the loss of heavier hydrocarbons from the column. For example, in the process for the recovery of propane, reflux increases the molar fraction of ethane in the distillation column, which makes it easier to condense the overhead stream. The process uses twice the condensed liquid in the distillation column overhead drum, once as the low temperature refrigerant and as the reflux stream to the distillation column.
도 2(동일한 숫자는 상기 기재된 동일한 성분 및 흐름 스트림을 나타냄)에 도시된 또 다른 실시형태에서, 상기 공정은 에탄 및 경질 성분으로부터 프로판과 다른 C3+ 탄화수소를 분리하도록 이용된다. 티(tee)(110)는 혼합 냉매를 반송 라인(45)과 에탄 회수 라인(47)으로 분할하기 위해 혼합 냉매 압축기(80) 및 혼합 냉매 냉각기 후에 라인(38)에서 제공된다. 반송 라인(45)은 상기 기재된 주요 열 교환기(10)를 통해 상기 공정으로 혼합 냉매의 일부를 반송한다. 에탄 회수 라인(47)은 에탄 회수를 위한 별개의 에탄 회수 유닛으로 혼합 냉매의 일부를 공급한다. 혼합 냉매 스트림의 일부의 제거는 상기 공정에 최소 효과를 가지되, 충분한 C2 성분이 시스템에 남아서 필요한 냉동을 제공한다. 몇몇 실시형태에서, 95%만큼 많은 혼합 냉매 스트림은 C2 회수를 위해 제거될 수 있다. 제거된 스트림은 예를 들어 에틸렌 크래킹 유닛 내에서 공급 스트림으로서 사용될 수 있다.In another embodiment shown in FIG. 2 (the same numbers represent the same components and flow stream described above), the process is used to separate propane and other C 3 + hydrocarbons from ethane and light components.
또 다른 실시형태에서, NGL 회수 유닛은 상당량의 에탄을 프로판과 회수할 수 있다. 상기 공정의 이 실시형태에서, 증류 칼럼은 탈메탄장치이고, 오버헤드 스트림은 주로 메탄 및 불활성 가스를 함유하는 반면, 칼럼 잔유는 에탄, 프로판 및 더 중질의 성분을 함유한다.In another embodiment, the NGL recovery unit is capable of recovering a significant amount of ethane with propane. In this embodiment of the process, the distillation column is a demethanizer, and the overhead stream mainly contains methane and inert gas, while the column residue contains ethane, propane and heavier components.
상기 공정의 또 다른 실시형태에서, 탈에탄장치 오버헤드 드럼은 흡수기에 의해 대체될 수 있다. 도 3(동일한 숫자는 상기 기재된 동일한 성분 및 흐름 스트림을 나타냄)에 도시된 바대로, 이 실시형태에서, 증류 칼럼(20)으로부터의 오버헤드 스트림(14)은 주요 열 교환기(10)를 통과하고, 냉각된 스트림(19)은 흡수기(120)로 공급된다. 환류 분리기(40)로부터의 오버헤드 스트림(28)은 흡수기(120)로 또한 공급된다. 흡수기로부터의 오버헤드 스트림(42)은 세일즈 가스이고, 흡수기로부터의 잔유 스트림(34)은 혼합 냉매이다. 도 3에 도시된 다른 스트림 및 성분은 상기 기재된 것과 동일한 흐름 경로를 가진다.In another embodiment of the process, the deethanizer overhead drum may be replaced by an absorber. In this embodiment, the
도 4(동일한 숫자는 상기 기재된 동일한 성분 및 흐름 스트림을 나타냄)에 도시된 훨씬 또 다른 실시형태에서, 제2 분리기 및 냉각기는 상기 공정에서 사용되지 않는다. 이 실시형태에서, 압축된 혼합 냉매(36)는 주요 열 교환기(10)를 통해 공급되고, 라인(39)을 통해 증류탑으로 공급되어 환류 흐름을 제공한다.In yet another embodiment, shown in FIG. 4 (the same numbers represent the same components and flow stream described above), the second separator and cooler are not used in the process. In this embodiment, the compressed
도 5에 도시된 실시형태에서, 가스 공급 스트림(112)은 제1 공급 스트림(112a) 및 제2 공급 스트림(112b)을 생성하도록 분할된다. 제1 공급 스트림(112a)은 냉각을 위해 열 교환기(110)에 진입하여, 액체와 증기의 혼합물을 함유하는 스트림(113)을 형성하기 위해 부분적으로 액화된, 열 교환기(110)로부터 차가운 공급 스트림(113)을 형성한다. 제2 공급 스트림(112b)은 예비 냉각되지 않은 따뜻한 가스 우회 공급 스트림이고, 통상적으로 액체 없이 전부 기상에 있다. 밸브(195)는, 증류 칼럼(120)으로의 제1 공급 스트림(112a) 및 제2 공급 스트림(112b)의 상대 유속의 제어를 포함하는 공정 제어 목적을 위해, 제2 공급 스트림(112b)에 제공된다. 액체가 제1 공급 스트림(112a)에서 응축될 때, 응축된 액체의 일부는 메탄 및 에탄이다. 보통 메탄 및 에탄은 상기 공정으로부터의 오버헤드 증기 생성물이다. 제2 공급 스트림(112b)은 제1 공급 스트림(112a)과 동일한 전체 조성을 가지고, 냉각된 공급 스트림(113)은 그러나 통상적으로 어떠한 액체도 함유하지 않는다. 그 결과, 차가운 공급 스트림(113)에서보다 제2 공급 스트림(112b)의 우회 가스에 더 높은 농도의 프로판 증기 및 뷰탄 증기가 존재한다. 차가운 공급 스트림(113) 아래의 1개 이상, 또는 1개 내지 10개, 또는 1개 내지 7개, 또는 1개 내지 4개의 증기-액체 평형 단의 증류 칼럼으로의 제2 공급 스트림(112b)의 따뜻한 우회 가스의 공급은 질량 이동을 허용하여, 증류 칼럼(120) 내에서 프로판 및 뷰탄 증기에 대해 액체 메탄 및 에탄을 교환한다. 이것은 프로판 및 뷰탄을 응축시키면서 메탄 및 에탄을 기화시킨다. 이렇게 함으로써, 이것은 냉동 효율 및 리보일러 효율을 실질적으로 감소시킴으로써 상기 공정의 전체 효율을 예상치 못하게 증가시킨다. 실시형태에서, 증류 칼럼의 크기는 제2 공급 스트림(112b)을 포함하지 않는 시스템과 비교하여 감소할 수 있다.In the embodiment shown in Figure 5, the
공급 가스(112)는 천연 가스, 정제 가스 또는 분리를 요하는 다른 가스 스트림일 수 있다. 공급 가스는 NGL 유닛 내의 냉동을 막기 위해 플랜트로 공급되기 전에 통상적으로 여과되고 탈수된다. 제1 공급 스트림(112a) 내의 공급 가스는 통상적으로 약 110℉ 내지 130℉의 온도 및 약 100psia 내지 450psia의 압력에서 주요 열 교환기로 공급된다. 공급 가스는 냉각기 공정 스트림 및 공정에 필요한 부가적인 냉각을 제공하기 위해 필요한 양으로 라인(115)을 통해 주요 열 교환기로 공급될 수 있는 냉매와 열 교환 접촉함으로써 주요 열 교환기(110) 내에서 냉각되고 부분적으로 액화된다. 따뜻한 냉매, 예컨대 프로판은 공급 가스에 필요한 냉각을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 공급 가스는 약 0℉ 내지 -40℉의 온도로 주요 열 교환기 내에서 냉각된다.The
차가운 공급 가스(112a)는 주요 열 교환기(110)를 빠져나오고, 공급 라인(113)을 통해 증류 칼럼(120)에 진입한다. 증류 칼럼은 통상적으로 공급 가스의 압력보다 낮은 약 5psi 내지 10psi의 압력에서 공급 가스의 압력보다 약간 낮은 압력에서 조작된다. 증류 칼럼에서, 더 중질의 탄화수소, 예컨대 프로판 및 다른 C3+ 성분은 더 경질의 탄화수소, 예컨대 에탄, 메탄 및 다른 가스로부터 분리된다. 더 중질의 탄화수소 성분은 증류 칼럼으로부터 라인(116)을 통해 액체 잔유에서 빠져나오는 반면, 더 경질의 성분은 증기 오버헤드 라인(114)을 통해 빠져나온다. 바람직하게는, 잔유 스트림(116)은 약 150℉ 내지 300℉의 온도에서 증류 칼럼을 빠져나오고, 오버헤드 스트림(114)은 약 -10℉ 내지 -80℉의 온도에서 증류 칼럼을 빠져나온다.The
증류 칼럼으로부터의 잔유 스트림(116)은 분할되고, 생성물 스트림(118) 및 리사이클 스트림(122)은 열 유입(Q)을 수용하는 리보일러(130)로 지향된다. 임의로, 생성물 스트림(118)은 냉각기 내에서 약 60℉ 내지 130℉의 온도로 냉각될 수 있다. 생성물 스트림(118)은 공급 가스 스트림에서 더 중질의 탄화수소가 매우 농후하다. 도 5에 도시된 실시형태에서, 생성물 스트림은 프로판 및 더 중질의 성분이 매우 농후할 수 있고, 에탄 및 더 경질의 가스는 하기 기재된 바대로 세일즈 가스 라인(143)에서 세일즈 가스로서 제거된다. 대안적으로, 플랜트는 생성물 스트림이 C4+ 탄화수소가 매우 농후하고, 프로판이 세일즈 가스에서 에탄과 제거되도록 조작될 수 있다. 리사이클 스트림(122)은 리보일러(130)에서 가열되어 증류 칼럼에 열을 제공한다. 증류 칼럼에 통상적으로 사용된 임의의 유형의 리보일러를 사용할 수 있다.The
증류 칼럼 오버헤드 스트림(114)은 주요 열 교환기(110)를 통과하고, 여기서 이것은 공정 가스와 열 교환 접촉에 의해 냉각되어 스트림을 부분적으로 액화시킨다. 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 라인(119)을 통해 주요 열 교환기를 빠져나오고, 하기 기재된 바대로 혼합 냉매를 생성하기 위해 충분히 냉각된다. 바람직하게는, 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 주요 열 교환기 내에서 약 -30℉ 내지 -130℉로 냉각된다.The distillation column
도 5에 도시된 공정의 실시형태에서, 냉각되고 부분적으로 액화된 스트림(119)은 혼합기(200) 내에서 환류 분리기(140)로부터의 오버헤드 스트림(128)과 배합되고, 이후 라인(132)을 통해 증류 칼럼 오버헤드 분리기(160)로 공급된다. 대안적으로, 스트림(119)은 환류 분리기(140)로부터의 오버헤드 스트림(128)과 배합되지 않으면서 증류 칼럼 오버헤드 분리기(160)로 공급될 수 있다. 오버헤드 스트림(128)은 직접적으로 증류 칼럼 오버헤드 분리기로 공급될 수 있거나, 상기 공정의 다른 실시형태에서, 환류 분리기(140)로부터의 오버헤드 스트림(128)은 세일즈 가스(142)와 배합될 수 있다. 임의로, 환류 분리기(140)로부터의 오버헤드 스트림은, 증류 칼럼 오버헤드 스트림(119)과 혼합되는, 라인(128a)을 통해 공급되기 전에, 제어 밸브(175)를 통해 공급될 수 있다. 사용된 공급 가스 및 다른 공정 매개변수에 따라, 제어 밸브(175)는 에탄 압축기(180)에서 압력을 보유하고(이 스트림의 응축을 용이하게 할 수 있음), 증류 칼럼의 상부로 액체를 이송하기 위한 압력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 환류 펌프는 칼럼의 상부로 액체를 이송하기 위해 필요한 압력을 제공하기 위해 사용될 수 있다.5, the cooled and partially liquefied
도 5에 도시된 실시형태에서, 배합된 증류 칼럼 오버헤드 스트림 및 환류 드럼 오버헤드 스트림(132)은 증류 칼럼 오버헤드 분리기(160) 내에서 오버헤드 스트림(142) 및 잔유 스트림(134)으로 분리된다. 증류 칼럼 오버헤드 분리기(160)로부터의 오버헤드 스트림(142)은 생성물 세일즈 가스(예를 들어, 메탄, 에탄 및 더 경질의 성분)를 함유한다. 증류 칼럼 오버헤드 분리기로부터의 잔유 스트림(134)은 주요 열 교환기(110) 내에서 냉각에 사용된 액체 혼합 냉매이다.5, the combined distillation column overhead stream and reflux drum
세일즈 가스는 라인(142)을 통해 주요 열 교환기(110)를 통해 흐르고 가온된다. 통상적인 플랜트에서, 세일즈 가스는 약 -40℉ 내지 -120℉의 온도 및 약 85psia 내지 435psia의 압력에서 탈에탄장치 오버헤드 분리기를 빠져나오고, 약 100℉ 내지 120℉의 온도에서 주요 열 교환기를 빠져나온다. 세일즈 가스는 라인(143)을 통한 추가의 공정처리를 위해 이송된다.The sales gas flows through
혼합 냉매는 증류 칼럼 오버헤드 분리기 잔유 라인(134)을 통해 흐른다. 혼합 냉매의 온도는 제어 밸브(165)에 걸쳐 냉매의 압력을 감소시킴으로써 저하될 수 있다. 혼합 냉매의 온도는 주요 열 교환기(110) 내에서 필요한 냉각을 제공하기에 충분히 차가운 온도로 감소한다. 혼합 냉매는 라인(135)을 통해 주요 열 교환기로 공급된다. 주요 열 교환기에 진입하는 혼합 냉매의 온도는 통상적으로 약 -60℉ 내지 -175℉이다. 제어 밸브(165)가 혼합 냉매의 온도를 감소시키도록 사용되는 경우, 온도는 통상적으로 약 20℉ 내지 50℉만큼 감소하고, 압력은 약 90psi 내지 250psi만큼 감소한다. 혼합 냉매는 주요 열 교환기(110)를 통과하면서 증발되고 과열되고, 라인(135a)을 통해 빠져나온다. 주요 열 교환기를 빠져나온 혼합 냉매의 온도는 약 80℉ 내지 100℉이다.The mixed refrigerant flows through the distillation column overhead separator
주요 열 교환기를 빠져나온 후, 혼합 냉매는 에탄 압축기(180)로 공급된다. 혼합 냉매는 약 230℉ 내지 350℉의 온도에서 증류 칼럼의 조작 압력보다 큰 약 15psi 내지 25psi의 압력으로 압축된다. 증류 칼럼 압력보다 큰 압력으로 혼합 냉매를 압축함으로써, 환류 펌프가 필요 없다. 압축된 혼합 냉매는 라인(136)을 통해 냉각기(190)로 흐르고, 여기서 이것은 약 70℉ 내지 130℉의 온도로 냉각된다. 임의로, 냉각기(190)는 생략될 수 있고, 압축된 혼합 냉매는 하기 기재된 바대로 주요 열 교환기(110)로 직접적으로 흐를 수 있다. 압축된 혼합 냉매는 이후 라인(138)을 통해 주요 열 교환기(110)를 통해 흐르고, 여기서 이것은 추가로 냉각되고 부분적으로 액화된다. 혼합 냉매는 주요 열 교환기 내에서 약 15℉ 내지 -70℉의 온도로 냉각된다. 부분적으로 액화된 혼합 냉매는 라인(139)을 통해 환류 분리기(140)로 도입된다. 이전에 기재된 바대로, 도 5의 실시형태에서, 환류 분리기(140)로부터의 오버헤드(128)는 증류 칼럼으로부터의 오버헤드(114)와 배합되고, 배합된 스트림(132)은 증류 칼럼 오버헤드 분리기로 공급된다. 환류 분리기(140)로부터의 액체 잔유(126)는 다시 환류 스트림(126)으로서 증류 칼럼으로 공급된다. 제어 밸브(175, 185)는 압축기에서 압력을 유지하여 응축을 수월하게 하도록 사용될 수 있다.After exiting the main heat exchanger, the mixed refrigerant is fed to the ethane compressor (180). The mixed refrigerant is compressed to a pressure of about 15 psi to 25 psi greater than the operating pressure of the distillation column at a temperature of about 230 ℉ to 350.. By compressing the mixed refrigerant at a pressure greater than the distillation column pressure, a reflux pump is not required. The compressed mixed refrigerant flows through
도 6에 도시된 실시형태에서, 가스 공급 스트림(212)은 제1 공급 스트림(212a) 및 제2 공급 스트림(212b)을 생성하도록 분할된다. 제1 공급 스트림(212a)은 냉각을 위해 열 교환기(210)에 진입하여, 부분적으로 액화된 열 교환기(210)로부터 차가운 공급 스트림(213)을 형성한다. 제2 공급 스트림(212b)은 예비 냉각되지 않은 따뜻한 가스 우회 공급 스트림이고, 통상적으로 액체 없이 전부 기상에 있다. 밸브(295)는 공정 제어 목적을 위해 제2 공급 스트림(212b)에 제공된다. 액체가 응축할 때, 응축된 액체의 일부는 메탄 및 에탄이다. 보통 메탄 및 에탄은 상기 공정으로부터의 오버헤드 증기 생성물이다. 제2 공급 스트림(212b)은 제1 공급 스트림(212a)과 동일한 전체 조성을 가지지만, 더 적은 액체를 함유한다(그리고 통상적으로 기상에 전부 있다). 그 결과, 차가운 공급 스트림(213)에서보다 제2 공급 스트림(212b)의 우회 가스에 프로판 증기 및 뷰탄 증기가 더 높은 농도로 존재한다. 차가운 공급 스트림(213) 아래의 1개 이상, 또는 1개 내지 10개, 또는 1개 내지 7개, 또는 1개 내지 4개의 증기-액체 평형 단으로의 제2 공급 스트림(212b)의 따뜻한 우회 가스의 배치는 질량 이동을 허용하여, 증류 칼럼(220) 내에서 프로판 및 뷰탄 증기에 대해 액체 메탄 및 에탄을 교환한다. 이것은 프로판 및 뷰탄을 응축시키면서 메탄 및 에탄을 기화시킨다. 이렇게 함으로써, 이것은 냉동 효율 및 리보일러 효율을 실질적으로 감소시킴으로써 상기 공정의 전체 효율을 예상치 못하게 증가시킨다. 실시형태에서, 증류 칼럼의 크기는 제2 공급 스트림(212b)을 포함하지 않는 시스템과 비교하여 감소할 수 있다.In the embodiment shown in Figure 6, the
도 6의 실시형태에서, 상기 공정은 에탄 및 경질 성분으로부터 프로판과 다른 C3+ 탄화수소를 분리하도록 이용된다. 티(310)는 혼합 냉매를 반송 라인(245)과 에탄 회수 라인(247)으로 분할하기 위해 혼합 냉매 압축기(280) 및 혼합 냉매 냉각기 후에 라인(238)에서 제공된다. 반송 라인(245)은 상기 기재된 주요 열 교환기(210)를 통해 상기 공정으로 혼합 냉매의 일부를 반송한다. 에탄 회수 라인(247)은 에탄 회수를 위한 별개의 에탄 회수 유닛으로 혼합 냉매의 일부를 공급한다. 혼합 냉매 스트림의 일부의 제거는 상기 공정에 최소 효과를 가지되, 충분한 C2 성분이 시스템에 남아서 필요한 냉동을 제공한다. 몇몇 실시형태에서, 95%만큼 많은 혼합 냉매 스트림은 C2 회수를 위해 제거될 수 있다. 제거된 스트림은 예를 들어 에틸렌 크래킹 유닛 내에서 공급 스트림으로서 사용될 수 있다.In the embodiment of Figure 6, the process is used to separate propane and other C 3 + hydrocarbons from ethane and light components. The
도 7에 도시된 실시형태에서, 가스 공급 스트림(312)은, 부분적으로 액화된 열 교환기(310)로부터의 차가운 공급 스트림(313)을 형성하기 위해 냉각을 위해 열 교환기(310)에 진입하는, 제1 공급 스트림(312a) 및 예비 냉각되지 않은 따뜻한 가스 우회 공급 스트림인 제2 공급 스트림(312b)을 생성하도록 분할된다. 밸브(395)는 공정 제어 목적을 위해 제2 공급 스트림(312b)에 제공된다. 액체가 제1 공급 스트림(312a)에서 응축할 때, 응축된 액체의 일부는 메탄 및 에탄이다. 보통 메탄 및 에탄은 상기 공정으로부터의 오버헤드 증기 생성물이다. 제2 공급 스트림(312b)은 제1 공급 스트림(312a)과 동일한 전체 조성을 가지지만, 더 적은 액체를 함유한다. 그 결과, 차가운 공급 스트림(313)에서보다 제2 공급 스트림(312b)의 우회 가스에 프로판 증기 및 뷰탄 증기가 더 높은 농도로 존재한다. 차가운 공급 스트림(313) 아래의 1개 이상, 또는 1개 내지 10개, 또는 1개 내지 7개, 또는 1개 내지 4개의 증기-액체 평형 단으로의 제2 공급 스트림(312b)의 따뜻한 우회 가스의 배치는 질량 이동을 허용하여, 증류 칼럼(320) 내에서 프로판 및 뷰탄 증기에 대해 액체 메탄 및 에탄을 교환한다. 이것은 프로판 및 뷰탄을 응축시키면서 메탄 및 에탄을 기화시킨다. 이렇게 함으로써, 이것은 냉동 효율 및 리보일러 효율을 실질적으로 감소시킴으로써 상기 공정의 전체 효율을 예상치 못하게 증가시킨다. 실시형태에서, 증류 칼럼의 크기는 스트림(312b)을 포함하지 않는 시스템과 비교하여 감소할 수 있다.7, the
도 7에 도시된 것처럼, 탈에탄장치 오버헤드 드럼은 흡수기에 의해 대체될 수 있다. 이 실시형태에서, 증류 칼럼(320)으로부터의 오버헤드 스트림(314)은 주요 열 교환기(310)를 통과하고, 냉각된 스트림(319)은 흡수기(321)로 공급된다. 환류 분리기(340)로부터의 오버헤드 스트림(328)은 라인(332)을 통해 흡수기(321)로 또한 공급된다. 흡수기(321)로부터의 오버헤드 스트림(342)은 세일즈 가스이고, 흡수기(321)로부터의 잔유 스트림(334)은 혼합 냉매이다. 도 7에 도시된 다른 스트림 및 성분은 상기 기재된 것과 동일한 흐름 경로를 가진다.As shown in Figure 7, the deethanizer overhead drum can be replaced by an absorber. In this embodiment, the
도 8에 도시된 훨씬 또 다른 실시형태에서, 제2 분리기 및 냉각기는 상기 공정에서 사용되지 않는다. 이 실시형태에서, 압축된 혼합 냉매(436)는 주요 열 교환기(410)을 통해 공급되고, 라인(439)을 통해 증류 칼럼(420)으로 공급되어 환류 흐름을 제공한다.In yet another embodiment shown in FIG. 8, the second separator and cooler are not used in the process. In this embodiment, the compressed
도 8에 도시된 실시형태에서, 가스 공급 스트림(412)은, 부분적으로 액화된 열 교환기(410)로부터의 차가운 공급 스트림(413)을 형성하기 위해 냉각을 위해 열 교환기(410)에 진입하는, 제1 공급 스트림(412a) 및 예비 냉각되지 않은 따뜻한 가스 우회 공급 스트림인 제2 공급 스트림(412b)을 생성하도록 분할된다. 밸브(495)는 공정 제어 목적을 위해 제2 공급 스트림(412b)에 제공된다. 액체가 응축할 때, 응축된 액체의 일부는 메탄 및 에탄이다. 보통 메탄 및 에탄은 상기 공정으로부터의 오버헤드 증기 생성물이다. 제2 공급 스트림(412b)은 제1 공급 스트림(412a)과 동일한 전체 조성을 가지지만, 더 적은 액체를 함유한다. 그 결과, 차가운 공급 스트림(413)에서보다 제2 공급 스트림(412b)의 우회 가스에 프로판 증기 및 뷰탄 증기가 더 높은 농도로 존재한다. 차가운 공급 스트림(413) 아래의 1개 이상, 또는 1개 내지 10개, 또는 1개 내지 7개, 또는 1개 내지 4개의 증기-액체 평형 단으로의 제2 공급 스트림(412b)의 따뜻한 우회 가스의 배치는 질량 이동을 허용하여, 증류 칼럼(420) 내에서 프로판 및 뷰탄 증기에 대해 액체 메탄 및 에탄을 교환한다. 이것은 프로판 및 뷰탄을 응축시키면서 메탄 및 에탄을 기화시킨다. 이렇게 함으로써, 이것은 냉동 효율 및 리보일러 효율을 실질적으로 감소시킴으로써 상기 공정의 전체 효율을 예상치 못하게 증가시킨다. 실시형태에서, 증류 칼럼의 크기는 스트림(412b)을 포함하지 않는 시스템과 비교하여 감소할 수 있다.8, the
도 9에 도시된 훨씬 또 다른 실시형태에서, 분할 공급 계획은 미국 특허 제8,627,681호(이의 내용은 그 전문이 본 명세서에 참조문헌으로 포함됨)에 기재된 공정과 다소 유사한 시스템으로 도입된다. 도 9의 실시형태의 이점은 놀랍게도 예상치 못하게 고압 공급물에 의해 냉동 효율 사양의 감소, 탈에탄장치 리보일러 효율 사양의 감소, 탈에탄장치 증기 및 액체 통행량의 감소(이에 따라 증류 칼럼 크기 감소를 제공함), 및 냉동 및 리보일러 효율 사양의 감소가 있다는 것을 발견하였다. 전체 프로판 및 혼합 냉매 압축기 효율은 분할 공급물이 없는 것보다 11% 초과로 더 높다. 도시된 것처럼, 감소한 전체 투자 비용 및 운영 비용으로부터의 상당한 경제적 이점이 이 예상치 못한 개선의 결과로서 얻어질 수 있다.In yet another embodiment shown in FIG. 9, the split supply plan is introduced into a system somewhat similar to the process described in U.S. Patent No. 8,627,681, the contents of which are incorporated herein by reference. The advantage of the embodiment of FIG. 9 is the surprisingly unexpected reduction in refrigeration efficiency specifications by a high pressure feed, a reduction in deethanizer reboiler efficiency specifications, a reduction in deethanizer steam and liquid traffic (thereby providing a distillation column size reduction) ), And refrigeration and reboiler efficiency specifications. The overall propane and mixed refrigerant compressor efficiencies are higher than 11% higher than without split feeds. As shown, a significant economic benefit from reduced overall investment costs and operating costs can be achieved as a result of this unexpected improvement.
더 구체적으로, 도 9의 전체 공정은 502로서 지정된다. 공급 스트림(512)은 제1 공급 스트림(512a) 및 제2 공급 스트림(512b)을 생성하도록 분할된다. 제1 공급 스트림(512a)은 냉각을 위해 열 교환기(510)에 진입하여, 부분적으로 액화된 열 교환기(510)로부터 차가운 또는 높은 압력 스트림(513)을 형성한다. 따뜻한 증기 우회 스트림(512b)은 예비 냉각되지 않은 제2 스트림이다. 스트림(512b)은 제어 밸브(605)를 통과하여 이의 압력을 감소시키고 이후 스트림(513)의 진입점 아래의 1개 이상, 또는 1개 내지 10개, 또는 1개 내지 7개, 또는 1개 내지 4개의 증기-액체 평형 단인 위치에서 증류 칼럼(520)의 중간으로 공급된다.More specifically, the entire process of Fig. 9 is designated as 502. Fig. The
다중 통과 열 교환기(510)가 예시되어 있지만, 다수의 열 교환기의 사용은, 또한 도 5 내지 도 8에 도시된 실시형태에 의한 경우처럼, 유사한 결과를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 공급 스트림(512)은 천연 가스, 정제 가스 또는 분리를 요하는 다른 가스 스트림일 수 있다. 공급 가스는 NGL 유닛 내의 냉동을 막기 위해 플랜트로 공급되기 전에 통상적으로 여과되고 탈수된다. 실시형태에서, 제1 공급 스트림(512a)은 통상적으로 약 43℃ 내지 54℃(110℉ 내지 130℉)의 온도 및 약 7바 내지 31바(100psia 내지 450psia)의 압력에서 주요 열 교환기로 공급된다. 제1 공급 스트림(512a)은 냉각기 공정 스트림 및/또는 공정에 필요한 부가적인 냉각을 제공하기 위해 필요한 양으로 라인(515)을 통해 주요 열 교환기로 공급될 수 있는 냉매와의 간접적인 열 교환을 통해 주요 열 교환기(510) 내에서 냉각되고 부분적으로 액화된다. 따뜻한 냉매, 예컨대 프로판은 예를 들어 공급 가스에 필요한 냉각을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 공급 가스는 약 -18℃ 내지 -40℃(0℉ 내지 -40℉)의 온도로 주요 열 교환기 내에서 냉각될 수 있다.Although a
차가운 공급 가스는 주요 열 교환기(510)를 빠져나오고, 공급 라인(513)을 통해 증류 칼럼(520)으로 공급된다. 증류 칼럼(520)은 공급 가스의 압력보다 약간 낮은 압력에서, 통상적으로 공급 가스의 압력보다 낮은 약 0.3 내지 0.7바(5 내지 10psi)의 압력에서 조작된다. 증류 칼럼에서, 더 중질의 탄화수소, 예컨대 프로판 및 다른 C3+ 성분은 더 경질의 탄화수소, 예컨대 에탄, 메탄 및 다른 가스로부터 분리된다. 더 중질의 탄화수소 성분은 증류 칼럼으로부터 라인(516)을 통해 액체 잔유에서 빠져나오는 반면, 더 경질의 성분은 증기 오버헤드 라인(514)을 통해 빠져나온다. 실시형태에서, 잔유 스트림(516)은 약 65℃ 내지 149℃(150℉ 내지 300℉)의 온도에서 증류 칼럼을 빠져나오고, 오버헤드 스트림(14)은 약 -23℃ 내지 -62℃(-10℉ 내지 -80℉)의 온도에서 증류 칼럼을 빠져나온다.The cold feed gas exits the
증류 칼럼으로부터의 잔유 스트림(516)은 분할되고, 생성물 스트림(518) 및 리보일 스트림(522)은 리보일러(530)로 지향된다. 임의로, 생성물 스트림(518)은 냉각기(비도시) 내에서 약 515℃ 내지 554℃(60℉ 내지 130℉)의 온도로 냉각될 수 있다. 생성물 스트림(518)은 공급 가스 스트림에서 더 중질의 탄화수소가 매우 농후하다. 도 9에 도시된 실시형태에서, 생성물 스트림은 프로판 및 더 중질의 성분이 농후할 수 있고, 에탄 및 더 경질의 가스는 하기 기재된 바대로 추가로 공정처리된다. 대안적으로, 플랜트는 생성물 스트림이 C4+ 탄화수소가 매우 농후하고, 프로판이 생성된 세일즈 가스에서 에탄과 제거되도록 조작될 수 있다. 리보일 스트림(522)은 리보일러(530) 내에서 가열되어 증류 칼럼에 열을 제공한다. 증류 칼럼에 통상적으로 사용된 임의의 유형의 리보일러를 사용할 수 있다.The
증류 칼럼 오버헤드 스트림(514)은 주요 열 교환기(510)를 통과하고, 여기서 이것은 공정 가스와의 간접적인 열 교환에 의해 냉각되어 스트림을 적어도 부분적으로 액화시키거나 완전히 (100%) 액화시킨다. 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 라인(519)을 통해 주요 열 교환기(510)를 빠져나오고, 하기 기재된 바대로 혼합 냉매를 생성하도록 충분히 냉각된다. 몇몇 실시형태에서, 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 주요 열 교환기(510) 내에서 약 -34℃ 내지 -90℃(-30℉ 내지 -130℉)로 냉각된다.Distillation column overhead stream 514 passes through
환류 분리기(540)로부터의 냉각되고 부분적으로 액화된 스트림(519) 및 오버헤드 스트림(528)(제어 밸브(575) 이후 스트림(532))은 증류 칼럼 오버헤드 분리기(585)로 공급될 수 있다.The cooled and partially liquefied
증류 칼럼 오버헤드 스트림(519) 및 환류 드럼 오버헤드 스트림(532)에서의 성분은 오버헤드 분리기(585) 내에서 오버헤드 스트림(542), 측면 배출 분획(side draw fraction)(551) 및 잔유 스트림(534)으로 분리된다. 증류 칼럼 오버헤드 분리기(585)로부터의 오버헤드 스트림(542)은 메탄, 에탄, 질소, 및 다른 더 경질의 성분을 함유하고, 질소 함량이 농후하다. 측면 배출 분획(551)은 중간 질소 함량을 가질 수 있다. 증류 칼럼 오버헤드 분리기(585)로부터의 잔유 스트림(534)은, 질소 함량이 고갈될 수 있는, 주요 열 교환기(510) 내의 냉각을 위해 사용된 액체 혼합 냉매이다. 측면 배출 분획은 흐름 밸브 (595)에 걸쳐 압력이 감소하고, 통합 열 교환 시스템에서 사용을 위해 열 교환기(510)로 공급되고, 흐름 라인(552)을 통해 회수될 수 있다.The components in the distillation column
오버헤드 스트림(542)에서의 성분은 주요 열 교환기(510)로 공급되고 가온된다. 통상적인 플랜트에서, 오버헤드 분리기(585)로부터 스트림(542)을 통해 회수된 오버헤드 분획은 약 -40℃ 내지 -84℃(-40℉ 내지 -120℉)의 온도 및 약 5바 내지 30바(85psia 내지 435psia)의 압력에 있다. 주요 열 교환기(510) 내의 열 교환 이후, 스트림(543)을 통해 열 교환기(510)로부터 회수된 오버헤드 분획은 약 37℃ 내지 49℃(100℉ 내지 120℉)의 온도에 있을 수 있다. 오버헤드 분획은 질소 함량이 농후하고, 저-btu 천연 가스 스트림으로서 스트림(543)을 통해 회수될 수 있다.The components in the
혼합 냉매는, 상기 언급된 바대로, 하부 라인(534)을 통해 증류 칼럼 오버헤드 분리기(585)로부터 회수된다. 혼합 냉매의 온도는 제어 밸브(565)를 통해 냉매의 압력을 감소시킴으로써 저하될 수 있다. 혼합 냉매의 온도는 주요 열 교환기(510) 내에서 필요한 냉각을 제공하기에 충분히 차가운 온도로 감소한다. 혼합 냉매는 라인(535)을 통해 주요 열 교환기로 공급된다. 주요 열 교환기에 진입하는 혼합 냉매의 온도는 통상적으로 약 -51℃ 내지 -115℃(-60℉ 내지 -175℉)이다.The mixed refrigerant is withdrawn from the distillation column
혼합 냉매의 온도를 감소시키기 위해 제어 밸브(565)를 사용할 때, 온도는 통상적으로 약 6℃ 내지 10℃(20℉ 내지 50℉)만큼 감소하고, 압력은 약 6바 내지 17바(90 내지 250psi)만큼 감소한다. 혼합 냉매는 주요 열 교환기(510)를 통과하면서 증발되고 가열되고, 라인(535a)을 통해 빠져나온다.When using the
주요 열 교환기를 빠져나온 혼합 냉매의 온도는 약 26℃ 및 38℃(80℉ 내지 100℉)이다.The temperature of the mixed refrigerant exiting the main heat exchanger is about 26 DEG C and 38 DEG C (80 DEG F to 100 DEG F).
주요 열 교환기(510)를 빠져나온 후, 혼합 냉매는 압축기(580)로 공급된다. 혼합 냉매는 약 110℃ 내지 177℃(230℉ 내지 350℉)의 온도에서 증류 칼럼의 조작 압력보다 큰 1바 내지 2바(15psi 내지 25psi)의 압력으로 압축된다. 혼합 냉매를 증류 칼럼 압력보다 큰 압력으로 압축함으로써, 환류 펌프가 필요 없다. 압축된 혼합 냉매는 라인(536)을 통해 냉각기(590)로 흐르고, 여기서 이것은 약 21℃ 내지 54℃(70℉ 내지 130℉)의 온도로 냉각된다. 임의로, 냉각기(590)는 생략될 수 있고, 압축된 혼합 냉매는 주요 열 교환기(510)로 직접적으로 흐를 수 있다. 압축된 혼합 냉매는 이후 라인(538)을 통해 주요 열 교환기(510)를 통해 흐르고, 여기서 이것은 추가로 냉각되고 부분적으로 액화된다.After exiting the main heat exchanger (510), the mixed refrigerant is supplied to the compressor (580). The mixed refrigerant is compressed to a pressure of from 1 psi to 2 psi (15 psi to 25 psi) greater than the operating pressure of the distillation column at a temperature of from about 110 ° C to 177 ° C (230 ° F to 350 ° F). By compressing the mixed refrigerant to a pressure greater than the distillation column pressure, a reflux pump is not required. The compressed mixed refrigerant flows through
혼합 냉매는 주요 열 교환기 내에서 약 -9℃ 내지 -57℃(15℉ 내지 -70℉)의 온도로 냉각된다. 부분적으로 액화된 혼합 냉매는 라인(539)을 통해 환류 분리기(540)로 도입된다. 이전에 기재된 바대로, 환류 분리기(540)로부터의 오버헤드(528) 및 증류 칼럼(520)으로부터의 오버헤드(514)는 증류 칼럼 오버헤드 분리기(585)로 공급된다. 환류 분리기(540)로부터의 액체 잔유(526)는 다시 환류 스트림(526)으로서 증류 칼럼(520)으로 공급된다. 제어 밸브(575), (586)는 압축기에서 압력을 유지하여 응축을 수월하게 하도록 사용될 수 있다.The mixed refrigerant is cooled in the main heat exchanger to a temperature of about -9 째 C to -57 째 C (15 째 F to -70 째 F). The partially liquefied mixed refrigerant is introduced via
(스트림(526)을 통해 공급된) 환류로서 사용된 혼합 냉매는 증류 칼럼(520)에 기상 성분이 농후하게 한다. 증류 칼럼 내에 가스가 농후하면서, 칼럼의 오버헤드 스트림은 더 따뜻한 온도에서 응축하고, 증류 칼럼은 높은 NGL 회수에 보통 필요한 것보다 더 따뜻한 온도에서 실행된다.The mixed refrigerant used as reflux (supplied via stream 526) causes the vapor phase component to become enriched in the
증류 칼럼(520)에 대한 환류는 오버헤드 분획에서 더 중질의 탄화수소를 또한 감소시킨다. 예를 들어, 프로판의 회수를 위한 공정에서, 환류는 증류 칼럼 내의 에탄의 몰 분획을 증가시키고, 이것은 오버헤드 스트림을 응축하는 것이 더 쉽게 한다. 상기 공정은, 저온 냉매로서 1회 및 증류 칼럼에 대한 환류 스트림으로서 2차로, 증류 칼럼 오버헤드 분리기 내에서 응축된 액체를 2회 사용한다.Reflux to the
질소 함량이 매우 낮은 흐름 라인(528)에서의 혼합 냉매의 적어도 일부는 분리기(585) 전에 흐름 스트림(532ex)을 통해 배출될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 흐름 스트림(532ex)을 통해 배출된 부분은 파이프라인 판매를 위해 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 1몰% 미만의 질소를 가지는 혼합 냉매 스트림(532ex)은 4% 초과의 질소를 가지는 높은 또는 중간 btu 천연 가스 공정 스트림과 혼합되어, 4% 미만의 질소를 가지는 파이프라인 판매 스트림을 생성할 수 있다.At least a portion of the mixed refrigerant in the low nitrogen
예를 들어, 혼합 냉매 스트림(532ex)은 스트림(551)(측면 배출)에서 중간 btu 천연 가스와 배합되어 파이프라인 판매에 적합한 천연 가스 스트림을 생성시킬 수 있다. 스트림(532ex) 및 (551)의 유속은 생성된 생성물 스트림(548)이 4몰% 미만의 질소 (불활성) 함량을 가지는 것일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 흐름 스트림(532ex)은 주요 열 교환기(510)로 공급될 수 있고; 열 전달 이후, 혼합 냉매는 중간 btu 스트림(551)과의 혼합을 위해 열 교환기(510)로부터 흐름 라인(541)을 통해 회수될 수 있다. 다른 공정 스트림은 다른 실시형태에서 혼합 냉매 스트림(532ex)과 또한 혼합될 수 있다.For example, a mixed refrigerant stream (532ex) may be combined with an intermediate btu natural gas stream (551) (side discharge) to produce a natural gas stream suitable for pipeline sales. The flow rates of streams 532ex and 551 may be such that the resulting
도 9의 실시형태에 따른 공정은 실질적인 공정 융통성을 허용하여, 넓은 범위의 질소 함량을 가지는 공급 가스 스트림을 효율적으로 공정처리하는 능력을 제공한다. 도 9와 관련하여 기재된 실시형태는 천연 가스 판매 스트림으로서 대부분의 공급 가스 btu 값의 회수를 허용한다. 본 명세서에 개시된 실시형태에 따른 등압력 개방 냉동 공정은 높은 또는 중간 질소 함량 스트림으로부터의 질소의 분리를 부가적으로 포함할 수 있어서, 공정 조건 및 공급 가스 질소 함량과 관련하여 btu 값의 부가적인 회수 또는 부가적인 융통성을 허용한다.The process according to the embodiment of FIG. 9 allows substantial process flexibility and provides the ability to efficiently process feed gas streams having a wide range of nitrogen content. The embodiment described in connection with Fig. 9 allows recovery of most of the feed gas btu values as a natural gas sales stream. An isostatic open refrigeration process in accordance with the embodiments disclosed herein may additionally include the separation of nitrogen from a high or intermediate nitrogen content stream so that an additional number of btu values in relation to process conditions and feed gas nitrogen content Or additional flexibility.
상기 공정의 구체적인 실시형태의 예가 하기 기재되어 있다. 이 실시예는 본 명세서에 기재된 공정을 추가로 기재하기 위해 제공되고, 이들은 임의의 방식으로 본 개시내용의 완전한 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.Examples of specific embodiments of the process are described below. This embodiment is provided to further describe the processes described herein, and they are not intended to limit the full scope of this disclosure in any manner.
대조예 1Control Example 1
하기 실시예에서, 공급 가스의 유형 및 조성이 상이한 도 1에 도시된 공정처리 플랜트의 조작을 압센 하이시스(Apsen HYSYS) 시뮬레이터의 공정을 이용하여 컴퓨터 모의하였다. 이 실시예에서, 비교적 희박한 공급 가스를 사용한 C3+ 회수에 대한 조작 매개변수가 제공되어 있다. 표 1은 희박한 공급 가스를 사용한 프로판 회수에 대한 조작 매개변수를 나타낸다. 공급 가스, 세일즈 가스 스트림 및 C3+ 생성물 스트림의 조성, 및 몰 분획의 혼합 냉매 스트림은 표 2에 제공되어 있다. 이 실시형태에 대한 에너지 유입은 리보일러(30)에 대한 약 3.717x1055Btu/hr(Q) 및 에탄 압축기(80)에 대한 약 459마력(P)을 포함하였다.In the following examples, the operation of the process plant shown in FIG. 1, wherein the type and composition of the feed gas are different, was computer simulated using the process of the Apsen HYSYS simulator. In this embodiment, operational parameters for C 3 + recovery using a relatively lean feed gas are provided. Table 1 shows operating parameters for propane recovery using lean feed gas. The composition of the feed gas, the feed gas stream and the C 3 + product stream, and the mixed refrigerant stream of the molar fraction are provided in Table 2. The energy input for this embodiment included about 3.717x105 5 Btu / hr (Q) for the reboiler 30 and about 459 horsepower (P) for the
표 2에서 볼 수 있는 것처럼, 증류 칼럼의 하부로부터의 생성물 스트림(18)이 C3+ 성분이 매우 농후하지만, 세일즈 가스 스트림(43)은 거의 전부 C2 및 더 경질의 탄화수소 및 가스를 함유하였다. 공급 가스 내의 대략 99.6%의 프로판은 생성물 스트림에서 회수되었다. 혼합 냉매는 주로 메탄 및 에탄으로 이루어지지만, 세일즈 가스보다 많은 프로판을 함유하였다.As can be seen in Table 2, the
대조예 2Control Example 2
이 실시예에서, 조작 매개변수는, 생성물 스트림에서 C3+ 성분의 회수를 위해 정제 공급 가스를 사용하여, 도 1에 도시된 공정처리 플랜트에 제공되어 있다. 표 3은 정제 공급 가스를 사용한 조작 매개변수를 나타낸다. 공급 가스, 세일즈 가스 스트림 및 C3+ 생성물 스트림의 조성, 및 몰 분획의 혼합 냉매 스트림은 표 4에 제공되어 있다. 이 실시형태에 대한 에너지 유입은 리보일러(30)에 대한 약 2.205x106Btu/hr(Q) 및 에탄 압축기(80)에 대한 약 228마력(P)을 포함하였다.In this embodiment, the operating parameters are provided in the process plant shown in FIG. 1, using purified feed gas for the recovery of the C 3 + components in the product stream. Table 3 shows operating parameters using purified feed gas. The composition of the feed gas, the feed gas stream and the C 3 + product stream, and the mixed refrigerant stream of the molar fraction are provided in Table 4. The energy input for this embodiment included about 2.205 x 10 6 Btu / hr (Q) for the reboiler 30 and about 228 hp (P) for the
표 4에서 볼 수 있는 것처럼, 증류 칼럼의 하부로부터의 생성물 스트림(18)이 C3+ 성분이 매우 농후하지만, 세일즈 가스 스트림(43)은 거의 전부 C2 및 더 경질의 탄화수소 및 가스, 특히 수소를 함유하였다. 이 스트림은 막 유닛 또는 PSA에 공급되어, 이 스트림을 유용한 수소로 업그레이드하도록 사용되었다. 공급 가스 내의 대략 97.2%의 프로판은 생성물 스트림에서 회수되었다. 혼합 냉매는 주로 메탄 및 에탄으로 이루어지지만, 세일즈 가스보다 많은 프로판을 함유하였다.As can be seen in Table 4, the
대조예 3Control Example 3
이 실시예에서, 조작 매개변수는, 생성물 스트림에서 C4+ 성분의 회수를 위해 정제 공급 가스를 사용하여, 도 1에 도시된 공정처리 플랜트에 제공되어 있고, C3 성분은 세일즈 가스 스트림에서 제거되었다. 표 5는 공정의 이 실시형태에 대한 조작 매개변수를 나타낸다. 공급 가스, 세일즈 가스 스트림 및 C4+ 생성물 스트림의 조성, 및 몰 분획의 혼합 냉매 스트림은 표 6에 제공되어 있다. 이 실시형태에 대한 에너지 유입은 리보일러(30)에 대한 약 2.512x106Btu/hr(Q) 및 에탄 압축기(80)에 대한 약 198마력(P)을 포함하였다.In this embodiment, the operating parameters are provided in the process processing plant shown in FIG. 1, using purified feed gas for the recovery of the C 4 + component in the product stream, and the C 3 component is removed . Table 5 shows operating parameters for this embodiment of the process. The composition of the feed gas, the feed gas stream and the C 4 + product stream, and the mixed refrigerant stream of the molar fraction are provided in Table 6. The energy input for this embodiment included about 2.512x10 6 Btu / hr (Q) for
표 6에서 볼 수 있는 것처럼, 증류 칼럼의 하부로부터의 생성물 스트림(18)이 C4+ 성분이 매우 농후하지만, 세일즈 가스 스트림(43)은 거의 전부 C3 및 더 경질의 탄화수소 및 가스를 함유하였다. 공급 가스 내의 대략 99.7%의 C4+ 성분은 생성물 스트림에서 회수되었다. 혼합 냉매는 주로 C3 및 더 경질의 성분으로 이루어지지만, 세일즈 가스보다 많은 뷰탄을 함유하였다.As can be seen in Table 6, the
대조예 4Control Example 4
이 실시예에서, 조작 매개변수는, 생성물 스트림에서 C3+ 성분의 회수를 위해 정제 공급 가스를 사용하여, 도 2에 도시된 공정처리 플랜트에 제공되어 있고, C2 및 더 경질의 성분은 세일즈 가스 스트림에서 제거되었다. 이 실시형태에서, 혼합 냉매의 일부는 라인(47)을 통해 제거되고, 추가의 공정처리를 위해 에탄 회수 유닛으로 공급되었다. 표 7은 공정의 이 실시형태에 대한 조작 매개변수를 나타낸다. 공급 가스, 세일즈 가스 스트림 및 C3+ 생성물 스트림의 조성, 및 몰 분획의 혼합 냉매 스트림은 표 8에 제공되어 있다. 이 실시형태에 대한 에너지 유입은 리보일러(30)에 대한 약 2.089x106Btu/hr(Q) 및 에탄 압축기(80)에 대한 약 391마력(P)을 포함하였다.In this embodiment, the operating parameters are provided in the process processing plant shown in Figure 2, using purified feed gas for the recovery of the C 3 + components in the product stream, wherein C 2 and the harder component Gas stream. In this embodiment, a portion of the mixed refrigerant is removed via line 47 and fed to the ethane recovery unit for further processing. Table 7 shows operating parameters for this embodiment of the process. The composition of the feed gas, the feed gas stream and the C 3 + product stream, and the mixed refrigerant stream of the molar fraction are provided in Table 8. The energy input for this embodiment included about 2.089x10 6 Btu / hr (Q) for
표 8에서 볼 수 있는 것처럼, 이 실시형태에서, 증류 칼럼의 하부로부터의 생성물 스트림(18)이 C3+ 성분이 매우 농후하지만, 세일즈 가스 스트림(43)은 거의 전부 C2 및 더 경질의 탄화수소 및 가스를 함유하였다. 혼합 냉매는 주로 C2 및 더 경질의 성분으로 이루어지지만, 세일즈 가스보다 많은 프로판을 함유하였다.As can be seen in Table 8, in this embodiment, the
대조예 5Control Example 5
이 실시예에서, 조작 매개변수는, 생성물 스트림에서 C3+ 성분의 회수를 위해 빈약한 공급 가스를 사용하여, 도 3에 도시된 공정처리 플랜트에 제공되어 있고, C2 및 더 경질의 성분은 세일즈 가스 스트림에서 제거되었다. 이 실시형태에서, 흡수기(120)는 증류 칼럼 오버헤드 스트림과, 환류 분리기 오버헤드 스트림을 분리하여 혼합 냉매를 얻도록 사용되었다. 표 9는 공정의 이 실시형태에 대한 조작 매개변수를 나타낸다. 공급 가스, 세일즈 가스 스트림 및 C3+ 생성물 스트림의 조성, 및 몰 분획의 혼합 냉매 스트림은 표 10에 제공되어 있다. 이 실시형태에 대한 에너지 유입은 리보일러(30)에 대한 약 3.734x105Btu/hr(Q) 및 에탄 압축기(80)에 대한 약 316마력(P)을 포함하였다.In this embodiment, the operating parameters are provided in the process processing plant shown in Figure 3, using a poor feed gas for the recovery of the C 3 + components in the product stream, and the C 2 and harder components Was removed from the sales gas stream. In this embodiment, the
표 10에서 볼 수 있는 것처럼, 이 실시형태에서, 증류 칼럼의 하부로부터의 생성물 스트림(18)이 C3+ 성분이 매우 농후하지만, 세일즈 가스 스트림(43)은 거의 전부 C2 및 더 경질의 탄화수소 및 가스를 함유하였다. 혼합 냉매는 주로 C2 및 더 경질의 성분으로 이루어지지만, 세일즈 가스보다 많은 프로판을 함유하였다.As can be seen in Table 10, in this embodiment, the
대조예 6Control Example 6
이 실시예에서, 조작 매개변수는, 생성물 스트림에서 C3+ 성분의 회수를 위해 농후한 공급 가스를 사용하여, 도 1에 도시된 공정처리 플랜트에 제공되어 있고, C2 성분은 세일즈 가스 스트림에서 제거되었다. 표 11은 공정의 이 실시형태에 대한 조작 매개변수를 나타낸다. 공급 가스, 세일즈 가스 스트림 및 C3+ 생성물 스트림의 조성, 및 몰 분획의 혼합 냉매 스트림은 표 12에 제공되어 있다. 이 실시형태에 대한 에너지 유입은 리보일러(30)에 대한 약 1.458x106Btu/hr(Q) 및 에탄 압축기(80)에 대한 약 226마력(P)을 포함하였다.In this embodiment, the operating parameters are provided in the processing plant shown in FIG. 1 using a rich feed gas for the recovery of the C 3 + component in the product stream, and the C 2 component is fed to the Removed. Table 11 shows operating parameters for this embodiment of the process. The composition of the feed gas, the feed gas stream and the C 3 + product stream, and the mixed refrigerant stream of the molar fraction are provided in Table 12. The energy input for this embodiment included about 1.458 x 10 6 Btu / hr (Q) for
표 12에서 볼 수 있는 것처럼, 이 실시형태에서, 증류 칼럼의 하부로부터의 생성물 스트림(18)이 C3+ 성분이 매우 농후하지만, 세일즈 가스 스트림(43)은 거의 전부 C2 및 더 경질의 탄화수소 및 가스를 함유하였다. 혼합 냉매는 주로 C2 및 더 경질의 성분으로 이루어지지만, 세일즈 가스보다 많은 프로판을 함유하였다.As can be seen in Table 12, in this embodiment, the
실시예 7Example 7
이 실시예에서, 조작 매개변수는, 생성물 스트림에서 C3+ 성분의 회수를 위해 대조예 6의 농후한 공급 가스를 사용하여, 도 5에 도시된 모의된 공정처리 플랜트에 제공되어 있고, C2 성분은 세일즈 가스 스트림에서 제거되었다. 이 실시형태에 대한 에너지 유입은 리보일러(130)에 약 1.117x106Btu/hr(Q) 및 에탄 압축기(180)에 감소한 마력을 포함하였다. 이 실시형태에서, 약 15중량%의 가스 공급 스트림(112)은 우회 스트림(112b)을 형성하고, 스트림(112)의 나머지는 제1 공급 스트림(112a)을 형성하였다.In this embodiment, the operating parameters are provided in the simulated process processing plant shown in Figure 5, using the rich feed gas of Control 6 for the recovery of the C 3 + components in the product stream, and C 2 The components were removed from the sales gas stream. The energy input for this embodiment included about 1.117x10 6 Btu / hr (Q) in
이전 실시예의 경우에서처럼, 이 실시형태에서, 증류 칼럼의 하부로부터의 생성물 스트림(118)이 C3+ 성분이 매우 농후하지만, 세일즈 가스 스트림(143)은 거의 전부 C2 및 더 경질의 탄화수소 및 가스를 함유하였다. 혼합 냉매는 주로 C2 및 더 경질의 성분으로 이루어지지만, 세일즈 가스보다 많은 프로판을 함유하였다. 공정 모의 데이터에 기초하여, 도시된 바대로 칼럼(120)으로의 공급 스트림(112b)의 삽입에 의해, 예상치 못하게 놀랍게도 냉동 효율 사양이 감소하고, 탈에탄장치 리보일러 효율 사양이 감소하고, 탈에탄장치 증기 및 액체 통행량이 감소하여서, 증류 칼럼 크기 감소 및 고압 공급물에 의한 냉동 및 리보일러 효율 사양의 감소를 제공하는 것으로 발견되었다. 전체 프로판 및 혼합 냉매 압축기 효율은 분할 공급물 없이 12% 초과로 더 높았다. 이것은 플랜트에서의 전체 투자 비용(total invested cost: TIC) 및 조작 비용 둘 다를 상당히 경제적으로 절약시켰다. 예시로서, 미국에서, 200 MMSCFD 가스 플랜트가 쾌 통상적이다. 이러한 플랜트는 공급 조성물에 따라 약 15,000 HP의 냉동 압축기를 가질 수 있다. 하기 계산에 기초하여, 구성은 압축기 효율을 약 12% 절약시켰다. 15,000 HP x 0.12 절약 x 0.746 kw/hp x 0.1$/kwh = 134$/hr(매년 전력의 수백만 달러 초과).As in the previous embodiment, in this embodiment, the
200 MMSCFD 플랜트의 경우, 분할 공급물이 없는 리보일러 효율은 대략 29.2 MMBTU/HR이다. 이 실시예에서, 리보일러 효율은 약 22.2 MMBTU/HR이다. US 5.00 MMBTU의 에너지 비용을 가정하여, 연간 절약은 약 $307,000일 것이다.For a 200 MMSCFD plant, the reboiler efficiency without split feed is approximately 29.2 MMBTU / HR. In this embodiment, the reboiler efficiency is about 22.2 MMBTU / HR. Assuming a US 5.00 MMBTU energy cost, the annual savings would be around $ 307,000.
실시예 8Example 8
이 일련의 실시예에서, 선행 실시예에 필적하는 조작 매개변수는, 생성물 스트림에서 C3+ 성분의 회수를 위해 대조예 1에 사용된 것과 동일한 빈약한 공급 가스 및 생성물 스트림 조성물을 사용하여, 도 5에 도시된 모의된 공정처리 플랜트에 제공되어 있고, C2 성분은 세일즈 가스 스트림에서 제거되었다. 우회 공급 스트림은 약 10-15중량%의 공급 가스 스트림(112)을 함유하였다. 이 실시형태에 대한 에너지 유입은 대조예 1에 대한 에너지 유입보다 약 20-27% 더 낮았다. 이 일련의 실시예는 플랜트에서의 전체 투자 비용(TIC) 및 조작 비용 둘 다를 상당히 경제적으로 절약시켰다.In this set of embodiments, the operating parameters that are comparable to the preceding embodiment are obtained using the same poor feed gas and product stream composition as used in Control 1 for recovery of the C < 3 + > component in the product stream, 5, and the C 2 component was removed from the sales gas stream. The bypass feed stream contained about 10-15 wt% feed gas stream (112). The energy input for this embodiment was about 20-27% lower than the energy input for Control 1. This set of embodiments saved both the total investment cost (TIC) and the operating cost in the plant considerably economically.
예언적 실시예 9Prophetic Example 9
이 실시예에서, 선행 실시예에 필적하는 조작 매개변수는, 생성물 스트림에서 C3+ 성분의 회수를 위해 대조예 4에 사용된 것과 동일한 빈약한 공급 가스 및 생성물 스트림 조성물을 사용하여, 도 6에 도시된 모의된 공정처리 플랜트에 제공되어 있고, C2 성분은 세일즈 가스 스트림에서 제거되었다. 우회 공급 스트림은 약 10-15중량%의 공급 가스 스트림(212)을 함유하였다. 이 실시형태에 대한 에너지 유입은 대조예 4에 대한 에너지 유입보다 더 낮았다. 이 실시형태는 플랜트에서의 전체 투자 비용(TIC) 및 조작 비용 둘 다를 상당히 경제적으로 절약시켰다.In this example, the operating parameters comparable to the preceding embodiment are obtained using the same poor feed gas and product stream composition as used in Control 4 for recovery of the C < 3 + > component in the product stream, Is provided in the illustrated simulated process plant, and the C 2 component has been removed from the sales gas stream. The bypass feed stream contained about 10-15 wt%
예언적 실시예 10Prophetic Example 10
이 실시예에서, 선행 실시예에 필적하는 조작 매개변수는, 생성물 스트림에서 C3+ 성분의 회수를 위해 대조예 5에 사용된 것과 동일한 빈약한 공급 가스 및 생성물 스트림 조성물을 사용하여, 도 7에 도시된 모의된 공정처리 플랜트에 제공되어 있고, C2 성분은 세일즈 가스 스트림에서 제거되었다. 우회 공급 스트림은 약 10-15중량%의 공급 가스 스트림(312)을 함유하였다. 이 실시형태에 대한 에너지 유입은 대조예 5에 대한 에너지 유입보다 더 낮았다. 이 실시예는 플랜트에서의 전체 투자 비용(TIC) 및 조작 비용 둘 다를 상당히 경제적으로 절약시켰다.In this embodiment, the operation parameter that is comparable to the prior embodiment, with the same poor feed gas and the product stream composition to that used in Control Example 5 for recovery of C 3 + components in the product stream, in Figure 7 Is provided in the illustrated simulated process plant, and the C 2 component has been removed from the sales gas stream. The bypass feed stream contained about 10-15 wt%
구체적인 실시형태가 상기 기재되어 있지만, 청구범위에 언급된 범위로부터 벗어나지 않으면서 상기 기재된 공정에 다수의 변형 또는 변화가 이루어질 수 있다는 것을 당해 분야의 당업자가 인식할 것이다. 따라서, 바람직한 실시형태의 상기 설명은 제한이기보다는 예시적인 의미로 실시형태를 기술하도록 의도된다.Although specific embodiments have been described above, those skilled in the art will recognize that many modifications or variations can be made to the processes described above without departing from the scope of the claims. Accordingly, the above description of the preferred embodiments is intended to describe the embodiments in an illustrative rather than a restrictive sense.
Claims (25)
(a) 상기 공급 가스 스트림의 제1 부분 및 상기 공급 가스 스트림의 제2 부분을 형성하는 단계로서, 상기 제1 부분 대 상기 제2 부분의 질량비가 95:5 내지 5:95의 범위인, 상기 형성하는 단계;
(b) 열 교환기 내에서 상기 제1 부분을 냉각시키고, 상기 제1 부분을 적어도 부분적으로 응축시키는 단계;
(c) 상기 제2 부분 및 상기 냉각되고 적어도 부분적으로 응축된 제1 부분을 증류 칼럼으로 공급하는 단계로서, 더 경질의 성분은 오버헤드 증기 스트림(overhead vapor stream)으로서 상기 증류 칼럼으로부터 제거되고, 더 중질의 성분은 생성물 스트림으로서 상기 증류 칼럼으로부터 하부에서 제거되고, 상기 제2 부분은 상기 증류 칼럼으로 상기 제1 부분 아래의 1개 이상의 증기-액체 평형 단 지점에서 도입되어서, 상기 칼럼 내의 상기 냉각된 제1 부분의 액체와 상기 제2 부분의 증기 사이의 질량 이동 교환을 허용하는, 상기 공급하는 단계;
(d) 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 상기 열 교환기로 공급하고, 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 냉각시켜, 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 적어도 부분적으로 액화시키는 단계;
(e) 상기 적어도 부분적으로 액화된 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 제1 분리기로 공급하는 단계;
(f) 상기 제1 분리기 내에서 상기 증기와 액체를 분리하여, 세일즈 가스를 포함하는 오버헤드 증기 스트림 및 혼합 냉매를 포함하는 잔유 스트림(bottoms stream)을 생성하는 단계;
(g) 상기 혼합 냉매 스트림을 상기 열 교환기로 공급하여 냉각을 제공하는 단계로서, 상기 혼합 냉매 스트림은 상기 열 교환기를 통과하면서 기화되는, 상기 냉각을 제공하는 단계;
(h) 상기 기화된 혼합 냉매 스트림을 압축하고, 상기 압축된 혼합 냉매 스트림을 상기 열 교환기를 통해 통과시키는 단계; 및
(i) 상기 압축된 혼합 냉매 스트림의 적어도 일부를 환류 스트림으로서 상기 증류 칼럼으로 공급하는 단계를 포함하는, 공급 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체를 회수하는 방법.A method of recovering a natural gas liquid from a feed gas stream,
(a) forming a first portion of the feed gas stream and a second portion of the feed gas stream, wherein the mass ratio of the first portion to the second portion is in the range of 95: 5 to 5:95; and ;
(b) cooling the first portion within the heat exchanger and at least partially condensing the first portion;
(c) feeding the second portion and the cooled, at least partially condensed first portion into a distillation column, wherein the lighter component is removed from the distillation column as an overhead vapor stream, The heavier components are removed from the bottom of the distillation column as a product stream and the second portion is introduced into the distillation column at one or more vapor-liquid equilibrium points below the first portion, Permitting a mass transfer of the liquid between the first portion of the liquid and the vapor of the second portion;
(d) feeding the distillation column overhead stream to the heat exchanger, and cooling the distillation column overhead stream to at least partially liquefy the distillation column overhead stream;
(e) feeding the at least partially liquefied distillation column overhead stream to a first separator;
(f) separating the vapor and liquid in the first separator to produce a bottoms stream comprising an overhead vapor stream comprising the sale gas and a mixed refrigerant;
(g) feeding the mixed refrigerant stream to the heat exchanger to provide refrigeration, wherein the mixed refrigerant stream is vaporized while passing through the heat exchanger;
(h) compressing the vaporized mixed refrigerant stream and passing the compressed mixed refrigerant stream through the heat exchanger; And
(i) feeding at least a portion of said compressed mixed refrigerant stream as said reflux stream into said distillation column.
(a) 공급 가스 스트림을 전달하도록 구성된 1차 공급 가스 라인;
(b) 상기 공급 가스 스트림과 1개 이상의 공정 스트림 사이의 열 교환 접촉에 의해 공급 가스 스트림으로부터의 천연 가스 액체의 분리에 필요한 가열 및 냉각을 제공하여서 냉각된 공급 가스 스트림을 형성하도록 조작 가능한 열 교환기;
(c) 상기 공급 가스 스트림을 수용하고, 상기 공급 가스 스트림을 상기 공급 가스 스트림의 더 경질의 탄화수소 성분의 실질적인 양을 포함하는 칼럼 오버헤드 스트림과 더 중질의 탄화수소 성분의 실질적인 양을 포함하는 칼럼 잔유 스트림으로 분리하도록 구성된 증류 칼럼;
(d) 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 수용하고, 상기 칼럼 오버헤드 스트림을 오버헤드 세일즈 가스 스트림과 상기 열 교환기 내에서 공정 냉각을 제공하도록 구성된 혼합 냉매를 포함하는 잔유 스트림으로 분리하도록 구성된 제1 분리기;
(e) 상기 혼합 냉매 스트림이 상기 열 교환기 내에서 공정 냉각을 제공한 후 상기 혼합 냉매 스트림을 압축하도록 구성된 압축기; 및
(f) 상기 공급 가스 스트림이 상기 열 교환기로 이송되기 전에 해당 스트림의 일부를 제거하도록 구성된 공급 가스 우회 라인(feed gas bypass line)으로서, 상기 공급 가스 우회 라인은 상기 열 교환기로부터의 냉각된 공급 가스 스트림이 유체로 연결되는 지점 아래의 1개 이상의 증기-액체 평형 단 지점에서 상기 증류 칼럼에 유체로 연결되어서, 상기 열 교환기로부터의 상기 냉각된 공급 가스 스트림의 액체와 상기 칼럼 내의 우회 공급 가스 스트림의 증기 사이의 질량 이동 교환을 허용하는, 상기 공급 가스 우회 라인을 포함하는, 공급 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체를 분리하기 위한 장치.An apparatus for separating a natural gas liquid from a feed gas stream,
(a) a primary feed gas line configured to deliver a feed gas stream;
(b) a heat exchanger operable to provide heating and cooling necessary for separation of the natural gas liquid from the feed gas stream by heat exchange contact between the feed gas stream and the at least one process stream to form a cooled feed gas stream; ;
(c) receiving the feed gas stream, wherein the feed gas stream comprises a column overhead stream comprising a substantial amount of a harder hydrocarbon component of the feed gas stream and a column overhead stream comprising a substantial amount of a heavier hydrocarbon component A distillation column configured to separate into streams;
(d) a first separator configured to receive the distillation column overhead stream and separate the column overhead stream into a residual stream comprising a mixed refrigerant configured to provide an overhead sales gas stream and process cooling in the heat exchanger, ;
(e) a compressor configured to compress the mixed refrigerant stream after the mixed refrigerant stream provides process cooling in the heat exchanger; And
(f) a feed gas bypass line configured to remove a portion of the stream before the feed gas stream is conveyed to the heat exchanger, the feed gas bypass line comprising a cooled feed gas stream from the heat exchanger Fluidly connected to the distillation column at one or more vapor-liquid equilibrium points below the point at which the stream is connected to the fluid, such that the liquid of the cooled feed gas stream from the heat exchanger and the bypass feed gas stream Wherein said feed gas bypass line permits mass transfer of the gas between the steam and the vapor.
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