KR20200023313A - 탄화수소 가스 처리 - Google Patents

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

탄화수소 가스 스트림으로부터 C2 (또는 C3) 및 중질 탄화수소 성분의 회수율을 개선하기 위한 컴팩트한 처리 어셈블리를 위한 공정 및 장치가 개시되어 있다. 탄화수소 가스 스트림을 분리하는 바람직한 방법은 일반적으로 적어도 실질적으로 응축된 제1 스트림 및 냉각된 제2 스트림을 생성하고, 스트림 둘 다를 더 낮은 압력으로 팽창시키고, 스트림을 분별증류 탑에 공급하는 것을 포함한다. 개시된 공정 및 장치에서, 탑 오버헤드 증기는 처리 어셈블리 내부의 흡수 수단 및 열 및 물질 전달 수단에 관한 것이다. 처리 어셈블리로부터의 배출 증기는 더 높은 압력으로 압축되고, 냉각되어 일부는 처리 어셈블리 내부의 열 교환 수단에서 실질적으로 응축되며, 더 낮은 압력으로 팽창되어 열 및 물질 전달 수단으로 공급되어 냉각을 제공한다. 흡수 수단으로부터의 응축된 액체는 탑으로 공급된다.

Description

탄화수소 가스 처리
에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로판 및/또는 중질 (heavier) 탄화수소는 다양한 가스, 예컨대 천연 가스, 정유 가스, 및 석탄, 원유, 나프타, 오일 셰일 (oil shale), 타르 샌드 (tar sand), 및 갈탄과 같은 기타 탄화수소 재료로부터 얻어진 합성 가스 스트림으로부터 회수될 수 있다. 천연 가스는 일반적으로 메탄 및 에탄이 대부분을 차지하는데, 즉 메탄 및 에탄은 함께 상기 가스의 적어도 50 몰%를 포함한다. 상기 가스는 또한 비교적 적은 양의 중질 탄화수소, 예컨대 프로판, 부탄, 펜탄 등 뿐만 아니라 수소, 질소, 이산화탄소 및/또는 기타 가스를 함유한다.
본 발명은 일반적으로 그러한 가스 스트림으로부터 에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로판 및 중질 탄화수소의 회수를 개선시키는 것에 관한 것이다. 본 발명에 따라 처리될 가스 스트림의 전형적인 분석치는, 대략적인 몰%로, 78.6% 메탄, 12.5% 에탄 및 기타 C2 성분, 4.9% 프로판 및 기타 C3 성분, 0.6% 이소-부탄, 1.4% 노말 부탄, 및 1.1% 펜탄+일 것이며, 그 나머지는 질소 및 이산화탄소로 이루어진다. 황 함유 가스들도 때때로 존재한다.
천연 가스와 그 천연 가스 액체 (NGL) 구성성분 둘 다의 가격에 있어서의 역사적으로 주기적 변동은, 액체 생성물로서 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 및 중질 성분의 증분 값 (incremental value)을 때때로 감소시켰다. 이로써 이들 생성물을 보다 효율적으로 회수할 수 있는 공정, 더 적은 자본 투자로 효율적인 회수를 제공할 수 있는 공정 및 특정 구성요소의 회수를 넓은 범위에 걸쳐 변경하기 위해 쉽게 조정되거나 조정될 수 있는 공정이 요구되었다. 이들 물질을 분리하기 위해 이용 가능한 공정은 가스의 냉각과 냉동, 오일 흡수, 및 냉동된 오일 흡수에 기반한 것들을 포함한다. 또한, 전력을 생산하는 경제적 장비의 가용성 때문에 처리되는 가스를 팽창시킴과 동시에 이로부터 열을 추출하는 극저온 공정들이 널리 보급되었다. 가스 공급원의 압력, 가스의 풍부함 (에탄, 에틸렌, 및 중질 탄화수소 함량) 그리고 원하는 최종 생성물에 따라서, 이들 공정 각각 또는 이의 조합이 사용될 수 있다.
출발 용이성, 작동 유연성, 우수한 효율, 안전성 및 우수한 재현성으로 최대 단순성을 제공하기 때문에, 극저온 팽창 공정이 현재 천연 가스 액체 회수에 일반적으로 바람직하다. 미국 특허 제3,292,380호; 제4,061,481호; 제4,140,504호; 제4,157,904호; 제4,171,964호; 제4,185,978호; 제4,251,249호; 제4,278,457호; 제4,519,824호; 제4,617,039호; 제4,687,499호; 제4,689,063호; 제4,690,702호; 제4,854,955호; 제4,869,740호; 제4,889,545호; 제5,275,005호; 제5,555,748호; 제5,566,554호; 제5,568,737호; 제5,771,712호; 제5,799,507호; 제5,881,569호; 제5,890,378호; 제5,983,664호; 제6,182,469호; 제6,578,379호; 제6,712,880호; 제6,915,662호; 제7,191,617호; 제7,219,513호; 제8,590,340호; 제8,881,549호; 제8,919,148호; 제9,021,831호; 제9,021,832호; 제9,052,136호; 제9,052,137호; 제9,057,558호; 제9,068,774호; 제9,074,814호; 제9,080,810호; 제9,080,811호; 제9,476,639호; 제9,637,428호; 제9,783,470호; 제9,927,171호; 제9,933,207호; 및 제9,939,195호; 재발행 미국 특허 제33,408호; 및 계류중인 출원 제11/839,693호; 제12/868,993호; 제12/869,139호; 제14/714,912호; 제14/828,093호; 제15/259,891호; 제15/332,670호; 제15/332,706호; 제15/332,723호; 및 제15/668,139호에 관련 공정이 기술되어 있다 (비록 일부 경우에서 본 발명의 명세서는 인용된 미국 특허 및 계류중인 출원에 기술된 것들과 상이한 처리 조건에 기초함).
전형적인 극저온 팽창 회수 공정에서 압력하에서 공급 가스 스트림은 다른 공정 스트림 및/또는 외부 냉동 공급원, 예컨대 프로판 압축-냉동 시스템과의 열 교환에 의해 냉각된다. 가스가 냉각됨에 따라, 액체가 응축되어 원하는 C2+ 성분 중 일부를 함유하는 고압 액체로서 하나 이상의 분리기에서 수집된다. 가스의 풍부성 및 형성된 액체의 양에 따라서, 고압 액체는 더 낮은 압력으로 팽창되어 분별증류될 수 있다. 액체의 팽창 동안에 발생하는 기화로 스트림이 추가로 냉각된다. 일부 조건하에서, 팽창으로 인한 온도를 더 낮추기 위하여, 팽창 전에 고압 액체를 사전 냉각하는 것이 바람직할 수 있다. 액체와 증기와의 혼합물을 포함하는 팽창된 스트림은 증류 (탈메탄화기 또는 탈에탄화기) 컬럼에서 분별증류된다. 그 컬럼에서, 팽창 냉각된 스트림(들)이 증류되어 하부 액체 생성물로서 원하는 C2 성분, C3 성분 및 중질 탄화수소 성분으로부터 오버헤드 증기로서 잔류 메탄, 질소, 및 기타 휘발성 가스를 분리하거나, 하부 액체 생성물로서 원하는 C3 성분과 중질 탄화수소 성분으로부터 오버헤드 증기로서 잔류 메탄, C2 성분, 질소, 및 기타 휘발성 가스를 분리한다.
공급 가스가 전체적으로 응축되지 않는다면 (통상적으로 이는 응축되지 않는다), 부분 응축으로부터 잔여 증기는 2개의 스트림으로 분할될 수 있다. 상기 증기의 한 부분은 작업 팽창 기계 (work expansion machine) 또는 엔진, 또는 팽창 밸브를 통과하여 스트림을 더 냉각한 결과 추가의 액체가 응축된 더 낮은 압력에 도달된다. 팽창 후의 압력은 본질적으로 증류 컬럼이 작동되는 압력과 동일하다. 팽창으로부터 생성된 결합된 증기-액체 상들은 공급물로서 컬럼에 공급된다.
증기의 잔여 부분은 다른 공정 스트림, 예를 들면, 차가운 분별증류 탑 오버헤드 (fractionation tower overhead)와의 열 교환에 의해 냉각되어 실질적으로 응축된다. 고압 액체의 일부 또는 전부는 냉각되기 전에 이 증기 부분과 결합될 수 있다. 이어서, 생성된 냉각된 스트림은 팽창 밸브와 같은 적합한 팽창 장치를 통해 탈메탄화기가 작동되는 압력까지 팽창된다. 팽창 동안에, 액체의 일부는 기화하여 전체 스트림은 냉각될 것이다. 이어서, 급속 (flash) 팽창된 스트림은 탈메탄화기에 최상단 공급물 (top feed)로서 공급된다. 전형적으로, 급속 팽창된 스트림의 증기 부분과 탈메탄화기 오버헤드 증기는 분별증류 탑의 최상단 분리 섹션에서 잔류 메탄 생성물 가스로서 결합된다. 대안적으로, 냉각 및 팽창된 스트림은 분리기에 공급되어 증기와 액체 스트림을 제공한다. 증기는 탑 오버헤드와 결합되고, 액체는 최상단 컬럼 공급물로서 컬럼에 공급된다.
그러한 분리 공정의 이상적인 작동에서, 공정을 떠나는 잔류 가스는 공급 가스에서 실질적으로 모든 메탄을 함유할 것이며 이때 본질적으로 어떠한 중질 탄화수소 성분도 함유하지 않으며, 탈메탄화기를 떠나는 하부 분획은 실질적으로 모든 중질 탄화수소 성분을 함유할 것이며 이때 본질적으로 어떠한 메탄 또는 보다 휘발성 성분도 함유하지 않는다. 그러나, 실제로는, 종래의 탈메탄화기가 대부분 스트리핑 (stripping) 컬럼으로 작동되기 때문에 이러한 이상적인 상황은 달성되지 않는다. 따라서, 공정의 메탄 생성물은 전형적으로 어떠한 정류 단계도 거치지 않는 증기와 함께, 컬럼의 최상단 분별증류 단 (stage)을 떠나는 증기를 포함한다. 상당한 C2, C3 및, C4+ 성분의 손실이 발생하는데, 이는 최상단 액체 공급물이 상당한 양의 이들 성분 및 중질 탄화수소 성분을 함유하여, 탈메탄화기의 최상단 분별증류 단을 떠나는 증기에서 상응하는 등가량의 C2 성분, C3 성분, C4 성분 및 중질 탄화수소 성분을 초래하기 때문이다. 이러한 바람직한 성분들의 손실은, 상승하는 증기가 증기로부터 C2 성분, C3 성분, C4 성분 및 중질 탄화수소 성분을 흡수할 수 있는 상당량의 액체 (환류)와 접촉할 수 있게 된다면 상당히 감소될 수 있다.
최근, 바람직한 탄화수소 분리 공정은 상부 흡수기 섹션을 사용하여 상승하는 증기의 추가적 정류 (rectification)를 제공한다. 많은 이러한 공정에 대해, 상부 정류 섹션을 위한 환류 스트림의 공급원은 압력하에서 공급되는 잔류 가스의 재순환된 스트림이다. 재순환된 잔류 가스 스트림은 일반적으로 다른 공정 스트림, 예를 들어, 차가운 분별증류 탑 오버헤드와의 열 교환에 의해 실질적인 응축으로 냉각된다. 이어서, 생성된 실질적으로 응축된 스트림은 적절한 팽창 장치, 예컨대 팽창 밸브를 통해 탈메탄화기가 작동되는 압력으로 팽창된다. 팽창 동안에, 액체의 일부는 일반적으로 기화하여 전체 스트림을 냉각시킨다. 이어서, 급속 팽창된 스트림은 최상단 공급물로서 탈메탄화기에 공급된다. 이러한 유형의 전형적인 공정 계획은 미국 특허 제4,889,545호; 제5,568,737호; 제5,881,569호; 제9,052,137호; 및 제9,080,811호 및 문헌 (Mowrey, E. Ross, "Efficient, High Recovery of Liquids from Natural Gas Utilizing a High Pressure Absorber", Proceedings of the Eighty-First Annual Convention of the Gas Processors Association, Dallas, Texas, March 11-13, 2002)에 개시되어 있다. 불행하게도, 탈메탄화기에서 추가의 정류 섹션에 추가하여, 이들 공정은 또한 환류 스트림을 탈메탄화기로 재순환시키기 위한 원동력을 제공하기 위해 과잉 압축 용량을 필요로 하며, 이는 이들 공정을 사용하는 설비의 자본 비용 및 작동 비용 둘 다를 추가한다.
환류 스트림을 상부 정류 섹션에 제공하는 또 다른 수단은 탑 상의 더 낮은 위치로부터 증류 증기 스트림을 회수 (및 아마도 탑 오버헤드 증기의 일부와 결합)하는 것이다. 이 증기 (또는 복합 증기) 스트림은 더 높은 압력으로 압축된 다음, 실질적인 응축으로 냉각되고, 탑 작동 압력으로 팽창되어 탑에 공급되는 최상단으로 공급된다. 이러한 유형의 전형적인 공정 계획은 미국 특허 제9,476,639호 및 계류중인 출원 제11/839,693호; 제12/869,139호; 및 제15/259,891호에 개시되어 있다. 이에는 또한 탈메탄화기에 추가의 정류 섹션과, 환류 스트림을 탈메탄화기에 재순환시키기 위한 동력을 제공하는 압축기가 필요하며 거기에다가 이들 공정을 사용하는 설비의 자본 비용과 작동 비용을 둘 다 추가한다.
그러나, 미국 특허 제4,157,904호 및 제4,278,457호 (및 기타 공정)에 따라 미국 및 다른 국가에 건설된 많은 가스 처리 플랜트가 있는데, 이들은 상승하는 증기의 추가의 정류를 제공하기 위한 상부 흡수기 섹션이 없으며 이 특성을 추가하기 위해 쉽게 변경될 수 없다. 또한, 이들 플랜트는 일반적으로 환류 스트림을 재순환시킬 수 있는 과잉 압축 용량을 갖지 않는다. 그 결과, 이들 플랜트는 가스로부터 C2 성분 및 중질 성분을 회수하도록 작동될 때 (통상적으로 "에탄 회수"라고 지칭됨) 효율적이지 않으며, 가스로부터 C3 성분 및 중질 성분만을 회수하도록 작동될 때 (통상적으로 "에탄 제거"로 지칭됨) 특히 비효율적이다.
본 발명은 추가의 잔류 가스 압축 또는 별도의 재순환 압축기를 요구하지 않으면서 원하는 C2 성분 및/또는 C3 성분 회수율을 증가시키기 위해 기존의 가스 처리 플랜트에 쉽게 추가될 수 있는 추가의 정류를 제공하는 신규한 수단이다. 이러한 증가된 회수율의 증분 값은 종종 상당하다. 이후 주어진 실시예의 경우, 종래 기술의 것에 비해 추가의 회수 능력으로부터의 증분 소득은 상응하는 탄화수소 가스와 비교하여 탄화수소 액체에 대해 갤런당 평균 증분 값 US $ 0.10 내지 0.58 [€ 22 내지 129/m3]을 사용하여 연간 US $ 690,000 내지 US $ 4,720,000 [€ 580,000 내지 € 3,930,000]의 범위에 있다.
본 발명은 또한 지금까지 개별 장비 품목이었던 것을 공통 하우징으로 결합하여, 플롯 공간 요건과 추가 자본 비용 둘 다를 감소시킨다. 놀랍게도, 출원인은, 보다 컴팩트한 배치 (compact arrangement)는 또한 주어진 전력 소비에서 제품 회수율을 상당히 증가시켜서 공정 효율을 증가시키고 설비의 작동 비용을 감소시킨다는 것을 발견하였다. 또한, 보다 컴팩트한 배치는 또한 전통적인 설비 설계에서 개별 장비 품목을 서로 연결하는 데 사용되는 많은 배관을 제거하여 추가로 자본 비용을 줄이고 또한 관련 플랜지 배관 연결을 제거한다. 배관 플랜지는 (온실 가스에 기여하고 대기 오존 형성의 전구체일 수도 있는 휘발성 유기 화합물, VOC인) 탄화수소의 잠재적 누출 원인이기 때문에 이러한 플랜지를 제거하면 환경을 손상시킬 수 있는 대기 배출에 대한 가능성이 감소된다.
본 발명에 따르면, 99%를 초과하는 C2 회수율이 수득될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 유사하게, C2 성분의 회수율이 바람직하지 않은 그러한 경우에, 96%를 초과하는 C3 회수율이 유지될 수 있다. 본 발명은, 더 낮은 압력 및 더 따뜻한 온도에서 적용 가능하지만, -50℉ [-46℃] 이하의 NGL 회수 컬럼 오버헤드 온도를 필요로 하는 조건하에서 400 내지 1500　psia [2,758 내지 10,342　kPa(a)] 이상의 범위에서 공급 가스를 처리할 때 특히 유리하다.
본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 다음의 실시예 및 도면을 참조한다. 도면 참조:
도 1 및 2는 미국 특허 제4,157,904호 또는 제4,278,457호에 따른 종래의 천연 가스 처리 플랜트의 흐름도이다;
도 3 및 4는 계류중인 출원 제15/332,723호의 공정을 사용하도록 조정된 천연 가스 처리 플랜트의 흐름도이다;
도 5는 본 발명을 사용하도록 조정된 천연 가스 처리 플랜트의 흐름도이다;
도　6 내지 11은 천연 가스 처리 플랜트에 본 발명의 대안적인 적용 수단을 도시한 흐름도이다.
상기 도면에 대한 다음 설명에서, 대표적인 공정 조건에 대해 계산된 유량을 요약한 표들이 제공된다. 본원에 나타낸 표들에서, 유량에 대한 값 (시간당 몰)은 편의상 가장 가까운 정수로 반올림되었다. 표에 나타낸 전체 스트림 속도는 모든 비-탄화수소 성분을 포함하므로 일반적으로 탄화수소 성분에 대한 스트림 유량의 합보다 크다. 나타낸 온도는 가장 가까운 정도로 반올림된 대략적인 값이다. 또한, 도면에 도시된 공정을 비교하기 위해 수행된 공정 설계 계산은 주변으로부터 공정으로 또는 공정으로부터 주변으로 열 누출이 없다는 가정에 기초한다는 것에 주목해야 한다. 시판중인 절연재의 품질은 이것을 매우 합리적인 가정으로 만들며 당업자에 의해 전형적으로 만들어진다.
편의상, 공정 파라미터는 전통적인 영국 단위 및 SI (Systeme International d'Unites) 단위 둘 다로 보고된다. 표에 주어진 몰 유량은 시간당 파운드 몰 또는 시간당 킬로그램 몰로 해석될 수 있다. 마력 (HP) 및/또는 시간당 수천 영국 열 단위 (MBTU/Hr)로 보고된 에너지 소비는 시간당 파운드 몰로 언급된 몰 유량에 상응한다. 킬로와트 (kW)로 보고된 에너지 소비는 시간당 킬로그램 몰로 언급된 몰 유량에 상응한다.
종래 기술의 설명
도　1은 미국 특허 제4,157,904호 또는 제4,278,457호에 따른 종래 기술을 사용하여 천연 가스로부터 C2+ 성분을 회수하기 위한 처리 플랜트의 설계를 나타내는 공정 흐름도이다. 이러한 공정 시뮬레이션에서, 유입 가스는 스트림 (31)으로서 120℉ [49℃] 및 815　psia [5,617　kPa(a)]에서 플랜트에 유입된다. 유입 가스가 생성물 스트림이 사양을 충족시키지 못하게 하는 농도의 황 화합물을 함유한다면, 황 화합물은 공급 가스의 적절한 전처리에 의해 제거된다 (미도시). 또한, 공급 스트림은 일반적으로 극저온 조건하에서 수화물 (얼음)이 형성되는 것을 방지하기 위해 탈수된다. 고체 건조제는 전형적으로 이러한 목적으로 사용되어 왔다.
공급 스트림 (31)은 냉각 잔류 가스 (스트림 (39a)), 20℉ [-7℃]에서 펌핑된 액체 생성물 (스트림 (42a)), 0℉ [-18℃]에서 탈메탄화기 리보일러 (reboiler) 액체 (스트림 (41)), -45℉ [-43℃]에서 탈메탄화기 측면 리보일러 액체 (스트림 (40)), 및 프로판 냉매와의 열 교환에 의해 열 교환기 (10)에서 냉각된다. 이어서, 스트림 (31a)은 -29℉ [-34℃] 및 795　psia [5,479　kPa(a)]에서 분리기 (11)로 유입되는데, 이때 증기 (스트림 (32))는 응축된 액체 (스트림 (33))로부터 분리된다.
분리기 (11)로부터의 증기 (스트림 (32))는 2개의 스트림인, 34 및 37로 분할된다. 분리기 (11)로부터의 액체 (스트림 (33))는 선택적으로 2개의 스트림인 35 및 38로 분할된다. (스트림 (35)은 스트림　(33)에서 0% 내지 100%의 분리기 액체를 함유할 수 있다. 스트림 (35)이 분리기 액체의 임의의 부분을 함유한다면, 도 1 공정은 미국 특허 제4,157,904호에 따른다. 그렇지 않으면, 도 1 공정은 미국 특허 제4,278,457호에 따른다.) 도 1에 도시된 공정에 대해, 스트림 (35)은 총 분리기 액체의 약 15%를 함유한다. 총 분리기 증기의 약 30%를 함유하는 스트림 (34)은 스트림 (35)과 결합되고 결합된 스트림 (36)은 상당한 응축으로 냉각되는 차가운 잔류 가스 (스트림 (39))와 열 교환 관계로 열 교환기 (12)를 통과한다. 이어서, -158℉ [-106℃]에서 생성된 실질적으로 응축된 스트림 (36a)은 팽창 밸브 (13)를 통해 분별증류 탑 (17)의 작동 압력 (대략 168　psia [1,156　kPa(a)])으로 급속 팽창된다. 팽창 동안에, 스트림의 일부가 기화되어 전체 스트림은 냉각된다. 도 1에 도시된 공정에서, 팽창 밸브 (13)를 떠나는 팽창된 스트림 (36b)은 -176℉ [-115℃]의 온도에 도달하고, 분별증류 탑 (17)의 상부 영역에서 분리기 섹션 (17a)으로 공급된다. 내부에서 분리된 액체는 탈메탄화 섹션 (17b)으로의 최상단 공급물이 된다.
분리기 (11)로부터의 증기의 잔여 70% (스트림 (37))는 고압 공급물의 이 부분으로부터 기계적 에너지가 추출되는 작업 팽창 기계 (14)로 유입된다. 상기 기계 (14)는 탑 작동 압력과 실질적으로 등방성으로 증기를 팽창시키고, 작업 팽창으로 팽창된 스트림 (37a)을 대략 -126℉ [-88℃]의 온도로 냉각시킨다. 전형적인 시판중인 팽창 기계는 이상적인 등엔트로피 팽창으로 이론적으로 이용 가능한 작업의 80 내지 85% 정도를 회수할 수 있다. 회수된 작업은 예를 들어, 잔류 가스 (스트림 (39b))를 재압축하는 데 사용될 수 있는 원심분리 압축기 (예컨대 품목 (15))를 구동하는 데 종종 사용된다. 이후, 부분적으로 응축된 팽창된 스트림 (37a)은 상부 중간-컬럼 공급 지점에서 분별증류 탑 (17)에 공급물로서 공급된다. 스트림 (38) 내 잔여 분리기 액체 (존재한다면)는 팽창 밸브 (16)에 의해 분별증류 탑 (17)의 작동 압력으로 팽창되고, 하부 중간-컬럼 공급 지점에서 분별증류 탑 (17)으로 공급되기 전에 스트림 (38a)은 -85℉ [-65℃]로 냉각시킨다.
탑 (17)에서의 탈메탄화기는 복수의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 패킹된 층 (packed bed), 또는 트레이와 패킹의 일부 조합을 포함하는 종래의 증류 컬럼이다. 천연 가스 처리 플랜트에서 종종 그러하듯이, 분별증류 탑은 2개의 섹션으로 이루어질 수 있다. 상부 섹션 (17a)은 분리기인데, 여기서 부분적으로 기화된 최상단 공급물은 그 각각의 증기 및 액체 부분으로 분할되며, 하부 증류 또는 탈메탄화 섹션 (17b)으로부터 상승하는 증기는 최상단 공급물의 증기 부분과 결합되어 탑의 최상단을 빠져나가는 차가운 탈메탄화기 오버헤드 증기 (스트림 (39))를 형성한다. 하부 탈메탄화 섹션 (17b)은 트레이 및/또는 패킹을 포함하며, 아래로 떨어지는 액체와 위로 상승하는 증기 사이에 필요한 접촉을 제공한다. 탈메탄화 섹션 (17b)은 또한, 컬럼 아래로 유동하는 액체의 일부를 가열 및 기화시켜 컬럼 위로 유동하는 스트리핑 증기를 제공하여 메탄 및 더 가벼운 성분의 액체 생성물인 스트림 (42)을 스트리핑하는 리보일러 (예컨대 이전에 기술된 리보일러 및 측면 리보일러 및 보충 리보일러 (18))를 포함한다.
액체 생성물 스트림 (42)은 하부 생성물의 부피 기준으로 0.5%의 메탄 농도의 전형적인 사양에 기초하여 7℉ [-14℃]에서 탑의 하부를 빠져나간다. 펌프 (21)에 의해 고압으로 펌핑 (스트림 (42a))된 다음, 전술한 바와 같이 열 교환기 (10)에서 공급 가스의 냉각을 제공함에 따라 95℉ [35℃]로 가열된다 (스트림 (42b)). 잔류 가스 (탈메탄화기 오버헤드 증기 스트림 (39))는 -176℉ [-115℃]에서 -47℉ [-44℃]로 가열되는 (스트림 (39a)) 열 교환기 (12) 및 113℉ [45℃]로 가열되는 (스트림 (39b)) 열 교환기 (10)에서 유입 공급 가스에 대해 역류로 통과한다. 이어서, 잔류 가스는 2단계로 재압축된다. 제1 단계는 팽창 기계 (14)에 의해 구동되는 압축기 (15)이다. 제2 단계는 잔류 가스 (스트림 (39d))를 판매 라인 압력까지 압축시키는 보조 전원에 의해 구동되는 압축기 (19)이다. 배출 냉각기 (20)에서 120℉ [49℃]까지 냉각시킨 후에, 잔류 가스 생성물 (스트림 (39e))은 라인 요건을 충족시키기에 충분한 765　psia [5,272　kPa(a)] (일반적으로 유입 압력과 거의 비슷함)에서 판매 가스 파이프라인으로 유동한다.
도 1에 도시된 공정에 대한 스트림 유량 및 에너지 소비량의 요약은 다음 표에 제시되어 있다:
표 I
(도 1)
Figure pct00001
Figure pct00002
도　2는 도 1의 처리 플랜트의 설계가 더 낮은 C2 성분 회수율 수준에서 작동하도록 조정될 수 있는 하나의 방식을 나타내는 공정 흐름도이다. 이는 천연 가스와 액체 탄화수소의 상대적인 값이 가변적일 때 일반적인 요건으로, 가끔 C2 성분의 회수율이 이익이 없도록 한다. 도 2의 공정은 도 1에 대해 전술한 바와 같이 동일한 공급 가스 조성 및 조건에 적용되었다. 그러나, 도 2의 공정 시뮬레이션에서, 공정 작동 조건은 분별증류 탑으로부터 하부 액체 생성물에서 이들을 회수하기 보다는 잔류 가스에 대한 거의 모든 C2 성분을 배제하도록 조정하였다.
이러한 공정 시뮬레이션에서, 유입 가스는 스트림 (31)으로서 120℉ [49℃] 및 815　psia [5,617　kPa(a)]에서 플랜트에 유입되며, 냉각 잔류 가스 스트림 (39a) 및 급속 분리기 액체 (스트림 (38a))와의 열 교환에 의해 열 교환기 (10)에서 냉각된다. (잔류 가스에 거의 모든 C2 성분을 배제하기 위해 도 2 공정을 작동시킨 하나의 결과는, 분별증류 탑 (17) 아래로 유동하는 액체의 온도가, 측면 리보일러 스트림 (40) 및 리보일러 스트림 (41)이 유입 가스를 냉각시키는데 사용되기에 너무 따뜻하여 모든 컬럼 리보일 열은 보충 리보일러 (18)에 의해 공급되어야 하는 정도로, 훨씬 더 따뜻하다는 점이다. 펌핑된 하부 생성물 (스트림 (42a))은 또한 너무 따뜻하여 유입 가스를 냉각시키는데 사용할 수 없다. 도 2의 공정에서, 급속 분리기 액체는 보충 리보일러 (18)로부터 요구되는 효율 (duty)을 동시에 감소시키면서 유입 가스의 일부 냉각을 제공하기 위해 측면 리보일러 액체 대신에 열 교환기 (10)에서 사용된다.) 냉각된 스트림 (31a)은 -14℉ [-26℃] 및 795　psia [5,479　kPa(a)]에서 분리기 (11)로 유입되는데, 이때 증기 (스트림 (32))는 응축된 액체 (스트림 (33))로부터 분리된다.
분리기 (11)로부터의 증기 (스트림 (32))는 2개의 스트림인, 34 및 37로 분할되며, 액체 (스트림 (33))는 선택적으로 2개의 스트림인, 35 및 38로 분할된다. 도 2에 도시된 공정에 대해, 스트림 (35)은 총 분리기 액체의 약 36%를 함유한다. 총 분리기 증기의 약 33%를 함유하는 스트림 (34)은 스트림 (35)과 결합되고 결합된 스트림 (36)은 부분 응축으로 냉각되는 차가운 잔류 가스 (스트림 (39))와 열 교환 관계로 열 교환기 (12)를 통과한다. 이어서, -72℉ [-58℃]에서 생성된 부분적으로 응축된 스트림 (36a)은 팽창 밸브 (13)를 통해 분별증류 탑 (17)의 작동 압력 (대략 200　psia [1,380　kPa(a)])으로 급속 팽창된다. 팽창 동안에, 스트림 내 액체 일부가 기화되어 전체 스트림은 냉각된다. 도 2에 도시된 공정에서, 팽창 밸브 (13)를 떠나는 팽창된 스트림 (36b)은 -138℉ [-94℃]의 온도에 도달하여 최상단 공급 지점에서 분별증류 탑 (17)으로 공급된다.
분리기 (11)로부터의 증기의 잔여 67% (스트림 (37))는 고압 공급물의 이 부분으로부터 기계적 에너지가 추출되는 작업 팽창 기계 (14)로 유입된다. 상기 기계 (14)는 탑 작동 압력과 실질적으로 등방성으로 증기를 팽창시키고, 상부 중간-컬럼 공급 지점에서 분별증류 탑 (17)으로 공급되기 전에 팽창된 스트림 (37a)을 대략 -103℉ [-75℃]의 온도로 냉각시킨다. 스트림 (38) 내 잔여 분리기 액체 (존재한다면)는 팽창 밸브 (16)에 의해 분별증류 탑 (17)의 작동 압력에 비해 약간 높게 팽창하여, 전술한 바와 같이 열 교환기 (10)에서 103℉ [39℃]로 가열되기 전에 -61℉ [-51℃]로 스트림 (38a)을 냉각시킨 다음, 가열된 스트림 (40a)을 하부 중간-컬럼 공급 지점에서 분별증류 탑 (17)으로 공급된다.
분별증류 탑 (17)이 도 2에 나타낸 바와 같이 잔류 가스 생성물에 대한 C2 성분을 배제하도록 작동될 때, 컬럼은 전형적으로 탈에탄화기로 지칭되며, 그 하부 섹션 (17b)은 탈에탄화 섹션으로 불리는 것에 주목한다. 액체 생성물 스트림 (42)은 하부 생성물에서 부피 기준으로 0.020:1의 에탄 대 프로판 비의 전형적인 사양에 기초하여 137℉ [58℃]에서 탈에탄화기 (17)의 하부를 빠져나간다. 잔류 가스 (탈에탄화기 오버헤드 증기 스트림 (39))는 전술한 바와 같이 냉각을 제공함에 따라 -91℉ [-68℃]에서 -29℉ [-34℃]로 가열되는 (스트림 (39a)) 열 교환기 (12) 및 103℉ [39℃]로 가열되는 (스트림 (39b)) 열 교환기 (10)에서 유입되는 공급 가스에 대해 역류로 통과한다. 이어서, 잔류 가스는 팽창 기계 (14)에 의해 구동되는 압축기 (15) 및 보조 전원에 의해 구동되는 압축기 (19)의 두 단계로 재압축된다. 스트림 (39d)을 배출 냉각기 (20)에서 120℉ [49℃]로 냉각시킨 후에, 잔류 가스 생성물 (스트림 (39e))은 765　psia [5,272　kPa(a)]에서 판매 가스 파이프라인으로 유동한다.
도 2에 도시된 공정에 대한 스트림 유량 및 에너지 소비량의 요약은 다음 표에 제시되어 있다:
표 II
(도 2)
Figure pct00003
Figure pct00004
계류중인 출원에 대한 설명
계류중인 출원 제15/332,723호는 하부 액체 생성물에서 더 많은 C2 성분을 회수하기 위해 도 1 공정의 성능을 개선시키는 하나의 수단을 기술한다. 도 1은 도 3에 나타낸 바와 같이 이 공정을 사용하도록 조정될 수 있다. 도 1 공정과 동일한 수준으로 액체 생성물의 메탄 함량을 감소시키기 위해 도 3 공정의 작동 조건은 도시된 바와 같이 조정되었다. 도 3에 제시된 공정에서 고려되는 공급 가스 조성 및 조건은 도 1의 것과 동일하다. 따라서, 도 3 공정은 도 1 공정의 것과 비교될 수 있다.
도 3 공정에 대해 나타낸 대부분의 공정 조건은 도 1 공정에 대한 상응하는 공정 조건과 거의 동일하다. 주요 차이점은 실질적으로 응축된 스트림 (36a) 및 컬럼 오버헤드 증기 스트림 (39)의 배치이다. 도 3 공정에서, 컬럼 오버헤드 증기 스트림 (39)은 2개의 스트림인 스트림 (151) 및 스트림 (152)으로 분할되는데, 이때 스트림 (151)은 환류 압축기 (22)에 의해 분별증류 탑 (17)의 작동 압력 (대략 174　psia [1,202　kPa(a)])으로부터 대략 379　psia [2,616　kPa(a)]로 압축된다. 이어서, -81℉ [-63℃]에서 압축된 스트림 (151a) 및 -81℉ [-63℃]에서 실질적으로 응축된 스트림 (36a)은 처리 어셈블리 (117)의 냉각 섹션 (117a)에서 열 교환 수단으로 보내진다. 이 열 교환 수단은 핀 및 튜브형 열 교환기, 플레이트형 열 교환기, 브레이징 알루미늄형 열 교환기 또는 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열 교환기를 포함하는 다른 유형의 열 전달 장치로 구성될 수 있다. 열 교환 수단은 열 교환 수단의 하나의 통과를 통해 유동하는 스트림 (151a), 열 교환 수단의 또 다른 통과를 통해 유동하는 실질적으로 응축된 스트림 (36a)과 처리 어셈블리 (117)의 정류 섹션 (117b)으로부터 발생하는 추가 정류된 증기 스트림 사이에서 열 교환을 제공하여 스트림 (151a)은 실질적인 응축 (스트림 (151b))으로 냉각되고 스트림 (36a)은 추가 정류된 증기 스트림을 가열하면서 추가로 냉각 (스트림 (36b))되도록 구성된다.
이어서, -171℉ [-113℃]에서 실질적으로 응축된 스트림 (151b)은 팽창 밸브 (23)를 통해 분별증류 탑 (17)의 작동 압력에 비해 약간 높게 급속 팽창된다. 팽창 동안에, 스트림의 일부가 기화되어 전체 스트림은 냉각될 수 있다. 도 3에 도시된 공정에서, 팽창 밸브 (23)를 떠나는 팽창된 스트림 (151c)은 처리 어셈블리 (117)의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단으로 보내지기 전에 -185℉ [-121℃]의 온도에 도달한다. 이 열 및 물질 전달 수단은 또한 핀 및 튜브형 열 교환기, 플레이트형 열 교환기, 브레이징 알루미늄형 열 교환기, 또는 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열 교환기를 포함하는 다른 유형의 열 전달 장치로 구성될 수 있다. 열 및 물질 전달 수단은 열 및 물질 전달 수단의 1회 통과를 통해 위로 유동하는 처리 어셈블리 (117)의 흡수 섹션 (117c)으로부터 발생하는 부분적으로 정류된 증기 스트림과 아래로 유동하는 급속 팽창된 실질적으로 응축된 스트림 (151c) 사이에 열 교환을 제공하여 부분적으로 정류된 증기 스트림이 팽창된 스트림을 가열하면서 냉각되도록 구성된다. 부분적으로 정류된 증기 스트림이 냉각됨에 따라, 잔여 증기는 열 및 물질 전달 수단을 통해 위로 계속해서 유동하면서 그 일부가 응축되어 아래로 떨어진다. 열 및 물질 전달 수단은 응축된 액체와 부분적으로 정류된 증기 스트림 사이에 연속적인 접촉을 제공하여 증기 상과 액체 상 사이에 물질 전달을 제공하는 기능도 하여, 이로써 부분적으로 정류된 증기 스트림의 추가 정류를 제공하여 추가 정류된 증기 스트림을 형성한다. 이어서, 열 및 물질 전달 수단으로부터 발생하는 이러한 추가 정류된 증기 스트림은 처리 어셈블리 (117)의 냉각 섹션 (117a)에서 열 교환 수단으로 보내져 전술한 바와 같이 가열된다. 열 및 물질 전달 수단의 하부로부터의 응축된 액체는 처리 어셈블리 (117)의 흡수 섹션 (117c)으로 보내진다.
급속 팽창된 스트림 (151c)은 부분적으로 정류된 증기 스트림의 냉각 및 부분 응축을 제공함에 따라 추가로 기화되며 -178℉ [-117℃]에서 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단을 빠져나간다. 가열된 급속 팽창된 스트림은 처리 어셈블리 (117)의 분리기 섹션 (117d)으로 배출되고 그 각각의 증기 상과 액체 상으로 분리된다. 증기 상은 오버헤드 증기 스트림 (39)의 잔여 부분 (스트림 (152))과 결합하여, 결합된 증기 스트림을 형성하며 이는 처리 어셈블리 (117)의 흡수 섹션 (117c)에서 물질 전달 수단으로 유입된다. 물질 전달 수단은 복수의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 패킹된 층, 또는 트레이와 패킹의 일부 조합으로 이루어질 수 있지만, 또한 핀 및 튜브형 열 교환기, 플레이트형 열 교환기, 브레이징 알루미늄형 열 교환기, 또는 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열 교환기를 포함하는 다른 유형의 열 전달 장치에서 비-열 전달 영역으로 구성될 수 있다. 물질 전달 수단은 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단의 하부를 떠나는 차가운 응축된 액체와 분리기 섹션 (117d)으로부터 발생하는 결합된 증기 스트림 사이의 접촉을 제공하도록 구성된다. 결합된 증기 스트림이 흡수 섹션 (117c)을 통해 위로 상승함에 따라, 차가운 액체와 접촉하여 아래로 떨어지면서 결합된 증기 스트림으로부터 C2 성분, C3 성분, 및 중질 성분을 응축 및 흡수한다. 이어서, 생성된 부분적으로 정류된 증기 스트림은 전술한 바와 같이 추가 정류를 위해 처리 어셈블리 (117)의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단으로 보내진다.
분리기 섹션 (117d)에서 분리된 처리 어셈블리 (117)의 정류 섹션 (117b)을 떠나는 가열된 급속 팽창된 스트림으로부터의 액체 상 (존재한다면)은 처리 어셈블리 (117)의 흡수 섹션 (117c)에서 물질 전달 수단의 하부를 떠나는 증류 액체와 결합하여, 결합된 액체 스트림 (154)을 형성한다. 결합된 액체 스트림 (154)은 처리 어셈블리 (117)의 하부를 떠나며 펌프 (24)에 의해 고압으로 펌핑된다 (-170℉ [-112℃]에서 스트림 (154a)). -169℉ [-112℃]에서 추가로 냉각된 스트림 (36b)은 팽창 밸브 (13)를 통해 분별증류 탑 (17)의 작동 압력으로 급속 팽창된다. 팽창 동안에, 스트림의 일부가 기화되어 전체 스트림은 -177℉ [-116℃]로 냉각될 수 있다. 이어서, 급속 팽창된 스트림 (36c)은 펌핑된 스트림 (154a)과 결합하여, 결합된 공급 스트림 (155)을 형성하고, 이어서 -176℉ [-116℃]에서 최상단 공급 지점에서 분별증류 컬럼 (17)으로 유입된다.
추가 정류된 증기 스트림은 -182℉ [-119℃]에서 처리 어셈블리 (117)의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단을 떠나서 처리 어셈블리 (117)의 냉각 섹션 (117a)에서 열 교환 수단으로 유입된다. 증기는 전술한 바와 같이 스트림 (36a 및 151a)에 냉각을 제공함에 따라 -96℉ [-71℃]로 가열된다. 이어서, 가열된 증기는 냉각 잔류 가스 스트림 (153)으로서 처리 어셈블리 (117)로부터 배출되며, 이는 도 1 공정에서 스트림 (39)에 대해 전술한 바와 같이 가열 및 압축된다.
도 3에 도시된 공정에 대한 스트림 유량 및 에너지 소비량의 요약은 다음 표에 제시되어 있다:
[표 III]
(도 3)
Figure pct00005
Figure pct00006
표　I과 III의 비교는, 도 1 공정과 비교하여, 도 3 공정은 에탄 회수율이 96.69%에서 98.70%로, 프로판 회수율이 99.84%에서 100.00%로, 그리고 부탄+ 회수율이 99.99%에서 100.00%로 향상된다는 것을 보여준다. 표 I과 III의 비교는 추가 전력을 사용하지 않고 이러한 증가된 생성물 수율이 달성되었음을 추가로 보여준다.
계류중인 출원 제15/332,723호의 공정은 또한 액체 생성물에서 이들을 회수하기 보다는 잔류 가스에 대한 거의 모든 C2 성분을 배제하도록 작동될 수 있다. 도 3 공정의 작동 조건은 액체 생성물의 에탄 함량을 본질적으로 도 2 공정과 동일한 수준으로 감소시키기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 변경될 수 있다 (처리 어셈블리 (117)의 냉각 섹션 (117a)에서 열 교환 수단의 공회전링을 포함함). 도 4에 제시된 공정에서 고려되는 공급 가스 조성 및 조건은 도 2의 것과 동일하다. 따라서, 도 4 공정은 도 2 공정의 것과 비교될 수 있다.
도 4 공정에 대해 나타낸 대부분의 공정 조건은 도 2 공정에 대한 상응하는 공정 조건과 거의 동일하다. 주요 차이점은 실질적으로 응축된 스트림 (36a) 및 컬럼 오버헤드 증기 스트림 (39)의 배치이다. 도 4 공정에서, 실질적으로 응축된 스트림 (36a)은 팽창 밸브 (23)를 통해 분별증류 탑 (17)의 작동 압력 (대략 200 psia [1,381 kPa (a)])보다 약간 높게 급속 팽창된다. 팽창 동안에, 스트림의 일부가 기화되어 전체 스트림은 냉각된다. 도 4의 도시된 공정에서, 팽창 밸브 (23)를 떠나는 팽창된 스트림 (36b)은 처리 어셈블리 (117)의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단으로 보내지기 전에 -156℉ [-104℃]의 온도에 도달한다.
급속 팽창된 스트림 (36b)은 결합된 증기 스트림의 냉각 및 부분 응축을 제공함에 따라 추가로 기화되며 -83℉ [-64℃]에서 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단을 빠져나간다. 가열된 급속 팽창된 스트림은 처리 어셈블리 (117)의 분리기 섹션 (117d)으로 배출되고 그 각각의 증기 상과 액체 상으로 분리된다. 증기 상은 오버헤드 증기 스트림 (39)과 결합하여 결합된 증기 스트림을 형성하며 이는 전술한 바와 같이 흡수 섹션 (117c)에서 물질 전달 수단으로 유입되며, 액체 상은 흡수 섹션 (117c)에서 물질 전달 수단의 하부로부터 응축된 액체와 결합하여 결합된 액체 스트림 (154)을 형성한다. 결합된 액체 스트림 (154)은 처리 어셈블리 (117)의 하부를 떠나고, 펌프 (24)에 의해 더 높은 압력으로 펌핑되어 -73℉ [-58℃]에서의 스트림 (154a)이 최상단 공급 지점에서 분별증류 컬럼 (17)으로 유입될 수 있다. 추가 정류된 증기 스트림은 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단을 떠나고, 차가운 잔류 가스 스트림 (153)으로서 -104℉ [-76℃]에서 처리 어셈블리 (117)로부터 배출된 다음, 도 2 공정에서 스트림 (39)에 대해 전술한 바와 같이 가열 및 압축된다.
도 4에 도시된 공정에 대한 스트림 유량 및 에너지 소비량의 요약은 다음 표에 제시되어 있다:
표 IV
(도 4)
Figure pct00007
Figure pct00008
표　II와 IV의 비교는, 도 2 공정과 비교하여, 도 4 공정은 프로판 회수율이 89.20%에서 96.50%로, 그리고 부탄+ 회수율이 98.81%에서 100.00%로 향상된다는 것을 보여준다. 표 II와 IV의 비교는 추가 전력을 사용하지 않고 이러한 증가된 생성물 수율이 달성되었음을 추가로 보여준다.
발명의 기술
실시예 1
액체 생성물에서 C2 성분의 회수율을 최대화하는 것이 바람직한 이러한 경우에 (예를 들어, 전술한 도 1의 종래 공정에서와 같이), 본 발명은 도 1에 도시된 종래 기술의 공정 및 도 3에 도시된 계류중인 출원 제15/332,723호의 공정에 비해 상당한 효율 이점을 제공한다. 도 5는 본 발명을 사용하도록 조정된 도 1의 종래 공정의 흐름도를 도시한다. 도 5 공정의 작동 조건은 액체 생성물의 에탄 함량을 도 1 및 3 공정을 사용하여 가능한 수준 이상으로 증가시키도록 도시된 바와 같이 조정되었다. 도 5에 제시된 공정에서 고려되는 공급 가스 조성 및 조건은 도 1 및 3의 것과 동일하다. 따라서, 도 5 공정은 본 발명의 이점을 예시하기 위해 도 1 및 3 공정의 것과 비교될 수 있다.
도 5 공정에 대해 도시된 대부분의 공정 조건은 도 1 공정에 대한 상응하는 공정 조건과 거의 동일하다. 주요 차이점은 실질적으로 응축된 스트림 (36a) 및 컬럼 오버헤드 증기 스트림 (39)의 배치이다. 도 5 공정에서, -141℉ [-96℃] 및 236　psia [1,625　kPa(a)]에서의 컬럼 오버헤드 증기 스트림 (39) (분별증류 탑 (17)의 작동 압력)은 단일 장비 품목 처리 어셈블리 (117) 내부의 분리기 섹션 (117d)으로 보내진다. -105℉ [-76℃]에서 실질적으로 응축된 스트림 (36a) 및 -95℉ [-71℃]로 부분적으로 냉각된 재순환 스트림 (151a)은 처리 어셈블리 (117) 내부의 냉각 섹션 (117a)에서 열 교환 수단으로 보내진다. 이 열 교환 수단은 핀 및 튜브형 열 교환기, 플레이트형 열 교환기, 브레이징 알루미늄형 열 교환기, 또는 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열 교환기를 포함하는 다른 유형의 열 전달 장치로 구성될 수 있다. 열 교환 수단은 열 교환 수단의 하나의 통과를 통해 유동하는 실질적으로 응축된 스트림 (36a), 열 교환 수단의 또 다른 통과를 통해 유동하는 부분적으로 냉각된 재순환 스트림 (151a)과 처리 어셈블리 (117) 내부의 정류 섹션 (117b)로부터 발생하는 결합된 스트림 사이에서 열 교환을 제공하여 스트림 (36a)은 추가로 냉각되고 (스트림 36b), 스트림 (151a)은 결합된 스트림을 가열하면서 실질적인 응축 (스트림 (151b))으로 냉각된다.
처리 어셈블리 (117) 내부의 흡수 섹션 (117c)은 물질 전달 수단을 포함한다. 이 물질 전달 수단은 복수의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 패킹된 층, 또는 트레이와 패킹의 일부 조합으로 이루어질 수 있지만, 또한 핀 및 튜브형 열 교환기, 플레이트형 열 교환기, 브레이징 알루미늄형 열 교환기, 또는 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열 교환기를 포함하는 다른 유형의 열 전달 장치에서 비-열 전달 영역으로 구성될 수 있다. 물질 전달 수단은 처리 어셈블리 (117) 내부의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단의 하부를 떠나는 차가운 응축된 액체와 처리 어셈블리 (117) 내부의 분리기 섹션 (117d)으로부터 발생하는 컬럼 오버헤드 증기 스트림 (39) 사이의 접촉을 제공하도록 구성된다. 컬럼 오버헤드 증기 스트림이 흡수 섹션 (117c)을 통해 위로 상승함에 따라, 차가운 액체와 접촉하여 아래로 떨어지면서 증기 스트림으로부터 C2 성분, C3 성분, 및 중질 성분을 응축 및 흡수한다. 이어서, 생성된 부분적으로 정류된 증기 스트림은 추가의 정류를 위해 처리 어셈블리 (117) 내부의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단으로 보내진다.
-168℉ [-111℃]에서 실질적으로 응축된 스트림 (151b)은 팽창 밸브 (23)를 통해 분별증류 탑 (17)의 작동 압력에 비해 약간 높게 급속 팽창된다. 팽창 동안에, 스트림의 일부가 기화되어 전체 스트림은 냉각될 수 있다. 도 5에 도시된 공정에서, 팽창 밸브 (23)를 떠나는 팽창된 스트림 (151c)은 처리 어셈블리 (117) 내부의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단으로 보내지기 전에 -174℉ [-114℃]의 온도에 도달한다. 이 열 및 물질 전달 수단은 또한 핀 및 튜브형 열 교환기, 플레이트형 열 교환기, 브레이징 알루미늄형 열 교환기, 또는 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열 교환기를 포함하는 다른 유형의 열 전달 장치로 구성될 수 있다. 열 및 물질 전달 수단은 열 및 물질 전달 수단의 1회 통과를 통해 위로 유동하는 처리 어셈블리 (117) 내부의 흡수 섹션 (117c)으로부터 발생하는 부분적으로 정류된 증기 스트림과 아래로 유동하는 급속 팽창된 실질적으로 응축된 스트림 (151c) 사이에 열 교환을 제공하여 부분적으로 정류된 증기 스트림이 팽창된 스트림을 가열하면서 냉각되도록 구성된다. 부분적으로 정류된 증기 스트림이 냉각됨에 따라, 잔여 증기는 열 및 물질 전달 수단을 통해 위로 계속해서 유동하면서 그 일부가 응축되어 아래로 떨어진다. 열 및 물질 전달 수단은 응축된 액체와 부분적으로 정류된 증기 스트림 사이에 연속적인 접촉을 제공하여 증기 상과 액체 상 사이에 물질 전달을 제공하는 기능도 하여, 이로써 부분적으로 정류된 증기 스트림의 추가 정류를 제공하여 추가 정류된 증기 스트림을 형성한다. 열 및 물질 전달 수단의 하부로부터의 응축된 액체는 처리 어셈블리 (117) 내부의 흡수 섹션 (117c)으로 보내진다.
급속 팽창된 스트림 (151c)은 부분적으로 정류된 증기 스트림의 냉각 및 부분 응축을 제공함에 따라 추가로 기화되며 -172℉ [-113℃]에서 처리 어셈블리 (117) 내부의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단을 빠져나간다. 이어서, 가열된 급속 팽창된 스트림은 추가 정류된 증기 스트림과 혼합되어 -172℉ [-113℃]에서 결합된 스트림을 형성하며 이는 처리 어셈블리 (117) 내부의 냉각 섹션 (117a)에서 열 교환 수단으로 보내진다. 결합된 스트림은 전술한 바와 같이 스트림 (36a 및 151a)에 냉각을 제공함에 따라 가열된다.
흡수 섹션 (117c)에서 물질 전달 수단의 하부를 떠나는 증류 액체는 처리 어셈블리 (117)의 하부 (스트림 (154))로부터 배출되고 펌프 (24)에 의해 더 높은 압력으로 펌핑된다 (-146℉ [-99℃]에서 스트림 (154a)). -157℉ [-105℃]에서 추가로 냉각된 실질적으로 응축된 스트림 (36b)은 팽창 밸브 (13)를 통해 분별증류 탑 (17)의 작동 압력으로 급속 팽창된다. 팽창 동안에, 스트림의 일부가 기화되어 전체 스트림을 냉각시킬 수 있지만, 이 경우 상당한 기화가 없고 대신 스트림이 -156℉ [-104℃]로 약간 따뜻해진다. 이어서, 급속 팽창된 스트림 (36c)은 펌핑된 스트림 (154a)과 결합하여, 결합된 공급 스트림 (155)을 형성하고, 이는 -154℉ [-103℃]에서 최상단 공급 지점에서 분별증류 컬럼 (17)으로 진입한다.
가열된 결합 스트림 (152)은 -109℉ [-79℃]에서 처리 어셈블리 (117) 내부의 냉각 섹션 (117a)에서 열교환 수단으로부터 배출되고, 스트림 (156) 및 스트림 (157)의 두 부분으로 분할된다. 스트림 (157)은 도 1의 공정에서 스트림 (39)에 대해 전술한 바와 같이 열 교환기 (12 및 10)에서 가열된다. 스트림 (156)은 스트림 (151)을 재순환시키기 위해 냉각을 제공할 때 91℉ [33℃] (스트림 (156a))로 가열되는 열 교환기 (22)로 보내진다. 가열된 스트림 (156a)은 가열된 스트림 (157b)에 재결합하여 102℉ [39℃]에서 스트림 (152a)을 형성한 후, 도 1 공정에서 스트림 (39)에 대해 전술한 바와 같이 압축된다. 배출 냉각기 (20)에서 120℉ [49℃]로 냉각한 후, 스트림 (152d)은 잔류 가스 생성물 (스트림 (153))과 재순환 스트림 (스트림 (151))으로 분할된다. 스트림 (153)은 765 psia [5,272 kPa(a)]에서 세일 가스 파이프 라인으로 흐르며, 재순환 스트림 (151)은 열 교환기 (22)로 보내져 전술한 바와 같이 냉각된다.
도 5에 도시된 공정에 대한 스트림 유량 및 에너지 소비량의 요약은 다음 표에 제시되어 있다:
표 V
(도 5)
Figure pct00009
Figure pct00010
표　I과 V의 비교는, 도 1의 종래 기술과 비교하여, 본 발명은 에탄 회수율이 96.69%에서 99.51%로, 프로판 회수율이 99.84%에서 100.00%로 그리고 부탄+ 회수율이 99.99%에서 100.00%로 향상된다는 것을 보여준다. 이러한 개선된 회수율의 경제적 영향은 상당하다. 상응하는 탄화수소 가스와 비교하여 탄화수소 액체에 대해 평균 증분 값 $ 0.10/갤런 [€ 21.9/m3]을 사용하여, 개선된 회수율은 플랜트 운영자의 US $　690,000 [€ 580,000] 이상의 추가 연간 수익을 나타낸다. 표　III 및 V의 비교는 본 발명이 또한 계류중인 출원 제15/332,723호에 비해 개선되어 에탄 회수율이 98.70%에서 99.51%로 증가함을 보여준다. 표　I, III, 및 V의 비교는 또한 이러한 증가된 생성물 수율이 도 1 및 3 공정 보다 적은 전력을 사용하여 달성되었음을 보여준다. 회수 효율 (전력 단위당 회수된 C2 성분 및 중질 성분의 양에 의해 정의됨)의 관점에서, 본 발명은 도 1의 종래 기술에 비해 5% 이상의 개선을 나타낸다.
도 1의 종래 기술 공정의 것에 비해 본 발명에 의해 제공되는 회수 효율의 개선은 주로, 도 1의 종래 기술 공정에서 스트림 (36b)에 의해 제공되는 직접- 접촉 냉각에 추가하여, 처리 어셈블리 (117) 내부의 정류 섹션 (117b)에서 급속 팽창 스트림 (151c)에 의해 제공되는 컬럼 오버헤드 증기의 보충 간접 냉각에 기인한다. 스트림 (36b)은 상당히 차갑지만, 탈메탄화기 (17)가 포획해야 하는 상당한 농도의 C2 성분, C3 성분, 및 C4+ 성분을 함유하기 때문에 이상적인 환류 스트림이 아니여서 도 1의 종래 기술 공정에 대해 칼럼 (17)의 최상단에서의 평형 효과로 인해 이러한 바람직한 성분의 손실을 초래한다. 그러나, 도 5에 나타낸 본 발명의 경우, 급속 팽창된 스트림 (151c)에 의해 제공되는 보충 냉각은 급속 팽창된 스트림 (151c)과 정류될 컬럼 오버헤드 증기 스트림 사이에 직접적인 접촉이 없기 때문에 극복할 평형 효과도 없다.
본 발명은 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단을 사용하여 컬럼 오버헤드 증기 스트림을 동시에 냉각시키고 이로부터 중질 탄화수소 성분을 응축시켜 종래의 증류 컬럼에서 환류를 사용하는 것보다 더 효율적인 정류를 제공하는 추가의 이점을 갖는다. 그 결과, 많은 C2 성분, C3 성분, 및 중질 탄화수소 성분은 종래의 물질 전달 장비 및 종래의 열 전달 장비를 사용할 수 있는 것보다 급속 팽창된 스트림 (151c)에서 이용 가능한 냉동을 사용하여 컬럼 오버헤드 증기 스트림으로부터 제거될 수 있다.
본 발명은 처리 효율의 증가에 추가하여, 종래 기술에 비해 두 가지 다른 이점을 제공한다. 첫째, 본 발명의 처리 어셈블리 (117)의 컴팩트한 배치는 일반적으로 3개의 개별 장비 품목 (냉각 섹션 (117a)에서의 열 교환 수단, 정류 섹션 (117b)에서의 열 및 물질 전달 수단, 및 흡수 섹션 (117c)에서의 물질 전달 수단)이 되는 것은 단일 장비 품목 (본 발명의 도 5에서의 처리 어셈블리 (117))으로 통합된다. 이는 플롯 공간 요건을 감소시키고 상호 연결 배관을 제거하여 본 발명을 사용하기 위해 처리 플랜트를 변경하는 자본 비용을 감소시킨다. 둘째, 상호연결 배관의 제거는 본 발명을 사용하도록 변경된 처리 플랜트가 플랜지 연결을 훨씬 적게하여 플랜트 내의 잠재적 누출 원인의 수를 감소시킨다는 것을 의미한다. 탄화수소는 휘발성 유기 화합물 (VOC)이며 이들 중 일부는 온실 가스로 분류되며 일부는 대기 오존 형성의 전구체일 수 있으며, 이는 본 발명이 환경을 손상시킬 수 있는 대기 방출 가능성을 감소시킨다는 것을 의미한다.
본 발명의 하나의 추가의 이점은 기존 가스 처리 플랜트에 얼마나 쉽게 통합되어 상기 기술된 우수한 성능에 영향을 미칠 수 있는 지이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 기존 플랜트에 대해 6개의 연결 (통상적으로 "타이-인 (tie-ins)"으로 지칭됨)만이 필요하다: 실질적으로 응축된 스트림 (36a) (서비스로부터 제거되는 스트림 (36a)과 스트림 (36b) 사이에 점선으로 표시됨), 컬럼 공급물 라인 (155) (스트림 (154a)과의 연결로 표시됨), 컬럼 오버헤드 증기 스트림 (39) (서비스로부터 제거되는 스트림 (39)과 스트림 (152) 사이에 점선, 스트림 (156)과의 연결 및 스트림 (157b)와의 연결로 표시됨) 및 잔류 가스 라인 (153) (스트림 (151)과의 연결로 표시됨). 기존 플랜트는 새로운 처리 어셈블리 (117)가 분별증류 탑 (17) 근처에 설치되는 동안 계속 작동될 수 있으며, 설치가 완료될 때 짧은 플랜트 셧다운만으로 이들 6개의 기존 라인에 새로운 타이-인을 제공할 수 있다. 이어서, 압축 전력을 증가시키지 않고도 제품 회수율이 현재 더 높다는 점을 제외하고는, 기존의 모든 장비를 서비스 상태로 유지하고 정확히 이전처럼 작동하면서 플랜트를 재가동할 수 있다.
도 3에 도시된 계류중인 출원 제15/332,723호보다 본 발명이 더 효율적인 주요 이유는, 잔류 가스가 압축된 후에 배출 냉각기 (20)의 하류에서 도 5 공정에서 재순환 스트림 (151)을 회수함으로써 도 3 공정에서 환류 압축기 (22)에 의해 부가된 압축 열을 거의 모두 제거한다는 점이다. 도 3 공정에서, 압축기 배출 스트림 (151a)은 압축기 흡입 스트림 (151)보다 훨씬 더 뜨겁다 (스트림 (151a)의 경우 -81℉ [-63℃] 대 스트림 (151)의 경우 -167℉ [-110℃]). 압축된 스트림에서의 이러한 추가의 열은 도 3 공정에서 처리 어셈블리(117) 내부의 냉각 섹션 (117a)에서 제거되어야 하며, 이는 스트림 (36a 및 151a)에 대해 더 적은 냉각이 이용 가능하다는 것을 의미한다. 이것을 냉각된 압축된 재순환 스트림 (151)이 압축기 흡입 스트림 (152a)과 거의 동일한 온도인 본 발명의 도 5 구현예와 대조한다 (스트림 (151)의 경우 120℉ [49℃] 대 스트림 (152a)의 경우 102℉ [39℃]). 이는 스트림 (151 및 36)이 처리 어셈블리 (117)로 들어가기 전에 열 교환기 (22 및 12)에서 냉각 잔류 가스 스트림 (152)에 의해 상당히 낮은 온도로 냉각될 수 있게 한다. 이것은 플래시 확장 스트림 (151c)에 대해 더 많은 흐름 (도 3의 스트림 (151c)에 비해 흐름의 두 배 이상)을 허용하는, 본 발명의 처리 어셈블리 (117) 내부의 냉각 섹션 (117a)에서 더 많은 냉각이 이용 가능하다는 것을 의미하며, 이는 다시 탈메탄화기 (17)의 최상단으로 보다 많은 환류 유동을 허용한다 (도 3의 스트림 (155)과 비교하여 도 5의 스트림 (155)의 경우 10% 더 높은 유동).
실시예 2
본 발명은 또한 생성물 경제성이 잔류 가스 생성물에 대한 C2 성분의 제거를 선호할 때 이점을 제공한다. 본 발명은 도 6에 나타낸 바와 같이 미국 특허 제9,637,428호 및 제9,927,171호와 유사한 방식으로 작동하도록 쉽게 재구성될 수 있다. 본 발명의 도 5 구현예의 작동 조건은 액체 생성물의 에탄 함량을 도 2의 종래 기술 공정의 것과 그리고 도 4에 도시된 계류중인 출원 제15/332,723호의 것과 동일한 수준으로 감소시키기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 변경될 수 있다. 도 6에 제시된 공정에서 고려되는 공급 가스 조성 및 조건은 도 2 및 4의 것과 동일하다. 따라서, 도 6 공정은 본 발명의 이점을 추가로 설명하기 위해 도 2 및 4의 것과 비교될 수 있다.
본 발명을 이러한 방식으로 작동시킬 때, 도 6 공정에 대해 나타낸 많은 공정 조건은, 대부분의 공정 조건이 본 발명의 도 5 구현예와 유사하더라도, 도 2 공정에 대한 상응하는 공정 조건과 거의 동일하다. 도 5 구현예에 비해 주요 차이점은 도 6에 대한 처리 어셈블리 (117) 내부의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단으로 보내지는 급속 팽창 스트림 (36b)이 도 5에서와 같이 압축된 잔류 가스 스트림 (152d)이 아니라 실질적으로 응축된 스트림 (36a)으로부터 유래한다는 점이다. 그와 같이, 재순환 되지 않고, 열 교환기(22)는 이러한 방식으로 작동할 때 서비스가 중단 (점선으로 표시된)될 수 있다.
도 6에 나타낸 작동 조건에 대해, 결합된 스트림 (36)은 냉각 잔류 가스 스트림 (152)과의 열 교환에 의해 열 교환기 (12)에서 -92℉ [-69℃]로 냉각된다. 실질적으로 응축된 스트림 (36a)은 팽창 밸브 (23)를 통해 분별증류 탑 (17)의 작동 압력 (대략 200　psia [1,381　kPa(a)])에 비해 약간 높게 급속 팽창된다. 팽창 동안에, 스트림의 일부가 기화되어 전체 스트림은 냉각될 수 있다. 도 6에 도시된 공정에서, 팽창 밸브 (23)를 떠나는 팽창된 스트림 (36b)은 처리 어셈블리 (117) 내부의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단으로 보내지기 전에 -156℉ [-104℃]의 온도에 도달한다.
급속 팽창된 스트림 (36b)은 부분적으로 정류된 증기 스트림의 냉각 및 부분 응축을 제공함에 따라 추가로 기화되며 -83℉ [-64℃]에서 처리 어셈블리 (117) 내부의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단을 빠져나간다. 이어서, 가열된 급속 팽창된 스트림 (36c)은 펌핑된 액체 스트림 (154a)과 혼합되어 결합된 공급 스트림 (155)을 형성하고, 이는 -82℉ [-64℃]에서 최상단 공급 지점에서 분별증류 컬럼 (17)으로 유입된다.
추가 정류된 증기 스트림은 -104℉ [-76℃]에서 처리 어셈블리 (117) 내부의 정류 섹션 (117b)에서 열 및 물질 전달 수단을 떠난다. 처리 어셈블리 (117) 내부의 냉각 섹션 (117a)에서 열 교환 수단이 공회전했기 때문에, 증기는 단순히 냉각 잔류 가스 스트림 (152)으로서 처리 어셈블리 (117)로부터 배출되며, 이는 도 2 공정에서 스트림 (39)에 대해 전술한 바와 같이 가열 및 압축된다.
도 6에 도시된 공정에 대한 스트림 유량 및 에너지 소비량의 요약은 다음 표에 제시되어 있다:
표 VI
(도 6)
Figure pct00011
Figure pct00012
표　II와 VI의 비교는, 종래 기술과 비교하여, 도 6 공정은 프로판 회수율이 89.20%에서 96.50%로 그리고 부탄+ 회수율이 98.81%에서 100.00%로 향상된다는 것을 보여준다. 표　II와 VI의 비교는 또한, 추가의 전력을 사용하지 않고 이러한 증가된 생성물 수율을 달성하였음을 보여준다. 이러한 개선된 회수율의 경제적 영향은 상당하다. 상응하는 탄화수소 가스와 비교하여 탄화수소 액체에 대해 평균 증분 값 $ 0.58/갤런 [€129/m3]을 사용하여, 개선된 회수율은 플랜트 운영자에 대해 US$　4,720,000 [€3,930,000] 이상의 추가 연간 수익을 나타낸다. 표　IV 및 VI의 비교는, 도 6 공정은 잔류 가스 생성물에 대해 C2 성분을 배제할 때 계류중인 출원 제15/332,723호와 본질적으로 동일한 성능을 갖는다는 것을 보여준다.
다른 구현예
일부 상황은 장비 품목 수와 플롯 공간 요건을 추가로 감소시키기 위해 처리 어셈블리 내부에 액체 펌프를 장착하는 것을 선호할 수 있다. 그러한 구현예는 도 7 및 10에 나타내어져 있는데, 펌프 (124)는 도관 (154)을 통해 분리기 섹션 (117d)으로부터 증류 액체 스트림으로 보내서 스트림 (36c)과 결합하여 컬럼 (17)에 대한 최상단 공급물로서 공급되는 결합된 공급 스트림 (155)을 형성하는 것으로 나타낸 바와 같이 처리 어셈블리 (117) 내부에 장착된다. 수중 펌프 (submerged pump) 또는 캔드 모터 펌프 (canned motor pump)가 사용된다면 펌프와 그 구동기 둘 다는 처리 어셈블리 내부에 장착될 수 있거나, 펌프 자체만이 처리 어셈블리 내부에 장착될 수 있다 (예를 들어, 펌프용 자기-결합 드라이브를 사용함). 어느 옵션이든, 환경을 손상시킬 수 있는 탄화수소의 대기 방출 잠재성은 여전히 더 감소된다.
일부 상황은 분별증류 컬럼 (17) 상의 최상단 공급 지점보다 높은 높이에서 처리 어셈블리를 위치시키는 것을 선호할 수 있다. 그러한 경우에, 증류 액체 스트림 (154)이 중력 헤드에 의해 유동하고 스트림 (36c)과 결합하여 생성된 결합된 공급 스트림 (155)이 이어서 도 8 및 11에 나타내 바와 같이 분별증류 컬럼 (17) 상의 최상단 공급 지점으로 유동할 수 있는데 이는 도 5 내지 7, 9, 및 10 구현예에 나타낸 펌프 (24/124)를 필요로 하지 않는다.
몇몇 상황은 처리 어셈블리 (117)로부터 냉각 섹션 (117a)을 제거하고 도 9 내지 11에 나타낸 열 교환기 (25)와 같은 공급물 냉각을 위해 처리 어셈블리 외부의 열 교환 수단을 사용하는 것을 선호할 수 있다. 그러한 배치는 처리 어셈블리 (117)가 더 작아질수 있도록 하며, 이는 일부 경우에 전체 플랜트 비용을 감소시키고/시키거나 제조 스케줄을 단축시킬 수 있다. 모든 경우에 교환기 (25)는 다수의 개별 열 교환기 또는 단일 다중-패스 열 교환기 또는 이들의 임의의 조합을 나타낸다는 점에 주목한다. 그러한 각각의 열 교환기는 핀 및 튜브형 열 교환기, 플레이트형 열 교환기, 브레이징 알루미늄형 열 교환기, 또는 다중-패스 및/또는 다중-서비스 열 교환기를 포함하는 다른 유형의 열 전달 장치로 구성될 수 있다.
본 발명은, 상기 공정을 작동시키는데 필요한 유틸리티 (utility) 소비량당 C2 성분, C3 성분 및 중질 탄화수소 성분의 개선된 회수율을 제공한다. 상기 공정을 작동시키는데 필요한 유틸리티 소비량의 개선은 압축 또는 재압축을 위해 감소된 전력 요구, 외부 냉동을 위해 감소된 전력 요구, 보충적 가열을 위해 감소된 에너지 요구, 또는 이들의 조합 형태로 나타날 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예인 것으로 여겨지는 것들을 기술하였지만, 당업자라면 다음의 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서, 예를 들어, 다양한 조건, 공급물의 유형, 또는 기타 요건에 맞추도록 본 발명에 기타 및 추가의 변형이 이루어질 수 있다는 것을 인지할 것이다.

Claims (16)

  1. 메탄, C2 성분, C3 성분, 및 중질 (heavier) 탄화수소 성분을 함유하는 가스 스트림을, 휘발성 잔류 가스 분획과 대부분의 상기 C2 성분, C3 성분, 및 중질 탄화수소 성분 또는 상기 C3 성분 및 중질 탄화수소 성분을 함유하는 비교적 덜 휘발성인 분획으로 분리하기 위한 방법으로서,
    (a) 상기 가스 스트림은 하나 이상의 열 교환 단계 및 적어도 하나의 분할 단계에서 처리되어 압력하에서 냉각되어 실질적으로 그 전부를 응축시켜 실질적으로 응축된 제1 스트림을 형성하는 적어도 제1 스트림과, 압력하에서 냉각되어 냉각된 제2 스트림을 형성하는 적어도 제2 스트림을 생성하고;
    (b) 상기 실질적으로 응축된 제1 스트림은 더 낮은 압력으로 팽창되어 이로써 추가로 냉각되어, 팽창된 추가 냉각된 제1 스트림을 형성하는데 이는 이후 적어도 오버헤드 증기 스트림 및 하부 액체 스트림을 생성하는 증류 컬럼 상의 최상단 공급 위치에서 공급되고;
    (c) 상기 냉각된 제2 스트림은 상기 더 낮은 압력으로 팽창되어, 팽창된 제2 스트림을 형성하는데 이는 이후 중간-컬럼 공급 위치에서 상기 증류 컬럼으로 공급되고;
    (d) 적어도 상기 팽창된 추가 냉각된 제1 스트림 및 상기 팽창된 제2 스트림은 상기 더 낮은 압력에서 상기 증류 컬럼에서 분별증류되어 상기 비교적 덜 휘발성인 분획의 성분은 상기 하부 액체 스트림에서 회수되고; 그리고
    (e) 상기 오버헤드 증기 스트림을 가열하고, 더 높은 압력으로 압축하고, 냉각시켜 냉각된 후, 상기 휘발성 잔류 가스 분획으로서 배출되는 냉각된 압축 가스 스트림을 형성하고;
    상기 개선점은,
    (1) 상기 오버헤드 증기 스트림은 응축된 스트림과 접촉하도록 단일 장비 품목 처리 어셈블리에 수용된 흡수 수단으로 보내지고, 이로써 덜 휘발성 성분을 응축시켜 부분적으로 정류된 증기 스트림을 형성하며;
    (2) 상기 부분적으로 정류된 증기 스트림은 상기 흡수 수단의 상부 영역으로부터 수집되며 상기 처리 어셈블리에 수용된 열 및 물질 전달 수단으로 보내지고, 이로써 상기 부분적으로 정류된 증기 스트림은 덜 휘발성 성분을 동시에 응축시키면서 냉각시켜, 추가 정류된 증기 스트림 및 상기 응축된 스트림을 형성하며 이때 상기 응축된 스트림은 상기 흡수 수단으로 보내지며;
    (3) 상기 추가 정류된 증기 스트림은 가열된 급속 팽창된 스트림과 결합되어, 결합된 스트림을 형성하며;
    (4) 상기 결합된 스트림은 열 교환 수단으로 보내지고 가열됨으로써 가열된 결합된 스트림을 형성하며;
    (5) 상기 가열된 결합된 스트림은 추가로 가열되고, 상기 더 높은 압력으로 압축되고, 냉각되어 상기 냉각된 압축된 가스 스트림을 형성하며;
    (6) 상기 냉각된 압축된 가스 스트림은 재순환 스트림 및 상기 휘발성 잔류 가스 분획으로 분할되며;
    (7) 상기 재순환 스트림은 상기 열 교환 수단으로 보내지며 실질적인 응축으로 냉각되어 단계 (4)의 가열의 적어도 일부를 공급하고 실질적으로 응축된 스트림을 형성하며;
    (8) 상기 실질적으로 응축된 스트림은 상기 더 낮은 압력으로 팽창되고, 이로써 추가로 냉각되어 급속 팽창된 스트림을 형성하며;
    (9) 상기 급속 팽창된 스트림은 상기 열 및 물질 전달 수단에서 가열되어, 단계 (2)의 냉각의 적어도 일부를 공급하고 상기 가열된 급속 팽창된 스트림을 형성하며;
    (10) 상기 실질적으로 응축된 제1 스트림은 상기 열 교환 수단으로 보내지며 압력하에서 추가로 냉각되어 단계 (4)의 가열의 적어도 일부를 공급하고 추가로 냉각된 실질적으로 응축된 제1 스트림을 형성하며;
    (11) 상기 추가로 냉각된 실질적으로 응축된 제1 스트림은 상기 더 낮은 압력으로 팽창되어, 상기 팽창된 추가 냉각된 제1 스트림을 형성하며;
    (12) 증류 액체 스트림은 상기 흡수 수단의 하부 영역으로부터 수집되고 상기 팽창된 추가 냉각된 제1 스트림과 결합되어 결합된 공급 스트림을 형성하며, 이때 상기 결합된 공급 스트림은 상기 증류 컬럼 상의 상기 최상단 공급 위치로 보내지며;
    (13) 적어도 상기 결합된 공급 스트림 및 상기 팽창된 제2 스트림은 상기 더 낮은 압력에서 상기 증류 컬럼에서 분별증류되어 상기 비교적 덜 휘발성인 분획의 성분은 상기 하부 액체 스트림에서 회수되며;
    (14) 상기 증류 컬럼으로의 상기 공급 스트림의 양 및 온도는 상기 증류 컬럼의 오버헤드 온도를 특정 온도로 유지하는데 효과적이어서, 상기 비교적 덜 휘발성인 분획 중 대부분의 성분은 상기 하부 액체 스트림에서 회수되는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    (1) 상기 가스 스트림은 상기 하나 이상의 열 교환 단계에서 상기 가스 스트림을 부분적으로 응축시키기에 충분한 압력하에서 냉각되어 부분적으로 응축된 가스 스트림을 형성하며;
    (2) 상기 부분적으로 응축된 가스 스트림은 분리되어 증기 스트림 및 적어도 하나의 액체 스트림을 제공하며;
    (3) 상기 증기 스트림은 상기 적어도 하나의 분할 단계에서 분할되어 적어도 상기 제1 스트림 및 상기 냉각된 제2 스트림을 생성하며;
    (4) 상기 제1 스트림은 상기 하나 이상의 열 교환 단계에서 압력하에서 냉각되어 실질적으로 그 전부를 응축시켜 상기 실질적으로 응축된 제1 스트림을 형성하며;
    (5) 상기 적어도 하나의 액체 스트림의 적어도 일부는 상기 더 낮은 압력으로 팽창되어, 팽창된 액체 스트림을 형성하며 이때 상기 팽창된 액체 스트림은 상기 중간-컬럼 공급 위치 아래의 하부 중간-컬럼 공급 위치에서 상기 증류 컬럼으로 공급되며;
    (6) 적어도 상기 결합된 공급 스트림, 상기 팽창된 제2 스트림, 및 상기 팽창된 액체 스트림은 상기 더 낮은 압력에서 상기 증류 컬럼에서 분별증류되어 상기 비교적 덜 휘발성인 분획의 성분은 상기 하부 액체 스트림에서 회수되는, 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    (1) 상기 증기 스트림은 상기 적어도 하나의 분할 단계에서 분할되어 적어도 추가의 증기 스트림 및 상기 제2 스트림을 생성하며;
    (2) 상기 추가의 증기 스트림은 상기 적어도 하나의 액체 스트림의 적어도 일부와 결합되어 상기 제1 스트림을 형성하며;
    (3) 상기 적어도 하나의 액체 스트림의 임의의 잔여 부분은 상기 더 낮은 압력으로 팽창되며, 이때 상기 팽창된 액체 스트림은 상기 하부 중간-컬럼 공급 위치에서 상기 증류 컬럼으로 공급되는, 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 열 교환 수단은 상기 처리 어셈블리 내에 수용되는, 방법.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 열 교환 수단은 상기 처리 어셈블리 내에 수용되는, 방법.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 열 교환 수단은 상기 처리 어셈블리 내에 수용되는, 방법.
  7. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 3, 청구항 4, 청구항 5, 또는 청구항 6에 있어서, 상기 증류 액체 스트림은 펌핑 수단을 사용하여 중간 압력으로 펌핑되는, 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 펌핑 수단은 상기 처리 어셈블리 내에 수용되는, 방법.
  9. 메탄, C2 성분, C3 성분, 및 중질 탄화수소 성분을 함유하는 가스 스트림을, 휘발성 잔류 가스 분획과 대부분의 상기 C2 성분, C3 성분, 및 중질 탄화수소 성분 또는 상기 C3 성분 및 중질 탄화수소 성분을 함유하는 비교적 덜 휘발성인 분획으로 분리하기 위한 장치로서, 상기 장치에서,
    (a) 압력하에서 냉각되어 실질적으로 그 전부를 응축시켜 실질적으로 응축된 제1 스트림을 형성하는 적어도 제1 스트림과, 압력하에서 냉각되어 냉각된 제2 스트림을 형성하는 적어도 제2 스트림을 생성하기 위한 하나 이상의 열 교환 수단 및 적어도 하나의 분할 수단;
    (b) 압력하에서 상기 실질적으로 응축된 제1 스트림을 수용하고 이를 더 낮은 압력으로 팽창시키고, 이로써 상기 제1 스트림이 추가로 냉각되어, 팽창된 추가 냉각된 제1 스트림을 형성하도록 연결된 제1 팽창 수단;
    (c) 상기 제1 팽창 수단에 연결되어 최상단 공급 위치에서 상기 팽창된 추가 냉각된 제1 스트림을 수용하고, 상기 증류 컬럼은 적어도 오버헤드 증기 스트림 및 하부 액체 스트림을 생성하는, 증류 컬럼;
    (d) 압력하에서 상기 냉각된 제2 스트림을 수용하고 이를 상기 더 낮은 압력으로 팽창시켜 팽창된 제2 스트림을 형성하도록 연결된 제2 팽창 수단;
    (e) 중간-컬럼 공급 위치에서 상기 팽창된 제2 스트림을 수용하기 위한 상기 제2 팽창 수단에 추가로 연결된 상기 증류 컬럼;
    (f) 상기 증류 컬럼에 연결되어 상기 오버헤드 증기 스트림을 수용하고 가열하여 가열된 가스 스트림을 형성하는 가열 수단;
    (g) 상기 가열 수단에 연결되어 상기 가열된 가스 스트림을 수용하고 이를 더 높은 압력으로 압축하여 압축된 가스 스트림을 형성하는 압축 수단;
    (h) 상기 압축 수단에 연결되어 상기 압축 가스 스트림을 수용하고 이를 냉각하여, 상기 휘발성 잔류 가스 분획으로서 배출되는 냉각된 압축 가스 스트림을 형성하는 냉각 수단; 및
    (i) 적어도 상기 팽창된 추가 냉각된 제1 스트림 및 상기 팽창된 제2 스트림을 상기 더 낮은 압력에서 분별증류되도록 조정되어 상기 비교적 덜 휘발성인 분획의 성분은 상기 하부 액체 스트림에서 회수되는 상기 증류 컬럼이 존재하며,
    개선점은 상기 장치가 추가로 하기:
    (1) 단일 장비 품목 처리 어셈블리에 수용되고 상기 증류 컬럼에 연결되어 상기 오버헤드 증기 스트림을 수용하고 이를 응축된 스트림과 접촉시켜 덜 휘발성 성분을 응축시키고 부분적으로 정류된 증기 스트림을 형성하는 흡수 수단;
    (2) 상기 처리 어셈블리에 수용되고 상기 흡수 수단에 연결되어 상기 흡수 수단의 상부 영역으로부터 상기 부분적으로 정류된 증기 스트림을 수용하여 상기 부분적으로 정류된 증기 스트림은 덜 휘발성 성분을 동시에 응축시키면서 냉각되어, 추가 정류된 증기 스트림 및 상기 응축된 스트림을 형성하는 열 및 물질 전달 수단으로서, 상기 열 및 물질 전달 수단은 상기 응축된 스트림을 상기 흡수 수단으로 보내기 위해 상기 흡수 수단에 추가로 연결되어 있는, 열 및 물질 전달 수단;
    (3) 상기 열 및 물질 전달 수단에 연결되어 상기 추가 정류된 증기 스트림 및 가열된 급속 팽창된 스트림을 수용하고 결합된 스트림을 형성하도록 연결된 제1 결합 수단;
    (4) 상기 제1 결합 수단에 연결되어 상기 결합된 스트림을 수용하고 이를 가열하여 가열된 결합된 스트림을 형성하는 제2 열 교환 수단;
    (5) 상기 가열된 결합된 스트림을 수용하고 추가로 가열하여 상기 가열된 가스 스트림을 형성하는 상기 제2 열 교환 수단에 연결되도록 구성되는 상기 가열 수단;
    (6) 상기 냉각된 압축 가스 스트림을 수용하고 이를 재순환 스트림 및 상기 휘발성 잔류 가스 분획으로 분할하기 위해 상기 냉각 수단에 연결된 제2 분할 수단;
    (7) 상기 제2 분할 수단에 추가로 연결되어 상기 재순환 스트림을 수용하고 이를 실질적인 응축으로 냉각시켜 단계 (4)의 가열의 적어도 일부를 공급하고 실질적으로 응축된 스트림을 형성하는 상기 제2 열 교환 수단;
    (8) 상기 제2 열 교환 수단에 연결되어 상기 실질적으로 응축된 스트림을 수용하고 이를 상기 더 낮은 압력으로 팽창시켜 급속 팽창된 스트림을 형성하는 제3 팽창 수단;
    (9) 상기 제3 팽창 수단에 추가로 연결되어 상기 급속 팽창된 스트림을 수용하고 이를 가열하여 단계 (2)의 냉각을 공급하고 상기 가열된 급속 팽창된 스트림을 형성하는 상기 열 및 물질 전달 수단;
    (10) 상기 하나 이상의 열 교환 수단 및 상기 적어도 하나의 분할 수단에 추가로 연결되어 상기 실질적으로 응축된 제1 스트림을 수용하고 압력하에 이를 추가로 냉각하여 단계 (4)의 가열의 적어도 일부를 공급하고 추가로 냉각된 실질적으로 응축된 제1 스트림을 형성하는, 상기 제2 열 교환 수단;
    (11) 이를 상기 제2 열 교환 수단에 연결하여 상기 추가로 냉각된 실질적으로 응축된 제1 스트림을 수용하고 이를 상기 더 낮은 압력으로 팽창시켜 상기 팽창된 추가 냉각된 제1 스트림을 형성하도록 조정되는 상기 제1 팽창 수단;
    (12) 상기 흡수 수단 및 상기 제1 팽창 수단에 연결되어 상기 흡수 수단의 하부 영역으로부터의 증류 액체 스트림 및 상기 팽창된 추가 냉각된 제1 스트림을 수용하여 결합된 공급 스트림을 형성하는 제2 결합 수단으로서, 상기 제2 결합 수단은 상기 증류 컬럼에 추가로 연결되어 상기 증류 컬럼의 상기 최상단 공급 위치에서 상기 결합된 공급 스트림을 공급하는, 제2 결합 수단;
    (13) 적어도 상기 결합된 공급 스트림 및 상기 팽창된 제2 스트림을 상기 더 낮은 압력에서 분별증류하도록 조정되어, 상기 비교적 덜 휘발성인 분획의 성분은 상기 하부 액체 스트림에서 회수되는 상기 증류 컬럼; 및
    (14) 상기 증류 컬럼으로의 상기 공급 스트림의 양 및 온도를 조절하여 특정 온도에서 상기 증류 컬럼의 오버헤드 온도를 유지하여 상기 비교적 덜 휘발성인 분획 중 대부분의 성분은 상기 하부 액체 스트림에서 회수되도록 조정되는, 제어 수단
    을 포함하는, 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    (1) 상기 하나 이상의 열 교환 수단은 상기 가스 스트림을 부분적으로 응축시키기에 충분한 압력하에서 상기 가스 스트림을 냉각시켜 부분적으로 응축된 가스 스트림을 형성하도록 조정되며;
    (2) 공급물 분리 수단은 상기 하나 이상의 열 교환 수단에 연결되어 상기 부분적으로 응축된 가스 스트림을 수용하고 이를 증기 스트림과 적어도 하나의 액체 스트림으로 분리하며;
    (3) 상기 적어도 하나의 분할 수단은 상기 공급물 분리 수단에 연결되고 상기 증기 스트림을 수용하고 이를 적어도 상기 제1 스트림과 상기 냉각된 제2 스트림으로 분할하도록 조정되며;
    (4) 상기 하나 이상의 열 교환 수단은 상기 적어도 하나의 분할 수단에 연결되고 상기 제1 스트림을 수용하고 이를 실질적으로 응축시키기에 충분히 이를 냉각하여 상기 실질적으로 응축된 제1 스트림을 형성하도록 조정되며;
    (5) 상기 제2 팽창 수단은 상기 적어도 하나의 분할 수단에 연결되고 상기 냉각된 제2 스트림을 수용하고 이를 상기 더 낮은 압력으로 팽창하여 상기 팽창된 제2 스트림을 형성하도록 조정되며;
    (6) 제4 팽창 수단은 상기 공급물 분리 수단에 연결되어 상기 적어도 하나의 액체 스트림의 적어도 일부를 수용하고 이를 상기 더 낮은 압력으로 팽창시켜, 팽창된 액체 스트림을 형성하고, 상기 제4 팽창 수단은 상기 증류 컬럼에 더 연결되어 상기 중간-컬럼 공급 위치 아래의 하부 중간-컬럼 공급 위치에서 상기 팽창된 액체 스트림을 상기 증류 컬럼에 공급하며;
    (7) 상기 증류 컬럼은 적어도 상기 결합된 공급 스트림, 상기 팽창된 제2 스트림, 및 상기 팽창된 액체 스트림이 상기 더 낮은 압력에서 분별증류하여 상기 비교적 덜 휘발성인 분획의 성분은 상기 하부 액체 스트림에서 회수되도록 조정되는, 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    (1) 상기 적어도 하나의 분할 수단은 상기 증기 스트림을 적어도 추가의 증기 스트림과 상기 제2 스트림으로 분할되도록 조정되며;
    (2) 증기-액체 결합 수단은 상기 적어도 하나의 분할 수단 및 상기 공급물 분리 수단에 연결되어 상기 추가의 증기 스트림 및 상기 적어도 하나의 액체 스트림의 적어도 일부를 수용하여 상기 제1 스트림을 형성하며;
    (3) 상기 하나 이상의 열 교환 수단은 상기 증기-액체 결합 수단에 연결되고 상기 제1 스트림을 수용하고 이를 실질적으로 응축시키기에 충분히 이를 냉각시키도록 조정하여 상기 실질적으로 응축된 제1 스트림을 형성하며;
    (4) 상기 제4 팽창 수단은 상기 적어도 하나의 액체 스트림의 임의의 잔여 부분을 수용하고 이를 상기 더 낮은 압력으로 팽창되도록 조정하며 이때 상기 팽창된 액체 스트림은 상기 하부 중간-컬럼 공급 위치에서 상기 증류 컬럼으로 공급되는, 장치.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 제2 열교환 수단은 상기 처리 어셈블리 내에 수용되는, 장치.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 제2 열교환 수단은 상기 처리 어셈블리 내에 수용되는, 장치.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 제2 열교환 수단은 상기 처리 어셈블리 내에 수용되는, 장치.
  15. 청구항 9, 청구항 10, 청구항 11, 청구항 12, 청구항 13, 또는 청구항 14에 있어서,
    (1) 펌핑 수단은 상기 흡수 수단에 연결되어 상기 흡수 수단의 상기 하부 영역으로부터 상기 증류 액체 스트림을 수용하고 이를 중간 압력으로 펌핑하여 펌핑된 증류 액체 스트림을 형성하며;
    (2) 상기 제2 결합 수단은 상기 펌핑 수단 및 상기 제1 팽창 수단에 연결되어 상기 펌핑된 증류 액체 스트림 및 상기 팽창된 추가 냉각된 제1 스트림을 수용하고 상기 결합된 공급 스트림을 형성하도록 조정되는, 장치.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 펌핑 수단은 상기 처리 어셈블리 내에 수용되는, 장치.
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