NO328700B1

NO328700B1 - Kryogenisk prosess som benytter en hoytrykks absorberkolonne

Info

Publication number: NO328700B1
Application number: NO20033853A
Authority: NO
Inventors: Jorge Hugo Foglietta; Earle R Mowrey; Sanjiv N Patel; Ajit Sangave; Hazem Haddad
Original assignee: Abb Lummus Global Inc
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2010-04-26
Also published as: EP1373815B1; WO2002079706A1; CA2440142C; EP2664882A1; JP2004530094A; NO20033853L; AU2002338248B2; KR20030094271A; CA2440142A1; EP1373815A1; NO20033853D0; KR100935072B1; ES2638424T3; JP4634007B2; US6712880B2; US20020157538A1

Description

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte og anordning for separasjon av en tung hovedkomponent fra en gasstrøm, slik det framgår av den innledende del av henholdsvis patentkrav 1 og 24.

Bakgrunn

I de fleste fabrikker er vanligvis kapasiteten for bearbeiding av gas begrenset av tilgjengelig kraft for rekomprimering av den kommersielle gasstrømmen i rør. Fødestrømmen blir vanligvis tilført ved 48,3 - 103,4 bara (700-1500 psia) og ekspandert til et lavere trykk for separasjon av de ulike hydrokarbonene. Den metanrike strømmen som produseres blir vanligvis tilført ved omtrent 10,3 - 31,0 bara (150-450 psia) og rekomprimeres til spesifikasjoner for kommersiell gass i rør, på 68,9 bar (1000 psi) eller mer. Denne trykkforskjellen redegjør for hovedandelen av kraftbehovet i en kryogenisk foredlingsfabrikk. Dersom denne trykkforskjellen kan minimeres, vil mer kraft for rekomprimering være tilgjengelig, og dermed tillate økt fabrikkapasitet i eksisterende gassforedlingsfabrikker. Prosessen i samsvar med oppfinnelsen kan også tilby reduserte energikrav for nye fabrikker.

Kryogeniske ekspansjonsprosesser produserer kommersiell gass i rør ved å separere naturgassvæskene fra hydrokarbonfødegasstrømmene.

I kjent teknikk angående kryogeniske prosesser, blir en trykksatt hydrokarbon fødegass-strøm separert i bestanddelene metan, etan (C2-) forbindelser og/eller propan (C3-) forbindelser via et kryogenisk separasjonssystem med en eller to kolonner. I enkeltkolonnesystem, blir fødegasstrømmen kjølt ved varmeveksling med andre prosesstrømmer eller ekstern kjøling. Fødegasstrømmen kan også ekspanderes ved isentropisk ekspansjon for å senke trykket, og dermed bli ytterligere avkjølt. Etter hvert som fødestrømmen avkjøles, kondenseres væsker med høyt trykk til en tofasestrøm som separeres til en høytrykks væskestrøm og en metanrik dampstrøm i en eller flere kalde separatorer. Disse strømmene blir deretter ekspandert til driftstrykket i kolonna og innført i ett eller flere fødetrinn i kolonna, for å gi en bunnstrøm som inneholder C2-forbindelser og/eller C3-forbindelser og tyngre forbindelser og en overstrøm som inneholder metan og/eller C2-forbindelser og lettere forbindelser. Andre enkeltkolonnesystem for separasjon av høytrykks hydrokarbonstrømmer er beskrevet i US patentskrifter 5,881,569, Campbell et al., 5,568,737 Campbell et al 5,555,748, Campbell et al, 5,275,005 Campbell et al, 4,966,612 til Bauer, 4,889,545 Campbell et al., 4,896,740 Campbell og 4,251,249 Gulsby.

Separasjon av høytrykks hydrokarbonfødegasstrømmer kan også gjennomføres i et to-kolonne-separasjonssystem som inkluderer ei absorberingskolonne og ei fraksjoneringskolonne som vanligvis drives ved svært svak positiv trykkdifferanse. I to-kolonneseparasjonssystemet for gjenvinning av C2+ og/eller C3+ naturgassvæsker, kjøles høytrykksfødestrømmen og separeres i en eller flere separatorer for å produsere en høytrykks dampstrøm og en høytrykks væskestrøm. Høytrykksdampstrømmen ekspanderes til driftstrykket i fraksjoneringskolonna. Denne dampstrømmen blir ført til absorberkolonna og separert i en absorberbunnstrøm og en absorbertoppstrøm som inneholder metan og/eller C2-forbindelser sammen med spormengder av nitrogen og karbondioksid. Høytrykksvæskestrømmen fra separatorene og absorberbunnstrømmen føres til ei fraksjoneringskolonne. Fraksjoneringskolonna produserer en fraksjoneringskolonnebunnstrøm som inneholder C2+-forbindelser og/eller C3+-forbindelser, og en toppstrøm som kan kondenseres og føres til absorberkolonna som refluks. Fraksjoneringskolonna blir vanligvis drevet med en svak positiv trykkdifferanse i forhold til det i absorberkolonna slik at fraksjoneringskolonnetoppstrømmen kan strømme til absorberkolonna. I mange tokolonne systemer forekommer det forstyrrelser som for-årsaker trykkøkning i fraksjoneringskolonna, særlig under oppstart. Trykkøkning i fraksjoneringskolonna skaper trusler mot sikkerhet og miljø, særlig dersom fraksjoneringskolonna ikke er utformet for å håndtere det høyere trykket. Andre to-kolonnesystem for å separere høytrykks-hydrokarbonstrømmer er beskrevet i US patentskrifter No 6,182,469 Campbell et al, 5,799,507 Wilkinson et al, 4,895,584 Buck et al, 4,854,955 Campbell et al, 4,705,549 Sapper, 4,690,702 Paradowski et al., 4,617,039 Buck og 3,675,435 Jackson et al.

US patentskrift 4,657,571 Gazzi, omtaler et annet to-kolonne separasjonssystem for å separere høytrykks hydrokarbongassfødestrømmer. Gazzi-prosessen benytter ei absorberings- og fraksjoneringskolonne som drives ved høyere trykk enn to-kolonnesystemene diskutert ovenfor. Imidlertid drives Gazzi-prosessen med absorbertrykk litt større enn fraksjoneringskolonnetrykket, i motsetning til de fleste to-kolonnesystemene som drives med en liten trykkdifferanse mellom de to kamrene. Gazzi belærer særlig bruk av en deflegmator inne i fraksjoneringskolonna for å strippe fødestrømmene for en del av de tunge bestanddelene for å gi en strippet væske for bruk i absorberen. Driftstrykkene i Gazzis tårn er uavhengige av hverandre. Separasjonseffektiviteten i de individuelle tåmene styres ved å individuelt endre driftstrykket i hvert tårn. Som et resultat av drift på denne måten, må tåmene i Gazzi-prosessen drives ved svært høye trykk for å oppnå den ønskete separasjonseffektiviteten i hvert tårn. De høye tårntrykkene krever høyere initiale anleggskostnader for beholderne og tilhørende utstyr, ettersom de må utformes for høyere trykk enn for den pågående prosessen.

Det er kjent at energieffektiviteten av et enkelt-kolonne- og et to-kolonneseparasjonssystem kan forbedres ved å drive slike kolonner ved høyere trykk, så som i Gazzi-patentet. Når driftstrykkene økes, reduseres imidlertid separasjonseffektiviteten og væskegjenvinningen ofte til uakseptable nivå. Etter hvert som kolonnetrykkene øker, øker også kolonnetemperaturene, hvilket resulterer i lavere relative flyktigheter av forbindelsene i kolonnene. Dette er særlig sant i absorberkolonna hvor den relative flyktigheten av metan og gassurenheter så som karbondioksid, nærmer seg hverandre ved høyere kolonnetrykk og temperatur. Antall teoretiske trinn i de respektive kolonnene vil også måtte øke for å opprettholde separasjonseffektiviteten. Imidlertid råder innvirkningen av kostnadene for restgasskompresjon over andre kostnadskomponenter. Det er derfor et behov for et separasjonssystem som drives ved høye trykk, så som trykk over omtrent 34 bar (500 psia), men som likevel opprettholder høy hydrokarbongjenvinning ved redusert kraftbruk.

Tidligere patenter har vanligvis omgått problemet med redusert separasjonseffektivitet og væskegjenvinning, ved å innføre og/eller resirkulere etanrike strømmer til kolonna. US patentskrift 5,992,175 Yao, omtaler en prosess for å bedre gjenvinning av C2+ og C3+ - naturgassvæsker i ei enkelt kolonne drevet ved trykk opptil 48 bar (700 psia). Separasjonseffektiviteten blir forbedret ved å innføre en strippegass rik på C2 og tyngre forbindelser til kolonna. Strippegassen oppnås ved å ekspandere og varme en væskekondensatstrøm fjernet fra under det laveste fødetrinnet i kolonna. Tofasestrømmen som produseres blir separert med dampen som komprimeres, kjøles og resirkuleres til kolonna som en strippegass. Denne prosessen har imidlertid uakseptabel energieffektivitet på grunn av den nødvendige høye rekomprimeringen som er påkrevd i enkolonnesystem.

US patentskrift 6,116,050 Yao, omtaler en prosess for å bedre separasjonseffektiviteten for C3+-forbindelser i et to-kolonnesystem, som har en metanfjemerkolonne drevet ved 30 bara (440 psia), og ei fraksjoneringskolonne nedstrøms, drevet ved 32 bara (460 psia). I denne prosessen blir en del av toppstrømmen avkjølt, kondensert og separert, hvor den gjenværende dampstrømmen blir kombinert med en parallellstrøm (eng. slip stream) av rørgass. Disse strømmene blir avkjølt, kondensert og ført inn i metanfjernerkolonna som en topprefluksstrøm for å bedre separasjonen av C3-forbindelser. Energieffektiviteten er forbedret ved å kondensere toppstrømmen ved kryssveksling med et væskekondensat fra et lavere trinn i fraksjoneringskolonna. Denne prosessen drives ved mindre enn 35 bara (500 psia).

US patentskrift 4,596,588 Cook, omtaler en framgangsmåte for separasjon av en metanholdig strøm i et to-kolonnesystem, som inkluderer en separator som drives ved et trykk som er større enn det i destillasjonskolonna. Refluks til separatoren kan oppnås fra en av de følgende kildene: (a) komprimering og avkjøling av den dampformige toppstrømmen fra destillasjonskolonna, (b) komprimering og avkjøling av den kombinerte totrinns separatordampen og dampformige toppstrømmen fra destillasjonskolonna, og (c) avkjøling av en separat inntaksdampstrøm. Denne prosessen forekommer også ved 35 bara (500 psia).

US patentskrift 6,244,070 (Lee et al) beskriver en refluksprosess for gjenvinning av etan og tyngre komponenter i fødegass, og bruker blant annet ei metanfjernerkolonne der trykket er uavhengig av absorbertrykket (kolonne 6, linje 7 samt tabell I, II og III). Denne publikasjonen savner imidlertid bruk av et forhåndsbestemt differansetrykk mellom en høytrykksabsorber og ei fraksjoneringskolonne, som angitt i den foreliggende oppfinnelsen. Den forhåndsvalgte trykkforskjellen ifølge den foreliggende oppfinnelsen er mellom 3,4 og 24,1 bar absolutt. Regulering av trykket i fraksjoneringskolonna på basis av trykket i absorberen medfører betydelige fordeler. Toppkompressoren 120 som er brukt i figur 7 i US patentskrift 6,244,070 kreves typisk bare når det benyttes en mager refluksstrøm. Toppkompressoren komprimerer de magre refluksstrømmene til et optimalt trykk for å tillate en betydelig kondensering (se kolonne 11, linje 26-40). Trykket i metanfjemeren opereres typisk rundt 24,3 bara (kolonne 6, linje 7). En slik driftsmåte vil begrense metanfjernerens separasjonseffekt og reduserer fleksibiliteten med metodene beskrevet i Lee et al sitt patent. Rikhetsgraden i fødestrømmen i metoden varierer svært mye. Uten å være i stand til å justere metanfjernerens driftstrykk, vil en ha tendens til å erfare en ineffektiv separasjon og reduksjon av produktgjenvinning. Toppkompressoren i patentet til Lee et al brukes ikke til å regulere trykket i fraksjoneringskolonna, og der finnes ingen beskrivelse som indikerer at den kunne blitt brukt på denne måten.

Formål

Fram til nå har det ikke eksistert noen kryogenisk prosess for å separere multikomponente gassholdige hydrokarbonstrømmer for å gjenvinne både gassformige og flytende forbindelser i en eller flere høytrykkskolonner. Det er derfor et behov for et to-kolonnesystem for å separere en høytrykks, multi-komponentstrøm hvor trykket i en absorber er betydelig høyere enn, og ved et forhåndsdefinert differansetrykk fra trykket i ei fraksjoneringskolonne nedstrøms, som bedrer energieffektiviteten samtidig som separasjonseffektiviteten og væskegjenvinningen opprettholdes.

Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å øke energieffektiviteten, framskaffe et differansetrykk mellom absorberings- og fraksjoneringskolonna, og å beskytte fraksjoneringskolonna fra økende trykk under oppstart av prosessen.

Oppfinnelsen

Disse formål oppnås med en framgangsmåte ifølge den karakteriserende del av patentkrav 1 og en anordning ifølge den karakteriserende del av patentkrav 24. Ytterligere fordeler oppnås med trekk ifølge de respektive uselvstendige patentkravene.

Den foreliggende oppfinnelsen inkluderer en prosess og en anordning for å separere en tung hovedkomponent fra en inntaksgasstrøm som inneholder en blanding av metan, C2-, C3- og tyngre forbindelser hvorved en absorber drives ved et trykk som er vesentlig høyere enn fraksjoneringskolonnetrykket og ved et spesifikt eller forhåndsdefinert differansetrykk mellom absorberings- og fraksjoneringskolonna. Den tunge hovedkomponenten kan være C3- og tyngre forbindelser, eller C2 - og tyngre forbindelser. Differansetrykket i denne prosessen er omtrent 3,4 bar til 24,1 bar (50 psi til 350 psi) mellom absorberings- og fraksjoneringskolonna.

En inntaksgasstrøm som inneholder en blanding av metan, C2-, C3- og tyngre forbindelser blir avkjølt, i det minste delvis kondensert og separert i en varmeveksler, væskeekspander, dampekspander, ekspansjonsventil eller kombinasjoner av dette, for å produsere en første dampstrøm og en første væskestrøm. Den første væskestrømmen kan ekspanderes og føres til ei fraksjoneringskolonne sammen med en fraksjoneringsfødestrøm og en fraksjoneringsrefluksstrøm. Disse fødestrømmene kan føres til en midtre del av fraksjoneringskolonna sammen med en fraksjoneringsfødestrøm og en fraksjoneringsrefluksstrøm. Disse fødestrømmene kan tilføres en midtre del av fraksjoneringskolonna og varmes ved varmevekslingskontakt med restgass, inntaksgass, absorbertoppstrømmen, absorberbunnstrømmen og kombinasjoner av disse i et apparat som for eksempel omfatter en varmeveksler og en kondensator. Fraksjoneringskolonna produserer en fraksjoneringstoppstrøm og en fraksjoneringsbunnstrøm. Den første dampstrømmen blir ført til en absorber sammen med en absorberrefluksstrøm for å produsere en absorbertoppstrøm og en absorberbunnstrøm.

I det minste en del av fraksjoneringstoppstrømmen er i det minste delvis kondensert og separert for å produsere en andre dampstrøm og fraksjoneringsrefluksstrømmen. Den andre dampstrømmen komprimeres hovedsakelig til omtrent absorbertrykket for å gi en komprimert andre dampstrøm som i det minste delvis er kondensert ved varmevekslerkontakt med en eller flere prosesstrømmer så som absorberbunnstrømmen, absorbertoppstrømmen, i det minste en del av den første væskestrømmen, eller kombinasjoner av disse. Den komprimerte andre dampstrømmen inneholder en hoveddel av metanet i den fraksjonerte fødestrømmen og en andre fraksjonerte fødestrøm. Når nøkkelkomponenten er C3- og tyngre forbindelser, inneholder den komprimerte andre dampstrømmen ytterligere en hoveddel av C2 -forbindelsene i den fraksjonerte føde-strømmen og den andre fraksjonerte fødestrømmen. Denne strømmen blir deretter ført til absorberen som en absorberfødestrøm. Absorbertoppstrømmen kan fjernes som en restgasstrøm som hovedsakelig inneholder alt metanet og/eller C2 -forbindelsene, og en mindre del av C3- eller C2-forbindelser. Slik gasstrøm blir deretter komprimert til rørspesifikasjoner på over omtrent 55 bara (800 psia). Den fraksjonerte bunnstrømmen kan fjernes som en produktstrøm som hovedsakelig inneholder alle C3- og tyngre forbindelser og en mindre andel metan og C2-forbindelser.

I denne oppfinnelsen er absorbertrykket over omtrent 34 bara (500 psia). Anordningene for å separere de tunge hoved-komponentene i inntaksgasstrømmen som inneholder en blanding av metan, C2-, C3- og tyngre forbindelser, inkluderer et kjølende hjelpemiddel. Når den tunge hovedkomponenten er C3- og tyngre forbindelser, omfatter en anordning for å separere de tunge hovedkomponentene fra inntaksgassen et kjølende hjelpemiddel for i det minste delvis å kondensere inntaksgasstrømmen for å produsere en første dampstrøm og en første væskestrøm, en fraksjoneringskolonne for å motta den første væskestrømmen, en fraksjoneringsfødestrøm og en andre fraksjoneringsfødestrøm, fraksjoneringskolonna som produserer en fraksjoneringsbunnstrøm og en dampformig fraksjoneringstoppstrøm, en kondensator for i det minste delvis å kondensere toppstrømmen for å produsere en andre dampstrøm og en fraksjoneringsrefluksstrøm; en absorber for å motta i det minste en del av den første dampstrømmen og en absorberfødestrøm, absorberen produserer en absorbertoppstrøm og en andre fraksjoneringsfødestrøm, absorberen har et trykk som hovedsakelig er større enn og ved et forhåndsdefinert differansetrykk fra trykket i fraksjoneringskolonna, en kompressor for å komprimere den andre dampstrømmen hovedsakelig til absorberingstrykk for å produsere en komprimert andre dampstrøm, et kondenserende hjelpemiddel for i det minste delvis å kondensere den komprimerte andre dampstrømmen for å produsere absorberfødestrømmen, hvorved fraksjoneringsbunnstrømmen inneholder en hoveddel av tunge hovedkomponenter og tunge forbindelser.

Slik at trekkene, fordelene og formålene med oppfinnelsen, samt annet skal bli tydelig, og kan forstås i mer detalj, kan det oppnås en mer spesifikk beskrivelse av oppfinnelsen kort summert ovenfor, med henvisning til utførelsen av oppfinnelsen som er vist i de vedlagte figurene, som utgjør en del av denne beskrivelsen. Det skal imidlertid bemerkes at figurene bare viser en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, og skal derfor ikke betraktes som begrensende for oppfinnelsens ramme, ettersom andre like effektive utførelser tillates. Figur 1 er et forenklet flytdiagram av en kryogenisk gasseparasjonsprosess som inkorporerer forbedringene med foreliggende oppfinnelse og er konfigurert for forbedret gjenvinning av C3 - og tyngre forbindelser. Figur 2 viser en alternativ utførelse av prosessen i figur 1, hvorved en tredje fødestrøm føres inn på fraksjoneringskolonna. Figur 3 viser en alternativ utførelse av prosessen i figur 1, som inkluderer et mekanisk kjølesystem. Figur 4 viser en alternativ utførelse av prosessen i figur 3, som inkluderer en indre fraksjoneringskolonne kondensator. Figur 5 viser en alternativ utførelse av prosessen i figur 4, som inkluderer en forbedret varmeintegrering, gjennom bruk av et mekanisk kjølesystem. Figur 6 er et forenklet flytdiagram over en kryogenisk gasseparasjonsprosess som inkorporerer forbedringene i samsvar med foreliggende oppfinnelse, og er konfigurert for forbedret gjenvinning av C2- og tyngre forbindelser. Figur 6a viser en alternativ utførelse av prosessen i figur 6, som inkluderer en splittet fødestrøm som tilføres høytrykksabsorber- og -fraksjoneringstårnet. Figur 7 viser en alternativ utførelse av foreliggende oppfinnelse for forbedret gjenvinning av C2- og tyngre forbindelser som inkluderer tilførsel til høytrykksabsorberen, av resirkulert restgassrefluks og/eller fødestrømmer og en splittet inntaksfødegasstrøm. Figur 7a viser en alternativ utførelse av prosessen i figur 7, som inkluderer en kald absorber, og tilførsel av en splittet inntaksgassfødestrøm, til den kalde absorberen. Figur 8 viser en alternativ utførelse av prosessen i figur 7, som inkluderer tilførsel til høytrykksabsorberen av en resirkulert gassrefluks og/eller fødestrøm, men uten den sp I ittete i n nta ksf ødeg asstrø m me n.

Naturgass og hydrokarbonstrømmer, så som avgass fra raffineri og petrokjemiske fabrikker, inkluderer metan, etylen, etan, propylen, propan, butan og tyngre forbindelser, i tillegg til andre urenheter. Rørsalg av naturgass omfatter hovedsakelig metan med varierende mengder av andre lette forbindelser, så som hydrogen, etylen og propylen. Etan, etylen og tyngre forbindelser, referert til som flytende naturgass, må separeres fra slike naturgasstrømmer for å gi naturgass for rørsalg. En typisk mager naturgasstrøm inneholder omtrent 92 % metan, 4 % etan og andre C2-forbindelser, 1 % propan og andre C3-forbindelser, og mindre enn 1 % C4- og tyngre forbindelser i tillegg til små mengder nitrogen, karbondioksid og svovelholdige forbindelser, basert på molare konsentrasjoner. Mengdene av C2- og tyngre forbindelser og andre naturgassvæsker er høyere for rike naturgasstrømmer. I tillegg kan raffinerigasser inkludere andre gasser, inkludert hydrogen, etylen og propylen.

Slik det benyttes her, betyr begrepet "inntaksgass" en hydrokarbongass som hovedsakelig omfatter 85 volum % metan, der resten utgjør C2-, C3- og tyngre forbindelser samt karbondioksid, nitrogen og andre sporgasser. Med begrepet "C2-forbindelser" menes alle organiske forbindelser som har to karbonatomer, inkludert alifatiske forbindelser så som alkaner, olefiner og alkyner, særlig etan, etylen, acetylen og lignende. Med begrepet "C3-forbindelser" menes alle organiske forbindelser som har tre karbonatomer, inkludert alifatiske forbindelser så som alkaner, olefiner og alkyner, og særlig propan, propylen, metyl-acetylen og lignende. Med begrepet "tyngre forbindelser" menes alle organiske forbindelser som har fire eller flere karbonatomer, inkludert alifatiske forbindelser så som alkaner, olefiner og alkyner, og særlig butan, butylen, etyl-acetylen og lignende. Med begrepet "lettere forbindelser" slik det benyttes i forbindelse med C2 eller C3 forbindelser, menes organiske forbindelser som har mindre enn henholdsvis to eller tre karbonatomer. Slik det omtales her, kan ekspansjonstrinnene, fortrinnsvis ved isentropisk ekspansjon, utføres med en turboekspander, Joules-Thompson ekspansjonsventiler, en væskeekspander, gass- eller dampekspander og lignende. Ekspanderne kan også være forbundet til tilsvarende trinnvise kompresjonsenheter for å gi kompresjonsarbeid ved vesentlig isentropisk gassekspansjon.

Den detaljerte beskrivelsen av foretrukne utførelser av foreliggende oppfinnelse er gitt med henvisning til kondensering av en inntaksgass under trykk, som har et initialt trykk på omtrent 48 bara (700 psia) ved omgivelsestemperatur. Inntaksgassen vil fortrinnsvis ha et initialt trykk mellom 34 og 103 bara (500 og 1500 psia) ved omgivelsestemperatur.

Med henvisning til figurene 1 til 5, er det vist en foretrukket utførelse av den kryogeniske gasseparasjonsprosessen i samsvar med foreliggende oppfinnelse, konfigurert for forbedret gjenvinning av C3- og tyngre forbindelser. Denne prosessen benytter et to-kolonnesystem som inkluderer ei absorberkolonne og en sekvensielt konfigurert eller nedstrøms fraksjoneringskolonne. Absorberen 18 er ei absorberkolonne som i det minste har ett trinn plassert med vertikalt mellomrom, ett eller flere kompakte lag, enhver type masseoverføringsanordninger, eller kombinasjoner av disse. Absorberen 18 drives ved et trykk P som er vesentlig større enn og ved et forhåndsdefinert differansetrykk fra ei sekvensielt konfigurert eller nedstrøms fraksjoneringskolonne. Det forhåndsdefinerte differansetrykket mellom høytrykksabsorberen og fraksjoneringskolonna er omtrent 3,4 til 24,1 bar (50 - 350 psi) for alle utførelsene av oppfinnelsen. Et eksempel på dette differansetrykket vil være at dersom absorbertrykket er 55,2 bar overtrykk (800 psig), skulle fraksjoneringskolonnetrykket være 51,7 til 31,0 bar overtrykk (750 psig til 450 psig), avhengig av det valgte differansetrykket. Det foretrukne differansetrykket er vanligvis 3,4 bar (50 psi). Fraksjoneringskolonne 22 er ei fraksjoneringskolonne med i det minste ett vertikalt adskilt skorsteinstrinn, ett eller flere kompakte lag eller en kombinasjon av dette.

En trykksatt inngående hydrokarbongasstrøm 40, fortrinnsvis en trykksatt naturgasstrøm blir ført til kryogenisk gasseparasjonsprosess 10 for bedret gjenvinning av C3- og tyngre forbindelser ved et trykk på omtrent 62 bara (900 psia) og omgivelsestemperatur. Inntaksgasstrøm 40 blir vanligvis behandlet i behandlingsenheter (ikke vist) for å fjerne sure gasser, så som karbondioksid, hydrogensulfid og lignende, med kjente framgangsmåter så som uttørking, aminekstraksjon og lignende. I samsvar med vanlig praksis i kryogeniske prosesser, må vann fjernes fra inntaksgasstrømmen for å hindre frysing og tilstopping av ledningene og varmevekslerne ved de lave temperaturene som benyttes senere i prosessen. Vanlige dehydreringsenheter som inkluderer gasstørkemiddel og molekylsiler blir benyttet.

Behandlet inntaksgasstrøm 40 kjøles i frontveksler 12 ved varmevekslingskontakt med en avkjølt absorbertoppstrøm 46, absorberbunnstrøm 45 og kald separator bunnstrøm 44. I alle utførelsene av foreliggende oppfinnelse kan frontveksleren 12 være en enkelt flerveisveksler, et antall individuelle varmevekslere, eller kombinasjoner av disse. Den avkjølte høytrykks inntaksgasstrømmen 40 tilføres kaldseparator 14 hvor en første damp-strøm 42 separeres fra en første væskestrøm 44.

Den første dampstrømmen 42 føres til en ekspander 16 hvor denne strømmen blir isentropisk ekspandert til driftstrykket P1 i absorber 18. Den første væskestrømmen 44 ekspanderes i ekspander 24, og blir deretter ført til frontveksler 12, og varmet. Strøm 44 blir deretter ført til et fødetrinn i midtre del av fraksjoneringskolonna 22 som en første fraksjoneringsfødestrøm 58. Ekspandert første dampstrøm 42a blir ført til et midtre eller lavere fødetrinn av absorber 18 som en første absorberfødestrøm.

Absorber 18 blir drevet ved et trykk P1 som er vesentlig større enn og ved et forhåndsdefinert differansetrykk fra ei sekvensielt konfigurert eller nedstrøms fraksjoneringskolonne. Absorberdriftstrykket P kan velges på basis av rikdommen i inntaksgassen samt trykket i inntaksgassen. For mager inntaksgass med lavere NGL-innhold, kan absorberen drives ved relativt høyt trykk som nærmer seg trykket i inntaksgassen, fortrinnsvis over 34 bara (500 psia). I dette tilfellet kan absorberen produsere en gassformig resttoppstrøm med svært høyt trykk, som krever mindre rekomprimeringsarbeid for å komprimere slik gass til rørspesifikasjoner. For rike inntaksgasstrømmer er absorbertrykket P fra i det minste over 34 bara (500 psia). I absorber 18 blir den stigende dampen i den første absorberfødestrømmen 42a i det minste delvis kondensert ved intim kontakt med fallende væske fra absorberfødestrømmen 70, som dermed produserer en absorbertoppstrøm 46 som inneholder hovedsakelig alt metan, C2-forbindelser og lettere forbindelser i den ekspanderte dampstrømmen 42a. Den kondenserte væsken faller ned i kolonna og blir fjernet som absorberbunnstrøm 45, som inneholder en hoveddel av C3- og tyngre forbindelser.

Absorbertoppstrøm 46 fjernes til overveksler 20 og varmes ved varmeveksling med absorberbunnstrøm 45, fraksjoneringskolonnetoppstrøm 60 og den komprimerte andre dampstrømmen 68. Den komprimerte andre dampstrømmen 68 inneholder en hoveddel av metanet i fraksjoneringsfødestrømmen og den andre fraksjoneringsfødestrømmen. Når den tunge hoved-komponenten er C3- og tyngre forbindelser, inneholder den komprimerte andre dampstrømmen 68 en hoveddel av C2 -forbindelsene i fraksjoneringsfødestrømmen og den andre fraksjoneringsfødestrømmen. Strøm 45 ekspanderes og kjøles i ekspander 23 før den kommer inn i overveksleren 20. (Alternativt kan en del av den første væskestrømmen 44 føres til overveksleren 20 som en strøm 44b, for å gi ytterligere kjøling til disse prosesstrømmene før de føres til frontveksleren 12 som strøm 53. Ved utgangen av overveksler 20, kan strøm 53 enten fødes inn på fraksjoneringskolonna 22, eller kombineres med strøm 58). Absorbertoppstrømmen 46 blir ytterligere varmet i frontveksleren 12, og komprimert i forsterkerkompressoren 28, til et trykk over omtrent 55 bara (800 psia) eller rørspesifikasjoner for å danne restgass 50. Restgass 50 er kommersiell rørgass som inneholder hovedsakelig alt av metan og C2-forbindelser i inntaksgassen, og en mindre del av C3- og tyngre forbindelser. Absorberbunnstrøm 45 blir ytterligere kjølt i frontveksleren 12 og ført til et fødetrinn i en midtre del av fraksjoneringskolonne 22 som en andre fraksjoneringskolonnefødestrøm 48. I kraft av den forhåndsdefinerte høytrykksforskjellen mellom absorber 18 og fraksjoneringskolonne 22, kan absorberbunnstrømmen 48 føres til fraksjoneringskolonne 22 uten pumpe.

Fraksjoneringskolonne 22 drives ved et trykk P2 som er lavere enn, og ved et forhåndsdefinert differansetrykk P fra ei sekvensielt konfigurert eller oppstrøms absorberkolonne, fortrinnsvis hvor P2 er over omtrent 28 bara (400 psia) for slike gasstrømmer. For illustrative formål, dersom P2 er 28 bara (400 psia) og P er 10 bar (150 psi)), så er P1 38 bar (550 psi). Føderatene til fraksjoneringskolonna samt temperatur- og trykkprofilene for samme, kan velges for å oppnå en akseptabel separasjonseffektivitet av forbindelsene i væskefødestrømmene, så sant det satte differansetrykket mellom fraksjoneringskolonna og absorberen opprettholdes. I fraksjoneringskolonne 22, blir første fødestrøm 48 og andre fødestrøm 58 ført til ett eller flere fødetrinn i midtre del av kolonna, for å gi en bunnstrøm 72 og en overstrøm 60. Bunnstrømmen 72 fra fraksjoneringskolonna avkjøles i bunnveksler 29 for å gi en NGL-produktstrøm som inneholder hovedsakelig alle de tunge hovedkomponentene og tunge forbindelsene. En del av bunnstrømmen 72a fra fraksjoneringskolonna kan kjøres i refluks tilbake til fraksjoneringskolonna 22, som vist i figur 1-5.

Fraksjoneringskolonnetoppstrøm 60 blir idet minste delvis kondensert i toppkondensatoren 20 ved varmevekslerkontakt med topp- og bunnstrømmene 46, 45 fra absorberen og/eller første væskedelstrøm 53. Den i det minste delvis kondenserte toppstrømmen 62 blir separert i toppseparator 26 for å gi en andre dampstrøm 66 som inneholder en hoveddel av metan, C2- og andre lettere forbindelser og en væskestrøm som returneres til fraksjoneringskolonna 22 som fraksjoneringsrefluksstrøm 64. Fraksjoneringsrefluksstrøm 64 kan pumpes til fraksjoneringskolonna 22 ved bruk av pumpe 25, som vist i figur 1-3. Den andre dampstrømmen 66 føres til toppkompressor 27 og komprimeres hovedsakelig til driftstrykket P i absorber 18. Den komprimerte andre dampstrømmen 68 blir i det minste delvis kondensert i toppveksler 20 ved varmevekslingskontakt med absorberens topp- og bunnstrøm 45, 46 og/eller første væskedelstrøm 53. Den kondenserte og komprimerte andre dampstrømmen føres til absorber 18 som refluksstrøm 70. Den komprimerte andre dampstrømmen inneholder en hoveddel av metanet i fraksjoneringsfødestrømmene. Når den tunge hovedkomponenten er C3- og tyngre forbindelser, inneholder den komprimerte andre dampstrømmen en hoveddel av C2-forbindelene i fraksjoneringsfødestrømmene.

Som eksempel er de molare strømningshastighetene av de relevante strømmene i figur 1 vist i tabell 1, som følger:

Figur 2 viser en variant av prosessen vist i figur 1. Her blir absorberbunnstrømmen 45 ekspandert i ekspander 23, og i det minste delvis kondensert i toppveksleren 20, hvilket danner strøm 45a. Strøm 45a omfatter ei væske og en dampformig hydrokarbonfase, som separeres i beholder 30. Væskefasestrømmen 45b deles i to strømmer 45c og 45d. Strøm 45d føres direkte til fraksjoneringskolonna 22 uten ytterligere oppvarming. Strøm 45c kan variere mellom 0 og 100 % av strøm 45b. Dampstrømmen 45e fra beholder 30 blir kombinert med strøm 45 c og ytterligere varmet i frontveksleren 12 ved varmevekslingskontakt med inntaksgassen 40, før den går inn i fraksjoneringskolonna 22. Figur 3 til 5 viser alternative foretrukne utførelser av foreliggende oppfinnelse. I figur 3 er det benyttet et mekanisk kjølesystem33, for i det minste delvis å kondensere strøm 62. Den i det minste delvis kondenserte strømmen 62 separeres i separator 26, som angitt ovenfor. Slike mekaniske kjølesystem inkluderer system med propan som kjølemiddel. I figur 4 blir det benyttet en indre kondensator 31 i fraksjoneringskolonna 22, for i det minste delvis å kondensere toppstrømmen i fraksjoneringskolonna ved bruk av strøm 46. Absorbertoppstrømmen 46 varmes ved varmeveksling i den indre kondensatoren, og ledes ut som utløpsstrøm 76 fra den indre kondensatoren, som er varmet ved varmevekslerkontakt med andre prosesstrømmer i frontveksleren 12. Figur 5 viser den samme prosessen som figur 4, men med tillegg av det mekaniske kjølesystemet fra prosessen som er vist i figur 3, som kan brukes som et eksternt kjølesystem for den indre kondensatoren. I denne utførelsesformen blir absorberbunnstrøm 45 kjølt i toppvarmeveksleren 20 og en frontveksler 12 og deretter ekspandert i ekspander 23 før den sendes til fraksjoneringskolonna 22 som en midtre kolonneføde 78. I alle utførelsene inneholder fraksjoneringsbunnstrømmen hovedsakelig alle de tunge forbindelsene.

Figur 6-8 viser nok en annen foretrukket utførelse av den kryogeniske gasseparasjonsprosessen i samsvar med foreliggende oppfinnelsen, konfigurert for forbedret gjenvinning av C2- og andre forbindelser. Denne prosessen benytter et lignende tokolonnesystem, som angitt ovenfor. Trykksatt gassformig hydrokarbonfødestrøm 40, fortrinnvis en trykksatt naturgasstrøm, føres inn i den kryogeniske gasseparasjonsprosessen 100, som drives i C2-gjenvinningsmodus ved et trykk på omtrent 62 bara (900 psia) og omgivelsestemperatur. Behandlet inntaksgass 40 blir delt opp i strømmer 40a, 40b. Inntaksgasstrømmen 40a kjøles i frontveksleren 12 ved varmeutvekslingskontakt med strøm 150, som er dannet ved å varme en absorbertoppstrøm 146 i overveksleren 20.

Inntaksgasstrøm 40b benyttes for å skaffe varme til sidekokere 32a og 32b av fraksjoneringskolonna 22, og avkjøles av disse. Strøm 40b blir først tilført lavere sidekoker 32b for varmevekslingskontakt med væskekondensat 127 som er fjernet fra et trinn under det laveste fødetrinnet i fraksjoneringskolonna 22. Væskekondensat 127 blir dermed varmet og redirigert tilbake til et trinn under den hvorfra den ble fjernet. Strøm 40b blir deretter ført til den øvre sidekokeren 32a for varmevekslingskontakt med væskekondensat 126 som fjernes fra et trinn under det laveste fødetrinnet i fraksjoneringskolonna, men over trinnet hvorfra væskekondensatet 127 ble fjernet. Væskekondensatet 126 blir dermed varmet og dirigert tilbake til et trinn under den hvorfra den ble fjernet, men over trinnet hvorfra væskekondensatet 127 ble fjernet. Strøm 40b blir avkjølt og i det minste delvis kondensert og deretter rekombinert med avkjølt strøm 40a. De kombinerte strømmene 40a, 40b føres til kald separator 14 som separerer disse strømmene, fortrinnsvis ved å dampe av en første dampstrøm 142 fra en første væskestrøm 114. Første væskestrøm 144 ekspanderes i ekspander 24, og føres til et fødetrinn midt i fraksjoneringskolonna 22, som en første fraksjoneringsfødestrøm 158. En parallellstrøm 144a fra den første væskestrømmen 144 kan kombineres med andre ekspanderte dampstrøm 142b, og føres til overveksler 20.

I det minste en del av første dampstrøm 142, ekspanderes i ekspander 16 og føres deretter til absorber 18 som en ekspandert dampstrøm 142a. Den gjenværende delen av første dampstrøm 142, andre ekspanderte dampstrøm 142b, blir ført til toppkondensator 20, og i det minste delvis kondensert ved varmevekslerkontakt med andre prosesstrømmer omtalt nedenfor. Den i det minste delvis kondenserte andre ekspanderte dampstrømmen 142b føres etter at den er ekspandert i ekspander 35, til det midtre området av absorberen 18, fortrinnsvis som en andre absorberfødestrøm 151, som er rik på C2 -forbindelser og lettere forbindelser.

Absorber 18 produserer en toppstrøm 146 og en bunnstrøm 145 fra den ekspanderte dampstrømmen 142a, en andre absorberfødestrøm 151, og absorberfødestrøm 170.

I absorber 18 blir den oppadgående dampen i den ekspanderte dampstrømmen 142a og den andre absorberfødestrømmen 151, diskutert nedenfor, i det minste delvis kondensert ved intim kontakt med fallende væske fra absorberfødestrøm 170 som dermed produserer en absorbertoppstrøm 146 som inneholder hovedsakelig alt av metan og lettere forbindelser i den ekspanderte dampstrømmen 142a, og andre ekspanderte dampstrøm 142b. De kondenserte væskene faller ned kolonna og fjernes som absorberbunnstrøm 145 som inneholder en hoveddel av C2 og tyngre forbindelser.

Absorbertoppstrøm 146 føres til toppveksler 20, og varmes ved varmevekslingskontakt med andre ekspanderte dampstrøm 142b, og komprimerte andre dampstrøm 168. Absorbertoppstrøm 146 er dessuten varmet i frontveksleren 12 som strøm 150 og komprimert i ekspander-forsterker-kompressorene 28 og 25 til et trykk på i det minste over omtrent 55 bara (800 psia) eller rørspesifikasjoner for å danne restgass 152. Restgass 152 er en kommersiell rørgass som inneholder hovedsakelig alt av metan i inntaksgassen og en midtre del C2-forbindelser og tyngre forbindelser. Absorberbunnstrøm 145 ekspanderes og avkjøles i ekspansjonsanordninger, så som ekspansjonsventil 23, og føres til et fødetrinn midt på fraksjoneringskolonna 22, som en andre fraksjoneringsfødestrøm 148. I kraft av den høye trykkdifferansen mellom absorberen 18 og fraksjoneringskolonna 22, kan absorberbunnstømmen 145 føres til fraksjoneringskolonna 22, uten bruk av pumpe.

Fraksjoneringskolonne 22 drives ved et trykk som er vesentlig lavere enn det for absorber 18, fortrinnsvis over omtrent 28 bara (400 psia). Føderatene for fraksjoneringskolonna samt temperatur og trykkprofiler for samme kan velges for å oppnå en akseptabel separasjonseffektivitet av forbindelsene i væskefødestrømmene, så fremt det satte differansetrykket mellom fraksjoneringskolonna og absorberen er opprettholdt, dvs. 10 bar (150 psi). Første fødestrøm 158 og andre fraksjoneringsfødestrøm 148 tilføres ett eller flere fødetrinn i nærheten av en midtre del av fraksjoneringskolonna 22 for å gi en bunnstrøm 172 og en toppstrøm 160. Fraksjoneringskolonne-bunnstrømmen 172 kan avkjøles for å produsere en NGL produktstrøm som inneholder en hoveddel av de tunge hovedkomponentene og tunge forbindelser.

Fraksjoneringskolonnetoppstrømmen 160 føres til toppkompressor 127 og komprimeres hovedsakelig til driftstrykk P i absorber 18, som komprimert andre dampstrøm 168. Komprimert andre dampstrøm 168 blir i det minste delvis kondensert i toppkondensatoren 20 ved varmevekslingskontakt med absorbertoppstrømmen 146 og andre ekspanderte dampstrøm 142b. Den i det minste delvis kondenserte toppstrømmen 168 blir sendt til absorber 18 som en andre absorberfødestrøm 151.

Som eksempel er de molare strømningshastighetene av de relevante strømmene i figur 6 vist i tabell 2, som følger:

Figur 6a til 8 viser andre foretrukne utførelser av den kryogeniske gasseparasjonsprosessen for bedret gjenvinning av C2- og tyngre forbindelser, hvor høytrykksabsorberen mottar strømmer som er rike på C2- og lettere forbindelser for å bedre separasjonseffektiviteten. Figur 6a viser en annen utførelse av prosessen som er vist i figur 6. I figur 6a blir det benyttet en kaldabsorber 114 med ett eller flere masseoverføringstrinn i stedet for en kaldseparator 14. I denne prosessvarianten deles fødestrømmen 40 i to adskilte fødestrømmer 40a og 40b. Strøm 40a kjøles i frontveksler 12 ved varmevekslingskontakt med absorbertoppstrømmen 150 og oppstår som strøm 40c. Strøm 40b kjøles i kokerne 32a og 32b ved varmevekslingskontakt henholdsvis med strømmene 126 og 127, og oppstår som strøm 40d. Den kaldeste av de to strømmene 40c og 40d, føres til toppen av kaldabsorberen 14, og den varmeste av de to strømmene 40c og 40d, føres til bunnen av kaldabsorberen 14. I tillegg kan i det minste en del av den første væskestrømmen 144 deles av som strøm 144a, og kombineres med den andre ekspanderte dampstrømmen 142b, som omtalt ovenfor. Figur 7 viser et alternativ til den kryogeniske C2+ gjenvinningsprosessen som er vist i figur 6. Den første dampstrømmen 142 fra kaldseparatoren 14 føres her gjennom ekspander 16 som ekspandert dampstrøm 142a, uten oppdeling før den kommer inn i ekspanderen 16. Ekspandert dampstrøm 142a føres til den nedre delen av absorber 18 i sin helhet, i stedet for å deles opp til ekspandert dampstrøm 142a og andre ekspanderte dampstrøm 142b. Absorberen blir også tilført en andre absorberfødestrøm 151. Den andre absorberfødestrømmen 151 produseres ved å ta en parallellstrøm av restgassen 152, varme den i en overveksler 20, ekspandere den i en ekspander og føre den til en absorber18 som en andre absorberfødestrøm 151. Absorberfødestrømmen 170 forblir den samme som i figur 6. Figur 7a viser en annen utførelse av prosessen som er vist i figur 7. I figur 7a blir det benyttet en kaldabsorber 114 med ett eller flere masseoverføringstrinn i stedet for en kaldseparator 14. I denne prosessvarianten deles fødestrømmen 40 i to adskilte fødestrømmer 40a og 40b. Strøm 40a kjøles i frontveksler 12 ved varmevekslingskontakt med absorbertoppstrømmen 150 og oppstår som strøm 40c. Strøm 40b kjøles i kokerne 32a og 32b ved varmevekslingskontakt med henholdsvis strømmene 126 og 127, og oppstår som strøm 40d. Den kaldeste av de to strømmene 40c og 40d, føres til toppen av kaldabsorberen 114, og den varmeste av de to strømmene 40c og 40d, føres til bunnen av kaldabsorberen 114. Figur 8 viser en ytterligere utførelse av C2+ gjenvinningsprosessen. I denne spesifikke prosessutførelsen, blir inntaksgasstrømmen 40 kjølt i frontveksler 12 og ført til kaldseparator 14. Den første dampstrømmen 142 ekspanderes i ekspanderen 16 og føres til absorber 18 som ekspandert dampstrøm 142a. Ekspandert dampstrøm 142a føres til den nedre delen av absorber 18 i sin helhet, i motsetning til å splittes opp i strømmer 142a og 142b som i tidligere omtalte utførelser. Det finnes to andre absorberfødestrømmer i den foreliggende utførelsen av prosessen. Den gassformige toppstrømmen 160 fra fraksjoneringskolonna komprimeres og ekspanderes i kompressor 27 til det samme trykk som absorberen 18, og finnes som komprimert andre dampstrøm 168. Fraksjoneringsbunnstrømmen inneholder hovedsakelig alle de tunge hovedkomponentene. Den komprimerte andre dampstrøm 168 blir i det minste delvis kondensert i toppveksleren 20 og ført til absorber 18 som en andre absorberfødestrøm 151. En andre ekspandert dampstrøm 151' av restgasstrøm 152 varmes i kokere 32a og 32b, og blir i det minste delvis kondensert i en overveksler 20, og ekspandert til det samme trykket som i absorberen 18 i ekspanderen 35, og ført til absorberen 18.

Det er betydelige fordeler med foreliggende oppfinnelse, hvorved absorberdriftstrykket er betydelig større enn og ved et forhåndsdefinert differansetrykk fra en sekvensielt konfigurert eller nedstrøms fraksjoneringskolonne for gjenvinning av C2- og/eller C3-forbindelser og tyngre forbindelser. For det første kan en redusere effektbehovet for driftskompresjon, hvilket øker gassprosesseringsraten. Dette er særlig riktig for inntaksgass med høyt trykk. Effektforbruket fra driftskomprimering kan for det meste tillegges ekspansjon av inntaksgassen til det lavere driftstrykket i absorberen. Restgassen produsert i absorberen blir deretter rekomprimert til rørspesifikasjoner. Ved å øke absorberdriftstrykket, blir det mindre behov for gasskomprimering. I tillegg til de reduserte effektkravene til driftskomprimering for gassene, finnes det andre fordeler. Toppkompressoren styrer trykket i fraksjoneringskolonna 22, som forhindrer trykkøkning i fraksjoneringskolonna, særlig under oppstart av prosessen. Absorbertrykket kan øke og fungerer som en buffer for å beskytte fraksjoneringskolonna, hvilket øker sikkerheten ved drift av fraksjoneringskolonna. Ettersom fraksjoneringskolonna i samsvar med foreliggende oppfinnelse kan utformes for å drives ved lavere trykk enn i kjent teknikk, reduseres initiale kapitalkostnader for kolonna. En annen fordel i forhold til kjent teknikk, er at toppkompressoren vil holde kolonna innenfor det egnete driftsområdet, dvs. unngå forstyrrelser, ettersom det ikke er noe tap av separasjonseffektivitet.

For det andre tillater oppfinnelsen mer justering av temperatur- og trykkprofilen for ei sekvensielt konfigurert eller nedstrøms fraksjoneringskolonne for å optimalisere separasjonseffektivitet og varmeintegrasjon. I tilfellet for en rik inngangsgasstrøm, tillater foreliggende oppfinnelse at fraksjoneringskolonna kan drives ved lavere trykk og/eller lavere temperatur for bedret separasjon av C2- og/eller C3- eller tyngre forbindelser. Drift av fraksjoneringskolonna ved lavere trykk, reduserer dessuten kolonnas varmebehov. Varmeenergi i ulike prosesstrømmer kan benyttes til drift av fraksjoneringskolonnas sidekoker, eller drift av toppkondensatoren for å forhåndskjøle inntaksgasstrømmen.

For det tredje forbedres energi- og varmeintegrasjon av separasjonsprosessen ved å drive absorberen ved høyt trykk. Energien i høytrykks væskestrømmer og -dampstrømmer fra absorberen kan for eksempel tas ut ved å koble isentropiske ekspansjonstrinn, så som i en turboekspander, sammen med gasskomprimeringstrinn.

Dessuiten eliminerer oppfinnelsen væskepumper mellom absorberen og fraksjoneringskolonna og kapitalkostnadene forbundet med sådanne. Alle strømmene mellom kolonnene kan strømme på grunn av trykkforskjeller mellom kolonnene.

Claims

1. Framgangsmåte for separasjon av en tung hovedkomponent fra en inntaksgass-strøm som inneholder en blanding av metan, C2-, C3- og tyngre forbindelser, karakterisert ved at den omfatter trinnene: (a) i det minste delvis kondensere og separere inntaksgassen (40) for å gi en første væskestrøm (44) og en første dampstrøm (42), (b) ekspandere i det minste en del av den første væskestrømmen (44) for å gi en første fraksjoneringsfødestrøm (58), (c) tilføre ei fraksjoneringskolonne (22) en første fraksjoneringsfødestrøm (58) og en andre fraksjoneringsfødestrøm (53), hvorved fraksjoneringskolonna produserer en dampformig toppstrøm (60) og en bunnstrøm (72), (d) ekspandere i det minste en del av den første dampstrømmen (42) for å produsere en ekspandert dampstrøm, (42a) (e) tilføre en absorber (18) den ekspanderte dampstrømmen (42a) og en absorberfødestrøm (70), hvorved absorberen produserer en toppstrøm (46) og en bunnstrøm (45) og oppviser et absorbertrykk som er vesentlig større enn og ved en forhåndsdefinert trykkforskjell fra et fraksjoneringskolonnetrykk i et område fra 3,4 bar til 24,1 bar (50 til 350 psi), (f) komprimere i det minste en del av den dampformige toppstrømmen (60) eller en andre dampstrøm (66) hovedsakelig til absorbertrykket for å danne en komprimert andre dampstrøm (68), og for å regulere trykket i fraksjoneringskolonna ved å opprettholde det forhåndsdefinerte differansetrykket fra absorbertrykket, (g) i det minste delvis kondensere den komprimerte andre dampstrømmen (68) for å produsere absorberfødestrømmen (70), og hvorved bunnstrømmen (72) fra fraksjoneringskolonna inneholder en vesentlig del av den tunge nøkkelkomponenten samt tyngre forbindelser.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at absorbertrykket opprettholdes ved 34,5 bar (500 psia) eller høyere.

3. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det i det minste den delvise kondenseringen i trinn (a) finner sted i et apparat som er valgt fra gruppen bestående av en varmeveksler, væskeekspander, dampekspander, ekspansjonsventil og kombinasjoner av disse.

4. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den første (58) og andre (53) fraksjoneringsfødestrømmen i trinn (c) føres til en midtre del av fraksjoneringskolonna (22).

5. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den komprimerte andre dampstrømmen (60) i trinn (f) inneholder en vesentlig del av metanet i den første fraksjoneringsfødestrømmen (58) og den andre fraksjoneringsfødestrømmen (53).

6. Framgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten er C3- og tyngre forbindelser, og at den komprimerte andre dampstrømmen (68) inneholder en del av C2-forbindelsene i fraksjoneringsfødestrømmen (58) og den andre fraksjoneringsfødestrømmen (53).

7. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at absorberen (18) i trinn (e) oppviser i det minste ett vertikalt adskilt trinn, ett eller flere pakkete bed, enhver type masseoverføringsanordning, eller en kombinasjon av disse.

8. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fraksjoneringskolonna (22) i trinn (c) har i det minste ett vertikalt adskilt trinn, ett eller flere pakkete bed, enhver type masseoverføringsanordning, eller en kombinasjon av disse.

9. Framgangsmåte ifølge krav 1, hvorved den tunge hovedkomponenten er C3- og tyngre forbindelser, karakterisert ved at den omfatter trinnene: (a) i det minste delvis å kondensere den dampformige fraksjoneringstoppstrømmen (60) for å gi en kondensert fraksjonert toppstrøm (62), (b) å separere den kondenserte fraksjoneringstoppstrømmen (62) for å gi en andre dampstrøm (66) og en fraksjoneringsrefluksstrøm (64), (c) føde fraksjoneringskolonna med refluksstrømmen (64), (d) avkjøle fraksjoneringsbunnstrømmen (72) og føre en del av fraksjoneringsbunnstrømmen (72a) til fraksjoneringskolonna (22) som en refluksstrøm (64), (e) kondensere i det minste en del av den første væskestrømmen (44) før den første fraksjoneringskolonnestrømmen (58) fra trinn (b) dannes, og hvor fraksjoneringsbunnstrømmen (72) inneholder hoveddelen av de tunge nøkkelkomponentene og tyngre forbindelser.

10. Framgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at (a) i det minste en gjenværende del av den første væskestrømmen (44) varmes opp for å gi en tredje fraksjoneringsfødestrøm, og (b) at den tredje fraksjoneringsfødestrømmen føres til fraksjoneringstårnet eller til den første fraksjoneringsfødestrømmen (58).

11. Framgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at (a) absorberbunnstrømmen (45) ekspanderes, (b) at absorberbunnstrømmen (45) kondenseres i det minste delvis for å danne en kondensert absorberbunnstrøm (45a), (c) at den kondenserte absorberbunnstrømmen (45a) separeres i en dampstrøm (45e) og en væskestrøm (45b) hvor den første separerte væskestrømmen (45c) er 0 til 100 % av den separerte væskestrømmen, (d) at den separerte væskestrømmen separeres i første (45c) og andre (45d) væskestrøm, (e) at den andre separerte væskestrømmen (45d) ledes til fraksjoneringskolonna (22), (f) at den første separerte væskestrømmen (45c) kombineres med den separerte dampstrømmen (45e) for å danne den andre fraksjoneringsfødestrømmen (53), (g) at den andre fraksjoneringsfødestrømmen (53) varmes, og (h) at den andre fraksjoneringsfødestrømmen (53) ledes til fraksjoneringskolonna (22).

12. Framgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten som anvendes er C3- og tyngre forbindelser, og at kondensasjonen i trinn (g) i krav 1 utføres ved varmevekslingskontakt med en eller flere prosesstrømmer valgt fra gruppen bestående av absorberbunnstrømmen (45), absorbertoppstrømmen (46), i det minste en del av den første væskestrømmen (44) og kombinasjoner av disse.

13. Framgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten som anvendes er C3- og tyngre forbindelser, og at den første fraksjoneringsfødestrømmen (58) og den andre fraksjoneringsfødestrømmen (53) som føres til fraksjoneringskolonna (22), avkjøles ved varmevekslingskontakt med prosesstrømmer valgt fra gruppen bestående av absorbertoppstrømmen (46), inntaksgasstrømmen, den komprimerte andre dampstrømmen (68), fraksjoneringstoppstrømmen (60) og kombinasjoner av disse.

14. Framgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at den tunge nøkkelkomponenten som anvendes er C3- og tyngre forbindelser, og at varmevekslingskontakten utføres i en varmeveksler og/eller kondensator.

15. Framgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at den tunge nøkkelkomponenten som anvendes er C3- og tyngre forbindelser, og at den første fraksjoneringsfødestrømmen (58) som tilføres fraksjoneringskolonna (22) i trinn (c) i krav 1, avkjøles ved varmevekslingskontakt med absorbertoppstrømmen (150) i en varmeveksler, hvor den gassformige fraksjoneringstoppstrømmen (60) i trinn (c) blir i det minste delvis kondensert med et indre kjølesystem, og hvor trinn (g) inkluderer kondensering av den komprimerte andre dampstrømmen (68) ved varmevekslingskontakt med absorbertoppstrømmen (46).

16. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den tunge nøkkelkomponenten som anvendes er C3- og tyngre forbindelser, og at absorbertoppstrømmen (46) i trinn (e) sendes til en indre kondensator i fraksjoneringskolonna (22).

17. Framgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at den tunge nøkkelkomponenten anvendes i form av C3- og tyngre forbindelser, som i det minste er delvis kondensert i den indre kondensatoren som benytter et eksternt kjølesystem, hvilket gir den fraksjonerte toppstrømmen (60).

18. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den tunge nøkkelkomponenten anvendes i form av C2- og tyngre forbindelser, og at: (a) den første væskekondensatorstrømmen (127) fjernes fra et uttakstrinn lokalisert under det laveste fødetrinnet, (b) at den første væskekondensatorstrømmen (127) varmes, (c) at den første væskeformige kondensatorstrømmen (127) returneres til et returtrinn lokalisert mellom uttakstrinnet og det laveste fødetrinnet, (d) at en andre væskeformig kondensatorstrøm (126) fjernes fra et andre uttakstrinn lokalisert mellom det laveste fødetrinnet og uttakstrinnet, (e) at den andre væske kondensatorstrømmen (126) varmes, (f) at den andre væskeformige kondensatorstrømmen (126) returneres til et andre returtrinn lokalisert mellom det andre uttakstrinnet og uttakstrinnet, og (g) at absorberen (18) tilføres en andre absorberfødestrøm (151), hvorved fraksjoneringsbunnstrømmen (145) inneholder hoveddelen av de tunge hovedkomponentene og tyngre forbindelser.

19. Framgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at den tunge nøkkelkomponenten anvendes i form av C2- og tyngre forbindelser og at kondensasjonen i trinn (g) i krav 1 utføres ved varmevekslingskontakt med en prosesstrøm valgt fra gruppen bestående av andelen av den første dampstrømmen (42), absorbertoppstrømmen (46) og kombinasjoner av disse.

20. Framgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at den tunge nøkkelkomponenten anvendes i form av C2- og tyngre forbindelser og at absorberen (18) tilføres en andre absorberfødestrøm (151) i form av en kondensert del av den andre ekspanderte dampstrømmen (142b) og/eller en del av en andre ekspandert restgassdampstrøm.

21. Framgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten anvendes i form av C2- og tyngre forbindelser og: (a) at en delt fødestrøm og en andre delt fødestrøm ledes til en kald absorber (14), (b) at den kaldeste av den delte fødestrømmen og den andre delte fødestrømmen fødes til toppen av den kalde absorberen (14), (c) at den varmeste av den delte og den andre delte fødestrømmen føres til bunnen av den kalde absorberen (14).

22. Framgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten anvendes i form av C2- og tyngre forbindelser og at den andre absorberfødestrømmen (151) avkjøles, i det minste delvis kondenseres, og ekspanderes, før den andre absorberfødestrømmen (151) føres til absorberen (18).

23. Framgangsmåte ifølge krav 22, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten anvendes i form av C2- og tyngre forbindelser og at i det minste en del av den første væskestrømmen (144) tilsettes som en flytende parallellstrøm (144a) til den andre absorberfødestrømmen (151), før avkjøling, og at den andre absorberfødestrømmen (151) kondenseres i det minste delvis.

24. Anordning for separasjon av en tung nøkkelkomponent fra en inntaksgasstrøm som innholder en blanding av metan, C2-, C3- og tyngre forbindelser, karakterisert ved at anordningen omfatter: (a) en kjøleanordning for i det minste delvis kondensasjon og separasjon av inntaksgassen for å gi en første væskestrøm (44) og en første dampstrøm (42), (b) en ekspansjonsanordning for å ekspandere den første væskestrømmen (44) for å gi en første fraksjoneringsfødestrøm (58), (c) ei fraksjoneringskolonne (22) for å motta den første fraksjoneringsfødestrømmen (58) og en andre fraksjoneringsfødestrøm (53), hvorved fraksjoneringskolonna (22) er utformet for å gi en dampformig fraksjoneringstoppstrøm (60) og en bunnstrøm (72), (d) en andre ekspansjonsanordning for ekspansjon av i det minste en del av den første dampstrømmen (42) for å gi en ekspandert dampstrøm (42a), (e) en absorber (18) for å motta den ekspanderte dampstrømmen (42a) og en absorberfødestrøm (70), hvorved absorberen (18) er utformet for å gi en absorbertoppstrøm (46) og en absorberbunnstrøm (45), hvorved absorberen har et absorbertrykk som er vesentlig større enn og har et forhåndsdefinert differansetrykk fra et fraksjoneringskolonnetrykk i området fra 3,4 til 24,1 bar (50 til 350 psi), (f) en kompressor for å komprimere i det minste en del av den dampformige fraksjoneringstoppstrømmen (60) eller en andre dampstrøm (66) hovedsakelig til absorbertrykket for å gi en komprimert andre dampstrøm (68), (g) en kondensatoranordning for i det minste delvis å kondensere den komprimerte andre dampstrømmen (68) for å danne absorberfødestrømmen (70), hvorved fraksjoneringsbunnstrømmen (72) inneholder hoveddelen av de tunge hoved-komponentene og tyngre forbindelser.

25. Anordning ifølge krav 24, karakterisert ved at absorbertrykket i tinn (e) er 34,5 bar (500 psia) eller høyere.

26. Anordning ifølge krav 24, karakterisert ved at kjøleanordningen i (a), er valgt fra gruppen omfattende en varmeveksler, en væskeekspander, dampekspander, en ekspansjonsventil og en kombinasjon av disse.

27. Anordning ifølge krav 24, karakterisert ved at den første fraksjoneringsfødestrømmen (58) og den andre fraksjoneringsfødestrømmen (53) føres til en midtre del av fraksjoneringskolonna (22).

28. Anordning ifølge krav 24, hvor den tunge hovedkomponenten er C3- og tyngre forbindelser, karakterisert ved at den omfatter: (a) en kondensasjonsanordning for i det minste delvis kondensasjon av den dampformige fraksjoneringstoppstrømmen (60) for å gi en kondensert fraksjoneringstoppstrøm (62), (b) en separasjonsanordning for separasjon av den kondenserte fraksjoneringstoppstrømmen (62) for å produsere en andre dampstrøm (66) og en fraksjonerings-refluksstrøm (64), (c) fraksjoneringskolonna (22) for mottak av en fraksjonerings-refluksstrøm, (d) en bunnvarmeveksler for mottak av og avkjøling av fraksjonerings-bunnstrømmen og tilførsel av en del av fraksjonerings-bunnstrømmen (72a) til fraksjoneringskolonna (22) som en fraksjonerings-refluksstrøm (64), hvorved fraksjonerings-bunnstrømmen (72) inneholder hoveddelen av de tunge hoved-komponentene og tyngre forbindelser.

29. Anordning ifølge krav 28, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten er C3- og tyngre forbindelser, og at anordningen omfatter (a) en varmeanordning for oppvarming av i det minste en gjenværende del av den første væskestrømmen (44) for å gi en tredje fraksjoneringsfødestrøm, og (b) fraksjoneringskolonna (22) eller den første fraksjoneringsfødestrømmen (58) for å motta den tredje fraksjoneringsfødestrømmen.

30. Anordning ifølge krav 29, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten er C3- og tyngre forbindelser, og at anordningen omfatter (a) en tredje ekspansjonsanordning for å ekspandere absorberbunnstrømmen (45), (b) en kjøleanordning for i det minste delvis å kondensere absorberbunnstrømmen (45) for å danne en kondensert absorberbunnstrøm (45a), (c) en separasjonsanordning for å separere den kondenserte absorberbunnstrømmen (45a) i en separert dampstrøm (45e) og en separert væskestrøm (45b), (d) en andre separasjonsanordning for å separere den separerte væskestrømmen i en første separert væskestrøm (44c) og en andre separert væskestrøm (45d), hvor den første separerte væskestrømmen (44c) utgjør 0 til 100 % av den separerte væskestrømmen, (e) fraksjoneringskolonna (22) for mottak av den andre separerte væskestrømmen (45d), (f) en kombinasjonsanordning for å kombinere den første separerte væskestrømmen (44c) med den separerte dampstrømmen (45e) for å danne den andre fraksjoneringsfødestrømmen (53), (g) en varmeanordning for å varme den andre fraksjoneringsfødestrømmen (53), og (h) fraksjoneringskolonna (22) for å motta den andre fraksjoneringsfødestrømmen (53).

31. Anordning ifølge krav 28, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten som anvendes er C3- og tyngre forbindelser, og at varmeveksleren er utformet for i det minste delvis å kondensere den andre komprimerte dampstrømmen (68) ved varmevekslingskontakt med en eller flere prosesstrømmer som er valgt fra gruppen bestående av fraksjoneringsfødestrømmen, absorbertoppstrømmen (46) og kombinasjoner av disse.

32. Anordning ifølge krav 24, karakterisert ved at den tunge nøkkelkomponenten er C2- og tyngre forbindelser, og at anordningen omfatter: (a) fraksjoneringskolonna (22) for fjerning av en første væskekondensatstrøm fra et uttakstrinn lokalisert under det laveste fødetrinnet, (b) oppvarmingsanordning for oppvarming av den første væskekondensstrømmen (127), (c) fraksjoneringskolonna (22) for å returnere den første væskekondensatstrømmen (127) tilbake et returtrinn mellom uttakstrinnet og det laveste fødetrinnet, (d) fraksjoneringskolonna (22) for fjerning av en andre væskekondensatstrøm (126) fra et andre uttakstrinn lokalisert mellom det laveste fødetrinnet og uttakstrinnet, (e) en andre oppvarmingsanordning for oppvarming av den andre væskekondensatstrømmen (126), (f) fraksjoneringskolonna for å returnere den andre væskekondensatstrømmen (126) til et andre returtrinn lokalisert mellom det andre uttakstrinnet og uttakstrinnet, (g) absorberen (18) for mottak av en andre absorberfødestrøm (151), og hvor fraksjoneringsbunnstrømmen (145) inneholder hoveddelen av de tunge nøkkelkomponentene og tyngre forbindelser.

33. Anordning ifølge krav 32, karakterisert ved at den tunge nøkkelkomponenten er C2- og tyngre forbindelser og at fraksjoneringskolonna (22) inkluderer en eller flere sidekokere som er i varmevekslingskontakt med prosesstrømmer valgt fra gruppen bestående av i det minste en del av inntaksgasstrømmen, i det minste en del av en restgasstrøm og kombinasjoner av disse.

34. Anordning ifølge krav 32, karakterisert ved at den tunge hoved-komponenten er C2- og tyngre forbindelser og at kjøleanordningen i (a) i krav 24 ytterligere omfatter en kald absorber med ett eller flere masseoverføringstrinn for mottak av i det minste en del av en kondensert inntaksgasstrøm, hvorved den kalde absorberen er utformet for å gi en første væskestrøm og en første dampstrøm (42).

35. Anordning ifølge krav 24, karakterisert ved at absorberen (18) i (e) har i det minste ett vertikalt distansert trinn, ett eller flere pakkete bed, enhver type masseoverføringsanordning, eller en kombinasjon av disse.

36. Anordning ifølge krav 24, karakterisert ved at fraksjoneringskolonna (22) i (c) har i det minste ett vertikalt distansert trinn, ett eller flere pakkete bed, enhver type masseoverføringsanordning eller en kombinasjon av disse.

37. Anordning ifølge krav 24, karakterisert ved at den omfatter en beholder for å separere en kondensert absorberbunnstrøm i en separert dampstrøm og en separert væskestrøm.

38. Anordning ifølge krav 24, karakterisert ved at den komprimerte andre dampstrømmen (68) inneholder en andel av metanet i den første fraksjoneringsfødestrømmen (58) og den andre fraksjoneringsfødestrømmen (53).

39. Anordning ifølge krav 38, karakterisert ved at den tunge komponenten er C3-forbindelser og den komprimerte andre dampstrømmen (68) inneholder en hoveddel av C2.forbindelsene i fraksjoneringsfødestrømmen (58) og andre fraksjoneringsfødestrømmen (53).

40. Anordning ifølge krav 24, karakterisert ved en trykkforskjell mellom absorberen (18) og fraksjoneringskolonna (22) sørger for at fraksjoneringsfødestrømmen strømmer til fraksjoneringskolonna (22).

41. Anordning ifølge krav 24, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten er C3- og tyngre forbindelser, og at den kondensatoren er valgt fra gruppen bestående av en varmeveksler og en indre kondensator i fraksjoneringskolonna (22).

42. Anordning ifølge krav 41, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten er C3- og tyngre forbindelser, og at fraksjoneringstoppstrømmen blir i det minste delvis kondensert i et eksternt kjølesystem.

43. Anordning ifølge krav 24, karakterisert ved at den tunge hovedkomponenten er C3- og tyngre forbindelser, og at den ytterligere omfatter en kompressor for å komprimere absorbertoppstrømmen (46) til 34,5 bar (500 psia) eller høyere.