NO345734B1

NO345734B1 - Fremgangsmåte og anordning for gjenvinning av flytende naturgass fra en gassformig fødestrøm.

Info

Publication number: NO345734B1
Application number: NO20101476A
Authority: NO
Inventors: Michael Malsam
Original assignee: Lummus Technology Inc
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2021-07-05
Also published as: JP5469661B2; BRPI0915129A2; US8413463B2; CN102027303B; JP2014139311A; KR101522853B1; AU2009246724A1; US20090282864A1; BRPI0915129B1; US9291387B2; US8209997B2; GB2471633A; KR20150104217A; MX359541B; GB2471633B; WO2009140070A1; NO20101476A1; CA2723831C; JP5770870B2; CA2723831A1

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår en framgangsmåte og apparat for gjenvinning av flytende naturgass fra en gassformig fødestrøm som inneholder hydrokarboner, slik det framgår av den innledende del av henholdsvis patentkrav 1 og 12, og nærmere bestemt gjenvinning av propan og etan fra gassfødestrømmer.

Bakgrunn

Naturgass inneholder ulike hydrokarboner, inkludert metan, etan og propan. Naturgass har vanligvis en dominerende andel av metan og etan, dvs. at metan og etan typisk omfatter i det minste 50 molprosent av gassen. Gassen inneholder også relativt mindre mengder tyngre hydrokarboner slik som propan, butaner, pentaner og tilsvarende, samt hydrogen, nitrogen, karbondioksid og andre gasser. I tillegg til naturgass, kan andre gasstrømmer som inneholder hydrokarboner inneholde en blanding av lettere og tyngre hydrokarboner. For eksempel kan gass-strømmer dannet i raffineringsprosesser inneholde blandinger av hydrokarboner som skal separeres. Separasjon og gjenvinning av disse hydrokarboner kan gi verdifulle produkter som kan benyttes direkte eller som fødestrømmer for andre prosesser. Disse hydrokarbonene blir typisk gjenvunnet i form av flytende naturgass (NGL)

Den foreliggende oppfinnelsen er primært rettet mot gjenvinning av C3+-komponenter i gassstrømmer som inneholder hydrokarboner og særlig for gjenvinning av propan fra disse gassstrømmene. En typisk naturgassføde som skal prosesseres i henhold til de foreliggende prosessene beskrevet nedenfor, kan i omtrentlig molprosent typisk inneholde 92,12 % metan, 3,96 % etan og andre C2-komponenter, 1,05 % propan og andre C3-komponenter, 0,15 % isobutan, 0,21 % normalbutan, 0,11 % pentaner eller tyngre, og resten primært bestående av nitrogen og karbondioksid. Raffineri-gasstrømmer kan inneholde mindre metan og større mengder av tyngre hydrokarboner.

Gjenvinning av flytende naturgass fra en gassfødestrøm har blitt utført ved bruk av ulike prosesser, slik som kjøling og frysing av gass, oljeabsorpsjon, nedkjølt oljeabsorpsjon eller ved bruk av flere destillasjonstårn. I den senere tid har kryogeniske ekspansjonsprosesser som benytter Joule-Thomson-ventiler eller turboekspandere blitt foretrukne prosesser for gjenvinning av NGL fra naturgass.

I en typisk kryogenisk ekspansjonsgjenvinningsprosess, blir en fødegass-strøm under trykk kjølt ned ved varmeveksling mot andre strømmer i prosessen og/eller eksterne kilder for kjøling slik som et propanbasert kompresjons-kuldesystem. Mens gassen kjøles ned, kan væske kondenseres og samles i en eller flere separatorer i form av væske ved høyt trykk som inneholder de ønskede komponentene.

Væskene ved høyt trykk kan ekspanderes til et lavere trykk og fraksjoneres. Den ekspanderte strømmen som omfatter en blanding av væske og damp blir fraksjonert i ei destillasjonskolonne. I destillasjonskolonna blir flyktige gasser og lettere hydrokarboner fjernet som toppdamp og tyngre hydrokarbonkomponenter fjernet som væskeprodukter i bunnstrømmene.

Fødegassen blir typisk ikke fullstendig kondensert, og dampen som blir igjen fra den partielle kondenseringen kan føres gjennom en Joule-Thomson-ventil eller en turboekspander til et lavere trykk hvorved ytterligere væske kondenseres som et resultat av ytterligere nedkjøling av strømmen. Den ekspanderte strømmen tilføres som fødestrøm til destillasjonskolonna.

En refluksstrøm forsynes til destillasjonskolonna, typisk en del av partielt kondensert fødegass etter nedkjøling men før ekspansjon. Ulike prosesser har brukt andre kilder for refluksen, slik som en resirkulert strøm av restgass tilført under trykk.

Mens ulike forbedringer av de generelle kryogeniske prosessene beskrevet foran har blitt forsøkt, fortsetter disse forbedringene å benytte en turboekspander eller Joule-Thomson-ventil for å ekspandere fødestrømmen til destillasjonskolonna. Det ville vært ønskelig å ha en forbedret prosess for økt gjenvinning av NGL-komponenter fra en naturgassfødestrøm.

US patentskrift 4,854,955 er relatert til en framgangsmåte for separasjon av en gassformig hovedføde som inneholder metan og komponenter i form av C2+, til en restgassfraksjon som hovedsakelig inneholder metan, og en andre fraksjon som hovedsakelig inneholder komponenter i form av C3+. Hovedføden kjøles trinnvis gjennom flere varmevekslere 11, 12, 13 og ekspanderes i en ekspander 14. Toppstrøm 15 fra ekspander 14 fødes deretter til en ekspansjonsmaskin 18 før den fødes til en destillasjonskolonne 24. I én utførelsesform er det dessuten foreslått en ekspansjonsventil 38 i tillegg til ekspansjonsmaskinen 18. Det er også beskrevet en separator 26 som separerer toppstrøm 25, 25a fra destillasjonskolonna 24, hvori bunnstrøm 27 fra separator 26 ganske enkelt blir resirkulert til toppen av destillasjonskolonna 24 ved hjelp av reflukspumpe 28, uten noen ytterligere utnyttelse.

US patentskrift 3,568,458 er relatert til en framgangsmåte for separasjon av metan fra en føde som inneholder en blanding av nitrogen og metan, i motsetning til fødestrømmen i den foreliggende oppfinnelsen som inneholder kun spormengder av nitrogen.

US patentskrift 5,685,170 er også relatert til gjenvinning av C3+ fra en naturgasstrøm, som også involverer bruk av en destillasjonskolonne og separator. Heller ikke denne prosessen utnytter en bunnstrøm fra separatoren som kombinert kjølemiddel i noen hovedvarmeveksler.

Formål

Et formål med oppfinnelsen er å anvise en framgangsmåte og et apparat for gjenvinning av flytende naturgass fra en gassformig fødestrøm som inneholder hydrokarboner, med økt gjenvinning av komponenter i flytende naturgass, uten bruk av noen Joule-Thompson ventil eller turboekspander.

Oppfinnelsen

Disse formålene oppnås med en framgangsmåte og et apparat for gjenvinning av flytende naturgass fra en gassformig fødestrøm, slik det framgår av den karakteriserende del av henholdsvis patentkrav 1 og 12. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de respektive uselvstendige patentkravene.

Den foreliggende oppfinnelsen er relatert til forbedrede prosesser for gjenvinning av NGL-komponenter fra en gassformig fødestrøm. Prosessen benytter en åpen sløyfe blandet kuldeprosess for å oppnå de lave temperaturene som er nødvendig for disse høye nivåene med NGL-gjenvinning. En enkelt destillasjonskolonne benyttes til å separere tyngre hydrokarboner fra lettere komponenter slik som gass for salg. Toppstrømmen fra destillasjonskolonna kjøles for å foreta partiell kondensering av toppstrømmen til væske. Den partielt kondenserte toppstrømmen separeres til en dampstrøm som omfatter lettere hydrokarboner, slik som gass for salg, og en lettere væskekomponent som tjener som et blandet kjølemedium. Det blandede kjølemediet tilbyr kjøling til prosessen og en del av det blandede kjølemediet brukes som en refluksstrøm for å anrike destillasjonskolonna med nøkkelkomponentene. Når gassen i destillasjonskolonna er anriket, bil toppstrømmen fra destillasjonskolonna kondensert ved varmere temperaturer, og destillasjonskolonna opererer ved varmere temperaturer enn det som typisk benyttes for høy gjenvinning av NGL-komponenter. Prosessen oppnår høy gjenvinning av ønskede NGL-komponenter uten å ekspandere gassen som i en Joule-Thomson-ventil eller turboekspanderbasert anlegg, og kun med en enkelt destillasjonskolonne.

I en utførelsesform av framgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen, gjenvinnes C3+ hydrokarboner og særlig propan. Temperatur og trykk opprettholdes som påkrevet for å oppnå den ønskede gjenvinning ag C3+ hydrokarboner basert på sammensetningen av den innkommende fødestrøm. I denne utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen entrer fødegass i en hovedvarmeveksler og nedkjøles. Den nedkjølte fødegassen fødes til ei destillasjonskolonne, som i denne utførelsesformen tjener som en etanfjerner. Kjøling for fødestrømmen kan forsynes primært av et varmt kjølemedium slik som propan. Toppstrømmen fra destillasjonskolonna entrer hovedvarmeveksleren og kjøles til temperaturen som kreves for å produsere det blandede kjølemediet og for å oppnå den ønskede gjenvinning av NGL fra systemet.

Den nedkjølte toppstrømmen fra destillasjonskolonna kombineres med en toppstrøm fra en refluksbeholder og separeres i en toppseparator for destillasjonskolonna. Toppdampen fra destillasjonskolonnas toppseparator er salgsgass (dvs. metan, etan og inertgasser) og den væskeformige bunnstrømmen er det blandede kjølemediet. Det blandede kjølemediet er anriket på C2 og lettere komponenter sammenliknet med fødegassen. Salgsgassen fødes gjennom hovedvarmeveksleren der den varmes opp. Temperaturen i det blandede kjølemediet reduseres til en temperatur som er kald nok til å bevirke den nødvendige varmeoverføring i hovedvarmeveksleren. Temperaturen i kjølemediet senkes ved å redusere kjølemediets trykk over en reguleringsventil. Det blandede kjølemediet fødes til hovedvarmeveksleren der den fordampes og overopphetes mens den passerer gjennom hovedvarmeveksleren.

Etter å ha passert gjennom hovedvarmeveksleren, blir det blandede kjølemediet komprimert. Fortrinnsvis er kompressorens utløpstrykk høyere enn destillasjonskolonnas trykk slik at det ikke er nødvendig med noen reflukspumpe. Den komprimerte gassen passerer gjennom hovedvarmeveksleren, der den kondenseres partielt. Det partielt kondenserte blandede kjølemidlet rutes til en refluksseparator. Den væskeformige bunnstrømmen fra refluksseparatoren benyttes som en refluksstrøm for destillasjonskolonna. Dampen fra refluksseparatoren kombineres med destillasjonskolonna over toppstrømmen og strømmer ut av hovedvarmeveksleren og den kombinerte strømmen rutes til destillasjonskolonnas toppseparator. I denne utførelsesformen kan framgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen oppnå over 99 prosent gjenvinning av propan fra fødegassen.

I en annen utførelsesform av framgangsmåten behandles fødegassen som beskrevet foran og en del av det blandede kjølemediet fjernes fra anlegget etter komprimering og kjøling. Andelen av det blandede kjølemediet som er fjernet fra anlegget fødes til en C2 gjenvinningsenhet for å gjenvinne etanet i det blandede kjølemediet. Fjerning av en del av den blandede kjølemiddelstrømmen etter at den har passert gjennom hovedvarmeveksleren og blitt komprimert og nedkjølt, har minimal effekt på prosessen såfremt nok C2-komponenter blir igjen i systemet for å forsyne den påkrevde kjøling. I noen utførelsesformer kan så mye som 95 % av den blandede kjølemiddelstrømmen fjernes for gjenvinning av C2. Den fjernede strømmen kan brukes som en fødestrøm i en etylenkrakkerenhet.

I en annen utførelsesform av framgangsmåten benyttes ei absorberkolonne for å separere destillasjonskolonnas toppstrøm. Toppstrømmen fra absorberen er salgsgass, og bunnstrømmen er det blandede kjølemediet.

I nok en utførelsesform av oppfinnelsen benyttes bare en separatorbeholder. I denne utførelsesformen av oppfinnelsen returneres det komprimerte nedkjølte blandede kjølemediet til destillasjonskolonna som en refluksstrøm.

Framgangsmåten beskrevet foran kan modifiseres for å oppnå separasjon av hydrokarboner på enhver ønsket måte. For eksempel kan anlegget drives slik at destillasjonskolonna separerer C4+ hydrokarboner, primært butan fra C3 og lettere hydrokarboner. I nok en utførelsesform av oppfinnelsen kan anlegget opereres for å gjenvinne både etan og propan. I denne utførelsesformen av oppfinnelsen benyttes destillasjonskolonna som en metanfjerner, og anleggstrykk og anleggstemperaturer justeres tilsvarende. I denne utførelsesformen inneholder bunnstrømmene fra destillasjonskolonna primært C2+-komponentene, mens toppstrømmen inneholder primært metan og inertgass. I denne utførelsesformen kan en oppnå gjenvinning av så mye som 55 % av C 2+-komponentene i fødegassen.

Blant fordelene med framgangsmåten er at refluksen til destillasjonskolonna er anriket, for eksempel på etan, som reduserer tap av propan fra destillasjonskolonna. Refluksen øker også molfraksjonen av lettere hydrokarboner, slik som etan, i destillasjonskolonna som gjør det enklere å kondensere toppstrømmen. Denne prosessen bruker væsken kondensert i destillasjonskolonnas topp to ganger, en gang som et lavtemperert kjølemedium og den andre gangen som en refluksstrøm for destillasjonskolonna. Andre fordeler ved framgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil framgå for fagpersonen basert på den detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelsesformer angitt nedenfor.

Beskrivelse av figurene

Figur 1 er ei skjematisk skisse av et anlegg for gjennomføring av utførelsesformer av framgangsmåten ifølge oppfinnelsen der den blandede kjølemiddelstrømmen komprimeres og returneres til refluksseparatoren.

Figur 2 er ei skjematisk skisse av et anlegg for gjennomføring av utførelsesformer av framgangsmåten ifølge oppfinnelsen der en del av den komprimerte blandede kjølemiddelstømmen fjernes fra anlegget for gjenvinning av etan.

Figur 3 er ei skjematisk skisse av et anlegg for gjennomføring av utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen der en absorber brukes til å separere toppstrømmen fra destillasjonen.

Figur 4 er ei skjematisk skisse av et anlegg for gjennomføring av utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen der det benyttes bare en separatorbeholder.

Detaljert beskrivelse av utførelsesformer av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen er relatert til forbedrede prosesser for gjenvinning av naturgassvæske (NGL) fra gassformige fødestrømmer som inneholder hydrokarboner, slik som naturgass eller gasstrømmer fra petroleumsprosessering. Framgangsmåten ifølge oppfinnelsen drives ved omlag konstante trykk uten noen tilsiktet reduksjon av gasstrykk gjennom anlegget. Prosessen benytter ei enkelt destillasjonskolonne for å separere lettere hydrokarboner og tyngre hydrokarboner. Ei åpen sløyfe blandet kjølemiddel tilfører kjøling til prosessen for å oppnå de temperaturer som kreves for høy gjenvinning av NGL-gasser. Det blandede kjølemediet omfatter en blanding av de lettere og tyngre hydrokarbonene i fødegassen og er generelt anriket på de lettere hydrokarbonene sammenliknet med fødegassen.

Det åpne sløyfe blandede kjølemediet brukes også til å forsyne en anriket refluksstrøm til destillasjonskolonna, som tillater at destillasjonskolonna kan operere ved høyere temperaturer og øke gjenvinning av NGL- Toppstrømmen fra destillasjonskolonna kjøles for å foreta en partiell kondensering av toppstrømmen. Den partielt kondenserte toppstrømmen separeres til en dampstrøm som omfatter lettere hydrokarboner, slik som salgsgass, og en flytende komponent som tjener som et blandet kjølemiddel.

Framgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan brukes til å oppnå den ønskede separasjon av hydrokarboner i en blandet fødegass-strøm. I en utførelsesform kan framgangsmåten ifølge oppfinnelsen brukes til å oppnå høye nivå av propangjenvinning. Gjenvinning av så mye som 99 % eller mer av propanet i føden kan oppnås i prosessen. Prosessen kan også opereres på en måte som gir gjenvinning av betydelige mengder etan med propanet eller avvise det meste av etanet med salgsgassen. Alternativt kan prosessen opereres for å gjenvinne en høy prosentandel av C4+-komponenter i fødestrømmen og fjerne C3 og lettere komponenter.

Et anlegg for gjennomføring av noen utførelsesformer av framgangsmåten ifølge oppfinnelsen er vist skjematisk i figur 1. Det bør være klart at driftsparameterne for anlegget, slik som temperatur, trykk, strømningsrater og sammensetningen av de ulike strømmene, er etablert for å oppnå den ønskede separasjon og gjenvinning av NGL. De påkrevde driftsparameterne avhenger også av sammensetningen av fødegassen. De påkrevde driftsparameterne kan lett bestemmes av en fagperson ved bruk av kjente teknikker, inkludert for eksempel datamaskinsimuleringer. Følgelig har beskrivelsene og intervallene for de ulike parameterne angitt nedenfor til hensikt å framskaffe en beskrivelse av spesifikke utførelsesformer av oppfinnelsen men har ikke til hensikt å begrense oppfinnelsens omfang på noen måte.

Fødegass fødes gjennom ledning 12 til hovedvarmeveksleren 10. Fødegassen kan være naturgass, raffinerigass eller annen gasstrøm som krever separasjon. Fødegassen blir typisk filtrert og dehydrert før den fødes til anlegget for å hindre frysing i NGL-enheten. Fødegassen blir typisk tilført hovedvarmeveksleren ved en temperatur mellom omlag 38 °C (110 °F) og 54 °C (130 °F) og ved et trykk mellom omlag 6,9 bara (100 psia) og 31,0 bara (450 psia). Fødegassen kjøles og kondenseres partielt i hovedvarmeveksleren 10 ved å etablere varmevekslingskontakt med kaldere prosesstrømmer og med et kjølemedium som kan fødes til hovedvarmeveksleren gjennom ledning 15 i en mengde tilstrekkelig til å gi ekstra kjøling etter krav fra prosessen. Et varmt kjølemedium slik som propan kan benyttes til å forsyne den nødvendige kjølingen for fødegassen. Fødegassen kjøles i hovedvarmeveksleren til en temperatur mellom omlag -18 °C (0 °F) og -40 °C (-40 °F).

Den kalde fødegassen 12 strømmer ut av hovedvarmeveksler 10 og kommer inn i destillasjonskolonna 20 gjennom fødeledning 13. Destillasjonskolonna opererer ved et trykk like under trykket i fødegassen, typisk ved et trykk mellom omlag 0,35 bar (5 psi) og 0,69 bar (10 psi) under trykket i fødegassen. I destillasjonskolonna separeres tyngre hydrokarboner, slik som propan og andre C3+komponenter, fra de lettere hydrokarbonene, slik som etan, metan og andre gasser. De tyngre hydrokarbonkomponentene kommer ut i den flytende bunnstrømmen fra destillasjonskolonna gjennom ledning 16, mens de lettere komponentene kommer ut gjennom toppledningen 14 med damp. Bunnstrøm 16 forlater fortrinnsvis destillasjonskolonna ved en temperatur fra omlag 66 °C (150 °F) og 149 °C (300 °F), og toppstrømmen 14 forlater destillasjonskolonna ved en temperatur mellom omlag -23 °C (-10 °F) og -62 °C (-80 °F).

Bunnstrøm 16 fra destillasjonskolonna splittes i en produktstrøm 18 og en resirkulasjonsstrøm 22 som ledes til en koker 30 som mottar varmetilførsel Q. Produktstrøm 18 kan valgfritt kjøles i en kjøler til en temperatur mellom omlag 16 °C (60 °F) og 64 °C (130 °F).

Produktstrømmen 18 er svært anriket på de tyngre hydrokarbonene i fødegass-strømmen. I utførelsesformen vist i figur 1, kan produktstrømmen være svært anriket på propan og tyngre komponenter, og etan og lettere gasser er fjernet som salgsgass som beskrevet nedenfor. Alternativt kan anlegget opereres slik at produktstrømmen blir tungt anriket på C4+ hydrokarboner, og propanet fjernes med etanet i salgsgassen. Resirkulasjonsstrøm 22 varmes i koker 30 for å tilføre varme til destillasjonskolonna. Enhver type koker for destillasjonskolonner generelt kan benyttes.

Destillasjonskolonnas toppstrøm 14 passerer gjennom hovedvarmeveksler 10 der den kjøles ved varmevekslingskontakt med prosessgasser for å foreta partiell kondensering av strømmen. Destillasjonskolonnas toppstrøm forlater hovedvarmeveksleren gjennom ledning 19 og kjøles tilstrekkelig til å produsere det blandede kjølemediet beskrevet nedenfor. Fortrinnsvis kjøles destillasjonskolonnas toppstrøm til mellom omlag -34 °C (-30 °F) og -90 °C (-130 °F) i hovedvarmeveksleren.

I utførelsesformen av framgangsmåten vist i figur 1, blir den nedkjølte og partielt kondenserte strømmen 19 kombinert med toppstrøm 28 fra refluksseparator 40 i blander 100 for deretter å fødes gjennom ledning 32 til destillasjonskolonnas toppseparator 60. Alternativt kan strøm 19 fødes til destillasjonskolonnas toppseparator 60 uten å kombineres med toppstrøm 28 fra refluksseparatoren 40. Toppstrøm 28 kan fødes til destillasjonskolonnas toppseparator direkte, eller i andre utførelsesformer av prosessen, kan toppstrøm 28 fra refluksseparator 40 kombineres med salgsgassen 42. Valgfritt kan toppstrømmen fra refluksseparatoren 40 fødes gjennom reguleringsventil 75 før den fødes gjennom ledning 28a for å blandes med destillasjonskolonnas toppstrøm 19. Avhengig av fødegassen som benyttes og andre prosessparametere, kan reguleringsventilen 75 brukes til å holde trykket i etankompressoren 80, som kan forenkle kondensering av denne strømmen og for å tilføre trykk for overføring av væske til toppen av destillasjonskolonna. Alternativt kan det brukes ei reflukspumpe for å tilføre det nødvendige trykk for overføring av væsken til toppen av kolonna.

I utførelsesformen vist i figur 1, blir destillasjonskolonnas kombinerte toppstrøm og refluksbeholdertoppstrøm 32 separert i destillasjonskolonnas toppseparator 60 til en toppstrøm 42 og en bunnstrøm 34. Toppstrømmen 42 fra destillasjonskolonnas toppseparator 60 inneholder salgsgassprodukt (for eksempel metan, etan og lettere komponenter). Bunnstrømmen 34 fra destillasjonskolonnas toppseparator er det flytende blandede kjølemediet som benyttes til kjøling i hovedvarmeveksleren 10.

Salgsgassen strømmer gjennom hovedvarmeveksleren 10 gjennom ledning 42 og blir oppvarmet. I et typisk anlegg strømmer salgsgassen ut fra etanfjerneren over toppseparatoren ved en temperatur i området -40 °C (-40 °F) til -84 °C (-120 °F) og et trykk i området mellom omlag 5,9 bara (85 psia) og 30 bara (435 psia), og strømmer ut fra hovedvarmeveksleren ved en temperatur i området fra omlag 38 °C (100 °F) til omlag 49 °C (120 °F). Salgsgassen sendes til videre prosessering gjennom ledning 43.

Det blandede kjølemediet strømmer gjennom bunnledningen 34 fra destillasjonskolonnas toppseparator. Temperaturen i det blandede kjølemediet kan være senket ved å redusere trykket i kjølemediet gjennom reguleringsventil 65. Temperaturen i det blandede kjølemediet reduseres til en temperatur som er kald nok til å forsyne den nødvendige kjøling i hovedvarmeveksleren 10. Det blandede kjølemediet fødes til hovedvarmeveksleren gjennom ledning 35. Temperaturen i det blandede kjølemediet på tur inn i hovedvarmeveksleren er typisk mellom omlag -51 °C (-60 °F) til -115 °C (-175 °F). Der reguleringsventilen 65 benyttes til å redusere temperaturen i det blandede kjølemediet, blir typisk temperaturen redusert med mellom omlag -6,7 °C (20 °F) og 10 °C (50 °F) og trykket reduseres med mellom omlag 6,2 bar (90 psi) til 17,2 bar (250 psi). Det blandede kjølemediet fordampes og overopphetes mens det passerer gjennom hovedvarmeveksleren 10 og strømmer ut gjennom ledning 35a. Temperaturen i det blandede kjølemediet som strømmer ut av hovedvarmeveksleren er mellom omlag 26,7 °C (80 °F) og 37,8 °C (100 °F).

Etter utløpet fra hovedvarmeveksleren, fødes det blandede kjølemediet til etankompressor 80. Det blandede kjølemediet komprimeres til et trykk på omlag 1 bar (15 psi) til 1,7 bar (25 psi) over driftstrykket i destillasjonskolonna ved en temperatur på mellom omlag 110 °C (230 °F) og 177 °C (350 °F). Ved å komprimere det blandede kjølemediet til et trykk over destillasjonskolonnas trykk, er det ikke behov for noen reflukspumpe. Det komprimerte kjølemediet strømmer gjennom ledning 36 til kjøler 90 der det kjøles til en temperatur på mellom omlag 21 °C (70 °F) og 54 °C (130 °F). Kjøleren kan valgfritt utelates og det komprimerte blandede kjølemediet kan strømme direkte til hovedvarmeveksleren 10 som beskrevet nedenfor. Det komprimerte blandede kjølemediet strømmer deretter gjennom ledning 38 gjennom hovedvarmeveksleren 10 der det kjøles ytterligere og kondenseres partielt. Det blandede kjølemediet kjøles i hovedvarmeveksleren til en temperatur fra omlag -9 °C (15 °F) til -57 °C (-70 °F). Det partielt kondenserte kjølemediet tilføres gjennom ledning 39 til refluksseparatoren 40. Som beskrevet tidligere i utførelsesformen vist i figur 1, blir toppstrømmen 28 fra refluksseparatoren 40 kombinert med toppstrøm 14 fra destillasjonskolonna og den kombinerte strøm 32 fødes til destillasjonskolonnas toppseparator. Den flytende bunnstrømmen 26 fra refluksseparator 40 fødes tilbake til destillasjonskolonna som en refluksstrøm 26. Reguleringsventil 75, 85 kan benyttes til å holde trykket på kompressoren for å fremme kondensering.

Det åpne sløyfe blandede kjølemediet som benyttes som refluks anriker destillasjonskolonna med gassfasekomponenter. Mens gassen i destillasjonskolonna anrikes, kondenserer toppstrømmen fra kolonna ved varmere temperaturer, og destillasjonskolonna drives ved varmere temperaturer enn hva som normalt kreves for høy gjenvinning av NGL.

Refluksen til destillasjonskolonna reduserer også tap av tyngre hydrokarboner fra kolonna. For eksempel i prosesser for gjenvinning av propan, vil refluks øke molfraksjonen av etan i destillasjonskolonna, som gjør det lettere å kondensere toppstrømmen. Prosessen benytter det flytende kondensatet i destillasjonskolonnas toppbeholder to ganger, en gang som et lavtemperert kjølemedium og den andre gangen som en refluksstrøm for destillasjonskolonna.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen vist i figur 2, der like henvisningstall indikerer like komponenter og flytstrømmer beskrevet foran, benyttes prosessen til å separere propan og andre C3+ hydrokarboner fra etan og lette komponenter. Et T-rør 110 er forsynt i ledning 38 etter kompressoren 80 for det blandede kjølemediet og kjøleren for det blandede kjølemediet for å splitte det blandede kjølemediet til en returledning 45 og en etangjenvinningsledning 47. Returledningen 45 returnerer en del av det blandede kjølemediet til prosessen gjennom hovedvarmeveksleren 10 som beskrevet foran. Etangjenvinningsledning 41 tilfører en del av det blandede kjølemediet til en separat etangjenvinningsenhet for etangjenvinning. Fjerning av en del av strømmen med det blandede kjølemediet har minimal effekt på prosessen forutsatt at tilstrekkelige C2-komponenter blir igjen i systemet for å forsyne den påkrevde kjøling. I noen utførelsesformer kan så mye som 95 prosent av den blandede kjølemiddelstrømmen fjernes for C2-gjenvinning. Den fjernede strømmen kan for eksempel brukes som en fødestrøm i en etylenkrakkerenhet.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen, kan NGL-gjenvinningsenheten gjenvinne betydelige mengder etan med propanet. I denne utførelsesformen av prosessen, er destillasjonskolonna en metanfjerner, og toppstrømmen inneholder primært metan og inertgasser, mens kolonnas bunnstrøm inneholder etan, propan og tyngre komponenter.

I en annen utførelsesform av prosessen, kan etanfjernerens toppbeholder erstattes med en absorber 120. Som vist i figur 3, der like henvisningstall indikerer like komponenter og flytstrømmer beskrevet foran, passerer i denne utførelsesformen toppstrømmen 14 fra destillasjonskolonna 20 gjennom hovedvarmeveksleren 10 og den avkjølte strømmen 19 fødes til absorberen 120. Toppstrømmen 28 fra refluksseparatoren 40 fødes også til absorberen 120. Toppstrømmen 42 fra absorberen 120 er salgsgassen og bunnstrømmen 34 fra absorberen 120 er det blandede kjølemediet. De andre strømmene og komponentene vist i figur 3 har de samme strømningsveier som beskrevet foran.

I nok en annen utførelsesform av oppfinnelsen vist i figur 4, der like henvisningstall indikerer like komponenter og flytstrømmer beskrevet foran, benyttes ikke den andre separatoren og kjøleren i prosessen. I denne utførelsesformen fødes det komprimerte blandede kjølemediet 36 gjennom hovedvarmeveksleren 10 og fødes til destillasjonstårnet gjennom ledning 39 for å etablere en refluksstrøm.

Eksempel

I de etterfølgende eksemplene er drift av prosessanlegget vist i figur 1 vist med ulike typer og sammensetninger av fødegass med datamaskinsimuleringer av prosessen med bruk av Apsen HYSYS-simulatoren. I dette eksemplet er det forsynt driftsparametere for gjenvinning av C3+ ved bruk av en mager fødegass. Sammensetningen av fødegassen, salgsgass-strømmen og C3+ produktstrømmen, og strømmen med det blandede kjølemediet i molfraksjoner er angitt i tabell 2. Energitilførsel for denne utførelsesformen inkluderte omlag 3,922 x 10<5 >KJ/time (3,717 x 10<5 >Btu/hr) Q til kokeren 30 og omlag 342 kW (459 hestekrefter) P til etankompressoren 80.

Tabell 2 – Molfraksjon av komponenter i strømmer

Som det framgår av tabell 2, er produktstrømmen 18 fra bunnen av destillasjonskolonna svært anriket på C3+-komponenter, mens salgsgass-strøm 43 inneholder nesten bare C2 og lettere hydrokarboner og gasser. Omlag 99,6 % av propanet i fødegassen er gjenvunnet i produktstrømmen.

Det blandede kjølemediet omfatter primært metan og etan, men inneholder mer propan enn salgsgassen.

Eksempel 2

I dette eksemplet benyttes driftsparametere for prosessanlegget vist i figur 1 ved bruk av en raffinerifødegass for gjenvinning av C3+-komponenter i produktstrømmen. Tabell 3 viser driftsparametrene ved bruk av raffinerifødegassen. Sammensetningen av fødegassen, salgsgassstrømmen og C3+ produktstrømmen, og den blandede kjølemiddelstrømmen i molfraksjoner er angitt i tabell 4. Energi tilført i denne utførelsesformen omfattet omlag 2,236 x 10<6 >KJ/time (2,205 x 10<6 >Btu/hr) – Q til kokeren 30 og omlag 170 kW (228 hestekrefter) P til etankompressoren 80.

Tabell 4 – Molfraksjoner av komponenter i strømmer

Som det går fram av tabell 4, er produktstrømmen 18 fra bunnen av destillasjonskolonna svært anriket på C3+-komponenter, mens salgsgass-strømmen 43 inneholder nesten bare C2 og lettere hydrokarboner og gasser, særlig hydrogen. Denne strømmen kan brukes til å føde en membranenhet eller PSA for å oppgradere denne strømmen til nyttig hydrogen. Omlag 97,2 % av propanet i fødegassen gjenvinnes i produktstrømmen. Det blandede kjølemediet omfatter primært metan og etan, men inneholder mer propan enn salgsgassen.

Eksempel 3

I dette eksemplet er det illustrert driftsparametere for prosessanlegget vist i figur 1 ved bruk av en raffineriføde for gjenvinning av C4+-komponenter i produktstrømmen, der C3-komponenter fjernes i salgsgass-strømmen. Tabell 5 viser driftsparametrene for denne utførelsesformen av prosessen. Sammensetningen av fødegassen, salgsgass-strømmen og C4+-produktstrømmen, og den blandede kjølemiddelstrømmen i molfraksjoner er gitt i tabell 6. Tilført energi for denne utførelsesformen omfattet omlag 2,650 x 10<6 >kJ (2,512 x 10<6 >Btu/hr) Q til kokeren 30 og omlag 148 kW P til etankompressoren 80.

Tabell 6 – Molfraksjoner av komponenter i strømmene

Som det går fram av tabell 6, er i denne utførelsesformen produktstrøm 18 fra bunnen av destillasjonskolonna svært anriket på C4+-komponenter, mens salgsgass-strømmen 43 inneholder nesten bare C3 og lettere hydrokarboner og gasser. Omlag 99,7 % av C4+-komponentene i fødegassen er gjenvunnet i produktstrømmen. Det blandede kjølemediet omfatter primært C3 og lettere komponenter, men inneholder mer butan enn salgsgass.

Eksempel 4

I dette eksemplet er driftsparametrene for prosessanlegget vist i figur 2 ved bruk av raffinerifødegass for gjenvinning av C3+-komponenter i produktstrømmen, der C2 og lettere komponenter fjernes i salgsgass-strømmen. I denne utførelsesformen blir en del av det blandede kjølemediet fjernet gjennom ledning 47 og tilført til en etangjenvinningsenhet for videre prosessering. Tabell 7 viser driftsparametrene for denne utførelsesformen av prosessen. Sammensetningen av fødegassen, salgsgass-strømmen og C3+-produktstrømmen, og den blandede kjølemiddelstrømmen er angitt i tabell 8 i molfraksjon. Tilført energi for denne utførelsesformen inkluderte omlag 2,204 x 10<6 >kJ/time (2,089 x 10<6 >Btu/hr) Q til kokeren 30 og omlag 292 kW (391 hestekrefter) P til etankompressoren 80.

Tabell 8 – Molfraksjon av komponenter i strømmer

Som det framgår av tabell 8, var produktstrømmen 18 fra bunnen av destillasjonskolonna svært anriket på C3+-komponenter, mens salgsgass-strøm 43 inneholdt nesten bare C2 og lettere hydrokarboner og gasser. Det blandede kjølemediet omfatter primært C2 og lettere komponenter, men inneholdt mer propan enn salgsgassen.

Eksempel 5

I dette eksemplet er driftsparametrene for prosessanlegget vist i figur 3 ved bruk av en mager fødegass for gjenvinning av C3+-komponenter i produktstrømmen, med C2 og lettere komponenter fjernet fra salgsgass-strømmen. I denne utførelsesformen benyttes absorberen 120 til å separere destillasjonskolonnas toppstrøm og refluksseparatorens toppstrøm for å oppnå det blandede kjølemediet. Tabell 9 viser driftsparametrene for denne utførelsesformen av prosessen. Sammensetningen av fødegassen, salgsgass-strømmen og C3+-produktstrømmen, og den blandede kjølemiddelstrømmen er angitt i tabell 10 med molfraksjoner. Tilført energi for denne utførelsesformen inkluderte omlag 3,560 x 10<5 >kJ/time (3,374 x 10<5 >Btu/hr) Q til kokeren 30 og omlag 236 kW (316 hestekrefter) P til etankompressoren 80.

Tabell 10 – Molfraksjon av komponenter i strømmer

Som det går fram av tabell 10, er produktstrømmen 18 fra bunnen av destillasjonskolonna svært anriket på C3+-komponenter, mens salgsgass-strømmen 43 inneholder nesten bare C2 og lettere hydrokarboner og gasser. Det blandede kjølemediet omfatter primært C2 og lettere komponenter, men inneholder mer propan enn salgsgassen.

Eksempel 6

I dette eksemplet er driftsparametrene for prosessanlegget vist i figur 1 ved bruk av en rik fødegass for gjenvinningen av C3+-komponenter i produktstrømmen, der C2-komponenter er fjernet i salgsgass-strømmen. Tabell 11 viser driftsparametrene for denne utførelsesformen av prosessen. Sammensetningen av fødegassen, salgsgass-strømmen og C3+-produktstrømmen, og strømmen med det blandede kjølemediet er angitt i molfraksjoner i tabell 12. Tilført energi for denne utførelsesformen inkluderte omlag 1,538 x 10<6 >KJ/time (1,458 x 10<6 >Btu/hr) Q til kokeren 30 og omlag 169 kW (226 hestekrefter) P til etankompressoren 80.

Tabell 12 – Molfraksjon av komponenter i strømmer

Som det går fram av tabell 12, er i denne utførelsesformen produktstrømmen 18 fra bunnen av destillasjonskolonna svært anriket på C3+-komponenter, mens salgsgass-strømmen 43 inneholder nesten bare C2 og lettere hydrokarboner og gasser. Det blandede kjølemediet omfatter primært C2 og lettere komponenter, men inneholder mer propan enn salgsgassen.

ll1 Tabe

ll3 Tabe

ll5 Tabe

ll7 Tabe

ll9 Tabe

9 ell Tab

1 ll1 Tabe

Claims

Patentkrav

1. Framgangsmåte for gjenvinning av flytende naturgass fra en gassformig fødestrøm (12), omfatter trinnene med å:

(a) tilføre en fødegass-strøm (12) og kjøle fødegass-strømmen i en varmeveksler (10);

(b) tilføre den avkjølte fødegass-strømmen (13) til ei destillasjonskolonne (20) der lettere komponenter i fødegass-strømmen (13) fjernes fra destillasjonskolonna (20) som en dampformig toppstrøm (14) og tyngre komponenter i fødegass-strømmen (13) fjernes fra destillasjonskolonna (20) i bunnen som en produktstrøm (18);

(c) føde toppstrømmen (14) fra destillasjonskolonna (20) til varmeveksleren (10) og kjøle strømmen for i det minste delvis å kondensere toppstrømmen (14);

(d) føde den partielt kondenserte toppstrømmen (19, 32) fra destillasjonskolonna (20) til en første separator (60);

(e) separere dampen og væsken i den første separatoren (60) for å produsere en dampformig toppstrøm (42) som omfatter salgsgass og en bunnstrøm (34);

karakterisert ved å:

(f) føre bunnstrøm (34) gjennom en ventil (65) for å senke trykk og temperatur i bunnstrøm (34) og videre ut i en i strøm (35) i form av et blandet kjølemiddel med redusert trykk og temperatur til varmeveksleren (10) for å bevirke kjøling, hvorved den blandede kjølemiddelstrømmen (35) fordamper når den passerer gjennom varmeveksleren (10) og føres videre ut i en fordampet blandet kjølemiddelstrøm (35a);

(g) komprimere den fordampede blandede kjølemiddelstrømmen (35a) i en kompressor (80) og føre den ut i strøm (36,38) og videre gjennom varmeveksleren (10) ut i strøm (39);

(h) føde strømmen med det komprimerte blandede kjølemediet (39) til en andre separator (40); og

(i) føde bunnstrømmen (26) fra den andre separatoren (40) til destillasjonskolonna (20) som en refluksstrøm (26a) og føde toppstrømmen (28) fra den andre separatoren (40) tilbake til den første separatoren (60).

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, hvori toppstrømmen (28, 28a) fra den andre separatoren (40) kombineres med toppstrømmen (19) fra destillasjonskolonna (20) og at den kombinerte strømmen (32) fødes til den første separatoren (60).

3. Framgangsmåte ifølge krav 1, hvori den komprimerte blandede kjølemiddelstrømmen (36) kjøles i en kjøler (90) og føres ut i strøm (38) før den komprimerte blandede kjølemiddelstrømmen (38) føres gjennom varmeveksleren (10).

4. Framgangsmåte ifølge krav 1, hvori det som nevnte første separator (60) anvendes en absorber.

5. Framgangsmåte ifølge krav 1, hvori det som fødegass-strøm (12) anvendes naturgass eller raffinerigass.

6. Framgangsmåte ifølge krav 1, hvori produktstrømmen (18) som framstilles omfatter i det minste 99 vekt % C3+-hydrokarboner.

7. Framgangsmåte ifølge krav 1, hvori produktstrømmen (18) omfatter i det minste 97 % av C3+-hydrokarbonene i fødegassen (12).

8. Framgangsmåte ifølge krav 1, hvori produktstrømmen (18) som framstilles omfatter i det minste 55 % av C2+-hydrokarbonene i fødegassen (12).

9. Framgangsmåte ifølge krav 1, hvori produktstrømmen (18) som framstilles omfatter i det minste 99 % av C4+-hydrokarbonene i fødegassen (12).

10. Framgangsmåte ifølge krav 1, hvori destillasjonskolonna (20) opereres ved et trykk i området 6,9 bara (100 psia) til 31,0 bara (450 psia).

11. Framgangsmåte ifølge krav 1, hvori det komprimerte blandede kjølemidlet i strøm (38) føres gjennom et T-rør (110) for å splitte det blandede kjølemediet til en returledning (45) til varmeveksler (10) og til en etangjenvinningsledning (47).

12. Apparat for gjenvinning av flytende naturgass fra en gassformig fødestrøm (12), hvori apparatet omfatter:

(a) en varmeveksler (10) som kan opereres for å forsyne oppvarmingen og avkjølingen som er nødvendig for å separere flytende naturgass fra en fødegass-strøm (12) ved varmevekslingskontakt mellom fødegass-strømmen (12) og en eller flere prosess-strømmer; (b) ei destillasjonskolonne (20) for å motta fødegass-strømmen (12) og separere fødegassstrømmen i en toppstrøm (14) fra kolonna (20) som omfatter en vesentlig andel av de lettere hydrokarbonkomponentene i fødegass-strømmen (12) og en bunnstrøm (18) fra kolonna (20) som omfatter en vesentlig andel av de tyngre hydrokarbonkomponentene;

(c) en første separator (60) for å motta toppstrømmen (19, 32) fra destillasjonskolonna (20) og separere toppstrømmen (19, 32) fra destillasjonskolonna (20) i en toppstrøm (42) med salgsgass og en bunnstrøm (34);

karakterisert ved at apparatet videre omfatter:

(d) en ventil (65) lokalisert i bunnstrøm (34), arrangert til å senke trykk og temperatur i bunnstrøm (34) og til å produsere en bunnstrøm (35) med redusert trykk og temperatur for å forsyne prosessen med kjøling i varmeveksleren (10), (d) en kompressor (80) for å komprimere bunnstrøm (35a) fra varmeveksler (10) til en komprimert strøm (38) med blandet kjølemiddel forbundet med varmeveksler (10);

(e) en andre separator (40), arrangert til å motta utgående strøm (39) fra varmeveksler (10) med den komprimerte blandede kjølemiddelstrømmen (39), hvilken andre separator (40) er arrangert til å separere det komprimerte blandede kjølemidlet i strøm (39) til en toppstrøm (28, 28a) og en bunnstrøm (26, 26a), hvori bunnstrøm (26, 26a) er arrangert til å fødes til destillasjonskolonna (20) i form av en refluksstrøm, og toppstrøm (28, 28a) er forbundet med den første separatoren (60) med strøm (32).

13. Apparat ifølge krav 12, hvori den første separatoren (60) er en absorber (120).