(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス流から酸性ガスを除去するシステムであって、
前記原料ガス流を受け入れ、前記原料ガス流を脱水原料ガス流及び実質的に水性流体で構成された流れに分離する脱水容器を有し、
前記脱水ガス流を冷却し、冷却されたサワーガス流を放出する熱交換器を有し、
前記冷却サワーガス流を受け入れ、前記冷却サワーガス流を（ｉ）主としてメタンで構成されたオーバーヘッドガス流及び（ｉｉ）主として二酸化炭素で構成されたボトム液化酸性ガス流に分離する極低温蒸留塔を有し、
最終の並流接触器を有し、前記最終並流接触器は、（ｉ）前記ボトム液化酸性ガス流を受け入れ、（ｉｉ）先の並流接触器から部分的にメタンが富化されたガス流を受け入れ、（ｉｉｉ）最終のメタン富化ガス流を前記極低温蒸留塔に放出し、（ｉｖ）第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を前記先の並流接触器に放出するよう構成されており、
第１の並流接触器を有し、前記第１の並流接触器は、（ｉ）ストリッピング用ガスを受け入れ、（ｉｉ）第２の並流接触器から第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を受け入れ、（ｉｉｉ）最終のストリッピングされた酸性ガス液体を放出し、（ｉｖ）第１の部分的にメタンが富化されたガス流を前記第２の並流接触器に放出するよう構成されており、並流接触器は前記第１の並流接触器から前記最終の並流接触器までが連続している、システム。
【請求項２】
前記最終のストリッピングされた酸性ガス液体は、９８モルパーセント以上の酸性ガスを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記最終のストリッピングされた酸性ガス液体の大部分は、１つ又は２つ以上の酸性ガス注入ウェルを通って地下地層中に注入される、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記最終のストリッピングされた酸性ガス液体の一部分は、そらされて再沸により前記ストリッピング用ガスの少なくとも一部分として用いられる、請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記極低温蒸留塔は、凍結ゾーンを有し、
前記凍結ゾーンは、前記冷却サワーガス流、主としてメタンで構成された低温液体スプレー及び前記最終並流接触器からの前記最終メタン富化ガス流を受け入れ、
前記極低温蒸留塔は、前記極低温蒸留塔の下流側に設けられていて、前記オーバーヘッドメタン流を冷却し、前記オーバーヘッドメタン流の一部分を前記低温液体スプレーとして前記極低温蒸留塔に戻す冷凍機器を更に有する、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記凍結ゾーンの下に設けられていて、酸性ガス粒子の低温スラリを受け取り、液体を前記ボトム液化酸性ガス流として前記最終並流接触器に送り出すメルトトレーを更に有する、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記ボトム液化酸性ガス流は、−７０°Ｆ（−５６．７℃）以下の温度で前記極低温蒸留塔を出る、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記凍結ゾーンの下に設けられていて、酸性ガス粒子の低温スラリを受け入れ、前記酸性ガス粒子のスラリを少なくとも部分的に溶解させて液状流れにし、前記液状流れを前記ボトム液化酸性ガス流として前記最終並流接触器に送り出す下方蒸留ゾーンを更に有する、請求項５記載のシステム。
【請求項９】
前記凍結ゾーンの上方に設けられていて、前記凍結ゾーンから蒸気を受け入れ、前記オーバーヘッドガス流を放出する上方蒸留ゾーンを更に有する、請求項５記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムは、前記ボトム酸性ガス流を処理するたった２つの並流接触器を有し、
前記最終並流接触器は、第２の並流接触器であり、
前記先の並流接触器は、前記第１の並流接触器であり、前記第１の並流接触器により放出される前記第１の部分的にメタンが富化されたガス流は、前記最終並流接触器により受け入れられる前記部分的にメタンが富化されたガス流であり、
前記最終並流接触器により放出される前記第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体は、前記第１の並流接触器により受け入れられる前記第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体である、請求項２記載のシステム。
【請求項１１】
前記システムは、前記ボトム酸性ガス流を処理する３つの並流接触器を有し、
前記先の並流接触器は、前記第２の並流接触器であり、
前記第２の並流接触器は、（ｉ）前記第１の並流接触器から前記第１の部分的にメタンが富化されたガス流を受け入れ、（ｉｉ）前記最終並流接触器から前記第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を受け入れ、（ｉｉｉ）第２の部分的にメタンが富化されたガス流を前記最終並流接触器中に放出し、（ｉｖ）前記第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を前記第１の並流接触器中に放出するよう構成されている、請求項２記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムは、前記ボトム液化酸性ガス流を処理する少なくとも３つの並流接触器を有し、
前記最終並流接触器、任意の中間並流接触器、前記第２の並流接触器及び前記第１の並流接触器は、それぞれストリッピングされた酸性ガス液体を次第にＣＯ2が濃厚な酸性ガス液体として次々に送り出すよう配置されており、
前記第１の並流接触器、前記第２の並流接触器、任意の中間並流接触器及び前記最終並流接触器は、前記それぞれのメタン富化ガス流を次第にメタンが濃厚なガス流として次々に送り出すよう配置されている、請求項２記載のシステム。
【請求項１３】
原料ガス流から酸性ガスを除去するシステムであって、
前記原料ガス流を受け入れ、前記原料ガス流を脱水原料ガス流及び実質的に水性流体で構成された流れに分離する脱水容器を有し、
前記脱水ガス流を冷却し、冷却されたサワーガス流を放出する熱交換器を有し、
前記冷却サワーガス流を受け入れ、前記冷却サワーガス流を（ｉ）主としてメタンで構成されたオーバーヘッドガス流及び（ｉｉ）主として二酸化炭素で構成されたボトム液化酸性ガス流に分離する極低温蒸留塔を有し、
第１の並流接触器を有し、前記第１の並流接触器は、（ｉ）前記オーバーヘッドガス流を受け入れ、（ｉｉ）第２の並流接触器から第２の部分的にＣＯ2が富化された還流液体を受け入れ、（ｉｉｉ）第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流を前記第２の並流接触器に放出し、（ｉｖ）最終のＣＯ2富化還流液体を前記極低温蒸留塔に放出するよう構成されており、
最終の並流接触器を有し、前記最終並流接触器は、（ｉ）還流液体を受け入れ、（ｉｉ）最後の前の並流接触器から最後の前の部分的にスイートニングされたメタンガス流を受け入れ、（ｉｉｉ）第１の部分的にＣＯ2が富化された還流液体を前記最後の前の並流接触器に放出し、（ｉｖ）最終のスイートニングされたメタンガス流を放出するよう構成されており、並流接触器は前記第１の並流接触器から前記最終の並流接触器までが連続している、システム。
【請求項１４】
前記最終のスイートニングされたメタンガス流は、９９モルパーセント以上のメタンを含む、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記最終のスイートニングされたメタンガス流の大部分は、液化及び販売のために送り出される、請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記最終のスイートニングされたメタンガス流の一部分は、送り出され、そして作動中、前記還流液体の少なくとも一部分として用いられる、請求項１４記載のシステム。
【請求項１７】
前記極低温蒸留塔は、凍結ゾーンを有し、
前記凍結ゾーンは、前記冷却サワーガス流及び主としてメタンで構成された低温液体スプレーを受け入れ、
前記極低温蒸留塔は、前記極低温蒸留塔の下流側に設けられていて、前記最終のスイートニングされたメタンガス流を冷却し、前記オーバーヘッドガス流の一部分を前記低温スプレーとして前記極低温蒸留塔に戻す冷凍機器を更に有する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１８】
前記低温スプレーは、前記最終並流接触器からの前記最終ＣＯ2富化還流液体を含む、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記凍結ゾーンの下に設けられていて、酸性ガス粒子の低温スラリを受け入れるメルトトレーを更に有する、請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
前記凍結ゾーンの上方に設けられていて、前記凍結ゾーンから蒸気を受け入れ、前記オーバーヘッドガス流を放出する上方蒸留ゾーンを更に有する、請求項１７記載のシステム。
【請求項２１】
前記システムは、前記オーバーヘッド酸性ガス流を処理するたった２つの並流接触器を有し、
前記最終並流接触器は、前記第２の並流接触器であり、
前記最後の前の並流接触器は、前記第１の並流接触器であり、
前記第１の並流接触器により放出される前記第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流は、前記最終並流接触器によって受け入れられる前記部分的にスイートニングされたメタンガス流であり、
前記第１の並流接触器により受け入れられる前記第２の部分的にＣＯ2が富化された還流液体は、前記最終並流接触器により放出される前記部分的にＣＯ2が富化された還流液体である、請求項１４記載のシステム。
【請求項２２】
前記システムは、前記オーバーヘッドガス流を処理する３つの並流接触器を有し、
前記最後の前の並流接触器は、前記第２の並流接触器であり、
前記第２の並流接触器は、（ｉ）前記第１の並流接触器から前記第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流を受け入れ、（ｉｉ）前記最終並流接触器から前記第１の部分的にＣＯ2が富化された還流液体を受け入れ、（ｉｉｉ）第２の部分的にスイートニングされたメタンガス流を前記最終並流接触器に放出し、（ｉｖ）前記第２の部分的にＣＯ2が富化された還流液体を前記第１の並流接触器に放出するよう構成されている、請求項１４記載のシステム。
【請求項２３】
前記システムは、前記オーバーヘッドガス流を処理する少なくとも３つの並流接触器を有し、
前記最終並流接触器、任意の中間並流接触器、前記第２の並流接触器及び前記第１の並流接触器は、それぞれＣＯ2が富化された還流液体を次第にＣＯ2が濃厚な還流液体として次々に送り出すよう配置され、
前記第１の並流接触器、前記第２の並流接触器、任意の中間並流接触器及び前記最終並流接触器は、それぞれスイートニングされた還流液体を次第にスイートニング度の高い還流液体として次々に送り出すよう配置されている、請求項１４記載のシステム。
【請求項２４】
前記オーバーヘッドガス流は、メタンだけでなく、ヘリウム、窒素又はこれらの組み合わせを含む、請求項１３記載のシステム。
【請求項２５】
原料ガス流から酸性ガスを除去するシステムであって、
前記原料ガス流を受け入れ、前記原料ガス流を脱水原料ガス流及び実質的に水性流体で構成された流れに分離する脱水容器を有し、
前記脱水ガス流を冷却し、冷却されたサワーガス流を放出する熱交換器を有し、
前記冷却サワーガス流を受け入れ、前記冷却サワーガス流を（ｉ）主としてメタンで構成されたオーバーヘッドガス流及び（ｉｉ）主として二酸化炭素で構成されたボトム液化酸性ガス流に分離する極低温蒸留塔を有し、
最終の下方並流接触器を有し、前記最終下方並流接触器は、（ｉ）前記ボトム液化酸性ガス流を受け入れ、（ｉｉ）先の下方並流接触器から部分的にメタンが富化されたガス流を受け入れ、（ｉｉｉ）最終のメタン富化ガス流を前記極低温蒸留塔に放出し、（ｉｖ）第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を前記先の下方並流接触器に放出するよう構成されており、
第１の下方並流接触器を有し、前記第１の下方並流接触器は、（ｉ）ストリッピングガスを受け入れ、（ｉｉ）第２の下方並流接触器から第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を受け入れ、（ｉｉｉ）最終のストリッピングされた酸性ガス液体を放出し、（ｉｖ）第１の部分的にメタンが富化されたガス流を前記第２の下方並流接触器に放出するよう構成され、下方並流接触器は前記第１の下方並流接触器から前記最終の下方並流接触器までが連続しており、
第１の上方並流接触器を有し、前記第１の上方並流接触器は、（ｉ）前記オーバーヘッドガス流を受け入れ、（ｉｉ）第２の並流接触器から第２の部分的にＣＯ2が濃厚な還流液体を受け入れ、（ｉｉｉ）第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流を前記第２の並流接触器に放出し、（ｉｖ）最終のＣＯ2が濃厚な還流液体を前記極低温蒸留塔に放出するよう構成されており、
最終の上方並流接触器を有し、前記最終上方並流接触器は、（ｉ）還流液体を受け入れ、（ｉｉ）最後の前の並流接触器から最後の前の部分的にスイートニングされたメタンガス流を受け入れ、（ｉｉｉ）第１の部分的にＣＯ2が濃厚な還流液体を前記最後の前の並流接触器に放出し、（ｉｖ）最終のスイートニングされたメタンガス流を放出するよう構成されており、上方並流接触器は前記第１の上方並流接触器から前記最終の上方並流接触器までが連続している、システム。
【請求項２６】
前記ボトム液化酸性ガス流は、−７０°Ｆ（−５６．７℃）以下の温度で前記極低温蒸留塔を出る、請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
前記極低温蒸留塔は、バルク分留塔である、請求項２５記載のシステム。
【請求項２８】
前記極低温蒸留塔は、凍結ゾーンを有し、前記凍結ゾーンは、（ｉ）前記冷却サワーガス流、（ｉｉ）主としてメタンで構成された低温液体スプレー及び（ｉｉｉ）前記最終下方並流接触器からの前記最終のメタンが濃厚なガス流を受け入れる、請求項２５記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体分離の分野に関する。特に、本発明は、炭化水素流体流れからの二酸化炭素及び他の酸性ガスの分離に関する。
【０００２】
本願は、２０１０年７月３０日に出願された米国特許仮出願第６１／３６９，３７７号（発明の名称：CRYOGENIC SYSTEMS FOR REMOVING ACID GASES FROM A HYCROCARBON GAS STREAM USING CO-CURRENT SEPARATION DEVICES）の権益主張出願である。本願は又、２０１１年６月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／５００，３１４号（発明の名称：CRYOGENIC SYSTEMS FOR REMOVING ACID GASES FROM A HYCROCARBON GAS STREAM USING CO-CURRENT SEPARATION DEVICES）の権益主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
【背景技術】
【０００３】
本項は、本発明の例示の実施形態と関連している場合のある当該技術分野の種々の観点を紹介するものである。この説明は、本発明の特定の観点の良好な理解を容易にする技術内容の枠組みを提供するのを助けるものと考えられる。従って、本項は、このような見方で読まれるべきであり、必ずしも本項の記載内容が先行技術である旨の承認として読まれるべきではないことは理解されるべきである。
【０００４】
貯留層からの炭化水素の産出は、非炭化水素ガスの偶発的な産出を伴う場合が多い。かかるガスは、例えば硫化水素（Ｈ2Ｓ）や二酸化炭素（ＣＯ2）のような汚染要因物質を含む。Ｈ2Ｓ及びＣＯ2が炭化ガス流（例えば、メタン（Ｃ1）又はエタン（Ｃ2））の一部として産出される場合、ガス流は、「サワーガス」と呼ばれる場合がある。
【０００５】
サワーガスは、通常、次の処理又は販売のために下流側に送られる前にＣＯ2、Ｈ2Ｓ及び他の汚染要因物の除去処理が行われる。酸性ガスの除去により、「スイートニングされた」炭化水素ガス流が生じる。スイートニングされたガス流は、環境的に受け入れ可能な燃料として用いられる場合があり、或いは供給原料として化学薬品又は気体‐液体施設に送られる場合がある。スイートニングされたガス流は、液化天然ガス、即ちＬＮＧを生じさせるよう冷却される場合がある。
【０００６】
ガス分離プロセスは、分離した汚染要因物の処分に関して問題を生じさせる。幾つかの場合、濃厚酸性ガス（主としてＨ2Ｓ及びＣＯ2から成る）は、硫黄回収ユニット（“ＳＲＵ”）に送られる。ＳＲＵは、Ｈ2Ｓを良性の硫黄元素に変換する。しかしながら、地域によっては（例えば、カスピ海地域では）、硫黄元素の追加生成が望ましくない。というのは、市場が限られているからである。その結果、数百万トンの硫黄が世界の幾つかの地域、真っ先に挙げられるのがカナダやカザフスタンであるが、これらの領域では、大きな地上のブロックの状態で貯蔵されている。
【０００７】
硫黄は陸上に貯蔵されている間、二酸化炭素ガスが大気中に逃げ出る場合が多い。しかしながら、ＣＯ2を逃がすというやりかたは、望ましくない場合がある。ＣＯ2エミッションを最小限に抑える一提案例は、酸性ガス注入（“ＡＧＩ”）と呼ばれる方法である。ＡＧＩは、望ましくないサワーガスを圧力下で地下地層中に再注入し、潜在的な後での使用のために隔離することを意味している。別法として、サワーガスは、原油増進回収作業のための人工的な貯留層圧力を作るために用いられる。
【０００８】
ＡＧＩを容易にするため、炭化水素ガスから酸性ガス成分を効果的に分離するガス処理施設を設けることが望ましい。天然ガス貯留層の中には、比較的低い割合の炭化水素（例えば、４０％未満）及び高い割合の酸性ガス、主として二酸化炭素を含み、更に硫化水素、硫化カルボニル、二硫化炭素及び種々のメルカプタンを含むものがある。これらの場合、極低温ガス処理を有益に採用することができる。
【０００９】
極低温ガス処理は、ガス分離に用いられる場合のある蒸留法である。しかしながら、従来型極低温蒸留塔は、嵩張っている場合が多く且つ／或いはオフショア船及びプラットホームに関して重量の分布に関する問題を生じさせる場合がある。さらに、異常なほど高いレベルのＣＯ2（例えば、約３０モルパーセントを超える）を含むガス流の場合、ボトム液体流中に同伴されるようになるメタンを除去し又はオーバーヘッドガス流中に同伴されるようになる二酸化炭素を除去するには追加の処理が必要な場合がある。
【００１０】
サワーガスの極低温蒸留に関しても課題が存在する。例えば、約７００ｐｓｉｇ以下の全圧力において高いＣＯ2濃度、例えば、約５モルパーセントを超える濃度では、ＣＯ2は、凍結して固体として極低温蒸留塔から出る場合がある。固体としてのＣＯ2の生成は、極低温蒸留法を混乱させる。
【００１１】
したがって、上述の問題のうちの１つ又は２つ以上を解決する改良型極低温蒸留システムが要望されている。
【発明の概要】
【００１２】
原料ガス流から酸性ガスを除去するシステムであって、次のコンポーネント（ａ）〜（ｅ）、即ち、（ａ）原料ガス流を受け入れ、原料ガス流を脱水原料ガス流及び実質的に水性流体で構成された流れに分離する脱水容器、（ｂ）脱水ガス流を冷却し、冷却されたサワーガス流を放出する熱交換器、（ｃ）冷却サワーガス流を受け入れ、冷却サワーガス流を（ｉ）主としてメタンで構成されたオーバーヘッドガス流及び（ｉｉ）主として二酸化炭素で構成されたボトム液化酸性ガス流に分離する極低温蒸留塔、（ｄ）最終の並流接触器及び（ｅ）第１の並流接触器を有するシステムが提供される。
【００１３】
１つ又は２つ以上の実施形態では、本発明のシステムは、従来型システムと比較してサイズが実質的に減少した下方蒸留区分を利用する。幾つかの実施形態では、下方蒸留区分は、完全に省かれる。１つ又は２つ以上の実施形態では、システムは、低温のボトム液体流中に同伴されたメタンガスを一連の小型の並流分離装置の使用により捕捉し、そしてその方向を制御された凍結区分中に戻すよう構成されている。１つ又は２つ以上の実施形態では、システムは、オーバーヘッドメタンガス流中に同伴された二酸化炭素を一連の小型の並流分離装置の使用により捕捉し、その向きを制御された凍結区分中に戻すよう構成されている。
【００１４】
また、原料ガス流から酸性ガスを除去するシステムを用いる方法が提供される。
【００１５】
本発明を良好に理解できるように、或る特定の図解、図表及び／又は流れ図が本明細書に添付されている。しかしながら、図面は、本発明の選択された実施形態のみを示しており、従って、本発明の範囲を限定するものと解されてはならないことは注目されるべきである。というのは、本発明は、他の同様に効果的な実施形態及び用途に利用できる余地があるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態としての極低温蒸留塔の側面図であり、冷却された原料ガス流が蒸留塔の中間制御凍結ゾーン内に注入されている状態で示されている図である。
【図２】本発明の一実施形態に従ってガス流から酸性ガスを除去するガス処理施設を示す略図であり、ガス処理施設がボトム酸性ガス流からメタンを再捕捉する一連の並流接触器を採用している状態を示す図である。
【図３】本発明の変形実施形態に従ってガス流から酸性ガスを除去するガス処理施設を示す略図であり、ガス処理施設がオーバーヘッドガス流からのメタンを更にスイートニングする一連の並流接触器を採用している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
定義
【００１８】
本明細書で用いられる「炭化水素」という用語は、主として元素としての水素及び炭素（これらが全てであるというわけではない）を含む有機化合物を意味している。炭化水素は、一般に、２つの種類、即ち、脂肪族又は直鎖炭化水素及び環状テルペンを含む環状又は閉リング炭化水素に分類される。炭化水素含有物質の例としては、任意形式の天然ガス、石油、石炭及び燃料として使用でき又は燃料にアップグレードできるビチューメンが挙げられる。
【００１９】
本明細書で用いられる「炭化水素流体」という用語は、気体又は液体である炭化水素又は炭化水素の混合物を意味している。例えば、炭化水素流体は、地層条件において、処理条件において又は周囲条件（１５℃及び１気圧）において気体又は液体である炭化水素又は炭化水素の混合物を含むのが良い。炭化水素流体としては、例えば、石油、天然ガス、炭層メタン、頁岩油（シェールオイル）、熱分解油、熱分解ガス、石炭の熱分解生成物及び気体状又は液体状の他の炭化水素が挙げられる。
【００２０】
「物質移動装置」という用語は、接触対象の流体を受け入れ、かかる流体を例えば重力による流れによって他の物体に移す任意の物体を意味している。非限定的な一例は、或る特定の流体をストリップするトレーである。グリッドパッキング（grid packing）はもう１つの例である。
【００２１】
本明細書で用いられる「流体」という用語は、気体、液体及び気体と液体の組み合わせ並びに気体と固体の組み合わせ及び液体と固体の組み合わせを意味している。
【００２２】
本明細書で用いられる「凝縮性炭化水素」という用語は、約１５℃及び１絶対気圧で凝縮する炭化水素を意味している。凝縮性炭化水素としては、例えば、炭素数が４を超える炭化水素の混合物が挙げられる。
【００２３】
本明細書で用いられる「重い炭化水素（重炭化水素）」という用語は、２つ以上の炭素原子を持つ炭化水素を意味している。主要な例としては、エタン、プロパン及びブタンが挙げられる。他の例としては、ペンタン、芳香族炭化水素又はダイヤモンドオイド（diamondoids）が挙げられる。
【００２４】
本明細書で用いられる「閉ループ冷凍システム」という用語は、外部作業流体、例えばプロパン又はエチレンがオーバーヘッドメタン流を冷却するための冷却剤として用いられる任意の冷凍システムを意味している。これは、オーバーヘッドメタン流それ自体の一部分が作業流体として用いられる「開ループ冷凍システム」とは対照的である。
【００２５】
本明細書で用いられる「並流接触装置」又は「並流接触器」は、（ｉ）ガスの流れ及び（ｉｉ）ガス流及び溶剤流（又は、場合によっては液化ガス）が全体として接触装置内で同一の方向に流れながら互いに接触するような仕方で溶剤又は液化ガスの別個の流れを受け入れる容器であることを意味している。非限定的な例としては、エダクタ及びコアレッサ又は静的ミキサ兼用デリクイダイザー（deliquidizer）が挙げられる。
【００２６】
「非吸収ガス」という用語は、ガススイートニングプロセス中、溶剤又は液化ガスによりそれほど吸収されることがないガスを意味している。
【００２７】
本明細書において用いられる「天然ガス」という用語は、原油井（随伴ガス）から又は地下のガス貯留地層（非随伴ガス）から得られた他成分ガスを意味する。天然ガスの組成及び圧力は、大幅に異なる場合がある。典型的な天然ガス流は、主要な成分としてメタン（Ｃ1）を含む。天然ガス流は、エタン（Ｃ2）、即ち、分子量の高い炭化水素及び１種類又は２種類以上の酸性ガスを更に含む場合がある。天然ガスは、少量の汚染要因物質、例えば水、窒素、ワックス及び原油を更に含む場合がある。
【００２８】
本明細書で用いられる「酸性ガス」という用語は、水に溶けて酸性溶液を生じさせるガスを意味している。かかるガスの非限定的な例としては、硫化水素（Ｈ2Ｓ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、二酸化硫黄（ＳＯ2）、二硫化炭素（ＣＳ2）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、メルカプタン又はこれらの混合物が挙げられる。
【００２９】
「液体溶剤」という用語は、好ましくは酸性ガスを吸収し、それによりガス流から酸性ガス成分の少なくとも一部分を除去し又は「スクラビング」する実質的に液相の流体を意味している。ガス流は、炭化水素ガス流であっても良く或いは他のガス流、例えば硫化水素を含むガス流であって良い。
【００３０】
「スイートニングされたガス流」という用語は、酸性ガス成分の少なくとも一部分を除去した実質的に気相の流体流れを意味している。
【００３１】
気体流からの選択された気体成分の吸収性液体による除去に関して本明細書において用いられる「リーン（希薄）」及び「リッチ（濃厚）」という用語は、相対的な用語であり、それぞれ、選択された気体成分の含有量の少ない又は多い度合い又は程度を示唆しているに過ぎない。「リーン（希薄）」及び「リッチ（濃厚）」というそれぞれの用語は、必ずしも、吸収性液体には選択された気体成分が全くなく、或いは、吸収性液体が選択された気体成分以外の物質を吸収することができないということを示している訳ではなく又は必要としている訳ではない。
【００３２】
「原料ガス流」という用語は、流体が主として気相の状態にあり、二酸化炭素、硫化水素又は他の酸性成分を除去するためのステップを受けてはいない炭化水素流体流を意味している。
【００３３】
「サワーガス流」という用語は、流体が主として気相であり、少なくとも３モルパーセント二酸化炭素及び／又は４ｐｐｍを超える硫化水素を含む炭化水素流体流を意味している。
【００３４】
本明細書で用いられる「地下」という用語は、地球の表面の下に存在する地質学的層を意味している。
【００３５】
酸性ガスを除去するシステム
【００３６】
原料ガス流から酸性ガスを除去するシステムが提供される。一実施形態では、このシステムは、まず第１に、脱水容器を有する。脱水容器は、炭化水素流体流から水又はブラインを除去するためにグリコール又は他の化学物質を使用する容器であるのが良い。脱水容器は、原料ガス流を受け入れ、原料ガス流を脱水原料ガス流及び実質的に水性流体で構成された流れに分離する。
【００３７】
このシステムは、熱交換器を更に有する。熱交換器は、脱水原料ガス流を受け入れてこれを低温の作業流体又は他の機構との熱交換により冷却する。冷却は、例えば、膨張弁の使用を含む場合がある。熱交換器は、冷却されたサワーガス流を放出する。
【００３８】
このシステムは、極低温蒸留塔を更に有する。極低温蒸留塔は、好ましくは、以下に説明するＣＦＺ（商標）塔である。極低温蒸留塔は、冷却サワーガス流を受け入れ、この冷却サワーガス流を（ｉ）主としてメタンで構成されたオーバーヘッドガス流及び（ｉｉ）主として二酸化炭素で構成されたボトム液化酸性ガス流に分離する。
【００３９】
このシステムは、最終の並流接触器を更に有する。最終並流接触器は、ボトム液化酸性ガス流又はオプションとしてのメルトトレーから液体を受け入れるよう構成されている。したがって、かかる接触器を最終の下方並流接触器と呼ぶ場合がある。最終並流接触器は又、先の並流接触器から部分的にメタンが濃厚なガス流を受け入れる。
【００４０】
最終並流接触器は、ボトム液化酸性ガス流と部分的にメタンが濃厚なガス流の迅速な混合を可能にする。最終並流接触器は、ここから、最終メタン濃厚ガス流を放出して極低温蒸留塔に戻す。最終並流接触器は又、第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を放出する。
【００４１】
このシステムは、第１の並流接触器を更に有する。第１の並流接触器は、例えば再沸器からストリッピング用ガスを受け入れるよう構成されている。一観点では、ストリッピング用ガスは、二酸化炭素である。第１の並流接触器は、最終の下方並流接触器と直列関係をなしている。したがって、第１の並流接触器を第１の下方並流接触器と呼ぶ場合がある。第１の下方並流接触器は又、第２の並流接触器から第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を受け入れる。一観点では、第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体は、約９８モルパーセント以上の二酸化炭素を含む。
【００４２】
第１の並流接触器は、ストリッピング用ガスと最終のストリッピングされた酸性ガス液体の迅速な混合を可能にする。第１の並流接触器は、ここから、最終のストリッピングされた酸性ガス液体を放出する。第１の並流接触器は又、第１の部分的にメタンが濃厚なガス流を第２の並流接触器に放出する。
【００４３】
好ましくは、最終のストリッピングされた酸性ガス液体の大部分が１つ又は２つ以上の酸性ガス注入ウェルを通って地下地層中に注入される。しかしながら、最終のストリッピングされた酸性ガス液体の一部分は、そらされて、再沸器への導入によりストリッピング用ガスとして再使用されるのが良い。
【００４４】
このシステムは、ボトム液化酸性ガス流を処理するたった２つの並流接触器を有するのが良い。この場合、最終並流接触器は、第２の並流接触器であり、先の並流接触器は、第１の並流接触器である。さらに、第１の並流接触器により放出される第１の部分的にメタンが富化されたガス流は、最終並流接触器により受け入れられる部分的にメタンが富化されたガス流である。加うるに、最終並流接触器により放出される第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体は、第１の並流接触器により受け入れられる第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体である。
【００４５】
変形例として、このシステムは、ボトム液化酸性ガス流を処理する３つの並流接触器を有するのが良い。この場合、先の並流接触器は、第２の並流接触器である。第２の並流接触器は、第１の並流接触器から第１の部分的にメタンが富化されたガス流を受け入れ、最終並流接触器から第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を受け入れる。さらに、第２の並流接触器は、第２の部分的にメタンが富化されたガス流を最終並流接触器中に放出し、第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を第１の並流接触器中に放出する。
【００４６】
変形例として、このシステムは、ボトム酸性ガス流を処理する４つ以上の並流接触器を有するのが良い。最終並流接触器、任意の中間並流接触器、第２の並流接触器及び第１の並流接触器は、それぞれストリッピングされた酸性ガス液体を次第にＣＯ2が濃厚な酸性ガス液体として次々に送り出すよう配置されている。それと同時に、第１の並流接触器、第２の並流接触器、任意の中間並流接触器及び最終並流接触器は、それぞれメタン富化ガス流を次第にメタンが富化されたガス流を次々に送り出すよう配置されている。
【００４７】
これらシステムのうちの任意のものにおいて、極低温蒸留塔は、凍結ゾーンの下に設けられたメルトトレーを有するのが良い。メルトトレーは、酸性ガス成分の低温スラリを受け入れ、次に、このスラリをボトム液化酸性ガス流として最終の下方並流接触装置に送り出す。
【００４８】
原料ガス流から酸性ガスを除去する変形例としてのシステムが本明細書において提供される。この場合も又、このシステムは、原料ガス流を受け入れ、この原料ガス流を脱水原料ガス流及び実質的に水性流体で構成された流れに分離する脱水容器を有する。加うるに、このシステムは、この場合も又、脱水原料ガス流を冷却し、冷却されたサワーガス流を放出する熱交換器を有する。
【００４９】
このシステムは、極低温蒸留塔を更に有する。極低温蒸留塔は、好ましくは、ＣＦＺ（商標）塔であり、例えば以下に説明するカラム又は塔である。極低温蒸留塔は、冷却されたサワーガス流を受け入れ、この冷却サワーガス流を（ｉ）主としてメタンで構成されたオーバーヘッドガス流及び（ｉｉ）主として二酸化炭素で構成されたボトム液化酸性ガス流に分離する。
【００５０】
このシステムは、第１の並流接触器を更に有する。第１の並流接触器は、オーバーヘッドガス流を受け入れるよう構成されている。したがって、この接触器を第１の上方並流接触器と呼ぶ場合がある。第１の並流接触器は又、第２の並流接触器から第２の部分的にＣＯ2が濃厚な還流液体を受け入れる。
【００５１】
第１の並流接触器は、オーバーヘッドガス流と第２の部分的にＣＯ2が濃厚な還流液体の迅速な混合を可能にする。第１の並流接触器は、ここから、第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流を第２の並流接触器に放出する。第１の並流接触器は又、最終のＣＯ2が濃厚な還流液体を放出してこれを極低温蒸留塔に戻す。
【００５２】
このシステムは、最終並流接触器を更に有する。最終並流接触器は、部分的にスイートニングされたガスを受け入れるよう構成されている。一観点では、部分的にスイートニングされるガスは、メタンである。最終並流接触器は、第１の上方並流接触器と直列関係をなしている。したがって、最終並流接触器を最終上方並流接触器と呼ぶ場合がある。最終上方並流接触器は又、還流液体を受け入れる。還流液体は、好ましくは、メタンである。
【００５３】
最終並流接触器は、還流液体と最終の部分的にスイートニングされたメタンガスの迅速な混合を可能にする。最終並流接触器は、ここから、第１の部分的にＣＯ2が濃厚な還流液体を最後の前の並流接触器に放出する。最終並流接触器は又、最終のスイートニングされたメタンガス流を放出する。一観点では、最終のスイートニングされたメタンガス流は、約９９モルパーセント以上のメタンを含む。
【００５４】
好ましくは、最終のスイートニングされたメタンガス流の大部分は、液化及び販売のために送り出される。しかしながら、最終のスイートニングされたメタンガス流の一部分は、そらされて還流液体を生じさせるよう用いられるのが良い。
【００５５】
このシステムは、オーバーヘッドガス流を処理するためのたった２つの並流接触器を有するのが良い。この場合、最終並流接触器は、第２の並流接触器であり、最後の前の並流接触器は、第１の並流接触器である。さらに、第１の並流接触器によって放出される第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流は、最終並流接触器により受け入れられる最後の前の部分的にスイートニングされたメタンガス流である。加うるに、第１の並流接触器により受け入れられる第２の部分的ＣＯ2富化還流液体は、最終並流接触器により放出される第１の部分的ＣＯ2富化還流液体である。
【００５６】
変形例として、システムは、オーバーヘッドガス流を処理する３つの並流接触器を有しても良い。この場合、最後の前の並流接触器は、第２の並流接触器である。第２の並流接触器は、この場合、第１の並流接触器から第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流を受け入れると共に最終並流接触器から第１の部分的ＣＯ2富化還流液体を受け入れるよう構成されている。さらに、第２の並流接触器は、第２の部分的にスイートニングされたメタンガス流を最終並流接触器に放出すると共に最終の部分的ＣＯ2富化還流液体を第１の並流接触器に放出する。
【００５７】
変形例として、システムは、オーバーヘッドガス流を処理する４つ以上の並流接触器を有しても良い。最終並流接触器、任意の中間並流接触器、第２の並流接触器及び第１の並流接触器は、それぞれ部分的ＣＯ2富化還流液体を次第にＣＯ2が濃厚な還流液体として次々に送り出すよう配置されている。それと同時に、第１の並流接触器、第２の並流接触器、任意の中間並流接触器及び最終並流接触器は、それぞれスイートニングされたガス流を次第にスイートニング度の高いガス流として次々に送り出すよう配置されている。
【００５８】
これらのシステムでは、極低温蒸留塔は、上方蒸留ゾーンを更に有する。上方蒸留ゾーンは、凍結ゾーンの上方に位置し、凍結ゾーンから蒸気を受け入れる。次に上方蒸留ゾーンは、オーバーヘッドガス流を第１の上方並流接触装置に放出する。
【００５９】
１つ又は２つ以上の実施形態では、原料ガス流から酸性ガスを除去するシステムが提供され、このシステムは、２つの組をなす並流接触器を採用する。一方の組は、ボトム酸性ガス流を受け入れ、そしてストリッピング用ガス、例えば二酸化炭素を用いてこれを濃縮するよう直列に配置される。他方の組は、オーバーヘッドガス流を受け入れ、そして還流液体、例えばメタンを用いてこれをスイートニングするよう直列に配置されている。第１の場合、ストリッピング用ガスは、次の処理のために極低温蒸留塔内に戻るよう差し向けられる。後者の場合、スイートニングされたガスは、オプションとして、液化され、そして商業的販売のために送り出され、或いは現場での燃料ガスとして用いられる。
【００６０】
極低温分離
【００６１】
代表的には、極低温ガス分離法は、中程度の圧力（例えば、３００〜６００ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ））（なお、１００ポンド＝７．０３ｋｇ／ｃｍ2）で冷却状態のオーバーヘッドガス流を生じさせる。加うるに、液化酸性ガスは、「ボトム（ズ）（bottom(s) ）」生成物として生じる。液化酸性ガスは、比較的高い密度を有するので、注入プロセスを助けるためにＡＧＩウェルでは静水頭を有益に使用することができる。このことは、液化酸性ガスを地層中に圧送するのに必要なエネルギーが低圧酸性ガスを貯留層圧力まで圧縮するのに必要なエネルギーよりも少ないことを意味している。必要とされる圧縮機及びポンプの段はこれよりも少ない。
【００６２】
サワーガスの極低温蒸留に関しても課題が存在する。処理されるべきガス中に約７００ｐｓｉｇ以下の全圧状態でＣＯ2が約５モルパーセント以上の濃度で存在する場合、かかるＣＯ2は、標準型極低温蒸留ユニット内で凍結して固体となる。固体としてのＣＯ2の生成により、極低温蒸留プロセスが妨げられる。この問題を回避するため、本譲受人は、種々の“Controlled Freeze Zone（商標）”（ＣＦＺ（商標））プロセスを既に設計している。ＣＦＺ（商標）プロセスは、凍結ＣＯ2粒子が蒸留塔の開放部分内に生じることができ、次にこれら粒子をメルトトレー上で捕捉することにより固体粒子を形成する二酸化炭素の性質を利用する。その結果、清浄なメタン流（原料ガス中に存在する窒素又はヘリウムと一緒に）が蒸留塔の頂部に生じ、他方、低温液体ＣＯ2／Ｈ2Ｓ流がボトム生成物として蒸留塔の底部に生じる。
【００６３】
ＣＦＺ（商標）プロセス及び関連機器の或る特定の観点は、米国特許第４，５３３，３７２号明細書、同第４，９２３，４９３号明細書、同第５，０６２，２７０号明細書、同第５，１２０，３３８号明細書及び同第６，０５３，００７号明細書に記載されている。
【００６４】
一般に上記米国特許明細書に記載されているように、極低温ガス処理に用いられる蒸留塔又はカラムは、下方蒸留ゾーン及び中間制御凍結ゾーンを有する。好ましくは、上方精留ゾーンも又設けられる。カラムは、二酸化炭素の凝固点よりも低いがその圧力ではメタンの沸点よりも高い温度範囲を持つカラムの一部分を提供することによって固体ＣＯ2粒子を作るよう稼働する。より好ましくは、制御凍結ゾーンは、メタン及び他の軽い炭化水素ガスを蒸発させることができる一方でＣＯ2が凍結（固体）粒子を形成するようにする温度及び圧力で稼働される。
【００６５】
ガス供給流がカラム中を上方に移動しているとき、凍結ＣＯ2粒子は、脱水原料供給流から逃げ出て重力の作用で制御凍結ゾーンからメルトトレー上に降下する。ここで、粒子は、液化する。次に、二酸化炭素が濃厚な液体流がメルトトレーからカラムの底部のところの下方蒸留ゾーンまで流下する。下方蒸留ゾーンは、生じる二酸化炭素固体が実質的にゼロであるが溶解メタンが沸騰する温度及び圧力に維持される。一観点では、ボトム酸性流は、３０°Ｆ〜４０°Ｆ（−１．１℃〜４．４℃）で作られる。
【００６６】
一実施形態では、凍結ＣＯ2粒子の幾分か又は全ては、凍結ゾーンの底部のところに設けられたトレー上に集められるのが良い。次に、粒子は、次の処理のために蒸留塔から運び出される。
【００６７】
制御凍結ゾーンは、低温液体スプレーを含む。これは、「還流（reflux）」と呼ばれているメタン富化液体流である。軽い炭化水素ガス及び同伴サワーガスの蒸気流がカラムを通って上方に移動すると、蒸気流は、液体スプレーに遭遇する。低温液体スプレーは、固体ＣＯ2粒子の取り出しを助ける一方で、メタンガスが蒸発してカラム内を上方に流れることができるようにする。
【００６８】
上方の蒸留ゾーン（精留ゾーンと呼ばれることがある）では、メタンがオーバーヘッド位置で捕捉されて販売のためにパイプ輸送され又は燃料に利用できるようにされる。一観点では、オーバーヘッドメタン流は、約−１３０°Ｆ（−９１．１℃）で放出される。オーバーヘッドガスは、追加の冷却により部分的に液化される場合があり、液体の一部は、還流としてカラムに戻される。次に、液体還流は、通常、カラムの精留ゾーンのトレー又は充填材を通って流れた後、低温スプレーとして制御凍結ゾーンのスプレー区分中に注入される。
【００６９】
特定の実施形態
【００７０】
図１は、原料天然ガス流からの二酸化炭素の分離と関連して用いられる極低温蒸留塔１００の略図である。極低温蒸留塔１００を本明細書においては、互換的に「カラム」、「ＣＦＺカラム」又は単に「タワー」と称する場合がある。
【００７１】
図１の極低温蒸留塔１００は、初期流体流１０を受け入れる。流体流れ１０は、主として、産出ガスで構成されている。代表的には、流体流れは、坑口又はひとまとまりの坑口（図示せず）からの乾燥状態のガス流を表し、約６５％〜約９５％のメタンを含む。しかしながら、流体流１０は、これよりも低い割合、例えば約３０％〜６５％又はそれどころか２０％〜４０％という低い割合のメタンを含む場合がある。
【００７２】
メタンは、他の軽い炭化水素ガスの微量要素、例えばエタンと一緒に存在する場合がある。加うるに、微量のヘリウム及び窒素が存在する場合がある。本発明の用途では、流体流１０は、或る特定の汚染要因物を更に含むであろう。これらは、例えばＣＯ2やＨ2Ｓのような酸性ガスである。
【００７３】
初期流体流１０は、約６００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）の産出後圧力の状態にあるのが良い。場合によっては、初期流体流１０の圧力は、最高約７５０ｐｓｉ又はそれどころか１，０００ｐｓｉまでになる場合がある。
【００７４】
流体流れ１０は、代表的には、蒸留塔１００に入る前に冷却される。熱交換器１５０、例えば多管式熱交換器が初期流体流１０のために設けられている。冷凍ユニット（図示せず）が冷却用流体（例えば、液体プロパン）を熱交換器１５０に提供し、それにより初期流体流１０の温度を約−３０°Ｆ〜−４０°Ｆ（−３４．４℃〜−４０．０℃）に下げる。次に、冷却状態の流体流を膨張装置１５２中に通すのが良い。膨張装置１５２は、例えば、ジュール‐トムソン（“Ｊ‐Ｔ”）弁であるのが良い。
【００７５】
膨張装置１５２は、流体流１０の追加の冷却を可能にするエキスパンダとしての役目を果たす。好ましくは、流体流１０の部分液化も又、膨張を介して行われる。ジュール‐トムソン（又は“Ｊ‐Ｔ”）弁が固形分を形成しがちなガス供給流にとって好ましい。膨張装置１５２は、好ましくは、供給管類中の熱損失を最小限に抑えるために極低温蒸留塔１００の近くに設けられる。
【００７６】
Ｊ‐Ｔ弁の代替手段として、エキスパンダ装置１５２は、ターボエキスパンダであっても良い。ターボエキスパンダは、より多大な冷却作用をもたらし、上述した冷凍ユニットのようにプロセスのためのシャフト作業源を作る。熱交換器１５０は、冷凍ユニットの一部である。このように、オペレータは、蒸留プロセスのための全体的エネルギー要件を最小限に抑えることができる。しかしながら、ターボエキスパンダは、凍結粒子並びにＪ‐Ｔ弁を取り扱うことができない。
【００７７】
いずれの場合においても、熱交換器１５０及びエキスパンダ装置１５２は、初期流体流れ１０中の原料ガスを冷やされた状態の流体流１２に変換する。好ましくは、この冷却流体流１２の温度は、約−４０°Ｆ〜−７０°Ｆ（−４０．０℃〜−５６．７℃）である。一観点では、極低温蒸留塔１００は、約５５０ｐｓｉの圧力で作動され、冷却流体流１２は、約−６２°Ｆ（−５２．２℃）の状態にある。これら条件では、冷却流体流れ１２は、実質的に液相の状態にある。ただし、幾分かの蒸気相が冷却流体流１２中に不可避的に同伴される場合がある。おそらくは、ＣＯ2の存在から固形分が生じることはない。
【００７８】
ＣＦＺ（商標）蒸留塔１００は、３つの主要な区分に分割される。これらは、下方の蒸留ゾーン又は「ストリッピング区分」１０６、中間の制御凍結ゾーン又は「スプレー区分」１０８及び上方の蒸留ゾーン又は「精留ゾーン」１１０である。図１の塔の構成例では、冷却流体流れ１２は、蒸留塔１００内の制御凍結ゾーン１０８に導入される。しかしながら、冷却流体流れ１２は、変形例として、下方蒸留ゾーン１０６の頂部の近くのところに導入されても良い。
【００７９】
図１の構成例において、下方蒸留ゾーン１０６、中間スプレー区分１０８、上方蒸留ゾーン１１０及び関連コンポーネントは、単一の容器１００内に収納されていることが注目される。しかしながら、塔１００の高さ及び運動に関する事項を検討しなければならないようなオフショア又は沖合用途に関し又は輸送上の制限が問題となる遠隔地に関し、塔１００は、オプションとして、２つの別々の圧力容器（図示せず）に分割されるのが良い。例えば、下方蒸留ゾーン１０６及び制御凍結ゾーン１０８を１つの容器内に設置するのが良く、上方蒸留ゾーン１０８は、別の容器内に位置する。この場合、２つの容器を互いに連結するために外部配管が利用される。
【００８０】
いずれの実施形態においても、下方蒸留ゾーン１０６の温度は、冷却流体流れ１２の供給温度よりも高い。下方蒸留ゾーン１０６の温度は、カラム１００の作業圧力において冷却流体流れ１２中のメタンの沸点よりも十分高い温度であるように設定される。このようにすると、メタンは、重い炭化水素及び液体酸性ガス成分から優先的にストリップされる。当然のことながら、当業者であれば理解されるように、蒸留塔１００内の液体は、混合物であり、このことは、液体が純粋メタンと純粋ＣＯ2との間の或る中間温度で「沸騰」することになる。更に、混合物中に重い炭化水素が存在する場合、これにより、混合物の沸点が上昇する。これら要因は、蒸留塔１００内の作業温度に関する設計上の検討事項となる。
【００８１】
下方蒸留ゾーン１０６内では、ＣＯ2及び任意他の液相流体は、重力の作用で極低温蒸留塔１００の底部に向かって落下する。それと同時に、メタン及び他の蒸気相流体は、逃げ出て、塔１００の頂部に向かって上方に進む。この分離は、主として、気相と液相の密度差により達成される。しかしながら、分離プロセスは、オプションとして、蒸留塔１００内の内部コンポーネントによって助長される。以下に説明するように、これらコンポーネントとしては、メルトトレー１３０、複数個の有利に構成された物質移動装置１２６及びオプションとしてのヒーターライン２５が挙げられる。側部再沸器（符号１７３で示されている）を同様に下方蒸留ゾーン１０６に追加してＣＯ2の除去及び熱伝達を容易にするのが良い。
【００８２】
再び図１を参照すると、冷却流体流れ１２を下方蒸留ゾーン１０６の頂部の近くでカラム１００内に導入するのが良い。変形例として、供給流１２をメルトトレー１３０の上方で中間制御凍結ゾーン１０８内に導入することが望ましい場合がある。冷却流体流れ１２の注入箇所は、主として初期流体流１０の組成によって定められる設計上の選択事項である。
【００８３】
冷却流体流れ１２の温度が固形分の存在を見込めないほど高い場合（例えば、−７０℃を超える場合）、冷却流体流れ１２をカラム１００内に設けられている２相フラッシュボックス型装置（又は蒸気分配器）１２４を通って下方蒸留ゾーン１０６中に直接注入することが好ましい場合がある。フラッシュボックス１２４の使用は、冷却流体流れ１２中の２相蒸気‐液体混合物を少なくとも部分的に分離するのに役立つ。フラッシュボックス１２４は、２相流体がフラッシュボックス１２４内のバッフルに当たるようスロット付きであるのが良い。
【００８４】
固形分の存在が低い入口温度に起因して予想される場合、冷却流体流れ１２は、上述したようにカラム１００への供給に先立って容器１７３内で部分的に分離されなければならない場合がある。この場合、冷却供給流１２は、固形分が入口ライン及びカラム１００の内部コンポーネントを詰まらせる恐れを最小限に抑えるために２相容器１７３内で分離されるのが良い。気体蒸気が容器入口ライン１１を通って２相容器１７３を出て、入口分配器１２１を通ってスプレー区分１０８に流入する。次に、気体は、カラム１００を通って上方に進む。それと同時に、液体／固体スラリ１３が相分離器１７３から排出される。液体／固体スラリは、蒸気分配器１２４を通ってカラム１００内に差し向けられ、そしてメルトトレー１３０に差し向けられる。液体／固体スラリ１３を重力により又はポンプ１７５によって下方蒸留ゾーン１０６に供給しても良い。
【００８５】
いずれの構成例においても、即ち、２相容器１７３が設けられている構成例又は設けられていない構成例では、冷却流体流１２（又は１１）は、カラム１００に入る。液体成分は、下方蒸留ゾーン１０６内のひとまとまりのストリッピングトレー１２６に沿ってこれを下って進む。ストリッピングトレー１２６は、代表的には、一連の堰１２８及び立下り管１２９を有する。ストリッピングトレー１２６は、下方蒸留ゾーン１０６内の温かい温度と相まって、メタン及び他の軽い気体が溶液から逃げ出るようにする。その結果生じる蒸気は、メタン及び沸騰した同伴状態の二酸化炭素分子をカラム１００を通って上方に運ぶ。
【００８６】
図１の構成例では、蒸気は、メルトトレー１３０の立上り管又は立て筒（チムニー）１３１を通って上方に進んで凍結ゾーン１０８内に入る。立て筒１３１は、凍結ゾーン１０８全体にわたる一様な分布を可能にする蒸気分配器として作用する。蒸気は、次に、スプレーヘッダ１２０からの低温液体に接触してＣＯ2を「凍結」させる。換言すると、ＣＯ2は、凍結し、次に、メルトトレー１３０上に「雪」のように降って戻る。すると、固体ＣＯ2は、溶けて重力の作用により液体の形態でメルトトレー１３０に沿ってこれを流下し、そしてその下の下方蒸留ゾーン１０６を通って流れる。
【００８７】
以下に詳細に説明するように、スプレー区分１０８は、極低温蒸留塔１００の中間凍結ゾーンである。冷却流体流れ１２が、塔１００への流入に先立って容器１７３内で分離される別の構成例では、分離された液体／固体スラリ１３は、メルトトレー１３０の真上で塔１００内に導入される。かくして、サワーガスと重い炭化水素成分の液‐固混合物は、分配器１２１から流れ、固体及び液体は、メルトトレー１３０上に落下する。
【００８８】
メルトトレー１３０は、中間制御凍結ゾーン１０８から液体及び固体物質、主としてＣＯ2及びＨ2Ｓを重力の作用で受け入れるよう構成されている。メルトトレー１３０は、液体及び固体物質を温めてこれらを次の精製のために液体の形態で下方蒸留ゾーン１０６を通って下方に差し向けるのに役立つ。メルトトレー１３０は、制御凍結ゾーン１０８からひとまとまりの液体の状態で固‐液混合物を集めてこれらを温める（加温する）。メルトトレー１３０は、蒸気の流れを放出して制御凍結ゾーン１０８に戻し、固体ＣＯ2を溶融させるのに適当な熱伝達を行い、そしてメルトトレー１３０の下に位置したカラム１００の下側蒸留ゾーン１０６への液体／スラリの排出を容易にするよう設計されている。
【００８９】
制御凍結ゾーン塔１００に関する追加の詳細は、米国特許出願公開第２０１０／００１８２４８号明細書（発明の名称：Controlled Freeze Zone Tower）に開示されており、この米国特許出願公開を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。例えば、米国特許出願公開第２０１０／００１８２４８号明細書の図２Ａは、一実施形態においてメルトトレー１３０の平面図を提供している。図２Ｂは、図２ＡのＢ‐Ｂ線で取ったメルトトレー１３０の断面図を提供している。図２Ｃは、Ｃ‐Ｃ線で取ったメルトトレー１３０の断面図を示している。米国特許出願公開第２０１０／００１８２４８号明細書を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
【００９０】
再び図１を参照すると、メルトトレー１３０は、設計上、外部液体移送システムを更に備えるのが良い。外部移送システムは、全ての液体に実質的に固体がなく、十分な熱伝達が可能になるようにするのに役立つ。移送システムは、第１に、ドローオフノズル１３６を有する。一実施形態では、ドローオフノズル１３６は、ドローオフサンプ又は立て筒１３８内に位置する（米国特許出願公開第２０１０／００１８２４８号明細書の図２Ｃに示されている）。チャネル１３８内に集められた流体は、移送ライン１３５に送り出される。移送ライン１３５を通る流れは、制御弁１３７及び液位コントローラ“ＬＣ”（図１に見える）によって制御される。流体は、移送ライン１３５を経て下方蒸留ゾーン１０６に戻される。液位が高すぎる場合、制御弁１３７が開き、液位が低すぎる場合、制御弁１３７が閉じる。オペレータが下方蒸留ゾーン１０６内で移送システムを用いないということを選択した場合、制御弁１３７が閉じられ、流体は、オーバーフロー立下り管１３９を介するストリッピングのためにメルトトレー１３０の下に位置する物質移動装置又は「ストリッピングトレー」１２６に直ちに差し向けられる。
【００９１】
外部移動装置を用いるにせよ用いないにせよいずれにせよ、固体ＣＯ2は、メルトトレー１３０上で加温され、ＣＯ2濃厚液体に変換される。メルトトレー１３０は、ストリッピング区分１０６からの蒸気により下から加熱される。補充の熱がオプションとして種々の手段、例えばヒーターライン２５によりメルトトレー１３０又はメルトトレーベース１３４のすぐ上方のところに追加されるのが良い。ヒーターライン２５は、固体の融解を容易にするよう底部再沸器１６０から既に利用可能な熱エネルギーを利用する。
【００９２】
ＣＯ2濃厚液体を液位制御下でメルトトレー１３０から抜き出され、重力の作用で下方蒸留ゾーン１０６に導入される。注目されるように、メルトトレー１３０の下の下方蒸留ゾーン１０６には複数個のストリッピングトレー１２６が設けられている。ストリッピングトレー１２６は、好ましくは、互いに上下に位置した実質的に平行な関係にある。ストリッピングトレー１２６の各々は、オプションとして、極めて僅かな傾斜度で位置決めされるのが良く、液がトレー上で維持されるように堰を備えるのが良い。流体は、重力の作用で、各トレーに沿って流れて堰を越えて流れ、次に立下り管を介して次のトレー上に流下する。
【００９３】
ストリッピングトレー１２６は、種々の配置関係をなすことができる。ストリッピングトレー１２６は、前後の滝のように落ちる液体の流れを形成するよう全体として水平な関係をなして配置されるのが良い。しかしながら、ストリッピングトレー１２６は、実質的に同一の水平面に沿って別個のストリッピングトレーによって分割される滝のように落ちる液体流を形成するよう配置されることが好ましい。これは、米国特許出願公開第２０１０／００１８２４８号明細書の図３の配置状態に示されており、この場合、液体の流れは、液体が別々のトレーを横切って流れ、そして２つの互いに反対側に位置した立下り管１２９内に落下するよう少なくとも１回分割される。
【００９４】
液体中のメタンの割合が、液体が下方蒸留ゾーン１０６を通って下方に流れるにつれて次第に小さくなる。蒸留の程度は、下方蒸留ゾーン１０６中のトレー１２６の個数で決まる。下方蒸留ゾーン１０６の上方部分では、液体のメタン含有量は、２５モルパーセントという高い量であり、底部のストリッピングトレーでは、メタン含有量は、０．０４モルパーセントという低い量である場合がある。含有メタンは、ストリッピングトレー１２６（又は他の物質移動装置）に沿って迅速に流れる。下方蒸留ゾーン１０６で用いられる物質移動装置の数は、原料ガス流１０の組成に基づく設計上の選択事項である。しかしながら、液化酸性ガス中のメタンを例えば１％以下の所望のレベルまで除去するのに有することが必要なストリッピングトレー１２６のレベルはほんの僅かである。
【００９５】
メタン逃げ場所を容易にするストリッピングトレー１２６について種々の個々の形態を用いることができる。ストリッピングトレー１２６は、単に、篩穴又はバブルキャップを備えたパネルであっても良い。しかしながら、流体へのそれ以上の熱伝達を提供すると共に固体に起因する望ましくない閉塞を阻止するためには、メルトトレーの下に所謂「ジェットトレー」を用いるのが良い。トレーに代えて、ランダム又は構造化充填材を採用しても良い。米国特許出願公開第２０１０／００１８２４８号明細書の図４Ａ及び図４Ｂは、例示のジェットトレー４２６を示している。
【００９６】
作用を説明すると、１つ又は２つ以上のジェットトレーを塔１００の下方蒸留ゾーン１０６及び／又は上方蒸留ゾーン１１０内に配置するのが良い。トレーを多数のパス方式を備えた状態で、例えば、ストリッピングトレー１２６のパターンをなして配置されるのが良い。しかしながら、メタンガスの抜き出しを容易にする任意のトレー又は充填材の構成を利用することができる。流体は、各ジェットトレー４２６上に滝のように流れ落ちる。
【００９７】
流下する液体がストリッピングトレー１２６に当たると、物質の分離が生じる。メタンガスが溶液から逃げ出て蒸気の形態で上方に移動する。しかしながら、ＣＯ2は、一般に、これらその液体の形態のままの状態で下方蒸留ゾーン１０６の底部まで下方に進むのに足るほど低温であり且つ高い濃度状態にある。次に、液体は、ボトム流体流れ２２として出口ラインを通って極低温蒸留塔１００から運び出される。
【００９８】
蒸留塔１００から流出すると、ボトム流体流れ２２は、再沸器１６０に入る。図１では、再沸器１６０は、再沸された蒸気をストリッピングトレーの底部に提供するやかん形のものである。再沸蒸気ラインは、参照符号２７で示されている。加うるに、再沸蒸気は、補充熱をメルトトレー１３０に提供するようヒーターライン２５を通って送り出されるのが良い。補充熱は、弁１６５及び温度制御装置ＴＣにより制御される。変形例として、エネルギーを節約するよう初期流体流れ１０を冷却するために熱交換器、例えば熱サイホン型熱交換器（図示せず）を用いても良い。この点に関し、再沸器１６０に流入する液体は、比較的低い温度、例えば約３０°Ｆ〜４０°Ｆ（−１．１℃〜４．４℃）のままである。熱を初期流体流れ１０に取り込むことにより、オペレータは、蒸留塔１００からの低温ボトム流体流れ２２を加温すると共に部分的に沸騰させる一方で、生成流体流れ１０を予備冷却することができる。この場合、ライン２５を介して補充熱を提供する流体は、再沸器１６０からの混合相戻り流である。
【００９９】
或る条件下においては、メルトトレー１３０は、ヒーターライン２５なしで働くことができるということが想定される。これらの場合、メルトトレー１３０は、設計上、内部加熱特徴、例えば電気ヒーターを備えるのが良い。しかしながら、ボトム流体流れ２２で得られる熱エネルギーを採用する熱系を提供することが好ましい。ヒーターライン２５内の温かい流体は、一観点では、３０°Ｆ〜４０°Ｆ（−１．１℃〜４．４℃）の状態で存在し、従って、これら流体は、比較的高い熱エネルギーを含む。かくして、図１では、ヒーターライン２５内の温かい蒸気流２５は、メルトトレー１３０上に設けられた加熱コイル（図示せず）を介してメルトトレー１３０に差し向けられた状態で示されている。変形例として、蒸気流２５は、移送ライン１３５に結合されても良い。
【０１００】
作用を説明すると、再沸蒸気流の大部分は、底部液の上方で且つ最後のストリッピングトレー１２６の下でライン２７を介してカラムの底部に導入される。再沸蒸気が各トレー１２６を上方に通過すると、残留メタンが液体からストリッピングされる。この蒸気は、これが塔に沿って上方に移動するにつれて冷える。蒸気２７のストリッピング蒸気が波形メルトトレー１３０に達する時点までに、温度は、約−２０°Ｆ〜０°Ｆ（−２８．９℃〜−１７．８℃）まで低下する場合がある。しかしながら、これは、メルトトレー１３０上の融解中の固体（これは、約−５０°Ｆ〜−７０°Ｆ（−４５．６℃〜−−５６．７℃）の場合がある）と比較して極めて温かい状態のままである。蒸気は、蒸気がメルトトレー１３０に接触すると固体ＣＯ2を融解させるのに足るほどのエンタルピを依然として有する。
【０１０１】
再沸器１６０に戻ってこれを参照すると、流体は、ＣＯ2濃厚液体として再沸器１６０を出る。液体流れ２４中の流体は、オプションとして、膨張弁１６２に通されるのが良い。膨張弁１６２は、液体流れの圧力を減少させ、冷凍効果を効果的にもたらす。かくして、冷却ボトム流２６が提供される。再沸器１６０から出たＣＯ2濃厚液体は、冷却ボトム流２６として、１つ又は２つ以上のＡＧＩウェル（図１に参照符号１６４で概略的に示されている）を通って下方に圧送されるのが良い。或る状況では、液体ＣＯ2は、原油増進回収プロセスの一部として部分的に回収された油の貯留層中に圧送されるのが良い。かくして、ＣＯ2は、混和性注入物質であるのが良い。変形例として、ＣＯ2は、原油増進回収を促進するための混和性フラッド剤（flood agent）として用いられても良い。
【０１０２】
再び塔１００の下方蒸留ゾーン１０６を参照すると、ガスは、下方蒸留ゾーン１０６を通り、メルトトレー１３０の立て筒１３１を通り、そして制御凍結ゾーン１０８内に上方に移動する。制御凍結ゾーン１０８は、複数個のスプレーノズル１２２を備えた開放チャンバを構成する。蒸気が制御凍結ゾーン１０８を通って上方に移動するにつれて、蒸気の温度は、非常に低くなる。蒸気は、スプレーノズル１２２から来た液体メタン（「還流」）と接触する。この液体メタンは、外部冷凍ユニット１７０によって冷却された上方に移動中の蒸気よりも極めて低温である。一構成例では、液体メタンは、約−１２０°Ｆ〜−１３０°Ｆ（−８４．４℃〜−９０℃）の温度状態でスプレーノズル１２２から流出する。しかしながら、液体メタンが蒸発すると、メタンは、その周囲から熱を吸収し、それにより、上方に移動中の蒸気の温度を減少させる。蒸発したメタンは又、その密度の減少（液体メタンに対する）及び蒸留塔１００内での圧力勾配に起因して上方に流れる。
【０１０３】
メタン蒸気が極低温蒸留塔１００に沿って更に上方に移動すると、メタン蒸気は、制御凍結ゾーン１０８を出て上方蒸留ゾーン１１０に流入する。蒸気は、元の冷却流体流れ１２（又は容器入口ライン１１）から逃げ出た他の軽量ガスと一緒に上方に移動し続ける。組み合わせ状態の炭化水素蒸気は、極低温蒸留塔１００の頂部から出てオーバーヘッドメタン流１４になる。
【０１０４】
オーバーヘッドメタン流１４中の炭化水素ガスは、外部冷凍ユニット１７０内に移される。一観点では、冷凍ユニット１７０は、オーバーヘッドメタン流１４を最低約−１３５°Ｆ〜−１４５°Ｆ（−９２．８℃〜−９８．３℃）まで冷却することができるエチレン冷媒又は他の冷媒を用いている。これは、オーバーヘッドメタン流１４を少なくとも部分的に液化するのに役立つ。次に、冷却メタン流１４を還流凝縮器又は分離チャンバ１７２に移動させる。
【０１０５】
分離チャンバ１７２は、ガス１６を液体（「液体還流」と呼ばれる場合がある）１８から分離するために用いられる。ガス１６は、元の原料ガス流１０からの軽い炭化水素ガス、主としてメタンを表している。窒素やヘリウムも又存在する場合がある。メタンガス１６は、当然のことながら、最終的に捕捉されてエタンと共に市販されるようになった「製品」である。オーバーヘッドメタン流１４のこの非液化部分は、現場燃料としても利用できる。メタンガス１６は、ＬＮＧ輸送のために更に冷却されるのが良い。
【０１０６】
冷凍ユニット１７０から出たオーバーヘッドメタン流１４の一部分は、凝縮される。この部分は、分離チャンバ１７２内で分離されて塔１００に戻される液体還流１８である。液体還流１８をカラム１００内に送り戻すのにポンプ１９を用いるのが良い。変形例として、分離チャンバ１７２は、液体還流１８の重力供給を可能にするよう塔１００の上方に設けられる。液体還流１８は、上方蒸留ゾーン１１０から逃げ出た幾分かの二酸化炭素を含むであろう。しかしながら、液体還流１８の大部分は、典型的には９５％以上のメタンであり、窒素（初期流体流１０中に存在する場合）及び微量の硫化水素（これも又、初期流体流１０中に存在する場合）を含む。
【０１０７】
一冷却構成例では、オーバーヘッドメタン流１４は、開ループ冷凍システムを通って得られる。この構成例では、オーバーヘッドメタン流１４は、液体還流１８として用いられるオーバーヘッドメタン流の戻り部分を冷却するために直交型熱交換器を通って得られる。しかる後、オーバーヘッドメタン流１４を約１，０００ｐｓｉ〜１，４００ｐｓｉに加圧し、次に、周囲空気及び場合によっては外部プロパン冷媒を用いて冷却する。加圧されると共に冷却されたガス流を次に、更に冷却するために膨張装置又はエキスパンダ中に差し向ける。ターボ膨張装置を用いると、多量の液体並びに幾分かのシャフト仕事を回収することができる。米国特許第６，０５３，００７号明細書（発明の名称：”Process For Separating a Multi-component Gas Stream Containing at Least One Freezable Component”）は、オーバーヘッドメタン流の冷却方式を記載しており、この米国特許を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
【０１０８】
図１に戻ってこれを参照すると、液体還流１８は、上方蒸留ゾーン１１０内に戻される。次に、還流液体１８は、重力の作用で、上方蒸留ゾーン１１０内の１つ又は２つ以上の物質移動装置１１６を通って運ばれる。一実施形態では、物質移動装置１１６は、上述のトレー１２６と同様、一連のカスケード状に配列された堰１１８及び立下り管１１９を備えた精留トレーである。
【０１０９】
還流液体流１８からの流体が精留トレー１１６を通って下方に移動すると、追加のメタンが蒸発し、上方蒸留ゾーン１１０から出る。メタンガスは、オーバーヘッドメタン流１４に再び出会ってガス生成物流１６の一部になる。しかしながら、還流液体１８の残りの液相は、コレクタトレー１４０上に落下する。還流液体流１８がそのように落下するので、還流液体流１８は、不可避的に、制御凍結ゾーン１０８から上方に移動している炭化水素及び残留酸性ガスのうちの僅かな割合をピックアップする。メタンと二酸化炭素の液体混合物はコレクタトレー１４０のところに集められる。
【０１１０】
コレクタトレー１４０は、好ましくは、液体を収集する実質的に平板状の本体を備える。しかしながら、メルトトレー１３０の場合と同様、コレクタトレー１４０も又、制御凍結ゾーン１０８から来たガスを逃がすための１つ、好ましくは複数個の立て筒を有する。例えば米国特許出願公開第２０１０／００１８２４８号明細書の図２Ｂ及び図２Ｃのコンポーネント１３１，１３２により提供される立て筒及びキャップ構成を用いることができる。
【０１１１】
この場合に注目されるように、上方蒸留ゾーン１１０内では、存在するＨ2Ｓは、液体中に溶解する傾向があり、これに対して、処理温度ではガス中に溶解する傾向がある。この点に関し、Ｈ2Ｓは、比較的低い相対揮発性を有する。残りの蒸気を液体に接触させることにより、極低温蒸留塔１００は、Ｈ2Ｓ濃度を最低所望のｐｐｍ（１００万当たりの部）限度内に、例えば１０ｐｐｍ又は４ｐｐｍ規格まで減少させる。流体が上方蒸留ゾーン１１０内の物質移動装置１１６を通過すると、Ｈ2Ｓは、液体メタンに接触し、蒸気相から引き出されて液体流２０の一部になる。ここから、Ｈ2Ｓは、液体の形態で下方蒸留ゾーン１０６を通って下方に移動し、最終的には、液化酸性ガスボトム流２２の一部として極低温蒸留塔１００から出る。供給流中にＨ2Ｓが殆ど存在せず又はまったく存在しない場合、オーバーヘッドガス中にはＨ2Ｓが事実上存在しないであろう。
【０１１２】
極低温蒸留塔１００内では、コレクタトレー１４０のところに捕捉された液体は、液体流２０として上方蒸留ゾーン１１０から抜き出される。液体流２０は、主として、メタンで構成されている。一観点では、液体流２０は、約９３モルパーセントメタン、３％ＣＯ2、０．５％Ｈ2Ｓ及び３．５％Ｎ2で構成されている。この時点では、液体流２０は、約−１２５°Ｆ〜−１３０°Ｆ（−８７．２℃〜−９０℃）の温度状態にある。これは、還流液体流１８よりもほんの僅か温かい。液体流２０は、還流ドラム１７４内に差し向けられる。還流ドラム１７４の目的は、ポンプ１７６にサージ能力を提供することにある。還流ドラム１７４を出ると、スプレー流２１が作られる。スプレー流２１は、ポンプ１７６内で加圧され、極低温蒸留塔１００内への２回目の再導入が行われる。この場合、スプレー流２１は、中間制御凍結ゾーン１０８内に圧送され、ノズル１２２を通って放出される。
【０１１３】
スプレー流２１の或る部分、特にメタンがノズル１２２を出る際に揮発すると共に蒸発する。ここから、メタンは、中間制御凍結ゾーン１０８を通り、コレクタトレー１４０内の立て筒を通り、そして上方蒸留ゾーン１１０内の物質移動装置１１６を通って上昇する。メタンは、オーバーヘッドメタン流１４として蒸留塔１００を出て、最終的に、ガス流１６中の商用生成物又は製品になる。
【０１１４】
また、ノズル１２２からのスプレー流２１により、二酸化炭素は、気相から昇華しなくなる。この点に関し、幾分かのＣＯ2は、一時的に気相に入り、メタンと一緒に上方に移動する。しかしながら、制御凍結ゾーン１０８内の温度が低いことに鑑みて、気体二酸化炭素は、直ぐに核となり凝集して「雪」のように降り始める。この現象を脱昇華（desublimation ）と称する。このように、幾分かのＣＯ2は、これがメルトトレー１３０に当たるまでは気相に再びなることは決してない。この二酸化炭素は、メルトトレー１３０上に「雪」のように降り、そして溶けて液相になる。ここから、ＣＯ2濃厚液体が上述したように冷却流体流１２からの液体ＣＯ2と一緒に、下方蒸留ゾーン１０６内の物質移動装置又はトレー１２６を滝のように流下する。この時点で、ノズル１２２のスプレー流２１からの残りのメタンは、迅速に漏れて蒸気になるはずである。これら蒸気は、極低温蒸留塔１００内で上方に移動し、上方蒸留ゾーン１１０に再び入る。
【０１１５】
冷却液体を、塔１００を上方に動いているガスのうちのできるだけ多くに接触させることが望ましい。蒸気がノズル１２２から出ているスプレー流２１をバイパスした場合、高いレベルのＣＯ2が塔１００の上方蒸留ゾーン１１０に達する場合がある。制御凍結ゾーン１０８内における気体／液体接触効率を向上させるため、設計された形態を有する複数個のノズル１２２を用いるのが良い。かくして、還流流体流れ２１中の１つ又は２つ以上のレベルのところに単一のスプレー源を用いるのではなく、オプションとして設計上多数のスプレーノズル１２２を備えた数個のスプレーヘッダ１２０を用いるのが良い。かくして、このような形態のスプレーノズル１２２は、制御凍結ゾーン１０８内で起こる物質移動に影響を及ぼす。また、ノズルそれ自体を最適液滴サイズ及びこれら液滴の面積分布状態を生じさせるよう設計されているのが良い。
【０１１６】
本発明の譲受人は、上述の同時係属中の米国特許出願公開第２０１０／００１８２４８号明細書において種々のノズル構成を先に提案している。ノズル構成については図６Ａ及び図６Ｂを参照されたい。ノズルは、スプレー区分１０８内において３６０°且つ完全放射状の適用範囲を保証すると共に良好な蒸気‐液体接触及び熱／物質移動をもたらすようになっている。これにより、極低温蒸留塔１００を通って上方に移動している気体二酸化炭素が効果的に冷却される。
【０１１７】
極低温塔及び関連の熱伝達装置は、実質的に酸性ガスのない液化天然ガスを生じさせる信頼性のあるシステムを提供する。上方蒸留ゾーン内で生じたメタンは、パイプライン輸送に関する大抵の仕様を満たす。例えば、メタンは、２モルパーセント未満のパイプラインＣＯ2仕様並びに十分な還流が生じると共に／或いは上方蒸留ゾーン１１０内の充填材又はトレーからの十分な分離段が存在する場合、４ｐｐｍＨ2Ｓ仕様を満たすことができる。
【０１１８】
図１と関連して説明した上述の酸性ガス除去システムは、実質的に酸性ガスのない商用メタン生成物１６を生じさせる上で採算が取れる。生成物１６は、好ましくはガスであり、販売のためにパイプラインによって送られる。ガス生成物は、好ましくは、１〜４モルパーセントのパイプラインＣＯ2仕様を満たし、この場合、十分な還流が生じる。それと同時に、二酸化炭素及び硫化水素は、ボトム流２６により実質的に除去される。
【０１１９】
注目されるように、幾分かのメタンがボトム酸性ガス流２２中に不可避的に同伴される場合がある。図１のカラム１００は、上述したように再沸器１６０を有する。再沸器１６０は、再沸された蒸気をストリッピング用トレーの底部に提供する。再沸された蒸気は、ライン２７によりカラム１００中に再導入されるメタンを含むであろう。しかしながら、再沸器１６０を用いて捕捉できるよりも多くのメタンを再捕捉し、次に再捕捉したメタンを直接凍結ゾーン１０８中に送り込むことが望ましい。さらに、下方蒸留ゾーン１０６のサイズを実質的に減少させ又はこれを全て取り外すことによってカラム１００のサイズ及び重量を減少させることが望ましい。
【０１２０】
図２は、本発明の一実施形態に従ってガス流から酸性ガスを除去するガス処理施設２００を示す略図である。ガス処理施設２００は、炭化水素開発領域２０１のところ又はその近くに配置される。炭化水素開発領域２０１は、気体炭化水素が産出される任意の場所を表していると言える。開発領域２０１は、オンショア、ショアの近く又はオフショアに存在することができる。開発領域２０１は、元の貯留槽圧力から稼働することができ又は回収増進手順を受けることができる。本明細書においてクレーム請求されているシステム及び方法は、これが二酸化炭素で汚染されたメタンを含む炭化水素を産出する限り、開発下にあるフィールドの形式には限定されない。
【０１２１】
いずれの点においても、複数個の産出井２１２が炭化水素開発領域２０１のところに示されている。産出井２１２は、地下領域２０５を通って延びて選択された地層２１０中に延びている。図２の例示の開発領域２０１では、３つの産出井２１２が示されている。しかしながら、炭化水素開発領域２０１は、これよりも多くの産出井を有することができることは言うまでもない。
【０１２２】
産出井２１２を介する産出は、好ましくは、地下フローライン２１４のところで合体する。フローライン２１４は、原料ガス流を含む。ガス流は、「原料」であり、これは、かかるガス流が水又は酸性ガスの除去のための処理をまだなんら受けていないことを意味している。フローライン２１４中の原料ガス流は、主として気相の炭化水素流体を含む。炭化水素は、主としてメタンであるが、エタン及び例えば微量のプロパン又はブタンのような他の重い炭化水素並びに芳香族炭化水素を更に含む場合がある。
【０１２３】
原料ガス流は、微量の窒素、ヘリウム及び他の不活性ガスを更に含む場合がある。原料ガス流は、少なくとも幾分かのブライン又は他の水性流体を更に含んでいるであろう。最後に、原料ガス流は、二酸化炭素及び場合によっては他の酸性ガスを含んでいるであろう。
【０１２４】
原料ガス流は、フローライン２１４を通って移動し、脱水容器２２０内に導入される。脱水容器２２０は、例えば、グリコールを基剤とする化学物質を用いたグリコール脱水容器であるのが良い。グリコールを基剤とするプロセス、例えばいわゆるＤＲＩＺＯプロセスを用いるのが良く、かかるプロセスでは、ベンゼンがストリップ用作用剤として用いられる。幾つかの場合、フローライン２１４からの原料ガスをモノエチレングリコール（ＭＥＧ）と混合するのが良く、その目的は、水のドロップアウト及び水和物の生成を阻止することにある。ＭＥＧは、例えばチラーに吹き付けられるのが良く、液体は、チラーの温度及び入口ガス組成に応じて、水、より濃厚なＭＥＧ及び場合によっては幾分かの重炭化水素に分離可能に集められる。変形例として、脱水容器２２０は、分子シーブを用いても良い。
【０１２５】
原料ガスがフローライン２１４から脱水容器２２０を通過した結果として、水性流２２２が生じる。水性流２２２は、水処理施設（図示せず）に送られるのが良い。変形例として、水性流２２２は、地下地層２１０中に注入されても良い。さらに変形例として、取り出された水性流２２２を環境基準に合うよう処理し、次に、局所集水域又はオフショア環境中に処理水として放出されても良い。
【０１２６】
また、原料ガス流が脱水容器２２０を通過した結果として、実質的に脱水されたガス流２２４が生じる。本発明のシステム及び方法との関連で、脱水ガス流２２４は、二酸化炭素及び場合によっては少量の硫化水素を含む。ガス流２２４は、他の亜硫酸成分、例えば硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄及び種々のメルカプタンを更に含む場合がある。
【０１２７】
脱水ガス流２２４は、予備熱交換器２３０に通される。熱交換器２３０は、冷凍ユニットを有していることであろう。熱交換器２３０は、脱水ガス流２２４を約−３０°Ｆ〜−４０°Ｆ（−３４．４℃〜−４０．０℃）の温度まで冷却する。熱交換器２３０は、例えば、空気冷却器又はエチレン若しくはプロパン冷凍機であるのが良い。
【０１２８】
冷却されたサワーガス流は、熱交換器２３０から放出される。これは、ライン２３２のところで示されている。冷却サワーガス流は、オプションとして、膨張装置２３４中に取り込まれる。膨張装置２３４は、例えば、ジュール‐トンプソン（“Ｊ‐Ｔ”）弁であるのが良い。膨張装置２３４は、脱水ガス流２３２の一段の冷却を行うためのエキスパンダとしての役目を果たす。かくして、最終の冷却されたサワーガス流２３６が生じる。最終冷却サワーガス流２３６は、約−４０°Ｆ〜−７０°Ｆ（−４０．０℃〜−５６．７℃）の温度状態にあるのが良い。
【０１２９】
ガス処理施設２００のために示されている冷却構成は、例示に過ぎないことは言うまでもない。他の冷却構成、例えば図１に示されている冷却構成を使用することができる。本発明は、冷却サワーガス流２３６を生じさせる手法によって制限されることはない。しかしながら、サワーガス流２３６の少なくとも部分的液化を達成することが好ましい。
【０１３０】
二酸化炭素（及び何らかの亜硫酸成分）を冷却サワーガス流２３６から除去することが望ましい。ガス処理施設２００に従って、極低温蒸留塔２４０が提供される。塔２４０は、トレー型塔、充填塔又は他形式の塔であって良い。ただし、塔が二酸化炭素及び他の酸性成分を「凍結」させて固体としてメタンガス蒸気から除去するよう動作することを条件とする。
【０１３１】
脱水されると共に冷却されたサワーガス流２３６は、蒸留塔２４０に流入する。ライン２３６の冷却されたサワーガスは、塔２４０に約５００〜６００ｐｓｉｇの状態で流入する。蒸留塔２４０は、凍結ゾーン２４２を有している。これは、図１の中間制御凍結ゾーン又は「スプレー区分」１０８に一致しているのが良い。蒸留塔２４０は、上方蒸留ゾーン２４４を更に有している。これは、図１の上方蒸留ゾーン又は「精留区分」１１０に一致しているのが良い。
【０１３２】
蒸留塔２４０は、メタン（及び幾分かのエタン）を二酸化炭素（及び他の酸性ガス成分）から分離するよう動作する。メタンガスは、上方蒸留ゾーン２４４を通ってオーバーヘッドガス流２４６として放出され、二酸化炭素は、蒸留塔２４０の底部を通ってボトム酸性ガス流２４８として放出される。
【０１３３】
オーバーヘッドガス流２４６は、好ましくは、更に冷却をうける。図２の構成例では、オーバーヘッドガス流２４６は、熱交換器２５０中に差し向けられる。熱交換器２５０は、メタンガスの液化を生じさせる冷凍ユニットを有する。一観点では熱交換器２５０は、オーバーヘッドメタン流２４６を約−１３５°Ｆ〜−１４５°Ｆ（−９２．８℃〜−９８．３℃）まで冷却することができるエチレン冷媒又は他の冷媒を使用する。膨張弁（図示せず）も又、液化に必要な温度を達成するために熱交換器２５０と直列関係をなして用いられるのが良い。いずれの場合においても、液化天然ガス（ＬＮＧ）流がライン２５２のところに生じる。
【０１３４】
ガス処理施設２００は、分離器２６０を更に有する。分離器は、オーバーヘッドライン２６２から低温天然ガスを放出する。ライン２６２内の天然ガスは、販売のために下流側に送り出される商用製品又は商品である。オプションとして、天然ガス製品の一部分は、現場又は現場近くのガス処理施設のための燃料ガスとして捕捉されても良い。
【０１３５】
分離器２６０は又、ライン２５２から液化天然ガスを捕捉し、これを「還流」として蒸留塔２４０に差し向けて戻す。還流ラインが符号２６４のところに見える。昇圧又は圧力ブーストポンプ２６６を用いてライン２６４からの還流を蒸留塔２４０中に注入するのを助けるのが良い。図２の構成例では、還流は、凍結ゾーンの頂部中に注入される（図１において符号１０８のところに示されている）。しかしながら、ライン２６４内の還流は、図１の塔１００において提供されているように蒸留ゾーン２４４中に注入されても良い。
【０１３６】
ライン２６４からの還流は、低温液体スプレーとして凍結ゾーン２４２中に差し向けられる。スプレーヘッダ（例えば、図１のスプレーヘッダ１２０）を用いるのが良い。上述したように、低温液体スプレーは、上方に動いている二酸化炭素を蒸留塔２４０内に沈殿させるのに役立つ。
【０１３７】
二酸化炭素及び他の酸性ガスは、凍結ゾーン２４２の底部に向かって下方に沈殿する。固体を捕捉してこれらを凍結ゾーン２４２の底部から外部に差し向けるためにメルトトレー（図示せず）を用いるのが良い。凍結ゾーン２４２の底部のところの蒸留塔２４０内の温度は、約−５０°Ｆ〜−１００°Ｆ（−４５．６℃〜−７３．３℃）であるのが良い。しかしながら、本発明のシステムによれば、下方蒸留ゾーン（例えば、図１の下方蒸留ゾーン１０６）は不要である。オペレータは、極めて小さい下方蒸留ゾーンを提供するよう選択できるが、これは、固体又は液体酸性ガスに同伴されたメタンガスを捕捉する上で必要であるというわけではない。
【０１３８】
酸性ガス成分は、ボトム酸性ガス流２４８として塔２４０を出る。ボトム酸性ガス流２４８は、主として二酸化炭素を含む低温スラリを表している。これは、約５％Ｈ2Ｓ及び他の亜硫酸成分を更に含む場合がある。これは、理想的には再捕捉される約１％〜５％メタン及びエタンを更に含む。
【０１３９】
ボトム液化酸性ガス流２４８から炭化水素ガスを再捕捉するために、ガス処理施設２００は、一連の並行流型又は並流接触装置又は接触器ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnを採用する。これら装置は、ボトム液化酸性ガス流２４８をストリッピング用ガスに接触させるために用いられる。
【０１４０】
並流接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnは、種々の短接触時間混合装置のうちの任意のものであって良い。例示としては、静的ミキサ、遠心ミキサ及びデミスタが挙げられる。混合機器の中には、エダクタにより液体をばらばらにするものがある。エダクタは、ガスをベンチュリ状管中に送り込み、ベンチュリ状管は、液体を管中に引き入れる。ベンチュリ効果により、液体は、引き込まれて小さな粒子の状態にばらばらにされ、それにより、ガスとの大きな接触表面積が得られる。
【０１４１】
ストリッピング用ガスは、好ましくは実質的に純粋二酸化炭素である。二酸化炭素のタンク又はリザーバが符号２７０のところに見える。接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnへの供給を行うため、ＣＯ2ラインがタンク２７０からのライン２７２のところに設けられている。ライン２７２を通るＣＯ2の流れは、弁２７４により調整される。システム２００がいったん稼働状態になると、弁２７４が実質的に閉鎖される。変形例として、ストリッピング用ガスは、ストリッピングされた液化ボトム流の一部分を沸騰させることにより提供される。
【０１４２】
作用を説明すると、ＣＯ2をストリッピング用ガスとして第１の接触装置ＣＤ1中に導入する。ＣＯ2は、各接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnを次々に通過し、それにより液体から残留メタンを除去される。ストリッピング用ガスが接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnを通過すると、ストリッピング用ガスは、次第に蒸留塔２４０の近くに位置するようになり、動作温度が下がってゆく。加うるに、ストリッピング用ガスが接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnを通過しているとき、接触装置内のガスは、メタンが液化酸性ガスから除去されるので次第にメタンが富化されるようになる。
【０１４３】
第１の接触器ＣＤ1は、第１の部分的にメタンが富化されたガス流２８０（１）を第２の接触器ＣＤ2に放出する。第１の部分的メタン富化ガス流２８０（１）は、例えば、約２０°Ｆ〜３０°Ｆ（−６．７℃〜−１．１℃）及び約４００〜５００ｐｓｉｇの状態にあるのが良い。第２の接触器ＣＤ2は、第２の部分的にメタンが富化されたガス流２８０（２）を放出する。これは、例えば、約１０°Ｆ〜２０°Ｆ（−１２．２℃〜−６．７℃）及び約４００〜４５０ｐｓｉｇの状態にあるのが良い。最後の前の接触器ＣＤ(n-1)は、次の部分的にメタンが富化されたガス流２８０（ｎ−１）を最終接触器ＣＤnに放出し、最終接触器ＣＤnは、最終のメタン富化ガス流２８０（ｎ）を放出する。最終の富化ガス流２８０（ｎ）は、例えば、約−７０°Ｆ及び４００ｐｓｉｇの状態にあるのが良い。
【０１４４】
最終メタン富化ガス流２８０（ｎ）は、メタン及びＣＯ2で構成されている。メタン及びＣＯ2は、蒸留塔の凍結ゾーン２４２内に再導入される。次に、再捕捉されたメタンは、上方蒸留区分２４４を通って上方に流れ、そして最終的には、オーバーヘッドガス流２４６の一部となる。
【０１４５】
再びボトム酸性ガス流２４８を参照すると、ボトム液化ガス流２４８は、最終接触器ＣＤn中に運び込まれる。液化酸性ガス流２４８は、各接触装置ＣＤn，ＣＤ(n-1)，．．．，ＣＤ2，ＣＤ1を通過する。液化酸性ガスが接触装置ＣＤn，ＣＤ(n-1)，．．．，ＣＤ2，ＣＤ1を次々に通過しているときに、液体中のＣＯ2ガス成分は、次第に濃厚になる。最終接触器ＣＤnは、第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体２８５（ｎ）を先の並流接触器ＣＤ(n-1)に放出し、先の並流接触器ＣＤ(n-1)は、次の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体２８５（ｎ−１）を放出し、第２の並流接触器ＣＤ2は、第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体２８５（２）を放出し、第１の接触器ＣＤ1は、最終のストリッピングされた酸性ガス液体２８５（１）を放出する。
【０１４６】
第２の接触器ＣＤ2により放出される第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体２８５（２）は、加温されていることが好ましい。この目的のため、再沸器２７６が設けられている。再沸器２７６は、第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体２８５（２）を例えば３０°Ｆ〜４０°Ｆ（−１．１℃〜４．４℃）の温度まで加温することができる。これは、第１の接触器ＣＤ1内でメタンをばらばらにするのを助ける。
【０１４７】
最終のストリッピングされた酸性ガス液体２８５（１）は、実質的に二酸化炭素で構成されていて、フローライン２１４内の元の原料ガス流からの幾分かの亜硫酸成分が付加された溶液を表している。最終のストリッピングされた酸性ガス液体２８５（１）を１つ又は２つ以上の酸性ガス注入ウェル２１６に送り出すのが良い。次に、最終のストリッピングされた酸性ガス液体２８５（１）を隔離するか或いは場合によってはこれを用いて地下地層２１０中の貯留層圧力を維持しても良い。注入を容易にするため、ポンプ２９０が用いられる。
【０１４８】
最終のストリッピングされた酸性ガス液体２８５（１）は、実質的に純粋なＣＯ2流を表しているので、最終のストリッピングされた酸性ガス液体２８５（１）の一部分をそらし又は分流してストリッピング用ガスとして再使用することができる。図２の構成例では、分流ライン２８８が提供されている。ライン２８８内のＣＯ2濃厚液体を第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体２８５（２）が加熱器２７６（これは、機能面において、再沸器である）に流入する前に、第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体２８５（２）と合流させる。変形例として、ライン２８８内のＣＯ2濃厚液体をライン２７８中に差し向けても良い。
【０１４９】
注目されるように、各並流接触装置内では、酸性ガスとストリッピング用ガスの流れは、並行であり、即ち、それぞれの接触器の長手方向軸線に沿う。これにより、並流接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnは、向流接触器よりも極めて高い流体速度で動作することができる。その結果、並行流型接触器は、充填又はトレー型塔を利用する向流型接触器よりも小型である傾向がある。
【０１５０】
１つの好ましい接触装置は、ProsCon（商標）接触器である。この接触器は、エダクタを利用し、その次に遠心コアレッサを利用している。遠心コアレッサは、液体溶剤を僅かな体積に再び一体化するために大きな遠心力を生じさせる。ProsCon（商標）接触器は、医薬品用途に用いられているが、ガス処理及び分離施設にはまだ用いられていないと考えられる。変形例として、ノルウェー国バーゲン所在のプロピュア（ProPure）社から入手できるProScav（商標）接触器は、許容可能な並流接触器としての役目を果たすことができると考えられる。オンラインで現在入手できる市場に関する情報の示すところによれば、ProScav（商標）接触器は、Ｈ2Ｓの除去のためにＨ2Ｓスカベンジャ又は捕捉剤を注入するために用いられている。ProScav（商標）接触器は、静的ミキサとして動作し、次にコアレッサとして動作するように見える。どの実施形態においても、コンパクトな容器技術が採用され、それにより、大型接触器型塔と比較してハードウェアの縮小を可能にすると共に更に極低温蒸留塔の下方蒸留ゾーンの実質的な取り外しを可能にしている。
【０１５１】
一観点では、混合装置と対応の凝集装置の組み合わせが接触器で採用される。かくして、例えば、第１の接触器ＣＤ1及び第２の接触器ＣＤ2は、これらの混合装置として静的ミキサを利用する場合があり、第３の接触器（図示せず）又は他の接触器は、エダクタを利用する場合があり、最後の前の接触器ＣＤ(n-1)及びＣＤn接触器は、遠心ミキサを利用する場合がある。
【０１５２】
図２の構成例では、４つの並流接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnが示されている。しかしながら、これよりも少ない又は多い数の並流接触装置を採用することができる。一般的に、第１の並流接触器は、
‐ストリッピング用ガスを受け入れ、
‐最後の前の（又は第２の）並流接触器から第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を受け入れ、
‐最終のストリッピングされた酸性ガス液体を放出し、
‐第１の部分的にメタンが富化されたガス流を最後の前の（又は第２の）並流接触器に放出するよう構成されている。
【０１５３】
加うるに、最終並流接触器は、
‐ボトム液化酸性ガス流を受け入れ、
‐先の並流接触器から部分的にメタンが富化されたガス流を受け入れ、
‐最終のメタンが富化されたガス流を極低温蒸留塔に放出し、
‐第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を先の並流接触器に放出するよう構成されている。
【０１５４】
最終接触器ＣＤnの前に位置する接触装置の数（少なくとも１つ）は、主として、所望の基準、例えば最終のストリッピングされた酸性ガス液体２８５（１）中の１％未満のメタンに適合するのに必要なメタン除去レベルによって定められる。例えば、システム２００は、ボトム酸性ガス流２４８を処理するために２つの並流接触器を有するのが良い。この場合、最終並流接触器ＣＤnは、第２の並流接触器であり、先の並流接触器は、第１の並流接触器ＣＤ1である。
【０１５５】
変形例として、システム２００は、ボトム酸性ガス流２４８を処理する３つの並流接触器を有しても良い。この場合、先の並流接触器は、第２の並流接触器である。第２の並流接触器は、この場合、第１の並流接触器ＣＤ1から第１の部分的にメタンが富化されたガス流を受け入れると共に最終並流接触器ＣＤnから第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を受け入れるよう構成されている。さらに、第２の並流接触器は、第２の部分的にメタンが富化されたガス流を最終並流接触器ＣＤnに放出し、第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を第１の並流接触器ＣＤ1中に放出する。
【０１５６】
変形例として、システム２００は、ボトム酸性ガス流２４８を処理する４つ以上の並流接触器を有しても良い。最終並流接触器ＣＤnは、任意の中間並流接触器、第２の並流接触器ＣＤ2及び第１の並流接触器ＣＤ1は、それぞれのストリッピングされた酸性ガス液体を次第に濃厚な酸性ガス液体として次々に送り出すよう配置されている。それと同時に、第１の並流接触器ＣＤ1、第２の並流接触器ＣＤ2、任意の中間並流接触器及び最終並流接触器ＣＤnは、それぞれのメタン富化ガス流を次第にスイートニング度の高いガス流として次々に送り出すよう配置されている。
【０１５７】
多数の並流接触装置の使用により、オーバーヘッドガス流と共に極低温蒸留塔から逃げ出た二酸化炭素を再捕捉することができる。図３は、本発明の変形実施形態に従ってガス流から酸性ガスを除去するガス処理施設３００を示す略図である。ガス処理施設３００は、オーバーヘッドガス流からのメタンを一段とスイートニングするための一連の並流接触器を採用している。
【０１５８】
ガス処理施設２００の場合と同様、ガス処理施設３００は、炭化水素開発領域３０１のところ又はその近くに配置される。炭化水素開発領域３０１は、気体炭化水素が産出される任意の場所を表していると言える。開発領域３０１は、オンショア、ショアの近く又はオフショアに存在することができる。本明細書においてクレーム請求されているシステム及び方法は、これが二酸化炭素で汚染されたメタンを含む炭化水素を産出する限り、開発下にあるフィールドの形式には限定されない。
【０１５９】
複数個の産出井３１２が炭化水素開発領域３０１のところに示されている。産出井３１２は、地下領域３０５を通って延びて選択された地層３１０中に延びている。図３の例示の開発領域３０１では、ここでも３つの産出井３１２が示されている。しかしながら、炭化水素開発領域３０１は、これよりも多くの産出井を有することができることは言うまでもない。
【０１６０】
産出井３１２を介する産出は、好ましくは、地下フローライン３１４のところで合体する。フローライン３１４は、原料ガス流を含む。ガス流は、「原料」であり、これは、かかるガス流が水又は酸性ガスの除去のための処理をまだなんら受けていないことを意味している。フローライン３１４中の原料ガス流は、主として気相の炭化水素流体を含む。炭化水素は、主としてメタンであるが、エタン及び例えば微量のプロパン又はブタンのような他の重い炭化水素並びに芳香族炭化水素を更に含む場合がある。
【０１６１】
原料ガス流は、微量の窒素、ヘリウム及び他の不活性ガスを更に含む場合がある。原料ガス流は、少なくとも幾分かのブライン又は他の水性流体を更に含んでいるであろう。最後に、原料ガス流は、二酸化炭素及び場合によっては他の酸性ガスを含んでいるであろう。
【０１６２】
原料ガス流は、フローライン３１４を通って移動し、そして脱水容器３２０内に導入される。脱水容器３２０は、図２の脱水容器２２０に一致しているのが良い。原料ガスがフローライン２１４から脱水容器３２０を通過した結果として、この場合も又、水性流３２２が生じる。水性流３２２は、水処理施設（図示せず）に送られるのが良い。変形例として、水性流３２２は、地下地層３１０中に注入されても良い。さらに変形例として、取り出された水性流３２２を環境基準に合うよう処理し、次に、局所集水域又はオフショア環境中に処理水として放出されても良い。
【０１６３】
また、原料ガス流が脱水容器３２０を通過した結果として、実質的に脱水されたガス流水性流３２４が生じる。本発明のシステム及び方法との関連で、脱水ガス流３２４は、二酸化炭素及び場合によっては少量の硫化水素を含む。ガス流３２４は、他の亜硫酸成分、例えば硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄及び種々のメルカプタンを更に含む場合がある。
【０１６４】
脱水ガス流３２４は、予備熱交換器３３０に通される。熱交換器３３０は、冷凍ユニットを有していることであろう。熱交換器３３０は、脱水ガス流３２４を約−３０°Ｆ〜−４０°Ｆ（−３４．４℃〜−４０．０℃）の温度まで冷却する。熱交換器３３０は、例えば、空気冷却器又はエチレン若しくはプロパン冷凍機であるのが良い。
【０１６５】
冷却されたサワーガス流は、熱交換器３３０から放出される。これは、ライン３３２のところで示されている。冷却サワーガス流は、オプションとして、膨張装置３３４中に取り込まれる。膨張装置３３４は、例えば、ジュール‐トンプソン（“Ｊ‐Ｔ”）弁であるのが良い。膨張装置３３４は、脱水ガス流３３２の一段の冷却を行うためのエキスパンダとしての役目を果たす。かくして、最終の冷却されたサワーガス流３３６が生じる。最終冷却サワーガス流３３６は、約−４０°Ｆ〜−７０°Ｆ（−４０．０℃〜−５６．７℃）の温度状態にあるのが良い。
【０１６６】
ガス処理施設３００のために示されている冷却構成は、例示に過ぎないことは言うまでもない。他の冷却構成、例えば図１に示されている冷却構成を使用することができる。本発明は、冷却サワーガス流３３６を生じさせる手法によって制限されることはない。しかしながら、サワーガス流３３６の少なくとも部分的液化を達成することが好ましい。
【０１６７】
この場合も又、二酸化炭素（及び何らかの亜硫酸成分）を冷却サワーガス流３３６から除去することが望ましい。ガス処理施設３００に従って、極低温蒸留塔３４０が提供される。塔３４０は、トレー型塔、充填塔又は他形式の塔であって良い。ただし、塔が二酸化炭素及び他の酸性成分を「凍結」させて固体としてメタンガス蒸気から除去するよう動作することを条件とする。
【０１６８】
脱水されると共に冷却されたサワーガス流３３６は、蒸留塔３４０に流入する。ライン３３６の冷却されたサワーガスは、塔３４０に約５００〜６００ｐｓｉｇの状態で流入する。蒸留塔３４０は、凍結ゾーン３４２を有している。これは、図１の中間制御凍結ゾーン又は「スプレー区分」１０８に一致しているのが良い。蒸留塔３４０は、上方蒸留ゾーン３４４を更に有している。これは、図１の上方蒸留ゾーン又は「精留区分」１１０に一致しているのが良い。
【０１６９】
蒸留塔３４０は、メタン（及び幾分かのエタン）を二酸化炭素（及び他の酸性ガス成分）から分離するよう動作する。メタンガスは、上方蒸留ゾーン３４４を通ってオーバーヘッドガス流３４６として放出され、二酸化炭素は、蒸留塔３４０の底部を通ってボトム酸性ガス流３４８として放出される。
【０１７０】
蒸留塔３４０内において、二酸化炭素及び他の酸性ガスは、下方蒸留ゾーン３４１に向かって下方に沈殿する。固体を捕捉してこれらを堰及びトレー中に差し向けるためにメルトトレー（図示せず）を用いるのが良い。これにより、固体酸性成分の溶解及びメタンガスの取り出しが可能である。下方蒸留ゾーン３４１の底部のところの蒸留塔３４０内の温度は、約０°Ｆ〜２０°Ｆ（−１７．８℃〜−６．７℃）であるのが良い。ボトム酸性ガス流３４８は、液体流として下方蒸溜ゾーン３４１から放出される。
【０１７１】
ボトム酸性ガス流３４８は、好ましくは、再沸器３５０中に送られる。再沸器３５０に流入した液体酸性ガス流は、比較的低い温度状態、例えば、約３０°Ｆ〜４０°Ｆの状態にある。再沸器３５０は、図１の再沸器１６０と一致している。再沸器３５０により、ボトム酸性ガス流３４８中に同伴されたメタンガスは、液体酸性ガスからフラッシュすることができる。次に、メタン蒸気（揮発したＣＯ2と一緒に）蒸気ライン３５２を通って移動し、そして蒸留塔３４０に戻る。好ましくは、蒸気ライン３５２は、メタン含有蒸気を中間凍結ゾーン３４２内に送り込む。変形例として、蒸気ライン３５２は、メタン蒸気を下方蒸留ゾーン３４１内のストリッピング用トレー（例えば、図１の堰及びカスケーディングトレー１２６）に送っても良い。
【０１７２】
二酸化炭素及び任意他の微量酸性成分は、主として液体流として再沸器３５０から出る。これは、ライン３５４のところに示されている。液体酸性成分は、オプションとして、更に冷却のために膨張装置３５６中に差し向けられる。これにより、ライン３５４内の液体流の温度が減少する。かくして、冷却された液体流３５８が放出される。ＣＯ2濃厚液体流３５８を１つ又は２つ以上のＡＧＩウェル中に下方に圧送されるのが良い。図３の構成例では、冷却された液体ＣＯ2は、原油増進回収プロセスの一部として注入ウェル３１６を通って地下地層中に注入される。
【０１７３】
注目されるように、蒸留塔は又、オーバーヘッドガス流３４６を放出する。オーバーヘッドガス流３４６は、主としてメタンで構成されている。オーバーヘッドガス流３４６は、好ましくは、約２モルパーセント以下の二酸化炭素を含む。この割合では、オーバーヘッドガス流３４６は、燃料ガスとして使用でき又は天然ガスとして或る特定の市場に投入できる。しかしながら、本明細書において説明する或る特定の方法によれば、オーバーヘッドガス流３４６は、更に処理を受けることが望ましい。具体的に言えば、オーバーヘッドガス流３４６中の二酸化炭素の量を減少させることが望ましい。
【０１７４】
オーバーヘッドガス流３４６中の二酸化炭素を再捕捉するため、ガス処理施設３００は、一連の並流又は並行流型接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnを採用している。これら接触装置は、オーバーヘッドガス流３４６を還流液体に接触させるために用いられる。
【０１７５】
還流液体は、好ましくは、実質的に純粋メタンである。メタンのスタートアップタンク又はリザーバが符号３７０のところに見える。接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnへの供給を行うため、ＣＨ4ラインがタンク３７０からのライン３７２のところに提供されている。ライン３７２を通るＣＨ4の流れは、弁３７４によって調整される。システム３００はいったん稼働状態になると、弁３７４が実質的に閉じられる。
【０１７６】
並流接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnは、この場合も又、種々の短接触時間混合装置のうちの任意のものであって良い。例示としては、静的ミキサ、遠心ミキサ及びデミスタが挙げられる。作用を説明すると、実質的に純粋なメタンが液体として最終接触装置ＣＤn中に導入される。メタンは、まず最初に、ライン３７２を通り、次に冷却ユニット３６０内に差し向けられる。好ましくは、冷却ユニット３６０は、エチレン冷却器である。冷却ユニット３６０は、製品ガスの温度を約−１３０°Ｆ〜−１４５°Ｆ（−９１．１℃〜−９８．３℃）まで下げる。冷却ユニット３６０は、ライン３６２を通って冷却状態のメタン（ＣＨ4）液体流を放出する。ポンプ３６４が好ましくは、動作圧力を増大させるためにライン３６２に沿って設けられる。
【０１７７】
冷却液体ＣＨ4は、各接触装置ＣＤn，ＣＤ(n-1)，．．．，ＣＤ2，ＣＤ1を次々に通過し、それによりガスから酸性成分が除去される。メタン濃厚ガスが接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnを通過しているとき、ガス中の酸性ガス成分は、次第に希薄状態になる。かくして、最終接触器ＣＤnは、第１の部分的にＣＯ2が富化された液体３８５（１）を先の接触器ＣＤ(n-1)に放出する。第１の部分的にＣＯ2が富化された液体３８５（１）は、極めて低い酸性成分、例えば１％未満のＣＯ2及び１０ｐｐｍ未満のＨ2Ｓを依然として含んでいるであろう。
【０１７８】
最後の前の接触器ＣＤ(n-1)は、最後の前の部分的にＣＯ2が富化された液体３８５（ｎ−１）を放出し、第２の接触器ＣＤ2は、第２の部分的にＣＯ2が富化された液体３８５（２）を第１の接触器ＣＤ1に放出し、第１の接触器ＣＤ1は、ＣＯ2が富化された液体３８５（１）を放出する。かくして、還流液体中の酸性成分は、蒸留塔３４０に近づくと、増大することになる。
【０１７９】
最終還流液体３８５（１）は、実質的にメタン及び二酸化炭素で構成されると共にフローライン３１４内の元の原料ガス流からの亜硫酸成分のうちの幾分かが富化された溶液を表している。最終還流液体３８５（１）は、蒸留塔３４０に戻される。具体的に説明すると、最終還流液体３８５（１）は、上方蒸留ゾーン３４４中に注入される。好ましくは、最終還流液体３８５（１）は、ポンプ３８２を通ってライン圧力が増大する。加圧還流の流れ３８３は、上方蒸留ゾーン３４４に流入する。
【０１８０】
ここで、最終還流液体３８５（１）について２つの事柄が注目される。第１に、還流液体中の酸性成分の割合は、非常に僅かである。元の原料ガス流３１４中の二酸化炭素の割合に応じて、脱水サワーガス流３２４に適用される予備冷却度、蒸留塔３４０内の圧力、用いられる並流接触装置の数及びその他の要因に応じて、最終還流液体３８５（１）中の二酸化炭素組成は、５モルパーセント未満、場合によっては２モルパーセント未満になる可能性がある。
【０１８１】
第２に、最終還流液体３８５（１）は、冷凍ゾーン３４２内で用いられる低温スプレーの一部になる。最終還流液体３８５（１）は、直接凍結ゾーン３４２中に注入されるのが良い。しかしながら、図３に示されているガス処理施設３００の構成例では、最終還流液体３８５（１）の一部分は、上方蒸留ゾーン３４４内の蒸留塔３４０の頂部の近くに位置するストリッピングトレーから捕捉される。ライン３８４は、メタン及びＣＯ2を含んでいる液体流の一部分を示している。液体ライン３８４は、メタンとＣＯ2の混合物を還流ドラム３８１に送る。還流ドラム３８１は、ポンプ３８７のためのサージ容量を提供する。ポンプ３８７は、メタン及びＣＯ2液体流を低温液体スプレーとして例えばスプレーノズルから凍結ゾーン３４２中に送り込む。上述したように、低温液体スプレーは、上方に移動している二酸化炭素を蒸留塔３４０内に沈殿させるのに役立つ。ライン３８８は、メタン及びＣＯ2液体流を凍結ゾーン３４２内に送り込むものとして示されている。
【０１８２】
再びオーバーヘッドガス流３４６を参照すると、オーバーヘッドガス流３４６は、第１の接触器ＣＤ1に運び込まれる。オーバーヘッドガス流３４６は、各接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnを通過する。オーバーヘッドガスが接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnを次々に通過しているときに、接触装置内のガス成分は、次第にスイートニング度が増す。かくして、第１の接触器ＣＤ1は、第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流３８０（１）を第２の並流接触器ＣＤ2に放出し、第２の並流接触器ＣＤ2は、第２の部分的にスイートニングされたガス流を最後の前の並流接触器ＣＤ(n-1)に放出し、最後の前の並流接触器ＣＤ(n-1)は、最終の部分的にスイートニングされたメタンガス流３８０（ｎ−１）を放出する。最終並流接触器ＣＤnは、最終のスイートニングされたガス流３８０（ｎ）を放出する。最終のスイートニングされたガス流３８０（ｎ）は、実質的にメタンで構成されており、製品ガスとして取り出される。図３では、最終のメタンガス流３８０（ｎ）の一部がライン３６１中にそらされることが理解できる。ライン３６１内のそらされたメタンは、冷却ユニット３６０中に送られる。次に、冷却状態の液体メタンは、ライン３６２により最終接触器ＣＤnに再導入される。
【０１８３】
最終のスイートニングされたガス流３８０（ｎ）の大部分は、商用製品として販売可能である。好ましくは、最終のスイートニングされたガス流３８０（ｎ）のうちの幾分かは、再冷却のために熱交換器３９０中に差し向けられる。最終のスイートニングされたガス流３８０（ｎ）の一部分は、商用製品（ＬＮＧ、圧力降下後）として熱交換器３９０から放出される。好ましくは、熱交換器３９０は、最終のスイートニングされたメタン流３８０（ｎ）を最終製品３９２として約−１３５°Ｆ〜−１４５°Ｆに冷却することができる。１つ又は２つ以上の実施形態では、熱交換器３６０，３９０は、同一であっても良く、生じた液体は、収集容器に向かう。次に、液体は、還流と商用製品との間で分割される。この変形実施形態は、より資本投資効果の良いプロセスであると言える。
【０１８４】
熱交換器３９０は、好ましくは、冷媒としてエチレンを用いる。エチレンループがライン３９４のところに見える。エチレンは、チラー３９６内のプロパンの作用を受けて凝縮する。好ましくは、圧縮機（図示せず）がエチレンをチラー３９６中に通すためにライン３９４に沿って配置されている。ライン３９４内のエチレンは、冷却のためにチラー３９６を通過し、次に、好ましくは、更に冷却のためにジュール‐トンプソン弁３９８を通る。ライン３９４内のエチレンは、約−１４０°Ｆ（−９５．６℃）の温度でＪ‐Ｔ弁３９８を出る。
【０１８５】
プロパンループがライン３９１のところに設けられている。プロパンは、チラー３９６から取り出され、そして圧縮機３９３中に通される。これにより、ライン３９１内のプロパンの圧力及び温度が上昇することになる。したがって、プロパンは、空気冷却器３９５中に通されてプロパンの温度がほぼ周囲温度まで下がる。冷却されたプロパン流は、ライン３９７を通って放出される。プロパンは、ジュール‐トンプソン弁３９９又はターボエキスパンダにより膨張されるのが良く、その目的は、ライン３９７内のプロパンの温度を約−４０°Ｆまで下げることにある。
【０１８６】
熱交換器３９０を備えた図３の例示の冷凍システムは、閉ループシステムであると考えられ、このことは、外部作業流体、例えばプロパン又はエチレンが最終のスイートニングされたガス流３８０（ｎ）を冷却するための冷却剤として用いられることを意味している。しかしながら、理解されるように、本発明は、最終のスイートニングされたガス流３８０（ｎ）を冷却する手法によって制限されることはない。例えば、開ループシステムを採用することができ、この場合、オーバーヘッドメタン流３４６それ自体の一部分が最終的には作業流体として用いられる。幾つかの場合において、製品ガスは、冷却されず、実際には加温され、次にガス状製品として販売のためにパイプラインに送られる。この場合、ガス流３８０（ｎ）から低温エネルギーを捕捉することが望ましい。
【０１８７】
また、注目されるように、各並流接触装置内では、酸性ガスとストリッピング用ガスの流れは、並行であり、即ち、それぞれの接触器の長手方向軸線に沿う。これにより、並流接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnは、並流接触器よりも極めて高い流体速度で動作することができる。その結果、並行流型接触器は、充填又はトレー型塔を利用する向流型接触器よりも小型である傾向がある。図３の並流接触装置は、図２の並流接触装置と一致して設計されるのが良い。この点において、例えば、図３の並流接触装置は、各々、ProsCon（商標）接触器であるのが良い。
【０１８８】
図３の構成例では、４つの並流接触装置ＣＤ1，ＣＤ2，．．．，ＣＤ(n-1)，ＣＤnが示されている。しかしながら、これよりも少ない又は多い数の並流接触装置を採用することができる。一般的に、第１の並流接触器は、
‐オーバーヘッドガス流を受け入れ、
‐第２の並流接触器から第２の部分的にＣＯ2が富化された液体還流を受け入れ、
‐第１の部分的にストリッピングされたメタンガス流を第２の並流接触器に放出し、
‐最終のＣＯ2が富化された液体還流を極低温蒸留塔に放出するよう構成されている。
【０１８９】
加うるに、最終並流接触器は、
‐液体還流を受け入れ、
‐最後の前の並流接触器から最後の前の部分的にスイートニングされたメタンガス流を受け入れ、
‐最終のスイートニングされたメタンガス流を放出し、
‐第１の部分的にＣＯ2が富化された液体還流を最後の前の並流接触器に放出するよう構成されている。
【０１９０】
用いられる接触装置の数は、主として、所望の基準に適合するのに必要なＣＯ2の除去量によって定められる。例えば、システム３００は、オーバーヘッドガス流３４６を処理するために２つの並流接触器を有するのが良い。この場合、最終並流接触器ＣＤnは、第２の並流接触器であり、最後の前の並流接触器は、第１の並流接触器ＣＤ1である。
【０１９１】
変形例として、システム３００は、オーバーヘッドガス流３４６を処理する３つの並流接触器を有しても良い。この場合、最後の前の並流接触器は、第２の並流接触器である。第２の並流接触器は、この場合、第１の並流接触器ＣＤ1から第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流３８５（１）を受け入れると共に最終並流接触器ＣＤnから第１の部分的にＣＯ2が富化された液体３８５（３）を受け入れるよう構成されている。さらに、第２の並流接触器は、第２の部分的にスイートニングされたメタンガス流３８５（２）を最終並流接触器ＣＤnに放出し、第２の部分的にＣＯ2が富化された液体還流３８５（２）を第１の並流接触器ＣＤ1中に放出する。
【０１９２】
変形例として、システム３００は、オーバーヘッドガス流３４６を処理する４つ以上の並流接触器を有しても良い。第１の並流接触器ＣＤ1、任意の中間並流接触器及び最終の並流接触器ＣＤnは、次第にスイートニング度の高いメタンガス流を次々に送り出すよう配置されている。それと同時に、最終並流接触器ＣＤn、任意の中間並流接触器、第２の並流接触器ＣＤ2及び第１の並流接触器ＣＤ1は、それぞれのＣＯ2が富化された液体還流を次第に濃厚な還流の流れとして次々に送り出すよう配置されている。
【０１９３】
理解されるように、図２及び図３は、ガス処理システム２００，３００の選択された観点のみを明らかにするようになった単純化された略図である。ガス処理施設は、通常、多くの追加のコンポーネント、例えばヒータ、チラー、凝縮器、液体ポンプ、ガス圧縮機、ブロワ、他形式の分離及び／又は分留機器、弁、スイッチ、コントローラを圧力測定装置、温度測定装置、液位測定装置及び流量測定装置と共に有する。本発明において特に関連しているものとして、エダクタのところの潜在的に高い圧力降下に起因して接触器段相互間にブースタポンプ（図示せず）が必要な場合がある。また、注目されるように、接触器は、好ましくは、極低温供用向きに良好に断熱されているべきである。
【０１９４】
上述のシステム２００，３００の変形例として、ガス処理施設は、ボトム酸性ガス流（図２の流れ２４８）とオーバーヘッドガス流（図３の流れ３４６）の両方を処理する並流接触装置を利用しても良い。この実施形態では、蒸留塔は、オプションとしてメルトトレーを収容する程度を除き、下方蒸留ゾーンを必要としない。並流接触装置を用いた場合の利点は、これらにより蒸留塔のサイズが減少することである。さらに、並流接触装置は、典型的な蒸留塔又はカラム及び内部コンポーネントよりも極めて小型であると言える。さらに又、並流接触装置は、トレー上の液体が取る運動の影響を実質的に受けず、それにより、並流接触装置は、オフショア設備に適したものになる。ボトム酸性ガス流２４８とオーバーヘッドガス流３４６の両方に並流接触装置を用いることにより、蒸留塔の嵩が減少し、ボトム酸性ガス流２４８中のメタンの損失量が減少し、しかも最終のＬＮＧ流３９４の純度が増大する。
【０１９５】
以下の段落において、実施態様Ａ‐ＢＢが更に提供されている。
【０１９６】
［実施態様項Ａ］
原料ガス流から酸性ガスを除去するシステムであって、（ａ）前記原料ガス流を受け入れ、前記原料ガス流を脱水原料ガス流及び実質的に水性流体で構成された流れに分離する脱水容器を有し、（ｂ）前記脱水ガス流を冷却し、冷却されたサワーガス流を放出する熱交換器を有し、（ｃ）前記冷却サワーガス流を受け入れ、前記冷却サワーガス流を（ｉ）主としてメタンで構成されたオーバーヘッドガス流及び（ｉｉ）主として二酸化炭素で構成されたボトム液化酸性ガス流に分離する極低温蒸留塔を有し、（ｄ）最終の並流接触器を有し、前記最終並流接触器は、（ｉ）前記ボトム液化酸性ガス流を受け入れ、（ｉｉ）先の並流接触器から部分的にメタンが富化されたガス流を受け入れ、（ｉｉｉ）最終のメタン富化ガス流を前記極低温蒸留塔に放出し、（ｉｖ）第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を前記先の並流接触器に放出するよう構成されており、（ｅ）第１の並流接触器を有し、前記第１の並流接触器は、（ｉ）ストリッピング用ガスを受け入れ、（ｉｉ）第２の並流接触器から第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を受け入れ、（ｉｉｉ）最終のストリッピングされた酸性ガス液体を放出し、（ｉｖ）第１の部分的にメタンが富化されたガス流を前記第２の並流接触器に放出するよう構成されている、システム。
［実施態様項Ｂ］
前記最終のストリッピングされた酸性ガス液体は、約９８モルパーセント以上の酸性ガスを含む、実施態様項Ａ記載のシステム。
［実施態様項Ｃ］
前記最終のストリッピングされた酸性ガス液体の大部分は、１つ又は２つ以上の酸性ガス注入ウェルを通って地下地層中に注入される、実施態様項Ａ又はＢ記載のシステム。
［実施態様項Ｄ］
前記最終のストリッピングされた酸性ガス液体の一部分は、そらされて再沸により前記ストリッピング用ガスの少なくとも一部分として用いられる、実施態様項Ａ〜Ｃのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｅ］
（ａ）前記極低温蒸留塔は、凍結ゾーンを有し、（ｂ）前記凍結ゾーンは、前記冷却サワーガス流、主としてメタンで構成された低温液体スプレー及び前記最終並流接触器からの前記最終メタン富化ガス流を受け入れ、（ｃ）前記極低温蒸留塔は、前記極低温蒸留塔の下流側に設けられていて、前記オーバーヘッドメタン流を冷却し、前記オーバーヘッドメタン流の一部分を前記低温液体スプレーとして前記極低温蒸留塔に戻す冷凍機器を更に有する、実施態様項Ａ〜Ｄのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｆ］
前記凍結ゾーンの下に設けられていて、酸性ガス粒子の低温スラリを受け取り、実質的に固体のないスラリを前記ボトム液化酸性ガス流として前記最終並流接触器に送り出すメルトトレーを更に有する、実施態様項Ｅ記載のシステム。
［実施態様項Ｇ］
前記ボトム液化酸性ガス流は、約−７０°Ｆ（−５６．７℃）以下の温度で前記極低温蒸留塔を出る、実施態様項Ｅ又はＦ記載のシステム。
［実施態様項Ｈ］
前記凍結ゾーンの下に設けられていて、酸性ガス粒子の低温スラリを受け入れ、前記酸性ガス粒子のスラリを少なくとも部分的に溶解させて液状流れにし、前記液状流れを前記ボトム液化酸性ガス流として前記最終並流接触器に送り出す下方蒸留ゾーンを更に有する、実施態様項Ｅ〜Ｇのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｉ］
前記凍結ゾーンの上方に設けられていて、前記凍結ゾーンから蒸気を受け入れ、前記オーバーヘッドガス流を放出する上方蒸留ゾーンを更に有する、実施態様項Ｅ〜Ｈのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｊ］
前記システムは、前記ボトム酸性ガス流を処理するたった２つの並流接触器を有し、（ａ）前記最終並流接触器は、第２の並流接触器であり、（ｂ）前記先の並流接触器は、前記第１の並流接触器であり、（ｃ）前記第１の並流接触器により放出される前記第１の部分的にメタンが富化されたガス流は、前記最終並流接触器により受け入れられる前記部分的にメタンが富化されたガス流であり、（ｄ）前記最終並流接触器により放出される前記第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体は、前記第１の並流接触器により受け入れられる前記第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体である、実施態様項Ａ〜Ｉのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｋ］
前記システムは、前記ボトム酸性ガス流を処理する３つの並流接触器を有し、（ａ）前記先の並流接触器は、前記第２の並流接触器であり、（ｂ）前記第２の並流接触器は、（ｉ）前記第１の並流接触器から前記第１の部分的にメタンが富化されたガス流を受け入れ、（ｉｉ）前記最終並流接触器から前記第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を受け入れ、（ｉｉｉ）第２の部分的にメタンが富化されたガス流を前記最終並流接触器中に放出し、（ｉｖ）前記第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を前記第１の並流接触器中に放出するよう構成されている、実施態様項Ａ〜Ｉのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｌ］
前記システムは、前記ボトム液化酸性ガス流を処理する少なくとも３つの並流接触器を有し、（ａ）前記最終並流接触器、任意の中間並流接触器、前記第２の並流接触器及び前記第１の並流接触器は、それぞれストリッピングされた酸性ガス液体を次第にＣＯ2が濃厚な酸性ガス液体として次々に送り出すよう配置されており、（ｂ）前記第１の並流接触器、前記第２の並流接触器、任意の中間並流接触器及び前記最終並流接触器は、前記それぞれのメタン富化ガス流を次第にメタンが濃厚なガス流として次々に送り出すよう配置されている、実施態様項Ａ〜Ｉのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｍ］
原料ガス流から酸性ガスを除去するシステムであって、（ａ）前記脱水ガス流を冷却し、冷却されたサワーガス流を放出する熱交換器を有し、（ｂ）前記冷却サワーガス流を受け入れ、前記冷却サワーガス流を（ｉ）主としてメタンで構成されたオーバーヘッドガス流及び（ｉｉ）主として二酸化炭素で構成されたボトム液化酸性ガス流に分離する極低温蒸留塔を有し、（ｃ）第１の並流接触器を有し、（ｄ）前記第１の並流接触器は、（ｉ）前記オーバーヘッドガス流を受け入れ、（ｉｉ）第２の並流接触器から第２の部分的にＣＯ2が富化された還流液体を受け入れ、（ｉｉｉ）第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流を前記第２の並流接触器に放出し、（ｉｖ）最終のＣＯ2富化還流液体を前記極低温蒸留塔に放出するよう構成されており、（ｅ）最終の並流接触器を有し、前記最終並流接触器は、（ｉ）還流液体を受け入れ、（ｉｉ）最後の前の並流接触器から最後の前の部分的にスイートニングされたメタンガス流を受け入れ、（ｉｉｉ）第１の部分的にＣＯ2が富化された還流液体を前記最後の前の並流接触器に放出し、（ｉｖ）最終のスイートニングされたメタンガス流を放出するよう構成されている、システム。
［実施態様項Ｎ］
前記最終のスイートニングされたメタンガス流は、約９９モルパーセント以上のメタンを含む、実施態様項Ｍ記載のシステム。
［実施態様項Ｏ］
前記最終のスイートニングされたメタンガス流の大部分は、液化及び販売のために送り出される、実施態様項Ｍ又はＮ記載のシステム。
［実施態様項Ｐ］
前記最終のスイートニングされたメタンガス流の一部分は、送り出され、そして作動中、前記還流液体の少なくとも一部分として用いられる、実施態様項Ｍ〜Ｏのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｑ］
前記極低温蒸留塔は、凍結ゾーンを有し、（ａ）前記凍結ゾーンは、前記冷却サワーガス流及び主としてメタンで構成された低温液体スプレーを受け入れ、（ｂ）前記極低温蒸留塔は、前記極低温蒸留塔の下流側に設けられていて、前記最終のスイートニングされたメタンガス流を冷却し、（ｃ）前記極低温蒸留塔は、前記オーバーヘッドガス流の一部分を前記低温スプレーとして前記極低温蒸留塔に戻す冷凍機器を更に有する、実施態様項Ｍ〜Ｐのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｒ］
前記低温スプレーは、前記最終並流接触器からの前記最終ＣＯ2富化還流液体を含む、実施態様項Ｑ記載のシステム。
［実施態様項Ｓ］
前記凍結ゾーンの下に設けられていて、酸性ガス粒子の低温スラリを受け入れるメルトトレーを更に有する、実施態様項Ｑ又はＲ記載のシステム。
［実施態様項Ｔ］
前記凍結ゾーンの上方に設けられていて、前記凍結ゾーンから蒸気を受け入れ、前記オーバーヘッドガス流を放出する上方蒸留ゾーンを更に有する、実施態様項Ｑ〜Ｓのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｕ］
前記システムは、前記オーバーヘッド酸性ガス流を処理するたった２つの並流接触器を有し、（ａ）前記最終並流接触器は、前記第２の並流接触器であり、（ｂ）前記最後の前の並流接触器は、前記第１の並流接触器であり、（ｃ）前記第１の並流接触器により放出される前記第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流は、前記最終並流接触器によって受け入れられる前記部分的にスイートニングされたメタンガス流であり、（ｄ）前記第１の並流接触器により受け入れられる前記第２の部分的にＣＯ2が富化された還流液体は、前記最終並流接触器により放出される前記部分的にＣＯ2が富化された還流液体である、実施態様項Ｑ〜Ｔのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｖ］
前記システムは、前記オーバーヘッドガス流を処理する３つの並流接触器を有し、（ａ）前記最後の前の並流接触器は、前記第２の並流接触器であり、（ｂ）前記第２の並流接触器は、（ｉ）前記第１の並流接触器から前記第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流を受け入れ、（ｉｉ）前記最終並流接触器から前記第１の部分的にＣＯ2が富化された還流液体を受け入れ、（ｉｉｉ）第２の部分的にスイートニングされたメタンガス流を前記最終並流接触器に放出し、（ｉｖ）前記第２の部分的にＣＯ2が富化された還流液体を前記第１の並流接触器に放出するよう構成されている、実施態様項Ｑ〜Ｔのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｗ］
前記システムは、前記オーバーヘッドガス流を処理する少なくとも３つの並流接触器を有し、（ａ）前記最終並流接触器、任意の中間並流接触器、前記第２の並流接触器及び前記第１の並流接触器は、それぞれＣＯ2が富化された還流液体を次第にＣＯ2が濃厚な還流液体として次々に送り出すよう配置され、（ｂ）前記第１の並流接触器、前記第２の並流接触器、任意の中間並流接触器及び前記最終並流接触器は、それぞれスイートニングされた還流液体を次第にスイートニング度の高い還流液体として次々に送り出すよう配置されている、実施態様項Ｑ〜Ｔのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｘ］
前記オーバーヘッドガス流は、メタンだけでなく、ヘリウム、窒素又はこれらの組み合わせを含む、実施態様項Ａ〜Ｗのうちいずれか一に記載のシステム。
［実施態様項Ｙ］
原料ガス流から酸性ガスを除去するシステムであって、（ａ）前記原料ガス流を受け入れ、前記原料ガス流を脱水原料ガス流及び実質的に水性流体で構成された流れに分離する脱水容器を有し、（ｂ）前記脱水ガス流を冷却し、冷却されたサワーガス流を放出する熱交換器を有し、（ｃ）前記冷却サワーガス流を受け入れ、前記冷却サワーガス流を（ｉ）主としてメタンで構成されたオーバーヘッドガス流及び（ｉｉ）主として二酸化炭素で構成されたボトム液化酸性ガス流に分離する極低温蒸留塔を有し、（ｄ）最終の下方並流接触器を有し、前記最終下方並流接触器は、（ｉ）前記ボトム液化酸性ガス流を受け入れ、（ｉｉ）先の下方並流接触器から部分的にメタンが富化されたガス流を受け入れ、（ｉｉｉ）最終のメタン富化ガス流を前記極低温蒸留塔に放出し、（ｉｖ）第１の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を前記先の下方並流接触器に放出するよう構成されており、（ｅ）第１の下方並流接触器を有し、前記第１の下方並流接触器は、（ｉ）ストリッピング用ガスを受け入れ、（ｉｉ）第２の下方並流接触器から第２の部分的にストリッピングされた酸性ガス液体を受け入れ、（ｉｉｉ）最終のストリッピングされた酸性ガス液体を放出し、（ｉｖ）第１の部分的にメタンが富化されたガス流を前記第２の下方並流接触器に放出するよう構成され、（ｆ）第１の上方並流接触器を有し、前記第１の上方並流接触器は、（ｉ）前記オーバーヘッドガス流を受け入れ、（ｉｉ）第２の並流接触器から第２の部分的にＣＯ2が濃厚な還流液体を受け入れ、（ｉｉｉ）第１の部分的にスイートニングされたメタンガス流を前記第２の並流接触器に放出し、（ｉｖ）最終のＣＯ2が濃厚な還流液体を前記極低温蒸留塔に放出するよう構成されており、（ｇ）最終の上方並流接触器を有し、前記最終上方並流接触器は、（ｉ）還流液体を受け入れ、（ｉｉ）最後の前の並流接触器から最後の前の部分的にスイートニングされたメタンガス流を受け入れ、（ｉｉｉ）第１の部分的にＣＯ2が濃厚な還流液体を前記最後の前の並流接触器に放出し、（ｉｖ）最終のスイートニングされたメタンガス流を放出するよう構成されている、システム。
［実施態様項Ｚ］
前記ボトム液化酸性ガス流は、約−７０°Ｆ（−５６．７℃）以下の温度で前記極低温蒸留塔を出る、実施態様項Ｙ記載のシステム。
［実施態様項ＡＡ］
前記極低温蒸留塔は、バルク分留塔である、実施態様項Ｙ又はＺ記載のシステム。
［実施態様項ＢＢ］
前記極低温蒸留塔は、凍結ゾーンを有し、前記凍結ゾーンは、（ｉ）前記冷却サワーガス流、（ｉｉ）主としてメタンで構成された低温液体スプレー及び（ｉｉｉ）前記最終下方並流接触器からの前記最終のメタンが濃厚なガス流を受け入れる、実施態様項Ｙ〜ＡＡのうちいずれか一に記載のシステム。
【０１９７】
本明細書において説明した本発明は、上述の利益及び利点を達成するのに十分に計算されていることが明らかであるが、本発明は、本発明の精神から逸脱することなく、改造、変形及び変更が可能であることは理解されよう。制御凍結ゾーンを用いた酸性ガス除去プロセスの作動の技術的改良が提供されている。かかる技術的改良により、Ｈ2Ｓを製品ガス中において極めて低いレベルまで減少させる設計が提供されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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