(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガス処理方法であって、天然ガスの供給は２つの部分に分離され、その小さい方の部分は冷却され部分的に凝縮され、その天然ガスの供給の大きい方の部分は連続的に冷却され、冷却されたガスの２つの流れは混合され、分離されて液化された炭化水素は抽出されて絞られた後に脱メタン塔に移り、分離されたガスは２つの流れに分離されその１つは冷却され他方は窒素が富化されてその後に前記の２つの流れは混合されて分離のために移され、分離後の液体生成物は絞られ分離後に生成したガスはメタン−窒素ガス混合物並びにエタン及びより重い炭化水素を有する窒素を含まない液体メタンの流れを得るために膨張されて窒素富化カラムに移され、前記流れは絞られ部分的に気化されてその後に液体画分は分離工程を経由して除去され、絞られ部分的に気化された後の液体画分はメタン並びにエタン及びより重い炭化水素の液体画分を生成するために脱メタン塔へ移り、分離されたメタン−窒素蒸気は段階的に冷却されてその後に続く分離の後にその大きい方の部分とすべての液体画分は窒素−メタン分離カラムへ移り、分離されたガスの小さい方の部分はヘリウムカラムで冷却された後に窒素−メタン分離カラムへ移り、そこで窒素−ヘリウム蒸気は粗製ヘリウムの生成と商用ヘリウムの生産のため並びに液体窒素の抽出のための、次に続くヘリウムカラムへの供給のために回収され、液体窒素は冷却され絞られ２つの部分に分けられ、小さい方の部分は気化の後に供給物として、大きい方の部分は還流の流れとして、窒素−メタン分離カラムへ移り、窒素−メタン分離カラムからの窒素−メタン液体は冷却され絞られ窒素−メタン分離カラムに再注入され、そこから液体メタンは除去され、前記メタンは圧縮され気化され加温された後にメタンの流れに注入され、前記結合されたメタンの流れはメタン−窒素蒸気の冷却の後に得られる循環メタンと混合され、送出ガスの生産量を与えるために段階的に加温され圧縮され、一方その一部は前記循環メタンを生成するために追加の圧縮、冷却、凝縮、絞り、気化を経由して回収される、天然ガス処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法を実施するための装置であって、２つの分離器、メタン冷却サイクルの圧縮機、備え付けの熱交換器を有する窒素富化カラム、膨張機によって駆動される圧縮機を備えた第１及び第２の膨張機−圧縮機アセンブリ、８つの熱交換器、ポンプ、６つの絞り弁、頂部及び底部並びに追加の１０の熱交換器と異なる備え付けの熱交換器を有する窒素−メタン分離カラム、脱メタン塔、３つの分離器、エゼクタ、窒素−メタン分離カラム内の回収カラム、ヘリウムカラムが回収部と備え付けの熱交換器を有する箇所における７つ目の絞り弁を備え、装置の入口において天然ガスの供給は２つの部分に分けられ、大きい方の部分は第１から第３までの熱交換器で連続的に冷却され、小さい方の部分は第４の熱交換器で冷却され連続的に脱メタン塔へ供給され、第３及び第４の熱交換器からの冷却されたガスの混合された流れは第１の分離器の入口に移り、そこから液化炭化水素は第１の絞り弁を通って、底部の出口がエタンとより重い炭化水素の液体画分を除去するために設計された脱メタン塔に移り、第１の分離器から除去された気体画分は３つの流れに分割され、その１つは配送ガスとして意図されて第５の熱交換器を通過し、２つ目は第９の熱交換器を通過し、３つ目は窒素富化カラムの備え付けの熱交換器を通過し、その後に第３の分離器の入口において１つの流れに混合され、第３の分離器の液体画分の出口は第２の絞り弁を通じて窒素富化カラムの底部に接続し、第３の分離器のガス画分の出口は第２の膨張機−圧縮機アセンブリを通じて窒素富化カラムの頂部に接続し、そのメタン−窒素蒸気の出口は連続して第１３の熱交換器と第４の分離器を通じて窒素−メタン分離カラムの底部の備え付けの熱交換器、及び、第１６の熱交換器に接続し、第１６の熱交換器はその第１の出口から第１４の熱交換器を通じてエゼクタに接続し、エゼクタの出口からのメタンと第１３の熱交換器の出口からの循環メタンを結合した流れは第１５の熱交換器で加温され、その後、第１１と第７の熱交換器で分割されたガスの流れの一部が連続して加温され、第５、第３及び第１の熱交換器で前記流れのほかの部分が加温され、第１の熱交換器の出口の１つは窒素を抜くために設けられており、第１の熱交換器のほかの出口からと第７の熱交換器の出口からの結合されたガスの流れは、第１及び第２の膨張機−圧縮機アセンブリの圧縮機において連続して圧縮され、第２の膨張機−圧縮機アセンブリの圧縮機から移動したメタンの全体の流れの一部は送出ガスとして回収され、前記流れのほかの部分は、連続してメタン冷却循環、第６、第７、第１０、第１１、第１２、第８、第１５、第１４の熱交換器に接続し、第３の絞り弁を通って、第１３の熱交換器に接続し、窒素を含まずエタンとより重い炭化水素成分を含む液化メタンの出口は窒素富化カラムの底部から第４の絞り弁を通って連続的に第１２及び第９の熱交換器と第２の分離器の入口に接続し、第２の分離器は液体画分を分離してそれを第５の絞り弁と第８の熱交換器を通って脱メタン塔の頂部へ届けるように設計され、第２の分離器からのガスの出口は第１の膨張機−圧縮機アセンブリの膨張機を通じて脱メタン塔の還流部の入口に接続し、脱メタン塔の頂部からのメタンの出口はエゼクタに接続し、第１６の熱交換器の第２の出口は第５の分離器に接続し、第５の分離器の出口から蒸気の大部分は窒素−メタン分離カラムの底部に向けられ、その蒸気の小さい方の部分はヘリウムカラムの備え付けの熱交換器を通じて窒素−メタン分離カラムの底部の頂部に向けられ、窒素−ヘリウム蒸気の出口は前記カラムの底部の頂部からヘリウムカラムの回収部の入口に接続し、ヘリウムカラムの頂部は粗製のヘリウム回収を目的に設計されており、窒素−メタン分離カラムの底部の頂部からの窒素−ヘリウム蒸気のこのほかの出口はヘリウムカラムへ供給物を与えるように設計されており、ヘリウムカラムの底部からの液体窒素の出口は連続して第１８の熱交換器と第６の絞り弁に接続し、分割された流れの小さい方の部分はヘリウムカラムの回収部を供給物として通って窒素−メタン分離カラムの頂部へ移動し、前記流れの大きい方の部分は窒素−メタン分離カラムの頂部へ還流分として届けられるようになっており、窒素−メタン分離カラムの底部の下部からの窒素−メタン液体の出口は第１７の熱交換器と第７の絞り弁を通って窒素−メタン分離カラムの頂部の中央部に接続し、窒素−メタン分離カラムの頂部からのガス状の窒素の出口は後のパージ又は利用のために連続的に第１８、第１７、第１５、第５、第３及び第１の熱交換器に接続し、窒素−メタン分離カラムの回収部からの液体メタンの出口は連続的にポンプ、第１７及び第１６の熱交換器に接続し、第４の分離器の凝縮物の出口は窒素富化カラムの頂部の入口に接続し、第５の分離器からの液体の出口は窒素−メタン分離カラムの底部の下部に接続している、装置。
【請求項３】
第２及び第１０の熱交換器はプロパン冷却ユニットである請求項２記載の装置。
【請求項４】
第３、第５、第７〜第９及び第１１〜第１８の熱交換器は熱回収ユニットである請求項２記載の装置。
【請求項５】
第６の熱交換器は空冷ユニットである請求項２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学品、ガス及び油の分野に関し、粗製ヘリウム、窒素、メタン及び液体炭化水素（Ｃ２＋）を天然ガスから抽出するために利用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の天然ガス処理方法は、冷却器における熱回収による凝縮、分離、絞られ膨張する間のガス膨張によるガス流における圧力降下、分留カラムを通じたすべての冷却された流れの通過、をもたらす多段の低温ガス冷却を備えている。分留カラムにおける大規模温度交換プロセスにより、揮発性メタン画分、並びに、エタン、プロパン及びより重い炭化水素成分の一部からなる画分が得られる（米国特許第４８８９５４５号Ａ公報、Ｃ０７Ｃ７／０４、１９８９年１２月２６日）。
【０００３】
予備的に部分的に液化され、圧縮されて冷却される、別の従来の天然ガス処理方法が多くの人に知られている。その方法は、分離、分離後の速やかなガス流の分割、最終的に得られた液流と混合された最終的に得られた大きなガス流の冷却、を経る、多段の低温天然ガス凝縮を備えている。冷却器において、メタン画分の熱回収及び絞りを通過する圧力降下、並びに、脱メタン塔における精留のために膨張機を通過し冷却され膨張した流れを供給することにより分離器からの小さい方の流れを冷却することによって、メタン画分は、冷却を与えるための次の熱回収とともに生じ、エタン−ブタン画分も同様である（英国特許第１５３２３３５号Ａ公報、Ｆ２５Ｊ３／０２、１９７８年１１月１５日）。
【０００４】
しかしながら、先行技術は、商業的な最終製品として利用可能な純粋なエタン画分を製造するための方法を示していない。
【０００５】
同時にＣ２＋画分、窒素及びヘリウムを回収して天然ガスからヘリウムを抽出するための従来技術の装置は、リンデ・アーゲー（ドイツ）によって開発された（Techniques to Process Natural Gas and Condensate. Guidebook. Edited by V.I. Murin. Moscow, Nedra-BusinessCenter Publishing House, 2002, part 1 , pp. 205207, Fig. 3.44）。以下のプロセスが利用される。
【０００６】
二酸化炭素から分離され４．４ＭＰａの圧力下で乾燥された後、ガスは２，９８８ｋＭｏｌ／ｈ（７１，８３０ｍ３／ｈ）の速度で以下の含量を有して装置内に供給される：ヘリウム−０．５モルパーセント、窒素−１０．２モルパーセント、メタン−７３．０２モルパーセント、エタン−６．９４モルパーセント、プロパン−５．１６モルパーセント及びＣ４＋−４．１８モルパーセント。予備的な精製された天然ガスは、５ＭＰａの圧力まで膨張タービンによって駆動される圧縮機中で圧縮される。前記ガスは、逆のガス流によって冷却され、プロパンは２３０Ｋの温度まで低下する。凝縮する炭化水素は、分離器から除去され、加温されて０．９ＭＰａの動作圧を有するメタンカラムへ移される。分離器から出て冷却され凝縮されたガスは、３．１ＭＰａの動作圧を有する窒素濃縮カラムに通される。前記カラムの底からの液体画分は、４ＭＰａの圧力で熱交換器へポンプで送られ、そこで部分的に蒸発して膨張タービンの入口外周内に組み込まれた分離器に移る。加温された後の前記分離器内で生成した液体画分は、Ｃ２＋画分を抽出するためにメタンカラムへ移る。分離器からの蒸気は、膨張タービン内で膨張しメタンカラムへ移る。ガス膨張の結果として生成した液体は、カラムの還流として用いられる。メタンカラムの底部生成物（Ｃ２＋画分）は、０．９ＭＰａの圧力で抜かれる。メタンカラムの頂部生成物は、加温され商業的な製品ガスとして０．８ＭＰａの圧力で抜かれる。
【０００７】
窒素富化カラム５からのガスは、冷却され高圧カラム９（２．７ＭＰａ）へ移る。ヘリウムが富化されたガスと希薄なヘリウムを含む液体窒素は、前記カラムの頂部生成物であり、ヘリウムカラム７（２．７ＭＰａ）へ移る。その高圧カラムの底部生成物は、低圧カラム８（０．２ＭＰａ）へ移る。純粋なガス状窒素と、窒素とメタンからなる液体は、前記カラム内で生成する。前記底部生成物は、０．９ＭＰａの圧力で圧縮され、蒸発した後に燃料ガスとして抜かれる。商用ガスの開放循環系は、窒素富化カラム還流を与えるために使用される。
【０００８】
この設計の主要な限界は、窒素抽出が低速であることと、その結果として装置の出口における低発熱性窒素含有燃料ガスがかなり大きい体積であることである（１０パーセントの燃料ガス又は１２．９パーセントの総メタン流産出量）。このガスは、近くの発電所とボイラー室プラントの燃料の要求をカバーすることになる。この方法は、燃料ガス中の窒素の増加とＣ２＋濃度の減少、装置の生産速度の上昇、遠隔の消費者へのほぼすべてのメタンガスの輸送の必要性、に伴いその効率性と経済性を損失する。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の一連の技術的結果は、単一の流れにおいて３２．５ｍＪ／ｍの低い熱量を有する付加的な商用のメタン（２．１パーセントの窒素濃度を有する）の抽出により機能性が拡大する中で、窒素抽出速度が増加（従来技術の５３．６パーセントに対して９３．３パーセント）することである。それに従って、これらの発明は、遠隔の消費者へのガス輸送の設備投資とエネルギーコストや、供給されたガスの品質及び不活性不純物の減少に付随した消費者に対するコストの減少、を提供する。付加的な技術的結果は、ヘリウム抽出の増加（９６．８パーセントに代わり９７．０パーセント）と、純ヘリウム生産コストの削減である。
【００１０】
図面は、この天然ガス処理方法のために提案された装置の概略構成図であり、前記方法に関する以下の説明において参照される。
【００１１】
その天然ガス処理方法によれば、
・天然ガスの供給は２つの部分に分離され、
・その流れの小さい方の部分は第４の熱交換器（４）で冷却され部分的に脱メタン塔（５）で凝縮され、
・天然ガスの流れの大きい方の部分は第１から第３までの熱交換器（１，２，３）で連続的に冷却され、
・第４と第３の熱交換器（４，３）で冷却された後の流れは混合されて分離器（６）に移り、そこで液体炭化水素は除去されて絞られて（絞り弁38を通って）脱メタン塔（５）に移り、
・分離器（６）の出口からの蒸気は２つの流れに分離され、それに応じて第５と第９の熱交換器（７，１３）で、その１つは冷却され別の流れは窒素が富化され、
・前記２つの流れは一緒に混合されて分離のために移され（分離器15）、
・分離からの液体生成物は絞られ（絞り弁39）蒸気は第２の膨張機（16Ａ）で膨張されて窒素富化カラム（21）に移されて、メタン−窒素混合物、並びに、エタン及びより重い炭化水素を有する窒素を含まない液体メタンの流れを生成し、
・前記流れは絞られ（絞り弁41を通って）第１２と第９の熱交換器（19，13）で部分的に気化され、
・分離（分離器14）を経由して液体画分は除去され、絞られ（絞り弁42を通って）第８の熱交換器（12）で部分的に気化された後の前記画分は脱メタン塔へ移りメタン、並びに、エタン及びより重い炭化水素の液体画分を生成し、
・分離器（23）によって除去されたメタン−窒素蒸気はリボイラー（29）と第１６の熱交換器（31）で連続的に冷却され分離器（30）へ移り、そこでその大きい方の部分と液体のすべては窒素−メタン分離カラム（27）の底部（27Б）へ移り、
・分離器（30）から回収されたガスの小さい方の部分はヘリウムカラム（34）のリボイラー（36）で冷却された後に窒素−メタン分離カラムの底部（27Б）の上方の部分へ移り、そこで窒素−ヘリウム蒸気は次のヘリウムカラム（34）への入力、その後の粗製のヘリウムの生成及び商用のヘリウムの生産、並びに、その底部からの液体窒素の除去、のために除去され、
・前記液体窒素は第１８の熱交換器（37）で冷却され、絞られ（絞り弁43を通って）２つの部分に分けられ、小さい方の部分は回収部（35）で気化された後に窒素−メタン分離カラムの上部（27Ａ）へ供給物として移され、大きい方の部分は還流するために窒素−メタン分離カラムの上部（27Ａ）に移され、
・窒素−メタン分離カラム（27）の底部で生成した窒素−メタン液体は第１７の熱交換器（33）で冷却され絞られ（絞り弁44を通って）窒素−メタン分離カラムの中央部（27Ａ）へ移され、そこで液体メタンは回収部（28）から除去され圧縮され（32）、第１７、第１６及び第１４の熱交換器（33，31，25）で気化され加温された後に、脱メタン塔（５）からのメタンの流れに注入され（エゼクタ24によって）、
・エゼクタ（24）の出口からのメタンの混合された流れは、第１３の熱交換器（22）でメタン−窒素蒸気を冷却した後に生じる循環メタンと混合され、連続的に第１４、第１１及び第７の熱交換器（26，18，11）で加温され、連続的に圧縮機（８Б及び16Б）で圧縮されて放出ガスを生成し、放出ガスの一部は移動され、メタン冷却循環圧縮機（９）での追加の圧縮と第６、第７、第１０、第１１、第１２、第８、第１５及び第１４の熱交換機（10，11，17，18，19，12，26，25）での冷却と凝縮、絞り（40）、第１３の熱交換器（22）での気化を経由して、前記循環メタンを与える。
【００１２】
ガス処理装置は、１８の熱交換器（第１−１、第２−２、第３−３、第４−４、第５−７、第６−10、第７−11、第８−12、第９−13、第１０−17，第１１−18、第１２−19、第１３−22、第１４−25、第１５−26、第１６−31、第１７−33、第１８−37）、脱メタン塔（５）、５つの分離器（第１−６、第２−14、第３−15、第４−23、第５−30）、メタン冷却循環圧縮機（９）、備え付けの熱交換器（20）を有する窒素富化カラム（21）、膨張駆動部（８Ａ，16Ａ）を有する圧縮機（８Б，16Б）を備えた第１及び第２の膨張機−圧縮機アセンブリ、頂部（27Ａ）と底部（27Б）からなり備え付けの熱交換器（29）を含む窒素−メタン分離カラム（27）の回収部（28）、回収部（35）と備え付けの熱交換器（36）を有するヘリウムカラム（34）、ポンプ（32）、７つの絞り弁（第１−38、第２−39、第３−40、第４−41、第５−42、第６−43、第７−44）を備える。装置の入口において天然ガスの供給は２つの部分に分けられる。前記天然ガスの流れの大きい方の部分は第１から第３までの熱交換器（１，２，３）で連続的に冷却され、前記流れの小さい方の部分は第４の熱交換器（４）で冷却され脱メタン塔（５）へ移される。第３（３）及び第４（４）の熱交換器からの冷却されたガスの混合された流れは、第１の分離器（６）の入口に移る。第１の絞り弁（38）を通った分離器（６）からの液化炭化水素は、底部の出口がエタンとより重い炭化水素の液体画分を除去するために設計された脱メタン塔（５）に移る。第１の分離器からの蒸気は３つの流れに分離される。前記流れの１つは第５の熱交換器（７）を通過し、２つ目は第９の熱交換器（13）を通過し、３つ目は窒素富化カラム（21）の備え付けの熱交換器（20）を通過する。第５（７）、第９（13）及び窒素富化カラム（21）の備え付けの熱交換器からの流れは、１つの流れに混合され、第３の分離器（15）の入口に移される。第３の分離器（15）から液体画分は、第２の絞り弁（39）を通って窒素富化カラム（21）の底部に移動する。第３の分離器から蒸気は、第２の膨張機−圧縮機アセンブリの膨張駆動部（16Ａ）を通って窒素富化カラム（21）の頂部に移動する。前記カラムから移動したメタン−窒素蒸気は、第１３の熱交換器（22）と第４の分離器（23）を通って窒素−メタン分離カラム（27）の底部（27Б）の備え付けの熱交換器（29）に入り、そして第１６の熱交換器（31）に入り、その第１の出口は第１４の熱交換器（25）を通ってエゼクタ（24）に接続している。エゼクタの出口から移動したメタンと第１３の熱交換器（22）の出口から移動したメタンの混合された流れは、第１５の熱交換器（26）で加温され、その後、第１１（18）と第７（11）の熱交換器で分割された流れの一部が連続して加温され、第５（７）、第３（３）及び第１（１）の熱交換器で前記流れのほかの部分が加温される。第１の熱交換器（１）の出口の１つは、窒素を抜くために設けられている。第１の熱交換器（１）のほかの出口からと第７の熱交換器（11）の出口からの結合されたガスの流れは、第１及び第２の膨張機−圧縮機アセンブリ（８Ａ−８Б及び16Ａ−16Б）の圧縮機（８Б−16Б）において連続して圧縮されるために供給される。第２の膨張機−圧縮機アセンブリの圧縮機から移動したメタンの全体の流れ���一部は、放出ガスとして回収されるように設計されている。前記流れのほかの部分は、連続してメタン冷却循環（９）を通り、第６（10）、第７（11）、第１０（17）、第１１（18）、第１２（19）、第８（12）、第１５（26）、第１４（25）の熱交換器を通り、第３の絞り弁を通って、第１３（22）の熱交換器へ送られる。窒素を含まない液化メタンの流れはエタンとより重い炭化水素成分とともに窒素富化カラム（21）の底部を離れ、第４の絞り弁（41）を通って連続的に第１２（19）及び第９（13）の熱交換器を通って第２の分離器（14）へ移る。後者は液体画分を除去してそれを第５の絞り弁（42）と第８の熱交換器（12）を通って脱メタン塔（５）の頂部へ移動させるように設計されている。第２の分離器（14）を離れたガスは、第１の膨張機−圧縮機アセンブリ（８）の膨張機（８Ａ）の入口を通って、脱メタン塔（５）の還流部の入口に移動する。脱メタン塔（５）の頂部を離れたメタンは、エゼクタ（24）に移動する。第１６の熱交換器（31）の第２の出口は、第５の分離器（30）に接続し、その出口から蒸気のほとんどの部分は窒素−メタン分離カラム（27Б）の底部に移動する。その蒸気の小さい方の部分は、ヘリウムカラム（34）の備え付けの熱交換器（36）を通って窒素−メタン分離カラム（27Б）の底部の頂部へ移動する。窒素−ヘリウム蒸気は前記カラム（27Б）の底部（27Б）の頂部からヘリウムカラム（34）の回収部の入口に移動し、その頂部は粗製のヘリウム回収を目的に設計されている。窒素−ヘリウム蒸気のこのほかの部分は、窒素−メタン分離カラム（27Б）の底部の頂部からヘリウムカラム（34）へ移動する。回収された液化窒素は、ヘリウムカラムの底部から連続して第１８の熱交換器（37）と第６の絞り弁（43）を通り、分割された流れの小さい方の部分はヘリウムカラム（34）の回収部（35）を通って窒素−メタン分離カラム（27Ａ）の頂部へ供給物として移動し、大きい方の部分は窒素−メタン分離カラム（27Ａ）の頂部へ還流分として移動する。窒素−メタン分離カラム（27Ａ）の底部の下部で生成した窒素−メタン液体は、第１７の熱交換器（33）と第７の絞り弁（44）を通って窒素−メタン分離カラム（27Ａ）の頂部の中央部へ移り、ガス状の窒素は前記カラム（27Ａ）の頂部から、後のパージ又は利用のために、連続的に第１８、第１７、第１５、第５、第３及び第１の熱交換器（37，33，26，７，３，１）を通過する。窒素−メタン分離カラム（27Ａ）の回収部によって生成された液化メタンは、連続的にポンプ（32）、第１７（33）及び第16（31）の熱交換器を通過する。第４の分離器（23）で生成された凝縮物は、窒素富化カラム（21）の頂部へ移動する。第５の分離器（30）から分離された液体は、窒素−メタン分離カラムの底部（27Б）の下部へ移動する。
【００１３】
特に、第２及び第１０の熱交換器はプロパン冷却ユニット設計であり、第４の熱交換器は間接熱交換式であり（４）、第１、第３、第５、第７〜第９及び第１１〜第１８の熱交換器は熱回収ユニットであり（１，３，７，11，12，13，18，19，22，25，26，31，33，37）、第６の熱交換器（10）は空冷である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１はガス処理装置の概略を図示するものである。その装置は、
・第１（１）、第２（２）、第３（３）、第４（４）、第５（７）、第６（10）、第７（11）、第８（12）、第９（13）、第１０（17）、第１１（18）、第１２（19）、第１３（22）、第１４（25）、第１５（26）、第１６（31）、第１７（33）、第１８（37）の熱交換器、
・脱メタン塔（５）、
・第１（６）、第２（14）、第３（15）、第４（23）及び第５（30）の分離器、
・メタン冷却循環圧縮機（９）、
・窒素富化カラム（21）、
・膨張駆動部（８Ａ，16Ａ）を有する圧縮機（18Б，16Б）を備えた第１及び第２の膨張機−圧縮機アセンブリ、
・リボイラー設計の備え付けの熱交換器（20）、
・エゼクタ（24）、
・頂部（27Ａ）と底部（27Б）を備えリボイラー設計の備え付けの熱交換器（29）を有する窒素−メタン分離カラム（27）の回収部（28）、
・回収部（35）とリボイラー設計の備え付けの熱交換器（36）を有するヘリウムカラム（34）、
・ポンプ（32）、
・第１（38）、第２（39）、第３（40）、第４（41）、第５（42）、第６（43）及び第７（44）の絞り弁、
を適宜備えている。
【００１５】
熱交換器（２，17）はプロパン冷却ユニットである。熱交換器（（１，３，７，11，12，13，18，19，22，25，26，31，33，37）は熱回収設計である。熱交換器（４）は間接熱交換式（リボイラー）である。熱交換器（10）は空冷である。
【００１６】
６．１ＭＰａの圧力及び３０３Ｋの温度の天然ガスは装置に入り、そこで２つの部分に分けられる。
【００１７】
ガスの小さい方の部分は脱メタン塔５のリボイラー４に入り、それによって２２７Ｋの温度に冷却され部分的に凝縮する。ガスの大きい方の部分は熱交換器１−３を通って、メタン画分及びパージされた窒素からの冷気、並びにプロパン冷却ユニット設計の第２の熱交換器２によって供給される０．３１ＭＰａの圧力下で沸騰する液体プロパンからの冷気を回収することによって、２５１Ｋ、２４２Ｋ、及び２３０Ｋの温度に冷却される。
【００１８】
熱交換器３とリボイラー４からの冷却されたガスの流れは混合されて分離器６へ移動し、そこで液化炭化水素は分離され絞られ38、１．０２ＭＰａの圧力に落とされた後に脱メタン塔５の底部に入る。分離器６からの蒸気は、メタンと窒素の画分からの冷気を回収することによって熱交換器７と13によって１９３Ｋの温度に冷却され、窒素富化カラム21のリボイラー20でも同様に冷却され分離器15へ移動する。
【００１９】
分離器15の出口で回収された液体の圧力は絞り弁39を通過した後に３．０５ＭＰａに落とされ、その後、前記液体は窒素富化カラム21の底部に移動する。分離器15からの蒸気は膨張機16Ａで膨張され３．０５ＭＰａの圧力に落とされ、１６９Ｋの温度を有し、前記カラム21の頂部へ移動する。
【００２０】
窒素富化カラム21の還流を与えるために、還流冷却器22が用いられ、そこでは０．９８−０．９３ＭＰａの圧力で沸騰するメタン冷却サイクルの液化メタンの冷気が利用される。
【００２１】
分離器23での凝縮物分離後、メタン−窒素蒸気はカラム21の頂部から回収され、窒素（４９．７１パーセント）メタン（４９．０６パーセント）を含み、窒素を含まない液化メタンは、エタンとより重い炭化水素とともに底部から回収される。後者の流れは、絞られ41、２．５６ＭＰａの圧力に落とされ、部分的に熱交換器19，13において１７７Ｋ−１８０Ｋの温度範囲で蒸発する。
【００２２】
その後、液体画分は分離器14で分離され、１．０６ＭＰａの圧力に絞られ42、１５７Ｋ−１６５Ｋの温度範囲で熱交換器12において部分的に蒸発し、脱メタン塔５の上部トレイへ移動する。
【００２３】
分離器14で回収されたガスは、膨張機８Ａで膨張し、還流としてカラム５へ供給される。メタンは、１．０２ＭＰａの圧力及び１５７．８Ｋの温度においてカラム５の頂部で生産される。２５０Ｋの温度のカラム５の底部において、エタンとより重い炭化水素の液体画分が生産され、その後者は分離した商品を生産するために、送液後にガス分画カラムで分画されてもよい。
【００２４】
分離器23からのガスは、段階的に１５５Ｋから１５４．４９Ｋ及び１４２．２４Ｋに、カラム27Б、リボイラー、熱交換器31で冷却され、分離器30に移動する。
【００２５】
分離器30からの蒸気のほとんどの部分と、分離されたすべての液体は、カラム27Бの底部へ移動し、そこでは高圧（２．９ＭＰａ）が維持される。分離器30からの小さい方の部分は、ヘリウムカラム34のリボイラー36で１２７．７Ｋの温度に冷却された後、カラム27Бの上部へ移動する。
【００２６】
窒素−ヘリウムガスは、ヘリウム（１４．７９モルパーセント）、窒素（８４．８５モルパーセント）、メタン（０．３５モルパーセント）を含んでおり、カラム27Бの上部から除去され、１１７．３Ｋの温度で、２．８５ＭＰａの圧力で動作するヘリウムカラム34へ移動する。
【００２７】
ヘリウム（７０．０１パーセント）と窒素（２９．９９パーセント）を含む粗製ヘリウムは、ヘリウムカラム34の頂部から除去され、９９Ｋの温度で商用ヘリウムを生産するための仕上げアセンブリへ移動する。
【００２８】
液体窒素は、カラム34の底部から除去され、熱交換器37で１２３Ｋから８４．９Ｋの温度に冷却され、０．１８ＭＰａの圧力に絞られ43、２つの部分に分割される。小さい方の部分は、カラム34の回収部35で蒸発し窒素−メタン分離カラム27Ａの上部へ供給物として供給される。大きい方の部分は、還流としてカラム27Ａの上部へ移動する。
【００２９】
カラム27Бの底部からの窒素−メタン液体は、熱交換器33で１４３Ｋから１２５Ｋに冷却され０．１９ＭＰａに絞られた44後に、分離のためにカラム27Ａの中央部へ移動する。
【００３０】
窒素−メタンの流れの窒素とメタンへの最後の分離は、カラム27Ａで０．１９ＭＰａの圧力で起こる。９９．８６の純度を有するガス状の窒素は、カラム27Ａの頂部の製品であり、それはその冷気の利用のために引き続き熱交換器37，33，26，７，３，１を通過し、８３Ｋから２９７Ｋまで温度を取り戻す。前記窒素は排出され又は利用される。
【００３１】
９８．１パーセントの純度を有する液体メタンは、カラム27Ａの底部から除去され、ポンプ32により０．８ＭＰａに加圧され、熱交換器33，31，25で気化及び１１５Ｋから１６８Ｋに加温された後、（エゼクタ24を手段として）より高い圧力（１．０２ＭＰａ）を有するカラム５からのガスの流れに注入される。
【００３２】
０．９３ＭＰａの圧力でエゼクタ24を離れた結合されたメタンの混合物は、還流冷却器22を離れた開放メタン冷却サイクルの循環メタンと混合される。その後、段階的なガスの加温が１５２Ｋから３００Ｋまで連続した熱回収熱交換器26，18，11及び７，３，１で起こり、ガスは適宜に膨張機８Ａ及び16Ａによって駆動される圧縮機８Б及び16Бによって０．８９ＭＰａ及び０．９８ＭＰａの圧力まで圧縮される。これらの圧縮機と膨張機は、膨張機−圧縮機アセンブリ16Ａ−16Б及び８Ａ−８Бに結合されている。
【００３３】
圧縮機16Бを離れた全体の流れの６４パーセントは、次に続く圧縮のために放出ガス（２．０９パーセントの窒素、９７．２５パーセントのメタン、及び０．６６パーセントのエタン）として除去され、遠隔の消費者へガス供給を与えるためにガスの元栓に投入される圧縮機16Бを離れたガス体積の３６パーセントは、メタン冷却サイクルでの循環のために３．２ＭＰａの圧力まで圧縮機９で圧縮されて除去され、つぎに連続して空冷10、熱交換器11，17で（０．３１ＭＰａの圧力で沸騰する液体プロパンにより供給される冷気により）１５６Ｋの温度まで冷却、凝縮され、（プロパン冷却アセンブリ17から熱交換器18，19，12，26，25へ搬送され、）０．９８ＭＰａの圧力まで絞られ40、還流冷却器22で（１４６Ｋ−１４９Ｋの温度範囲で）気化され、エゼクタ24を離れたメタンの流れと混合される。
【図１】
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