(57)【要約】  天然ガスストリームを海中脱水するためのシステム及び方法を本明細書に提供する。システムは、海上施設からのラインを含むリーン溶媒給送システムを含み、ラインは、リーン溶媒ストリームを分割してリーン溶媒をいくつかの並流接触システムの各々に並行して給送するように構成される。並流接触システムは、湿性天然ガスストリームに沿って直列に置かれ、並流接触システムの各々は、リーン溶媒ストリームを湿性天然ガスストリームと接触させて湿性天然ガスストリームから水の少なくとも一部分を吸収し、乾性天然ガスストリームを形成するように構成される。リッチ溶媒帰還システムは、複数の並流接触システムの各々からのリッチ溶媒を組み合わせてリッチ溶媒ストリームを海上施設に戻すラインを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガスストリームを脱水するための海中システムであって、
海上施設からのラインを含むリーン溶媒給送システムであって、該ラインが、リーン溶媒ストリームを分割してリーン溶媒を複数の並流接触システムの各々に並行して給送するように構成されたリーン溶媒給送システムと、
湿性天然ガスストリームに沿って直列に配置された前記複数の並流接触システムであって、該並流接触システムの各々が、前記リーン溶媒ストリームを該湿性天然ガスストリームと接触させて該天然ガスストリームから水の少なくとも一部分を吸収し、乾性天然ガスストリームを形成するように構成される複数の並流接触システムと、
前記複数の並流接触システムの各々からのリッチ溶媒を組み合わせてリッチ溶媒ストリームを前記海上施設に戻すラインを含むリッチ溶媒帰還システムと、を備えている、
ことを特徴とする海中システム。
【請求項２】
前記海上施設への前記リッチ溶媒ストリームの流れを支援するように構成されたポンプを備えている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
海中システムからの前記乾性天然ガスストリームからリフトガスストリームを除去して前記海上施設への前記リッチ溶媒ストリームの流れを支援するように構成されたリフトガスラインを備えている、
請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記リッチ溶媒ストリームからリフトガスストリームを分離する分離容器と、
前記リフトガスストリームを燃焼させることによって動力供給される発電機と、を備えている、
請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記発電機内で前記リフトガスストリームを燃焼させる前に該リフトガスストリームを乾燥させる向流接触器を備えている、
請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記海上施設への前記乾性天然ガスストリームの一部分を除去するように構成された乾性ガスラインを備えている、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記海上施設は、前記乾性天然ガスストリームの前記一部分を燃焼させることによって動力供給される発電機を備えている、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記リーン溶媒は、グリコールを含む、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記リーン溶媒は、トリエチレングリコールを含む、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
海上船舶上に配置された溶媒再生システムを備えている、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記溶媒再生システムは、剥離カラムを備えている、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記溶媒再生システムは、剥離ガスストリームを前記リッチ溶媒ストリームと接触させて前記リーン溶媒ストリーム及び湿性ガスストリームを形成するように構成された第２の複数の並流接触分離器を備えている、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記剥離ガスストリームは、海中システムからの前記乾性天然ガスストリームの一部分を含む、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
分離器の上流に該分離器へのリーン溶媒フラッシュを可能にして水和物を防止又は除去するように構成されたリーン溶媒フラッシュラインを備えている、
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
海中分離システムが停止された時に溶媒循環が維持されることを可能にするように構成された前記リーン溶媒ストリームから前記リッチ溶媒ストリームへのバイパスラインを備えている、
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
各々が、前記複数の並流接触システムのうちの１つに近く、各々が、海中分離システムが停止されたときに溶媒循環が維持されることを可能にするように構成される複数のバイパスラインを備えている、
請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記複数の並流接触システムの上流に前記湿性天然ガスストリームの温度を下げるように構成された熱交換器を備えている、
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
天然ガスストリームからの水の海中分離の方法であって、
リーン溶媒ストリームを海中処理ユニットに与える段階と、
前記リーン溶媒ストリームの一部分を複数の並流接触システムの各々に給送する段階と、
前記複数の並流接触システムの各々内で湿性天然ガスストリームを前記リーン溶媒ストリームと順次接触させ、少なくとも部分的に脱水された天然ガスストリームと水を含むリッチ溶媒ストリームの一部分とを発生させる段階と、
前記リッチ溶媒ストリームの前記部分を組み合わせる段階と、
前記リッチ溶媒ストリームを再生のために海上施設に送る段階と、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
少なくとも部分的に脱水された前記天然ガスストリームを更に処理するために陸上施設に送る段階を含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記陸上施設内で前記天然ガスストリームからＣＯ2及びＨ2Ｓを除去する段階を含む、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも部分的に脱水された前記天然ガスストリームを前記海上施設に配置された処理システムに送る段階を含む、
請求項１８ないし２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記リッチ溶媒ストリームを前記海上施設にポンピングする段階を含む、
請求項１８ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
リフトガスを前記リッチ溶媒ストリームと組み合わせて該リッチ溶媒ストリームを前記海上施設に押し込む段階を含む、
請求項１８ないし２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
始動中に前記海上施設から前記リフトガスを提供する段階を含む、
請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
閉鎖井戸から前記リフトガスを提供する段階を含む、
請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記海上施設で前記リッチ溶媒ストリームから前記リフトガスを分離する段階と、
前記リフトガスを燃焼させて動力を供給する段階と、を含む、
請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
燃焼の前に前記リフトガスを乾燥させる段階を含む、
請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記乾燥させたリフトガスを剥離ガスとして利用する段階を含む、
請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
湿性天然ガスストリームを脱水するためのシステムであって、
リーン溶媒ストリームを海中脱水システムに与えるリーン溶媒ラインと、
天然ガスストリームに沿って直列に結合された複数の並流接触システムを含む前記海中脱水システムであって、各並流接触システムが、前記湿性天然ガスストリームを前記リーン溶媒ストリームの一部分と接触させて少なくとも部分的に脱水された天然ガスストリームと水を含むリッチ溶媒ストリームとを発生させるように構成される前記海中脱水システムと、
前記リッチ溶媒ストリームを単一リッチ溶媒ストリームに組み合わせて該単一リッチ溶媒ストリームを海上施設に戻すように構成されたリッチ溶媒ラインと、
前記リーン溶媒ストリームを再生するように構成された前記海上施設での再生システムと、を備えている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項３０】
前記リッチ溶媒ストリームを剥離ガスと接触させて前記リーン溶媒ストリームを再生し、前記水と前記剥離ガスとを含む廃棄ガスストリームを発生させるように構成された第２の系列の並流接触システムを備えている、
請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記剥離ガスは、海中分離システムからの乾性天然ガスストリームを含む、
請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記複数の並流接触システムの各々が、
パイプ内にインラインで配置された並流接触器であって、前記パイプ内に前記接触デバイスを維持するように構成された環状支持リング、液体ストリームを前記接触デバイスの中に流入させるように構成された複数の半径方向ブレード、及び、ガスストリームを前記接触デバイス内の中空セクションを貫流させるように構成された中央ガス流入錐体を有している接触デバイスと、該接触デバイスの下流の質量移送セクションとを備え、前記接触デバイス及び前記質量移送セクションが、前記液体ストリームから形成された液滴の前記ガスストリーム内への効率的組み込みに備える並流接触器と、
前記ガスストリームから前記液滴を除去するように構成された分離システムと、備えている、
請求項２９ないし３１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３３】
前記分離システムは、サイクロン分離器を備えている、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記中央ガス流入錐体の下流部分が、鈍端錐体を有している、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項３５】
前記中央ガス流入錐体の下流部分が、先細り端錐体を有している、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項３６】
前記リーン溶媒ストリームは、トリエチレングリコール（ＴＥＧ）を含む、
請求項２９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本発明は、本明細書に引用によってその全体が組み込まれている「コンパクトな海中脱水」という名称の２０１５年１１月１９日出願の米国特許出願第６２／２５７，４９５号の優先権及びその利益を主張するものである。
【０００２】
本発明の技術は、天然ガスストリームからの水の分離を提供する。より具体的には、本発明の技術は、海中システムに配置された一連のコンパクト並流接触システムを使用する脱水を提供する。
【背景技術】
【０００３】
この節は、本発明の技術の例示的実施例に関連する技術の様々な態様を紹介するように意図している。この説明は、本発明の技術の特定の態様のより良い理解を容易にするフレームワークを提供するのを支援すると考えられる。従って、この節は、この観点から読まれるべきであり、必ずしも従来技術の自認として読まれるものではないことを理解しなければならない。
【０００４】
地下リザーバからの炭化水素流体の産出中に、産出流体、天然ガス、及びオイルは、水を自由液相として及び水蒸気としてその両方で含むことがある。産出井戸が深海の海上に配置された時に、井戸を海中で完結させて井戸ストリームを流れラインの中に産出することが有利とすることができる。井戸ストリームは、パイプラインを通じて海岸まで搬送され、海上のホスト施設に再度結合され、又は海中で処理することができる。しかし、水の存在は、流れライン内の水和物形成、腐食、及び外皮形成をもたらし、閉塞、産出減少、又は一体性問題をもたらす可能性がある。更に、水蒸気は、周囲温度に起因してパイプライン又は流れラインに沿って凝縮する場合がある。天然ガス産出において、液体の凝縮は、流れの多相性に起因して圧力低下を増大させる場合もある。
【０００５】
近年、有意な努力が、天然ガス、オイル、水、及び炭化水素産出ストリームに見出すことができる砂を物理的に分離する海中分離システム、例えば、ハープ分離器のようなマルチラインパイプ分離器の開発に向けられている。それらの海中分離システムは、それぞれ圧縮又はポンピングすることができる単相ガス及びオイルストリームを産出するように設計することができる。水ストリームは、廃棄井戸の中に注入され、排出され、又は更に処理するために海上施設に送ることができる。
【０００６】
しかし、物理的分離だけでは、炭化水素ストリームから自由液体の水を除去するだけである。蒸気相にある水は、天然ガスと共に海中分離システムを出て、海の周囲温度がガスの露点よりも低い場合に凝縮する可能性が高い。更に、水は、壁に沿うようなライン内で温度が十分に低い場合に水和物を形成する場合がある。
【０００７】
水和物の形成を防止又は遅くするために、メタノール又はグリコールのような化学物質が流れの中に注入される。同様に、化学腐食抑制剤も、流れの中に注入されることが多い。これらの化学物質は、炭化水素産出のための運用コストを増大する。腐食問題に対処するために、パイプラインは、多くの場合に定期的「ピギング」によって洗浄かつ検査するように設計される。この場合に、パイプライン設計は、ピグの発射及びピグの捕捉などのための施設に起因してより複雑かつ高価になる。
【０００８】
産出された天然ガスは、凝縮が予想温度で起こらないことになるように、指定露点に至るまで水蒸気を除去するために脱水することができる。陸上又は海上施設内でガスを脱水する従来の手法は、水に対する親和性を有する液体溶剤又は固体乾燥剤に天然ガスストリームを接触させることである。この接触は、通常は、液体溶剤内への吸収のための塔又は固体吸着剤を保持した容器のような圧力容器内で行われる。水は、溶媒又は乾燥剤によって除去され、これは、次に、再生されて再利用される。しかし、飽和ガスを溶媒／乾燥剤と接触させるのに必要な機器は、多くの場合に比較的大きく、かつ外部圧力が高くて機器がモジュール式及び回収可能であるように設計されることになる海中用途にあまり適切ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第８，８９９，５５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
例えば、天然ガスストリームを脱水するのに使用する向流接触器は、大きくかつ非常に重い傾向がある。更に、これらのシステムの直径は、海中配置の圧力に耐えることができるシステムを建設することを非実用的にする。これは、より小さい機器が望ましい海上及び海中オイル及びガス産出用途に特定の困難を生じさせる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
天然ガスストリームを脱水するための海中システムを本明細書で説明する。海中システムは、海上施設からのラインを含むリーン溶媒給送システムを含み、ラインは、リーン溶媒ストリームを分割していくつかの並流接触システムの各々に並行してリーン溶媒を給送するように構成される。並流接触システムは、湿性天然ガスストリームに沿って直列に置かれ、並流接触システムの各々は、リーン溶媒ストリームを湿性天然ガスストリームと接触させ、天然ガスストリームから水の少なくとも一部分を吸収して乾性天然ガスストリームを形成するように構成される。リッチ溶媒帰還システムは、いくつかの並流接触システムの各々からのリッチ溶媒を組み合わせてリッチ溶媒ストリームを海上施設に戻すラインを含む。
【００１２】
天然ガスストリームからの水の海中分離の方法を本明細書で説明する。本方法は、リーン溶媒ストリームを海中処理ユニットに与える段階を含む。リーン溶媒ストリームの一部分は、いくつかの並流接触システムの各々に給送される。湿性天然ガスストリームが、並流接触システムの各々内でリーン溶媒ストリームと順次接触し、少なくとも部分的に脱水された天然ガスストリームと水を含むリッチ溶媒ストリームの一部分とを発生する。リッチ溶媒ストリームのこれらの部分が組み合わされ、リッチ溶媒ストリームは、再生のために海上施設に送られる。
【００１３】
湿性天然ガスストリームを脱水するためのシステムを説明する。システムは、リーン溶媒ストリームを海中脱水システムに与えるリーン溶媒ラインを含む。海中脱水システムは、天然ガスストリームに沿って直列に結合された、いくつかの並流接触システムを含み、各並流接触システムは、湿性天然ガスストリームをリーン溶媒ストリームの一部分と接触させて少なくとも部分的に脱水された天然ガスストリームと水を含むリッチ溶媒ストリームとを発生するように構成される。リッチ溶媒ラインは、リッチ溶媒ストリームを単一リッチ溶媒ストリームに組み合わせて単一リッチ溶媒ストリームを海上施設に戻すように構成される。海上施設での再生システムは、リーン溶媒ストリームを再生するように構成される。
【００１４】
本発明の技術の利点は、以下の詳細説明及び添付図面を参照することによってより良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ガス脱水システムのブロック図である。
【図２】並流流れスキームを含む天然ガスストリームを脱水するための海中システムの一般化ブロック図である。
【図３】並流接触システムの概略図である。
【図４】いくつかの並流接触システムを含む海中分離システムの処理流れ図である。
【図５】リッチ溶媒ストリームに対するリッチ溶媒帰還ポンプを含む海中分離システムの処理流れ図である。
【図６】リフトガスストリームを含む海中分離システムの処理流れ図である。
【図７Ａ】接触デバイスの正面図である。
【図７Ｂ】接触デバイスの側面斜視図である。
【図７Ｃ】接触デバイスの破断した斜視図である。
【図７Ｄ】接触デバイスの別の破断した斜視図である。
【図８】並流接触システムを使用する天然ガスストリームの海中脱水の方法の処理流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の詳細説明セクションでは、本発明の技術の非限定的実施例を説明する。しかし、以下の説明が本発明の技術の特定の実施例又は特定の使用に固有である範囲で、これは、単に例示的目的に対するものであることを意図し、例示的実施例の説明を単に提供するものである。従って、本発明の技術は、以下に説明する具体的実施例に限定されず、むしろ、添付の許請求の範囲の真の精神及び範囲に該当する全ての代替物、修正物、及び均等物を含む。
【００１７】
最初に、参照を容易にするために、この出願に使用するある一定の用語及びこの関連で使用される時のそれらの意味を列挙する。更に、本発明の技術は、全ての均等物、同義語、新しい発展、同じか又は類似の目的に寄与する用語又は技術が本発明の特許請求の範囲内であるように考えられるので、以下に示す用語の使用によって限定されない。
【００１８】
「酸性ガス」は、水に溶解した時に酸性溶液を生成するあらゆるガスを指す。酸性ガスの非限定的な例は、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を含む。
【００１９】
「並流接触器」は、ガスストリーム及び溶媒ストリームがほぼ同じ方向に流れながら互いに接触する方式でガスストリーム及び個別の溶媒ストリームを受け入れる容器を指す。非限定的な例は、エダクタ及びコアレッサ、又は静的混合器プラス脱液化器を含む。
【００２０】
用語「並流」は、処理ストリームが同じ方向に流れるためのいくつかのサブセクションに分割することができる単位作動内の処理ストリームの内部配置を指す。
【００２１】
本明細書に使用される場合に、「カラム」は、異なる特性に基づいて材料を隔離するのに向流を使用する分離容器である。吸収カラムでは、液体溶剤が、上部の中に注入され、一方で分離されるガスの混合物が底部に流入する。ガスが吸収剤の落下ストリームを通して上方に流れる時に、１つのガス種が優先的に吸収され、カラムの上部を出る蒸気ストリーム内のその濃度を下げ、一方でリッチ液体は、底部から引き出される。
【００２２】
「脱水天然ガスストリーム」又は「乾性天然ガスストリーム」は、脱水処理を受けた天然ガスストリームを指す。典型的には、脱水ガスストリームは、５０ｐｐｍ未満、及び好ましくは７ｐｐｍ未満の水分含量を有する。天然ガスストリームを脱水するためのあらゆる適切な処理を使用することができる。好ましい脱水処理の典型的な例は、以下に限定されないが、グリコール又はメタノールを使用する脱水を含む。
【００２３】
本明細書に使用される場合に、用語「脱水」は、水及び任意的に一部の重質炭化水素を部分的又は完全に除去する未処理給送ガスストリームの前処理を指す。これは、例えば外部冷却ループ又は冷間内部処理ストリームに対して予冷サイクルを使用して達成することができる。水はまた、分子篩、例えば、ゼオライト又はシリカゲル又は酸化アルミニウム又は他の乾燥剤を用いた前処理によって除去することができる。水はまた、本明細書に説明するように、グリコール、モノエチレングリコール（ＭＥＧ）、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、トリエチレングリコール（ＴＥＧ）、又はグリセロールを用いた洗浄によって除去することができる。ガス給送ストリーム内の水の量は、適切には１体積パーセント（体積％）未満、好ましくは０．１体積％未満、より好ましくは０．０１体積％未満である。
【００２４】
用語「蒸留」（又は「分留」）は、指定温度及び圧力で成分の沸点及び蒸気圧の差に基づいて化学成分を蒸気相と液相に物理的に分離する処理を指す。蒸留は、典型的には、一連の垂直に離間したプレートを含む「蒸留カラム」において行われる。給送ストリームは、中間点において蒸留カラムに入り、蒸留カラムを２つのセクションに分割する。上部セクションは、整流セクションと呼ぶことができ、底部セクションは、剥離セクションと呼ぶことができる。凝縮及び蒸発は、各プレートで起こり、より低い沸点成分を蒸留カラムの上部まで上昇させ、より高い沸点成分を底部まで下げさせる。再沸騰器は、蒸留カラムのベースに配置されて熱エネルギを追加する。「底部」産出物は、蒸留カラムのベースから除去される。凝縮器は、蒸留カラムの上部に配置されて蒸留カラムの上部から現れる蒸留物と呼ばれる産出物を凝縮する。還流ポンプは、蒸留物の一部分を蒸留カラムの中にポンピングして戻すことによって蒸留カラムの整流セクション内の流れを維持するのに使用される。
【００２５】
本明細書に使用される場合に、用語「施設」は、取りわけ、地下施設からリッチ溶媒ストリームのような流体の１又は２以上のストリームを受け入れて、リーン溶媒ストリームのような流体の１又は２以上の別々のストリームを地下施設に出力するシステムを指す。施設は、オイル及びガス田収集システム、処理プラットホームシステム、及び井戸プラットホームシステムを包含する一般用語として使用される。
【００２６】
用語「海上施設」は、プラットホーム、はしけ、及びＦＰＳＯ（浮遊式産出、貯蔵、及び出荷船舶）などのような海面の上方にある施設を指す。海上施設は、例えば、沖合ガス田、又はガス及び油田の近くに置かれた海岸設備とすることができる。
【００２７】
用語「ガス」は、「蒸気」と同義的に使用され、液体又は固体状態と区別するようにガス状態の物質又は物質の混合物として定義される。同様に、用語「液体」は、ガス又は固体状態と区別するように液体状態の物質又は物質の混合物を意味する。
【００２８】
「炭化水素」は、元素水素及び炭素を主として含むが、窒素、硫黄、酸素、金属、又はあらゆる数の他の元素が少量存在する可能性がある有機化合物である。本明細書に使用される場合に、炭化水素は、一般的に、天然ガス、オイル、又は化学処理施設に見出される化合物を指す。
【００２９】
流体処理機器に関連して、用語「直列」は、流体分離を受けている流体ストリームが、実質的に一定の下流方向に流れを維持しながら、装置の１つの品目から次の品目に移動するように、２又は３以上のデバイスが流れラインに沿って配置されることを意味する。同様に、用語「インライン」は、流体混合及び分離デバイスの２又は３以上の構成要素が順次接続されるか又はより好ましくは単一管状デバイスに一体化されることを意味する。同様に、用語「並行」は、ストリームが２又は３以上のデバイスの間で分割され、ストリームの一部分がデバイスの各々を通って流れることを意味する。
【００３０】
用語「液体溶剤」は、１つの成分を別の成分よりも優先的に吸収する実質的に液相の流体を指す。例えば、液体溶剤は、グリコールのように水を優先的に吸収することができ、それによってガスストリームから水の少なくとも一部分を除去する。
【００３１】
用語「ストリーム」は、供給源のような第１のポイントからストリームを処理するデバイスのような第２のポイントに流れている材料を示す。ストリームは、あらゆる相又は材料を含むことができるが、一般的にガス又は液体である。ストリームは、ライン又はパイプ内で搬送されることになり、ここで使用されるように、ライン又はパイプへの参照は、ラインが搬送しているストリームも指し、その逆も同様である。
【００３２】
「天然ガス」は、原油井戸から又は地下ガス担持地層から得られる多成分ガスを指す。天然ガスの組成物及び圧力は、有意に異なる場合がある。典型的な天然ガスストリームは、主成分としてメタン（ＣＨ4）を含有し、すなわち、天然ガスストリームの５０モル％よりも多くはメタンである。天然ガスストリームはまた、エタン（Ｃ2Ｈ5）、高分子量の炭化水素（例えば、Ｃ3−Ｃ20炭化水素）、１又は２以上の酸性ガス（例えば、ＣＯ2又はＨ2Ｓ）、又はそのあらゆる組合せを含有することができる。天然ガスはまた、水、窒素、硫化鉄、ワックス、原油、又はそのあらゆる組合せのような少量の汚染物質を含有する可能性がある。天然ガスストリームは、毒物として作用する場合がある化合物を除去するように実質的に浄化することができる。
【００３３】
「溶媒」は、溶液を提供又は形成するためなどに１又は２以上の他の物質を少なくとも部分的に溶解又は分散させることができる物質を指す。溶媒は、極性、非極性、中性、プロトン性、又は非プロトン性などとすることができる。溶媒は、メタノール、エタノール、プロパノール、グリコール、エーテル、ケトン、他のアルコール、アミン、塩溶液、又はイオン液体などのようなあらゆる適切な元素、分子、又は化合物を含むことができる。溶媒は、物理溶媒又は化学溶媒などを含むことができる。溶媒は、物理吸収又は化学吸収などのようなあらゆる適切な機構によって作用させることができる。
【００３４】
材料の分量又は量又はその特定の特性を参照して使用する時の「実質的」は、材料又は特性が提供するように意図された効果を提供するのに十分である量を指す。許容可能な正確な偏差の程度は、一部の場合に、特定の状況に依存する場合がある。
【００３５】
概要
本発明の技術は、例えば、井戸又は井戸の群の近くの海中システムに配置することができるコンパクトシステムを使用する天然ガスストリームからの水の少なくとも一部分の除去を提供する。天然ガスストリームから水を除去することで、天然ガスストリームが冷えたときの水和物の形成を低減することができ、海岸への又は海上施設へのラインの水和物汚染の機会を低減する。水は、天然ガスストリームを一連の並流接触システム内で溶媒ストリームと接触させることによって天然ガスストリームから除去することができる。
【００３６】
コンパクト並流接触分離器処理構成及び機器は、質量移送及び分離のためのガス−液体接触塔を置換するために開発されたものである。例えば、Ｃｕｌｌｉｎａｎｅ他による米国特許第８，８９９，５５７号明細書を参照されたい。並流接触システムの段は、従来の塔よりも小径を有してより高い内部及び外部圧力に耐えるように設計することができる主としてインラインデバイスから構成される。更に、インラインデバイスは、従来の圧力容器よりも小さく、従って、モジュール設計／構成、海中配備により適しており、回収可能にされる。脱水用途では、直列に２から３の並流接触システムを使用して、ガスを脱水して流れ保証又は販売仕様要件を満足させることができる。
【００３７】
しかし、以前の構成は、下流段から上流段まで準リーン溶媒を循環させるのに例えばポンプ、制御器のような多数の機器を使用した。機器は、海中のコンパクト脱水システムの配備を可能にするように再設計することができる。例えば、段間ポンプ及び他の機器は、取り外すことができる。
【００３８】
得られる脱水天然ガスストリームは、次に、海上船舶に搬送されるか又は陸上処理施設に送ることができる。存在する場合に、Ｈ2Ｓ及びＣＯ2は、海上処理で天然ガスから除去することができる。Ｈ2Ｓ及びＣＯ2は、天然ガスを第２の系列の並流接触システム内の溶媒ストリームと接触させることによって除去することができる。
【００３９】
天然ガスを脱水するためのシステム
図１は、ガス脱水システム１００のブロック図である。ガス脱水システム１００は、本明細書に説明するように、未処理天然ガスストリーム１０２から又はリフトガスストリームから水を除去して脱水天然ガスストリーム１０４を発生するように使用することができる。これは、未処理天然ガスストリーム１０２から水を除去することができる接触器１０６に未処理天然ガスストリーム１０２を流入することによって達成することができる。脱水天然ガスストリーム１０４は、次に、オーバーヘッドストリームとして接触器１０６から流出することができる。
【００４０】
未処理天然ガスストリーム１０２は、あらゆる適切なタイプの炭化水素回収作動により地下リザーバ１０８から得ることができる。未処理天然ガスストリーム１０２は、メタンのような非吸収性ガスを含む場合がある。これに加えて、未処理天然ガスストリーム１０２は、Ｈ2Ｓ及びＣＯ2を含む窒素及び酸性ガスのような他の成分に加えて水を含む場合がある。例えば、未処理天然ガスストリーム１０２は、炭化水素ガスと共に約０％〜１０％のＨ2Ｓ及び約０％〜１０％のＣＯ2を含む場合がある。天然ガス中の水濃度は、リザーバ中の温度及び圧力に依存し、水の存在下で産出された天然ガスに対して飽和レベルにあることになる。例えば、温度が高くなるほど、天然ガスの平衡含水率は、低温のものよりも高くなる。Ｈ2Ｓ及びＣＯ2を有する天然ガスは、より高い水の濃度を保持することができる。
【００４１】
図１に示すように、未処理天然ガスストリーム１０２は、ガス脱水システム１００へ侵入すると入口分離器１１０に流入することができる。入口分離器１１０に入ると、未処理天然ガスストリーム１０２は、高圧になる可能性がある。しかし、未処理天然ガスストリーム１０２の圧力は、ガス産出物が産出される地下リザーバ１０８の特性に応じてかなり異なる場合がある。例えば、未処理天然ガスストリーム１０２の圧力は、大気圧と数千ｐｓｉｇの間に及ぶ場合がある。天然ガス処理の用途に関して、未処理天然ガスストリーム１０２の圧力は、約１００ｐｓｉｇ又は約５００ｐｓｉｇ又は必要に応じてそれよりも高く急上昇する可能性がある。
【００４２】
入口分離器１１０は、未処理天然ガスストリーム１０２を洗浄し、例えば、後の酸性ガス処理工程中の液体溶剤の形成を防止することができる。これは、未処理天然ガスストリームを液相成分と気相成分に分離することによって達成することができる。液相成分は、重質炭化水素、水、砂、及び塩水、破砕流体、及び掘削流体のような他の不純物を含む場合がある。そのような成分は、底部ライン１１４を通じて入口分離器１１０から流出することができ、オイル回収システム１１６又は他のタイプの処理器に送ることができる。気相成分は、天然ガスと酸性ガス及び水のような何らかの量の不純物とを含む場合がある。そのような成分は、オーバーヘッド天然ガスストリーム１１２として入口分離器１１０から流出することができる。
【００４３】
入口分離器１１０から、天然ガスストリーム１１２は、接触器１０６に流入することができる。接触器１０６は、乾燥剤又は液体グリコールストリームのようなリーン溶媒ストリーム１１８を使用して天然ガスストリーム１１２中の水を吸収することができる。リーン溶媒ストリーム１１８は、他の乾燥剤液体の中でも、トリエチレングリコール、又は他のグリコール及び混合物のような様々な乾燥剤液体を含むことができる。リーン溶媒ストリーム１１８は、リーン溶媒タンク１２０に貯蔵することができる。高圧ポンプ１２２は、適切な加圧下でリーン溶媒ストリーム１１８をリーン溶媒タンク１２０から接触器１０６の中に押し込むことができる。例えば、高圧ポンプ１２２は、未処理天然ガスストリーム１０２の圧力に応じてリーン溶媒ストリーム１１８の圧力を約１，５００ｐｓｉｇ又は約２，５００ｐｓｉｇまで急上昇させることができる。
【００４４】
接触器１０６に入ると、天然ガスストリーム１１２内のガスは、接触器１０６の中を上方に移動する。典型的には、１又は２以上のトレイ１２４又は他の内在物が、接触器１０６内に設けられ、天然ガスストリーム１１２に対して間接流路を形成し、気相と液相の間の界面区域を形成する。同時に、リーン溶媒ストリーム１１８からの液体は、接触器１０６において下方にかつ一連のトレイ１２４の上を移動する。トレイ１２４は、リーン溶媒ストリーム１１８と天然ガスストリーム１１２の相互作用を助ける。
【００４５】
接触器１０６は、向流流れスキームに基づいて作動する。換言すると、天然ガスストリーム１１２は、接触器１０６を通って一の方向に差し向けられ、一方でリーン溶媒ストリーム１１８は、接触器１０６を通って反対の方向に差し向けられる。２つの流体材料が相互作用すると、下方流れリーン溶媒ストリーム１１８は、上方流れ天然ガスストリーム１１２から水を吸収して脱水天然ガスストリーム１０４を生成する。
【００４６】
接触器１０６を出ると、脱水天然ガスストリーム１０４は、出口分離器１２６を通って流れることができる。スクラバーとも呼ばれる出口分離器１２６は、接触器１０６から持ち越されるあらゆる液体乾燥剤が脱水天然ガスストリーム１０４から流出することを可能にすることができる。最終脱水天然ガスストリーム１２８は、オーバーヘッドライン１３０を通じて出口分離器１２６から流出することができる。あらゆる残留液体乾燥剤１３２は、底部ライン１３４を通じて脱落することができる。
【００４７】
消費された乾燥剤又はリッチ溶媒ストリーム１３６は、接触器１０６の底部から流出することができる。リッチ溶媒ストリーム１３６は、吸収した水に富むグリコール溶液とすることができる。リッチ溶媒ストリーム１３６は、約９０°Ｆ〜約１０２°Ｆ又はそれよりも高いなどの比較的高い温度にある可能性がある。ガス脱水システム１００は、更に本明細書に説明するように、リッチ溶媒ストリーム１３６からリーン溶媒ストリーム１１８を再生するための溶媒再生システムを含むことができる。溶媒再生システムは、接触器１０６から及び図２に関連して説明する海中分離システムから流れ出るリッチ溶媒ストリーム１３６に沿った機器、及び接触器１０６及び図２に関連して説明する海中分離システムに戻るリーン溶媒ストリーム１１８を通る機器を包含する。
【００４８】
接触器１０６から、リッチ溶媒ストリーム１３６は、熱交換器１３８内で加熱され、次に、再生器１４４に流入することができる（熱交換器１３８は、再生器１４４と個別のもの又はその一部とすることができる）。再生器１４４を使用して、リッチ溶媒ストリーム１３６からリーン溶媒ストリーム１１８を再生することができる。再生器１４４は、例えば、約１５ｐｓｉｇ〜約２５ｐｓｉｇで作動する大型圧力容器又は相互接続系列圧力容器とすることができる。再生器は、蒸留カラム１４２に結合された再沸騰器１４０を含むことができる。
【００４９】
リッチ溶媒ストリーム１３６は、蒸留カラム１４２の上部においてチューブバンドル１４６を通って流れることができる。蒸留カラム１４２から放出されている高温水蒸気及びオフガス１４８は、水蒸気及びオフガス１４８がオーバーヘッドライン１５０を通じて放出される前にそれがチューブバンドル１４６を通って流れる時にリッチ溶媒ストリーム１３６を予熱することができる。
【００５０】
蒸留カラム１４２内で予熱された後に、リッチ溶媒ストリーム１３６は、暖められた溶媒ストリーム１５２としてチューブバンドル１４６から放出することができる。暖められた溶媒ストリーム１５２は、フラッシュドラム１５４に流入することができる。フラッシュドラム１５４は、例えば、グリコールストリームに対して約５０ｐｓｉｇ〜約１００ｐｓｉｇの圧力で作動することができる。フラッシュドラム１５４は、混合効果又は暖められた溶媒ストリーム１５２のための曲がりくねった流路を生成する内部部品を有することができる。
【００５１】
メタン、Ｈ2Ｓ、及びＣＯ2のような残留ガス１５６は、オーバーヘッドライン１５８を通じてフラッシュドラム１５４から放出することができる。オーバーヘッドライン１５８に捕捉された残留ガス１５６は、アミンと接触した場合に約１００ｐｐｍの酸性ガス含有量まで減少することができる。酸性ガスのこの濃度は、ガス処理システム１００のための燃料ガスとして残留ガス１５６を使用することができるほど低くすることができる。
【００５２】
これに加えて、暖められた溶媒ストリーム１５２内のヘキサン又はベンゼンのようなあらゆる同伴重質炭化水素は、溶媒、例えば、グリコールよりも低密度の液体としてフラッシュドラム１５４内で分離することができる。得られる炭化水素ストリーム１６０は、底部ライン１６２を通じてフラッシュドラム１５４から流出することができる。
【００５３】
更に、暖められた溶媒ストリーム１５２の温度及び圧力がフラッシュドラム１５４内で低下すると、暖められた溶媒ストリーム１５２内の炭化水素は分離され、部分浄化溶媒ストリーム１６４を生成する。部分浄化溶媒ストリーム１６４は、次に、フラッシュドラム１５４から放出することができる。部分浄化溶媒ストリーム１６４は、粒子濾過のための機械的フィルタ又は炭素フィルタのようなフィルタ１６６を通って流れることができる。
【００５４】
得られる濾過溶媒ストリーム１６８は、次に、熱交換器１７０を通って流れることができる。熱交換器１７０内で、濾過溶媒ストリーム１６８を、リーン溶媒ストリーム１１８との熱交換により加熱することができる。得られる高温溶媒ストリーム１７４は、再生器１４４の蒸留カラム１４２に流入することができる。高温溶媒ストリーム１７４が蒸留カラム１４２を通って移動すると、水蒸気及びＨ2Ｓ及びＣＯ2のようなオフガス１４８は、高温溶媒ストリーム１７４から除去される。
【００５５】
高温溶媒ストリーム１７４は、蒸留カラム１４２の底部から流出して再沸騰器１４０に入ることができる。再沸騰器１４０は、高温溶媒ストリーム１７４から残留水蒸気及びオフガス１４８を煮沸させて取り除くことができる。煮沸して取り除かれた成分は、蒸留カラム１４２通して上方に移動し、オーバーヘッドライン１５０において水蒸気及びオフガス１４８として除去することができる。
【００５６】
再生器１４４はまた、再沸騰器１４０内の液体プールから給送された個別の剥離セクション１７６を含むことができる。剥離セクション１７６は、更に別の蒸留を容易にするパッキング、並びに乾燥剥離ガス１７７、例えば、海中システムからの脱水天然ガス、窒素、又は他のガスを含むことができる。水、Ｈ2Ｓ、及び／又はＣＯ2のようなあらゆる残りの不純物は、煮沸されてオーバーヘッドライン１５０内の水蒸気及びオフガス１４８に合流することができる。高温溶媒ストリーム１７４は、次に、サージタンク１７８に流入し、ここからそれは、リーン溶媒ストリーム１１８として放出することができる。
【００５７】
再生されたリーン溶媒ストリーム１１８は、ブースタポンプ１８０を通じてサージタンク１７８からポンピングすることができる。ブースタポンプ１８０は、リーン溶媒ストリーム１１８の圧力を例えば約５０ｐｓｉｇまで増大することができる。
【００５８】
リーン溶媒ストリーム１１８は、次に、熱交換器１７０を通って流れることができ、ここで、リーン溶媒ストリーム１１８は、濾過溶媒ストリーム１６８との熱交換により部分的に冷却されることができる。リーン溶媒ストリーム１１８を、リーン溶媒タンク１２０に貯蔵することができる。高圧ポンプ１２２は、次に、リーン溶媒ストリーム１１８を接触器１０６に戻される前にリーン溶媒タンク１２０から冷却器１８２を通じて押圧することができる。本明細書に説明するように、接触器１０６は、図４Ａ〜図４Ｃに関連して上述したように一連の並流接触システムで置換することができる。接触器１０６は、リフトガスとして使用された天然ガスストリームを乾燥させるために、例えば海上で依然として使用することができる。
【００５９】
冷却器１８２は、リーン溶媒ストリーム１１８を冷却し、グリコールが、それが接触器１０６に戻る時に水を吸収することを保証することができる。例えば、冷却器１８２は、リーン溶媒ストリーム１１８を約１００°Ｆ又は１２６°Ｆまで冷やすことができる。
【００６０】
図１の処理流れ図は、ガス脱水システム１００が図１に示す構成要素の全てを含むことを示すように意図していない。例えば、接触器１０６は、リフトガスとして使用する天然ガスストリームを乾燥させるのに使用する小型ユニットとすることができる。海中分離器からの混合リッチ溶媒及びリフトガスストリームは、未処理天然ガスストリーム１０２の代わりに入口分離器１１０の中に入ることができる。リッチ溶媒ストリームは、底部ライン１１４を通じて入口分離器１１０から除去され、次に、リッチ溶媒ライン１３６に組み合わせることができる。フラッシュガスは、オーバーヘッド天然ガスストリーム１１２の代わりに向流接触器１０６に送られる。これに代えて、混合リッチ溶媒及びリフトガスストリームは、フラッシュドラム１５４で分離することができる。次に、残留ガス１５６は、オーバーヘッド天然ガスストリーム１１２の代わりに向流接触器１０６に送られる。得られる乾性ガスは、海上施設において剥離ガスストリームとして使用することができる。
【００６１】
更に、あらゆる数の追加の構成要素を、特定の実施の詳細に応じてガス脱水システム１００に含めることができる。例えば、追加の熱を再沸騰器１４０に提供して水を蒸発分離するのを助けることができる。更に、ガス脱水システム１００は、取りわけ、あらゆる適切なタイプの加熱器、冷却器、凝縮器、液体ポンプ、ガス圧縮機、送風機、バイパスライン、他のタイプの分離及び／又は分留機器、バルブ、スイッチ、コントローラ、及び圧力測定デバイス、温度測定デバイス、レベル測定デバイス、又は流れ測定デバイスを含むことができる。
【００６２】
図１のガス脱水システム１００のような向流流れスキームでは、未処理天然ガスストリーム１０２への下方流れ液体溶剤の同伴を回避するのに必要とする速度は比較的低い。更に、未処理天然ガスストリーム１０２からの液滴の係合解除のためには、比較的長い距離が有用である。未処理天然ガスストリーム１０２の流量に応じて、接触器１０６は、直径１５フィートよりも大きく、高さ１００フィートよりも高いとすることができる。高圧用途に関して、容器は厚い金属壁を有する。従って、向流接触器容器は、大きくて非常に重い可能性がある。これは、特に海上オイル及びガス回収用途に対して一般的に望ましくなく、海中用途に対して実現不可能な場合がある。
【００６３】
本発明の技術的進歩は、図１の接触器１０６に明らかにした向流流れスキームの代替として並流流れスキームを利用することを可能にする。並流流れスキームは、パイプ内に直列に接続された１又は２以上の並流接触システムを利用する。天然ガスストリーム及び液体溶剤は、並流接触システム内で一緒に、すなわち、並流的に移動することができる。天然ガスストリーム及び液体溶剤は、それぞれの並流接触システムのほぼ縦軸線に沿って一緒に移動することができる。一般的に、並流接触器は、向流接触器よりも遥かに高い流体速度で作動することができる。その結果、並流接触器は、パッキング又はトレイを有する標準的な塔を利用する向流接触器よりも小さくなる傾向がある。
【００６４】
図２は、並流流れスキームを含む天然ガスストリームを脱水するための海中システム２００の一般化ブロック図である。同じに付番された品目は、図１に関連して説明した通りである。システム２００は、図１に関連して説明したガス脱水システム１００と共に使用することができる。
【００６５】
システム２００は、いくつかの並流接触システム（ＣＣＣＳ）２０２Ａ〜２０２Ｃを使用することができる。湿性天然ガスストリーム２０４は、接触器を通じて直列的に流され、並流接触システム（ＣＣＣＳ）２０２Ａから始まり、ＣＣＣＳ２０２Ｂを通って進行し、ＣＣＣＳ２０２Ｃを通って流れる。湿性天然ガスストリーム２０４内の水の一部分は、各接触器内で除去されて乾性天然ガスストリーム２０６をもたらす。
【００６６】
本明細書に使用される場合に、乾性天然ガスは、残留水蒸気の体積による百万分の約５０部（ｐｐｍｖ）未満、残留水蒸気の約２０ｐｐｍｖ未満、又は残留水蒸気の約５ｐｐｍｖ未満を含有する天然ガスである。残留水蒸気の量は、接触時間、リーン溶媒流量又は純度、又は本明細書に説明する並流接触システム内では使用する並流接触器の数によって制御することができる。３つのＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃが図２に示されているが、望ましい最終乾燥度に応じてあらゆる数を使用することができる。
【００６７】
ＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃの各々には、図１に関連して上述したように、例えば再生システムからリーン溶媒ストリーム１１８の一部分を給送することができる。リーン溶媒ストリーム１１８は、各部分に分割されてＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃを通って平行様式で流れることができ、従って、ＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃの各々にリーン溶媒を提供する。ＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃの各々を通って流れた後に、溶媒は再結合され、処理するために海上に戻すことができるリッチ溶媒ストリーム１３６を形成する。
【００６８】
対照的に、以前の配置は、リーン溶媒ストリーム１１８を系列内の最終ＣＣＣＳ２０２Ｃの中に流し、次に、部分的に希薄な溶媒ストリームを次の接触器、この例ではＣＣＣＳ２０２Ｂに流して戻し、次に、部分的にリッチなストリームをＣＣＣＳ２０２Ｂから第１の接触器、この例ではＣＣＣＳ２０２Ａに流して戻していた。得られるリッチ溶媒ストリームは、その後に再生された。この配置は、溶媒をより効率的に使用したかもしれないが、圧力を急上昇させるためにＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃステージ間で溶媒ストリームに対して多くの場合にポンプが使用される場合がある。これらのポンプを含めることは、海中実施に対してシステムをより困難にする。
【００６９】
図２では、例えば図１に示す再生システムを使用する単一接触器システム２０８が示されている。システム２００は、例えばリッチ溶媒から水を除去するために第２の系列の接触器を含むことができる。リッチ溶媒ストリーム１３６は、湿性天然ガスストリーム２０４の代わりに接触器を通って流入することができる。水分を除去するために、乾性剥離ガスがリーン溶媒ストリーム１１８を置換するであろう。この例では、再生は、海上施設で行われると考えられ、従って、乾性剥離ガスは、系列内の最終接触器に給送され、次に、上述のようにその前の接触器に給送して戻すことができる。システム２００は、図２に示していないあらゆる数の追加系列の並流接触システムを含むことができる。
【００７０】
並流接触システム
図３は、並流接触システム（ＣＣＣＳ）３００の概略図である。並流接触システム３００は、ガスストリーム内の成分の分離を提供することができる。図３の並流接触システム３００は、図２に関連して説明したＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃの各々に対して使用することができる。並流接触システム３００は、パイプ３０４内にインラインで位置決めされた並流接触器３０２を含むことができる。並流接触器３０２は、流動するガスストリーム３０６との液滴ストリームの効率的接触を提供するいくつかの構成要素を含むことができる。液滴ストリームは、ガスストリーム３０６からのＨ2Ｏ、Ｈ2Ｓ、又はＣＯ2のような不純物の分離に使用することができる。
【００７１】
並流接触器３０２は、小滴発生器３０８及び質量移送セクション３１０を含むことができる。図３に示すように、ガスストリーム３０６は、パイプ３０４を通って小滴発生器３０８に流入することができる。液体ストリーム３１２はまた、例えば小滴発生器３０８内で流れチャネル３１６に結合された中空空間３１４を通って小滴発生器３０８に流入することができる。液体ストリーム３１２は、ガスストリーム３０６から不純物を除去することができるあらゆるタイプの処理液、例えば、溶媒を含むことができる。例えば、液体ストリーム３１２は、ガスストリーム３０６から水を除去するように選択されたグリコールを含むリーン溶媒ストリームとすることができる。
【００７２】
流れチャネル３１６から、液体ストリーム３１２は、注入オリフィス３１８を通って微細小滴としてガスストリーム３０６の中に放出され、次に、質量移送セクション３１０の中に流される。これは、質量移送セクション３１０内で処理されたガスストリーム３２０の発生をもたらすことができる。処理されたガスストリーム３２０は、気相で分散された小さい液滴を含むことができる。液滴は、液体ストリーム３１２の中に吸収又は溶解されたガスストリーム３０６からの不純物を含む場合がある。
【００７３】
処理されたガスストリーム３２０は、質量移送セクション３１０からサイクロン分離器、メッシュスクリーン、又は沈殿容器のような分離システム３２２まで流すことができる。海中用途に使用するために、より簡単なシステムは、信頼性を高めることができ、従って、沈殿容器と結合されたベーンミスト除去器を使用することができる。好ましくは、インラインサイクロン分離器を使用してコンパクト性及び直径低減の利益を実現することができる。分離システム３２２は、気相から液滴を除去する。液滴は、不純物３２４が組み込まれたオリジナル液体ストリームを含む場合があり、気相は、浄化ガスストリーム３２６を含む場合がある。浄化ガスストリーム３２６は、脱水されたガスストリームとすることができる。
【００７４】
本明細書で言及するように、図３の並流接触システム３００は、図２に示すＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃのうちの１つに対応することができる。従って、並流接触システム３００がＣＣＣＳ２０２Ａに対応する場合に、ガスストリーム３０６は、湿性天然ガスストリーム２０４に対応する。並流接触システム３００がＣＣＣＳ２０２Ｃに対応する場合に、浄化ガスストリーム３２６は、乾性天然ガスストリーム２０６に対応する。
【００７５】
図４は、いくつかの並流接触システム（ＣＣＣＳ）２０２Ａ〜２０２Ｃを含む海中分離システム４００の処理流れ図である。同じ番号を付された要素は、図１〜図３に関連して説明した通りである。海中分離システム４００は、例えば、図１に関連して上述したように接触器１０６に類似とすることができ、ＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃの各々は、床部パッキングとして作用している。海中分離システム４００は、図２に関連して説明した海中システム２００の一部として実施することができる。図４に示す例示的な配置では、第１のＣＣＣＳ２０２Ａ、第２のＣＣＣＳ２０２Ｂ、及び第３のＣＣＣＳ２０２Ｃが与えられている。本明細書に説明するように、ＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃの数は、天然ガスストリーム内の水の量、接触器２０２Ａ〜２０２Ｃを通るガスストリームの流量、及び他の要因に応じて増加又は減少する可能性がある。
【００７６】
海中分離システム４００は、海底上、例えば、いくつかのガス井戸の近くに置かれ、ガス井戸からの給送ガス４０２を処理のために組み合わせることを可能にすることができる。組み合わされた給送ガス４０４は、分離器４０６に給送することができる。分離器４０６では、水、砂、及び他の液体及び固体不純物が沈殿することができる。廃棄ライン４０８を使用してこれらを処理のために海上施設に搬送することができる。
【００７７】
分離器４０６から、湿性天然ガスストリーム２０４は、第１のＣＣＣＳ２０２Ａに流入することができる。第１のＣＣＣＳ２０２Ａは、第１の部分的に浄化されたガスストリーム４１０を発生させることができ、これは、第１のＣＣＣＳ２０２Ａから第２のＣＣＣＳ２０２Ｂに流れることができる。第２のＣＣＣＳ２０２Ｂは、次に、第２の部分的に浄化されたガスストリーム４１２を発生させることができ、これは、第２のＣＣＣＳ２０２Ｂから第３のＣＣＣＳ２０２Ｃに流れることができる。第３のＣＣＣＳ２０２Ｃは、乾性天然ガスストリーム２０６を発生させることができ、これは、更に別の処理及び販売のために海岸又は海上施設に搬送することができる。
【００７８】
第１、第２、及び第３のＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃの各々には、海上施設からリーン溶媒ストリーム１１８からのリーン溶媒が給送される。ＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃの各々からのリッチ溶媒が組み合わされ、組み合わされたストリーム、すなわち、リッチ溶媒ストリーム１３６は、水分除去による再生のために海上に戻される。吸収の作動圧力は、典型的に再生システムよりも遥かに高く、この圧力は、例えば図１に関連して上述したようにリッチ溶媒ストリーム１３６の流れを再生システムまで駆動するのに使用することができる。
【００７９】
個別の乾性ガスストリーム４１４が図４に示されている。乾性ガスストリーム４１４は、図１に関連して説明した剥離ガスストリーム１７７を提供して溶媒の再生を強化するのに使用することができる。更に、乾性ガスストリーム４１４からの乾性ガスの一部分は、例えば海上で発電機に動力を与え、熱を提供し、又はその両方を行う燃料として使用することができる。
【００８０】
海中用途での更に別の機能性を提供するのに、他のライン及びユニットを使用することができる。例えば、リーン溶媒フラッシュライン４１６は、分離器４０６の上流にリーン溶媒を提供するのに使用することができる。これは、上流ライン及び分離器を例えば水和物形成の場合に洗い流すのに使用することができる。更に、バイパスライン４２０は、リーン溶媒ストリーム１１８をリッチ溶媒ストリーム１３６に結合するのに使用することができる。バイパスライン４２０は、井戸が閉塞された期間中に海中分離システム４００にラインを通って溶媒が流れることを可能にすることができ、例えば、溶媒の粘性が増加するのを防いでシステム始動及び再始動を容易にするようにラインが冷えるのを防ぐ。バイパスライン４２０は、図示のように第１のＣＣＣＳ２０２Ａの前に配置することができ、又は最終ＣＣＣＳ２０２Ｃの後に配置することができる。更に、システムは、例えばＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃの各々の周りに複数のバイパスラインを有することができる。バイパスラインに加えて又はこれらの代わりに、溶剤流れは、天然ガス流れが閉鎖された時にＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃを通って継続することができ、ＣＣＣＳ２０２Ａ〜２０２Ｃを水和物形成から保護する。井戸からの天然ガスは、例えば７０℃又はそれよりも高い高温になる可能性があるので、熱交換器４２２を使用して、組み合わされた給送ガス４０４からの熱を海水と交換し、脱水処理の前に温度を例えば２５℃又はそれよりも低く下げることができる。熱交換器４２２は、分離器４０６内のあらゆる凝縮水を除去するように分離器４０６の上流に置くことができるが、熱交換器４２２は、脱水前にあらゆる場所に置くことができるものである。更に、熱交換器４２２は、形成されたあらゆる水和物を除去することができるようにリーン溶媒フラッシュライン４１６の後に置くことができる。
【００８１】
図５は、リッチ溶媒ストリーム１３６に対するリッチ溶媒帰還ポンプ５０２を含む海中分離システム５００の処理流れ図である。同じに付番された品目は、図１〜図４に関連して説明した通りである。海中分離システム５００の深さに応じて、圧力差は、リッチ溶媒ストリーム１３６の垂直カラムに打ち勝つほど十分に高くない場合がある。従って、リッチ溶媒ストリーム１３６は、海上施設にポンピングして戻すことができる。リッチ溶媒帰還ポンプ５０２は、電力によって駆動することができ、又は例えばタービンと海中分離システム６００の上流又は下流のリーン溶媒ストリーム１１８又は天然ガス流れのような別のストリームの圧力とを使用して油圧的に動力供給することができる。
【００８２】
図６は、リフトガスストリーム６０２を含む海中分離システム６００の処理流れ図である。同じに付番された品目は、図１〜図４に関連して説明した通りである。海中分離システム６００の深さに応じて、圧力差は、リッチ溶媒ストリーム１３６の垂直カラムに打ち勝つほど十分に高くない場合がある。図６に示すように、リフトガスストリーム６０２を使用してリッチ溶媒ストリーム１３６の帰還を支援することができる。リフトガスストリーム６０２は、乾性天然ガスストリーム２０６のスリップストリームとすることができ、これは、リッチ溶媒ストリーム１３６に組み合わされてリッチ溶媒ストリーム１３６の有効密度を低減し、上向き流れを可能にする。始動中に、リフトガスストリーム６０２は、海上施設から与えることができる。海上から与えられるリフトガスは、乾性天然ガスストリームとすることができ、又は窒素ストリームのような不活性ガスストリームとすることができる。更に、閉鎖井戸からの天然ガスは、始動中にリフトガスストリーム６０２として使用することができる。これは、実質的な脱水を必要としない井戸からの天然ガスとすることができるが、これは、溶媒があらゆる水和物形成を抑制するように機能することになるので必要でない場合がある。
【００８３】
リフトガスがリッチ溶媒帰還に使用される場合に、リフトガスは、海上施設上の機器を稼働する燃料として使用することもできる。ガス溶媒混合物が海上施設に達した時に、ガス溶媒混合物の圧力は低下し、混合物は、図１に関連して説明した入口分離器１１０又はフラッシュドラム１５４のような分離器容器で洗い流される。次に、フラッシュガスは、燃料ガスシステムに経路指定される又は剥離ガスとして使用される前に、向流接触器１０６のような小さい接触器内で乾燥させることができる。海上施設の燃料ガス要件に応じて、リフトガスは、必要な燃料の一部又は全てを供給することができる。フラッシュ容器を離れるリッチ溶媒ストリーム１３６は、図１に示すように、剥離器塔及び再沸騰器を使用して再生され、リーン溶媒ストリーム１１８を生成することができる。以前の図にあるように、個別の乾性ガスライン４１４を使用して補足燃料ガス又は剥離ガスを提供し、溶媒の再生を強化することができる。
【００８４】
海中分離システムは、図４〜図６に示す並流接触システムの数に限定されないことは理解されるものとする。そうではなく、分離システムは、特定の実施の詳細に応じてあらゆる適切な数の並流接触システムを含むことができる。更に、図４〜図６に示すように、海中分離システム内の相互接続は配置する必要はない。そうではなく、図４〜図６に示す相互接続に対するあらゆる適切な変形又は代替物が、特定の実施の詳細に応じて分離システム内に存在することができる。これに加えて、図４に示すライン及び機器の全ての組合せを作ることができる。例えば、図４に示すバイパスライン４２０又は熱交換器４２２は、取りわけ、図５及び６に示す実施に使用することができる。
【００８５】
図７Ａは、接触デバイス７００の正面図である。接触デバイス７００は、並流接触器内に、例えば図３の並流接触システム３００に関連して説明した並流接触器３０２内で実施することができる。接触デバイス７００は、パイプ内に配置された軸線方向インライン並流接触器とすることができる。接触デバイス７００の正面図は、接触デバイス７００の上流図を表している。
【００８６】
接触デバイス７００は、外側環状支持リング７０２と、環状支持リング７０２から延びるいくつかの半径方向ブレード７０４と、中央ガス流入錐体７０６とを含むことができる。環状支持リング７０２は、パイプ内にインラインで接触デバイス７００を固定することができる。これに加えて、半径方向ブレード７０４は、中央ガス流入錐体７０６のための支持体を提供することができる。
【００８７】
環状支持リング７０２は、フランジ式接続部として又はパイプの内側の取外し可能又は固定スリーブとして設計することができる。これに加えて、環状支持リング７０２は、図７Ｃ及び７Ｄに関連して更に説明する液体給送システム及び中空チャネルを含むことができる。液体ストリームは、環状支持リング７０２内の中空チャネルを通じて接触デバイス７００に給送することができる。中空チャネルは、接触デバイス７００の周囲に沿って液体ストリームの均等分布を可能にすることができる。
【００８８】
環状支持リング７０２内の小さい液体チャネルは、液体ストリームが半径方向ブレード７０４内の液体注入オリフィス７０８を通って流れる流路を与えることができる。液体注入オリフィス７０８を、各半径方向ブレード７０４の前縁上又はその近くに配置することができる。半径方向ブレード７０４上の液体注入オリフィス７０８の配置は、液体ストリームが半径方向ブレード７０４間に向けられたガスストリーム内に均一に分配されることを可能にすることができる。具体的には、液体ストリームは、半径方向ブレード７０４間の間隙を通って流れるガスストリームによって接触され、小さい小滴に剪断されて気相内に同伴されることが可能である。
【００８９】
ガスストリームはまた、ガス入口７１２を通って中央ガス流入錐体７０６に流入することができる。中央ガス流入錐体７０６は、パイプの断面部分を閉塞することができる。半径方向ブレード７０４は、ガスストリームが中央ガス流入錐体７０６から流出することを可能にするガス出口スロット７１０を含む。これは、ガスストリームの速度をそれがパイプラインを通って流れる時に上げることができる。中央ガス流入錐体７０６は、予め決められた量のガスストリームを半径方向ブレード７０４上のガス出口スロット７１０に向けることができる。
【００９０】
半径方向ブレード７０４を通って注入される液体ストリームの一部は、液膜として半径方向ブレード７０４の面上に堆積する可能性がある。ガスストリームが中央ガス流入錐体７０６を通って流れて半径方向ブレード７０４上のガス出口スロット７１０から外に誘導される時に、ガスストリームは、半径方向ブレード７０４から液膜の多くを掃引又は吹き飛ばすことができる。これは、気相内への液体ストリームの分散を強化することができる。更に、ガスストリームの流れに対する妨害及び中央ガス流入錐体７０６によって生成される剪断縁部は、増大した乱流放散率を有するゾーンを提供することができる。これは、液体ストリーム及びガスストリームの質量移送率を強化するより小さい小滴の発生をもたらすことができる。
【００９１】
接触デバイス７００のサイズは、ガスストリームが高速で流れるように調節することができる。これは、環状支持リング７０２の直径の急な縮小又は環状支持リング７０２の直径の漸次的縮小のいずれかによって達成することができる。接触デバイス７００の外壁は、形状が僅かに収束し、ガスストリーム及び液体ストリームが下流パイプの中に排出される点で終端することができる。これは、接触デバイス７００から除去されるあらゆる液膜の剪断及び再同伴を可能にすることができる。更に、半径方向内向きリング、溝付面、又は他の適切な機器は、ガスストリーム及び液体ストリームが下流パイプに中に排出される点の近くの接触デバイス７００の外径上に含めることができる。これは、気相内への液体同伴の程度を強化することができる。
【００９２】
接触デバイス７００の下流端は、パイプ（図示せず）のセクションの中に排出することができる。パイプのセクションは、パイプの直線セクション又はパイプの同心拡張セクションとすることができる。中央ガス流入錐体７０６は、鈍端錐体又は先細端錐体で終端することができる。他の実施形態では、中央ガス流入錐体７０６は、小滴発生のための複数の場所を与える錐体に沿った複数の同心隆起部を含むことができる隆起錐体で終端することができる。これに加えて、接触デバイス７００からの液膜の除去を可能にするために、あらゆる数のガス出口スロット７１０を錐体自体上に設けることができる。
【００９３】
図７Ｂは、接触デバイス７００の側面斜視図である。同じ番号の要素は、図７Ａに関連して説明した通りである。図７Ｂに示すように、中央ガス流入錐体７０６の上流部分は、上流方向に環状支持リング７０２及び半径方向ブレード７０４よりも遠くにパイプの中に延びることができる。中央ガス流入錐体７０６の下流部分も、下流方向に環状支持リング７０２及び半径方向ブレード７０４よりも遠くにパイプの中に延びることができる。下流方向の中央ガス流入錐体７０６の長さは、図７Ｃ及び７Ｄに関連して更に説明するように中央ガス流入錐体７０６の端部での錐体のタイプに依存する。
【００９４】
図７Ｃは、接触デバイス７００の断面側面斜視図である。同じ番号の要素は、図７Ａ及び７Ｂに関連して説明した通りである。図７Ｃにより、接触デバイス７００の中央ガス流入錐体７０６は、先細端錐体７１４で終端する。中央ガス流入錐体７０６を先細端錐体７１４で終端することは、接触デバイス７００によって引き起こされるパイプ内の全体圧力低下を低減することができる。
【００９５】
図７Ｄは、接触デバイス７００の別の断面側面斜視図である。同じ番号の要素は、図７Ａ〜７Ｃに関連して説明した通りである。図７Ｄにより、接触デバイス７００の中央ガス流入錐体７０６は、鈍端錐体７１６で終端する。中央ガス流入錐体７０６を鈍端錐体７１６で終端することは、パイプの中心での小滴形成を促すことができる。
【００９６】
天然ガスストリームを脱水する方法
図８は、並流接触システムを使用する天然ガスストリームの海中脱水の方法８００の処理流れ図である。方法８００は、図２、図４、図５、及び図６のシステム２００に関連して説明した並流接触システム２０２Ａ〜２０２Ｃの系列によって実施することができる。
【００９７】
方法８００は、リーン溶媒ストリームが海中処理ユニットに与えられる時にブロック８０２で始まる。ブロック８０４では、リーン溶媒ストリームの一部分が、海中処理ユニット内のいくつかの並流接触システムの各々に給送される。
【００９８】
ブロック８０６では、湿性天然ガスストリームは、並流接触システムの各々内のリーン溶媒ストリームと順次接触し、少なくとも部分的に脱水された天然ガスストリームと水を含むリッチ溶媒ストリームの一部分とを発生する。ブロック８０８では、並流接触システムの各々からのリッチ溶媒ストリームの各部分は、組み合わされてリッチ溶媒ストリームを形成する。ブロック８１０では、リッチ溶媒ストリームは、再生のために海上施設に送られる。これは、固有の圧力差、ポンプ、又はリフトガスシステムを使用して実行することができる。
【００９９】
乾性天然ガスストリームは、更に処理するために陸上施設に送ることができ、例えば、ＣＯ2及びＨ2Ｓは、陸上施設で乾性天然ガスストリームから除去することができる。脱水天然ガスストリームの少なくとも一部分は、海上施設に配置された処理システムに送ることができる。
【０１００】
図８の処理流れ図は、方法８００のブロックがいずれかの特定の順序で実行されることになること、又は方法８００のブロックの全てがどの場合にも含まれることになることを示すように意図していない。更に、図８に示していないあらゆる数の追加のブロックを特定の実施の詳細に応じて方法８００内に含めることができる。
【０１０１】
本明細書に説明する方法、処理、及び／又は機能は、適切にプログラムされたコンピュータシステムによって実施及び／又は制御することができる。
【０１０２】
更に、与えられた例に対して提供された必ずしも全てではなく一部の特徴を含む本明細書に説明した様々な例からの特徴は、互いに組み合わせることができるように考えられている。更に、いずれかの特定の例の特徴は、本発明の技術的前進を実施するのに必ずしも必要はでない。
【０１０３】
本発明の技術は、様々な修正及び代替形態を受け入れ易い可能性があるが、上述の例は、非限定的である。この技術は、本明細書に開示する特定の実施形態に限定されるように意図していないことを再度理解しなければならない。実際に、本発明の技術は、添付の特許請求の範囲の真の思想及び範囲内に該当する全ての代替物、修正物、及び均等物を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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