(57)【要約】  予め定められた圧力の範囲内及び温度範囲内にある炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する方法であって、入口流れを分別蒸留にさらして、ＣＯ２ボトム生成物流れ及び蒸留オーバーヘッド流れを提供する工程と、蒸留オーバーヘッド流れを、一次還流ドラムの入口を通過させて、一次還流液体流れ及び炭化水素蒸気流れを生成する工程と、炭化水素蒸気流れを膜分離にさらして、炭化水素生成物流れ及び透過流れを提供する工程と、透過流れを圧縮する工程と、圧縮済み透過流れを一次還流ドラムの入口に再循環し、それによってＣＯ２液体生成物及び炭化水素ガス生成物を提供する工程と、を含む方法。
2007509745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた圧力の範囲内及び温度範囲内にある炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する方法であって：
（ａ）前記入口流れを分別蒸留にさらして、ＣＯ２ボトム生成物流れ及び蒸留オーバーヘッド流れを提供する工程と；
（ｂ）前記蒸留オーバーヘッド流れを、一次還流ドラムの入口を通過させて、一次還流液体流れ及び炭化水素蒸気流れを生成する工程と；
（ｃ）工程（ｂ）からの前記炭化水素蒸気流れを膜分離にさらして、炭化水素生成物流れ及び透過流れを提供する工程と；
（ｄ）工程（ｃ）からの前記透過流れを圧縮して、圧縮済み透過流れを提供する工程と；
（ｅ）工程（ｄ）からの前記圧縮済み透過流れを前記一次還流ドラムの前記入口に再循環し、それによって一次還流液体流れ及び炭化水素ガス生成物蒸気流れを提供する工程と；
を含む方法。
【請求項２】
工程（ａ）からの前記ＣＯ２ボトム生成物流れを、前記蒸留塔の底部部分に指向されるリボイラー分離器蒸気流れ及びリボイラー分離器液体流れを提供するリボイラー分離器を通過させることを含む、請求項１に記載の、炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する方法。
【請求項３】
工程（ａ）からの前記ＣＯ２ボトム生成物流れは、増大した圧力で前記リボイラー分離器にポンプ送圧される、請求項２に記載の、炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する方法。
【請求項４】
前記リボイラー分離器液体流れの少なくとも一部分を、減圧装置を通過させてこの圧力を低下させ、熱をこれに加えてＣＯ２ガス生成物を提供する工程を含む、請求項１に記載の、炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する方法。
【請求項５】
予め定められた圧力の範囲内及び温度範囲内にある炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する方法であって：
（ａ）前記入口流れを蒸留塔中で分別蒸留にさらして、ＣＯ２ボトム生成物流れ及び蒸留オーバーヘッド流れを提供する工程と；
（ｂ）工程（ａ）からの前記蒸留オーバーヘッド流れを膜分離にさらして、炭化水素ガス生成物流れ及び透過流れを提供する工程と；
（ｃ）前記透過流れを圧縮して、圧縮済み透過流れを提供する工程と；
（ｄ）工程（ｃ）からの前記圧縮済み透過流れを前記蒸留塔に戻して還流する工程と；
を含む方法。
【請求項６】
工程（ｄ）は、工程（ｃ）からの前記圧縮済み透過流れを、前記蒸留塔と連通した一次還流液体流れ出口を有する一次還流ドラムを通して還流することによって実行される、請求項５に記載の、炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する方法。
【請求項７】
工程（ｃ）及び（ｄ）の間に、二次還流ドラムを通して前記圧縮済み透過流れを通過させる追加の工程を含む、請求項５に記載の、炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する方法。
【請求項８】
工程（ａ）からの前記ＣＯ２ボトム生成物流れの少なくとも一部分を減圧にさらして、ＣＯ２ガス生成物を提供することを含む、請求項５に記載の、炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する方法。
【請求項９】
前記ＣＯ２ボトム生成物流れの一部分を、炭化水素入口流れの温度範囲を調節するために使用される少なくとも１つの熱交換器を通し、減圧装置を通過させる工程を含む、請求項８に記載の、炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する方法。
【請求項１０】
予め定められた圧力の範囲内及び温度範囲内にある炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する方法であって：
（ａ）前記入口流れを蒸留塔にさらして、ボトム生成物流れ及び蒸留オーバーヘッド流れを生成する工程と；
（ｂ）工程（ａ）の前記蒸留オーバーヘッド流れを一次還流ドラム中で凝縮して、一次還流液体流れ及び炭化水素蒸気流れを生成する工程と；
（ｃ）工程（ｂ）の前記一次還流液体流れを還流流れとして前記蒸留塔に再循環する工程と；
（ｄ）工程（ｂ）からの濃縮炭化水素蒸気流れを膜分離によって分離して、炭化水素ガス生成物流れ及び透過流れにする工程と；
（ｅ）工程（ｄ）からの透過ガス流れを圧縮して、圧縮済み透過流れを生成する工程と；
（ｆ）工程（ｅ）の前記圧縮済み透過流れを凝縮して、前記蒸留塔の上部部分に運ばれる一次還流液体流れを生成する工程と；
（ｇ）工程（ａ）からの前記ボトム生成物流れをポンプ送圧して、高圧液体ＣＯ２生成物を提供する工程と；
（ｈ）工程（ａ）の前記ボトム生成物流れをリボイラー分離器にさらして、ＣＯ２液体生成物及び前記蒸留塔の底面部分に再循環されるリボイラー分離器蒸気流れを生成する工程と；
を含む方法。
【請求項１１】
予め定められた圧力の範囲内及び温度範囲内にある炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する系であって：
前記炭化水素ガス入口流れを受け入れ、ＣＯ２ボトム生成物流れ及び蒸留オーバーヘッド流れを提供する蒸留塔と；
前記蒸留オーバーヘッド流れを受け入れる入口を有し、一次還流液体流れ及び炭化水素蒸気流れを生成する一次還流ドラムと；
炭化水素ガス生成物流れ及び透過流れを提供するための、前記一次還流ドラムからの前記炭化水素蒸気流れを受け入れる膜ユニットと；
圧縮済み透過流れを提供するための、前記膜ユニットからの前記透過流れを受け入れる圧縮機と；
前記圧縮済み透過流れを前記一次還流ドラムの前記入口に再循環し、それによって液化ＣＯ２生成物及び炭化水素ガス生成物を提供する配管と；
を含む系。
【請求項１２】
前記蒸留塔からの前記ＣＯ２ボトム生成物流れを受け入れ、前記蒸留塔の底部部分へのリボイラー分離器蒸気流れ及びＣＯ２液体生成物を提供する入口を有するリボイラー分離器を含む、請求項１１に記載の、炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する系。
【請求項１３】
前記リボイラー分離器の内部で圧力を増大させるために前記ＣＯ２ボトム生成物流れとインラインにあるＣＯ２ボトム生成物ポンプを含む、請求項１１に記載の、炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する系。
【請求項１４】
前記リボイラー分離器からの前記ＣＯ２液体生成物の少なくとも一部分が通過して、この圧力を低下させ、熱をこれに加えてＣＯ２ガス生成物を提供する一次冷媒減圧装置を含む、請求項１１に記載の、炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する系。
【請求項１５】
所定の圧力の範囲内及び温度範囲内にある炭化水素ガス入口流れからＣＯ２を分離する系であって：
ＣＯ２液体生成物及び蒸留オーバーヘッド流れを提供する前記炭化水素ガス入口流れを受け入れ、分別蒸留するための蒸留塔と；
前記蒸留オーバーヘッド流れを受け入れ、炭化水素ガス生成物及び透過流れ提供する膜ユニットと；
前記透過流れを受け入れ、圧縮済み透過流れを提供する圧縮機と；
前記蒸留塔に戻して還流される一次還流液体流れを提供する前記圧縮済み透過流れを受け入れる一次還流ドラムと；
を含む系。
【請求項１６】
前記圧縮済み透過流れを受け入れ、前記蒸留塔に還流される二次還流液体流れを提供する二次還流ドラムを含む、請求項１５に記載の、炭化水素流れからＣＯ２を分離する系。
【請求項１７】
前記ＣＯ２ボトム生成物流れの少なくとも一部分が通過して、この圧力を低下させ、ＣＯ２ガス生成物を提供する一次冷媒減圧装置を含む、請求項１５に記載の、炭化水素流れからＣＯ２を分離する系。
【請求項１８】
前記冷媒減圧装置からの前記ＣＯ２ガス生成物が通過し、前記炭化水素入口流れが通過し、それによって前記炭化水素入口流れの温度範囲を調節するのに役立つ入口クロス熱交換器を含む、請求項１７に記載の、炭化水素流れからＣＯ２を分離する系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
マイクロフィッシュ補遺に対するリファレンス
本出願は、いかなるマイクロフィッシュ補遺においても参照されていない。
【０００２】
本発明は、必要要件として配置された蒸留還流経路（critically arranged distillation reflux paths）を有する蒸留及び膜分離系を使用して、付随する硫黄化合物と一緒にＣＯ２を除去するために炭化水素混合物を処理する方法及び系に関する。
【背景技術】
【０００３】
世界の天然ガス供給の多くは、許容不可能な程に高いレベルの二酸化炭素（ＣＯ２）で汚染されている。場合によっては、過剰なＣＯ２に加えて、天然ガスは過剰なレベルの硫黄化合物も含むことがある。このような硫黄化合物は、硫化水素及び硫化カルボニルを含む。多くの場合、二酸化炭素及び硫黄汚染物は、天然ガスのＢＴＵ値を低下させて、このようなガスを燃料として使用するのに不適切にするかまたはパイプラインキャリア中で輸送するのに不適切にする。低温蒸留、アミンスクラビング及び膜分離を含む様々な工業的技術が、過剰なＣＯ２または硫黄化合物を含む天然ガスを品質向上させるために開発されてきた。上述の技術の全ては、典型的に、使用可能な天然ガス流れ及び二酸化炭素／硫黄化合物流れを生成する。炭化水素ガスからのＣＯ２の蒸留分離は、非常にエネルギー及び資本集約的なプロセスである。本発明は、エネルギー及び資本要件を低減する蒸留技術に関する改良であり、炭化水素生成物をより効果的に生成する。
【０００４】
炭化水素ガスからのＣＯ２（付随する硫黄化合物はあってもなくても）の抽出に関する背景情報は、以下の刊行物において見い出すことができる：
（１）Process Can Efficiently Treat Gases Associated With CO２ Miscible Flood-Oil & Gas Journal, July 18,1983。
（２）米国特許第4,936,887号−Distillation Plus Membrane Processing of Gas Streams, Waldo et al., June, 26, 1990。
（３）カナダ特許第1,253,430号−Process and Apparatus for Fractionation of a Gaseous Mixture, Burr, May 2,1989。
（４）米国特許第4,417,449号−Process for Separating Carbon Dioxide and Acid Gases From a Carbonaceous Off-gas, Hagarty et al., November 29,1983。
（５）米国特許第4,602,477号−Membrane-Aided Distillation for Carbon Dioxide and Hydrocarbon Separation, July 29,1986。
（６）米国特許第4,444,571号−Energy Efficient Process for the Stripping of Gases from Liquids, Matson, April 24, 1984。
（７）米国特許第4,374,657号−Process of Separating Acid Gases from Hydrocarbons, February 22,1983。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、ＣＯ２生成物、またはサワーＣＯ２生成物及び炭化水素生成物を生成するための膜／蒸留系に関する。本系は：（ａ）入口ガスを脱水、冷却、及び温度コンディショニングするための補助装置；（ｂ）コンディショニング済み入口ガスを分離してＣＯ２液体流れ及び蒸留オーバーヘッド流れにするための蒸留系；（ｃ）蒸留オーバーヘッドを分離して一次還流流れ及び炭化水素蒸気流れにするための一次凝縮器及び還流ドラム；（ｄ）蒸気流れを分離して、炭化水素生成物及び圧縮され、冷却され、凝縮されて、蒸留塔のための追加の還流を形成する透過流れにするための膜系；で構成される。入口炭化水素流れは、天然ガス流れまたは随伴ガス流れとしてよく、液体炭化水素成分を有してよく、二酸化炭素及び／または硫黄化合物を含む。炭化水素生成物は主に軽質炭化水素からなってよい。炭化水素生成物は、わずかな量のＣＯ２、硫黄含有種及び他の成分を含んでよい。ＣＯ２生成物はわずかな量の炭化水素及び他の成分を含んでよいか、またはＣＯ２生成物は純ＣＯ２としてよい。
【０００６】
本発明の１具体例においては、入口ガス流れは、補助装置による分離のためにプレコンディショニングされる。必要な場合、脱水済み炭化水素混合物の入口温度、及び圧力を調節する。コンディショニングの後、コンディショニング済み入口流れを蒸留にさらす。蒸留塔は、オーバーヘッド流れ及びＣＯ２ボトム生成物を生成する。蒸留オーバーヘッドは、一次還流系によってさらに処理される。一次還流系は、流れを凝縮器中で部分的に凝縮する。部分的に凝縮した流れを、一次還流ドラムによって分離して液体還流及び炭化水素オーバーヘッドにする。液体還流は塔に戻る。一次還流ドラムからの炭化水素濃縮オーバーヘッド蒸気を、膜系によってさらに分離する。膜系は、還流ドラム蒸気を分離して炭化水素蒸気流れ及び透過流れにする。透過流れは、蒸留オーバーヘッドを超える圧力に圧縮される。圧縮済み透過流れを蒸留オーバーヘッドと組み合わせる。この組み合わせた流れ（蒸留オーバーヘッド及び透過流れ）は一次凝縮器入口流れを含む。この組み合わせた凝縮器入口は、上記に説明したように最終的には液体還流及び膜供給物を提供する一次還流系に供給される。
【０００７】
本発明の別個の具体例においては、入口炭化水素流体混合物は、最初にプレコンディショニングされ、蒸留系によって分離される。必要な場合、脱水済み炭化水素混合物の入口温度及び圧力を調節する。コンディショニングの後、入口流れを分別蒸留にさらす。蒸留塔は、オーバーヘッド流れ及びＣＯ２ボトム生成物を生成する。蒸留オーバーヘッドは、一次還流系によってさらに処理される。一次還流系は、凝縮器入口流れを一次凝縮器中で部分的に凝縮する。部分的に凝縮した流れを、一次還流ドラムによって分離して液体還流及び炭化水素オーバーヘッドにする。一次還流ドラムからのオーバーヘッド炭化水素蒸気は、膜系に部分的供給物を提供する。膜系は、膜入口流れを分離して炭化水素生成物及び透過流れにする。透過流れは、一次還流を超える圧力に圧縮される。透過流れを二次凝縮器中で部分的に凝縮し、二次還流ドラムを使用して二相流体を分離する。二次還流ドラムからの加圧済みの液体を、一次凝縮器の下流の一次還流に加える。二次還流ドラムからの炭化水素蒸気を、一次還流ドラムからの炭化水素蒸気流れと組み合わせる。この組み合わせた流れは膜入口流れを含む。
【０００８】
本発明の上記の具体例のどちらにおいても、分別蒸留からのＣＯ２ボトム生成物は全く同じに処理される。流れはリボイラーヒーター中で部分的に蒸発する。リボイラー分離器は、塔中に再導入するための蒸気及びＣＯ２液体生成物を生成する。ＣＯ２液体生成物の一部分を所望により使用して、プロセスの冷却要件を満足させてよい。この実施態様において、ＣＯ２ガス生成物も生成する。
【０００９】
本発明に対する供給物として必要なコンディショニング済み入口ガスを、当業者には周知の様々な方法によって得てよい。脱水系は、グリコール吸収系、乾燥剤吸収系または膜脱水系としてよい。本発明のためには、脱水系は、系において観察される最低温度未満の露点まで、水を流れから除去する系と定義される。
【００１０】
本発明のための冷却系は、熱交換系、ガス膨張系、ターボエキスパンダー系、弁膨張系、または機械的冷凍系としてよい。熱交換系は、雰囲気温度または内部プロセス流れの温度を利用して、指定された流れの温度を低下させる１つ以上の熱交換器と定義される。熱交換系は、エアリアル型交換器（aerial-type exchanger）、シェル及びチューブ、またはプレート及びフレーム型交換器からなってよく、これは熱を１つのプロセス流れから別のものに伝達する。ガスまたは液体の膨張系は、より低い圧力の状態へのプロセス流れの膨張である。ターボエキスパンダー系は、ターボエキスパンダーを通るこのプロセス流れの膨張である。ターボエキスパンダー系においては、ガス流れの膨張または減圧を使用して機械的エネルギーを発生させ、プロセス流れの冷却を達成する。弁膨張系は、弁またはオリフィスを通るこのプロセス流れの膨張または減圧である。減圧はガス流れを冷却させる。機械的冷凍系は、プロセス流れにとって補助的な冷凍源から得られる冷却の使用によるプロセス温度の低下である。機械的冷凍系においては、冷媒は閉ループ中に含まれる。冷媒は、加圧、膨張及び凝縮にさらされる。膨張時に、加圧済みの冷媒は蒸発し、冷却する。この冷却をクロス交換器（cross exchanger）において利用して、プロセス流れの温度を低下させる。クロス交換からの熱損失は冷媒流れの凝縮を生じる。凝縮済み冷媒を再度加圧し、サイクルを繰り返す。
【００１１】
工程（ａ）の冷却手順の好ましい温度範囲は、約−３０°F〜約１５０°F、より好ましくは−２０°F〜６０°Fである。
【００１２】
本発明の系は、本発明の構成要素によって分離するための入口流れの特性を最適化するための圧力除去装置を含んでよい。蒸留及び膜分離は一次構成要素である。典型的な圧力除去装置は、圧縮機、ターボエキスパンダー、及び膨張弁である。本発明の分離系は、ポンプ及び圧縮機も含んでよい。加圧調節工程（ｂ）の圧力は、約２００psia〜約１２００psia、好ましくは３５０psia〜８００psia、最も好ましくは５５０〜６５０psiaである。
【００１３】
蒸留系は、沸点及び相対揮発度の差を利用して成分の分離を達成する分離装置と定義される。蒸留系は複数の蒸留塔を有してよく、塔は直列または再循環形状としてよい。典型的な蒸留塔は、トレイ及びウェヤー（weir）を用いて、蒸留に必要な精留及び平衡化の連続工程を達成する。塔は、オーバーヘッド還流系（凝縮器及び分離器ドラム）によって生成する還流並びにボトム流体ボイラー及び分離器ドラムによって生成するリボイラー蒸気を有する。
【００１４】
膜系は、サイズ、形状または溶解度に基づいて成分を分離できる選択的バリアを利用する系と定義される。膜系は、高圧供給物流れを分離して高圧非透過流れ及びより低い圧力の透過流れにする。ＣＯ２を炭化水素よりも速く優先的に透過する膜は、本発明のために有用である。このタイプの膜は、典型的にガラス状ポリマーで構成される。ガラス状ポリマーは、ガラス転移よりも低い温度で施用されるポリマーである。典型的にガラス状ポリマー膜として用いられるポリマー群の例は、酢酸セルロース、ポリアラミド（polyaramide）、ポリベンズオキサゾール、ポリカーボネート、ポリイミド、及びポリスルホンを含む。ベースポリマー主鎖の構造上の修正をしばしば使用して、与えられたポリマー群のガス分離性能を向上させる。こうした構造上の変形も、本発明において有用である。
【００１５】
膜系は、少なくとも１つの膜ユニットを有する。膜系は、複数の膜ユニットを有することができる。しばしば、複数の膜ユニットは直列形状で配置される。膜モジュール性能が理想的な膜ユニットに基づく予測未満である場合に、直列形状は改良された性能を生じる。膜モジュールの再循環形状も使用して、炭化水素損失を低減することができる。
【００１６】
１具体例においては、本プロセスは、蒸留塔の底部からのＣＯ２液体の流れからエネルギーを回収する工程を含む。膨張弁にわたる液体の全てまたは一部分をフラッシングすることによって、系の冷却要件を満たすかまたは超えるのに十分な冷凍を実現することができる。その上、この実施態様は、補助的機械的冷凍の必要性を無くす。
【００１７】
別の具体例においては、本発明は、高レベルのＣＯ２液体及び炭化水素生成物を生成するプロセスに関する。本プロセスは：（ａ）脱水済み炭化水素流体混合物を冷却する工程と；（ｂ）炭化水素流体混合物の圧力を調節する工程と；（ｃ）炭化水素流体混合物を蒸留して、ＣＯ２液体及びＣＯ２及び／またはサワーガスを含む炭化水素副産物を生成する工程と；（ｄ）膜系を利用して炭化水素副産物をさらに分離して、蒸留塔還流のための回収可能な炭化水素生成物及び添加剤を生成する工程と；を含む。この具体例においては、機械的冷凍を冷却工程（ｃ）のために使用し、蒸留塔の底部（ｃ）からのＣＯ２液体を生成物として集める。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の主要な要素を、次の通り符号によって図面において示す：
【００１９】
【表１】
2007509745.tif 000003
【００２０】
ここから、幾つかの図の全体にわたって同様の参照符号は同一のまたは対応する部分を示す図面及びより詳細には本発明の系及び方法を示す図１を参照する。脱水済み炭化水素流体混合物ガス流れ入口は、入口ガス流れ１４によって流れ、コンディショニングのための入口クロス熱交換器１６に入る高レベルの二酸化炭素を含む。得られた冷却済み入口流れ１８は、さらなるコンディショニングのためのリボイラークロスヒーター２０に入り、コンディショニング済み入口流れ２２を生成する。流れ２２は、チラーを使用してさらに冷却してよい。コンディショニング済み入口流れ２２の圧力が臨界圧を超える場合、ジュール−トムソンエキスパンダーまたはターボ−エキスパンダーを使用して、コンディショニング済み入口流れ２２の圧力を低下できる。エキスパンダーからのエネルギーを、圧縮のためにまたは電気を発生させるために使用できる。
【００２１】
冷却プロセス及び減圧プロセスの完了時に、炭化水素流体混合物ガス流れを、蒸留分離のために適切にコンディショニングする。高収率の液体ＣＯ２を生成する蒸留分離系が好ましい。ＣＯ２のバルク除去のための蒸留を選択する主要な理由は、液体としてのＣＯ２を除去する能力である。コンディショニング済み入口流れ２２を蒸留塔２４中で蒸留して、液化ＣＯ２ボトム生成物流れ２６及び蒸留オーバーヘッド流れ２８（かなりの量のＣＯ２を含む）を生成する。蒸留オーバーヘッド流れ２８を膜ユニット４８からの透過流れ３０と組み合わせて、組み合わせた凝縮器入口流れ３２を生成する。この流れ３２を一次凝縮器３４によって冷却して、一次凝縮器出口流れ３６を生成する。この流れ３６は一次還流ドラム３８に入って、炭化水素蒸気流れ４０及び一次還流液体流れ４２を生成する。この液体流れ４２は、重力によって蒸留塔２４に流れて戻るか、または一次還流ポンプ４４によってポンプ送圧されて還流として蒸留塔２４の頂部トレイに入る。炭化水素蒸気流れ４０を、さらなるＣＯ２除去のために膜ユニット４８に送る。炭化水素蒸気流れ４０は透過クロス熱交換５０に入り、膜ユニット４８に入る前に温められる。膜ユニットは用途に依存して単段または多段としてよく、加えて、膜段階の透過圧力は、透過ガスを圧縮することを最適化するように異なることができる。膜分離は、炭化水素生成物流れ５２及び透過流れ５４を生成する。この実施例の場合、透過流れ５４を圧縮機５６中で圧縮して、圧縮済み透過流れ５８を生成する。この流れ５８を分割して、第１及び第２の透過クロス熱交換器供給物流れ６０及び６２にする。こうした流れを、透過クロス熱交換器５０及び炭化水素生成物クロス熱交換器６６によって冷却して、透過クロス熱交換器出口流れ６４及び炭化水素生成物クロス熱交換器出口流れ６８を生成し、組み合わせて透過流れ３０を形成する。
【００２２】
次に透過流れ３０を蒸留塔オーバーヘッドからの蒸留オーバーヘッド流れ２８と組み合わせて、組み合わせた凝縮器入口流れ３２を形成する。透過流れ５４は、処分のためにまたは還流の向上のために利用される代わりにさらなる処理のために除去される可能性もある。
【００２３】
ＣＯ２ボトム生成物流れ２６を、ポンプ７０を使用して高圧にしてポンプ送圧して、流れ７２にしてよい。ポンプ送圧済みＣＯ２ボトム生成物流れ７２からの熱エネルギーを次に、入口流れ１８を冷却するためのリボイラークロスヒーター２０を使用して回収する。リボイラー分離器入口流れ７６は、リボイラー／分離器７４に入る。リボイラー／分離器７４からの蒸気である流れ７８は、蒸留塔２４の底部に戻る。リボイラー／分離器７４からの液体である流れ８０を、冷却するための一次ＣＯ２冷媒流れ８２へと分裂させ、残りである流れ８４は、ＣＯ２液体生成物流れとして残る。一次ＣＯ２冷媒流れ８２は、一次冷媒減圧装置８６を用いて圧力を低下され、一次凝縮済み冷媒入口流れ８８を生成する。この流れ８８は、必要な還流液体流れ４２を生成するのに十分な冷却を提供する一次凝縮器３４に入る。一次凝縮器３４から出た一次凝縮器冷媒出口流れ９０は、エコノマイザーとしての入口クロス熱交換１６に入って入口ガスを冷却する。ガス流れ９２として入口クロス熱交換１６から出たＣＯ２ガス流れを圧縮して、液体ＣＯ２生成物流れ８４と組み合わせることができるかまたはＣＯ２ガス生成物流れとして使用できる。
【００２４】
６１０psiaで５８％のＣＯ２の入口ガスを用いた典型的な用途の場合、プロセスは、図１に示すように、５６５psiaで１０％のＣＯ２を含む炭化水素生成物を生成し、入口ガス流れ中の炭化水素の８９．９％を回収する。ＣＯ２ガス生成物流れは９２．８％のＣＯ２を含み、２００psiaで８９．１％のＣＯ２を回収する。ＣＯ２液体生成物流れは９２．８％のＣＯ２を含み、６１０psiaで３．７％のＣＯ２を回収する。これは、この実施例の場合のＣＯ２の総回収９２．８％を与える。ガス状ＣＯ２を生成する任意のＣＯ２除去プロセスにおけるエネルギーの大きな需要は、ＣＯ２の圧縮である。ＣＯ２の圧縮は、高圧でのＣＯ２を必要とするプロジェクトの例えば向上した油回収、または雰囲気への排気を無くすためのＣＯ２の再注入のための制限要因となり得る。ＣＯ２生成物流れは比較的に高圧で生成され、外部冷凍を必要としないので、このプロセスのための圧縮要件は従来の蒸留プロセスのためのもの未満である。
【００２５】
ここから、同様の参照符号は同一のまたは対応する部分を示す図２を参照し、二酸化炭素を含む脱水済み炭化水素流体混合物入口ガス流れ１４は、冷却のための入口クロス熱交換器１６に入る。得られた冷却済み入口流れ１８は、さらなる冷却のためのリボイラークロスヒーター２０に入り、コンディショニング済み入口流れ２２を生成し、これを、チラーを使用してさらに冷却してよい。コンディショニング済み入口流れ２２の圧力が臨界圧を超える場合、ジュール−トムソンエキスパンダーまたはターボ−エキスパンダーを使用して、この圧力を低下できる。エキスパンダーからのエネルギーを、透過ガスの圧縮のためにまたは電気を発生させるために使用できる。
【００２６】
冷却プロセス及び減圧プロセスの完了時に、炭化水素流体混合物を、蒸留分離のために適切にコンディショニングする。高収率の液体ＣＯ２を生成する蒸留分離系が好ましい。ＣＯ２のバルク除去のための蒸留を選択する主要な理由は、液体としてのＣＯ２を除去する能力である。コンディショニング済み入口流れ２２を次に蒸留塔２４中で蒸留して、ＣＯ２ボトム生成物流れ２６及びかなりの量のＣＯ２を含む蒸留オーバーヘッド流れ２８を生成する。蒸留オーバーヘッド流れ２８を一次凝縮器３４によって冷却して、一次凝縮器出口流れ３６を生成し、これは一次還流ドラム３８に入って、炭化水素蒸気流れ４０及び一次還流液体流れ４２を生成する。この一次還流液体流れ４２を、二次還流ドラム９６からの二次還流液体流れ１０４と組み合わせる。組み合わせた還流液体流れ１０６は、還流として蒸留塔２４の頂部トレイに流れる。
【００２７】
一次還流ドラム３８からの炭化水素蒸気流れ４０は、二次炭化水素蒸気流れ１１８と組み合わせられ、透過クロス熱交換５０に入り、膜ユニット４８に入る前に温められる。膜ユニット４８は用途に依存して単段または多段としてよい。加えて、膜段階の透過圧力は、透過ガスを圧縮することを最適化するように異なることができる。膜ユニット４８における分離は、炭化水素生成物流れ５２及び透過流れ５４を生成する。流れ５４を次に圧縮機５６中で圧縮して、圧縮済み透過流れ５８を生成し、これを熱交換器５０及び６６によって冷却して透過流れ３０を生成する。透過流れ３０を次に、二次凝縮器９８を使用して部分的に凝縮して二次凝縮器出口流れ１０２を生成する。二次還流ドラム９６は、二次炭化水素蒸気流れ１１８及び二次還流液体流れ１０４を生成する。蒸気流れ１１８を、一次還流ドラム３８からの蒸気流れ４０と組み合わせる。組み合わせた流れを膜ユニット４８に供給する。二次還流液体流れ１０４を、一次還流ドラム３８からのポンプ送圧済み一次還流液体流れと組み合わせて、組み合わせた還流液体流れ１０６を提供し、これを蒸留塔２４中の上部トレイの上に供給する。
【００２８】
液化ＣＯ２ボトム生成物流れ２６を、ポンプ７０を使用して高圧にしてポンプ送圧してよい。ポンプ送圧済みボトム生成物流れ７２からの熱エネルギーを次に、入口流れ１８を冷却するための熱交換器２０を使用して回収する。熱交換器２０から出た高濃度リボイラー分離器入口流れ７６は、リボイラー／分離器７４に入る。リボイラー／分離器７４からの蒸気である流れ７８は、蒸留塔２４の底部に戻る。リボイル済み／分離器７４からの液体を、二次ＣＯ２冷媒流れ１０８及びリボイラー分離液体流れ８０へと分裂させる。流れ１０８は二次冷媒減圧装置１１０を用いて圧力を低下され、二次凝縮器冷媒流れ１１２を提供し、これは、蒸留塔２４に供給される必要な還流液体流れ１０４を生成するのに十分な冷却を提供する二次凝縮器９８に入る。二次凝縮器９８から出た二次冷媒出口流れ１１４は、一次冷媒出口流れ９０と組み合わせられ、エコノマイザーとしての入口クロス熱交換１６に入って、プロセスへの入口ガスを冷却する。生成物９２として熱交換１６から出たＣＯ２ガスを圧縮して、液体ＣＯ２流れ８４と組み合わせることができるかまたはＣＯ２ガス生成物流れとして保持できる。
【００２９】
６１０psiaで５８％のＣＯ２の入口ガスを用いた典型的な用途の場合、プロセスは、図面に示すように、５６５psiaで１０％のＣＯ２を含む炭化水素生成物を生成し、入口におけるメタンの９１％を回収する。ＣＯ２生成物ガス流れは９２．８％のＣＯ２を含み、２００psiaで８８．２％のＣＯ２を回収する。ＣＯ２液体生成物流れは９２．８％のＣＯ２を含み、６１０psiaで４．６％のＣＯ２を回収する。これは、この実施例の場合のＣＯ２の総回収９２．８％を与える。ガス状ＣＯ２を生成する任意のＣＯ２除去プロセスにおけるエネルギーの大きな需要は、ＣＯ２の圧縮である。ＣＯ２の圧縮は、高圧でのＣＯ２を必要とするプロジェクトの例えば向上した油回収、または雰囲気への排気を無くすためのＣＯ２の再注入のための制限要因となり得る。ＣＯ２生成物流れは比較的に高圧で生成され、外部冷凍を必要としないので、このプロセスのための圧縮要件は従来の蒸留プロセスのためのもの未満である。
【００３０】
本発明を、ある程度詳細に説明してきたが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明において使用される装置及び系の構成要素の構成及び配置、並びに本発明の方法を実施する工程及びそのシーケンスの詳細に多くの変更を行ってよいことは明らかである。本発明は、本明細書において例示のために述べる具体例に限定されるものではなく、各要素またはその工程に与えられる完全な範囲の同等物を含む添付の請求の範囲によってのみ限定されることは理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好適な具体例の概略流れ図を表す。
【図２】膜系からの透過流れを別個の凝縮器中で凝縮し、蒸留塔凝縮器からの蒸気に加えて、膜系のための供給物を提供する、本発明の系の概略流れ図を表す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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