(57)【要約】  酸性ガス除去システム（ＡＧＲＳ）と、硫黄成分除去システム（ＳＣＲＳ）を含む、生ガス流から酸性ガスを除去するためのシステム。酸性ガス除去システムが、サワーガス流を受け取り、これを主にメタンから構成されるオーバーヘッドガス流と、主に二酸化炭素から構成される底部酸性ガス流に分離する。硫黄成分除去システムは、酸性ガス除去システムの上流または下流のいずれかに設置される。ＳＣＲＳはガス流を、受け取り、ガス流を、硫化水素を含む第１の流体流と、二酸化炭素を含む第２の流体流に全般的に分離する。ＳＣＲＳがＡＧＲＳの上流にある場合、第２の流体流もまた主にメタンを含む。ＳＣＲＳがＡＧＲＳの下流にある場合、第２の流体流は、主に二酸化炭素である。様々な種類の硫黄成分除去システムを利用することができる。
2013509300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サワーガス流から酸性ガスを除去するためのシステムであって、
サワーガス流を、主にメタンから構成されるオーバーヘッドガス流と、主に二酸化炭素から構成される液化された底部酸性ガス流とに分離する極低温蒸留塔を利用する、サワーガス流を受け取るための酸性ガス除去システムと、
生ガス流を受け取り、生ガス流を、硫化水素流とサワーガス流に全般的に分離する、酸性ガス除去システムの上流の硫黄成分除去システムと
を含むシステム。
【請求項２】
生ガス流がおよそ４ｐｐｍから１００ｐｐｍの間の硫黄成分を含有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
極低温酸性ガス除去システムが、サワーガス流の極低温蒸留塔への侵入前にこれを冷やすための熱交換器をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
極低温蒸留塔が、下部蒸留域および主にメタンから構成される低温液体スプレーを受け取る中間部の制御された凍結域と、
オーバーヘッドメタン流を冷却するため、およびオーバーヘッドメタン流の一部分を低温スプレーとして極低温蒸留塔に戻すための極低温蒸留塔の下流の冷蔵機器と
を含み、塔がサワーガス流を受け取り、次いでこれをオーバーヘッドメタン流と底部酸性ガス流に分離する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
酸性ガス除去システムがバルク分別システムである、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
硫黄成分除去システムが、化学溶媒システムを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
化学溶媒が、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、Ｆｌｅｘｓｏｒｂ（登録商標）ファミリーの溶媒からの選択性アミン、またはこれらの組合せを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
化学溶媒システムが複数の並流の接触器を利用する、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
化学溶媒システムの並流の接触器が、
（ｉ）生ガス流および（ｉｉ）第２の液体溶媒を受け取るように設計された第１の並流の接触器であって、さらに（ｉｉｉ）主にメタンから構成される、第１の部分的にスウィートニングされたガス流および（ｉｖ）第１の部分充填されたガス処理溶液を放出するように設計された第１の並流の接触器と、
（ｉ）第１の部分的にスウィートニングされたガス流および（ｉｉ）第３の液体溶媒を受け取るように設計され、（ｉｉｉ）第２の部分的にスウィートニングされたガス流および（ｉｖ）第２の部分充填されたガス処理溶液を放出するように設計された第２の並流の接触器と、
（ｉ）前の部分的にスウィートニングされたガス流および（ｉｉ）再生された液体溶媒を受け取るように設計され、（ｉｉｉ）主にメタンから構成される最終のスウィートニングされたガス流、および（ｉｖ）最終の軽く充填されたガス処理溶液を放出するように設計された、最終の並流の接触器と
を含み、
硫化水素流が、第１の部分充填されたガス処理溶液および第２の部分充填されたガス処理溶液から少なくとも一部構成され、
再生された液体溶媒が、少なくとも第１の部分充填されたガス処理溶液および第２の部分充填されたガス処理溶液から硫化水素を実質的に取り出す働きをする再生された溶媒流から少なくとも一部構成される、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
少なくとも第１の部分充填されたガス処理溶液を受け取り、再生された液体溶媒を生成するように設計された液体溶媒再生器をさらに含む、請求項９に記載の化学溶媒システム。
【請求項１１】
液体溶媒および再生された液体溶媒がヒンダードアミン、第三級アミン、またはこれらの組合せを含む、請求項９に記載のガス処理施設。
【請求項１２】
化学溶媒システムの並流の接触器が、
第１の並流の接触器と、第２の並流の接触器と、最終の並流の接触器とを含み、
これら並流の接触器のそれぞれが、（ｉ）生ガス流および液体溶媒を受け取り、（ｉｉ）スウィートニングされたガス流および別々の充填されたガス処理溶液を放出するよう設計され、
第１の並流の接触器、第２の並流の接触器および最終の並流の接触器が、それぞれのスウィートニングされたガス流を次第にスウィートニングされたガス流として直列に送達するよう設計され、
最終の並流の接触器、第２の並流の接触器および第１の並流の接触器が、それぞれのガス処理溶液を次第にリッチになるガス処理溶液として直列に送達するよう配置されている、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
第１の並流の接触器が、（ｉ）初期ガス流および（ｉｉ）第２の液体溶媒を受け取り、（ｉｉｉ）第１の部分的にスウィートニングされたガス流および（ｉｖ）第１の部分充填されたガス処理溶液を放出し、
第２の並流の接触器が、（ｉ）第１の部分的にスウィートニングされたガス流を第１の並流の接触器から受け取り、（ｉｉ）第３の液体溶媒を受け取り、（ｉｉｉ）第２の部分的にスウィートニングされたガス流および（ｉｖ）第２の部分充填されたガス処理溶液を放出し、
最終の並流の接触器が、（ｉ）前の部分的にスウィートニングされたガス流および（ｉｉ）再生された液体溶媒を受け取り、（ｉｉｉ）最終のスウィートニングされたガス流および（ｉｖ）最終の軽く充填されたガス処理溶液を放出する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
硫黄成分除去システムが、物理溶剤を利用する物理溶剤システムを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項１５】
物理溶剤が、Ｎ−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、メチルシアノアセテート、冷蔵したメタノール、テトラメチレンスルホン、Ｓｅｌｅｘｏｌ（商標）、またはこれらの組合せを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
生ガス流を受け取り、生ガス流をサワーガス流および硫化水素流へと分離するための吸収体であって、硫化水素流が硫化水素および液体物理溶剤を含む吸収体と、
硫化水素流を処理して物理溶剤から硫化水素を分離するための少なくとも２つの分離器と、
物理溶剤を再生し、物理溶剤の少なくとも一部を吸収体に戻すための再生器と
を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
硫黄成分除去システムが、硫黄成分を実質的に吸着するための少なくとも１つの固体吸着床を含み、硫黄成分が少なくとも１つの固体吸着床が再生される際に硫化水素流として放出され、前記少なくとも１つの固体吸着床がサワーガス流としてメタンおよびＣＯ2を実質的に通過させる、請求項２に記載のシステム。
【請求項１８】
固体吸着床（ｉ）がゼオライト物質で作られているか、または（ｉｉ）少なくとも１つのモレキュラーシーブを含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
硫黄成分除去システムが、硫化水素流内の硫黄成分から二酸化炭素を分離するための分離器をさらに含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
再生が、圧力スイング吸着プロセスの一部である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの固体吸着床が、少なくとも３つの吸着床を含み、
少なくとも３つの吸着床のうちの第１の吸着床が、硫化水素を吸着するために使用され、
少なくとも３つの吸着床のうちの第２の吸着床において、再生が施され、
少なくとも３つの吸着床うちの第３の吸着床が、少なくとも３つの吸着床のうちの第１の吸着床の代替として取っておく、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
硫黄成分除去システムが、硫化水素流が分離器に入る前に、負の相対圧力を少なくとも３つの吸着床のうちの第１の吸着床にかけるための真空をさらに含み、少なくとも３つの吸着床のうちの第１の吸着床からの硫化水素の脱着を支援する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
再生が熱スイング吸着プロセスの一部である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの固体吸着床が、少なくとも３つの吸着床を含み、
少なくとも３つの吸着床のうちの第１の吸着床が硫化水素を吸着させるために使用され、
少なくとも３つの吸着床のうちの第２の吸着床において、再生が施され、
少なくとも３つの吸着床のうちの第３の吸着床が、少なくとも３つの吸着床のうちの第１の吸着床の代替として取っておく、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
硫黄成分除去システムが、（ｉ）再生ガスを受け取り、（ｉｉ）再生されたガスを加熱し、（ｉｉｉ）加熱再生されたガスからの熱を第２の吸着床に適用することによって、第２の吸着床から硫化水素を脱着させるための再生ガスヒーターをさらに含み、
再生ガスヒーターが第１の固体吸着床にガス流を放出することによって、ガス流を硫化水素流とサワーガス流に分離し、
硫黄成分除去システムが、硫化水素流から任意のメタンを分離するための分離器をさらに含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
硫黄成分除去システムが、硫化水素流を受け取り、これが分離器に入る前に硫化水素流体流を冷やすための冷却器をさらに含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
硫黄成分除去システムが、硫化水素を実質的に吸着するための少なくとも１つの固体吸着床を含み、硫化水素が少なくとも１つの固体吸着床が再生される際に硫化水素流として放出され、前記少なくとも１つの固体吸着床がサワーガス流としてメタンおよび二酸化炭素を実質的に通過させる、請求項２に記載のシステム。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの固体吸着床が吸着動的分離床である、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
硫黄成分除去システムが、レドックスシステムを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項３０】
レドックスシステムが、
生ガス流およびキレートされた酸化金属を受け取るための接触器であって、キレートされた酸化金属が生ガス流と混合され、還元酸化反応を起こし、（ｉ）キレートされた還元金属および元素硫黄を含む底部水溶液、ならびに（ｉｉ）メタンおよび二酸化炭素から構成されるオーバーヘッドガス流を放出する接触器と、
空気と共に底部水溶液を受け取り、酸化反応のためのチャンバーを提供するための酸化器であって、元素硫黄と共に水性のキレートされた金属混合物を放出する酸化器と、
元素硫黄と共に水性のキレートされた水性金属混合物を受け取り、元素硫黄と共に水性のキレートされた金属混合物を再生されたキレート金属触媒溶液と元素硫黄に分離するための分離器と、
再生されたキレートされた金属触媒溶液の少なくとも一部分を接触器に戻すように誘導するためのラインと
を含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
硫黄成分除去システムが、スカベンジャーシステムを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項３２】
スカベンジャーシステムが、
液体捕捉剤が生ガス流と混合するラインと、
生ガス流をサワーガス流と使用済みのスカベンジャー流に分離するための分離容器であって、使用済みのスカベンジャー流が硫化水素および液体捕捉剤を含む分離容器と
を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
オーバーヘッドガス流が、メタンばかりでなく、ヘリウム、窒素、またはこれらの組合せも含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項３４】
硫黄成分除去システムが、ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスを実施するためのシステムを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項３５】
硫黄成分除去システムが、
（ｉ）サワーガス流および（ｉｉ）スクラビング液として酸化ガスを受け取るための吸収体であって、酸化ガスが生ガス流と混合して化学反応を起こすことによって、（ｉ）サワーガス流を放出し、（ｉｉ）水、硫化水素および酸化ガスから構成される吸着剤を放出する吸収体と、
液体吸着剤を、（ｉ）主に炭化水素ガスおよび任意の取り込まれた水蒸気から構成されるオーバーヘッド気体流および（ｉｉ）硫黄溶液に分離するためのフラスコと、
炭化水素ガスから水を分離し、炭化水素ガスを生ガス流に戻すように送達するための分離容器と、
硫黄溶液を受け取るための結晶器であって、沈殿域内において硫黄結晶を用いて硫黄溶液に種結晶をまくことによって、溶解した硫黄の析出を生じさせ、（ｉ）結晶器の下部の部分から硫黄スラリーを放出し、（ｉｉ）液を結晶器の上部の部分から酸化ガスとして誘導し、液の一部分が吸収体に戻るように誘導する結晶器と、
硫黄スラリーを純粋な固体硫黄と透明な液に分離するためのフィルターであって、透明な液が結晶器に戻るように誘導されるフィルターと
をさらに含む、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
生ガス流が硫黄成分除去システムを通過する前にこれを受け取り、生ガス流を、脱水した生ガス流と、実質的に水性の流体から構成される流れに分離するための脱水器具をさらに含むシステムであって、
硫黄成分除去システムが受け取る生ガス流が、脱水した生ガス流である、請求項２に記載のシステム。
【請求項３７】
サワーガス流を受け取るための酸性ガス除去システムであって、サワーガス流にはおよそ１０％未満の硫黄成分が含まれ、サワーガス流を、主にメタンから構成されるオーバーヘッドガス流と、主に二酸化炭素および硫黄成分から構成される液体底部酸性ガス流に分離する極低温蒸留塔を利用する酸性ガス除去システムと、
酸性ガス除去システムの下流の硫黄成分除去システムであって、底部酸性ガス流を受け取り、底部酸性ガス流を二酸化炭素流体流と硫化水素流に全般的に分離する硫黄成分除去システムと
を含む、サワーガス流から酸性ガスを除去するためのシステム。
【請求項３８】
酸性ガス除去システムが、サワーガス流の蒸留塔への侵入前にこれを冷やすための熱交換器をさらに含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
極低温蒸留塔が、
下部蒸留域および主にメタンから構成される低温液体スプレーを受け取る中間部の制御された凍結域であって、塔がサワーガス流を受け取り、次いでサワーガス流をオーバーヘッドメタン流と液化された底部酸性ガス流に分離する中間部の制御された凍結域と、
オーバーヘッドメタン流を冷却し、オーバーヘッドメタン流の一部分を液体還流として極低温蒸留塔に戻すための極低温蒸留塔の下流の冷蔵機器と
を含む、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
硫黄成分除去システムが、
底部酸性ガス流から硫化水素を実質的に吸着するための少なくとも１つの固体吸着床であって、硫化水素が前記少なくとも１つの固体吸着床が再生される際に硫化水素流として放出され、前記少なくとも１つの固体吸着床が二酸化炭素流体流として二酸化炭素を含む酸性ガスを実質的に通過させる、少なくとも１つの固体吸着床を含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの固体吸着床が、少なくとも１つの吸着動的分離床を含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
硫黄成分除去システムが、少なくとも２つの抽出蒸留カラムを有する抽出蒸留システムを含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４３】
抽出蒸留システムが、
プロパン回収カラムとして働く第１の抽出蒸留カラムであって、プロパン回収カラムによって、溶媒と酸性ガス流とが混合して酸性ガスを吸収することにより、別々に二酸化炭素流を放出しながら、溶媒が溶媒底部流としてカラムを離れるように作用する第１の抽出蒸留カラムと、
ＣＯ2除去カラムとして働く第２の抽出蒸留カラムであって、ＣＯ2除去カラムによって、溶媒および重質炭化水素が、別々にＣＯ2を放出しながら、第２の溶媒底部流として酸性ガス除去カラムを離れるように作用する第２の抽出蒸留カラムと、
添加物回収カラムとして働く第３の抽出蒸留カラムであって、添加物回収カラムが蒸留の仕組みを使用することによって、液体天然ガスがカラムオーバーヘッドから別々に出る間に、底部溶媒流が再生された添加物として放出されるように、「液体天然ガス」として知られている重質炭化水素成分を溶媒から分離する第３の抽出蒸留カラムと
を含む、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
サワーガス流がおよそ１％未満の硫黄成分を含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４５】
サワーガス流が、およそ４ｐｐｍから１００ｐｐｍの間の硫黄成分を含む、請求項３７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
本願は、２００９年１１月２日に出願した、その全体が本明細書に参照により組み込まれている、硫化水素の除去によって、炭化水素ガス流から酸性ガスを除去するための極低温システムという表題の、米国仮特許出願第６１／２５７，２７７号への利益を主張する。
【０００２】
本セクションは、本開示の代表的な実施形態に関連し得る、本発明の技術の様々な態様を紹介することを意図している。この考察は、本開示の特定の態様のより良い理解を促進するためのフレームワークを提供するための手助けとなると考えられる。したがって、本セクションは、この観点から読み取るべきであり、必ずしも従来技術の承認として読み取るべきではないことを理解すべきである。
本発明は、流体分離の分野に関する。より具体的には本発明は、炭化水素の流体流から硫化水素と他の酸性ガスの両方を分離することに関する。
【背景技術】
【０００３】
貯留層からの炭化水素の生成は、非炭化水素ガスの偶発的生成が伴うことが多い。このようなガスとして、汚染物質、例えば硫化水素（Ｈ2Ｓ）および二酸化炭素（ＣＯ2）などが挙げられる。Ｈ2ＳおよびＣＯ2が炭化水素ガス流（例えばメタンまたはエタンなど）の一部として生成される場合、このガス流は、たびたび「サワーガス」と呼ばれる。
サワーガスは、さらなる処理または販売のために下流に送られる前に、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ、および他の汚染物質を除去するために通常処理される。酸性ガスの除去により、「スウィートニングされた」炭化水素ガス流が生成される。このスウィートニングされた流れは、環境的に許容可能な燃料としてまたは化学薬品もしくはガスから液体を生成する施設への供給原料として使用することができる。スウィートニングされたガス流を冷やす(chill)ことによって、液化天然ガス、すなわちＬＮＧを形成することができる。
【０００４】
このガス分離プロセスは、分離した汚染物質の処分に関して問題を引き起こす。場合によっては、濃い酸性ガス（主にＨ2ＳおよびＣＯ2からなる）は硫黄回収ユニット（「ＳＲＵ」）に送られる。このＳＲＵは、Ｈ2Ｓを良性の元素硫黄に変換する。しかし、ある地域において（例えばカスピ海地域など）は、市場が限定されているため、追加の元素硫黄の生成は切望されない。したがって、何百万トンもの硫黄が、世界のある地域（最も名が知れているのはカナダおよびカザフスタン）の、大きな、地上ブロックに貯留されている。
硫黄が地上に貯留されている間に、酸性ガスに伴う二酸化炭素は、多くの場合大気に放出される。しかし、ＣＯ2放出の実施が、切望されない場合がある。ＣＯ2排出を最小限に抑える１つの提案は、酸性ガス注入（「ＡＧＩ」）と呼ばれるプロセスである。ＡＧＩとは、望ましくないサワーガスを、加圧下で地下構造に再注入し、後日見込まれる使用のために隔離することを意味する。あるいは、油回収作業を強化するために、二酸化炭素を使用して、人工貯留層の圧力を作り出す。
【０００５】
ＡＧＩを促進するため、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所有することが望ましい。しかし、およそ１５％または２０％を超えるＣＯ2および／またはＨ2Ｓを含有する生産物流である「極めてサワーである」流れに対して、所望の炭化水素から汚染物質を経済的に分離することができる施設を設計、建設、および作動することは特に困難となり得る。多くの天然ガス貯留層は、比較的に低いパーセンテージの炭化水素（例えば４０％未満）および高いパーセンテージの酸性ガス、主に二酸化炭素を含有するが、硫化水素、硫化カルボニル、二硫化炭素および様々なメルカプタンも含有する。これらの場合、極低温ガス処理を採用するのが有利となり得る。
【０００６】
極低温ガス処理は、ガス分離に対してたびたび使用される蒸留プロセスである。極低温ガス分離は、中等度の圧力（例えば，１平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）当たり３５０〜５５０ポンド）で、冷却したオーバーヘッドガス流を生成する。さらに、液化された酸性ガスが「底部」生成物として生成される。液化された酸性ガスは，比較的高密度であることから、注入プロセスを援助するために流体静力学的ヘッドをＡＧＩ坑井において有利に使用することができる。これは、液化された酸性ガスを構造内にポンプで入れるのに必要なエネルギーは、低圧力の酸性ガスを貯留層圧力へと圧縮するのに必要なエネルギーよりも低いことを意味する。コンプレッサーおよびポンプの段階がより少ないことが必要とされる。
【０００７】
サワーガスの極低温蒸留に関しては、難題も存在する。処理すべきガスの中に、およそ７００ｐｓｉｇ未満の全圧力において、ＣＯ2がおよそ５モルパーセントを超える濃度で存在する場合、これは、標準の極低温蒸留ユニットにおいて固体として凍結することになる。ＣＯ2が固体として形成すると、極低温蒸留プロセスを破壊する。この問題を回避するため、譲受人は、様々な「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｆｒｅｅｚｅ  Ｚｏｎｅ（商標）」（ＣＦＺ（商標））プロセスをこれまでに設計してきた。このＣＦＺ（商標）プロセスは、蒸留塔の開口部分内に凍結したＣＯ2粒子を形成させることを可能にし、次いで溶融トレイ上で粒子を捕らえることによって、固体粒子を形成する二酸化炭素の傾向をうまく活用する。その結果、きれいなメタン流（生ガス中に存在する任意の窒素またはヘリウムと共に）が、塔の最上部に生成され、その一方で低温の液体ＣＯ2／Ｈ2Ｓ流が塔の底部に生成される。およそ７００ｐｓｉｇよりも高い圧力で、ＣＯ2の凍結を心配することなく「バルク分取」蒸留を行うことができる。しかし、オーバーヘッドに生成されるメタンは、その中に少なくとも数パーセントのＣＯ2を有することになる。
【０００８】
特定の態様のＣＦＺ（商標）プロセスおよび関連機器は、米国特許第４，５３３，３７２号、米国特許第４，９２３，４９３号、米国特許第５，０６２，２７０号、米国特許第５，１２０，３３８号および米国特許第６，０５３，００７号に記載されている。
上記の米国特許に全般的に記載されているように、極低温ガス処理のために使用される蒸留塔、またはカラムは、下部蒸留域と中間部の制御された凍結域とを含む。上部蒸留域も含まれることが好ましい。二酸化炭素の凝固点よりは低いが、その圧力でメタンの沸点より高い温度領域を有するカラムの一部分を提供することにより、カラムが作動して固体ＣＯ2粒子を生成する。制御された凍結域は、ＣＯ2に凍結した（固体）粒子を形成させながら、メタンおよび他の軽質炭化水素ガスの気化を可能とするような温度および圧力で作動することがより好ましい。
【０００９】
ガス供給流がカラムを上方に移動するにつれて、凍結したＣＯ2粒子は、供給流を抜け出し、制御された凍結域から溶融トレイへと重力によって下降する。この溶融トレイで、粒子が液化する。次いで二酸化炭素リッチな液体流は、溶融トレイから、カラム底部の下部蒸留域へと流れ落ちる。下部蒸留域は、実質的にいかなる二酸化炭素固体も形成されないが、溶解したメタンは煮沸して取り除かれるように温度および圧力が維持されている。一態様において、底部酸性ガス流は、３０°から４０°Ｆで生成される。
一実施形態において、一部のまたはすべての凍結したＣＯ2粒子は、凍結域の底部のトレイ上に収集することができる。次いで粒子は、さらなる処理のために蒸留塔から運び出される。
制御された凍結域は、低温液体スプレーを含む。このスプレーは、「還流」として知られる、メタンリッチな液体流である。軽質炭化水素ガスおよび取り込まれたサワーガスの気体流が、カラムを介して上方に移動するにつれて、気体流は液体スプレーに遭遇する。低温液体スプレーは、メタンガスを蒸発させ、カラム内を上方に流動させながら、固体ＣＯ2粒子が抜け出るよう補助する。
【００１０】
上部蒸留域において、メタン（またはオーバーヘッドガス）は、捕獲され、管より導き出されて販売されるか、または燃料として使用可能にされる。一態様において、オーバーヘッドメタン流は、およそ−１３０°Ｆ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、この液体は還流としてカラムに戻ることもできる。液体還流は、通常カラムの精留セクションのトレイまたは充填物を通過して流れた後で、制御された凍結域のスプレーセクションに低温スプレーとして注入される。
上部蒸留域で生成されたメタンは、パイプラインデリバリー用の大部分の規格を満たしている。例えば、メタンは、十分な還流が生成され、および／または上部蒸留域において充填物またはトレイからの十分な分離の段階が存在する場合、パイプラインのＣＯ2規格２モルパーセント未満、ならびにＨ2Ｓ規格４ｐｐｍを満たすことができる。しかし、元の生ガス流が硫化水素（または他の硫黄含有化合物）を含有する場合、これらは、二酸化炭素および硫化水素の液体塔底流で終わってしまうことになる。
【００１１】
硫化水素は、空気より重質の有毒なガスである。これは、坑井および表面機器を腐食する。硫化水素が水の存在下で金属導管およびバルブに接触した場合、硫化鉄の腐食が生じ得る。したがって、硫化水素および他の硫黄成分は、これが低温蒸留カラムに入る前に、生ガス流から除去することが望ましい。これによって、「よりスウィートな」ガス流のカラムへの供給が可能となる。極低温プロセスにより生成されたＣＯ2は、このようにＨ2Ｓを実質的に含まないので、例えば油回収の強化のために使用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
サワーガス除去のために極低温蒸留を施す前に、天然の生ガス流からＨ2Ｓおよびメルカプタンの含有量を削減するシステムが必要となる。あるいは、極低温ガス分離システムおよびＣＦＺ塔からの酸性ガス底部流の下流から硫化水素を抽出する付随的プロセスが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
サワーガス流から酸性ガスを除去するためのシステムが提供される。一実施形態において、このシステムは、酸性ガス除去システムを含む。この酸性ガス除去システムは、サワーガス流を、主にメタンから構成されるオーバーヘッドガス流と、主に二酸化炭素から構成される液化された底部酸性ガス流とに分離する極低温蒸留塔を利用している。このシステムはまた、硫黄成分除去システムを含む。この硫黄成分除去システムは、酸性ガス除去システムの上流に設置される。この硫黄成分除去システムは、生ガス流を受け取り、生ガス流を全般的に、硫化水素を有する流体流と、サワーガス流とに分離する。
サワーガス流は、およそ４ｐｐｍから１００ｐｐｍの間の硫黄成分を含むことが好ましい。このような成分は、硫化水素、硫化カルボニル、および様々なメルカプタンであってよい。
極低温酸性ガス除去システムは、蒸留塔へ侵入する前にサワーガス流を冷やすための冷蔵システムを含むことが好ましい。極低温酸性ガス除去システムは、蒸留塔が、下部蒸留域および中間部の制御された凍結域を有する、「ＣＦＺ」システムであることが好ましい。中間部の制御された凍結域、または「スプレーセクション」は、主にメタンで構成される低温液体スプレーを受け取る。この低温スプレーは、蒸留塔のオーバーヘッドループ下流から生成される液体還流である。冷蔵機器は、オーバーヘッドメタン流を冷却し、オーバーヘッドメタン流の一部分を低温液体還流として極低温蒸留塔へ戻すため、極低温蒸留塔の下流に提供される。
【００１４】
極低温蒸留システム以外の他の酸性ガス除去システムを採用することができることを理解されたい。例えば、酸性ガス除去システムは、ＣＯ2と共にＨ2Ｓも拒絶する傾向にある物理溶媒系であってよい。この酸性ガス除去システムは、バルク分取を採用してもよい。
【００１５】
様々なタイプの硫黄成分除去システムを利用することができる。これらは、サワーガス流から硫黄含有成分を分離するために物理溶媒を採用しているシステムを含む。これらはまた、レドックスプロセス、およびいわゆるスカベンジャーの使用を含んでもよい。これらはまた、いわゆる「ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆ」プロセスを含んでもよい。
一態様において、硫黄成分除去システムは、少なくとも１つの固体吸着床を含む。少なくとも１つの固体吸着床は、メタンガスおよび二酸化炭素をサワーガス流として通過させる一方で、少なくとも一部の硫化水素を吸着する。この固体吸着床は、例えば、（１）ゼオライト材料から作られていてもよいし、または（ｉｉ）少なくとも１つのモレキュラーシーブを含んでもよい。固体吸着床は、少なくともいくらかの水を偶発的に吸着してもよい。
少なくとも１つの固体吸着床は、吸着動的分離床であってよい。あるいは、少なくとも１つの固体吸着床は、少なくとも３つの固体吸着床を含むこともでき、（ｉ）少なくとも３つの固体吸着床のうちの第１の床は、硫黄成分を吸着するために使用され、（ｉｉ）少なくとも３つの固体吸着床のうちの第２の床には、再生が施され、および（ｉｉｉ）少なくとも３つの固体吸着床のうちの第３の床は、少なくとも３つの固体吸着床の第１の床の代替として取っておく。再生は、熱スイング吸着プロセスの一部、圧力スイング吸着プロセスの一部、またはこれらの組合せであってよい。
【００１６】
別の実施形態において、硫黄成分除去システムは、選択性アミンなどの化学溶媒を採用している。この例では、硫黄成分除去システムは、複数の並流接触装置を利用することが好ましい。
物理溶媒系または化学溶媒系の代わりに、またはこれらに加えて、他のタイプの硫黄成分除去システムを利用することもできる。このような系は、レドックスシステム、少なくとも１つの固体吸着床の使用、または少なくとも１つの吸収動的分離床の使用を含み得る。
サワーガス流から酸性ガスを除去するための分離システムもまた本明細書中に提供されている。このシステムにおいて、硫化水素および他の硫黄含有化合物は、酸性ガス除去システムの下流で実質的に除去される。このシステムは、酸性ガス流を処理するように設計されている。酸性ガス流は、およそ４ｐｐｍから１００ｐｐｍの間の硫黄成分を最初に含む生ガス流から得られる。
【００１７】
一実施形態において、システムは、酸性ガス除去システムを含む。この酸性ガス除去システムは、生ガス流を受け取り、この生ガス流を、主にメタンで構成されるオーバーヘッドガス流と、主に二酸化炭素から構成される底部液体酸性ガス流とに分離する。硫化水素はまた、底部酸性ガス流内に存在することになる。システムはまた、硫黄成分除去システムも含む。硫黄成分除去システムは、酸性ガス除去システムの下流に設置される。硫黄成分除去システムは、底部酸性ガス流を受け取り、底部酸性ガス流を全般的に、二酸化炭素流と、主に硫黄含有化合物を有する別の流れとに分離する。
【００１８】
酸性ガス除去システムは、極低温酸性ガス除去システムであることが好ましい。極低温酸性ガス除去システムは、生ガス流を受け取るための蒸留塔と、蒸留塔に侵入する前の生ガス流を冷やすための冷蔵システムとを含む。極低温酸性ガス除去システムは、蒸留塔が下部蒸留域と、中間部の制御された凍結域とを有する「ＣＦＺ」システムであることが好ましい。中間部の制御された凍結域、または「スプレーセクション」は、主にメタンで構成される低温液体スプレーを受け取る。この低温スプレーは、蒸留塔のオーバーヘッドループ下流から生成される液体還流である。冷蔵機器は、オーバーヘッドメタン流を冷却し、オーバーヘッドメタン流の一部分を液体である還流として極低温蒸留塔へ戻すため、極低温蒸留塔の下流に提供される。
【００１９】
様々なタイプの硫黄成分除去システムを利用することができる。一態様において、この硫黄成分除去システムは、少なくとも１つの固体吸着床を含む。この少なくとも１つの固体吸着床は、底部酸性ガス流から少なくともいくらかの硫黄含有成分を吸着し、二酸化炭素ガスを実質的に通過させる。固体吸着床は、例えば、吸着動的分離（ＡＫＳ）を使用することができる。このＡＫＳ床は、少なくともいくらかの二酸化炭素を偶発的に吸着してよい。この例では、ＡＫＳ硫黄成分除去システムはまた、重力分離器などの分離器を含むことが好ましい。この重力分離器は、液体の重質炭化水素成分および硫化水素を例えばガス状のＣＯ2から分離する。
あるいは、固体吸着床は、Ｈ2Ｓと直接反応し、硫化鉄を形成することによってこれを除去するための鉄スポンジであってよい。
【００２０】
別の態様では、硫黄成分除去システムは、抽出蒸留プロセスを含む。この抽出蒸留プロセスは、少なくとも２つの溶媒回収カラムを採用している。第１のカラムは、底部酸性ガス流を受け取り、底部酸性ガス流を、主に二酸化炭素で構成される第１の流体流と、主に溶媒および硫黄含有化合物で構成される第２の流体流とに分離する。
【００２１】
本発明をより良く理解できるように、特定の図解、チャートおよび／またはフローチャートを本明細書に添付する。しかし、ここで注意すべきことは、これらの図は、本発明の選択された実施形態しか例示しておらず、したがって範囲を制限するものと考えられてはならない。なぜなら、本発明は、他の同様に効果的な実施形態および応用を受け入れることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一実施形態における例示的なＣＦＺ蒸留塔の側面図である。冷やされた生ガス流は、塔の中間部の制御された凍結域へと注入される。
【図２Ａ】一実施形態における溶融トレイの平面図である。溶融トレイは、塔内において、制御された凍結域の下に存在する。
【図２Ｂ】図２Ａの溶融トレイの、線２Ｂ−２Ｂに沿った横断面図である。
【図２Ｃ】図２Ａの溶融トレイの、線２Ｃ−２Ｃに沿った横断面図である。
【図３】一実施形態における、蒸留塔の下部蒸留域内のストリッピングトレイの拡大側面図である。
【図４Ａ】一実施形態において、蒸留塔の下部蒸留セクションまたは上部蒸留セクションのいずれかで使用することができるジェットトレイの透視図である。
【図４Ｂ】図４Ａのジェットトレイの中の、１つの開口の側面図である。
【図５】図１の蒸留塔の中間部の制御された凍結域の側面図である。この図において、２つの例示的開口調節板が中間部の制御された凍結域に付加されている。
【図６】一実施形態において、本発明に従いガス流から酸性ガスを除去するためのガス処理施設を示す概略図である。ガス処理施設は、酸性ガス除去システム上流に溶媒プロセスを採用している。
【図７Ａ】一実施形態において、図６の溶媒系の詳細な概略図を提供している。ここで溶媒系は、硫化水素を除去するために、脱水されたガス流と接触するよう作動する物理溶媒系である。
【図７Ｂ】代替実施形態において、図６の溶媒系の詳細な概略図を提供している。ここで溶媒系は、硫化水素を除去するために、脱水されたガス流と接触するよう作動する化学溶媒系である。
【図８】一実施形態において、本発明に従いガス流から酸性ガスを除去するためのガス処理施設を示す概略図である。この配置において、硫化水素は、レドックスプロセスを用いて、酸性ガス除去システムの上流でガス流から除去される。
【図９】一実施形態において、本発明に従いガス流から酸性ガスを除去するためのガス処理施設を示す概略図である。この配置において、硫化水素は、スカベンジャーを用いて酸性ガス除去システムの上流でガス流から除去される。
【図１０】一実施形態において、本発明に従いガス流から酸性ガスを除去するためのガス処理施設を示す概略図である。この配置において、硫化水素は、ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスを用いて酸性ガス除去システムの上流でガス流から除去される。
【図１１】一実施形態において、本発明に従いガス流から酸性ガスを除去するためのガス処理施設を示す概略図である。この配置において、硫化水素は、熱スイング吸着システムを用いて酸性ガス除去システムの上流でガス流から除去される。
【図１２】一実施形態において、本発明に従いガス流から酸性ガスを除去するためのガス処理施設を示す概略図である。この配置において、硫化水素は、圧力スイング吸着システムを用いて酸性ガス除去システムの上流でガス流から除去される。
【図１３】別の実施形態における本発明のガス処理施設を示す概略図である。この配置において、硫化水素は、吸着動的分離を利用する吸着床を用いて酸性ガス除去システムの上流でガス流から除去される。
【図１４】別の実施形態における本発明のガス処理施設を示す概略図である。この配置において、硫化水素は、吸着動的分離を利用する吸着床を用いて酸性ガス除去システムの下流でガス流から除去される。
【図１５Ａ】別の実施形態における本発明のガス処理施設の概略図である。この配置において、硫化水素は、抽出蒸留プロセスを用いて酸性ガス除去システムの下流でガス流から除去される。
【図１５Ｂ】図１５Ａの抽出蒸留プロセスのためのガス処理施設の詳細な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
定義
本明細書で使用する場合、「炭化水素」という用語は、独占的ではないが主に、元素水素および炭素を含む有機化合物を指す。炭化水素は、全般的に２つのクラスに分かれる：脂肪または直鎖炭化水素、および環式テルペンを含めた環式または閉鎖炭化水素環。炭化水素含有物質の例として、燃料として使用することができるか、または品質を向上させて燃料にすることができる、任意の形態の天然ガス、油、石炭、およびビチューメンが挙げられる。
【００２４】
本明細書で使用する場合、「炭化水素流体」という用語は、ガスまたは液体である、炭化水素または炭化水素混合物を指す。例えば、炭化水素流体は、形成条件、処理条件または周囲条件（１５℃および１ａｔｍ気圧）においてガスまたは液体である炭化水素または炭化水素混合物を含み得る。炭化水素流体は、例えば、油、天然ガス、炭層メタン、シェール油、熱分解油、熱分解ガス、石炭の熱分解生成物およびガス状または液体状態である他の炭化水素を含み得る。
「物質移動装置」という用語は、接触させるべき流体を受け取り、例えば重力流などを介してこれら流体を他の対象へと回す任意の対象を指す。１つの非限定的な例が、特定の成分をストリッピングするためのトレイである。グリッド充填はもう１つの例である。
【００２５】
本明細書で使用する場合、「流体」という用語は、ガス、液体、およびガスと液体の組合せ、ならびにガスと固体の組合せおよび液体と固体の組合せを指す。
本明細書で使用する場合、「凝縮できる炭化水素」という用語は、およそ１５℃および１絶対大気圧で凝縮する炭化水素を意味する。凝縮できる炭化水素は、例えば４を超える炭素数を有する炭化水素混合物を含み得る。
本明細書で使用する場合、「重質炭化水素」という用語は、１個を超える炭素原子を有する炭化水素を指す。主要な例として、エタン、プロパンおよびブタンが挙げられる。他の例として、ペンタン、芳香族、またはダイヤモンドイドが挙げられる。
【００２６】
本明細書で使用する場合、「閉ループ冷蔵システム」という用語は、外部からの作用する流体、例えばプロパンまたはエチレンなどが、オーバーヘッドメタン流を冷やすための冷却剤として使用されている任意の冷蔵システムを意味する。これは、オーバーヘッドメタン流それ自体の一部分が作用する流体として使用される「開ループ冷蔵システム」と対照的である。
本明細書で使用する場合、「並流の接触装置」または「並流の接触器」という用語とは、（ｉ）ガスの流れおよび（ｉｉ）溶媒の別の流れが、接触装置内で全般的に同じ方向に流れている間に、これらガス流と溶媒流が互いに接触するような形でこれらの流れを受ける容器を意味する。非限定的な例として、排出装置およびコアレッサー、または静的混合機プラスデリキダイザーが挙げられる。
「非吸収ガス」とは、ガススウィートニングプロセスの間に溶媒により有意に吸収されないガスを意味する。
本明細書で使用する場合、「天然ガス」という用語は、原油井（随伴ガス）または地下のガス保有構造（非随伴ガス）から得られる多成分ガスを指す。天然ガスの組成および圧力は、有意に異なる可能性がある。典型的な天然ガス流は、メタン（Ｃ1）を有意な成分として含有する。天然のガス流はまた、エタン（Ｃ2）、より高い分子量の炭化水素、および１つまたは複数の酸性ガスを含有し得る。天然ガスはまた、微量な汚染物質、例えば水、窒素、ろう、および原油などを含有し得る。
【００２７】
本明細書で使用する場合、「酸性ガス」は、酸性溶液を生成する水中に溶解している任意のガスを意味する。酸性ガスの非限定的な例として、硫化水素（Ｈ2Ｓ）および二酸化炭素（ＣＯ2）が挙げられる。硫黄化合物として、二硫化炭素（ＣＳ2）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、メルカプタン、またはこれらの混合物が挙げられる。
【００２８】
「液体溶媒」という用語は、酸性ガスを優先的に吸収し、これによってガス流から酸性ガス成分の少なくとも一部分を除去するまたは「スクラビングで取り除く」、実質的には液相の流体を意味する。ガス流は、炭化水素ガス流または他のガス流、例えば窒素を有するガス流などであってよい。
「スウィートニングされたガス流」とは、除去した酸性ガス成分の少なくとも一部分を有していた実質的には気相の流体流を指す。
本明細書で使用する場合、選択されたガス成分をガス流から吸収性液体で除去することに関して「リーン」および「リッチ」という用語は、相対的であり、選択されたガス成分の含有量の程度がそれぞれ、より少ないまたはより大きいことを単に意味するだけにすぎない。それぞれの「リーン」および「リッチ」という用語は、それぞれ、吸収性液体は選択されたガス成分を完全に有していないか、または選択されたガス成分をそれ以上吸収することができないかのいずれかを必ずしも示しているまたは必要とするわけではない。実際に、一連の２つ以上の接触器の中の第１の接触器内で生成されたいわゆる「リッチ」な吸収性液体は、本明細書中のこれより以下から明らかなように、残りの吸収能力を有意にまたは多く保持していることが好ましい。逆に「リーン」な吸収性液体は、大幅な吸収が可能であるが、除去されているガス成分の微量な濃縮物を保持することもできることを理解されたい。
【００２９】
「生ガス流」という用語は、流体が主に気相であり、二酸化炭素、硫化水素、または他の酸性成分を除去するためのステップが行われていない炭化水素の流体流を指す。
【００３０】
「サワーガス流」という用語は、流体が主に気相であり、少なくとも３モルパーセントの二酸化炭素および／または４ｐｐｍを超える硫化水素を含有する、炭化水素の流体流を指す。
本明細書で使用する場合、「表面下」という用語は、土表面の下に生じる地層を指す。
【００３１】
具体的な実施形態の説明
図１は、一実施形態において本発明と関連して使用し得る極低温蒸留塔１００の概略図を提示している。この極低温蒸留塔１００は、本明細書中、「極低温蒸留塔」、「カラム」、「ＣＦＺカラム」、またはただの「塔」と交換可能なように呼ぶことができる。
図１の極低温蒸留塔１００は、初期流体流１０を受ける。この流体流１０は、主に生産ガスで構成される。一般に、流体流は、坑井先端または坑井先端の一群（示されていない）からの乾燥したガス流を示し、およそ６５％からおよそ９５％のメタンを含有する。しかし，流体流１０は、より低いパーセンテージのメタン、例えばおよそ３０％から６５％、またはさらに２０％から４０％まで低いパーセンテージのメタンを含有し得る。
【００３２】
メタンは、他の炭化水素ガスの微量元素、例えばエタンなどと共に存在し得る。さらに、微量のヘリウムおよび窒素が存在し得る。本出願において、流体流１０はまた特定の汚染物質も含むことになる。これら汚染物質として、酸性ガス、例えばＣＯ2およびＨ2Ｓなどが挙げられる。
初期流体流１０には、１平方インチ（ｐｓｉ）当たり約６００ポンドの生産後圧力がかかり得る。場合によっては、初期流体流１０の圧力は、およそ７５０ｐｓｉまで、またはさらには１，０００ｐｓｉとなり得る。
流体流１０は、通常蒸留塔１００に入る前に冷やされる。熱交換器１５０、例えば円筒多管式熱交換器などが初期流体流１０用に提供されている。冷蔵ユニット（示されていない）は、冷やされた流体（例えば液体プロパンなど）を熱交換器１５０に提供することによって、初期流体流１０をおよそ−３０°から−４０°Ｆまで低い温度に低下させる。冷やされた流体流は、次いで膨張装置１５２を介して移動することができる。この膨張装置１５２は、例えばＪｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ（「Ｊ−Ｔ」）バルブであってよい。
【００３３】
膨張装置１５２は、流体流１０のさらなる冷却を達成するために膨張器としての機能を果たす。流体流１０の部分的な液化が成し遂げられるのが好ましい。Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ（または「Ｊ−Ｔ」）バルブは、固体を形成する傾向があるガス供給流に対して好ましい。膨張装置１５２は、供給管における熱損失を最小限に抑え、一部の成分（例えばＣＯ2またはベンゼンなど）がこれらの凝固点未満で滴下された場合、固体によって詰まる可能性を最小限に抑えるために、極低温蒸留塔１００に近接して組み込まれるのが好ましい。
Ｊ−Ｔバルブの代替として、膨張器装置１５２は、ターボ膨張器であってよい。ターボ膨張器は、より多くの冷却をもたらし、上述した冷蔵ユニットのようなプロセス用のシャフトワークの供給元を作り出す。熱交換器１５０は、冷蔵ユニットの一部である。このようにして、オペレーターは、蒸留プロセスの全エネルギー所要量を最小限に抑えることができる。しかし、ターボ膨張器は、Ｊ−Ｔバルブのようにうまく凍結した粒子を取り扱うことはできない。
【００３４】
いずれの場合にも、熱交換器１５０および膨張器装置１５２は、初期流体流１０中の生ガスを冷やされた流体流１２に変換する。冷やされた流体流１２の温度は約−４０°から−７０°Ｆが好ましい。一態様において、極低温蒸留塔１００は、およそ５５０ｐｓｉの圧力で作動し、冷やされた流体流１２は約−６２°Ｆで作動する。一部の気体相は、冷やされた流体流１２へと必然的に取り込まれてもよいが、これらの条件下では、冷やされた流体流１２は、実質的に液相である。おそらく、ＣＯ2の存在下では、いかなる固体形成も生じない。
【００３５】
ＣＦＺ極低温蒸留塔１００は、３つの主要セクションに分けられる。これらは、下部蒸留域、または「ストリッピングセクション」１０６、中間部の制御された凍結域、または「スプレーセクション」１０８、および上部蒸留域、または「精留セクション」１１０である。図１の塔配置において、冷やされた流体流１２は、制御された凍結域１０８内の蒸留塔１００内に導入される。しかし冷やされた流体流１２は、代わりに下部蒸留域１０６の最上部付近に導入されてもよい。
【００３６】
図１の配置において、下部蒸留域１０６、中間部のスプレーセクション１０８、上部蒸留域１１０、および関連する構成要素は、単一容器１００の内部に収納されていることに注意されたい。しかし、塔１００の高さおよび動作の検討事項を考慮しなければならない可能性のある沖合での用途に対して、または輸送に制限があることが問題となる遠隔地に対しては、塔１１０を、２つの別々の圧力容器に分割してもよい（示されていない）。例えば、下部蒸留域１０６および制御された凍結域１０８を一容器に配置し、上部蒸留域１０８を別の容器に配置してもよい。次いで外部の配管を使用して、２つの容器を相互接続する。
【００３７】
いずれの実施形態においても、下部蒸留域１０６の温度は、冷やされた流体流１２の供給温度より高い。下部蒸留域１０６の温度は、カラム１００の作動圧において、冷やされた流体流１２中のメタンの沸点よりもかなり上になるように設計されている。この方法で、メタンは、より重質な炭化水素および液体酸性ガス成分から優先的に取り除かれる。もちろん、当業者であれば、蒸留塔１００内の液体は混合物であり、すなわちこれは純粋なメタンと純粋なＣＯ2の間のある中間の温度で液体が「沸騰する」ことを意味することを理解されたい。さらに、この混合物（例えばエタンまたはプロパンなど）の中により重質な炭化水素が存在する場合、この混合物の沸点は上昇することになる。これらの要素は、極低温蒸留塔１００内の作動温度に対する設計の検討材料となる。
【００３８】
下部蒸留域１０６において、ＣＯ2および任意の他の液相の流体は、極低温蒸留塔１００の底部に向かって重力により落下する。同時に、メタンおよび他の気体相の流体は、抜け出して塔１００の最上部に向かって上方に上昇する。この分離はガス相と液相の間の密度の差を介して主に遂行される。しかし、この分離プロセスは、蒸留塔１００の内部の構成要素により補助されてもよい。以下に記載されているように、これらは溶融トレイ１３０、複数の有利に設計された物質移動装置１２６、および場合によるヒーター系統２５を含む。サイドリボイラー（１７３を参照されたい）を、同様に下部蒸留域１０６に付加することによって、メタンの除去を促進することができる。
【００３９】
再び図１を参照すると、冷やされた流体流１２は、下部蒸留域１０６の最上部付近でカラム１００に導入することができる。代わりに溶融トレイ１３０の上で制御された凍結域１０８に供給流１２を導入することが望ましいこともある。冷やされた流体流１２の注入点は、主に初期流体流１０の組成により決定される設計上の問題である。
冷やされた流体流１２の温度が、固体を予想できない位十分に高い温度である場合（例えば−７０°Ｆを超える場合など）、冷やされた流体流１２をカラム１００内の２相フラッシュボックスタイプ装置（または気体分配器）１２４を介して下部蒸留域１０６へと直接注入することが好ましいこともある。フラッシュボックス１２４の使用は、冷やされた流体流１２の中の２相の気体／液体混合物を少なくとも部分的に分離する役目を果たす。このフラッシュボックス１２４は、２相の流体が、フラッシュボックス１２４内の調節板に当たるように溝付きであってよい。
【００４０】
入口温度が低いために固体が予測される場合、冷やされた流体流１２は、上述のようにカラム１００に供給される前に容器１７３内で部分的に分離する必要があり得る。この場合、冷やされた供給流１２は、２つの相分離器１７３内で分離することによって、固体がカラム１００の入口系統および内部の構成要素をふさぐ可能性を最小限に抑えことができる。ガスの気体は、容器の入口系統１１を介して相分離器１７３から離れ、そこで入口分配器１２１を介してカラム１００に入る。次いでこのガスは、カラム１００を介して上方に進む。液体／固体スラリー１３は、相分離器１７３から放出される。液体／固体スラリーは気体分配器１２４を介してカラム１００および溶融トレイ１３０へと誘導される。液体／固体スラリー１３は、重力によりまたはポンプ１７５によりカラム１００へと供給することができる。
【００４１】
いずれの配置においても、すなわち２つの相分離器１７３があってもなくても、冷やされた流体流１２（または１１）は、カラム１００へと入る。液体成分は、フラッシュボックス１２４から離れ、下部蒸留域１０６内のストリッピングトレイ１２６の一群へと下る。このストリッピングトレイ１２６は、一連の堰１２８および下降管１２９を含む。これらは、図３に関連して以下でより十分に記載されている。ストリッピングトレイ１２６は、下部蒸留域１０６のより温かい温度と相まって、メタンが溶液から抜け出すように作用する。生成した気体は、煮沸で取り出されたメタンおよび任意の取り込まれた二酸化炭素分子を担持している。
気体は、溶融トレイ１３０の上昇管または排気筒１３１（図２Ｂに見てとれる）を介してさらに上方に前進し、凍結域１０８に至る。排気筒１３１は、凍結域１０８全体に渡る均一な分布のために気体分配器として作用する。次いで気体は、ＣＯ2を「凍結させる」ためのスプレーヘッダー１２０からの低温液体に接触する。別の言い方をすれば、ＣＯ2は、凍結し、次いで溶融トレイ１３０上に沈殿または「雪」として戻る。次いで固体ＣＯ2は溶融され、液体の形態で溶融トレイ１３０を重力によって流れ落ち、そこより下からは、下部蒸留域１０６を介して流れ落ちる。
【００４２】
以下においてより十分に考察されている通り、スプレーセクション１０８は極低温蒸留塔１００の中間部の凍結域である。塔１００に入る前に冷やされた流体流１２が容器１７３内で分離する交互の構成により、分離した液体／固体スラリー１３の一部が溶融トレイ１３０のすぐ上の塔１００に導入される。このようにして、酸性ガスおよびより重質な炭化水素成分の液体／固体混合物は、分配器１２１から流れ出ることになり、固体および液体は、溶融トレイ１３０上へと落ちる。
【００４３】
溶融トレイ１３０は、液体および固体物質、主にＣＯ2およびＨ2Ｓを、中間部の制御された凍結域１０８から重力によって受け取るように設計されている。溶融トレイ１３０は、液体および固体物質を温める役目があり、さらなる精製のためにこれらを液体形態で、下部蒸留域１０６を介して下向きに誘導する。溶融トレイ１３０は、液体プールの制御された凍結域１０８から固体／液体混合物を収集し、温める。溶融トレイ１３０は、気体流を放出して制御された凍結域１０８に戻し、固体ＣＯ2を溶融するための十分な熱伝達を提供し、溶融トレイ１３０より下のカラム１００の下部蒸留域または下部蒸留域１０６への、液体／スラリーの排水を促進するように設計されている。
【００４４】
図２Ａは、一実施形態における溶融トレイ１３０の平面図を提供している。図２Ｂは、図２ＡのＢ−Ｂの線に沿った溶融トレイ１３０の横断面図を提供する。図２Ｃは、Ｃ−Ｃの線に沿った溶融トレイ１３０の横断面図を示す。溶融トレイ１３０は、これら３つの図をまとめて参照して説明されることになる。
第１に、溶融トレイ１３０は、底部１３４を含む。底部１３４は、実質的に平面の本体であってよい。しかし、図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃに示されている好ましい実施形態では、底部１３４は、実質的に非平面プロファイルを採用している。この非平面構成により、制御された凍結域１０８から溶融トレイ１３０上に載せられた液体および固体を接触させるための表面積が増加する。これによって、カラム１００の下部蒸留域１０６から上へと回される気体から、液体および解凍する固体への熱伝達が増加する効果が生じる。一態様において、底部１３４は波形である。別の態様では、底部１３４は実質的に正弦曲線である。この態様のトレイ設計は、図２Ｂに示されている。他の非平面的配置を代わりに使用することによって、溶融トレイ１３０の熱伝達地域を増加させることができることを理解されたい。
【００４５】
溶融トレイ底部１３４は傾いているのが好ましい。この傾斜は、図２Ｃの側面図に明示されている。大部分の固体が溶融されるべきではあるが、傾斜は、液体混合物中の任意の未溶融の固体が確かに溶融トレイ１３０から流れ出し、そこから下の蒸留域１０６に入るようにするための役目を果たす。
図２Ｃの図を見ると、液だめまたはチャネル１３８が溶融トレイ１３０の中心にあることを見てとれる。この溶融トレイ底部１３４は、チャネル１３８に向かって内向きに傾斜することによって、固体／液体混合物を送達する。底部１３４は、任意の方法で傾斜することによって、重力による液体の引抜きを促進し得る。
【００４６】
米国特許第４，５３３，３７２号に記載の通り、溶融トレイは、「排気筒トレイ」と呼ばれた。これは、単一の通風用の排気筒の存在によるものであった。排気筒は、気体がこれを介して、排気筒トレイを上方に移動できる開口を提供した。しかし、単一の排気筒の存在とは、排気筒トレイを介して上方に移動するすべてのガスは、単一の開口を介して出て行かなければならないことを意味した。その一方で、図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃの溶融トレイ１３０では、複数の排気筒１３１が提供されている。複数の排気筒１３１の使用は、気体分布を向上させる。これによって、中間部の制御された凍結域１０８でより良い熱／物質移動が得られる。
排気筒１３１は、任意のプロファイルであってよい。例えば、排気筒１３１は、円形、四角形、または気体の溶融トレイ１３０の通り抜けを可能にする任意の他の形であってよい。排気筒１３１はまた、幅が狭く、制御された凍結域１０８へと上方に伸びていてもよい。これにより、気体がＣＦＺ制御された凍結域１０８へと上昇するにつれて、気体を均等に分布するための有利な圧力の低下が可能となる。排気筒１３１は、波形の底部１３４の最上部に位置することによって、追加の熱伝達地域を提供することが好ましい。
【００４７】
排気筒１３１の最上部の開口は、とびら口またはキャップ１３２で覆われているのが好ましい。これによって、制御された凍結域１０８から落下する固体が溶融トレイ１３０に落ちることを回避できる確率を最小限に抑える。図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃにおいて、キャップ１３２は、排気筒１３１のそれぞれの上に見られる。
【００４８】
溶融トレイ１３０はまた、バブルキャップを装備するように設計されていてもよい。このバブルキャップは、溶融トレイ１３０の底面から上昇する、底部１３４の凸状の出入りと定義される。バブルキャップは、溶融トレイ１３０の表面積をさらに増加することによって、ＣＯ2リッチな液体への追加の熱伝達を提供する。この設計を用いて、適切な液体の引抜き、例えば傾斜角の増加などが、液体が下のストリッピングトレイ１２６に確実に誘導されるように提供されるべきである。
【００４９】
再び図１を参照すると、溶融トレイ１３０はまた、外部液体移動システム付きで設計することもできる。この移動システムは、すべての液体が固体を実質的に含まず、十分な熱伝達が提供されることを確実にする役目を果たす。移動システムは第１に引抜きノズル１３６を含む。一実施形態においてこの引抜きノズル１３６は、引抜き液だめ内に存在するか、またはチャネル１３８内に存在する（図２Ｃに示されている）。チャネル１３８で収集された流体は、移動ライン１３５に送達される。移動ライン１３５を介した流れは制御バルブ１３７およびレベルコントローラー「ＬＣ」により制御することができる（図１に見てとれる）。流体は、移動ライン１３５を介して下部蒸留域１０６に戻る。液体レベルが高すぎる場合、制御バルブ１３７は開く。レベルが低すぎる場合、制御バルブ１３７は閉じる。オペレーターが下部蒸留域１０６の移動システムを採用しないことを選択した場合、制御バルブ１３７は閉じられ、流体は直接物質移動装置へと誘導されるか、またはストリッピングのためにオーバーフロー下降管１３９を介して溶融トレイ１３０の下の「ストリッピングトレイ」１２６へと誘導される。
外部移動システムが使用されるかどうかに関わらず、固体ＣＯ2は溶融トレイ１３０上で温められ、ＣＯ2リッチな液体へと変換される。溶融トレイ１３０は、下部蒸留域１０６からの気体によって下側から加熱される。様々な手段例えばヒーターライン２５などを用いて、補助的な熱を、溶融トレイ１３０に、または溶融トレイ底部１３４のちょうど上に、付加してもよい。ヒーターライン２５は、底部リボイラー１６０からすでに入手可能な熱エネルギーを利用することによって、固体の解凍を促進する。
【００５０】
ＣＯ2リッチな液体は、液体レベル制御下の溶融トレイ１３０から引き抜かれ、重力によって下部蒸留域１０６へと導入される。記述されているように、溶融トレイ１３０の下の下部蒸留域１０６には複数のストリッピングトレイ１２６が提供されている。ストリッピングトレイ１２６は、１つのトレイが他の上にある、実質的に平行な関係にあるのが好ましい。ストリッピングトレイ１２６のそれぞれは、液体レベルがトレイ上に維持されるように堰を備え、極めてわずかに傾斜して位置していてもよい。流体は、堰の上を、各トレイに沿って重力により流れ、次いで下降管を介して次のトレイへと流れ落ちる。
ストリッピングトレイ１２６は、様々な配置にすることができる。ストリッピングトレイ１２６は、全般的に水平な関係に配置することによって、行ったり来たりする、カスケード式の液体流を形成することができる。しかし、ストリッピングトレイ１２６は、実質的に同じ水平面に沿って別個のストリッピングトレイにより分割されているカスケード式の液体流を作り出すように配置されるのが好ましい。これは図３の配置に示されており、この配置では、液体が別個のトレイを横切って流れ、２つの対向する下降管１２９へと落ちるように、液体流は少なくとも一度分割される。
【００５１】
図３は、一実施形態におけるストリッピングトレイ１２６配置の側面図を提供している。ストリッピングトレイ１２６のそれぞれは、上からの流体を受け、これらを収集する。各ストリッピングトレイ１２６は、ダムとして機能することによって、ストリッピングトレイ１２６のそれぞれ上に流体の小さなプールを収集することを可能にする堰１２８を有するのが好ましい。蓄積は、１／２から１インチであってよいが、任意の高さを採用してもよい。流体が１つのトレイ１２６から次の下位のトレイ１２６へと落ちることにより、堰１２８によって落水効果が生まれる。一態様では、ストリッピングトレイ１２６は傾斜がないが、この落水効果は、堰１２８をより高くする構成を介して作り出される。流体は、トレイ１２６のこの「接触地域」において、直交して流れる液体からメタンを取り出す、より軽質な炭化水素リッチな上昇気体と接触する。堰１２８は、下降管１２９を動的にふさぐように働くことによって、気体が下降管１２９を介して迂回するのを防止し、炭化水素ガスの脱出をさらに促進する手助けを行う。
【００５２】
液体が下部蒸留域１０６を介して下向きに移動するにつれて液体中のメタンのパーセンテージは、ますます小さくなる。蒸留の程度は、下部蒸留域１０６内のトレイ１２６の数に依存する。下部蒸留域１０６の上の部分では、液体のメタン含有量は、２５モルパーセントまで高くなり得るが、ストリッピングトレイの底部では、メタン含有量は、０．０４モルパーセントまで低くなり得る。メタン含有物は、ストリッピングトレイ１２６（または他の物質移動装置）に沿って急速にフラッシュされる。下部蒸留域１０６において使用される物質移動装置の数は、生ガス流１０の組成に基づく設計上の選択の問題である。しかし、例えば液化された酸性ガスにおいて所望の１％以下のレベルまでメタンを除去するためには、わずか数レベルのストリッピングトレイ１２６の利用しか通常必要とされない。
【００５３】
メタンの脱出を促進する様々な個別のストリッピングトレイ１２６構成を採用してもよい。ストリッピングトレイ１２６は、篩の穴またはバブルキャップを有するパネルを単に示し得る。しかし、流体に対するさらなる熱伝達を提供し、固体が原因の望ましくない遮断を防止するため、いわゆる「ジェットトレイ」を溶融トレイの下に採用してもよい。トレイの代わりに、ランダムなまたは構造化された充填物を採用してもよい。
【００５４】
図４Ａは、一実施形態における例示的ジェットトレイ４２６の平面図を提供している。図４Ｂは、ジェットトレイ４２６からのジェットタブ４２２の横断面図を提供している。示されているように、各ジェットトレイ４２６は、本体４２４を有し、複数のジェットタブ４２２が、本体４２４内に形成されている。各ジェットタブ４２２は、開口４２５を覆う傾いたタブ部材４２８を含む。したがって、ジェットトレイ４２６は、複数の小さい開口４２５を有する。
【００５５】
作動中、１つまたは複数のジェットトレイ４２６は、塔１００の下部蒸留域１０６および／または上部蒸留域１１０に位置することができる。トレイ４２６は、複数の通路、例えば図３のストリッピングトレイ１２６のパターンなどを用いて配置することができる。しかし、メタンガスの脱出を促進するものであればいかなるトレイまたは充填物の配置も利用することができる。流体は、各ジェットトレイ４２６上に滝のように落ちる。次いで流体は本体４２４に沿って流れる。タブ４２２は、流体がトレイ４２６上を、急速におよび効率的に移動するよう、最適に方向づけられている。隣接した下降管（示されていない）が提供されることによって、それに続くトレイ４２６に液体を移動させてもよい。開口４２５はまた、下部蒸留域１０６で流体移動のプロセス中に放出されたガスの気体が、溶融トレイ１３０へと、および排気筒１３１を介して、より効率的に上方に進むことを可能にする。
【００５６】
一態様において、トレイ（例えばトレイ１２６または４２６など）は、耐付着性物質、すなわち、固体の蓄積を防止する物質から作製ことができる。耐付着性物質をある処理機器において利用することによって、腐食性金属粒子、ポリマー、塩、水和物、触媒微粉、または他の化学固体化合物の蓄積を防止する。極低温蒸留塔１００の場合、耐付着性物質を、トレイ１２６または４２６において使用することによって、ＣＯ2固体の固着を制限することができる。例えば、テフロン（商標）コーティングを、トレイ１２６または４２６の表面に適用することができる。
代わりに、ＣＯ2が確実にカラム１００の内径に沿って固体形態で蓄積し始めないようにするため、物理的設計を提供することもできる。この点において、カラム１００の壁に沿って液体が推し進められるようにジェットタブ４２２の方向を合わせ、これによってカラム１００の壁に沿って固体が蓄積するのを防止し、優れた気体と液体の接触を確実にすることができる。
【００５７】
トレイ配置のいずれにおいても、下方に流れる液体が、ストリッピングトレイ１２６に達すると、物質分離が生じる。メタンガスは、溶液から抜け出し、気体の形態で上方に移動する。しかしＣＯ2は、温度が一般的に十分低く、濃度が十分高いので、主にその液体の形態のままであり、下部蒸留域１０６の底部へと下方に移動するが、ただし、一部のＣＯ2は、プロセス中にどうしても気化することになる。次いで液体は、底部流体流２２として出口ラインから極低温蒸留塔１００の外へ出る。
【００５８】
蒸留塔１００から出る際に、底部流体流２２は、リボイラー１６０に入る。図１において、リボイラー１６０は、再沸騰させた気体をストリッピングトレイの底部に提供する反応窯タイプの容器である。再沸騰させた気体のラインが、２７に見てとれる。さらに、再沸騰させた気体が、ヒーターライン２５を介して送達されることによって、溶融トレイ１３０に補助的な熱を提供することができる。この補助的な熱は、バルブ１６５および温度コントローラーＴＣを介して制御されている。代わりに、熱交換器、例えば熱サイホン式熱交換器など（示されていない）を使用することによって、初期流体流１０を冷却して、エネルギーを効率的に利用することができる。この点において、リボイラー１６０に入る液体は、比較的低温、例えばおよそ３０°から４０°Ｆのままである。初期流体流１０を統合した熱によって、オペレーターは、生産流体流１０を事前冷却しながら、蒸留塔１００からの冷たい底部の流体流２２を温め、部分的に沸騰することができる。この場合に対して、ライン２５を介して補助的な熱を提供する流体は、リボイラー１６０からの気体相の戻りである。
【００５９】
一部条件下では、溶融トレイ１３０は、ヒーターライン２５なしで作動することができることが予期される。これらの場合には、溶融トレイ１３０は、内部加熱機能例えば電気ヒーターなどを付けて設計することができる。しかし、底部の流体流２２において利用できる熱エネルギーを採用している熱システムが提供されることが好ましい。ヒーターライン２５の温かい流体は、一態様において３０°から４０°Ｆで存在し、よって、これらは相対的熱エネルギーを含有する。したがって、図１において、ヒーターライン２５の温かい気体流は、溶融トレイ１３０上の加熱コイル（示されていない）を介して溶融トレイ１３０に誘導されていることが示されている。代わりに温かい気体流は、移動ライン１３５につながっていてもよい。
【００６０】
作動中、再沸騰させた気体流の大部分は、ライン２７を介して、底部の液体レベルより上で、および最後のストリッピングトレイ１２６において、またはこれよりも下で、カラム底部に導入される。再沸騰させた気体が各トレイ１２６を介して上方へと回るにつれて、残留するメタンは液体から取り除かれる。この気体は、塔を上方に移動するにつれて冷たくなる。ライン２７からの気体流が波形の溶融トレイ１３０に到達するまでには、温度はおよそ−２０°Ｆから０°Ｆまで降下し得る。しかし、気体流は、溶融トレイ１３０上の溶融固体（おそらく約−５０°Ｆから−７０°Ｆ）と比較して、かなり温かいままである。この気体は、これが溶融トレイ１３０と接触した場合、固体ＣＯ2を溶融するだけの十分なエンタルピーを依然として有する。
【００６１】
再びリボイラー１６０に戻ると、液体形態でリボイラー１６０を出る底部流２４内の流体は、膨張器バルブ１６２を通過してもよい。膨張器バルブ１６２は、底部液体生成物の圧力を減少させ、冷蔵効果を効果的に提供する。したがって、冷やされた底部流２６が提供される。リボイラー１６０を出るＣＯ2リッチな液体は、１つまたは複数のＡＧＩ坑井（図１の２５０に概略的に見てとれる）を介して穴の下方にポンプで送り込むことができる。いくつかの状況において、液体ＣＯ2は、強化された油回収プロセスの一部として、部分的に回収された油貯留層にポンプで送り込むことができる。したがって、ＣＯ2は、混和性注入物質となることができる。代替案として、ＣＯ2は、油回収を強化するための混和性フラッディング剤として使用することもできる。
【００６２】
再び塔１００の下部蒸留域１０６を参照すると、ガスは、溶融トレイ１３０の排気筒１３１を介して、下部蒸留域１０６を上方に移動し、制御された凍結域１０８に至る。制御された凍結域１０８は、複数のスプレーノズル１２２を有する開口チャンバーと定義される。気体が制御された凍結域１０８を介して上方に移動するにつれて、気体の温度は非常に低くなる。気体はスプレーノズル１２２から出る液体メタン（「還流」）と接触する。この液体メタンは、熱交換器１７０を含む外部冷蔵ユニットにより冷やされているので上方に移動する気体よりも非常に冷たい。１つの配置において、液体メタンは、約−１２０°Ｆから−１３０°Ｆの温度でスプレーノズル１２２から出る。しかし、液体メタンが蒸発するにつれ、液体メタンはその周辺からの熱を吸収し、これによって上方に移動する気体の温度を減少させる。気化したメタンはまた、その密度の減少（液体メタンと比較して）および蒸留塔１００内の圧力勾配により上方に流れる。
【００６３】
メタンの気体が極低温蒸留塔１００をさらに上に移動するにつれて、これらは、中間部の制御された凍結域１０８を離れ、上部蒸留域１１０に入る。気体は、元の冷やされた流体流１２から抜け出した他の軽質ガスと共に上方に移動し続ける。一緒になった炭化水素気体は、極低温蒸留塔１００の最上部から外へ出て、オーバーヘッドメタン流１４となる。
【００６４】
オーバーヘッドメタン流１４内の炭化水素ガスは、外部冷蔵ユニット１７０へと移動する。一態様において、冷蔵ユニット１７０は、オーバーヘッドメタン流１４をおよそ−１３５°から−１４５°Ｆまで低い温度に冷やすことが可能なエチレン冷却剤または他の冷却剤を使用する。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働きをする。次いで冷蔵されたメタン流１４は、還流凝縮器または分離チャンバー１７２に移動する。
【００６５】
分離チャンバー１７２を使用して、「液体還流」１８と時々呼ばれる液体からガス１６を分離する。ガス１６は、元の生ガス流１０からのより軽質な炭化水素ガス、主にメタンを表す。窒素およびヘリウムもまた存在し得る。メタンガス１６は、もちろん、いかなる微量のエタンと共に、最終的に捕獲が模索され、商業的に販売されることになる「製品」である。オーバーヘッドメタン流１４のこの非液化部分も現場での燃料に利用できる。
冷蔵ユニット１７０を出る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、分離チャンバー１７２で分離され、塔１００に戻される液体還流１８である。ポンプ１９を使用することによって、液体還流１８を移動させて塔１００に戻すことができる。代わりに、分離チャンバー１７２を塔１００の上に組み込むことによって、液体還流１８の重力供給を提供する。この液体還流１８は、上部蒸留域１１０から逃れたあらゆる二酸化炭素を含むことになる。しかし、液体還流１８の大部分は、窒素（存在する場合、初期流体流１０の中）および微量の硫化水素（存在する場合、同様に初期流体流１０の中）と共に、通常９５％以上がメタンである。
【００６６】
１つの冷却配置において、オーバーヘッドメタン流１４は、開ループ冷蔵システム、例えば図６に示され、図６に関連して記載されている冷蔵システムなどを介して取り出される。この配置において、クロス交換器を介して、オーバーヘッドメタン流１４を取り出すことによって、液体還流１８として使用されたオーバーヘッドメタン流の戻された部分を冷やす。その後、このオーバーヘッドメタン流１４をおよそ１，０００ｐｓｉ〜１，４００ｐｓｉに加圧し、次いで外気、および場合により外部プロパン冷却剤を用いて冷却する。次いでこの加圧して、冷やされたガス流をさらに冷却するために、膨張器を介して誘導する。ターボ膨張器を使用することによって、さらにより多くの液体ならびにいくらかのシャフトワークを回収することができる。「Process For Separating a Multi-Component Gas Stream Containing at Least One Freezable Component」という表題の米国特許第６，０５３，００７号は、オーバーヘッドメタン流の冷却について記載し、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【００６７】
本発明は、オーバーヘッドメタン流１４に対する冷却方法により限定されるものではないことをここで理解されたい。冷蔵ユニット１７０と初期冷蔵ユニット１５０との間の冷却の程度は異なってもよいこともまた理解されたい。場合によっては、冷蔵ユニット１５０をより高い温度で作動させるが、次いで冷蔵ユニット１７０におけるオーバーヘッドメタン流１４の冷却をより強力にすることが望ましいこともある。繰り返すが、本発明はこれらの種類の設計上の選択に限定されない。
【００６８】
再び図１に戻ると、液体還流１８は、上部蒸留域１１０に戻される。次いで液体還流１８は、上部蒸留域１１０内の１つまたは複数の物質移動装置１１６を介して重力によって運ばれる。一実施形態においてこの物質移動装置１１６は、上述のトレイ１２６と同様に、カスケード式の一連の堰１１８および下降管１１９を提供する精留トレイである。
液体還流流１８からの流体が精留トレイ１１６を介して下向きに移動するにつれて、追加のメタンが上部蒸留域１１０から気化する。このメタンガスは、オーバーヘッドメタン流１４に再び加わることによって、ガス生産物流１６の一部になる。しかし、液体還流１８中に残留する液相は、収集トレイ１４０上に落ちる。これによって、液体還流流１８は、制御された凍結域１０８から上方に移動する少ないパーセンテージの炭化水素および残留酸性ガスを必然的に拾い上げることになる。メタンおよび二酸化炭素の液体混合物が、収集トレイ１４０において収集される。
【００６９】
収集トレイ１４０は、液体を収集するための実質的に平面の本体と定義されるのが好ましい。しかし、溶融トレイ１３０と同様に、収集トレイ１４０は、制御された凍結域１０８から来るガスを通風するための、１つ、好ましくは複数の排気筒も有する。排気筒およびキャップの配置、例えば図２Ｂおよび２Ｃにおいて構成要素１３１および１３２で提示されているものなどを使用することができる。収集トレイ１４０用の排気筒１４１およびキャップ１４２は、図５の拡大図で示され、以下でさらに考察されている。
【００７０】
上部蒸留域１１０において、存在するあらゆるＨ2Ｓは、処理温度において、ガス中に溶解されていることよりも、液体中に溶解されていることが優先されることをここで注意されたい。この点において、Ｈ2Ｓは、相対的不安定さが比較的低い。残留気体をより多く液体に接触させることによって、極低温蒸留塔１００は、Ｈ2Ｓ濃度を所望のパーツパーミリオン（ｐｐｍ）の限界内、例えば１０またはさらには４ｐｐｍ規格まで押し下げる。上部蒸留域１１０内で物質移動装置１１６を介して流体が移動するにつれて、Ｈ2Ｓは、液体メタンと接触し、気体相から引き出され、液体流２０の一部となる。そこから、Ｈ2Ｓは、液体形態で下部蒸留域１０６を介して下向きに移動し、最終的に液化された底部酸性ガス流２２の一部として極低温蒸留塔１００を出る。供給流内にＨ2Ｓが少ししか、もしくは全く存在しない場合、またはＨ2Ｓが上流プロセスにおいて選択的に取り出された場合には、オーバーヘッドガス中にＨ2Ｓは実質的には全く存在しないことになる。
【００７１】
極低温蒸留塔１００において、収集トレイ１４０で捕獲された液体は、液体流２０として上部蒸留域１１０から引き出される。液体流２０は、主にメタンから構成される。一態様において、液体流２０は、およそ９３モルパーセントのメタン、３％のＣＯ2、０．５％のＨ2Ｓ、および３．５％のＮ2から構成される。この時点で、液体流２０は、およそ−１２５°Ｆから−１３０°Ｆである。これは液体還流流１８よりもわずかに温かいだけである。液体流２０は、還流ドラム１７４へと誘導される。還流ドラム１７４の目的はポンプ１７６に対してサージ能力を提供することである。還流ドラム１７４から出る際に、スプレー流２１が作り出される。スプレー流２１は、ポンプ１７６で加圧されて極低温蒸留塔１００への第２の再導入がなされる。この例では、スプレー流２１は、中間部の制御された凍結域１０８へとポンプで送り込まれ、ノズル１２２を介して排出される。
【００７２】
スプレー流２１のある部分、特にメタンは、ノズル１２２を出る際に気化および蒸発する。そこからメタンは、制御された凍結域１０８を介し、収集トレイ１４０内の排気筒を介し、および上部蒸留域１１０内の物質移動装置１１６を介して上昇する。メタンは、オーバーヘッドメタン流１４として蒸留塔１００を離れ、最終的にガス流１６内の商品の一部となる。
【００７３】
ノズル１２２からのスプレー流２１はまた、二酸化炭素をガス相から脱昇華させる。これに関して、最初に液体メタン中に溶解したＣＯ2は、一瞬ガス相に入り、メタンと共に上方に移動することができる。しかし、制御された凍結域１０８内では温度が低温のため、いずれのガス状二酸化炭素も、急速に核となり、凝集して固相となり、「雪」が降り始まる。この現象を脱昇華と呼ぶ。このように、一部のＣＯ2は、それが溶融トレイ１３０にぶつかるまで、再び液相になることは決してない。この二酸化炭素は溶融トレイ１３０上に「雪」として降り、液相へと溶融する。そこから、ＣＯ2リッチな液体は、下部蒸留域１０６内の物質移動装置またはトレイ１２６を、上述の冷やされた生ガス流１２からの液体ＣＯ2と共に滝のように落下する。その時点で、ノズル１２２のスプレー流２１からの残留するあらゆるメタンは、気体となって急速に抜け出すはずである。これらの気体は極低温蒸留塔１００内を上方に移動し、上部蒸留域１１０に再び入る。
【００７４】
塔１００を上方へ移動しているガスに、冷やされた液体をできるだけ多く接触させることが望ましい。気体がノズル１２２から発するスプレー流２１を迂回すると、より高いレベルのＣＯ2が塔１００の上部蒸留域１１０に到達することができることになる。制御された凍結域１０８内のガス／液体の接触の効率を向上させるため、設計された構成を有する複数のノズル１２２を採用することができる。したがって、還流の流体流２１を有する、単一のスプレー供給元を１つまたは複数のレベルで採用するよりも、複数のスプレーノズル１２２を有するように設計されてもよい、いくつかのスプレーヘッダー１２０を使用してもよい。このように、スプレーノズル１２２の構成は、制御された凍結域１０８内で生じる熱および物質移動に対して影響がある。また、ノズルそれ自体も液滴の粒度およびこれら液滴の領域分布が最適となるよう設計することができる。
【００７５】
本発明の譲受人は、２００７年１１月２０日の国際出願日を有する同時係属の国際特許公開第２００８／０９１３１６号において、様々なノズル配置をこれまで提唱してきた。その出願および図６Ａおよび６Ｂは、ノズル構成を教示するために本明細書に参照により組み込まれている。ノズルは、制御された凍結域１０８内での３６０°の適用範囲を確実にし、優れた気体／液体の接触および熱／物質の移動を提供することを追求している。これにより、今度は、極低温蒸留塔１００を介して上方に移動するあらゆるガス状二酸化炭素がより効果的に冷やされる。
【００７６】
完璧な適用範囲のための複数のヘッダー１２０および対応するオーバーラップノズル１２２の配置の使用は、逆混合も最小限に抑える。この点において、適用範囲が完璧となることによって、微細な、低質量のＣＯ2粒子が蒸留塔１００に戻り、上部蒸留域１１０へ再び入ることが防止される。次いでこれらの粒子はメタンと再混合され、オーバーヘッドメタン流１４へ再び入ることになり、再びリサイクルされるだけとなる。
【００７７】
図１に関連して記載されている上記酸性ガス除去システムは、実質的に酸性ガスを含まない商業用メタン生成物１６を生産するために有利である。生成物１６は液化されているのが好ましく、販売のためパイプラインの下方に送られる。この液化ガス生成物は、十分な還流が生成される、パイプラインＣＯ2規格である１〜４モルパーセントを満たしているのが好ましい。二酸化炭素および硫化水素は底部流２２を介して除去される。
場合によっては、生の初期流体流１０中の比較的に多量なＣＯ2と共に少量のＨ2Ｓが存在する。この場合、「きれいな」液体ＣＯ2流が底部流２２で生成され得るように、極低温蒸留塔の前でＨ2Ｓを選択的に除去することが望ましいこともある。このような方法で、ＣＯ2は、油回収（「ＥＯＲ」）作業の強化のために貯留層へと直接注入されてもよい。したがって、塔１００などの極低温蒸留塔内で酸性ガス除去が行われる前に初期流体流１０と共に生成される硫黄成分の一部分を除去するためのシステムおよび方法が、本明細書中で提案されている。
【００７８】
ガス流から硫黄成分を除去するためのいくつかのＨ2Ｓ選択プロセスが本明細書中で提案されている。水性プロセスおよび非水性プロセスの両方が記載されている。これらプロセスは、任意のスルフヒドリル化合物、例えば硫化水素（Ｈ2Ｓ）など、およびメルカプタンとして知られている、またチオール（Ｒ?ＳＨ）としても知られている（式中、Ｒは炭化水素基である）、スルフヒドリル（?ＳＨ）基を有する有機硫黄化合物を除去することが好ましい。
酸性ガス除去システムの上流で硫黄成分を除去するための第１の方法は、溶媒の使用を採用する。特定の溶媒は、硫化水素に対して親和性を有し、メタンからＨ2Ｓを分離するために使用することができる。溶媒は、物理溶媒または化学溶媒のいずれかであってよい。
【００７９】
図６は、一実施形態においてガス流から酸性ガスを除去するためのガス処理施設６００を示す概略図である。このガス処理施設６００は、酸性ガス除去システムの上流に溶媒プロセスを採用している。酸性ガス除去システムは、全般的に６５０で示され、溶媒プロセスは、ブロック６０５で示されている。酸性ガス除去システム６５０は、ブロック１００において分離容器を含む。ブロック１００は、図１の制御された凍結域塔１００を全般的に示している。しかし、ブロック１００はまた、バルク分取塔などの任意の極低温蒸留塔も表すことができる。
図６において、生産ガス流は６１２において示されている。ガス流６１２は、貯留層発生領域、または「フィールド」６１０の中で行われる炭化水素生産活動から始まる。フィールド６１０は、ガス状炭化水素が生成されるいかなる場所も表すことができることを理解されたい。
フィールド６１０は、陸上、海岸付近または沖合にあってもよい。このフィールド６１０は、元の貯留層圧力から作動してもよいし、または強化された回収手順が施されてもよい。本明細書中で特許請求されているシステムおよび方法は、硫化水素および二酸化炭素が混入した炭化水素を生成するものであれば、開発中であるフィールドの種類に限定されない。炭化水素は、主にメタンを含むことになるが、２〜１０モルパーセントのエタンおよび他の重質炭化水素、例えばプロパンなどまたはさらに微量のブタンおよび芳香族炭化水素も含み得る。
【００８０】
ガス流６１２は、「生」であり、これは酸性ガス除去プロセスが施されていないことを意味する。生ガス流６１２は、パイプライン、例えば、フィールド６１０からガス処理施設６００までを通過してもよい。ガス処理施設６００に到着した時点で、ガス流６１２は、例えばグリコール脱水容器などの脱水プロセスを介して誘導されてもよい。脱水容器は、６２０で概略的に示されている。生ガス流６１２を脱水容器６２０に通した結果、水流６２２が生成される。場合によっては、水のこぼれ落ちおよび水和物の形成を防止するためにこの生ガス流６１２を、モノエチレングリコール（ＭＥＧ）と混合してもよい。ＭＥＧは、例えばチラー上にスプレーしてもよく、チラーおよび注入ガス組成物の温度により、液体が収集されて、水、より濃縮したＭＥＧ、および場合によりいくらかの重質炭化水素へと分離されてもよい。
水流６２２は、水処置施設へ送られてもよい。代わりに、水流６２２は、地下構造へ再注入することもできる。地下構造はブロック６３０で示されている。さらに代替法として、除去した水流６２２を処理することによって環境基準を満たし、次いで処理済みの水としてその地域の流域（示されていない）へと放出することができる。
【００８１】
さらに、生産ガス流６１２を脱水容器６２０に通した結果、実質的に脱水されたメタンガス流６２４が生成される。脱水されたガス流６２４は、微量の窒素、ヘリウムおよび他の不活性ガスを含有し得る。本発明のシステムおよび方法に関連して、脱水されたガス流６２４はまた二酸化炭素および少量の硫化水素も含む。ガス流６２４は、他の硫黄成分、例えば硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄、および様々なメルカプタンなどを含有し得る。
【００８２】
脱水されたガス流６２４は、予備の冷蔵ユニット６２５を通過してもよい。冷蔵ユニット６２５は、脱水されたガス流６２４を、およそ２０°Ｆから５０°Ｆまで低い温度に冷やす。冷蔵ユニット６２５は、例えば、空気冷却器またはエチレンもしくはプロパンの冷蔵庫であってよい。
【００８３】
硫化鉄腐食を防止するために脱水されたガス流６２４から硫黄成分を除去することが望ましい。ガス処理施設６００に従い、溶媒系６０５が提供される。脱水されたガス流６２４は、溶媒系６０５に入る。溶媒系６０５は、ガス流６２４を溶媒に接触させることによって、吸収プロセスを介して硫化水素を除去する。これは、比較的低温および比較的に高圧で行われ、このプロセス中の酸性ガス成分の溶解度は、メタンのそれを超える。
記述されているように、溶媒系６０５は、物理溶媒系または化学溶媒系のいずれかであってよい。図７Ａは、一実施形態における物理溶媒系７０５Ａの概略図を、提供している。物理溶媒系７０５Ａは、硫黄成分を除去するために脱水されたガス流６２４を接触させるよう作動する。
【００８４】
適切な物理溶媒の例として、Ｎ−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、メチルシアノアセテート、および冷蔵したメタノールが挙げられる。物理溶媒の好ましい例は、スルホランであり、この化学名はテトラメチレンスルホンである。スルホランは、スルホニル官能基を含有する有機硫黄化合物である。スルホニル基は、２個の酸素原子と二重結合した硫黄原子である。硫黄酸素二重結合は、極めて極性であり、水中での高い溶解度を可能にする。同時に、４個の炭素の環は、炭化水素に対して親和性を提供する。これらの特性は、スルホランに、水と炭化水素の両方に対する混和性を与え、その結果、スルホランは、炭化水素混合物を精製するための溶媒として広範囲に使用されている。
好ましい物理溶媒はＳｅｌｅｘｏｌ（商標）である。Ｓｅｌｅｘｏｌ（商標）は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙの子会社であるＵｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅのガス処理製品の商標名である。Ｓｅｌｅｘｏｌ（商標）溶媒は、ポリエチレングリコールのジメチルエーテルの混合物である。このようなある成分の一例がジメトキシテトラエチレングリコールである。Ｓｅｌｅｘｏｌ（登録商標）はまた初期流体流１０中の任意の重質炭化水素ならびにいくらかの水を拾い上げる。初期流体流１０が開始時点でかなり乾燥している場合、Ｓｅｌｅｘｏｌ（商標）を使用することで、他の脱水の必要性を排除することができる。Ｓｅｌｅｘｏｌ（商標）溶媒が冷やされており、次いでＣＯ2で事前に飽和させている場合、Ｓｅｌｅｘｏｌ（商標）溶媒はＨ2Ｓに対して選択性があることをここで注意されたい。
【００８５】
図７Ａを参照すると、脱水されたガス流６２４が注入分離器６６０に入るのが見てとれる。ガス流６２４をきれいに保つことによって酸性ガス除去プロセスの間液体溶媒の泡立ちを防止することが望ましいことを理解されたい。したがって、注入分離器６６０を使用して、液体不純物、例えば油ベースの掘削流体および泥を濾過除去する。いくらかの粒子の濾過も行うことができる。ブラインは、上流脱水容器６２０を用いてふるい落とすことが好ましい。しかし、注入分離器６６０は、いかなる凝縮した炭化水素も除去することができる。
【００８６】
掘削流体および凝縮した炭化水素などの液体は、注入分離器６６０の底部から滴下される。液体の不純物流は６６２に見てとれる。水ベースの不純物は、通常水処置施設（示されていない）に送られるか、または貯留層圧力を維持するため、または処分のために構造６３０に再注入され得る。炭化水素液体は、一般的に凝縮物処理施設に送られる。ガスは、注入分離器６６０の最上部から出る。浄化されたガス流が６６４に見てとれる。
【００８７】
浄化したガス流６６４は、ガスからガスの交換器６６５へと誘導されてもよい。ガスからガスの交換器６６５は、浄化されたガス流６６４内のガスを事前に冷却する。次いで浄化されたガスは、吸収体６７０へと誘導される。吸収体６７０は、吸収剤を受け取る、逆流接触塔であることが好ましい。図７Ａの配置で、浄化されたガス流６６４は、塔６７０の底部に入る。同時に、物理溶媒６９６は、塔６７０の最上部に入る。塔６７０は、トレイ付の塔、充填された塔、または他の種類の塔であってよい。
【００８８】
ガス／液体の接触のために設計された、任意の数の、塔でない装置も代わりに利用することができることを理解されたい。これらは、静的混合機および並流の接触装置を含み得る。図７Ａの逆流塔６７０は、単に例示的目的のためだけである。注意することは、ガスと液体の接触容器のための小型の、並流接触器の使用は、全体の設置面積および物理溶媒系７０５Ａの質量を削減できるので好ましい。
吸収剤は、例えば、Ｈ2Ｓおよび偶発的にいくらかのＣＯ2を「ふるい落とす」ため浄化されたガス流６６４と混合される溶媒であってよい。吸収剤は、具体的には、上述のＳｅｌｅｘｏｌ（登録商標）であってよい。吸収剤と接触させるプロセスの結果、軽質ガス流６７８が生成される。軽質ガス流６７８は、塔６７０の最上部から出てくる。軽質ガス流６７８は、メタンおよび二酸化炭素を含有する。軽質ガス流６７８は、図６においてブロック１００で概略的に示されている、極低温蒸留塔に誘導される前に冷蔵プロセスを通過する。
【００８９】
一瞬だけ図６に戻ってこれを参照すると、軽質ガス流６７８は、物理溶媒系７０５Ａを出て、チラー６２６を通過する。チラー６２６は、軽質ガス流６７８を、およそ−３０°Ｆから−４０°Ｆまで低い温度に冷やす。チラー６２６は、例えば、エチレンまたはプロパンの冷蔵庫であってよい。
軽質ガス流６７８は、次に膨張装置６２８を介して移動するのが好ましい。この膨張装置６２８は、例えば、Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ（「Ｊ−Ｔ」）バルブであってよい。膨張装置６２８は、軽質ガス流６７８のさらなる冷却を達成するために膨張器としての機能を果たす。膨張装置６２８は、軽質ガス流６７８の温度を、例えば、およそ−７０°Ｆから−８０°Ｆまで低い温度にさらに減少させる。ガス流６７８の少なくとも部分的な液化も達成されるのが好ましい。冷却したサワーガス流がライン６１１で生成する。
【００９０】
再び図７Ａを参照すると、接触塔６７０は、硫黄成分を拾い上げることになる。これらは、「リッチ」な溶媒として塔６７０の底部から放出される。リッチ溶媒流６７２が塔６７０を出るのが見てとれる。リッチ溶媒流６７２は、いくらかの二酸化炭素も含み得る。
図７Ａの配置において、リッチ溶媒流６７２は、パワー回収タービン６７４を介して運ばれる。これにより、物理溶媒系７０５Ａのための電気的エネルギーの生成が可能となる。ここから、リッチ溶媒流６７２は、一連のフラッシュ分離器６８０を介して運ばれる。図７Ａの例示的配置において、３つの分離器が、６８２、６８４および６８６において示されている。分離器６８２、６８４、６８６は、物理溶媒プロセスに従い、より低い温度および圧力で連続的に作動する。
【００９１】
第１の分離器６８２は、例えば、５００ｐｓｉの圧力および９０°Ｆの温度で作動してもよい。第１の分離器６８２は、リッチ溶媒流６７２中に取り込まれた軽質ガスを放出する。６８１に示されているこれら軽質ガスは、主にメタンおよび二酸化炭素を含むが、微量のＨ2Ｓを有する可能性がある。この軽質ガス６８１は、極低温蒸留塔１００に誘導されてもよい（図７Ａには示されていない）。これらのガスは、軽質ガス流６７８と合わせることができる。軽質ガス６８１は、コンプレッサー６９０を介して移動することによって、流れ６１１として極低温蒸留塔１００に行く途中で圧力を押し上げることが好ましい。蒸留塔１００が溶媒プロセス７０５Ａの第１のフラッシュ段階、すなわち第１の分離器６８２よりも低い圧力で作動している場合、圧縮は必要でないこともある。この場合、流れ６８１および６７８を合わせることができるよう、圧力低下がオーバーヘッド流６７８に対して必要となる。この圧力低下は、極低温蒸留塔１００付近でＪ−Ｔバルブにより誘発されてもよい。もちろん、流れ６８１は、Ｊ−Ｔバルブの下流に導入されなければならない。
【００９２】
理想的には、浄化されたガス流６６４からのすべての硫化水素およびいずれの重質炭化水素も、リッチな溶媒流６７２で捕獲される。次第にリッチになる溶媒流は、各分離器６８２、６８４、６８６から放出される。これら次第にリッチになる流れは、ライン６８３、６８５および６８７と表示されている。したがって、物理溶媒は、一般的に圧力減少により再生され、あらゆる溶解されたメタンおよび二酸化炭素を溶媒からフラッシュさせる。
ライン６８７は、いくらかのＣＯ2は取り出されているが、溶媒流６８７は十分に再生されていないので、「セミリーン」溶媒流である。溶媒流６８７の一部分は、ブースターポンプ６９２を介して運ばれ、接触塔の中間レベルにおいてセミリーン溶媒として接触塔６７０に再導入される。６９３に示された、残りの部分は、再生容器６５２に誘導される。
【００９３】
３つの分離器のうちの第２の６８４および第３の６８６と関連して、これら分離器６８４、６８６のそれぞれもまた、非常に少量の軽質ガスを放出することに注意されたい。これら軽質ガスは、少量のメタンと共に二酸化炭素を主に含むことになる。これらの軽質ガスは、６８９で２つの別々のラインで示されている。軽質ガス６８９は、圧縮され、ライン６１１と合わせられ、次いで極低温蒸留塔１００に誘導されてもよい。代わりに、ライン６８９からの軽質ガスは、図６において６４２で示されている液化された底部酸性ガス流に直接送達されてもよい。
【００９４】
上流でのＨ2Ｓ除去に対して物理溶媒を用いることの１つの利点は、溶媒は一般的に吸湿性であることである。これによって、特に初期流体流１０がすでに実質的に乾燥している場合、ガス脱水容器６２０の必要性を排除することができる。この目的を達成するために、選択された溶媒それ自体は、非水性であることが好ましい。この方法により、溶媒は、生の天然ガスをさらに脱水するために使用することができる。この場合、水は、再生器６５２からの気体流６５５の中に含まれて外に出ることができる。
【００９５】
このプロセスの欠点は、いくらかの軽質炭化水素およびＣＯ2がある程度物理溶媒内で共吸着されることである。複数の分離器６８２、６８４、６８６の使用は、リッチ溶媒流６７２から、通常すべてのメタンではないとしても、大部分のメタンを除去する。
【００９６】
再び再生容器６５２を参照すると、この容器６５２は、ストリッパーとして作用する。硫化水素成分は、これらが、濃縮Ｈ2Ｓ流として気体流６５５を介して再生容器６５２を出るように追い立てられる。気体流６５５中の濃縮Ｈ2Ｓは、物理溶媒系７０５Ａを出るように示されている。これは、図６のライン６５５でも示されている。
気体流６５５中の濃縮Ｈ2Ｓは、酸性ガス注入（ＡＧＩ）施設に送られるのが好ましい。第２の物理溶媒プロセスを、前もって使用することによって、あらゆるＣＯ2および水蒸気を除去してもよい。分離器は６５８において示されている。この分離器６５８は、ガスをオーバーヘッドへ移動させながら、凝縮した水および溶媒を回収する還流容器である。凝縮した水および溶媒は、底部ライン６５９を介して再生容器６５２へ戻すこともできる。同時に、オーバーヘッドガスを、ライン６９１を介して、酸性ガス注入（図６のブロック６４９に概略的に示されており、以下で考察する）に送ることもできる。
気体流６５５はまた二酸化炭素を含む。二酸化炭素およびいずれの水蒸気も、オーバーヘッドライン６９１を介してＨ2Ｓと共に分離器６５８を出ることになる。Ｈ2Ｓは、好ましくは下流のＡＧＩ施設６４９に送られるか、または硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）に（示されていない）送られてもよい。
【００９７】
図７Ａに表されている再生容器６５２は、ストリッピングガスを利用して、溶媒から硫黄成分を分離することができる。この再生容器６５２は、任意の数のストリッピングガスを供給することができる。一例は、高いＣＯ2含有量を有する燃料ガス流である。高いＣＯ2含有量の燃料ガスは、ＣＯ2で溶媒を「事前に飽和させる」のを助け、これによって、浄化されたガス流６６４からのＣＯ2収集を減少させることができるので、ストリッピングガス６５１に対して好ましい。ストリッピングガスは、ライン６５１’を介して再生容器６５２へと流れ込むことが見てとれる。このストリッピングガス６５１’は、例えば一番低い圧力のフラッシュ段階、すなわち分離器６８６からの軽質ガス流６８９の一部分であってよい。これによって、いくらかの炭化水素の潜在的な回収が可能となる。
【００９８】
再生された溶媒は、再生容器６５２の底部から誘導される。再生された溶媒は、６５３として出る。再生された溶媒６５３は、ブースターポンプ６５４を介して運ばれる。第２のブースターポンプ６９４を利用することによって、再生溶媒６５３を運搬するラインの圧力をさらに強化されてもよい。その後、再生された溶媒６５３は、場合により冷蔵ユニットを有する熱交換器６９５を介して冷却されるのが好ましい。次いで冷やされたおよび再生された溶媒６９６は、リサイクルして接触器６７０に戻される。
【００９９】
一部分の再生された溶媒は、再生容器６５２の底部から取り出され、リボイラー６９７に送られる。リボイラーは、溶媒を温める。温められた溶媒は、ライン６５１”を介して、一部気化した流れとして、再生容器６９７に戻される。
図７Ａは、物理溶媒系７０５Ａの一実施形態を明示している。しかし、記述されているように、溶媒系６０５は、代わりに化学溶媒系であってもよい。化学溶媒系であれば、化学溶媒、特にＨ2Ｓ選択性アミンを使用することになる。このような選択性アミンの例として、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）およびＦｌｅｘｓｏｒｂ（登録商標）ファミリーのアミンが挙げられる。Ｆｌｅｘｓｏｒｂ（登録商標）は、サワーガス混合物からの硫黄ガス除去に使用される化学吸着剤に対する商標名である。Ｆｌｅｘｓｏｒｂ（登録商標）吸着剤または他のアミンは、炭化水素ガス流６２４または極低温蒸留塔の上流の浄化したガス流６６４と接触させる。
アミンベースの溶媒は、炭化水素ガス流中の酸性ガス成分との化学反応に依存する。この反応プロセスは、時々「ガススウィートニング」と呼ばれる。このような化学反応は、特におよそ３００ｐｓｉａ（２．０７ＭＰａ）より下の供給ガス圧力において、物理ベースの溶媒よりも一般的により効果的である。
Ｆｌｅｘｓｏｒｂ（登録商標）アミンは、ＣＯ2含有ガス流から選択的にＨ2Ｓを除去するための好ましい化学溶媒である。Ｆｌｅｘｓｏｒｂ（登録商標）アミンは、ＣＯ2吸収と比較して比較的に速い速度のＨ2Ｓ吸収をうまく利用している。高速の吸収速度は、カルバメートの形成を防止する助けとなる。アミンベースのプロセスから生成した硫化水素は、一般的に低圧である。産出したＨ2Ｓには、硫黄回収、または有意な圧縮を必要とする地中への処分のいずれかを施すことになる。
【０１００】
選択性アミンを用いた硫化水素の除去は、化学溶媒で脱水し、冷やされた流体流６２４と接触させることによって遂行することができる。これは、ガス流６２４を「吸収体」へと注入することによって行うことができる。吸収体とは、ガス流６２４からのガスをＦｌｅｘｓｏｒｂ（商標）または他の液体アミンと接触させることを可能とする容器である。この２つの流体物質は相互作用するので、アミンは、サワーガスからのＨ2Ｓを吸収することによって、スウィートニングされたガス流を生成する。スウィートニングされたガス流は、主にメタンおよび二酸化炭素を含有する。この「スウィート」ガスは、吸収体の最上部から流れる。
【０１０１】
一態様において、吸収体は大きな、逆流接触塔である。この配置において、生ガス流６２４は、接触塔の底部へ注入され、化学溶媒、または「リーン溶媒流」は、接触塔の最上部に注入される。逆流接触塔の内側で一度入ると、ガス流６２４からのガスは、吸収体を介して上方に移動する。通常、１つまたは複数のトレイまたは他の内部構造物（示されていない）が吸収体内に提供されることによって、天然ガスに対して複数の流路を作り出し、ガス相と液相の間に界面領域を作り出す。同時に、リーン溶媒流からの液体は、吸収体内の一連のトレイを下向きに、および横切って移動する。トレイは、天然ガスと溶媒流との相互作用を支援する。このプロセスは、「Removal of Acid Gases From a Gas Stream」という表題の特許出願の図１と関連して明示されている。この出願は、２００８年１０月１４日に仮出願され、米国特許第６１／１０５，３４３号が割り当てられた。図１および明細書の対応する部分は、本明細書に参照により組み込まれている。
【０１０２】
「リッチ」なアミン溶液は、逆流接触塔の底部から落ちる。これは、吸収されたＨ2Ｓと共に液体アミンを含む。リッチなアミン溶液は、物理溶媒系７０５Ａと関連して上記図７Ａに記載されている再生構成要素にかなり似ているように見え得る再生プロセスを介して取り出されるが、ただし、これは通常、１００〜２００ｐｓｉｇで作動している単一のフラッシュ容器しか有していない。
【０１０３】
Ｈ2Ｓのスクラビング用吸収体として使用される逆流接触器塔は、非常に大きく重い傾向にある。これにより、沖合の油およびガス生産用途において特定の問題が生じる。したがって、油およびガスの回収から起こる炭化水素ガス流からのＨ2Ｓ除去のための代替実施形態が本明細書中に提案されている。これは、より小さな、並流の接触装置の使用を含む。これらの装置は、接触時間を減少させ、したがってＣＯ2が吸収される確率を減少させることによって、アミンの選択性を向上させることができる。これらのより小さな吸収装置はまた、プロセス６０５の全体の設置面積のサイズを削減できる。
【０１０４】
図７Ｂは、図６の溶媒プロセス６０５に対して使用し得る化学溶媒系７０５Ｂの例示的実施形態を説明している。化学溶媒系７０５Ｂは、一連の並行して流れる接触装置ＣＤ１、ＣＤ２、．．、ＣＤ（ｎ−１）、ＣＤｎを採用している。これらの装置を使用して選択性のアミンをガス流と接触させる。
並流の概念は、直列の２つ以上接触器を利用し、ここでサワーガス流および液体溶媒は、接触器内を一緒に移動する。一実施形態において、サワーガス流および液体溶媒は、一般的にそれぞれの接触器の縦方向の軸に沿って一緒に移動する。並流の接触器は、ずっと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、充填された塔またはトレイ付の塔を利用する逆流接触器よりも小型の傾向にある。
図７Ａと同様に、脱水されたガス流６２４が、注入分離器６６０に入るのが見てとれることができる。注入分離器６６０は、例えば油ベースの掘削流体および泥などの液体不純物を濾過除去する働きをする。ブラインは、図６に示されている上流脱水容器６２０を用いてふるい落とされるのが好ましい。いくらかの粒子の濾過はまた注入分離器６６０内で行うことができる。ガス流６２４をきれいに保つことによって酸性ガス除去プロセスの間液体溶媒の泡立ちを防止することが望ましいことを理解されたい。
【０１０５】
凝縮した炭化水素および掘削流体などの液体は、注入分離器６６０の底部から落ちる。液体不純物流は、６６２において見てとれる。水によって運ばれた不純物は通常水処置施設（示されていない）に送られるか、または構造６３０に再注入されてもよく、ライン６２２は、貯留層圧力を維持するためまたは処分用である。炭化水素液体は、通常凝縮処理器につながっている。ガスは、注入分離器６６０の最上部から出る。浄化されたサワーガス流は６６４において見てとれる。
浄化されたサワーガスは、一連の吸収体に誘導される。ここにおいて、吸収体は、並流の接触装置ＣＤ１、ＣＤ２、．．、ＣＤ（ｎ−１）、ＣＤｎである。各接触器ＣＤ１、ＣＤ２、．．、ＣＤ（ｎ−１）、ＣＤｎは、ガス流６６４から一部分のＨ2Ｓ分を除去し、これによって、次第にスウィートニングされるガス流を放出する。最終の接触器ＣＤｎは、メタンおよび二酸化炭素を実質的に含む最終のスウィートニングされたガス流７３０（ｎ）を提供する。ガス流７３０（ｎ）は、図６のライン６７８となる。
【０１０６】
作動中、ガス流６６４は、第１の並流吸収体、または接触装置、ＣＤ１に入る。ここで、ガスは、液体溶媒７２０と混合される。溶媒７２０は、好ましくは、アミン溶液、例えばメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、またはＦｌｅｘｓｏｒｂ（登録商標）アミンなどからなる。液体溶媒はまた、ヒンダードアミン、第三級アミン、またはこれらの組合せを含み得る。Ｆｌｅｘｓｏｒｂ（登録商標）は、ヒンダードアミンの一例であり、ＭＤＥＡは、第三級アミンの一例である。さらに、溶媒流７２０は、一部再生されるか、または再生器７５０により生成される「セミリーン」溶媒である。「セミリーン」溶媒７２０の第１の接触器ＣＤ１への移動は、ポンプ７２４によって支援される。ポンプ７２４は、セミリーン溶媒７２０を適切な圧力下で第１の接触器ＣＤ１に移動させる。適切な圧力の例とは、およそ１５ｐｓｉａ〜１，５００ｐｓｉｇである。
【０１０７】
第１の接触器ＣＤ１の内側に一度入ると、ガス流６６４および化学溶媒流７２０は、第１の接触器ＣＤ１の縦方向の軸に沿って移動する。これらが移動するにつれて、液体アミン（または他の溶媒）は、ガス流６６４中のＨ2Ｓと相互作用し、Ｈ2Ｓをアミン分子に化学結合させるか、またはＨ2Ｓをアミン分子によって吸収させる。第１の「リッチ」溶媒溶液７４０（１）は第１の接触器ＣＤ１の底部から落ちる。同時に、第１の部分的にスウィートニングされたガス流７３０（１）は、第１の接触器ＣＤ１を出て、第２の接触器ＣＤ２に放出される。
【０１０８】
第２の接触器ＣＤ２はまた並流の分離装置を表す。第３の並流の分離装置ＣＤ３が第２の接触器ＣＤ２の後に提供されてもよい。第２および第３の接触器ＣＤ２、ＣＤ３のそれぞれは、それぞれの部分的にスウィートニングされたガス流７３０（２）、７３０（３）を生成する。さらに、第２および第３の接触器ＣＤ２、ＣＤ３のそれぞれは、それぞれの部分充填されたガス処理溶液７４０（２）、７４０（３）を生成する。アミンが溶媒として使用される場合、この部分充填されたガス処理溶液７４０（２）、７４０（３）はリッチなアミン溶液を含むことになる。例示的システム７０５Ｂにおいて、第２の充填されたガス処理溶液７４０（２）は、第１の充填されたガス処理溶液７４０（１）と合流し、再生器７５０を通過することを含めて、再生プロセスを通過する。
【０１０９】
ガス６６４が、次第にスウィートニングされるガス流７３０（１）、７３０（２）、．．．７３０（ｎ−１）を介して下流の方向に移動するにつれて、システム内の圧力は、一般的に低下することに注意されたい。この圧力低下が起こると、次第にリッチとなる、上流方向に向かうアミン（または他の液体溶媒）流７４０（ｎ）、７４０（ｎ−１）、．．．７４０（２）、７４０（１）の圧力は、ガス圧力に一致させるため一般的に増加しなければならない。したがって、システム７０５Ｂにおいて、１つまたは複数の小さいブースターポンプ（示されていない）が接触器ＣＤ１、ＣＤ２、．．．のそれぞれの間に配置されていることが好ましい。これは、システム内の液体圧力を押し上げる役目を果たす。
【０１１０】
システム７０５Ｂにおいて、流れ７４０（１）、７４０（２）は、最初にフラッシュドラム７４２を介して移動する「リッチ」溶媒溶液を含む。フラッシュドラム７４２は、およそ１００〜１５０ｐｓｉｇの圧力で作動する。このフラッシュドラム７４２は通常、その中の溶媒流７４０に対して沈殿効果または蛇行性の流路を作り出す内部構造部分を有する。残留するガス、例えばメタンおよびＣＯ2などは、溶媒流７４０からライン７４４を介してフラッシュされる。ライン７４４において捕獲された残留ガスは、例えばライン７２０からの少量の新鮮なアミンと接触させた場合、およそ１００ｐｐｍの酸性ガス含有量まで減少し得る。この濃度は、この残留ガスをシステム７０５Ｂ用の燃料ガスとして使用することができる程十分に低い。
【０１１１】
残留する天然ガスは、溶媒流７４０からライン７４４を介してフラッシュすることができる。生成したリッチ溶媒流７４６は、再生器７５０へと誘導される。
再生器７５０に移動する前に、リッチ溶媒流７４６は、熱交換器（示されていない）を介して移動するのが好ましい。比較的冷たい（周辺温度に近い）溶媒流７４６は、再生器７５０の底部を出る温かなリーン溶媒流７６０との熱接触を介して加熱することができる。さらにこれは、リーン溶媒流７６０がリーン溶媒冷却器７６４、次いで最終接触器ＣＤｎへと送達される前に、リーン溶媒流７６０を有利に冷却する働きをする。
【０１１２】
再生器７５０は、リボイラー７５６の上のトレイまたは他の内部構造物（示されていない）を含むストリッパー部分７５２と定義される。熱を生成するために熱供給元が、リボイラー７５６に提供される。再生器７５０は、最終の接触器ＣＤｎにおける再利用のためリサイクルされる、再生されたまたは「リーン」溶媒流７６０を生成する。濃縮Ｈ2Ｓを含有する再生器７５０から取り除かれたオーバーヘッドガスは、不純物流７７０として再生器７５０を出る。
Ｈ2Ｓリッチな不純物流７７０は、凝縮器７７２へと移動する。この凝縮器７７２は、不純物流７７０を冷却する働きをする。冷却した不純物流７７０は、不純物流７７０からあらゆる残留液体（主に凝縮した水）を分離する還流蓄積器７７４を介して移動する。次いで主にＨ2Ｓを含む酸性ガス流７７６が作り出される。酸性ガス流７７６は、図６のライン６５５と同じである。
【０１１３】
一部の液体は、還流蓄積器７７４から落ちてもよい。これは、残留液体流７７５を生じる。この残留液体流７７５は、好ましくは圧力を押し上げるためにポンプ７７８を介して運ばれ、次いでそこで、再生器７５０へと再導入される。残留する液体のいくらかは、リーン溶媒流７６０の一部として再生器７５０の底部を出ることになる。いくらかの水含有量が、リーン溶媒流７６０に付加されることで、スウィートニングされたガス流７３０（ｎ−１）、７３０（ｎ）への水蒸気の損失を埋めてもよい。この水は、還流ポンプ７７８の吸い込みまたは吸引の際に付加することができる。
このリーンまたは再生された溶媒７６０は低圧である。したがって、再生された溶媒７６０を表すこの液体流は、圧力押し上げポンプ７６２を介して運ばれる。ポンプ７６２は、リーン溶媒ブースター７６２と呼ばれる。そこから、このリーン溶媒７６０が冷却器７６４を通過する。冷却器７６４を介して溶媒を冷却することによって、リーン溶媒７６０が酸性ガスを効果的に吸収することを確実にする。冷やされたリーン溶媒７６０は、最後の分離接触器ＣＤｎのために溶媒流として使用される。
【０１１４】
溶媒タンク７２２は、接触装置ＣＤ１、ＣＤ２、．．、ＣＤ（ｎ−１）、ＣＤｎの近位に提供されてもよい。リーン溶媒７６０は、溶媒タンク７２２を通過することができる。溶媒タンク７２２は、ガス施設７０５Ｂのために必要となり得るので、オフラインで、溶媒用貯留層を提供することがより好ましい。
再び複数の並流の接触装置ＣＤ１、ＣＤ２、．．．ＣＤ（ｎ−１）、ＣＤｎを参照すると、各接触装置は、炭化水素ガスおよび硫化水素を含むガス流を受け取る。各接触装置ＣＤ１、ＣＤ２、．．．ＣＤ（ｎ−１）、ＣＤｎは、順次Ｈ2Ｓを除去し、次第にスウィートニングされるガス流を生成するために作動する。並流の接触装置ＣＤ１、ＣＤ２、．．．ＣＤ（ｎ−１）、ＣＤｎは、様々な短い接触時間の混合装置のいずれかであってよい。例として、静的混合機および遠心撹拌機が挙げられる。いくつかの混合装置は、排出装置を介して液体をバラバラに分裂させる。排出装置は、ベンチュリ管に似た管を介してガスを送達し、次にこの管が液体溶媒を管に引き込む。ベンチュリ効果のため、液体溶媒は引きずり込まれ、壊れて小さい液滴となり、ガスとの接触表面積を大きくする。
【０１１５】
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、排出装置、それに続く遠心性コアレッサーを利用する。この遠心性コアレッサーは、小さい容積の液体溶媒を再統合するための大きな遠心力を引き起こす。どのような実施形態であっても、小型の容器技術を採用するのが好ましく、これによって、大きな接触器塔と比べてハードウエアの縮小が可能になる。
第１の接触器ＣＤ１は、生ガス流６６４を受け取る。このガス流６６４は、硫化水素の除去のために第１の接触器ＣＤ１内で処理される。次いで第１の部分的にスウィートニングされたガス流７３０（１）が放出される。第１の部分的に−スウィートニングされたガス流７３０（１）は第２の接触器ＣＤ２に送達される。第２の、より完全にスウィートニングされたガス流７３０（２）が放出されるよう、第１のスウィートニングされたガス流７３０（１）はそこで硫化水素の除去のためにさらに処理される。第３の接触器ＣＤ３がより完全にスウィートニングされたガス流７３０（３）を生成するように、このパターンが継続される。第４の接触器ＣＤ４は、さらにもっとスウィートニングされたガス流７３０（４）を生成し、最後から１つ前の接触器は、さらにもっとスウィートニングされたガス流ＣＤ（ｎ−１）を生成する。これらの各流れは、「続発性の」スウィートニングされたガス流と呼ぶことができる。
【０１１６】
最終のスウィートニングされたガス流７３０（ｎ）は、最終の接触器ＣＤｎにより放出される。最終接触器ＣＤｎの前の接触装置の数（少なくとも２つ）は、主に所望の標準を満たすためのＨ2Ｓ除去の必要レベルによって決定される。図７のシステム７０５Ｂにおいて、最終のスウィートニングされたガス流７３０（ｎ）は、依然として二酸化炭素を含有する。したがってスウィートニングされたガス流７３０（ｎ）は、図６のＣＦＺ塔１００を介して取り出されなければならない。スウィートニングされたガス流７３０（ｎ）は、図６のライン６７８と同じである。
【０１１７】
一態様において、混合装置と対応する凝集装置の組合せが各接触器において採用されている。したがって、例えば、第１のＣＤ１および第２のＣＤ２接触器は、これらの混合装置として静的混合機を利用することができ、第３のＣＤ３および他のＣＤ４接触器は、排出装置を利用することができ、ＣＤｎ−１およびＣＤｎ接触器は、遠心撹拌機を利用することができる。各接触器には、凝集装置が付随している。いずれの実施形態においても、ガス流６６４、７３０（１）、７３０（２）、．．．７３０（ｎ−１）および並流で流れる液体溶媒流は、接触器ＣＤ１、ＣＤ２、．．．ＣＤｎを介して同じ方向に流れる。これによって、短い期間、おそらくさらに１００ミリ秒以下まで短い期間で処理反応が行われることが可能となる。特定のアミンは、ＣＯ2よりもより急速にＨ2Ｓと反応することから、これは、選択性のＨ2Ｓ除去（ＣＯ2に対して）にとって有利である。
【０１１８】
ガス流を受け取ることに加えて、各並流の接触器ＣＤ１、ＣＤ２、．．．ＣＤ（ｎ−１）、ＣＤｎはまた、液体溶媒流を受け取る。システム７０５Ｂにおいて、第１の接触器ＣＤ１は、部分的に再生された溶媒流７２０を受け取る。その後、それに続く接触器ＣＤ２、ＣＤ３、ＣＤ（ｎ−１）、ＣＤｎは、次のそれぞれの接触器から放出された充填された溶媒溶液を受け取る。したがって第２の接触器ＣＤ２は、第３の接触器ＣＤ３から放出された部分充填された溶媒溶液７４０（３）を受け取り、第３の接触器ＣＤ３は、第４の接触器ＣＤ４から放出された部分充填された溶媒溶液７４０（４）を受け取り、最後から１つ前の接触器ＣＤ（ｎ−１）は、最終の接触器ＣＤｎからの部分充填された溶媒溶液７４０（ｎ）を受け取る。別の言い方をすれば、第２の接触器ＣＤ２に送られた液体溶媒は、第３の接触器ＣＤ３から放出された部分充填された溶媒溶液７４０（３）を含み、第３の接触器ＣＤ３に送られた液体溶媒は、第４の接触器ＣＤ４から放出された部分充填された溶媒溶液７４０（４）を含み、最後から１つ前の接触器ＣＤ（ｎ−１）に送られた液体溶媒は、最終の接触器ＣＤｎからの部分充填された溶媒溶液７４０（ｎ）を含む。したがって、部分充填された溶媒溶液は、次第にスウィートニングされたガス流７３０（１）、７３０（２）、７３０（３）、．．．７３０（ｎ−１）とは反対の処理方向に、接触器ＣＤ１、ＣＤ２、ＣＤ３、．．．ＣＤｎへと導入される。
最後の分離接触器ＣＤｎはまた液体溶媒を受け取る。この液体溶媒は、再生された溶媒流７６０である。再生された溶媒流７６０は極めてリーンである。
【０１１９】
図７Ｂの化学溶媒系７０５Ｂは、説明に役立つことを意図している。複数の並流の接触装置を吸収体として採用するこのようなシステムに対して他の配置を使用することができる。このような追加のシステムの例は、上で参照された米国特許出願第６１／１０５，３４３号におけるＣＯ2除去の文脈中に記載されている。明細書の図２Ｂおよび対応する部分も本明細書に参照により組み込まれている。
【０１２０】
図７Ｂのシステム７０５Ｂにおいて、溶媒溶液７４０（１）および７４０（２）の両方に再生を施す。部分的に再生された溶媒７８０は、再生容器７５０から出てくる。この溶媒７８０は、ブースターポンプ７８２を介して加圧下に置かれる。そこから、溶媒７８０は、熱交換器７８４内での冷却によって、溶媒流７２０になる。溶媒７８０は、溶媒流７２０として第１の並流の接触器ＣＤ１に導入される前に、ブースターポンプ７２４を介してさらに加圧される。
【０１２１】
再び図６を参照すると、軽質ガス流６７８（これは図７Ａのライン６７８および図７Ｂのライン７３０（ｎ）でもある）は、溶媒系６０５を出て、脱水器を通過し、チラー６２６を通過する。チラー６２６は、軽質ガス流６７８をおよそ−３０°Ｆから−４０°Ｆまで低い温度に冷やす。チラー６２６は、例えばエチレンまたはプロパンの冷蔵庫であってよい。
軽質ガス流６７８は、次に膨張装置６２８を介して移動するのが好ましい。この膨張装置６２８は、例えば、Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ（「Ｊ−Ｔ」）バルブであってよい。膨張装置６２８は、軽質ガス流６７８のさらなる冷却を達成するために膨張器としての機能を果たす。膨張装置６２８は、軽質ガス流６７８の温度を例えば、およそ−７０°Ｆから−８０°Ｆまでさらに減少させる。ガス流６７８の少なくとも部分的な液化も達成されるのが好ましい。冷却したサワーガス流は、ライン６１１において示されている。
【０１２２】
ライン６１１の冷やされたサワーガスは、極低温蒸留塔１００に入る。この極低温蒸留塔１００は、ＣＯ2粒子を意図的に凍結するプロセスを介して酸性ガスからメタンを蒸留するために作動するいかなる塔であってよい。極低温蒸留塔は、例えば、図１のＣＦＺ（商標）塔１００であってよい。ライン６１１の冷やされたサワーガスは、塔１００におよそ５００〜６００ｐｓｉｇで入る。
図１に関連して説明されているように、酸性ガスは、液化された酸性ガス底部流６４２として蒸留塔１００から取り出される。この例では、この酸性ガス底部流６４２は、主に二酸化炭素を含む。酸性ガス底部流６４２は、非常にわずかな硫化水素または他の硫黄成分、例えば硫黄成分除去システム（溶媒系６０５）によって捕獲されたものなどを含有し、さらなる処理のため濃縮Ｈ2Ｓ流６５５として送達される。Ｈ2Ｓは、硫黄回収ユニット（示されていない）を用いて元素硫黄へと変換することができる。この硫黄回収ユニットは、いわゆるＣｌａｕｓプロセスであってよい。これによって、より効果的な、多量の硫黄の硫黄回収が可能となる。
【０１２３】
少なくともの一部の底部流６４２は、リボイラー６４３を介して送られる。そこから、メタンを含有する流体は、ガス流６４４として塔１００へ戻るように再び誘導される。主に二酸化炭素から構成される残留流体は、ＣＯ2ライン６４６を介して放出される。ライン６４６中のＣＯ2は、液体形態である。ライン６４６の二酸化炭素は、圧力ブースター６４８を通過し、次いでブロック６４９で示されている通り、１つまたは複数の酸性ガス注入（ＡＧＩ）坑井を介して地下構造に注入されるのが好ましい。
【０１２４】
メタンは、オーバーヘッドメタン流１１２として蒸留塔１００から放出される。このオーバーヘッドメタン流１１２は、およそ２モルパーセント以下の二酸化炭素を含むのが好ましい。このパーセンテージにおいて、オーバーヘッドメタン流１１２は、燃料ガスとして使用することができるか、または天然ガスとして特定の市場に販売することができる。しかし、本明細書中の特定の方法に従い、オーバーヘッドメタン流１１２に、さらなる処理を施すことが望ましい。より具体的には，オーバーヘッドメタン流１１２は、開ループ冷蔵システムを通過する。
【０１２５】
最初に、オーバーヘッドメタン流１１２は、クロス交換器１１３を通過する。このクロス交換器１１３は、膨張器装置１９を介して増大させた後、極低温蒸留塔１００に再導入される液体還流流１８を事前に冷却する働きをする。次にオーバーヘッドメタン流１１２は、その圧力を上げるため、コンプレッサー１１４を介して送られる。
次に、加圧したメタン流１１２を冷却する。これは、例えば空中冷却器１１５にメタン流１１２を通すことによって行うことができる。冷たい、および加圧したメタン流１１６が生成される。メタン流１１６は、商品を作製するために液化されることが好ましい。
【０１２６】
冷却器１１５を離れる冷却および加圧されたメタン流１１６の一部は、還流流１８に分割される。この還流流１８は、熱交換器１１３内でさらに冷却され、次いで膨張器装置１９を介して拡張されることによって、最終的に図１の低温スプレー流２１を生成する。この低温スプレー流２１は、蒸留塔１００に入り、そこで、低温液体スプレーとして使用される。この液体スプレー、または還流は、制御された凍結域（図１の１０８で示される）の温度を減少させ、上述の脱水されたガス流６２４からのＣＯ2および他の酸性ガス粒子を凍結させる手助けをする。
図６は、ガス処理システム６００の選択された態様のみを明らかにすることを意図した単純化された概略図を表していることを理解されたい。ガス処理システムは通常、多くの追加の構成要素、例えば圧力測定装置、温度測定装置、レベル測定装置、および流量測定装置と共に、ヒーター、チラー、凝縮器、液体ポンプ、ガスコンプレッサー、送風器、他の種類の分離機器および／または分別機器、バルブ、スイッチ、コントローラーなどを含むことになる。
【０１２７】
生ガス流から硫黄成分を除去するための追加の方法が本明細書中で提供される。このような１つの方法は、「レドックス」プロセスという大見出しの分類に入る。「レドックス」という用語は、還元酸化反応を表す。還元酸化とは、原子がその酸化数または酸化状態を変更させる化学反応のことを述べている。本発明のレドックスプロセスにおいて、酸化された金属例えばキレートされた鉄などが直接Ｈ2Ｓと反応することによって、元素硫黄を形成する。
酸化された金属は、水性のキレート金属触媒溶液である。作動中、硫化水素を含有するガス流は、キレート金属触媒と接触することによって、吸収が生じる。それに続いて、硫化水素が元素硫黄へと酸化し、同時により低い酸化状態への金属の還元が行われる。次いで触媒溶液は、これを酸素含有ガスと接触させることによって、金属を酸化させてより高い酸化状態に戻すことによって、再利用のために再生される。
【０１２８】
図８は、生ガス流から酸性ガスを除去するためのガス処理施設８００を示す概略図である。この配置において、硫化水素は、レドックスプロセスを用いて、酸性ガス除去システム６５０の上流で生ガス流から取り出される。このレドックスプロセスは、水性ベースであり、これはＨ2Ｓの除去ステップが開始される前に生ガス流の脱水を行う必要がないことを意味する。
【０１２９】
図８は、生産ガス流８１２を受け取るガス処理施設８００を示している。この生産ガス流８１２は、貯留層発生領域、または「フィールド」８１０において行われる炭化水素生産活動から始まる。このフィールド８１０は、ガス状炭化水素が生成されるいかなる場所も表すことができることを理解されたい。炭化水素は、メタンならびに硫化水素を含むことになる。炭化水素はまた、エタンならびに二酸化炭素も含み得る。
ガス処理施設８００において、ガス流８１２は、硫黄成分除去システム８５０に流れ込む。この硫黄成分除去システム８５０は、レドックスプロセスを使用している。この硫黄成分除去システム８５０は最初に接触器８２０を含む。この接触器８２０は、フィールド８１０からの生の炭化水素ガスを受け取るチャンバー８２５と定義される。一度チャンバー８２５内に入ると、生ガス流８１２から硫化水素および他の硫黄成分を分離する化学反応が起きる。
【０１３０】
化学反応を起こすため、チャンバー８２０はまたキレートされた酸化金属を受け取る。このような酸化金属の例は、キレート鉄である。このキレート鉄は、金属キラント溶液の形態である。この金属キラント溶液は、ライン８４２を介してチャンバー８２５へと送達される。
一度チャンバー８２５内に入ると、キレート金属溶液は、生ガス流８１２内の硫化水素と反応する。還元酸化反応が起きる。その結果、キレートされた還元金属混合物は、元素硫黄と共に底部ライン８２２を介して放出される。同時に、ガスは、オーバーヘッドライン８２４を介して逃げる。塩基性反応物はＳ--  ＋  ２Ｆｅ+++→Ｓ0  ＋  ２Ｆｅ++である。
【０１３１】
ライン８２４のガスは、主にメタンおよび二酸化炭素を含む。微量のエタン、窒素、または他の構成要素もまたライン８２４に存在し得る。ライン８２４のガスが一緒になって、サワーガスを意味する。
例示的な硫黄成分除去システム８５０はまた酸化器８３０も含む。この酸化器８３０は、還元された金属混合物を酸化させるためのチャンバー８３５と定義される。酸化器８３０は、ライン８２２を介して還元された金属混合物を受け取る。ライン８２２の金属混合物の圧力は、バルブ８２８によって制御されている。
【０１３２】
酸化器８３０はまた空気も受け取る。空気は、ライン８３４を介して酸化器８３０に導入される。空気送風器８３８により酸化器８３０内のチャンバー８３５を介して空気を循環させるために、ライン８３４の圧力を増加させる。一度チャンバー８３５内に入ると、空気は、キレート金属混合物と接触して、還元された金属混合物を酸化させる。空気は、放出ライン８３６を介して酸化器８３０から放出される。
酸化により、酸化された、キレート金属混合物が生成される。このキレート混合物はまた、コロイドの形態の硫黄を含有する。硫黄を含むキレート混合物は、ライン８３２を介して酸化器８３０から落ちる。
例示的硫黄成分除去システム８５０はまた分離器８４０を含む。図８の分離器８４０は、遠心機として示されている。しかし、他の種類の分離器を採用することもできる。遠心機８４０は、硫黄を含む水性のキラント混合物を２つの成分に分離する。１つの成分は、元素硫黄である。この元素硫黄は、純度の高い固体製品としてプロセスから持続的に取り出される。接触プロセスは、コロイド状硫黄で機器がふさがれることから、比較的低圧であることに（３００ｐｓｉｇ以下）限定されることが好ましい。元素硫黄は、貯蔵されてもよく、またはより好ましくは、商品として販売される。
【０１３３】
元素硫黄は、ライン８４４で落ちる。硫黄は、硫黄取り扱いユニット（示されていない）に誘導されることが好ましい。これにより、元素硫黄を実質的に含まない水性の金属キラント溶液が残る。
除去システム８５０の水性の金属触媒溶液は、再生されたキレート鉄である。このキレート鉄は、ライン８４２により、接触器８２０に戻されるよう再び誘導される。ライン８４２において圧力を増加させ、キラント混合物を接触容器８２５まで運搬するようにポンプ８４４が提供されてもよい。この方法によって、キレート鉄（または他の酸化された金属）は、回収され、再利用され得る。
【０１３４】
再びガスライン８２４を参照すると、ガスライン８２４のサワーガスが、脱水容器８６０に運ばれる。レドックスプロセスは生ガス流８１２からＨ2Ｓを分離するために水性ベースの物質を使用することから、それに続くライン８２４のガスの脱水が、極低温の酸性ガスの除去前に必要である。サワーガスをガスライン８２４から脱水容器８６０を介して回した結果、水性流８６２が生成する。水性流８６２は、水処理施設に送られてもよい。代替法として、水性流８６２を地下構造、例えば図６の地下構造６３０などに再注入することもできる。さらには、代替法として、除去した水性流８６２を処理することによって、環境基準を満たし、次いで処理済みの水として地域の流域（示されていない）に放出することもできる。
同様に、ライン８２４から脱水容器８６０を介してサワーガスを回した結果、実質的に脱水されたガス流８６４が生成される。この脱水されたガス流８６４はメタンを含み、微量の窒素、ヘリウムおよび他の不活性ガスも含有し得る。本発明のシステムおよび方法に関連して、脱水されたガス流８６４は二酸化炭素も含む。
【０１３５】
脱水されたガス流８６４は、脱水容器８６０を出て、チラー６２６を通過する。このチラー６２６は、脱水されたガス流８６４をおよそ−３０°Ｆから−４０°Ｆまで低い温度に冷やす。チラー６２６は、例えば、エチレンまたはプロパンの冷蔵庫であってよい。こうして冷やされた軽質ガス流６７８が生成される。
軽質ガス流６７８は次に膨張装置６２８を介して移動するのが好ましい。この膨張装置６２８は、例えば、Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ（「Ｊ−Ｔ」）バルブであってよい。この膨張装置６２８は、軽質ガス流６７８のさらなる冷却を達成するために膨張器としての機能を果たす。この膨張装置６２８は、軽質ガス流６７８の温度を、例えばおよそ−７０°Ｆから−８０°Ｆまで低い温度にさらに減少させる。ガス流６７８の少なくとも部分的な液化も達成されるのが好ましい。冷却したサワーガス流は、ライン６１１で示されている。
【０１３６】
ライン６１１の冷却したサワーガスは、蒸留塔へと誘導される。この蒸留塔は、例えば図１および６のＣＦＺ塔１００であってよい。ライン６１１からのサワーガスは、次いで酸性ガス除去システムを介して処理される。この酸性ガス除去システムは、例えば、図６の酸性ガス除去システム６５０に従うことができる。
【０１３７】
生ガス流から硫黄成分を除去するための別の手段は、スカベンジャーベッドのスカベンジャーの使用を介するものである。スカベンジャーの使用は、ガス流からＨ2Ｓおよびメルカプタンを除去する手段としてガス処理業界において知られている。スカベンジャーは固体でもよいし、これらは液体形態でもよいし、またはこれらは触媒溶液でもよい。
スカベンジャーは、スルフヒドリル含有化合物および他の硫黄含有化合物を例えば金属硫化物などの無害な化合物へと変換する。この化合物は、安全におよび環境的に健全な方法で廃棄することができる。生ガス流内のＨ2Ｓ組成が低いために従来のアミン処理が経済的に実行可能でない場合には、スカベンジャー特有の有用性がある。１つの例が、Ｈ2Ｓ組成がおよそ３００ｐｐｍ未満の場合である。
【０１３８】
既知の液体ベースのスカベンジャーの一例は、トリアジンである。より具体的な例が、１，３，５トリ−（２−ヒドロキシエチル）−ヘキサヒドロ−Ｓ−トリアジンの水性配合物である。液体ベースのスカベンジャーの別の例は亜硝酸溶液である。
固体スカベンジャーの例は、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、またはＦｅ3Ｏ4）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）である。固体スカベンジャーは、一般的に再生不可能である。再生不可能なスカベンジャーベッドは一度使用されると、交換しなければならない。酸化鉄は、一般的に効力を発揮するためいくらかの水分を必要とするが、酸化亜鉛は必要としない。したがって、サワーガス流がすでに脱水されている場合、ＺｎＯの使用は、ＣＯ2除去プロセスの上流で必ずしも追加の脱水を行う必要がないという点で有利である。しかし、水は、酸化プロセスから生成することができる。したがって、Ｈ2Ｓの初期レベルによっては、それに続く脱水が必要となり得る。
【０１３９】
硫化水素捕捉剤は、３つのうちの１つの方法を介して最も一般的に適用される。第１に、液体捕捉剤のバッチ適用をスパージされた塔接触器において使用することができる。第２に、固体捕捉剤のバッチ適用を固定床接触器において行うことができる。第３に、液体捕捉剤の容器への連続的直接注入を採用することができる。これが最も一般的な用途である。
従来の直接注入のＨ2Ｓ捕捉は、接触器としてパイプラインを使用する。この用途において、液体Ｈ2Ｓ捕捉剤、例えばトリアジンなどは、ガス流に注入される。Ｈ2Ｓは、捕捉溶液に吸収される。Ｈ2Ｓは、反応して副生成物を形成し、この副生成物は続いて生ガス流から取り出され、処分される。Ｈ2Ｓ捕捉の直接注入の代替法は、高圧下で、小さい開口を介して捕捉剤の液体ジェットを押し出すことを含む。通常、霧吹きノズルを使用して、液体捕捉剤が非常に小さい液滴へと霧化させる。直接注入法は、多くの用途に対して、バッチ適用と比較して資本コストが低いため、全体のコストが一番低い可能性がある。
【０１４０】
図９は、一実施形態において本発明に従いガス流から酸性ガスを除去するためのガス処理施設９００を示す概略図である。この配置において、スカベンジャーを用いて酸性ガス除去システム９５０の上流で生ガス流９１２から硫化水素を除去する。
図９は、生産ガス流９１２を受け取るガス処理施設９００を示している。この生産ガス流９１２は、貯留層生産領域、または「フィールド」９１０において行われる炭化水素生産活動から始まる。このフィールド９１０は、ガス状炭化水素が生産されるいかなる場所も表すことができることを理解されたい。炭化水素は、メタンならびに硫化水素を含むことになる。炭化水素はまた、エタンならびに二酸化炭素も含み得る。
【０１４１】
ガス処理施設９００において、生産ガス流９１２は、硫黄成分除去システム９５０に流れ込む。この硫黄成分除去システム９５０は、Ｈ2Ｓスカベンジャーを使用する。上に記載の捕捉方法のいずれかを採用してもよい。例示的硫黄成分除去システム９５０は、上述の第３の方法を使用し、すなわち、液体スカベンジャーを分離容器９２０へ連続して注入する。
生ガス流９１２から硫黄成分を除去するために、生ガス流９１２は、パイプライン９２２へと誘導される。同時に、液体スカベンジャー例えばトリアジンなどが、スカベンジャーライン９４４を介してパイプライン９２２に導入される。このトリアジンは、霧吹きノズル９２３を介して注入され、次いで静的混合機９２５内の生ガス流９１２と混合される。そこから、接触した生ガス流９１２は、分離容器９２０に入る。
【０１４２】
分離容器９２０は、チャンバー９２６と定義される。液体は、チャンバー９２６底部に沈降し、ガス状成分は、チャンバー９２６最上部に出る。この液体は、液体ライン９２７を介して出る。液体は、使用済みスカベンジャー物質を含む。ライン９２７からの液体の一部分は、流出する廃棄物として取り出される。廃棄ライン９４２は、流出する廃棄物を、保持タンク（示されていない）または他の廃棄物保持領域へと誘導する。廃棄物は、トラックまたは廃棄ラインで遠くに運び出されてもよい。ライン９２７からの液体の残りの部分は、スカベンジャーライン９４４に戻るように再び誘導されることによって、スカベンジャーが十分に使用されていない場合、生ガス流９１２と接触させることができる。
【０１４３】
硫黄成分除去システム９５０は、スカベンジャー容器９３０も含む。このスカベンジャー容器９３０は、液体捕捉剤を保持する。オペレーターは、必要ならば、スカベンジャー容器９３０からスカベンジャーライン９４４へと液体捕捉剤を回す。ポンプ９４６は、パイプライン９２２への液体捕捉剤の注入のため、圧力を増加させるために提供される。
【０１４４】
再び分離容器９２０を参照すると、この分離容器９２０は、ミスト分離器９２４を含み得る。このミスト分離器９２４は、ガス状成分を有する分離容器９２０の最上部から液体粒子が逃げるのを防止するのを助ける。この現象は、飛末同伴と呼ばれる。ミスト分離器９２４は、気体が分離容器９２０内で上方に移動するにつれて、気体のための蛇行性通路を作り出すメッシュまたは膜と類似している。ミスト分離器は公知である。ミスト分離器の一製造元は、Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｉｎｃ．、Ａｌｖｉｎ、Ｔｅｘａｓである。Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｉｎｃは、Ａｍｉｓｔｃｏ（商標）という商標名でミスト分離器を製造している。
【０１４５】
ガス状成分は、オーバーヘッドガスライン９４５を介して分離容器９２０を離れる。このガス状成分は、主にメタンおよび二酸化炭素に代表される。微量元素であるエタン、窒素、ヘリウムおよび芳香族も存在し得る。ライン９４５内のガスは、サワーガスと呼ばれ得る。ガスライン９４５内のサワーガスは、脱水容器９６０に運ばれる。
スカベンジャープロセスは、生ガス流９１２からＨ2Ｓを分離するために水性ベースの物質を使用するので、ライン９４５内のガスの脱水が極低温の二酸化炭素除去前に必要である。ガスライン９４５から脱水容器９６０を介してサワーガスを回した結果、水流９６２が生成される。この水流９６２は、水処理施設に送られてもよい。代替法として、水流９６２を、例えば地下構造図６の地下構造６３０などに再注入することもできる。さらに代替法として、除去した水流９６２を処理することによって、環境基準を満たし、次いで処理済みの水として地域の流域（示されていない）に放出することもできる。
【０１４６】
同様に、脱水容器９６０を介してライン９４５からサワーガスを回した結果、実質的に脱水されたガス流９６４が生成される。脱水されたガス流９６４は、チラー６２６を通過する。チラー６２６は、脱水されたガス流９６４をおよそ−３０°Ｆから−４０°Ｆまで低い温度に冷やす。チラー６２６は、例えば、エチレンまたはプロパンの冷蔵庫であってよい。こうして冷やされた軽質ガス流６７８が生成される。
次に膨張装置６２８を介して、この軽質ガス流６７８を移動するのが好ましい。膨張装置６２８は、例えば、Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ（「Ｊ−Ｔ」）バルブであってよい。この膨張装置６２８は、軽質ガス流６７８のさらなる冷却を達成するために膨張器としての機能を果たす。この膨張装置６２８は、軽質ガス流６７８を、例えばおよそ−７０°Ｆから−８０°Ｆまで低い温度にさらに減少させる。ガス流６７８の少なくとも部分的な液化も達成されるのが好ましい。この冷却したサワーガス流はライン６１１で示されている。
【０１４７】
ライン６１１の冷却したサワーガスは、蒸留塔へと誘導される。この蒸留塔は、例えば図１および６のＣＦＺ塔１００であってよい。次いで冷却したガス流は、酸性ガス除去システムを介して処理される。酸性ガス除去システムは、例えば、図６の酸性ガス除去システム６５０に従うことができる。
スルフヒドリル（?ＳＨ）基を有する有機硫黄化合物の除去のために本明細書中で提案されたさらに別の手段は、ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスとして知られているプロセスを介する。このＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスは、ＣｒｙｓｔａＴｅｃｈ、Ｉｎｃ．、Ａｕｓｔｉｎ、Ｔｅｘａｓにより開発された。このＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスは、改質された液相Ｃｌａｕｓ反応プロセスを使用することによって、生ガス流からＨ2Ｓを除去する。
【０１４８】
「Ｃｌａｕｓプロセス」とは、硫化水素含有ガス流から元素硫黄を回収するために天然ガスおよび石油精製業界で時々使用されるプロセスである。手短に言うと、元素硫黄を生成するＣｌａｕｓプロセスは２つの主要なセクションを含む。第１のセクションは、Ｈ2Ｓの一部が燃焼してＳＯ2になり、形成されたＳＯ2が残留するＨ2Ｓと反応することによって、約１，８００°から２，２００°Ｆで元素硫黄を生成する熱セクションである。熱セクション内に触媒は存在しない。第２のセクションは、適切な触媒（例えばアルミナなど）上で４００°から６５０°Ｆの間の温度で元素硫黄が生成される触媒のセクションである。元素硫黄を生成するためのこの反応は平衡反応である。それ故、Ｈ2Ｓの元素硫黄への全面的変換を増強させることを目指して分離が生じるＣｌａｕｓプロセスにはいくつかの段階が存在する。各段階では、加熱、反応、冷却および分離が関与する。
【０１４９】
「ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆ」という用語は、プロセスばかりでなく、プロセス中に使用される溶媒も指す。ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆ（登録商標）は、硫化水素および二酸化硫黄を溶解して、これらが直接元素硫黄に反応できるようにする非水系の、物理溶剤である。このＣｒｙｓｔａＳｕｌｆ（登録商標）溶媒は、時々、液またはスクラビング液と呼ばれている。ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスにおいて、硫化水素は非水系のスクラビング液を用いてガス流から取り出される。スクラビング液は、例えばフェニルキシリルエタンなど、元素硫黄のための有機溶剤であってよい。一般的に非水系溶媒は、アルキル置換ナフタレン、フェニルキシリルエタンを含めたジアリールアルカン、例えばフェニル−ｏ−キシリルエタン、フェニルトリルエタン、フェニルナフチルエタン、フェニルアリールアルカン、ジベンジルエーテル、ジフェニルエーテル、部分的に水素化したテルフェニル、部分的に水素化したジフェニルエタン、部分的に水素化したナフタレンおよびこれらの混合物などからなる群から選択することができる。
通常、ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆ（登録商標）溶媒は、酸化剤としてＳＯ2を採用している。これによって、Ｃｌａｕｓ反応（２Ｈ2Ｓ＋ＳＯ2→３Ｓ＋２Ｈ2Ｏ）が溶媒相内で生じる。別の言い方をすれば、二酸化硫黄を溶媒溶液に付加することによって、より良いＨ2Ｓ除去を達成する。
【０１５０】
ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスは、米国特許第６，４１６，７２９号に記載されている。この’７２９号特許は、「Process for Removing Hydrogen Sulfide from Gas Streams Which Include or are Supplemented with Sulfur Dioxide」という表題が付いている。この’７２９号特許は、その全体が本明細書に参照により組み込まれている。ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスのための追加の実施形態が、「Process for Removing Hydrogen Sulfide From Gas Streams Which Include or Are Supplemented with Sulfur Dioxide, by Scrubbing with a Nonaqueous Sorbent」という表題が付いている米国特許第６，８１８，１９４号において開示されている。この’１９４号特許も本明細書に参照により組み込まれている。
【０１５１】
図１０は、別の実施形態における、ガス流から酸性ガスを除去するためのガス処理施設１０００を示す概略図である。この配置において、硫化水素は、ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスを用いて、酸性ガス除去システム６５０の上流で生ガス流１０１２から取り出される。ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスは、硫化水素を除去するための硫黄成分除去システム１０５０の一部である。
図１０は、生産ガス流１０１２を受け取るガス処理施設１０００を示している。この生産ガス流１０１２は、貯留層生産領域、または「フィールド」１０１０で行われる炭化水素生産活動から始まる。このフィールド１０１０は、上述したフィールド８１０および９１０と同じ意味である。炭化水素は、フィールド１０１０から生産される。炭化水素は、硫化水素と共にメタンを含むことになる。炭化水素はエタンならびに二酸化炭素も含み得る。
【０１５２】
ガス処理施設１０００において、生産ガス流１０１２は硫黄成分除去システム１０５０内に流れ込む。この硫黄成分除去システム１０５０は、上述のＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスを使用する。ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスに従い生ガス流１０１２から硫黄成分を除去するために、生ガス流１０１２は、吸収体１０２０に誘導される。同時に、液体ＳＯ2はライン１０８４を介して吸収体１０２０に導入される。液化二酸化硫黄が酸化ガスとして付加される。
液体ＳＯ2は、最初に保存容器１０８０内で維持される。ＳＯ2ライン１０８２は、必要な場合、保存容器１０８０からライン１０８４へと液体ＳＯ2を運ぶ。ポンプ１０７６が、圧力を増加させるためにライン１０８２に沿って提供されることで、液体ＳＯ2が吸収体１０２０に移動させられる。
【０１５３】
吸収体１０２０は、チャンバー１０２５と定義される。この吸収体１０２０の中で、生ガス流１０１２は、ライン１０８４からのＳＯ2を含有する液体溶媒と接触する。液体はチャンバー１０２５底部で沈降し、ガス状成分は、チャンバー１０２５最上部から出る。吸着剤と呼ばれるこの液体は、液体ライン１０２２を介して出る。吸着剤は、一般的に、硫黄と水の溶液を、微量元素であるメタンに加えて残留する硫化水素および／または二酸化硫黄と共に含む。
液体は、ライン１０２２を介してフラスコ１０３０へと誘導される。このフラスコ１０３０は、溶媒から水および取り込まれたいずれの炭化水素ガスをフラッシュする働きをする。硫黄含有溶液は、底部流１０３６を介してフラスコを出る。同時に、炭化水素ガスおよび微量の水蒸気がオーバーヘッドライン１０３２を出る。
【０１５４】
オーバーヘッドライン１０３２は、コンプレッサー１０３４を介して運ばれる。オーバーヘッドライン１０３２の圧力を押し上げることは、炭化水素ガスから水を抜き出すのを助ける。次いで炭化水素ガスは、分離容器１０４０へと誘導される。この分離容器１０４０は、通常重力による分離器であるが、液体サイクロンまたはＶｏｒｔｉｓｔｅｐ分離器も使用することができる。水は、ライン１０４４において分離容器１０４０から落ちる。ライン１０４４の水は、処理施設（示されていない）に誘導されるのが好ましい。
炭化水素ガスは、ライン１０４２を介して分離容器１０４０から放出される。ライン１０４２の炭化水素ガスは、生ガス流１０１２と合流する。そこから、炭化水素ガスは、吸収体１０２０へと再び入る。
再びフラスコ１０３０を参照すると、記述されているように、フラスコは、底部流１０３６を介して硫黄含有溶液を放出する。この硫黄含有溶液は、冷却ループ１０３８へと移動する。硫黄含有溶液は、ライン１０５８からの透明な液の一部分と合流する。この透明な液は、例えば、追加の物理溶剤を含み得る。
【０１５５】
冷却ループ１０３８内の圧力は、硫黄含有溶液が遠心ポンプ１０５２を介して移動するにつれて増加する。そこから、硫黄含有溶液は、ＰＴＦＥ熱交換器１０５４内で冷やされる。硫黄含有溶液が熱交換器１０５４を通過するにつれて、これは、溶解した硫黄に対して飽和温度よりも下の温度に冷却される。硫黄含有溶液は、溶解した硫黄に対して過飽和になり、したがってこれは結晶化する。
【０１５６】
冷やされたおよび結晶化した硫黄含有溶液は、結晶器１０５５に入る。具体的に、ライン１０３８からの硫黄含有溶液は、結晶器１０５５の底部に誘導される。冷やされた硫黄含有溶液は、結晶器１０５５内の沈殿域１０５９の中に存在する硫黄結晶に接触する。この結晶は、過飽和硫黄溶液に種結晶をまく役目を果たし、溶解された硫黄の析出をもたらす。これによって、硫黄スラリーが作り出される。
硫黄スラリーは、硫黄スラリーライン１０５６を介して結晶器１０５５を出る。ライン１０５６の硫黄スラリーは、フィルター１０６０へ送達される。このフィルター１０６０は、硫黄スラリーを純粋な固体硫黄および透明な液へと分離する。固体硫黄の除去は、ライン１０６２で表される。透明な液がライン１０６４を介して濾液として放出され、リサイクルして結晶器１０５５に戻される。透明な液を運んで結晶器１０５５へと戻すため、ポンプ１０６６が提供されるのが好ましい。
【０１５７】
透明な液は、結晶器の最上部まで上昇する。透明な液の一部分は、ライン１０５８を介して結晶器１０５５から誘導される。ライン１０５８の透明な液は、フラスコからの硫黄溶液１０３６と合流することによって、上で考察したように、冷却ループ１０３８を形成する。ライン１０７２を介して、透明な液の分離部分を結晶器１０５５の最上部から抽出する。ライン１０７２の抽出された液は、熱交換器１０７４を介して加熱される。加熱した液は、ライン１０８２からの二酸化硫黄と合流する。加熱した液１０７４は、ブースターポンプ１０７６を介して取り出され、次いで吸収体１０２０のチャンバー１０２５へと再び誘導される。
硫黄成分除去システム１０００に関連して記載されているＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスは、単に例示的でしかないことを理解されたい。他のＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセス、例えば組み込まれている米国特許第６，４１６，７２９号および米国特許第６，８１８，１９４号に記載されているものなどを使用することもできる。プロセスに関わらず、オーバーヘッドガス流１０４５は、吸収体１０２０から生成される。
【０１５８】
オーバーヘッドガス流１０４５は、主にメタンおよび二酸化炭素を含有する。微量元素のエタン、窒素、ヘリウムおよび芳香族も存在し得る。硫黄成分は抽出され、ライン１０６２を介して運ばれる。オーバーヘッドガス流１０４５は、サワーガスと呼んでもよい。ガス流１０４５内のサワーガスは、脱水容器１０６０に運ばれるのが好ましい。しかし、ＣｒｙｓｔａＳｕｌｆプロセスは非水系であるため、生ガス流１０１２が硫黄成分除去システム１０５０に入る前に脱水を行うことができる。
オーバーヘッドガス流１０４５は、チラー６２６を通過する。チラー６２６は、ガス流１０４５をおよそ−３０°Ｆから−４０°Ｆまで低い温度に冷やす。チラー６２６は、例えばエチレンまたはプロパンの冷蔵庫であってよい。こうして冷やされた軽質ガス流６７８が生成される。
【０１５９】
次に軽質ガス流６７８は、膨張装置６２８を介して移動するのが好ましい。この膨張装置６２８は、例えば、図６に関連して記載したＪｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ（「Ｊ−Ｔ」）バルブまたは他の装置であってよい。膨張装置６２８は、軽質ガス流６７８の温度を、例えば、およそ−７０°Ｆから−８０°Ｆまで低い温度にさらに減少させる。ガス流６７８の少なくとも部分的な液化も達成されるのが好ましい。冷却したガス流は、ライン６１１を介して移動する。
【０１６０】
ライン６１１の冷却したサワーガスは蒸留塔に誘導される。蒸留塔は、例えば図１および６のＣＦＺ塔１００であってよい。ライン６１１の冷却したサワーガスは、次いで酸性ガス除去システムを介して処理される。酸性ガス除去システムは、例えば二酸化炭素を除去するために使用される図６の酸性ガス除去システム６５０に従うことができる。
極低温蒸留塔の上流の少なくとも中程度のレベルの硫化水素を除去するために使用することができる２つの追加の方法は、吸着床の使用を含む。一方の方法は熱スイング吸着を採用し、他方は、圧力スイング吸着を利用する。吸着床は、モレキュラーシーブである。いずれの場合も、モレキュラーシーブは再生される。
【０１６１】
モレキュラーシーブは、脱水のために使用されることが多いが、Ｈ2Ｓおよびメルカプタン除去のために使用することもできる。多くの場合、これらの使用は単一の充填床の中で組み合わせられ、４Ａモレキュラーシーブ物質の層は脱水のために最上部に位置し、１３Ｘモレキュラーシーブ物質の層は、Ｈ2Ｓおよびメルカプタン除去のために底部に位置する。したがって、生ガス流は、乾燥および脱硫黄化の両方が行われている。
【０１６２】
図１１は、別の実施形態においてガス流から酸性ガスを除去するためのガス処理施設１１００を示す概略図を表す。この配置において、硫化水素は、酸性ガス除去システム６５０の上流で熱スイング吸着システム１１５０を用いて生ガス流６２４から除去される。
ガス処理施設１１００は、図６のガス処理施設６００に従い一般的に作動する。この点において、脱水されたガス流６２４は、硫黄成分除去システムに送達される。そこから、主にメタンおよび二酸化炭素から構成されるサワーガスは、冷やされ、ライン６１１を介して酸性ガス除去システム６５０に送達される。しかし、硫黄成分除去システムとして、吸収体と共に溶媒系６０５を使用する代わりに、熱スイング吸着システム１１５０が使用される。この熱スイング吸着システム１１５０は、脱水されたガス流６２４からの硫化水素の少なくとも部分的な分離を提供する。
【０１６３】
熱スイング吸着システム１１５０は、メタンおよび二酸化炭素から構成される軽質ガス流を回しながら、吸着床１１１０を使用することによって硫化水素および他の硫黄成分を選択的に吸着する。軽質ガス流は、ライン１１１２で放出されていることが示される。軽質ガス流１１１２は、メタンから二酸化炭素を分離するためにサワーガス流として、蒸留塔、例えば図１の塔１００などに送達される。
極低温蒸留塔１００に入る前に、軽質ガス流１１１２を事前に冷却しておくことが好ましい。例示的ガス処理施設１１００において、軽質ガス流１１１２は、冷蔵ユニット６２６を通過し、次いで膨張装置６２８を通過する。この膨張装置６２８は、例えば、Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ（「Ｊ−Ｔ」）バルブであってよい。好ましくは、軽質ガス流１１１２の少なくとも部分的な液化が冷却に関連して達成される。冷却したサワーガス流は生成され、ライン６１１を介して酸性ガス除去システム６５０に誘導される。
【０１６４】
再び熱スイング吸着システム１１５０を参照すると、熱スイング吸着システム１１５０内の吸着床１１１０は、ゼオライトから作られたモレキュラーシーブが好ましい。しかし、他の吸着床、例えばシリカゲルから作られた床などを採用してもよい。炭化水素ガス分離の技術分野の当業者であれば、吸着床の選択は通常、取り出される汚染物質の組成に依存することになることを理解されたい。この場合、汚染物質は主に硫化水素である。
作動中、吸着床１１１０が加圧チャンバー内に存在することになる。吸着床１１１０は、脱水されたガス流６２４を受け取り、ある量の二酸化炭素と共に硫化水素および他の硫黄成分を吸着する。吸着システム１１５０内の吸着床１１１０は、床がＨ2Ｓで実質的に飽和されたら、再生された床と交換される。Ｈ2Ｓは、乾燥、加熱したガスを用いて、床を加熱する反応で床１１１０から放出される。適切なガスには、オーバーヘッドメタン流１１２の一部分、加熱した窒素、または他に利用可能な燃料ガスが含まれる。
【０１６５】
ブロック１１４０は、吸着床のための再生チャンバーを描写している。再生チャンバー１１４０は、乾燥、加熱したガス１１３２を受け取る。図１１の配置において、乾燥ガス１１３２は、オーバーヘッドメタン流１１２から受け取る。オーバーヘッドメタン流１１２は、主にメタンを含むが、微量の窒素およびヘリウムも含み得る。オーバーヘッドメタン流１１２は、圧縮されることによって、再生チャンバー内のガスの圧力を上げることができる。圧力ブースターは、１１３０で示されている。しかし、再生は、増加した温度を介して主に起きるが、一般的により低い圧力で増強される。
十分な再生のためには１０〜１５パーセントのオーバーヘッドメタン流１１２が必要となり得る。再生チャンバー１１４０は加熱した、乾燥流体流１１４２を、放出する。この乾燥流体流１１４２は、固体吸着床１１１０に誘導され、再生流として作用する。乾燥流体流１１４２は、主にメタンから構成されるが、いくらかのＣＯ2も含有する。
【０１６６】
熱スイング再生サイクルのため、少なくとも３つの吸着床が採用されるのが好ましい。第１の床は、１１１０で示されているように吸着用に使用され、第２の床は再生チャンバー１１４０内で再生が施され、第３の床は、すでに再生され、第１の床１１１０が実質的に飽和された場合吸着システム１１５０において使用するために蓄えてある。したがって、最低限で３つの床がより効果のある作業のために平行して使用される。これらの床は、例えば、シリカゲルなどで充填されていてもよい。
【０１６７】
図１１に見られるように、濃縮したＨ2Ｓガス流は、ライン１１１４を介して吸着システム１１１０から放出される。濃縮した硫化水素流１１１４は、再生流としても作用する。再生流１１１４は、主にＣＨ4およびＨ2Ｓを含むが、微量の二酸化炭素および場合によりいくらかの重質炭化水素も含有する可能性が最も高い。一態様において、再生流１１１４は、冷蔵ユニット１１１６を用いて冷却される。これにより、再生流１１１４の部分的な液化が少なくとも起きる。次いで再生流１１１４は分離器１１２０に導入される。分離器１１２０は、軽質ガスから再生流１１１４内の水を分離する重力分離器が好ましい。軽質ガスは、一般的にメタン、硫化水素、および二酸化炭素を含む。
【０１６８】
軽質ガスは、分離器１１２０の最上部から（ライン１１２２で概略的に示されている）放出される。ライン１１２２の分離器１１２０から放出された軽質ガスは、脱水されたガス流６２４に戻る。同時に、水、重質炭化水素（主にエタン）および溶解した硫化水素は、分離器１１２０の底部から（ライン１１２４で概略的に示されている）放出される。一部の実施において、ライン１１２２のリサイクルガスは、確実にこれがシステムを介してリサイクルされないようにするため、Ｈ2Ｓに対する処理が必要となり得る。
ガス処理施設１１００は、脱水ユニット６２０を含んでいなくてもよいことに注意されたい。水は、再生流１１１４と共に固体吸着床１１１０から落ちることになり、ライン６１１のサワーガス流に移動しない。水は、ライン１１２４中の硫化水素と共に分離器１１２０からさらに落ちる。次いで硫黄化合物からの水の分離は、例えば、サワー水ストリッパーまたは他の分離器（示されていない）を用いて達成することができる。
【０１６９】
一用途において、再生ガスヒーター１１４０からの使用済みのガスを燃焼することによって、タービン（示されていない）を駆動することができる。次にこのタービンは、開ループコンプレッサー（例えば図１のコンプレッサー１７６など）を駆動することができる。このようなタービンからの廃熱を取り出し、これを使用して硫化水素回収プロセス用の再生ガス（例えばライン１１３２の中）を予熱することによって、再生ガスヒーター１１４０を酸性ガス除去プロセスにさらに統合してもよい。同様に、オーバーヘッドコンプレッサー１１４からの熱を使用することによって、硫化水素回収プロセス用に使用される再生ガスを予熱することもできる。
【０１７０】
再生ガスは、固体床１１１０から脱着したＨ2Ｓを含有することがここで観察される。このガスを溶媒と接触させることによって、Ｈ2Ｓを除去し、メタンおよび他のいかなる炭化水素も回収することができる。この方法で、ガスのＢＴＵ値を復旧させることができる。
記述されているように、圧力スイング吸着を同様に使用することによって、酸性ガス除去施設の上流で硫化水素および他の硫黄成分を除去することができる。圧力スイング吸着、または「ＰＳＡ」は、汚染物質が固体吸着床に吸着するプロセスを一般的に指す。飽和後、固体吸着剤は、その圧力を低下させることによって再生される。圧力を減少させることによって、汚染物質が低圧力流として放出される。
【０１７１】
図１２は、硫化水素の除去のために圧力スイング吸着を使用するガス処理施設１２００の概略図を提供している。このガス処理施設１２００は一般的に、図６のガス処理施設６００に従い作動する。この点において、脱水されたガス流６２４は冷やされ、次いでサワーガスライン６１１を介して酸性ガス除去システム６５０に送達される。しかし、硫化水素を除去するために、接触塔６７０と共に物理溶剤接触システム６０５を使用する代わりに、圧力スイング吸着システム１２５０が使用される。この圧力スイング吸着システム１２５０は、生ガス流６２４からの硫化水素の少なくとも部分的な分離を提供する。
【０１７２】
熱スイング吸着システム１１５０と同様に、圧力スイング吸着システム１２５０は、吸着床１２１０を使用することによって、メタンガスを放出しながら、Ｈ2Ｓを選択的に吸着する。吸着床１２１０は、ゼオライトから作られたモレキュラーシーブが好ましい。しかし、他の吸着床、例えばシリカゲルから作られた床などを採用してもよい。炭化水素ガス分離の技術分野の当業者であれば、吸着床の選択は通常、生ガス流６２４の組成に依存することを再び理解している。
図１２に見てとれるように、吸着システム１２５０は、軽質ガス流１２１２を介してメタンガスを放出する。この軽質ガス流１２１２は、冷蔵ユニット６２６を介して運ばれ、次いで、好ましくは、極低温蒸留塔１００に侵入する前にＪｏｕｌｅｓ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎバルブ６２８を介して運ばれる。同時に、濃縮した硫化水素流は、ライン１２１４を介して吸着床１２１０から放出される。
【０１７３】
作動中、圧力スイング吸着システム１２５０内の吸着床１２１０は、加圧チャンバー内に存在する。吸着床１２１０は、脱水されたガス流６２４を受け取り、残っているいずれの水およびいずれの重質炭化水素と共にＨ2Ｓを吸着する。微量の二酸化炭素も吸着し得る。吸着床１２１０は、床１２１０が硫化水素および他の硫黄成分で飽和したら交換する。Ｈ2Ｓ（もしあれば、重質炭化水素）は、加圧チャンバー内の減少する圧力と反応して床から放出されることになる。次いで濃縮した硫化水素流１２１４が放出される。
【０１７４】
ほとんどの場合、加圧チャンバー内の圧力を大気圧まで低く減少させることによって、濃縮硫化水素流１２１４内の大多数の硫化水素および他の汚染物質が吸着床１２１０から放出される。しかしある極端な場合には、真空チャンバーを使用して濃縮硫化水素流１２１４に亜大気圧を適用することによって、圧力スイング吸着システム１２５０を支援することができる。これはブロック１２２０において示されている。より低い圧力の存在下、硫黄成分および重質炭化水素は、吸着床１２１０を構成する固体マトリックスから脱着する。
水、重質炭化水素および硫化水素の混合物は、ライン１２２２を介して真空チャンバー１２２０を出ることになる。この混合物は分離器１２３０に入る。この分離器１２３０は、重質炭化水素および水を硫化水素から分離する重力分離器が好ましい。液体成分は、底部（ライン１２３４で概略的に示されている）から放出される。溶解したＨ2Ｓに対する処理後、ライン１２３４のいずれの重質炭化水素が商業販売に送られてもよい。ガス形態の硫化水素は、分離器１２３０（ライン１２３２で概略的に示されている）の最上部から放出される。ライン１２３２中のＨ2Ｓは、硫黄回収ユニット（示されていない）に送られるか、または酸性ガス注入の一部として地下構造に注入される。
【０１７５】
圧力スイング吸着システム１２５０は、平行した複数の床に依存し得る。第１の床１２１０は、吸着用に使用される。これは使用する床として知られている。第２の床（示されていない）は、圧力減少を介して再生が施される。第３の床は、すでに再生され、第１の床１２１０が実質的に飽和した場合吸着システム１２５０において使用するために蓄えてある。したがって、最低限で３つの床をより効果のある作業のために平行して使用することができる。これらの床は、例えば活性炭またはモレキュラーシーブで充填されていてもよい。
【０１７６】
圧力スイング吸着システム１２５０は、高速サイクル圧力スイング吸着システムであってよい。いわゆる「高速サイクル」プロセスにおいて、サイクルの時間は、数秒と短くすることができる。高速サイクルＰＳＡ（「ＲＣＰＳＡ」）ユニットであれば普通のＰＳＡ装置と比較してかなり小型であるため特に有利である。注入ガスに対して前処理が必要となり得ることに注意されたい。代わりに、充填床の最上部の物質の犠牲層を使用することによって、活性物質を保存することもできる。
一態様において、熱スイング再生と圧力スイング再生の組合せを採用することもできる。
【０１７７】
本明細書中で提案された、酸性ガス除去システムの上流で硫化水素を除去するための別の方法は、吸着動的分離、またはＡＫＳと呼ばれるプロセスである。ＡＫＳは、他の化学種に対して、特定の化学種が構造化された吸着剤上に吸着する速度に依存する比較的新しい種類の固体吸着剤を採用している。これは、固体吸着剤の平衡吸着特性により選択性が主に与えられる伝統的な平衡制御されたスイング吸着プロセスと対照的である。後者の場合、微小孔内の軽質の生成物または吸着剤の自由体積の競合する吸着等温線は好まれない。
【０１７８】
動力学的に制御されたスイング吸着プロセスにおいて、選択性は、吸着剤の拡散特性により、および微小孔内の輸送拡散係数により主に与えられる。吸着剤は、１つまたは複数のガス成分に対して「動力学的選択性」を有する。本明細書で使用する場合、「動力学的選択性」という用語は、単一の成分拡散係数、Ｄ（ｍ2／ｓｅｃ）と、２つの異なる化学種の比率として定義される。これら単一の成分拡散係数は、所与の純粋なガス成分にする所与の吸着剤に対して測定されるＳｔｅｆａｎ−Ｍａｘｗｅｌｌ輸送拡散係数としても知られている。したがって、例えば、ある特定の吸着剤の、成分Ｂに対する成分Ａの動力学的選択性は、ＤA／ＤBと同じである。物質に対する単一の成分拡散係数は、吸着性物質の技術分野では周知の試験によって求めることができる。
動力学的拡散係数を測定するための好ましい手段は、Ｒｅｙｅｓらによって「Frequency Modulation Methods for Diffusion and Adsorption Measurements in Porous Solids」, J. Phys. Chem. B. 101, pp.614-622(1997)において記載された周波数反応技法を用いたものである。動力学的に制御された分離において、選択された吸着剤の、第２成分（例えば、成分Ｂ）に対する第１成分（例えば、成分Ａ）の動力学的選択性（すなわち、ＤA／ＤB）は、５を超え、より好ましくは２０を超え、さらにより好ましくは５０を超えることが好ましい。
【０１７９】
吸着剤はゼオライト物質であることが好ましい。重質炭化水素を除去するための適切なポアサイズを有するゼオライトの非限定的な例として、ＭＦＩ、フォージャサイト型、ＭＣＭ−４１およびＢｅｔａが挙げられる。重質炭化水素除去のための本発明の方法の実施形態において利用されるゼオライトのＳｉ／Ａｌ比率は、吸着剤の過剰な付着を防止するためには、およそ２０からおよそ１，０００が好ましく、好ましくはおよそ２００からおよそ１，０００である。炭化水素ガス成分の分離のための吸着動的分離の使用についての追加の技術情報は、その全体の開示が本明細書に参照により組み込まれている、米国特許公開第２００８／０２８２８８４号である。
【０１８０】
図１３は、別の実施形態における本発明のガス処理施設１３００を示す概略図である。この配置において、硫化水素は、吸着動的分離を利用する吸着床１３１０を用いて酸性ガス除去システム６５０の上流でガス流から除去される。
ガス処理施設１３００は、図６Ａのガス処理施設６００に従い一般的に作動する。この点において、脱水されたガス流６２４は、予備冷蔵ユニット６２５で冷やされ、次いでライン６１１のサワーガス流を介して酸性ガス除去システム６５０に送達される。しかし、硫化水素を除去するために、接触塔６７０と共に、物理溶剤接触システム６０５を酸性ガス除去システム６５０の上流で使用する代わりに、ＡＫＳ固体吸着床１３１０が使用される。この吸着床１３１０は、硫化水素を優先的に吸着する。
【０１８１】
現在の吸着動的分離の適用において、硫化水素成分は、吸着床１３１０で保持されることになる。これは、Ｈ2Ｓがより低い圧力で回収されることを意味する。この吸着床１３１０は、圧力スイング吸着または高速サイクル圧力スイング吸着と一緒に使用されてもよい。圧力が減少した際に、液体天然ガス流１３１４は、低圧で固体吸着床から放出される。液体天然ガス流１３１４は、脱水されたガス流６２４からの硫黄成分の大部分を含有し、重質炭化水素および微量の二酸化炭素も含有し得る。
硫化水素および二酸化炭素を重質炭化水素から分離するため、追加の蒸留カラムが必要である。蒸留容器は１３２０で示されている。蒸留容器１３２０は、例えば汚染物質浄化システムとして使用されるトレイカラムまたは充填カラムであってよい。硫化水素および二酸化炭素は、オーバーヘッドライン１３２４を介して放出される。ライン１３２４は、貯留層１３４９への酸性ガス注入のために酸性ガスライン６４６と合流するのが好ましい。サワーの重質炭化水素および大部分の水分子は、底部ライン１３２２を介して蒸留容器１３２０を出る。重質炭化水素は、液体天然ガスの形態、すなわちエタン、場合によりプロパンであってよい。液体天然ガスは、Ｈ2Ｓの除去のために処理され、販売のために捕獲される。
【０１８２】
システム１３００の吸着動的分離プロセスは、大量な過剰圧力下で生成された天然ガス流から硫化水素および重質炭化水素を回収するのにより有利となり得ることに注意されたい。この状況において、ライン６１１のサワーガスは、極低温蒸留塔１００により処理されるべき十分な圧力を有する。過剰圧力の例とは、４００ｐｓｉｇを超えるような圧力である。
【０１８３】
吸着床１３１０は、軽質ガス流１３１２を放出する。流れ１３１２内のガスは、メタンおよび二酸化炭素から主に構成される。流れ１３１２の軽質ガスは、極低温蒸留塔１００に入る前に、冷却されることが好ましい。例示的ガス処理施設１３００において、流れ１３１２内の軽質ガスは、冷蔵ユニット６２６を通過し、次いで膨張装置６２８を通過する。冷却したサワーガス流は、酸性ガス除去システム６５０に誘導されるライン６１１において生成される。
重質炭化水素を除去するための別の一般の手法において、重質炭化水素は、蒸留塔１００からの「下流の」底部流６４６から抽出される。一例において、吸着動的分離プロセスは、極低温蒸留塔の下流に採用される。
【０１８４】
図１４は、吸着動的分離プロセスを採用しているガス処理施設１４００の概略図を表す。このガス処理施設１４００は、一般的に図１３のガス処理施設１３００に従う。しかし、この例では、酸性ガス除去システム６５０の上流でＡＫＳ固体吸着床１３１０を使用する代わりに、酸性ガス除去システム１００の下流でＡＫＳ固体吸着床１４１０が使用されている。
【０１８５】
図１４において、酸性ガス、すなわち硫化水素および二酸化炭素が、液化された底部酸性ガス流６４２として蒸留塔１００から取り出されることが見てとれることができる。この液体流６４２は、微量のメタンを含有するガスが再誘導されてガス流６４４として塔１００に戻るリボイラー６４３を介して送られてもよい。主に酸性ガスから構成される残留液体は、酸性ガスライン６４６を介して放出される。
ライン６４６からの酸性ガスは、ＡＫＳ固体吸着床１４１０へと送達される。酸性ガスは、低温のままであり、これらが床１４１０を通過する間は液相として存在する。硫化水素および任意の重質炭化水素は、酸性ガスから取り出され、ライン１４１２を介して液体天然ガス流１４１２として放出される。同時に、酸性ガスは、ＡＫＳ固体吸着床１４１０を通過し、底部酸性ガス流１４１４として放出される。
【０１８６】
底部酸性ガス流１４１４内の酸性ガスは、主に液相のままである。ライン１４１４の液化された酸性ガスは主にＣＯ2であり、気化してもよい。代わりに、ライン１４１４の液化された酸性ガスは、ブロック６４９で示された１つまたは複数の酸性ガス注入（ＡＧＩ）坑井を介して地下構造に注入することができる。この例では、ライン６４６の酸性ガスは、圧力ブースター６４８を通過するのが好ましい。
液体天然ガス流１４１２は、重質炭化水素ならびに硫化水素および微量の二酸化炭素を含有することを注意されたい。したがって、液体天然ガス流１４１２からＨ2ＳおよびＣＯ2を分離するために、蒸留プロセスが行われる。蒸留容器は１４２０に示されている。Ｈ2Ｓおよび微量のＣＯ2ガスは、オーバーヘッドライン１４２４を介して蒸留容器１４２０から放出される。ライン１４２４は、貯留層６４９への酸性ガス注入のために、底部酸性ガス流１４１４と合流するのが好ましい。重質炭化水素は、底部ライン１４２２を介して容器１４２０を出て、販売のために捕獲される。
【０１８７】
図１５Ａは、別の実施形態における本発明のガス処理施設１５００の概略図である。この配置において、硫化水素は、抽出蒸留プロセスを用いて酸性ガス除去システム６５０の下流でガス流から除去される。抽出蒸留プロセスは、ボックス１５５０で表される。
この例示的ガス処理施設１５００は一般的に、図６のガス処理施設６００に従う。この点において、脱水されたガス流６２４は冷やされ、次いでサワーガスライン６１１を介して酸性ガス除去システム６５０に送達される。しかし酸性ガス除去システム６５０の上流で接触塔と共に溶媒接触システム６０５を使用する代わりに、酸性ガス除去システム６５０の下流で抽出蒸留プロセスが使用される。
【０１８８】
冷やされたサワーガスは、ライン６１１を通過し、酸性ガス除去システム６５０に入ることが図１５Ａにおいて見てとれることができる。ライン６１１の冷やされたサワーガスは、脱水された生ガス流６２４と同じ組成を有する。ライン６１１のサワーガスは、硫化水素および二酸化炭素と共にメタンを含む。エタンならびに微量元素である窒素、ヘリウムおよび芳香族も存在し得る。
ライン６１１のサワーガスは、最初にカラム１００に入る。これは、図１および６のＣＦＺ塔１００と同じであってよい。上述のように、ＣＦＺ塔１００は、サワーガスをオーバーヘッドメタン流１１２と底部酸性ガス流６４２へと分離する。この例において、底部酸性ガス流６４２は、二酸化炭素および硫化水素の両方を含む。
【０１８９】
底部流６４２は、リボイラー６４３を介して送られてもよい。そこからメタンを含有する流体が再誘導されて炭化水素ガス流６４４として塔１００に戻る。主に硫化水素および二酸化炭素から構成される残留流体は、酸性ガスライン６４６を介して放出される。酸性ガスライン６４６内の物質は、液体形態であり、抽出蒸留システム１５５０に入る。
【０１９０】
図１５Ｂは、抽出蒸留プロセスのためのガス処理施設１５５０の詳細な概略図である。ライン６４６が、抽出蒸留施設１５５０に酸性ガスを運搬しているのが見てとれることができる。図１５Ｂの例示的配置において、３つの抽出蒸留カラム１５１０、１５２０および１５３０が示されている。しかし、３つより多くのカラムを採用することができることを理解されたい。
抽出蒸留カラム１５１０は、プロパン回収カラムである。このプロパン回収カラム１５１０は、容器内で炭化水素溶媒と酸性ガス流６４６を混合する。第１のカラム１５１０の温度は一般的に−１００°から５０°Ｆである。プロパン回収カラム１５１０において、溶媒は、硫化水素を吸収し、これによって、溶媒はカラム１５１０から溶媒底部流１５１４として離れる。これはまた、いくらかの二酸化炭素ならびに重質炭化水素を含有することになる。同時に、二酸化炭素および微量の軽質炭化水素がオーバーヘッド流１５５４を介してカラム１５１０を出る。流れ１５５４の二酸化炭素は、地下構造（図１５Ａの６４９）への注入のために、酸性ガス注入ライン１５５２と合わせることができる。
【０１９１】
溶媒底部流１５１４は、第２の抽出蒸留カラム１５２０に入る。第２の抽出蒸留カラム１５２０は、ＣＯ2除去カラムである。ＣＯ2除去カラム１５２０内の温度は一般的に、０°から２５０°Ｆであり、これはプロパン回収カラム１５１０内の温度より高い。ＣＯ2除去カラム１５２０において、溶媒および重質炭化水素は、第２の溶媒底部流１５２４としてカラム１５２０を離れる。同時に、二酸化炭素は、オーバーヘッドＣＯ2流１５５２として第２のカラム１５２０を出る。このオーバーヘッドＣＯ2流１５５２は、油回収の増強のために使用されるのが好ましい。
最終カラム１５３０は図１５Ｂに示されている。最終カラム１５３０は、添加物回収カラムである。この添加物回収カラム１５３０は、溶媒から「液体天然ガス」として知られる重質炭化水素成分を分離する蒸留の仕組みを使用する。第３のカラム１５３０内の温度は、一般的に８０°Ｆから３５０°Ｆであり、これは第２のカラム１５３０内の温度より高い。液体天然ガスは、ライン１５３２を介してカラム１５３０を出て、残留するあらゆるＨ2ＳおよびＣＯ2を除去するために処理ユニットに運ばれる。この処理ユニットは、液体／液体抽出器であってよく、ここではアミンが例えばＨ2Ｓ／ＣＯ2除去のために使用されている。
【０１９２】
溶媒は、底部溶媒流１５３４として添加物回収カラム１５３０を離れる。この底部溶媒流１５３４は、再生された添加物を表す。底部溶媒流１５３４の大部分は、抽出蒸留プロセスのために第１のカラム１５１０に再導入される。流れ１５３４からの過剰の溶媒は、ライン１５３６を介して処理するために液体天然ガス流１５３２と合わせてもよい。
【０１９３】
再び図１５Ａを参照すると、ライン１５５４の二酸化炭素は、ライン１５５２でＣＯ2と合わせられ、圧力ブースター６４８を通過し、次いでブロック６４９で示された１つまたは複数の酸性ガス注入（ＡＧＩ）坑井を介して地下構造に注入されることが好ましい。
図に示されているように、酸性ガス除去プロセスに関連して硫黄成分を除去するため、いくつかの方法を使用することができる。一般的に、選択された方法は、生の天然ガス、または処理を受けるガスの状態に依存する。例えば、Ｈ2Ｓ濃度がおよそ０．１％未満の場合、いずれにせよ脱水が必要なため、モレキュラーシーブ手法の組合せがベストとなり得る。モレキュラーシーブにより、「汚れた」開始を促進できるＣＯ2をいくらか除去するという利点が加えられた。
【０１９４】
注入ガス内におよそ０．１％から１０％のＨ2Ｓがある場合、Ｓｅｌｅｘｏｌ（商標）のような物理溶剤がベストのオプションとなり得る。これを使用することによって、あるレベルまで注入ガスを乾燥させることができるので、これは溶媒が乾燥していることが理想的である。ＣＦＺ処理のため、ガスは、（より小さな）モレキュラーシーブユニットによるさらなる脱水を必要とし得る。Ｓｅｌｅｘｏｌユニットからの濃縮Ｈ2Ｓ流は、硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）内で処理されてもよいし、または圧縮され、坑内処分のためにＣＦＺ底部流と合わせられてもよい。
硫化水素除去のための上記方法は、「制御された凍結域」の塔を利用するプロセスだけでなく、いずれの酸性ガス除去プロセスと一緒に適用することができることを理解されたい。他の極低温蒸留カラムを採用してもよい。さらに、他の極低温蒸留プロセス、例えばバルク分取などを使用することもできる。バルク分取塔は、図１のＣＦＺ塔１００と似ているが、中間部の凍結域がない。バルク分取塔は通常、ＣＦＺ塔１００よりも高い圧力、例えば７００ｐｓｉｇより上などで作動し、これによってＣＯ2固体の形成を回避する。しかしオーバーヘッドメタン流１１２は、有意な量のＣＯ2を含有し得る。いずれの例においても、脱水されたガス流６２４がおよそ３％を超えるＣ2またはより重質な炭化水素を含む場合、硫化水素の除去のために別々のプロセスを利用することが望ましい。
【０１９５】
本明細書中に記載されている本発明は、上に記載された優位性および利点を成し遂げためよく計算されていることは明らかであるが、本発明は、その趣旨から逸脱することなく改質、変法および変更を受け入れることができることを理解されたい。制御された凍結域を用いた、酸性ガス除去プロセス作業の向上がもたらされる。この向上によって、生産ガス内で非常に低レベルまでＨ2Ｓを除去するための設計が得られる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際調査報告】
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