(57)【要約】本発明は、炭化水素ガスストリームから、エタン、エチレン及びより重質の炭化水素成分を回収する方法と装置を開示する。ストリームを冷却し、低圧に膨張させ、第１分留塔に塔中間部の供給位置から供給する。蒸留液ストリームは、膨張ストリームの供給位置の下方で第１分留塔から取り出され、加熱され、第２分留塔に送られ、そこで頂部蒸気ストリームと底部液体ストリームが生成される。頂部蒸気ストリームは冷却されて凝縮し、凝縮ストリームの一部は第２分留塔に最上部フィードとして送られ、残りは第１分留塔に塔下部の供給位置から送られる。第２分留塔からの底部液ストリームは、冷却され、第１分留塔に最上部フィードとして送られる。
2013517450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン及びより高揮発性の成分、Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分を含有するガスストリームを、揮発性の残留ガス留分と、前記Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分の大部分を含有する相対的に低揮発性の留分とに分離するための方法であって、
（ａ）前記ガスストリームを加圧下で冷却して、冷却したストリームを供給し；
（ｂ）前記冷却したストリームをより低圧力に膨張させることで、それをさらに冷却し；そして、
（ｃ）前記さらに冷却されたストリームを第１蒸留塔に送り、前記低圧力で分留することによって、前記相対的に低揮発性の留分の成分を回収する；
ことを含む方法において、
（１）前記さらに冷却された膨張したストリームは、前記第１蒸留塔に、塔中間部供給位置から送られ；
（２）蒸留液ストリームが、前記第１蒸留塔の前記塔中間部供給位置の下方にある領域から取り出され；
（３）前記蒸留液ストリームは、加熱され、その後、第２蒸留塔に送られ、頂部蒸気ストリームと底部液ストリームに分留され；
（４）前記頂部蒸気ストリームは、冷却され、実質的にすべて凝縮することで、凝縮ストリームを形成し；
（５）前記凝縮ストリームは、第１部分と第２部分に分けられ、前記第１部分は前記第２蒸留塔に最上部供給位置から送られ；
（６）前記第２部分は、前記蒸留液ストリームが前記第１蒸留塔から取り出される前記領域の下方にある塔下部供給位置から前記第１蒸留塔に送られ；
（７）前記底部液ストリームは、冷却され、それにより工程（３）の加熱作業の少なくとも一部を提供し；
（８）前記冷却された底部液ストリームは、前記第１蒸留塔に最上部供給位置から送られ；
（９）前記第２蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度は、前記第２蒸留塔の頂部温度を、前記頂部蒸気ストリームがＣ３炭化水素成分及びより高揮発性の成分を主とし、前記底部液ストリームがＣ４−Ｃ５炭化水素成分を主とするような温度に維持することに有効であり；そして、
（１０）前記第１蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度は、前記第１蒸留塔の頂部温度を、前記相対的に低揮発性の留分中の成分の大部分が回収される温度に維持することに有効である、改善。
【請求項２】
メタン及びより高揮発性の成分、Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分を含有するガスストリームを、揮発性の残留ガス留分と、前記Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分の大部分を含有する相対的に低揮発性の留分とに分離するための方法であって、
（ａ）前記ガスストリームを加圧下で冷却して、冷却したストリームを供給し；
（ｂ）前記冷却したストリームをより低圧力に膨張させることで、それをさらに冷却し；そして、
（ｃ）前記さらに冷却されたストリームを第１蒸留塔に送り、前記低圧力で分留することによって、前記相対的に低揮発性の留分の成分を回収する；
ことを含む方法において、前記ガスストリームを十分に冷却して部分的に凝縮し；そして、
（１）前記部分的に凝縮したガスストリームを分離し、それにより蒸気ストリームと少なくとも１つの液体ストリームを供給し；
（２）前記蒸気ストリームは、前記低圧力に膨張され、前記第１蒸留塔に塔中間部供給位置から供給され；
（３）前記少なくとも１つの液体ストリームの少なくとも一部は、前記低圧力に膨張され、前記第１蒸留塔に、前記塔中間部供給位置の下方にある塔中間下部の供給位置から供給され；
（４）蒸留液ストリームが、前記第１蒸留塔の前記塔中間部供給位置の下方であって前記塔中間下部供給位置の上方にある領域から取り出され；
（５）前記蒸留液ストリームは、加熱され、その後、第２蒸留塔に送られ、頂部蒸気ストリームと底部液ストリームに分留され；
（６）前記頂部蒸気ストリームは、冷却され、実質的にすべて凝縮することで、凝縮ストリームを形成し；
（７）前記凝縮ストリームは、第１部分と第２部分に分けられ、前記第１部分は前記第２蒸留塔に最上部供給位置から送られ；
（８）前記第２部分は、前記蒸留液ストリームが前記第１蒸留塔から取り出される前記領域の下方にある塔下部供給位置から前記第１蒸留塔に送られ；
（９）前記底部液ストリームは、冷却され、それにより工程（５）の加熱作業の少なくとも一部を提供し；
（１０）前記冷却された底部液ストリームは、前記第１蒸留塔に最上部供給位置から送られ；
（１１）前記第２蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度は、前記第２蒸留塔の頂部温度を、前記頂部蒸気ストリームがＣ３炭化水素成分及びより高揮発性の成分を主とし、前記底部液ストリームがＣ４−Ｃ５炭化水素成分を主とするような温度に維持することに有効であり；そして、
（１２）前記第１蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度は、前記第１蒸留塔の頂部温度を、前記相対的に低揮発性の留分中の成分の大部分が回収される温度に維持することに有効である、改善。
【請求項３】
メタン及びより高揮発性の成分、Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分を含有するガスストリームを、揮発性の残留ガス留分と、前記Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分の大部分を含有する相対的に低揮発性の留分とに分離するための方法であって、
（ａ）前記ガスストリームを加圧下で冷却して、冷却したストリームを供給し；
（ｂ）前記冷却したストリームをより低圧力に膨張させることで、それをさらに冷却し；そして、
（ｃ）前記さらに冷却されたストリームを第１蒸留塔に送り、前記低圧力で分留することによって、前記相対的に低揮発性の留分の成分を回収する；
ことを含む方法において、冷却の後、前記冷却したストリームを第１及び第２のストリームに分割し；そして、
（１）前記第２ストリームは、前記低圧力に膨張され、前記第１蒸留塔に塔中間部供給位置から供給され；
（２）蒸留液ストリームが、前記第１蒸留塔の前記塔中間部供給位置の下方にある領域から取り出され；
（３）前記蒸留液ストリームは、加熱され、その後、第２蒸留塔に送られ、頂部蒸気ストリームと底部液ストリームに分留され；
（４）前記頂部蒸気ストリームは、冷却され、実質的にすべて凝縮することで、凝縮ストリームを形成し；
（５）前記凝縮ストリームは、第１部分と第２部分に分けられ、前記第１部分は前記第２蒸留塔に最上部供給位置から送られ；
（６）前記第２部分は、前記蒸留液ストリームが前記第１蒸留塔から取り出される前記領域の下方にある塔下部供給位置から前記第１蒸留塔に送られ；
（７）前記底部液ストリームは、冷却され、それにより工程（３）の加熱作業の少なくとも一部を提供し；
（８）前記第１ストリームは、中間圧力に膨張され、その後、前記冷却された底部液ストリームと合流し、合流ストリームを形成し；
（９）前記合流ストリームは、冷却され、その後、前記低圧力に膨張され；
（１０）前記膨張され冷却された合流ストリームは、前記第１蒸留塔に最上部供給位置から送られ；
（１１）前記第２蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度は、前記第２蒸留塔の頂部温度を、前記頂部蒸気ストリームがＣ３炭化水素成分及びより高揮発性の成分を主とし、前記底部液ストリームがＣ４−Ｃ５炭化水素成分を主とするような温度に維持することに有効であり；そして、
（１２）前記第１蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度は、前記第１蒸留塔の頂部温度を、前記相対的に低揮発性の留分中の成分の大部分が回収される温度に維持することに有効である、改善。
【請求項４】
メタン及びより高揮発性の成分、Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分を含有するガスストリームを、揮発性の残留ガス留分と、前記Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分の大部分を含有する相対的に低揮発性の留分とに分離するための方法であって、
（ａ）前記ガスストリームを加圧下で冷却して、冷却したストリームを供給し；
（ｂ）前記冷却したストリームをより低圧力に膨張させることで、それをさらに冷却し；そして、
（ｃ）前記さらに冷却されたストリームを第１蒸留塔に送り、前記低圧力で分留することによって、前記相対的に低揮発性の留分の成分を回収する；
ことを含む方法において、前記ガスストリームを十分に冷却して部分的に凝縮し；そして、
（１）前記部分的に凝縮したガスストリームを分離し、それにより蒸気ストリームと少なくとも１つの液体ストリームを供給し；
（２）前記蒸気ストリームは、その後、第１及び第２のストリームに分割し；
（３）前記第２ストリームは、前記低圧力に膨張され、前記第１蒸留塔に塔中間部供給位置から供給され；
（４）前記少なくとも１つの液体ストリームの少なくとも一部は、前記低圧力に膨張され、前記第１蒸留塔に、前記塔中間部供給位置の下方にある塔中間下部の供給位置から供給され；
（５）蒸留液ストリームが、前記第１蒸留塔の前記塔中間部供給位置の下方であって前記塔中間下部供給位置の上方にある領域から取り出され；
（６）前記蒸留液ストリームは、加熱され、その後、第２蒸留塔に送られ、頂部蒸気ストリームと底部液ストリームに分留され；
（７）前記頂部蒸気ストリームは、冷却され、実質的にすべて凝縮することで、凝縮ストリームを形成し；
（８）前記凝縮ストリームは、第１部分と第２部分に分けられ、前記第１部分は前記第２蒸留塔に最上部供給位置から送られ；
（９）前記第２部分は、前記蒸留液ストリームが前記第１蒸留塔から取り出される前記領域の下方にある塔下部供給位置から前記第１蒸留塔に送られ；
（１０）前記底部液ストリームは、冷却され、それにより工程（６）の加熱作業の少なくとも一部を提供し；
（１１）前記第１ストリームは、中間圧力に膨張され、その後、前記冷却された底部液ストリームと合流し、合流ストリームを形成し；
（１２）前記合流ストリームは、冷却され、その後、前記低圧力に膨張され；
（１３）前記膨張され冷却された合流ストリームは、前記第１蒸留塔に最上部供給位置から送られ；
（１４）前記第２蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度は、前記第２蒸留塔の頂部温度を、前記頂部蒸気ストリームがＣ３炭化水素成分及びより高揮発性の成分を主とし、前記底部液ストリームがＣ４−Ｃ５炭化水素成分を主とするような温度に維持することに有効であり；そして、
（１５）前記第１蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度は、前記第１蒸留塔の頂部温度を、前記相対的に低揮発性の留分中の成分の大部分が回収される温度に維持することに有効である、改善。
【請求項５】
前記少なくとも１つの液体ストリームの前記膨張した少なくとも一部は、加熱され、その後、前記塔中間部供給位置の下方にある前記塔中間下部供給位置から前記第１蒸留塔に供給される、請求項２または４に記載の改善。
【請求項６】
（１）前記頂部蒸気ストリームは、十分に冷却されて部分的に凝縮し；
（２）前記部分的に凝縮した頂部蒸気ストリームは、分離され、それにより残留蒸気ストリームと前記凝縮したストリームを供給し；そして、
（３）前記残留蒸気ストリームは、前記第１蒸留塔から前記蒸留液ストリームを取り出す前記領域の下方にある第２の塔下部供給位置から、前記第１蒸留塔に送られる、請求項１、２、３または４に記載の改善。
【請求項７】
（１）前記頂部蒸気ストリームは、十分に冷却されて部分的に凝縮し；
（２）前記部分的に凝縮した頂部蒸気ストリームは、分離され、それにより残留蒸気ストリームと前記凝縮したストリームを供給し；そして、
（３）前記残留蒸気ストリームは、前記第１蒸留塔から前記蒸留液ストリームを取り出す前記領域の下方にある第２の塔下部供給位置から、前記第１蒸留塔に送られる、請求項５に記載の改善。
【請求項８】
メタン及びより高揮発性の成分、Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分を含有するガスストリームを、揮発性の残留ガス留分と、前記Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分の大部分を含む相対的に低揮発性の留分とに分離するための装置であって、
（ａ）加圧下の冷却されたストリームを供給するために連結された、加圧下の前記ガスストリームを冷却するための第１冷却手段；
（ｂ）前記加圧下の冷却されたストリームの少なくとも一部を受け取り、それをより低圧力に膨張させ、それにより前記ストリームをさらに冷却するために連結された膨張手段；及び、
（ｃ）前記さらに冷却されたストリームを受け取るために連結された第１の蒸留塔であって、前記さらに冷却されたストリームを、前記揮発性の残留ガス留分と前記相対的に低揮発性の留分に分離するために適合されている、第１蒸留塔；
を含む装置において、前記さらに冷却された膨張ストリームは、前記第１蒸留塔に塔中間部供給位置から送られ、前記装置が、
（１）前記第１蒸留塔に連結され、前記第１蒸留塔の前記塔中間部供給位置の下方の領域から出る蒸留液ストリームを受け取る、液体取出し手段；
（２）前記液体取出し手段に連結され、前記蒸留液ストリームを受け取り、それを加熱する、熱交換手段；
（３）前記熱交換手段に連結され、前記加熱された蒸留液ストリームを受け取り、それを頂部蒸気ストリームと底部液ストリームに分留する、第２蒸留塔；
（４）前記第２蒸留塔に連結され、前記頂部蒸気ストリームを受け取り、それを十分に冷却させて実質的に凝縮させ、それにより凝縮ストリームを形成する、第２冷却手段；
（５）前記第２冷却手段に連結され、前記凝縮ストリームを受け取り、それを少なくとも第１部分と第２部分に分割する、分割手段；
（６）前記第２蒸留塔に連結され、前記第１部分を前記第２蒸留塔に最上部供給位置から供給する、前記分割手段；
（７）さらに前記第１蒸留塔に連結され、塔下部供給位置であって、前記蒸留液ストリームを取り出すために前記第１蒸留塔に前記液体取出し手段が連結されている前記領域の下方において、前記第２部分を前記第１蒸留塔に供給する、前記分割手段；
（８）さらに前記第２蒸留塔に連結され、前記底部液ストリームを受け取り、それを冷却し、それにより工程（２）の加熱作業の少なくとも一部を提供する前記熱交換手段であって、さらに前記第１蒸留塔に連結され、前記冷却された底部液ストリームを前記第１蒸留塔に最上部供給位置から供給する、前記熱交換手段；
（９）前記第２蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度を制御し、前記第２蒸留塔の頂部温度を、前記頂部蒸気ストリームがＣ３炭化水素成分及びより高揮発性の成分を主とし、前記底部液ストリームがＣ４−Ｃ５炭化水素成分を主とするような温度に維持するよう適合された、第１制御手段；及び、
（１０）前記第１蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度を制御し、前記第１蒸留塔の頂部温度を、前記相対的に低揮発性の留分中の成分の大部分が回収される温度に維持するよう適合された、第２制御手段；
を含む、改善。
【請求項９】
メタン及びより高揮発性の成分、Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分を含有するガスストリームを、揮発性の残留ガス留分と、前記Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分の大部分を含む相対的に低揮発性の留分とに分離するための装置であって、
（ａ）加圧下の冷却されたストリームを供給するために連結された、加圧下の前記ガスストリームを冷却するための第１冷却手段；
（ｂ）前記加圧下の冷却されたストリームの少なくとも一部を受け取り、それをより低圧力に膨張させ、それにより前記ストリームをさらに冷却するために連結された、第１膨張手段；及び
（ｃ）前記さらに冷却されたストリームを受け取るために連結された第１の蒸留塔であって、前記さらに冷却されたストリームを、前記揮発性の残留ガス留分と前記相対的に低揮発性の留分に分離するために適合されている、第１蒸留塔；
を含む装置において、前記装置が、
（１）前記加圧下のガスストリームを十分に冷却して部分的に凝縮させるために適合された、前記第１冷却手段；
（２）前記第１冷却手段に連結され、前記部分的に凝縮したガスストリームを受け取り、それを蒸気ストリームと少なくとも１つの液体ストリームに分離する、分離手段；
（３）前記分離手段に連結され、前記蒸気ストリームを受け取り、それを前記低圧力に膨張させる前記第１膨張手段であって、さらに前記第１蒸留塔に連結され、前記膨張した蒸気ストリームを前記第１蒸留塔に塔中間部供給位置から供給する、前記第１膨張手段；
（４）前記分離手段に連結し、前記少なくとも１つの液体ストリームの少なくとも一部を受け取り、それを前記低圧力に膨張させる第２膨張手段であって、さらに前記第１蒸留塔に連結され、前記膨張した液体ストリームを前記第１蒸留塔に、塔中間下部の供給位置であって前記塔中間部供給位置の下方から供給する、第２膨張手段；
（５）前記第１蒸留塔に連結され、前記第１蒸留塔の前記塔中間部供給位置の下方であって前記塔中間下部供給位置の上方である領域から蒸留液ストリームを受け取る、液体取出し手段；
（６）前記液体取出し手段に連結され、前記蒸留液ストリームを受け取り、それを加熱する、熱交換手段；
（７）前記熱交換手段に連結され、前記加熱された蒸留液ストリームを受け取り、それを頂部蒸気ストリームと底部液ストリームに分留する、第２蒸留塔；
（８）前記第２蒸留塔に連結され、前記頂部蒸気ストリームを受け取り、それを十分に冷却させて実質的に凝縮させ、それにより凝縮ストリームを形成する、第２冷却手段；
（９）前記第２冷却手段に連結され、前記凝縮ストリームを受け取り、それを少なくとも第１部分と第２部分に分割する、分割手段；
（１０）前記第２蒸留塔に連結され、前記第１部分を前記第２蒸留塔に最上部供給位置から供給する、前記分割手段；
（１１）さらに前記第１蒸留塔に連結され、塔下部供給位置であって、前記蒸留液ストリームを取り出すために前記第１蒸留塔に前記液体取出し手段が連結されている前記領域の下方において、前記第２部分を前記第１蒸留塔に供給する、前記分割手段；
（１２）さらに前記第２蒸留塔に連結され、前記底部液ストリームを受け取り、それを冷却し、それにより工程（６）の加熱作業の少なくとも一部を提供する前記熱交換手段であって、さらに前記第１蒸留塔に連結され、前記冷却された底部液ストリームを前記第１蒸留塔に最上部供給位置から供給する、前記熱交換手段；
（１３）前記第２蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度を制御し、前記第２蒸留塔の頂部温度を、前記頂部蒸気ストリームがＣ３炭化水素成分及びより高揮発性の成分を主とし、前記底部液ストリームがＣ４−Ｃ５炭化水素成分を主とするような温度に維持するよう適合された、第１制御手段；及び、
（１４）前記第１蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度を制御し、前記第１蒸留塔の頂部温度を、前記相対的に低揮発性の留分中の成分の大部分が回収される温度に維持するよう適合された、第２制御手段；
を含む、改善。
【請求項１０】
メタン及びより高揮発性の成分、Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分を含有するガスストリームを、揮発性の残留ガス留分と、前記Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分の大部分を含む相対的に低揮発性の留分とに分離するための装置であって、
（ａ）加圧下の冷却されたストリームを供給するために連結された、加圧下の前記ガスストリームを冷却するための第１冷却手段；
（ｂ）前記加圧下の冷却されたストリームの少なくとも一部を受け取り、それをより低圧力に膨張させ、それにより前記ストリームをさらに冷却するために連結された、第１膨張手段；及び
（ｃ）前記さらに冷却されたストリームを受け取るために連結された第１の蒸留塔であって、前記さらに冷却されたストリームを、前記揮発性の残留ガス留分と前記相対的に低揮発性の留分に分離するために適合されている、第１蒸留塔；
を含む装置において、前記装置が、
（１）前記第１冷却手段に連結され、前記冷却されたストリームを受け取り、それを第１及び第２ストリームに分割する、第１分割手段；
（２）前記第１分割手段に連結され、前記第２ストリームを受け取り、それを前記低圧力に膨張させる前記第１膨張手段であって、さらに前記第１蒸留塔に連結され、前記膨張された第２ストリームを前記第１蒸留塔に塔中間部供給位置から供給する、前記第１膨張手段；
（３）前記第１蒸留塔に連結され、前記第１蒸留塔の前記塔中間部供給位置の下方の領域から出る蒸留液ストリームを受け取る、液体取出し手段；
（４）前記液体取出し手段に連結され、前記蒸留液ストリームを受け取り、それを加熱する、熱交換手段；
（５）前記熱交換手段に連結され、前記加熱された蒸留液ストリームを受け取り、それを頂部蒸気ストリームと底部液ストリームに分留する、第２蒸留塔；
（６）前記第２蒸留塔に連結され、前記頂部蒸気ストリームを受け取り、それを十分に冷却させて実質的に凝縮させ、それにより凝縮ストリームを形成する、第２冷却手段；
（７）前記第２冷却手段に連結され、前記凝縮ストリームを受け取り、それを少なくとも第１部分と第２部分に分割する、第２分割手段；
（８）前記第２蒸留塔に連結され、前記第１部分を前記第２蒸留塔に最上部供給位置から供給する、前記第２分割手段；
（９）さらに前記第１蒸留塔に連結され、塔下部供給位置であって、前記蒸留液ストリームを取り出すために前記第１蒸留塔に前記液体取出し手段が連結されている前記領域の下方において、前記第２部分を前記第１蒸留塔に供給する、前記第２分割手段；
（１０）さらに前記第２蒸留塔に連結され、前記底部液ストリームを受け取り、それを冷却し、それにより工程（４）の加熱作業の少なくとも一部を提供する、前記熱交換手段；
（１１）前記第１分割手段に連結され、前記第１ストリームを受け取り、それを中間圧力に膨張させる、第２膨張手段；
（１２）前記第２膨張手段及び前記熱交換手段に連結され、前記膨張された第１ストリーム及び前記冷却された底部液ストリームを受け取り、合流ストリームを形成する、合流手段；
（１３）前記合流手段に連結され、前記合流ストリームを受け取り、それを冷却する、第３冷却手段；
（１４）前記第３冷却手段に連結され、前記冷却された合流ストリームを受け取り、それを前記低圧力に膨張させる第３膨張手段であって、さらに前記第１蒸留塔に連結され、前記膨張された冷却された合流ストリームを前記第１蒸留塔に最上部供給位置から供給する、第３膨張手段；
（１５）前記第２蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度を制御し、前記第２蒸留塔の頂部温度を、前記頂部蒸気ストリームがＣ３炭化水素成分及びより高揮発性の成分を主とし、前記底部液ストリームがＣ４−Ｃ５炭化水素成分を主とするような温度に維持するよう適合された、第１制御手段；及び、
（１６）前記第１蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度を制御し、前記第１蒸留塔の頂部温度を、前記相対的に低揮発性の留分中の成分の大部分が回収される温度に維持するよう適合された、第２制御手段；
を含む、改善。
【請求項１１】
メタン及びより高揮発性の成分、Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分を含有するガスストリームを、揮発性の残留ガス留分と、前記Ｃ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分の大部分を含む相対的に低揮発性の留分とに分離するための装置であって、
（ａ）加圧下の冷却されたストリームを供給するために連結された、加圧下の前記ガスストリームを冷却するための第１冷却手段；
（ｂ）前記加圧下の冷却されたストリームの少なくとも一部を受け取り、それをより低圧力に膨張させ、それにより前記ストリームをさらに冷却するために連結された、第１膨張手段；及び
（ｃ）前記さらに冷却されたストリームを受け取るために連結された第１の蒸留塔であって、前記さらに冷却されたストリームを、前記揮発性の残留ガス留分と前記相対的に低揮発性の留分に分離するために適合されている、第１蒸留塔；
を含む装置において、前記装置が、
（１）前記加圧下のガスストリームを十分に冷却して部分的に凝縮させるために適合された、前記第１冷却手段；
（２）前記第１冷却手段に連結され、前記部分的に凝縮したガスストリームを受け取り、それを蒸気ストリームと少なくとも１つの液体ストリームに分離する、分離手段；
（３）前記分離手段に連結され、前記蒸気ストリームを受け取り、それを第１及び第２ストリームに分割する、第１分割手段；
（４）前記第１分割手段に連結され、前記第２ストリームを受け取り、それを前記低圧力に膨張させる前記第１膨張手段であって、さらに前記第１蒸留塔に連結され、前記膨張された第２ストリームを前記第１蒸留塔に塔中間部供給位置から供給する、前記第１膨張手段；
（５）前記分離手段に連結し、前記少なくとも１つの液体ストリームの少なくとも一部を受け取り、それを前記低圧力に膨張させる第２膨張手段であって、さらに前記第１蒸留塔に連結され、前記膨張した液体ストリームを前記第１蒸留塔に、塔中間下部の供給位置であって前記塔中間部供給位置の下方から供給する、第２膨張手段；
（６）前記第１蒸留塔に連結され、前記第１蒸留塔の前記塔中間部供給位置の下方であって前記塔中間下部供給位置の上方である領域から蒸留液ストリームを受け取る、液体取出し手段；
（７）前記液体取出し手段に連結され、前記蒸留液ストリームを受け取り、それを加熱する、熱交換手段；
（８）前記熱交換手段に連結され、前記加熱された蒸留液ストリームを受け取り、それを頂部蒸気ストリームと底部液ストリームに分留する、第２蒸留塔；
（９）前記第２蒸留塔に連結され、前記頂部蒸気ストリームを受け取り、それを十分に冷却させて実質的に凝縮させ、それにより凝縮ストリームを形成する、第２冷却手段；
（１０）前記第２冷却手段に連結され、前記凝縮ストリームを受け取り、それを少なくとも第１部分と第２部分に分割する、第２分割手段；
（１１）前記第２蒸留塔に連結され、前記第１部分を前記第２蒸留塔に最上部供給位置から供給する、前記第２分割手段；
（１２）さらに前記第１蒸留塔に連結され、塔下部供給位置であって、前記蒸留液ストリームを取り出すために前記第１蒸留塔に前記液体取出し手段が連結されている前記領域の下方において、前記第２部分を前記第１蒸留塔に供給する、前記第２分割手段；
（１３）さらに前記第２蒸留塔に連結され、前記底部液ストリームを受け取り、それを冷却し、それにより工程（７）の加熱作業の少なくとも一部を提供する、前記熱交換手段；
（１４）前記第１分割手段に連結され、前記第１ストリームを受け取り、それを中間圧力に膨張させる、第３膨張手段；
（１５）前記第３膨張手段及び前記熱交換手段に連結され、前記膨張された第１ストリーム及び前記冷却された底部液ストリームを受け取り、合流ストリームを形成する、合流手段；
（１６）前記合流手段に連結され、前記合流ストリームを受け取り、それを冷却する、第３冷却手段；
（１７）前記第３冷却手段に連結され、前記冷却された合流ストリームを受け取り、それを前記低圧力に膨張させる第４膨張手段であって、さらに前記第１蒸留塔に連結され、前記膨張された冷却された合流ストリームを前記第１蒸留塔に最上部供給位置から供給する、第４膨張手段；
（１８）前記第２蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度を制御し、前記第２蒸留塔の頂部温度を、前記頂部蒸気ストリームがＣ３炭化水素成分及びより高揮発性の成分を主とし、前記底部液ストリームがＣ４−Ｃ５炭化水素成分を主とするような温度に維持するよう適合された、第１制御手段；及び、
（１９）前記第１蒸留塔に向かう前記フィードストリームの量と温度を制御し、前記第１蒸留塔の頂部温度を、前記相対的に低揮発性の留分中の成分の大部分が回収される温度に維持するよう適合された、第２制御手段；
を含む、改善。
【請求項１２】
（１）前記第２冷却手段は、前記頂部蒸気ストリームを十分に冷却して部分的に凝縮するよう適合され；
（２）分離手段が、前記第２冷却手段に連結され、前記部分的に凝縮した頂部蒸気ストリームを受け取り、それを残留蒸気ストリームと前記凝縮ストリームに分離し；
（３）前記分割手段は、前記分離手段に連結し、前記凝縮ストリームを受け取るよう適合されており；そして、
（４）前記分離手段は、前記第１蒸留塔に連結され、第２の塔下部供給位置であって、前記蒸留液ストリームを取り出すために前記第１蒸留塔に前記液体取出し手段が連結されている前記領域の下方で、前記残留蒸気ストリームを前記第１蒸留塔に供給する、請求項８に記載の改善。
【請求項１３】
（１）前記第２冷却手段は、前記頂部蒸気ストリームを十分に冷却して部分的に凝縮するよう適合され；
（２）第２分離手段が、前記第２冷却手段に連結され、前記部分的に凝縮した頂部蒸気ストリームを受け取り、それを残留蒸気ストリームと前記凝縮ストリームに分離し；
（３）前記分割手段は、前記第２分離手段に連結し、前記凝縮ストリームを受け取るよう適合されており；そして、
（４）前記第２分離手段は、前記第１蒸留塔に連結され、第２の塔下部供給位置であって、前記蒸留液ストリームを取り出すために前記第１蒸留塔に前記液体取出し手段が連結されている前記領域の下方で、前記残留蒸気ストリームを前記第１蒸留塔に供給する、請求項９に記載の改善。
【請求項１４】
（１）前記第２冷却手段は、前記頂部蒸気ストリームを十分に冷却して部分的に凝縮するよう適合され；
（２）分離手段が、前記第２冷却手段に連結され、前記部分的に凝縮した頂部蒸気ストリームを受け取り、それを残留蒸気ストリームと前記凝縮ストリームに分離し；
（３）前記第２分割手段は、前記分離手段に連結し、前記凝縮ストリームを受け取るよう適合されており；そして、
（４）前記分離手段は、前記第１蒸留塔に連結され、第２の塔下部供給位置であって、前記蒸留液ストリームを取り出すために前記第１蒸留塔に前記液体取出し手段が連結されている前記領域の下方で、前記残留蒸気ストリームを前記第１蒸留塔に供給する、請求項１０に記載の改善。
【請求項１５】
（１）前記第２冷却手段は、前記頂部蒸気ストリームを十分に冷却して部分的に凝縮するよう適合され；
（２）第２分離手段が、前記第２冷却手段に連結され、前記部分的に凝縮した頂部蒸気ストリームを受け取り、それを残留蒸気ストリームと前記凝縮ストリームに分離し；
（３）前記第２分割手段は、前記第２分離手段に連結し、前記凝縮ストリームを受け取るよう適合されており；そして、
（４）前記第２分離手段は、前記第１蒸留塔に連結され、第２の塔下部供給位置であって、前記蒸留液ストリームを取り出すために前記第１蒸留塔に前記液体取出し手段が連結されている前記領域の下方で、前記残留蒸気ストリームを前記第１蒸留塔に供給する、請求項１１に記載の改善。
【請求項１６】
加熱手段が前記第２膨張手段に連結され、前記膨張液ストリームを受け取り、それを加熱し、前記加熱手段はさらに前記第１蒸留塔に連結され、前記加熱された膨張液ストリームを前記第１蒸留塔に前記塔中間下部供給位置から供給する、請求項９、１１、１３又は１５に記載の改善。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタンよりも揮発性の高い成分（例えば水素、窒素など）を多量に含む炭化水素含有ガスストリームを、主にメタン及びそれよりも高揮発性の成分を含む第１の画分と、回収する所望のエタン／エチレン及びより重質の炭化水素成分を含む第２の画分の２つの画分に分離するための処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
エチレン、エタン、プロピレン、プロパン及び／又はより重質の炭化水素は、天然ガス、精油所ガス、ならびに、石炭、原油、ナフサ、オイルシェール、タールサンド、褐炭などの他の炭化水素材料から得られる合成ガスストリームなど、様々なガスから回収することができる。炭化水素含有ガスは、一般的に、メタンよりも高揮発性の成分（例えば水素、窒素など）を含み、また、メタン、エタン、より分子量の大きいプロパン、ブタン、ペンタンなどの炭化水素に加えて、不飽和炭化水素（例えばエチレン、プロピレンなど）や芳香族炭化水素（例えばベンゼン、トルエンなど）を含む場合が多い。硫黄含有ガスや二酸化炭素が含まれている場合もある。
【０００３】
本発明は、一般的に、このようなガスストリームから、エチレン、エタン、及びより重質（Ｃ２＋）の炭化水素を回収することに関する。近年のエチレン需要の変化により、エチレン及びその誘導体生成物の市場が拡大している。また、天然ガス及びそのうちの天然ガス液（ＮＧＬ）の価格の変動により、エタン及びより重質の成分の液体生成物としての価値が上昇している。こうした市場の状況から、これらのあらゆる生成物からエチレン及びエタンを高効率で回収し、より効率的に回収することができる方法が求められている。これらの物質を分離するための利用可能な方法としては、ガスの冷却及び冷凍、油吸収、冷却油吸収を利用したものなどが挙げられる。また、低温プロセスは、発電しながら同時に処理中のガスから熱を膨張させ、取り出すことができる経済的な装置が利用できることから、普及が進んでいる。ガス源の圧力、ガスの含有物量（エタン、エチレン、及びそれよりも重質の炭化水素の含有量）、所望の最終生成物に応じて、これらの方法のいずれか、またはそれらを組み合わせて用いることができる。
【０００４】
低温膨張プロセスは、最大限に簡素化されて準備が容易であり、運転の柔軟性、良好な効率、安全性、及び良好な信頼性が得られることから、現在、天然ガス液の回収に関して一般的に好ましいとされている。米国特許第３，２９２，３８０号；４，０６１，４８１号；４，１４０，５０４号；４，１５７，９０４号；４，１７１，９６４号；４，１８５，９７８号；４，２５１，２４９号；４，２７８，４５７号；４，５１９，８２４号；４，６１７，０３９号；４，６８７，４９９号；４，６８９，０６３号；４，６９０，７０２号；４，８５４，９５５号；４，８６９，７４０号；４，８８９，５４５号；５，２７５，００５号；５，５５５，７４８号；５，５６６，５５４号；５，５６８，７３７号；５，７７１，７１２号；５，７９９，５０７号；５，８８１，５６９号；５，８９０，３７８号；５，９８３，６６４号；６，１８２，４６９号；６，５７８，３７９号；６，７１２，８８０号；６，９１５，６６２号；７，１９１，６１７号；７，２１９，５１３号；米国再発行特許第３３，４０８号；ならびに、同時係属中の米国特許出願第１１／４３０，４１２号；１１／８３９，６９３号；１１／９７１，４９１号；１２／２０６，２３０号；１２／６８９，６１６号；１２／７１７，３９４号；１２／７５０，８６２号；１２／７７２，４７２号；１２／７８１，２５９号；１２／８６８，９９３号；１２／８６９，００７号；及び１２／８６９，１３９号は、関連する方法を記載している（しかしながら、本発明の記載は、引用された米国特許及び出願中に記載されているものとは異なる処理条件に基づいている場合もある）。
【０００５】
一般的な低温膨張回収プロセスにおいて、加圧下のフィードガスストリームは、プロセスの他のストリームとの熱交換、及び／又はプロパン圧縮冷却システムなどの外部の冷却源によって冷却される。ガスが冷却されることで、１または複数の分離装置内で、いくつかの所望のＣ２＋成分を含む高圧の液体として、液体を凝縮、回収することができる。ガスの含有物量や形成される液体の量に応じて、高圧液体を膨張させて圧力を下げ、分留することができる。液体が膨張する際に起きる気化により、ストリームがさらに冷却される。ある条件下では、膨張で低下する温度をさらに下げるために、膨張前に高圧液体を予冷することが望ましい場合がある。液体と蒸気の混合物を含む膨張したストリームは、蒸留塔（脱メタン装置または脱エタン装置）内で分留する。蒸留塔では、膨張冷却されたストリームを蒸留して、残留するメタン、水素、窒素及びその他の揮発性ガスを頂部蒸気として、そして所望のＣ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分を底部液体生成物として分離するか、または、残留メタン、Ｃ２成分、水素、窒素及びその他の揮発性ガスを頂部蒸気として、そして所望のＣ３成分及びより重質の炭化水素成分を底部液体生成物として分離する。
【０００６】
フィードガスが完全に凝縮されない場合（一般的には完全に凝縮されない）、部分的な凝縮によって残留する蒸気は、仕事膨張装置または機関（work expansion machine or engine）あるいは膨張弁を通過させて低圧にし、ストリームをさらに冷却することでさらなる液体が凝縮される。膨張後の圧力は、蒸留塔を運転する圧力と本質的に等しい。膨張で生じる気相―液相を合わせたものは、蒸留塔にフィードとして供給される。
【０００７】
このような分離プロセスの理想的な運転においては、プロセスから出る残留ガスには、フィードガス中のメタンやより高揮発性の成分が実質的にすべて含まれ、より重質の炭化水素成分は本質的に含まれず、脱メタン装置から出る底部の留分には、より重質の炭化水素成分が実質的にすべて含まれ、メタンまたはより高揮発性の成分は本質的に含まれない。しかしながら実際には、従来の脱メタン装置は主としてストリップ塔として用いられているため、この理想的な状況は得られない。そのため、このプロセスのメタン生成物には、蒸留塔の分留最上段から出る蒸気と、どの分留工程でも処理されなかった蒸気が一般的には含まれる。最上部液体フィードにはＣ２＋成分及びより重質の炭化水素成分が多く含まれており、蒸気中の相当する均衡量のＣ２＋成分が脱メタン装置の分留最上段から抜けるため、エチレンとエタンの多量の損失が生じる。処理されるガスストリームが、メタンよりも高揮発性の成分（例えば水素、窒素など）を比較的多量に含む場合、蒸留塔を上昇する揮発性の蒸気が、下方に移動する液体からＣ２＋成分を取り除いてしまうため、この問題が悪化する。上昇する蒸気を、Ｃ２＋成分を蒸気から吸収することができる有意な量の液体（還流）と接触させることができれば、これらの所望のＣ２＋成分の損失は、有意に減少させることが可能である。
【０００８】
蒸留塔の精留部で上昇する蒸気と接触させる還流ストリームとして、メタンを主流とする低温の液体を用いる方法が多く開発されている。この種の処理方法の代表的なものは、米国特許第４，８８９，５４５号；５，５６８，７３７号；および、５，８８１，５６９号、ならびに、Mowrey, E. Ross, "Efficient, High Recovery of Liquids from Natural Gas Utilizing a High Pressure Absorber", Proceedings of the Eighty−First Annual Convention of the Gas Processors Association, Dallas, Texas, March 11-13, 2002に開示されている。しかし、これらの方法では、還流ストリームを脱メタン装置に循環させるための動力を提供する圧縮装置の使用が必要となり、これらの方法を用いれば施設の資本コストと運転コストの両方が増加する。さらに、低温メタン還流によって、蒸留塔内の温度が−１１２°Ｆ［−８０℃］以下となる。この種のガスストリームの多くは、窒素酸化物（ＮＯｘ）を多く含む場合があり、この温度よりも低くなると、ＮＯｘは処理プラントの低温部においてＮＯｘガム（一般的に「ブルーアイス」と呼ばれる）として蓄積される。「ブルーアイス」は、温度を上げると爆発する可能性があり、処理プラントにおける多くの爆燃及び／又は爆発の原因として指摘されている。
【０００９】
その他の方法として、重質（一般的にはＣ４‐Ｃ１０）の炭化水素吸着ストリームを用いて蒸留塔を還流するものも開発されている。この種の方法の例としては、米国特許第４，３１８，７２３号；５，５４６，７６４号；７，２７３，５４２号；および、７，７１４，１８０号がある。これらの方法は、通常、「ブルーアイス」の問題を回避するのに十分な高温で実施されるが、吸着ストリームは一般的に蒸留塔底部のストリームから作られるため、フィードガス中に存在する芳香族炭化水素が蒸留塔内で濃縮される。ベンゼンなどの芳香族炭化水素は、通常の処理温度では凝固して固体になり、処理プラントの乱れを頻繁に引き起こす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第３，２９２，３８０号
【特許文献２】米国特許第４，０６１，４８１号
【特許文献３】米国特許第４，１４０，５０４号
【特許文献４】米国特許第４，１５７，９０４号
【特許文献５】米国特許第４，１７１，９６４号
【特許文献６】米国特許第４，１８５，９７８号
【特許文献７】米国特許第４，２５１，２４９号
【特許文献８】米国特許第４，２７８，４５７号
【特許文献９】米国特許第４，５１９，８２４号
【特許文献１０】米国特許第４，６１７，０３９号
【特許文献１１】米国特許第４，６８７，４９９号
【特許文献１２】米国特許第４，６８９，０６３号
【特許文献１３】米国特許第４，６９０，７０２号
【特許文献１４】米国特許第４，８５４，９５５号
【特許文献１５】米国特許第４，８６９，７４０号
【特許文献１６】米国特許第４，８８９，５４５号
【特許文献１７】米国特許第５，２７５，００５号
【特許文献１８】米国特許第５，５５５，７４８号
【特許文献１９】米国特許第５，５６６，５５４号
【特許文献２０】米国特許第５，５６８，７３７号
【特許文献２１】米国特許第５，７７１，７１２号
【特許文献２２】米国特許第５，７９９，５０７号
【特許文献２３】米国特許第５，８８１，５６９号
【特許文献２４】米国特許第５，８９０，３７８号
【特許文献２５】米国特許第５，９８３，６６４号
【特許文献２６】米国特許第６，１８２，４６９号
【特許文献２７】米国特許第６，５７８，３７９号
【特許文献２８】米国特許第６，７１２，８８０号
【特許文献２９】米国特許第６，９１５，６６２号
【特許文献３０】米国特許第７，１９１，６１７号
【特許文献３１】米国特許第７，２１９，５１３号
【特許文献３２】米国再発行特許第３３，４０８号
【特許文献３３】米国特許出願第１１／４３０，４１２号
【特許文献３４】米国特許出願第１１／８３９，６９３号
【特許文献３５】米国特許出願第１１／９７１，４９１号
【特許文献３６】米国特許出願第１２／２０６，２３０号
【特許文献３７】米国特許出願第１２／６８９，６１６号
【特許文献３８】米国特許出願第１２／７１７，３９４号
【特許文献３９】米国特許出願第１２／７５０，８６２号
【特許文献４０】米国特許出願第１２／７７２，４７２号
【特許文献４１】米国特許出願第１２／７８１，２５９号
【特許文献４２】米国特許出願第１２／８６８，９９３号
【特許文献４３】米国特許出願第１２／８６９，００７号
【特許文献４４】米国特許出願第１２／８６９，１３９号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Mowrey, E. Ross, "Efficient, High Recovery of Liquids from Natural Gas Utilizing a High Pressure Absorber", Proceedings of the Eighty−First Annual Convention of the Gas Processors Association, Dallas, Texas, March 11-13, 2002
【発明の概要】
【００１２】
本発明によれば、温度を−１１２°Ｆ［−８０℃］より低温にすることなく、８８％を超えるエタン回収率が得られることが見出された。本発明は、メタンよりも高揮発性の成分を１０モル％より多く含むフィードガスを処理する場合に、特に有利である。
【００１３】
本発明をよりよく理解するために、以下の実施例および図面について参照する。図面を参照すると以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明によるガス処理プラントのフロー図である。
【図２】図２は、本発明をガスストリームに適用する別の手段を示したフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記の図に関する下記の説明において、代表的な処理条件として計算した流速をまとめた表を提供する。本明細書で示された表において、流速の値（モル／時）は、便宜上整数に四捨五入した。表に示す総ストリーム速度は、炭化水素でない成分の全てを含み、そのため、多くの場合、炭化水素成分のストリームの流速の合計よりも大きい。記載の温度は、最も近接した数値に四捨五入した概算値である。また、図に示すプロセスを比較するために実施したプロセス設計の計算は、周囲からプロセスへ（またはプロセスから周囲へ）の熱の漏れはないという前提に基づいて行われていることに留意する必要がある。市販の断熱材の品質から、この前提は極めて妥当であり、当業者では一般的にそのようにされている。
【００１６】
便宜上、プロセスのパラメーターは、従来の英国単位と国際単位系（ＳＩ）の単位の両方で記載する。表中のモル流量は、ポンドモル／時またはキログラムモル／時のどちらを読み取ってもよい。馬力（ＨＰ）及び／又は１０００英国熱単位／時（ＭＢＴＵ／Ｈｒ）で記載するエネルギー消費量は、ポンドモル／時で記載するモル流量に対応する。キロワット（ｋＷ）で記載するエネルギー消費量は、キログラムモル／時で記載するモル流量に対応する。
【００１７】
図１は、本発明によるプロセスのフロー図である。図１のプロセスのシミュレーションでは、入口ガスは、１００°Ｆ［３８℃］、７７ｐｓｉａ［５３１ｋＰａ（ａ）］でストリーム５１としてプラントに入る。入口ガスが、生成物ストリームが仕様を満たすことを妨げる可能性のある濃度の硫黄化合物及び／又は二酸化炭素を含む場合、フィードガスに適切な前処理を行うことで硫黄化合物及び／又は二酸化炭素を除去する（図示せず）。
【００１８】
入口ガスは、処理の前に３段階のステージで圧縮して圧力を上げる（外部動力源で駆動する圧縮装置１０および１５、ならびに仕事圧縮装置１４で駆動する圧縮装置１３）。排出冷却器１１および１６はステージ間でガスを冷却し、分離装置１２および１７はガスストリームが冷却される際に凝縮する水やその他の液体を除去する。分離装置１７を出る冷却された圧縮ガスストリーム５４は、極低温環境での水和物（氷）の形成を防ぐため、脱水ユニット１８で脱水される。これには、通常、固体乾燥剤が用いられる。
【００１９】
脱水された１００°Ｆ［３８℃］、５６０ｐｓｉａ［３，８５９ｋＰａ（ａ）］のガスストリーム６１は、熱交換器２０に入り、低温の残留ガス（ストリーム６８ａ）、２８°Ｆ［−２℃］の液体生成物（ストリーム７１ａ）、１３°Ｆ［−１１℃］の脱メタン装置リボイラー液（ストリーム７０）、及びプロパン冷媒と熱交換することで冷却される。注意点として、いかなる場合においても、熱交換器２０は、多数の独立した熱交換器であるか、単一の多経路熱交換器であるか、あるいはそれらの組み合わせを表す。（記載する冷却作業において、複数の熱交換器を用いるかどうかについては、例えば、これらに限定されないが、入口ガスの流速、熱交換器の大きさ、ストリームの温度などの多数の要素に従って決定される。）冷却されたストリーム６１ａは、４０°Ｆ［４℃］、５５０ｐｓｉａ［３，７９０ｋＰａ（ａ）］で分離装置２１に入り、凝縮された液体（ストリーム６３）から蒸気（ストリーム６２）が分離される。分離装置液（ストリーム６３）を、膨張弁２２によって分留塔２８の運転圧力（およそ１７５ｐｓｉａ［１，２０７ｋＰａ（ａ）］）に膨張させて、ストリーム６３ａを１６°Ｆ［−９℃］に冷却し、その後、分留塔２８に塔下部の供給位置から供給する。
【００２０】
分離装置２１からの蒸気（ストリーム６２）は、熱交換器２３において、低温残留ガス（ストリーム６８）、−１０°Ｆ［−２３℃］の脱メタン装置サイドリボイラー液（ストリーム６９）、蒸発した液体（ストリーム６５ａ）、及びプロパン冷媒と熱交換することでさらに冷却される。冷却されたストリーム６２ａは、−４２°Ｆ［−４１℃］、５３５ｐｓｉａ［３，６８６ｋＰａ（ａ）］で分離装置２４に入り、凝縮された液体（ストリーム６５）から蒸気（ストリーム６４）が分離される。分離装置液（ストリーム６５）を、膨張弁２５によって分留塔の運転圧力より少し高めまで膨張させて、ストリーム６５ａを−６３°Ｆ［−５３℃］に冷却し、その後、熱交換器２３で−４０°Ｆ［−４０℃］まで加熱する。加熱されたストリーム６５ｂは、分留塔２８に塔中間下部の供給位置から供給される。
【００２１】
分離装置２４からの蒸気（ストリーム６４）は、仕事膨張装置１４に入り、高圧フィードのこの部分から機械エネルギーを抽出する。装置１４は、この蒸気を実質的に等エントロピーで蒸留塔の運転圧力に膨張させ、その仕事膨張によって、膨張したストリーム６４ａをおよそ−１０５°Ｆ［−７６℃］に冷却する。一般的な市販の膨張装置は、理想的な等エントロピーの膨張で論理上利用可能な仕事量の８０〜８５％のレベルで回収することができる。回収された仕事量は、例えば、入口ガス（ストリーム５２）の圧縮に使用できる遠心圧縮装置（項目１３など）を駆動させるのに用いられることが多い。続いて、部分的に凝縮させた膨張ストリーム６４ａを、フィードとして分留塔２８に塔中間上部の供給位置から供給する。
【００２２】
蒸留塔２８における脱メタン装置は、垂直に間隔をあけた複数のトレイ、１つ以上の充填層、又は、トレイと充填材とのいくつかの組み合わせを含む従来型の蒸留塔である。脱メタン塔は２つの部分からなる：膨張したストリーム６４ａの上昇する蒸気部分と、下降する低温の液体との間で必要な接触をもたらし、上昇する蒸気からＣ２成分、Ｃ３成分、及びより重質の成分を凝縮して吸収するためのトレイ及び／又は充填材を含む上部吸収（精留）部；及び、下降する液体と上昇する蒸気との間で必要な接触をもたらすためのトレイ及び／又は充填材を含む下部ストリッピング（脱メタン）部である。また、脱メタン部は、１つ以上のリボイラー（例えば、前述のリボイラー及びサイドリボイラー）を含み、これは塔を下降する液体の一部を加熱、蒸発させ、ストリッピングの蒸気をもたらし、これが塔を上昇して、液体生成物、すなわちストリーム７１からメタン及びより軽質の成分をストリッピングする。ストリーム６４ａは、脱メタン装置２８の吸収部の下部領域にある中間供給位置から脱メタン装置２８に入る。膨張したストリームの液体部分は、吸収部から下方に向けて落ちる液体と混ざり、混ざり合った液体は脱メタン装置２８のストリッピング部に向けてさらに下降する。膨張したストリームの蒸気部分は、吸収部の中を上昇し、落下する低温の液体と接触して、Ｃ２成分、Ｃ３成分、及びより重質の成分を凝縮して吸収する。
【００２３】
蒸留液（ストリーム７２）の一部は、吸収部の下部領域にある膨張ストリーム６４ａの供給位置よりも下であり、ストリッピング部にある膨張液ストリーム６３ａの供給位置よりも上である、分留塔２８のストリッピング部の中間領域から取り出される。この位置で蒸留液を取り出すことで、Ｃ２−Ｃ５炭化水素を主とした液体ストリームであって、極微量の揮発性成分（例えばメタン、水素、窒素など）と微量の芳香性炭化水素及びより重質の炭化水素を含むものが得られる。この蒸留蒸気ストリーム７２は、ポンプ３０で圧力を上げ（ストリーム７２ａ）、その後、−２５°Ｆ［−３２℃］から７７°Ｆ［２５℃］まで加熱され、熱交換器３１で高温の脱プロパン装置底部ストリーム７８と熱交換することで、一部蒸発される。加熱されたストリーム７２ｂは、その後、塔中間部供給位置から脱プロパン装置３２（２６５ｐｓｉａ［１，８２８ｋＰａ（ａ）］で運転）に入る。
【００２４】
塔３２の脱プロパン装置は、垂直に間隔をあけた複数のトレイ、１つ以上の充填層、又は、トレイと充填材とのいくつかの組み合わせを含む従来型の蒸留塔である。脱プロパン塔は２つの部分からなる：加熱されたストリーム７２ｂの上昇する蒸気部分と、下降する低温の液体との間で必要な接触をもたらし、上昇する蒸気からＣ４成分及びより重質の成分を凝縮して吸収するためのトレイ及び／又は充填材を含む上部吸収（精留）部；及び、下降する液体と上昇する蒸気との間で必要な接触をもたらすためのトレイ及び／又は充填材を含む下部ストリッピング（脱プロパン）部である。また、脱プロパン部は、１つ以上のリボイラー（例えば、リボイラー３３）を含み、これは塔を下降する液体の一部を加熱、蒸発させ、ストリッピングの蒸気をもたらし、これが塔を上昇して、底部液体生成物、すなわちストリーム７８からＣ３成分及びより軽質の成分をストリッピングする。ストリーム７２ｂは、脱プロパン装置３２の吸収部とストリッピング部の間にある中間供給位置から脱プロパン装置３２に入る。加熱されたストリームの液体部分は、吸収部から下方に向けて落ちる液体と混ざり、混ざり合った液体は脱プロパン装置３２のストリッピング部に向けてさらに下降する。加熱されたストリームの蒸気部分は、吸収部の中を上昇し、落下する低温の液体と接触して、Ｃ４成分及びより重質の成分を凝縮して吸収する。
【００２５】
脱プロパン装置３２からの頂部蒸気（ストリーム７３）は、還流凝縮器３４に入り、プロパン冷媒によって５９°Ｆ［１５℃］から−３３°Ｆ［−３６℃］まで冷却されて凝縮され、続いて、２６０ｐｓｉａ［１，７９３ｋＰａ（ａ）］で還流分離装置３５に入る。凝縮されない蒸気（ストリーム７４）がある場合は、膨張弁３８によって脱メタン装置２８の運転圧力に膨張させ、塔下部の供給位置から脱メタン装置２８に戻る。しかし、図１のシミュレーションにおいては、頂部蒸気はすべて凝縮し、還流分離装置３５から液体ストリーム７５に入る。ストリーム７５は、ポンプ３６で脱プロパン装置３２の運転圧力より少し高めまで圧力を上げ、その後、ストリーム７５ａの一部（ストリーム７６）は、塔最上部フィード（還流）として脱プロパン装置３２に供給され、塔の吸収部を上昇するＣ４成分及びより重質の成分を凝縮して吸収する。残りの部分（ストリーム７７）には、蒸留液ストリーム７２からストリッピングされたＣ３及びより軽質の成分が含まれている。これを、膨張弁３７で脱メタン装置２８の運転圧力に膨張させ、ストリーム３７ａを−４４°Ｆ［−４２℃］に冷却し、その後、蒸留液ストリーム７２の取り出し位置の下にある塔下部の供給位置から脱メタン装置２８に戻る。
【００２６】
脱プロパン装置３２からの底部液体生成物（ストリーム７８）は、Ｃ３及びより軽質の成分がストリッピングされ、大部分はＣ４−Ｃ５炭化水素である。これは、脱プロパン装置３２の底部を２３０°Ｆ［１１０℃］で出て、熱交換器３１で上述のように−２０°Ｆ［−２９℃］に冷却される。ストリーム７８ａは、熱交換器３９でプロパン冷媒によってさらに−３５°Ｆ［−３７℃］に冷却され（ストリーム７８ｂ）、続いて、膨張弁４０で脱メタン装置２８の運転圧力に膨張される。膨張したストリーム７８ｃは、その後、還流として脱メタン装置２８に最上部供給位置から−３５°Ｆ［−３７℃］で供給される。ストリーム７８ｃ中のＣ４−Ｃ５炭化水素は、脱メタン装置２８の吸収部を上昇する蒸気に含まれるＣ２＋成分を捕らえる吸収剤として作用する。
【００２７】
脱メタン装置２８のストリッピング部では、フィードストリームのメタン及びより軽質の成分がストリッピングされる。それにより生成する液体生成物（ストリーム７１）は、塔２８の底部から２４°Ｆ［−４℃］で出て、ポンプ２９で昇圧される。昇圧されたストリーム７１ａは、続いて、熱交換器２０で前述のように９３°Ｆ［３４℃］に加熱される。低温残留ガス６８は、脱メタン装置２８を−３２°Ｆ［−３５℃］で出て、流入してくるフィードガスに向流的に通されて、前述のように冷却効果を与えることで、熱交換器２３において３２°Ｆ［０℃］に加熱され（ストリーム６８ａ）、熱交換器２０において９５°Ｆ［３５℃］に加熱される（ストリーム６８ｂ）。残留ガス生成物は、その後、燃料ガス分配ヘッダーに１６５ｐｓｉａ［１，１３８ｋＰａ（ａ）］で移動する。
【００２８】
以下の表に、図１で説明されているプロセスに関するストリームの流速およびエネルギー消費量の概要を示す。
【表１−１】
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【表１−２】
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【表１−３】
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【表１−４】
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その他の実施形態
【００２９】
本発明によれば、一般的に、脱メタン装置の吸収（精留）部が複数の理論上の分離ステージを含むよう設計することが有利である。しかし、本発明の利点は、わずか２つの理論的ステージで成し得ることができる。例えば、還流液（ストリーム７８ｃ）のすべて又は一部と膨張ストリーム６４ａのすべて又は一部は合流させることができ（例えば脱メタン装置につながる配管内において）、完全に混ざり合うと、それらの蒸気と液体は一つに混合され、合流ストリーム全体の種々の成分の相対揮発度に従って分離する。このような２つのストリームの混合は、本発明の目的として、吸収部を構成するものとして見なすものとする。
【００３０】
図２に、本発明の別の実施形態であり、場合によってはより好ましいとされるものを示す。図２の実施形態では、分離装置２４から出た蒸気ストリーム６４の一部（ストリーム６６）が、膨張弁２６で中間圧力に膨張され、続いて、冷却された脱プロパン装置底部ストリーム７８ｂと合流し、合流ストリーム７９となる。合流ストリーム７９は、低温の脱メタン装置頂部ストリーム６８によって、熱交換器２７で冷却され（ストリーム７９ａ）、そして膨張弁４０によって脱メタン装置２８の運転圧力まで膨張される。その後、膨張ストリーム７９ｂは脱メタン装置２８の最上部供給位置へと還流として供給される。蒸気ストリーム６４）の残りの部分（ストリーム６７）は、仕事膨張装置１４によって塔の運転圧力まで膨張され、脱メタン装置２８に塔中間上部供給位置へと供給される。
【００３１】
フィードガスの条件、プラントの規模、利用可能な装置、またはその他の要素によって、仕事膨張装置１４を取り除いたり、または代替の膨張装置（例えば膨張弁など）で置き換えたりすることも可能である。個々のストリームの膨張を具体的な膨張装置で示しているが、必要に応じて代替の膨張手段を用いることもできる。例えば、条件によっては、還流ストリーム（ストリーム７８ｂ又はストリーム７９ａ）の仕事膨張が妥当となる。
【００３２】
入口ガスが薄い場合、図１及び図２の分離装置２１は必要とならない場合がある。その場合、図１及び図２の熱交換器２０及び２３で達成されるフィードガスの冷却は、中間の分離装置を介さずに達成してもよい。フィードガスを複数の工程で冷却及び分離するかどうかは、フィードガスの含有物量、プラントの規模、利用可能な装置などによって決定される。フィードガス中のより重質な炭化水素の量、及びフィードガスの圧力によっては、図１及び図２の熱交換器２０から出る冷却されたフィードストリーム６１ａ及び／又は熱交換器２３から出る冷却されたストリーム６２ａは、液体を含まない場合があり（露点を超えているため、又は臨界凝縮圧力（cricondenbar）を超えているため）、結果として、図１及び図２に示す分離装置２１及び／又は分離装置２４は不要となる。
【００３３】
膨張液（図１及び図２のストリーム６５ａ）は、蒸留塔に塔中間下部供給位置へと供給する前に加熱しなくてもよい。そうではなく、その全部又は一部を直接塔に供給することができる。そして、膨張液の残りの部分を、蒸留塔に供給する前に加熱してもよい。
【００３４】
本発明によれば、特に入口ガスの含有物量が多い場合、プロセスの他のストリームから入口ガスに用いる冷却手段を補うために、外部冷却手段を用いることもできる。プロセスの熱交換のための分離装置液や脱メタン装置サイドドロー液の利用や配分、及び、入口ガス冷却のための熱交換器の具体的な配置は、それぞれの具体的な用途ごとに評価しなければならず、個別の熱交換作業のためのプロセスストリームの選択も同様である。
【００３５】
本発明によれば、図２の実施形態の蒸気フィードの分割は、複数の方法で達成できる。図２のプロセスでは、蒸気の分割は、液体が形成された場合にそれを冷却し、分離した後に起きる。しかし、高圧ガスは、入口ガスの冷却前に分割するか、又はガスを冷却した後、分離段階の前に分割してもよい。実施形態によっては、分離装置内で蒸気の分割が行われる場合もある。
【００３６】
また、図２の実施形態において分割された蒸気供給源の各画分におけるフィードの相対量は、ガス圧、フィードガスの組成、供給源から経済的に取り出すことができる熱量、及び利用可能な馬力の大きさ等の各種要因によって決まる。塔の最上部へのフィードを増やすと、回収率を上げることができるが、膨張装置から回収される力が減少し、それによって圧縮に必要な馬力が増加する。塔下部のフィードを増やすと必要な馬力が減るが、生成物の回収率も低下する可能性がある。塔中間部のフィードの相対的位置は、入口ガスの組成、又はその他、所望の回収レベルや入口ガスの冷却時に形成される液体の量などの要因に応じて変化させることができる。さらに、２つ以上のフィードストリーム又はそれらの一部は、個々のストリームの相対温度や量に応じて合流させることができ、その後、合流したストリームは塔中間部の供給位置へ供給される。
【００３７】
本発明により、プロセスの運転に必要なユーティリティー消費量あたりのＣ２成分、Ｃ３成分及びより重質の炭化水素成分の回収率が改善される。脱メタン装置プロセスの運転に必要なユーティリティー消費の改善は、圧縮又は再圧縮に必要な動力の低減、外部冷却手段に必要な動力の低減、塔リボイラーに必要なエネルギー量の低減、または、それらの組み合わせとして得ることができる。
【００３８】
本発明の好ましい実施形態と考えられるものを説明したが、当業者においては、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨から逸脱することなく、本発明を様々な条件やフィードの種類、その他の要件に適合させるために、異なる変更やさらなる変更を行うことができることも理解されるものである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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