(57)【要約】  ＬＮＧからのエタンおよび重い炭化水素(C2+)の抽出および回収のプロセスは、熱交換装置のユニークな配置、低温分別カラム、および、ガス圧縮装置の必要を本質的になくし(大幅に縮小し)、資本費用、燃料消費量および電力消費を最小限にする加工パラメーターを用いて、ＬＮＧからC2+を抽出し回収するために、ＬＮＧの有益な低温熱的性質の利用を最大にする。この発明は、次の目的の1つ以上に用いられてもよく、受け取られ末端で再ガス化されるＬＮＧから配送される送り出されるガスが、商用天然ガス品質規格を満たすように、ＬＮＧを調整すること、ＬＮＧ動力の乗り物および他のＬＮＧ燃料の装置によって必要とされる燃料品質規格および基準を満たす乏しいＬＮＧを作るために、ＬＮＧを調整すること、商用CNG燃料のための規格および基準を満たしているCNGを作るために用いることができるよう乏しいＬＮＧを作るために、ＬＮＧを調整すること、エタン、プロパン、および(または)、収入増強、利益または他の商用理由のためのＬＮＧからのメタンより重い他の炭化水素を回収することである。
2008511734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) 大気圧近くから380〜550psig（380×6.895×10-3〜550×6.895×10-3MPa）の間に及ぶ圧力まで液化天然ガス(ＬＮＧ)をポンプでくみ上げる工程と、
b) 下記e)で主張される低温分別カラムの頂部から生成された冷たいメタンリッチの上部の蒸気流れを有する直接の相互交換によって、上記くみ上げの後、上記ＬＮＧをその沸点温度近くまで前加熱する工程と、
c) 上記前加熱の後に、上記ＬＮＧを、冷たいＬＮＧ還流流れと呼ばれる一方の流れと、残余のＬＮＧ流れと呼ばれる他方の流れとを有する二つの流れに、分割する工程と、
d) 供給ガス流れを生成するために残余のＬＮＧ流れを加熱し蒸発する工程と、
e) 低温分別カラムの頂部から冷たいメタンリッチの上部の蒸気流れ、および、低温分別カラムの底部からNGL生成物流れを生成するために、350〜520psigの間に及ぶ圧力で作動する低温分別カラムを用いる工程と、
f) 上記低温分別カラムの上部の理論的な平衡ステージ上に置かれた入口点で、工程c)から上記低温分別カラムに上記冷たいＬＮＧ還流流れを供給する工程と、
g) 上記低温分別カラムの中で、上記低温分別カラムの上部の理論的な平衡ステージより下の3〜8の理論的な平衡ステージに置かれた入口点で、工程d)から上記低温分別カラムに上記供給ガス流れを供給する工程と、
h) 直接の相互交換によってNGL生成物から回収された熱から供給されている熱交換器のための熱源で、上記供給ガス流れの入口点より下で、かつ、上記低温分別カラムの底部の平衡ステージより上で、上記低温分別カラムに接続された液体の取り除きおよび戻りを有する少なくとも1つの熱交換器を用いて、上記低温分別カラムに熱を加える工程と、
i) 上記低温分別カラムに戻る煮沸された蒸気を作成し、かつ、上記NGL生成物の品質を制御するために必要とされる温度で上記低温分別カラムの中で下の温度を維持するために、もう一つの熱交換器を用いて、上記低温分別カラムの底部に熱を加える工程と、
j) 1つ以上の熱交換器を用いる上記ＬＮＧと上記冷たいメタンリッチの上部の蒸気流れとの間の直接の相互交換によって、上記ＬＮＧ前加熱工程b)から回収された冷凍を利用して、上記低温分別カラムの頂部から生成された冷たいメタンリッチの上部の蒸気流れの90%から100%を再液化する工程と、
k) 気液分離装置を用いて、工程j)に起因する液体から、排ガス流れおよび乏しいＬＮＧ流れにガスを分ける工程と、
l) 設備燃料ガスシステムに対して供給源として排ガスを用いる工程と、
m) 低温で作動するのに適している標準の圧縮機を用いて、パイプラインへの送出圧力まで、設備燃料ガスシステムの中で用いられる排ガスより多い排ガスを圧縮する工程と、
n) 乏しいＬＮＧを、パイプラインへの送出圧力まで、ポンプでくみ上げ、乏しいＬＮＧを、パイプラインへの送出圧力で、排ガスを再液化し凝縮するプロセスとして、圧縮された過剰の排ガスと混合する工程と、
o) 再液化された過剰の排ガスを含んでいると共に、得られたガス流れが送出ガスのパイプラインに配送される乏しいＬＮＧを蒸発し加熱する工程と
を備え、
ガス圧縮の必要を、低減するか、または、ある設計シナリオにおいて完全に取り除くことを特徴とする液化天然ガス(ＬＮＧ)からエタンおよび重い炭化水素(C2+)を抽出し回収するプロセス。
【請求項２】
請求項１に記載のプロセスにおいて、
蒸発工程d)およびo)は、
海水によって加熱される標準のオープンラックＬＮＧ気化器、
水中の水浴におけるガス空気燃焼によって加熱される標準の液中燃焼ＬＮＧ気化器、または、
これらのサービスにおけるＬＮＧを蒸発することができる他のタイプの気化器や熱交換器の組み合わせの何れか一つの使用を含むことを特徴とするＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセス。
【請求項３】
請求項１に記載のプロセスにおいて、
工程i)の熱交換器は、
スチーム、加熱中間液体、熱い油、直接の焼成、暖かい海水、タービン/エンジン排気燃焼ガスからの廃熱利用、電気的な加熱要素、太陽エネルギー、または、このサービスに適応される熱の他のソースを含み、これらに限定されない外部熱源から熱を供給されることを特徴とするＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセス。
【請求項４】
請求項１に記載のプロセスにおいて、
b)、h)およびi)に必要な伝熱サービスは、
真鍮で作ったアルミニウムのプレートフィンを有する交換器、プリント回路タイプ交換器、シェルおよびチューブ交換器、または、3°Fから5°Fの最小のアプローチ温度を達成することができる他のタイプの熱交換器の何れか一つを使用することを特徴とするＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセス。
【請求項５】
請求項１に記載のプロセスを、
a)受け取られ末端で再ガス化されるＬＮＧから配送される送り出されるガスが、商用天然ガス品質規格を満たすように、ＬＮＧを調整すること、
b)ＬＮＧ動力の乗り物および他のＬＮＧ燃料の装置によって必要とされる燃料品質規格および基準を満たすＬＮＧを作るために、ＬＮＧを調整すること、
c)商用CNG燃料のための規格および基準を満たしているCNGを作るために用いることができるように、ＬＮＧを調整すること、および、
d)エタン、プロパン、および(または)、ＬＮＧからのメタンより重い他の炭化水素を回収するために、ＬＮＧを処理すること
に用いることを特徴とするＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセス。
【請求項６】
請求項１に記載のプロセスを、
最低の2.5モル%のC2+から最高の25.0モル%のC2+までの範囲に及ぶ2+内容を備えた様々な炭化水素組成物を有するＬＮＧに用いることを特徴とするＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセス。
【請求項７】
請求項１に記載のプロセスを、
a) 80%から92%の範囲に及ぶエタン回収を達成すること、
b) 95%と99%の間の範囲に及ぶプロパン回収を達成すること、および、
c) プロパンよりも重い炭化水素の100%の回収を本質的に達成すること
のために、
請求項6におけるC2+内容の範囲に関する「高いエタン回収モード」の中のＬＮＧに用いることを特徴とするＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセス。
【請求項８】
請求項１に記載のプロセスを、
a) 95%と80%の間の範囲に及ぶプロパン回収を達成すること、および、
b) 99%と95%の間の範囲に及ぶブタンおよび重い炭化水素回収を達成すること
のために、
低減された圧力の様々な組み合わせを含み、底部温度を増加し、環流速度比を変化するように、低温分別カラムの運転条件に変化を加えることによって、2%の最小のエタン回収までのより低いレベルまで、エタン回収を低減し、
請求項6におけるC2+内容の範囲に関する「低いエタン回収モード」の中のＬＮＧを処理するために用いることを特徴とするＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスは、クリーン燃焼の炭化水素燃料であり、ガソリン、ディーゼル、重油および石炭のような重い炭化水素の燃焼から生成された「温室効果ガス」よりも、燃焼の合計上より少ない「温室効果ガス」を生成する。その結果、天然ガスは「環境にやさしい」燃料であると確認されている。近年、天然ガスの需要は、源泉供給を追い越しており、この源泉供給は、直接の接続や、ガス・パイプライン輸送による配送や、世界の至る所への、特にアメリカとヨーロッパ内での流通機構に利用可能である。その結果、天然ガス販売業者、パイプライン運送者、流通業者および電力会社は、従来の天然ガス供給を補足するために、液化天然ガス(ＬＮＧ)に移っている。環太平洋のＬＮＧの需要は、また、朝鮮、日本、中国およびインドのために計画されたＬＮＧ需要を加速しながら、著しい速度で増加している。
【０００３】
ＬＮＧは、輸送および乗り物燃料市場に対する魅力的な代替物の燃料として消えている。新技術や政府後援のプログラムは、ＬＮＧが、従来の燃料の形態に対する1つの実行可能な代替物となることに、役立っている。ＬＮＧとCNGの両方は、ガソリンとディーゼル燃料を置き換える次の十年間においてこの市場のより大きなシェアを捕らえることが予想される。ＬＮＧは、主として液化されたメタンであり、微量のペンタンや重い炭化水素成分と共に、各種多量のエタン、プロパンおよびブタンを含んでいる。大気圧で、またはその大気圧の近くで蓄えられたか輸送されたときに、ＬＮＧは、その組成物に依存する-245°Fから-265°Fの間に及ぶ温度を有する非常に冷たい液体である。
【０００４】
ＬＮＧが商用市場に入るときに、ある商用品質規格が満たさなければならない。天然ガスパイプラインおよび電力の会社は、例えば、それらの商用規約で、以下を指定する。つまり、それらの設備へ提供される天然ガスは、発熱量、または、いくつかの場合において、炭化水素露点パラメーターと同様にウォッベ指数（Wobbie Index）の品質規格に、応じなければならない。ＬＮＧが、分配され、バス、速い乗り物、自家用車または他の装置に動力を供給するために燃料として用いられるときに、ＬＮＧは、需要者のエンジンにおいてクリーンで完全な燃焼をもたらす燃料の特徴を保証するために、ある品質規格に準拠しなければならない。ＬＮＧは、燃料市場において、圧縮天然ガス(CNG)を作るための天然ガスの源として役立つことができ、この場合、CNG品質規格は、ＬＮＧに適用するだろう。
【０００５】
いくつかのＬＮＧの源は、ＬＮＧを作るのに用いられる天然ガスの組成物に依存する他のものよりも多くのエタンおよび重い炭化水素を含んでいる。ＬＮＧにおいて含まれるエタンおよび重い炭化水素の量によって、ＬＮＧは、その使用のための特定の商用品質規格を満たすためにエタンおよび重い炭化水素内容を減少するように、処理され、調整されなければならないことがある。
【０００６】
時々、エタン、プロパン、ブタンおよび重い炭化水素の液体の製品価格は、もし、ＬＮＧにおいて残され、普及している天然ガス価格で売られると、理解される以上のプレミアムを反映する。従って、ＬＮＧからのこれらの生成物の抽出は、ＬＮＧの源の全面的な収益の実現を改善して、商業上魅力的になりえる。
【０００７】
エタンおよび重い炭化水素は、長年、ガス井戸から取り出された未加工の天然ガスから抽出され回収され、原油生産と関連して生成されている。ターボ・エキスパンダー、機械冷凍、リーンオイル（lean oil）吸収、乾燥剤を用いる吸着およびそれの組合わせの出願を含む、様々なデザインおよび配置のガス処理設備は、この目的に用いられている。ＬＮＧからのエタンおよび重い炭化水素(NGL)の回収用の最も一般的な従来の技術は、高圧にＬＮＧをポンプでくみ上げ、ＬＮＧを蒸発させて、従来の低温ターボ・エキスパンダーおよび(または) 最も広く使用されている低温J-T膨張プロセスを備えた従来のガス加工技術を用いて得られたガスを加工するという概念に基づいている。この実行は、ＬＮＧから利用可能な低温条件の利点を、捕らえず完全に利用していない。
【０００８】
ＬＮＧからのNGLの回収の3つの他の既知のプロセスがあり、これらのプロセスは、有益な低温条件およびＬＮＧの特性をいくらか使用する米国特許No.5114451（特許文献１）、米国特許No.5588308（特許文献２）、および、米国特許No.6604380（特許文献３）に、開示されている。
【０００９】
米国特許No.5114451は、ＬＮＧからNGLの回収のプロセスを示し、ＬＮＧ供給は、（一般に脱メタン塔と呼ばれている）分別ユニットから再圧縮された上部の再循環流れである暖かいガス流から、熱の相互交換によって暖められている。NGL生成物は、液体製品として脱メタン塔の底から回収される。しかしながら、送り出されるガス(脱メタン塔からの上部の蒸気)は、パイプラインシステムへの配送に先立って加熱され圧縮されなければならない。圧縮と加熱は、プロセスの資本費用および燃料消費量を増す。
【００１０】
米国特許No.5588308は、冷却および浄化された天然ガスの分縮によってNGLを回収するプロセスを開示し、この中で、必要な供給の冷却および凝縮の義務の一部は、メタンの揮散後に簡潔な供給液体の膨張および気化によって提供され、それによって、ガスの形態でNGL生成物を生み出す。市場において、NGLは、液体製品として売られ輸送される。追加の冷却および圧縮は、最終のNGL生成物を作るための資本費用および燃料消費量を増加する液体のNGL生成物を作るために、必要とされる。
【００１１】
米国特許No.6604380は、ＬＮＧ供給の一部を、加熱または他の処置なしで、分離の間の外部還流として用いている、ＬＮＧからNGLの回収のプロセスを開示する。分別カラムは、上部の蒸気生成物を備えたカラムの底からNGL液体製品を回収するためのプロセスの中で用いられ、この蒸気生成物は、メタンリッチの残ガスであり、この残ガスは、その後に、圧縮され、再液化され、ポンプでくみ上げられ、蒸発させて、受け入れられるパイプラインに送られる。しかしながら、このプロセスは、分別カラムから上部の蒸気生成物流れ全体が、再液化するために、低いヘッド・圧縮機によって圧縮されることを必要とする。そのプロセスに必要な圧縮は、低いヘッド(75〜115psi)であるが、送り出されたガス流れの全体が圧縮されることを必要とする。もし、例えば、設備が、送り出されたガスの１日当たり標準の10億立方フィート(MMscfd)を扱うキャパシティーに対して設計されているならば、圧縮ブレーキ馬力(Bhp)は、約5〜7Bhp/MMscfdで5,000Bhpから7,000Bhpの圧縮機を必要とする。この圧縮機およびその関連する燃料消費量は、設備用の資本費用および運転費を増す。
【特許文献１】米国特許No.5114451
【特許文献２】米国特許No.5588308
【特許文献３】米国特許No.6604380
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、この発明の課題は、ガス圧縮の必要を、低減するか、または、完全に取り除くこができるＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、この発明のＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセスは、
a) 大気圧近くから380〜550psig（380×6.895×10-3〜550×6.895×10-3MPa）の間に及ぶ圧力まで液化天然ガス(ＬＮＧ)をポンプでくみ上げる工程と、
b) 下記e)で主張される低温分別カラムの頂部から生成された冷たいメタンリッチの上部の蒸気流れを有する直接の相互交換によって、上記くみ上げの後、上記ＬＮＧをその沸点温度近くまで前加熱する工程と、
c) 上記前加熱の後に、上記ＬＮＧを、冷たいＬＮＧ還流流れと呼ばれる一方の流れと、残余のＬＮＧ流れと呼ばれる他方の流れとを有する二つの流れに、分割する工程と、
d) 供給ガス流れを生成するために残余のＬＮＧ流れを加熱し蒸発する工程と、
e) 低温分別カラムの頂部から冷たいメタンリッチの上部の蒸気流れ、および、低温分別カラムの底部からNGL生成物流れを生成するために、350〜520psigの間に及ぶ圧力で作動する低温分別カラムを用いる工程と、
f) 上記低温分別カラムの上部の理論的な平衡ステージ上に置かれた入口点で、工程c)から上記低温分別カラムに上記冷たいＬＮＧ還流流れを供給する工程と、
g) 上記低温分別カラムの中で、上記低温分別カラムの上部の理論的な平衡ステージより下の3〜8の理論的な平衡ステージに置かれた入口点で、工程d)から上記低温分別カラムに上記供給ガス流れを供給する工程と、
h) 直接の相互交換によってNGL生成物から回収された熱から供給されている熱交換器のための熱源で、上記供給ガス流れの入口点より下で、かつ、上記低温分別カラムの底部の平衡ステージより上で、上記低温分別カラムに接続された液体の取り除きおよび戻りを有する少なくとも1つの熱交換器を用いて、上記低温分別カラムに熱を加える工程と、
i) 上記低温分別カラムに戻る煮沸された蒸気を作成し、かつ、上記NGL生成物の品質を制御するために必要とされる温度で上記低温分別カラムの中で下の温度を維持するために、もう一つの熱交換器を用いて、上記低温分別カラムの底部に熱を加える工程と、
j) 1つ以上の熱交換器を用いる上記ＬＮＧと上記冷たいメタンリッチの上部の蒸気流れとの間の直接の相互交換によって、上記ＬＮＧ前加熱工程b)から回収された冷凍を利用して、上記低温分別カラムの頂部から生成された冷たいメタンリッチの上部の蒸気流れの90%から100%を再液化する工程と、
k) 気液分離装置を用いて、工程j)に起因する液体から、排ガス流れおよび乏しいＬＮＧ流れにガスを分ける工程と、
l) 設備燃料ガスシステムに対して供給源として排ガスを用いる工程と、
m) 低温で作動するのに適している標準の圧縮機を用いて、パイプラインへの送出圧力まで、設備燃料ガスシステムの中で用いられる排ガスより多い排ガスを圧縮する工程と、
n) 乏しいＬＮＧを、パイプラインへの送出圧力まで、ポンプでくみ上げ、乏しいＬＮＧを、パイプラインへの送出圧力で、排ガスを再液化し凝縮するプロセスとして、圧縮された過剰の排ガスと混合する工程と、
o) 再液化された過剰の排ガスを含んでいると共に、得られたガス流れが送出ガスのパイプラインに配送される乏しいＬＮＧを蒸発し加熱する工程と
を備え、
ガス圧縮の必要を、低減するか、または、ある設計シナリオにおいて完全に取り除くことを特徴とする。
【００１４】
また、一実施形態のＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセスでは、
蒸発工程d)およびo)は、
海水によって加熱される標準のオープンラックＬＮＧ気化器、
水中の水浴におけるガス空気燃焼によって加熱される標準の液中燃焼ＬＮＧ気化器、または、
これらのサービスにおけるＬＮＧを蒸発することができる他のタイプの気化器や熱交換器の組み合わせの何れか一つの使用を含む。
【００１５】
また、一実施形態のＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセスでは、
工程i)の熱交換器は、
スチーム、加熱中間液体、熱い油、直接の焼成、暖かい海水、タービン/エンジン排気燃焼ガスからの廃熱利用、電気的な加熱要素、太陽エネルギー、または、このサービスに適応される熱の他のソースを含み、これらに限定されない外部熱源から熱を供給される。
【００１６】
また、一実施形態のＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセスでは、
b)、h)およびi)に必要な伝熱サービスは、
真鍮で作ったアルミニウムのプレートフィンを有する交換器、プリント回路タイプ交換器、シェルおよびチューブ交換器、または、3°Fから5°Fの最小のアプローチ温度を達成することができる他のタイプの熱交換器の何れか一つを使用する。
【００１７】
また、一実施形態のＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセスでは、
このプロセスを、
a)受け取られ末端で再ガス化されるＬＮＧから配送される送り出されるガスが、商用天然ガス品質規格を満たすように、ＬＮＧを調整すること、
b)ＬＮＧ動力の乗り物および他のＬＮＧ燃料の装置によって必要とされる燃料品質規格および基準を満たすＬＮＧを作るために、ＬＮＧを調整すること、
c)商用CNG燃料のための規格および基準を満たしているCNGを作るために用いることができるように、ＬＮＧを調整すること、および、
d)エタン、プロパン、および(または)、ＬＮＧからのメタンより重い他の炭化水素を回収するために、ＬＮＧを処理すること
に用いる。
【００１８】
また、一実施形態のＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセスでは、
このプロセスを、
最低の2.5モル%のC2+から最高の25.0モル%のC2+までの範囲に及ぶ2+内容を備えた様々な炭化水素組成物を有するＬＮＧに用いる。
【００１９】
また、一実施形態のＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセスでは、
このプロセスを、
a) 80%から92%の範囲に及ぶエタン回収を達成すること、
b) 95%と99%の間の範囲に及ぶプロパン回収を達成すること、および、
c) プロパンよりも重い炭化水素の100%の回収を本質的に達成すること
のために、
C2+内容の範囲に関する「高いエタン回収モード」の中のＬＮＧに用いる。
【００２０】
また、一実施形態のＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセスでは、
このプロセスを、
a) 95%と80%の間の範囲に及ぶプロパン回収を達成すること、および、
b) 99%と95%の間の範囲に及ぶブタンおよび重い炭化水素回収を達成すること
のために、
低減された圧力の様々な組み合わせを含み、底部温度を増加し、環流速度比を変化するように、低温分別カラムの運転条件に変化を加えることによって、2%の最小のエタン回収までのより低いレベルまで、エタン回収を低減し、
C2+内容の範囲に関する「低いエタン回収モード」の中のＬＮＧを処理するために用いる。
【００２１】
新しい加工技術の発生および最適化は、ＬＮＧ産業の継続的な成長および拡大のための「基礎」である。その産業は、ＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素(NGL)を抽出し除去するためにより効率的なプロセスを必要とする。開示されるシステムおよびプロセスは、ＬＮＧから効率的にNGL生成物を抽出するための改良技術において一歩前進の産業を提供する。
【００２２】
開示されるプロセスは、ＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素の抽出のための従来の特許および既存の技術上の重要な改善を反映する。開示される実施形態のプロセスは、既存の特許された技術から現在の実行と比較されたときに、資本費用を縮小し、燃料効率を改善するだろう。実施形態のプロセスは、熱交換装置のユニークな配置、および、この分野の他の特許された技術の中で必要とされるガス圧縮装置の必要を本質的になくす(大幅に縮小する)加工パラメーターを用いて、ＬＮＧの有益な低温熱的性質の利用を最大にする。ガス圧縮装置の除去または最小化は、資本費用を最小限にし、燃料消費量または電力消費を最小限にして、運転費を縮小する。送り出されるガスの1,000MMscfdを扱うように設計された設備の中で我々のプロセスは、エタンおよび重い炭化水素において豊富なＬＮＧを処理するときに150〜550馬力だけのガス圧縮を必要とするだろう。より細いＬＮＧ組成物のために、我々のガス圧縮の馬力は、増加するが、ここに参照された米国特許No.6604380において開示された主要な競合者のプロセスによって必要とされる5,000〜7,000馬力と比較する1,000MMscfdの送り出されるキャパシティーに対して、依然として1,000馬力未満のままである。この比較を経済用語に直すと、我々のプロセスは、現在の日の資本費用において、450万ドルから550万ドル間に及ぶ貯蓄に、帰着し、我々の燃料消費量貯蓄は、1,000MMscfdの処理能力に基づいて一年につき335,000〜480,000MMBtusの間の範囲となるだろう。現在の天然ガス価格($5.00/MMBtu平均を仮定する)で、我々の燃料費貯蓄は、一年につき、170万ドルから240万ドルの間の範囲となるだろう。
【００２３】
開示される実施形態は、受け入れるか、格納するか、船で行くか、分配するか、ＬＮＧを蒸発させるいかなる設備において、ＬＮＧからエタンおよび(または)重い炭化水素(NGL)を取り除くプロセスに関する。この出願の目的のために、2.5モル%よりも多く25.0モル%よりも少ないエタンおよび重い炭化水素を含むＬＮＧは、「豊富なＬＮＧ（Rich ＬＮＧ）」を意味すると定義される。エタンおよび(または)重い炭化水素の抽出の後に、残余のメタンリッチの生成物は、「乏しいＬＮＧ（Lean ＬＮＧ）」を意味すると定義される。豊富なＬＮＧから抽出されたエタンおよび(または)重い炭化水素は、「NGL生成物」を意味すると定義される。エタンおよび重い炭化水素は、本願明細書に「C2+」と呼ばれる。プロパンおよび重い炭化水素は、本願明細書に「C3+」と呼ばれる。
【００２４】
開示される実施形態は、特に、1つ以上の次の目的のために、豊富なＬＮＧからC2+またはC3+の抽出や除去のためのプロセスに関する。この目的は、
a)受け取られ末端で再ガス化されるＬＮＧから配送される送り出されるガスが、商用天然ガス品質規格を満たすように、豊富なＬＮＧを調整すること
b)ＬＮＧ動力の乗り物および他のＬＮＧ燃料の装置によって必要とされる燃料品質規格および基準を満たす乏しいＬＮＧを作るために、豊富なＬＮＧを調整すること
c)商用CNG燃料のための規格および基準を満たしているCNGを作るために用いることができるよう乏しいＬＮＧを作るために、豊富なＬＮＧを調整すること
d)エタン、プロパン、および(または)、収入増強、利益または他の商用理由のための豊富なＬＮＧからのメタンより重い他の炭化水素を回収すること
である。
【００２５】
我々のプロセスは、「高いエタン抽出」モードまたは「低いエタン抽出」モードのどちらかの作動に対して、柔軟性を持っている。「高いエタン抽出」モードで作動するときに、我々のプロセスに対するエタン回収レベルは、99%と90%の範囲に及ぶプロパン回収を備えて、92%から80%の間の範囲にある。「低いエタン抽出」モードで作動するときに、エタン回収は、わずか1%から2%である一方、プロパン回収は、95%から80%の間の範囲に及ぶ。プロセスのこの特徴は、商用仕様、価格および他の経済的要因がそのような操作の必要を指示するならば、乏しいＬＮＧ流れにおいてエタンのすべてまたはいかなる部分を、本質的に残す柔軟性を提供する。
【００２６】
開示される実施形態は、下記の詳細な説明に開示される豊富なＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出し除去するいくつかの加工工程を利用する。簡潔に明示すると、低圧の豊富なＬＮＧは、加工圧(380psigから550psig)にポンプでくみ上げられ、あらかじめ加熱され、蒸発され、環流された低温分別カラムの中で分留され、低温分別カラムは、片サイドリボイラータンクおよび底部の主なリボイラータンクを装備している。あらかじめ加熱されたＬＮＧ液体の分離した流れは、低温分別カラムに冷還流を与えるために用いられる。あらかじめ加熱されたＬＮＧ供給のバランスは、蒸発され、分別カラムに、上部より下の5〜10の理論的な平衡ステージでこのカラムに入る蒸気流として与えられる。低温分別カラムは、15〜20の理論的な平衡ステージを必要とし、底部からの液化炭化水素生成物および上部からの冷たいメタンリッチガス生成物を生み出すように設計されている。ボトム液体製品は、NGL生成物である。
【００２７】
柔軟性は、脱メタンまたは脱エタンの何れか一つのNGL生成物を生成するための我々の低温分別カラムの設計に具体化されている。低温分別カラムおよび関連機器の操作パラメーター(つまり、運転圧、仕込み温度、還流/仕込み間隔、底部温度など)は、乏しいＬＮＧおよびNGL生成物の両方が各々それぞれの商用規格要求に対応するように、我々のプロセス内で調節され制御される。
【００２８】
カラムの上部からの(エタンおよび重い炭化水素の乏しい)冷たいガス生成物は、前加熱工程の間に豊富なＬＮＧを備えた相互交換によって再液化される。この再液化された冷たいガスの上部の生成物は、乏しいＬＮＧである。ＬＮＧ組成物に従って冷たいガス生成物のごく一部分は凝縮しないことがあり、これを本願明細書で「排ガス（Tail Gas）」と呼ぶ。
【００２９】
小さな低温圧縮機は、ガス・パイプラインの送り出される圧力に対する相互交換前熱工程によって、再液化されない排ガスを圧縮するために必要とされる。もし、全体の設備が、燃料ガスの必要を有するならば、排ガスは、燃料源として用いられ、そして、排ガスは、圧縮を必要とするガスの量を減らす。我々のプロセスのための排ガスの体積は、非常に小さな範囲であり、この範囲は、豊富なＬＮＧ供給組成物が、8モル%を越えるC2+を含んでいるときに、完全なガス処理能力の0〜5モル%の間の範囲である。豊富なＬＮＧ供給におけるより低いC2+内容は、我々のプロセスにおける排ガス留分を増加させる。わずかに2.5モル%のC2+を含んでいる供給については、我々のプロセスのための排ガスは、完全なガス処理能力の7〜10モル%と同じくらい高いだろう。
【００３０】
乏しいＬＮＧは、ガス・パイプラインの送り出される圧力まで、ポンプでくみ上げられ、その後、圧縮された排ガスは、送り出される圧力(典型的に、1,000psigから1,100psig、または、より高くなりえるかより低くなりえる)で、乏しいＬＮＧに再結合される。送り出される圧力で乏しいＬＮＧと混合する際、圧縮された排ガスは、吸収され、液体のＬＮＧ相へ凝縮される。その後、得られた乏しいＬＮＧ流れは、蒸発され、天然ガス・パイプラインの中への配送のために加熱される。
【００３１】
ポイントをセットされたプロセス操作は、乏しいＬＮＧを作るために必要とされるように調節され、この乏しいＬＮＧは、ガス・パイプライン市場の配送のため、ＬＮＧ乗り物燃料市場のＬＮＧ燃料としての使用のため、または、高圧CNG燃料を作るときの使用のための品質規格に従う。ＬＮＧ乗り物燃料市場、または、大気圧でまたはその大気圧の近くで乏しいＬＮＧを必要とする他の地方市場に役立つために、このプロセスを用いるとき、付加装置は、乏しいＬＮＧの圧力が大気の貯蔵圧力まで下げられるときに発展するフラッシュ・ガスを扱い再液化するために必要とされる。
【発明の効果】
【００３２】
この発明のＬＮＧからエタンおよび重い炭化水素を抽出するプロセスによれば、ガス圧縮の必要を、低減するか、または、完全に取り除くこができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３４】
図1は、このプロセスの1つの実施形態の概略フロー図である。図面は、このプロセスを実行するための特定の実施形態を図示する。図面は、図面の中で図示されたそれと異なることがある組成物、商用規格および運転条件のための出願および実行を提供するために開示された特定の実施形態の正常で予期された改造の結果である他の実施形態を、発明の範囲から除外するようには意図されない。
【００３５】
このプロセスの1つの実施形態は、図１で図示されるように、受け取られ末端で再ガス化されるＬＮＧから配送される送り出されるガスが、商用天然ガス品質規格を満たすように、豊富なＬＮＧを調整するためである。次の設計記述は、「高いエタン抽出」モードで作動する25.0〜2.5モル%の間に及ぶ豊富なＬＮＧ供給におけるC2+内容に基づいている。報告された加工条件は、ある範囲として与えられ、この範囲は、このプロセスのために画定された構成の範囲を反映している。
【００３６】
流れ1(ＬＮＧ貯蔵タンクからの豊富なＬＮＧ)は、ポンプ2(タンク内ポンプ)に入り、流れ3としてポンプ2から放出される略1OOpsig（×6.895×10-3MPa）の圧力にくみ上げられている。
【００３７】
図１に示されるように、流れ3の一部は、流れ3への戻りを備えた非過熱凝縮システムに送られる。図1の中で示される、ボイルオフガス圧縮機、シップベイパーリターン圧縮機および非過熱凝縮システムは、この発明の実施形態として主張されず、従って、説明されない。
【００３８】
流れ3は、ポンプ4(LP送出ポンプ)に供給され、流れ5としてポンプ4から放出される380〜550psigの間に及ぶ加工圧にポンプでくみ上げられて押し上げられる。
【００３９】
その後、流れ5(ポンプ4からの豊富なＬＮＧ放出)は、熱交換器6(ＬＮＧ/ガス交換器)に供給され、沸点温度近くの温度まで加熱され、熱交換器6から流れ7として出る。熱交換器6(ＬＮＧ/ガス交換器)のための熱源は、相互交換によって、カラム12(低温分別カラム)からの上部の冷たいガス生成物である流れ13と共に、供給される。熱交換器6(ＬＮＧ/ガス交換器)は、2重のサービスを行い、流れ5(豊富なＬＮＧ流れ)を沸点温度近く(流れ7)まで加熱し、また、流れ13(低温分別カラムからの上部の冷たいガス生成物)のすべて(100%〜90%)を本質的に再液化して流れ14として出る。
【００４０】
熱交換器6(ＬＮＧ/ガス交換器)は、比較的大規模な伝熱義務を有し、小さな最小のアプローチ温度がこのプロセスで要求される効率を達成することを要求する。熱交換器6(ＬＮＧ/ガス交換器)用の設計能力規格は、流れ13と流れ7の間のおよそ3°Fから5°Fの最小のアプローチ温度が交換器を出る流れ14の再液化を最大にすることを要求する。多管式交換器は、潜在的に、このサービスに用いられるが、それはかなり大きく、比較的高価である。
【００４１】
よりコスト効率の良い設計は、真鍮で作られたアルミニウムの板フィンを有する交換器、または、プリント回路タイプの交換器のいずれかをこのサービスに用いることにより、達成される。
【００４２】
熱交換器6(ＬＮＧ/ガス交換器)からの流れ7は、2つの流れ(流れ8と流れ9)に分割される。
【００４３】
流れ8は、カラム12(低温分別カラム)に対して冷還流として役立ち、比流れ制御計装を用いて、流れ7の全流量比率の65%から45%の範囲内に維持される。流れ7の全流量に対する流れ8の流量比率は、豊富なＬＮＧからのエタン抽出および回収のためのレベルを制御するために、このプロセスの中で用いられるパラメーターのうちの1つである。一般的に、流れ8に対してより高い流量比に偏らせることは、豊富なＬＮＧからのエタン抽出を増加させるように作用する一方、流れ8に対してより低い流量比に偏らせることは、豊富なＬＮＧからのエタン抽出を減少させるように作用する。流れ8のために流量比率のセットされるイントの選択は、設備と豊富なＬＮＧの組成物とから必要とされる特定の動作の能力のために要求されるエタン抽出のレベルに依存する。
【００４４】
流れ9は、気化器10(一段目の気化器)に供給され、蒸発され加熱され流れ11を作り、その後、カラム12(低温分別カラム)に供給される。気化器10(一段目の気化器)から出る流れ11は、30°Fから7O°Fの間に及ぶ温度であり、本質的に液体のないすべて蒸気である。流れ11は、入口点で、カラム12に入り、この入口点は、カラム12の上部より下の4つから8つの理論的な平衡ステージに設置されている。気化器10(一段目の気化器)は、暖まる液体としての海水を用いるオープンラック気化器(ORV)や、加熱のための水中の水浴におけるガス空気燃焼を用いる水中燃焼気化器(SCV)や、他のタイプのヒーターや、現場で利用可能なプロセス加熱または排熱を利用する交換器の組合わせの何れか一つである。もし、適当な海水源が利用可能であるならば、オープンラック気化器の使用は、このプロセスの全体の燃料効率を著しく改善することを、勧められる。
【００４５】
カラム12(低温分別カラム)は、再沸騰される分別カラムであり、底部からNGL生成物を生み出し、頂部から高いメタン内容を有する冷たいガス上部生成物を生み出すように設計されている。カラム12(低温分別カラム)は、3つの部分で構成され、350から520psigのわずかな圧力で作動する。頂部は、結合したカラム供給(流れ8に流れ11を加える)を導いている比較的高い蒸気を有するので、頂部は、2つの底部より大きな直径を必要とする。各部分は、分別カラムで典型的に必要とされるような平衡ステージ熱および物質移動を達成するために、(図示されない) 内部装置を含んでいる。内部のタイプは、バブルキャップトレイ（泡鐘段）、シーブトレイ（網目板）、排除化充填物または構造化充填物を含んでいる。このサービスについては、適切な液体分配器および充填物支持物を備えた適当な幾何学的設計の排除化充填物または構造化充填物の何れか一つが、カラム内の低温流動性の交通に対して、よりよい物質移動を与えるだろう。分別カラム内部を専門とするベンダーとメーカーは、このサービスにおいて必要とされる内部用の最適選択を決定するために調べられるべきである。
【００４６】
プロセス計算は、合計16の理論的な平衡ステージが、カラム12(低温分別カラム)において必要とされ、カラムの3つの部分の間に割り当てられていることを示し、つまり、頂部における5つの理論的なステージ、中間部における7つの理論的なステージ、および、底部における4つの理論的なステージである。しかしながら、理論的な平衡ステージの総数は、豊富なＬＮＧの組成物および必要とされる特定の回収実行に依存して、15〜20のステージの間の範囲に及ぶ。カラム12の実際の設計における相違は、例えば、豊富なＬＮＧの組成、および、エタン用抽出レベルの要望範囲を含む多くの要因に依存して、必要とされるだろう。
【００４７】
流れ8は、カラム12(低温分別カラム)の頂部に供給され、カラムへ冷たい液体の還流として役立つ。流れ8の液体は、(図示されない)内部分配器を用いて、頂部のパックされた部分12a上に一様に分配され、パックする内部を湿らせ、上方へ流れる蒸気の交通と接触しながら、頂部12aを通って下方に流れる。流れ11(それは本質的にすべて蒸気である)は、頂部12aと中間部12bの間のカラム12に入る。流れ11の蒸気は、カラム12の中間のパックされた部分12bから上方に流れる他の蒸気と結合し、結合された蒸気は、下方へ流れている冷たい液体の還流に接触しながら、頂部のパックされた部分12aを通って上方に流れる。冷還流液体は、頂部のパックされた部分12aを通って上方に流れている蒸気から、エタンおよび重い炭化水素を吸収し圧縮するために作用する。頂部のパックされた部分12aからの蒸気は、流れ13(上部の冷たいガス生成物)として、カラム12(低温分別カラム)を出る。
【００４８】
カラム12に入った後の流れ11の液体(もしあれば)は、頂部のパックされた部分12aから下方へ流れる液体と結合し、結合した液体は、中間のパックされた部分12bの上に位置した(図示されない)内部の分配器を用いて、中間のパックされた部分12b上に、均一に分配される。均一に分配された液体は、パックしている内部部分を湿らせながら、上方へ流れる蒸気と接触しながら、中間のパックされた部分12bを通過して下方に流れ続ける。そうすることで、蒸留操作は、カラム12内で確立され、このカラム12は、気相へ移される液体の中に、より軽くより多くの揮発成分(つまり、メタンと窒素)を有し、液相へ移される蒸気の中に、より重く、より少ない揮発成分(つまり、エタンおよび重い炭化水素)を有する。
【００４９】
カラム12の中央のパックされた部分12bの底に、(図示されない)脱液体トレーが、必要とされる。中間のパックされた部分12bの底から残された液体は、この脱液体トレーの中に集められ、流れ36としてカラム12(低温分別カラム)から出る。交換器34(サイドリボイラー)は、流れ36を、加熱し、部分的に蒸発し、その後、この流れ36は、底部のパックされた部分12cのための（図示しない）液分配器に入る流れ37として、カラム12にフィードバックされる。
【００５０】
この分配器からの液体は、底部のパックされた部分12c上に均一に分配され、パックする内部部分を湿らせ、上方へ流れる蒸気と接触しながら、底部のパックされた部分12cを通って下方に流れる。そうすることで、蒸留操作は、再度、カラム12内で確立され、このカラム12は、気相へ移される液体の中に、より軽くより多くの揮発成分(つまり、窒素、メタンおよび少量のエタン)を有し、液相へ移される蒸気の中に、より重く、より少ない揮発成分(つまり、エタンおよび重い炭化水素)を有する。底部のパックされた部分12cからの液体は、流れ26として、カラム12(低温分別カラム)を出て、熱交換器27(リボイラー)に供給される。
【００５１】
熱交換器27(リボイラー)は、流れ26を加熱し部分的に蒸発させる。熱交換器27(リボイラー)からの流れ26の蒸発した部分は、カラム12の底部のパックされた部分12cより下のカラムに入る流れ28として、カラム12(低温分別カラム)に戻される。流れ26の液体の部分は、流れ29(NGL生成物)として熱交換器27(リボイラー)を出て、タンク30(任意のNGL生成物サージタンク)へ送られる。
【００５２】
タンク30(それは任意である)は、ポンプ32に供給するためのNGL生成物の品目を保持し、かつ、操作の柔軟性を供給するためのサージタンクである。流れ29、エタンおよび重い炭化水素の混合物と小さなメタン比率(通常1モル%未満のメタン)とを含んでいるNGL生成物は、流れ31として、タンク30(NGL生成物サージタンク)から出て、ポンプ32(NGLブースターポンプ)によって、任意に汲み上げられ、およそ50psigの圧力に押し上げられ、流れ33としてポンプから放出される。特定の出願によれば、貯蔵およびポンピングの代替の配置が、利用されることがある。
【００５３】
その後、流れ33は、流れ35として出る熱交換器34(サイドリボイラー)の中で冷却される。熱交換器34(サイドリボイラー)は、2重のサービスを行い、全プロセスのための燃料効率を改善する。流れ33から取り戻された熱エネルギーは、中央部12bと底部12cの間のカラム12(低温分別カラム)の中に流れ37として熱を再沸騰させることを提供するために用いられ、同様に、流れ35(NGL生成物流れ)は、冷却される。交換器34(サイドリボイラー)における流れ33からの熱回収は、交換器27(リボイラー)の熱負荷を減少し、順番に、全体のプロセスの実用的な加熱要求を低減し、結果として、システムを操作するために必要とされる燃料の量の全体の低下をもたらす。豊富なＬＮＧのC2+内容が高いときに(C2+>10モル%)、交換器34(サイドリボイラー)からのNGL生成物から回収された熱は、プロセスの実用的な加熱システムの負荷を、15%〜35%までに低減した。もし、豊富なＬＮＧのC2+内容が低い場合(C2+<10モル%)、プロセスの実用的な加熱システムの負荷は、2%〜15%までに低減される。あるデザインシナリオおよびマーケットオプションにおいて、補助の冷却器は、出荷または貯蔵に先立ってNGL生成物を冷却するために、要求されてもよい。補助のNGL生成物冷却器(図1で示されていない)は、流れ35を冷やすために、交換器34(サイドリボイラー)の下流に位置されるだろう。
【００５４】
その後、流れ35(サイドリボイラーに残る冷やされたNGL生成物流れ)は、ポンプ38(HPシッピングポンプ)によって、発送の圧力をパイプラインで送るために汲み上げられ、測定され、NGL生成物パイプラインへ配送される。特定の出願に依存して、貯蔵およびポンピングの代替の配置が、利用されることがある。NGL生成物を移動させる輸送の他のプロセスは、トラック、レールおよび船舶(冷蔵貨物船)に制限されていなく、図1で示されたパイプライン輸送プロセスの代わりに用いることができる。かかる代案は、HPシッピングポンプ38を必要としないであろう。
【００５５】
熱交換器6(ＬＮＧ/ガス交換器)から出る再液化された「乏しい」ＬＮＧである流れ14は、排ガスとして呼ばれている凝縮されていないガスのごく一部分(モル基準で0%〜10%)を含んでいる。流れ14は、乏しいＬＮＧから凝縮されていない排ガスを分けるために、タンク15(ＬＮＧフラッシュタンク)へ送られる。タンク15からの流れ20(乏しいＬＮＧ)は、ポンプ21(HP送出ポンプ)によって、パイプラインの送り出し圧力で汲み上げられ、流れ22としてポンプ21から放出される。
【００５６】
凝縮されていない排ガスは、流れ16および流れ17として、タンク15から出る。流れ16は、高圧燃料ガス源として使用される、タンク15からの凝縮されていない排ガスの部分を、表す。流れ17は、高圧燃料ガスに用いられる凝縮されていない排ガスよりも多い、タンク15からの凝縮されていない排ガスの部分を、表す。流れ17(排ガス)は、圧縮機18(排ガス圧縮機)によって、パイプラインの送り出し圧力まで、圧縮され、流れ19として圧縮機から放出される。再液化されたＬＮＧの組成物に依存するある条件の下で、流れ14は、完全に凝縮され、圧縮機18は、要求されないことがある。
【００５７】
流れ19(圧縮した排ガス)は、流れ22と再結合される。液体流れ22(送り出される圧力で乏しいＬＮＧ)を有するガス流れ19(圧縮された排ガス)の混合によって、流れ19(圧縮された排ガス)は、100%液体である流れ23において帰着する乏しいＬＮＧへ凝縮され吸収される。流れ23(再液化された排ガスを含んでいる乏しいＬＮＧ)は、その後、気化器24(二段目の気化器)の中で蒸発され、流れ25(パイプラインの送出ガス)として出て、この流れ25は、測定され、ガス・パイプラインに配送される。気化器24(二段目の気化器)は、暖まる液体としての海水を用いるオープンラック気化器(ORV)や、加熱のための水中の水浴におけるガス空気燃焼を用いる水中燃焼気化器(SCV)や、他のタイプのヒーターや、現場で利用可能なプロセス加熱または排熱を利用する交換器の組合わせの何れか一つである。もし、適当な海水源が利用可能であるならば、オープンラック気化器(ORV)の使用は、このプロセスの全体の燃料効率を著しく改善することを、勧められる。
【００５８】
実施例として、図1で示されるような1つのプロセスの実施形態は、市販の利用可能なプロセスのシミュレーションプログラムを用いて、モデル化され、このプログラムは、(カルガリー(アルバータ・カナダ)のアスペンのテックから利用可能である) HYSYSと呼ばれている。HYSYSは、このタイプのプロセスのシステムを評価し設計するために、油と天然ガスの産業によって、一般的に用いられる。広範囲のＬＮＧ供給組成物は、我々のプロセスのHYSYSモデルを用いて評価された。我々のプロセス用のHYSYSモデル計算結果は、評価されたＬＮＧ供給組成物の一つのために下に、表1、2の中に概括されている。表1、2の中で与えられた実施例の結果は、典型的なＬＮＧ供給組成物用の「高いエタン回収」モードで操作する我々のプロセスの実行を図示するように、意図される。表1、2に番号付けする流れは、図1で示された番号に一致する。プロセスエンジニアリングの工芸において訓練され熟練されているいかなる人、特に、これらの開示された実施形態の利益を有する人は、出願から出願に表1、2において発表された作業条件への変化のための可能性を認識するだろう。例えば、我々のプロセス内での、温度、圧力および流量比の組み合わせは、表2の中で図示されたそれと異なり、この表２は、ＬＮＧ供給組成物および流量比、NGL生成物規格、送り出しガス規格、および、エタンと重い炭化水素の所望の回収レベルに依存する。このパテントによって開示されたプロセスは、非常に柔軟で、HYSYSによって確認され、広範囲のＬＮＧ供給組成物、生成物規格、および、所望のC2+の回収レベルにおいて、満足を実行するべき計算をモデル化する。表1、2の中で与えられた実施例の結果は、この発明の範囲を限定するか制限するためには用いられないが、単に、仮定の出願のためのこの発明の実施形態の加工条件を図示する役目をするものとする。
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【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】このプロセスの1つの実施形態の概略フロー図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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