(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガスを分析するためのガスクロマトグラフィ方法であって、
冷却機を通して前記天然ガスを運ぶ工程と、
前記天然ガスを前記冷却機から、それぞれ、精製された天然ガスの第１のカット分、精製された天然ガスの第２のカット分、及び精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された少なくとも３つの精製された生成物流出口をそれぞれ備える、少なくとも２つのガス精製膜に運ぶ工程と、
少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフと、第１の下流ガスクロマトグラフ及び第２の下流ガスクロマトグラフを含む少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフと、を備えるガスクロマトグラフィシステムを動作させる工程であって、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、同時に動作し、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、同じ検定給送物を使用して検定され、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、天然ガスの試料を加熱するために同じ加熱炉を利用する、動作させる工程と、
天然ガスの試料を前記ガスクロマトグラフィシステムに運ぶ工程であって、
前記冷却機を出る前記天然ガスの試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜に入る前記天然ガスの試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜に入る前記天然ガスの試料が、前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフに運ばれ、
前記精製された生成物流出口のそれぞれを出る前記精製された天然ガスの試料が、前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフに運ばれる、運ぶ工程と、
前記天然ガスの精製を判断するためにコントローラを用いて、前記冷却機を出る前記天然ガスの前記試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜に入る前記天然ガスの前記試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜に入る前記天然ガスの前記試料、及び前記生成物流出口のそれぞれを出る前記精製された天然ガスの前記試料の組成を監視する工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記精製された天然ガスの第１のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の膜から前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに運ばれ、前記第２の膜から前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口から出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
天然ガスを分析するためのガスクロマトグラフィ方法であって、
冷却機を通して前記天然ガスを運ぶ工程と、
前記天然ガスを前記冷却機から、それぞれ、精製された天然ガスの第１のカット分、精製された天然ガスの第２のカット分、及び精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された少なくとも３つの精製された生成物流出口をそれぞれ備える、少なくとも２つのガス精製膜に運ぶ工程と、
少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフと、第１の下流ガスクロマトグラフ及び第２の下流ガスクロマトグラフを含む少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフと、を備える、ガスクロマトグラフィシステムを動作させる工程であって、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、同時に動作し、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、同じ検定給送物を使用して検定され、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、天然ガスの試料を加熱するために同じ加熱炉を利用する、動作させる工程と、
天然ガスの試料を前記ガスクロマトグラフィシステムに運ぶ工程であって、
前記冷却機に入る前記天然ガスの試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜に入る前記天然ガスの試料、及び前記少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜に入る前記天然ガスの試料が、前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフに運ばれ、
前記精製された生成物流出口のそれぞれを出る前記精製された天然ガスの試料が、前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフに運ばれる、運ぶ工程と、
前記天然ガスの精製を判断するためにコントローラを用いて、前記冷却機に入る前記天然ガスの前記試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜に入る前記天然ガスの前記試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜に入る前記天然ガスの前記試料、及び前記生成物流出口のそれぞれを出る前記精製された天然ガスの前記試料の組成を監視する工程と、
を含む、方法。
【請求項６】
前記精製された天然ガスの第１のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の膜から前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに運ばれ、前記第２の膜から前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
ガスクロマトグラフィシステム、冷却機、少なくとも２つのガス精製膜、及びコントローラを備える、天然ガス精製システムであって、
前記ガスクロマトグラフィシステムが、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフと、第１の下流ガスクロマトグラフ及び第２の下流ガスクロマトグラフを含む少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフと、
を備え、
前記冷却機が、天然ガス供給給送物から重炭化水素を除去するように構成され、かつ前記少なくとも２つのガス精製膜に流体連結され、
前記少なくとも２つのガス精製膜が、前記天然ガスから不純物を除去するために選択的にある特定のガスが透過することを可能にするように構成され、かつ入口と、それぞれ、精製された天然ガスの第１のカット分、精製された天然ガスの第２のカット分、及び精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された少なくとも３つの生成物流出口と、をそれぞれ備え、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフが、試料を前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフに運ぶために、前記冷却機の出口、前記少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜の前記入口、及び前記少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜の前記入口に流体連結され、
前記生成物流出口のそれぞれが、試料を前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフに運ぶために、前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフのうちの少なくとも１つに流体連結され、
前記コントローラが、前記天然ガスの精製を判断するために、前記冷却機の前記出口、前記少なくとも２つのガス精製膜の前記第１の膜の前記入口、前記少なくとも２つのガス精製膜の前記第２の膜の前記入口からの前記天然ガスの前記試料、及び前記生成物流出口のそれぞれからの前記試料の組成を監視するように構成され、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ及び前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフが、同時に動作するように構成され、かつ単一の検定ガス給送物によって検定され、単一の加熱炉または直列の加熱炉の組が、前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ及び前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ用に天然ガス試料を加熱するために提供される、天然ガス精製システム。
【請求項１０】
前記重炭化水素が、Ｃ７以上である、請求項９に記載の天然ガス精製システム。
【請求項１１】
前記第１の膜の前記精製された天然ガスの第１のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口と、前記第２の膜の前記精製された天然ガスの第１のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに流体連結される、請求項９に記載の天然ガス精製システム。
【請求項１２】
前記第１の膜の前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに流体連結され、前記第２の膜の前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに流体連結される、請求項９に記載の天然ガス精製システム。
【請求項１３】
前記第１の膜の前記精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口、及び前記第２の膜の前記精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに流体連結される、請求項９に記載の天然ガス精製システム。
【請求項１４】
前記コントローラが、前記天然ガス供給給送物が前記冷却機に提供される速度を制御可能に調整するように構成された流量調節器に結合される、請求項９に記載の天然ガス精製システム。
【請求項１５】
前記コントローラが、前記冷却機の動作温度を調整するために前記冷却機に結合される、請求項９に記載の天然ガス精製システム。
【請求項１６】
前記コントローラが、前記ガスクロマトグラフィシステムによって出力されるプロセス動作パラメータを提供するように構成されたグラフィカルディスプレイに結合される、請求項９に記載の天然ガス精製システム。
【請求項１７】
前記２つのガス精製膜が、前記天然ガス供給給送物から窒素及び酸性ガスを選択的に除去するように構成される、請求項９に記載の天然ガス精製システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１４年１１月２０日に出願され、「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ａｎａｌｙｚｅｒ  Ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ａｎｄ  Ｕｐｇｒａｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ」と題された米国特許出願第１４／５４８，４３２号（整理番号ＳＡ６００４ＰＡ）の優先権の利益を主張し、その内容は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示の実施形態は、一般に、天然ガスの処理に関し、より具体的には、天然ガス精製動作の間の天然ガス組成の実時間監視に関する。
【背景技術】
【０００３】
天然ガスに対する需要は、エネルギーを生産するというその有用性のみならず石油化学産業における付加的適用へのその適用可能性という理由で、少なくともある程度、絶えず増加している。例えばサウジアラビアのような場所において最近発見された多くの新しい天然ガス田は、高レベルの酸性ガス（硫化水素及び二酸化炭素）ならびに窒素を含有する。生産される天然ガスの品質及び市場価値はその組成に依存するので、天然ガス中の酸性ガス及び窒素の高含有量は、低ＢＴＵ値に起因してエネルギー源としてのその使用を制限する。窒素、硫化水素、及び／または二酸化炭素の高含有量の存在は、石油化学産業におけるエネルギーの生産及び／または適用における天然ガスの非適用可能性についての主な理由の１つである。豊富な非有用天然ガスは、例えば、窒素、水分、及び酸性ガスなどの成分を選択的に除去することによって、非有用な天然ガスを有用にさせる新しい機会を作り出す。これらの成分の選択的な除去は、低温技法、膜の使用、または圧力変動吸着（ＰＳＡ）技法によって達成されている。いくつかの場合では、２または３つの技法の組み合わせが、所望の結果を達成するために適用されている。バルクガスから非所望成分を選択的に除去するプロセスは、プロセスの信頼性のあるかつ連続的な監視によって支援される。かかる監視は、例えば、ガスクロマトグラフまたは他の分光もしくはレーザをベースとする技法などのような技法を使用することによって達成され得る。新しいまたは改良されたプロセスの開発の間に、継続的に、出入りするガス状生成物の組成を精密に判断することによって、精製モジュールの性能を知ることが不可欠である。
【０００４】
伝統的なガスクロマトグラフ技法は、直列で使用されるときに、±３％以上の精度限界を有する。すなわち、２つの異なるガスクロマトグラフが単一の適用について使用される場合に、少なくとも±３％の変動量が、同じガス試料についての結果間で予想されることを意味する。天然ガスの精製の目的は、低温技法、膜をベースとする技法、または類似の技法の使用を伴い、その場合では、処理結果が、温度、圧力、流量、及びガス流内の水分の存在に依存する。プロセス精製構成におけるいかなる変化も、被処理ガスの組成における１〜２パーセントの改良を結果としてもたらし得る。被処理ガスの組成におけるかかるわずかな変化を監視することは、最も適切な膜の選択を行うことまたは既存の膜もしくは類似の精製技法を修正することにおいて重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガスクロマトグラフ及び他の分析器技法は、ガス精製プロセスの初期段階以降に使用されているけれども、複数のガスクロマトグラフの従来の使用は、正確さに欠ける。それゆえ、本システムは、処理されている間の天然ガスの組成におけるわずかな変化を区別することができない。したがって、処理が所望される間の天然ガスの実時間において、組成におけるわずかな変化を判断する改良方法のための存続中の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
図１を参照すると、本開示の実施形態は、一体型ガスクロマトグラフィシステムを使用する天然ガスの連続的な精製を監視するプロセスに関する。本開示の方法及びシステムは、新しい天然ガス田から得られる豊富な非有用天然ガスに起因して、具体的には、油、ガス、及び電力産業における、産業用の適用可能性を有する。例えば、窒素、水分、及び酸性ガスなどの成分を選択的に除去することによって、新しい天然ガス田からの非有用天然ガスを有用にさせる機会が存在する。
【０００７】
一実施形態によれば、天然ガスを分析するためのガスクロマトグラフィ方法が提供される。方法は、冷却機を通して及び冷却機から少なくとも２つのガス精製膜に天然ガスを運ぶことを含む。２つのガス精製膜は、それぞれ、精製された天然ガスの第１のカット分、精製された天然ガスの第２のカット分、及び精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された少なくとも３つの精製された生成物流出口を含む。方法は、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ及び少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフを有するガスクロマトグラフィシステムを動作させることを更に含み、少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフが、第１の下流ガスクロマトグラフ及び第２の下流ガスクロマトグラフを含む。更に、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、第１の下流ガスクロマトグラフ、及び第２の下流ガスクロマトグラフが全て、同時に動作し、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、第１の下流ガスクロマトグラフ、及び第２の下流ガスクロマトグラフが全て、同じ検定給送物を使用して検定され、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、第１の下流ガスクロマトグラフ、及び第２の下流ガスクロマトグラフが全て、天然ガスの試料を加熱するために同じ加熱炉を利用する。更に、方法は、天然ガスの試料をガスクロマトグラフィシステムに運ぶことを含む。具体的には、冷却機を出る天然ガスの試料、少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜に入る天然ガスの試料、及び少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜に入る天然ガスの試料が、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフに運ばれ、精製された生成物流出口のそれぞれを出る精製された天然ガスの試料が、少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフに運ばれる。最終的に、方法は、天然ガスの精製を判断するためにコントローラを用いて、冷却機を出る天然ガスの試料、少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜に入る天然ガスの試料、少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜に入る天然ガスの試料、及び生成物流出口のそれぞれを出る精製された天然ガスの試料の組成を監視することを含む。
【０００８】
代替のガスクロマトグラフィ方法の実施形態では、方法が、冷却機を出る天然ガスの試料を少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフに運ぶことに加えて、またはそれに代えて、冷却機に入る天然ガスの試料を少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフに運ぶことを含み得る。
【０００９】
更なる実施形態では、ガスクロマトグラフィシステム、冷却機、少なくとも２つのガス精製膜、及びコントローラを有する天然ガス精製システムが提供される。ガスクロマトグラフィシステムは、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ及び少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフを含み、少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフは、第１の下流ガスクロマトグラフ及び第２の下流ガスクロマトグラフを表わす。更に、冷却機が、少なくとも２つのガス精製膜に流体連結され、かつ天然ガス供給給送物から重炭化水素を除去するように構成される。更に、少なくとも２つのガス精製膜は、選択的にある特定のガスがそれを透過して、天然ガスから不純物を除去することを可能にするように構成される。各ガス精製膜はまた、入口と、精製された天然ガスの第１のカット分、精製された天然ガスの第２のカット分、及び精製された天然ガスの第３のカット分をそれぞれ提供するように配置された少なくとも３つの生成物流出口と、を含む。更に、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフは、冷却機の出口、少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜の入口、及び少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜の入口に流体連結され、試料を少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフに運ぶことを可能にする。同様に、生成物流出口のそれぞれは、試料を少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフに運ぶために、少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフのうちの少なくとも１つに流体連結される。更に、コントローラが、天然ガスの精製を判断するために、冷却機の出口、少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜の入口、少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜の入口からの天然ガスの試料、及び生成物流出口のそれぞれからの試料の組成を監視するように構成される。最終的に、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ及び少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフは、同時に動作するように構成され、かつ単一の検定ガス給送物によって検定され、単一の加熱炉または直列の加熱炉の組が、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ及び少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ用に天然ガス試料を加熱するために提供される。
【００１０】
本明細書で説明される実施形態の追加的な特徴及び利点は、以下に続く詳細な説明に記載され、また部分的に、その説明から直ちに当業者に明らかになるか、または、以下に続く詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付図面を含む、本明細書で説明される実施形態を実践することによって認識されるであろう。
【００１１】
上述の一般的な説明及び以下の詳細な説明の双方が、種々の実施形態を説明し、特許請求される主題の性質及び特徴を理解するための概要または枠組を提供することが意図されることを理解されたい。添付図面は、種々の実施形態の更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は、本明細書で説明される種々の実施形態を例示し、また、説明とともに、特許請求される主題の原理及び動作を説明することに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の１つ以上の実施形態に従う一体型分析器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本開示の天然ガス精製システム及び方法の実施形態への参照が、詳細になされる。図１のシステムは、例示的なものとして提供されるが、本システム及び方法は、他の構成を包含することが理解されるべきである。
【００１４】
一般に、発明は、分離及び精製の異なる段階におけるガスの組成の変化の測定を可能にする態様で、一体型ガスクロマトグラフィを使用して天然ガスの連続的な精製を監視するプロセスに関する。分析方法は、単一の加熱炉を利用する複数のクロマトグラフを有する、一体型ガスクロマトグラフィシステムに基づく。かかる一体型の複数のクロマトグラフィシステムの使用は、クロマトグラフィ分離実体が全て、同じ環境に露出されることを可能にする。個々のクロマトグラフ間の一貫した環境は、プロセスにおける小さな変化が監視及び定量化されることを可能にする。
【００１５】
一体型ガスクロマトグラフィシステムは、注入器、カラム、及び検出器を使用する基本的なガスクロマトグラフィの原理に基づいて動く。一体型ガスクロマトグラフィシステムは、内部または外部検定技法を使用して適切に検定されるときに、様々な組成成分を定量化することができる。しかしながら、典型的な独立型のガスクロマトグラフから受信される分析データは、同じ検定ガスを使用して検定されるときでさえ、同じ試料流が２つの異なるガスクロマトグラフ上で分析されるときに±３％の変動を有する。かかる変動の理由は、２つの異なる加熱炉、試料の受渡しの異なる態様、及び各クロマトグラフに専用の単独のコントローラの使用に起因すると信じられている。逆に、本明細書に更に記載される一体型ガスクロマトグラフィシステムは、例えば、複数の単独の加熱炉、試料の受渡しの異なる態様、及び各クロマトグラフに専用の単独のコントローラなどのこれらの変量の多くに依存しない。単一の加熱炉、単一のコントローラ、及び一貫した試料の受渡しの相乗的な組み合わせの結果として、各ガスクロマトグラフの分析間の変量の削減は、ガスクロマトグラフ間の偏差を±１％未満に減らす。天然ガスの精製性能を評価するときに、ガスの組成における小さな変化についての信頼できる測定が必要であるので、分析結果における±３％の変動は、組成における変化がその変動内に隠されるので高過ぎであるのに対して、±１％未満への低減は、評価が行われることを可能にする。
【００１６】
天然ガスの分離は、天然ガス流の全組成から不活性またはサワーガス含有成分、例えば、窒素、硫化水素、二酸化炭素、及び水などを除去するために行われる。精製プロセスは、ガス流内に存在する様々な炭化水素のモル含有量、特にメタンガスの含有量を増加させ、それは、天然ガスが販売されるときにより好適である。天然ガスからの様々な成分の分離は、ガスの流量、温度、圧力、及び水含有量に依存するので、天然ガスの分離及び精製プロセスの効率における変化を知ることは極めて重要である。提供される天然ガスの物理特性におけるわずかな変化、例えば、流量、温度、圧力、または水含有量の変化などは、分離及び精製プロセスの性能の相違に導き得、それによって、試料流からのガスの組成における変化を引き起こす。プロセスに付属される分析器具が、入って来るガスと精製される被処理ガスとの間の異なる組成を測定するのに十分に敏感である場合にのみ、かかる変化が測定され得る。
【００１７】
天然ガスを精製するための１つの一般的なプロセスは、精製膜を通る天然ガスの通過を伴う。具体的には、天然ガスの精製を行うために、天然ガスは、最初に、重炭化水素及び過剰水が除去される一連のステップを通過させられる。更に、任意の微粒子及び炭素材料が、天然ガス流の精製及び関連した分析の前に、天然ガス流の中から落とされる。次いで、以下に詳細に記述されるガス精製膜が、天然ガス流の成分を分離して、様々な最終組成を有する複数の精製された天然ガス流を提供する。天然ガスの試料及び精製された天然ガス流のそれぞれは、次いで、キャリアガス、例えば、ヘリウム、水素、または窒素などと混合され、ガスクロマトグラフに提供される。試料は、極性、沸点、及び分離の他の基準に基づいて試料流内に存在する成分を分離することができるガスクロマトグラフのカラムに導入される。適切な分離後の各成分は、ガスクロマトグラフ内の一連の検出器を通過され、その存在が、専用のソフトウェアを使用して報告される。給送天然ガス流及び精製された天然ガス流のそれぞれにおける成分の報告は、システムの動作パラメータに対する変化のみならずガス精製膜の性能の監視を可能にする。
【００１８】
図１の実施形態を参照すると、天然ガス精製システム１００が示される。天然ガス精製システム１００は、ガスクロマトグラフィシステム１０、冷却機２０、少なくとも２つのガス精製膜３０、及びコントローラ６０を備える。図１に示されるように、ガスクロマトグラフィシステム１０は、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２と、第１の下流ガスクロマトグラフ１４及び第２の下流ガスクロマトグラフ１６を含む少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフと、を備える。
【００１９】
冷却機２０は、通過する流れ、例えば、天然ガス供給給送物７０の温度を下げるデバイスである。結果として、天然ガス供給給送物７０の組成は、一定の成分が凝結及び／または凝縮する際に変化する。冷却機２０の非限定例は、Ｐｉｏｎｅｅｒ  Ａｉｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．  Ｗａｒｔｂｕｒｇ、ＴＮからのモデルＣ９６００ＡＳを含む。冷却機は、例えば、Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ  Ｒａｎｄのあるユニット、ＴＲＡＮＥによって更に製造される。
【００２０】
冷却機２０は、天然ガス供給給送物７０から重炭化水素を除去するように構成され、かつ少なくとも２つのガス精製膜３０に流体連結される。様々な実施形態では、重炭化水素は、Ｃ５以上のものとして定義され、中心炭素鎖が少なくとも５つの炭素原子から成ることを意味する。更なる実施形態では、重炭化水素が、Ｃ７以上のものとして定義され、中心炭素鎖が少なくとも７つの炭素原子から成ることを意味する。なお更なる実施形態では、重炭化水素が、Ｃ９以上のものとして定義され、中心炭素鎖が少なくとも９つの炭素原子から成ることを意味する。
【００２１】
冷却機２０は、その中を通過する天然ガス供給給送物７０によって提供される天然ガスの温度を下げる。天然ガス供給給送物７０によって提供される天然ガスの温度を下げることは、天然ガスの様々な成分の凝縮を結果としてもたらす。具体的には、温度を下げることが、重炭化水素が気体状態から液体状態へと凝縮する際に重炭化水素の除去を支援するのみならず、水が水蒸気から液体の水へと凝縮する際に水の除去を支援する。例えば、冷却機２０は、再循環水システムとして動作してもよい。凝縮される蒸気は、凝縮コイルを通して循環され、それは、再循環水システムによって外側が絶えず湿らされる。空気が、コイルの上へ上向きに吹き付けられ、少量の水を蒸発させる。この蒸発は、コイルから熱を取り除き、空気冷却または水冷却型凝縮器のいずれかよりも低い温度まで、コイルにおける蒸気を冷却及び凝縮する。実施形態において、天然ガスの温度は、この技法を使用して約８５°Ｆまで降下される。少なくとも１つの実施形態の通常動作条件下で、総天然ガス流量は、冷却機２０を通して約８百万ＳＣＦ（標準立方フィート）／日であるが、当業者界は、冷却機が、異なる所望の天然ガス流量のためにスケーリングされてもよいことを認識する。更に、冷却機２０は、Ｃｌａｓｓ  Ｉ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ２  Ｇｒｏｕｐ  Ｄに分類された範囲内の動作を可能にする設計特性を有する。
【００２２】
少なくとも２つのガス精製膜３０は、選択的に、ある特定のガスが透過することを可能にするように構成され、それゆえ、天然ガス供給給送物７０から不純物を除去する。ある実施形態では、少なくとも２つのガス精製膜３０が、第１の膜４０及び第２の膜５０を含む。第１の膜４０は、第１の膜入口４２と、それぞれ、精製された天然ガスの第１のカット分、精製された天然ガスの第２のカット分、及び精製された天然ガスの最後のカット分を提供するように配置された少なくとも３つの生成物流出口４４、４６、４８と、を備える。同様に、第２の膜５０は、第２の膜入口５２と、それぞれ、精製された天然ガスの第１のカット分、精製された天然ガスの第２のカット分、及び精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された少なくとも３つの生成物流出口５４、５６、５８と、を備える。この開示の目的のために、カット分は、所与の温度、圧力、及び異なる組成の生成物流を生じるガス精製膜３０の層を通過する流速における、天然ガスのある特定の組成として定義される。当業者は、例えば、蒸留プロセスから除去される異なる留分からナフサカット分、ケロシンカット分、ディーゼル油カット分、重質燃料油カット分、及び残留生成物を生成する原油の蒸留プロセスからの生成物流との類似点を認識するだろう。
【００２３】
精製された天然ガスは、過剰及び望ましくない成分、例えば、削減または除去される窒素、水分、及び酸性ガスなどを有する天然の粗ガスを含む。精製された天然ガスの好適な組成は、１０２０〜１０５０のｂｔｕ値を生じるものである。基本規則として、窒素のパーセンテージが１０％を超えるとき、ｂｔｕ値は、劇的に下落し、低価格ガスを導く。しかしながら、天然の粗ガスは、一般に、高い窒素含有量を有し、それは、典型的には、約１３％を超え、メタンは、一般に、６５〜７０％（ｖ／ｖ）の範囲内にある。更に、天然の粗ガスは、約１〜４％の酸性ガス、例えばＨ２Ｓ及びＣＯ２などを含有し得る。
【００２４】
実施形態において、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２は、試料を少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２に運ぶために、冷却機の出口２０、第１の膜入口４２、及び第２の膜入口５２に流体連結される。更に、生成物流出口４４、４６、４８、５４、５６、５８のそれぞれは、試料を第１の下流ガスクロマトグラフ１４及び第２の下流ガスクロマトグラフ１６に運ぶために、少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ１４、１６のうちの少なくとも１つに流体連結される。
【００２５】
少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２及び少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ１４、１６の非限定例は、ＰｒｏＧＣ＋（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｃ）、ならびにＹｏｋｏｇａｗａ、ＡＢＢ、及びＥｍｅｒｓｏｎからのガスクロマトグラフを含む。
【００２６】
コントローラ６０は、天然ガス供給給送物７０の精製を判断するために、冷却機の出口２０、第１の膜入口４２、第２の膜入口５２からの天然ガスの試料、及び生成物流出口４４、４６、４８、５４、５６、５８のそれぞれからの試料の組成を監視するように構成される。様々な実施形態において、コントローラ６０は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）である。更なる実施形態では、コントローラ６０は、マイクロプロセッサである。コントローラ６０は、各ガスクロマトグラフからデータを受信する独立型ユニットであってもよいし、またはガスクロマトグラフのうちの少なくとも１つに一体化されてもよい。
【００２７】
専用の試料取扱いシステムが、分析用に天然ガスの試料を運ぶために提供される。前述したように、ガスクロマトグラフィシステム１０と、試料採取点、例えば、第１の膜入口４２、生成物流出口４４、４６、４８、５４、５６、５８、または冷却機２０の出口などとの間に非常に多くの連結が提供される。試料採取点の総数は、ガスクロマトグラフィシステム１０内のガスクロマトグラフの数、及び各試料採取点の試料分析が所望される頻度によってのみ制限される。様々な実施形態では、少なくとも９個の試料採取点が提供される。更なる実施形態では、少なくとも１５個の試料採取点が提供される。なお更なる実施形態では、少なくとも２５個の試料採取点が提供される。
【００２８】
単一の試料のみが１回につき所与のガスクロマトグラフ上で分析され得るので、ガスクロマトグラフィシステム１０内の個々のガスクロマトグラフに流体連結される試料採取点の数は、各試料採取点において天然ガス組成が判断され得る頻度を決定する。各流れについての分析時間は、数分から１時間以上に及び得、それゆえ、３つの試料採取点が単一のガスクロマトグラフに連結される場合、試料採取と所与の試料採取点における分析との間がわずか数分であり得るか、または数時間もあり得る。様々な実施形態では、ガスクロマトグラフィシステム１０内の１つまたは複数の個々のガスクロマトグラフが、専用のガスクロマトグラフを提供する単一の試料採取点にそれぞれ連結される。更なる実施形態では、ガスクロマトグラフィシステム１０内の各ガスクロマトグラフが、３個の試料採取点に連結される。なお更なる実施形態では、ガスクロマトグラフィシステム１０内の各ガスクロマトグラフが、５個の試料採取点に連結される。なお更なる実施形態では、各試料採取点が、ガスクロマトグラフィシステム１０内の複数のガスクロマトグラフに連結され、同時に分析される特定の試料が変動することを可能にする。
【００２９】
各試料採取点は、試料流の組成に依存して、２から２０以上までの成分を含有する可能性がある。これらの成分は、主に、炭化水素、窒素、及び酸性ガス、例えば、硫化水素及び二酸化炭素などである。
【００３０】
炭化水素、酸性ガス、及び窒素に加えて、試料はまた、水分を含有し得る。様々な実施形態では、コントローラ６０が、水分含有物を除く試料流内に存在する全ての成分を分析する。更なる実施形態では、コントローラ６０が、試料流内に存在する全ての成分に加えて、大気または動作温度において気相内に存在する任意の水を分析する。
【００３１】
少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２及び少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ１４、１６は、同時に動作するように構成される。具体的には、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２及び少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ１４、１６のそれぞれは、異なる試料を同時に分析する。ガスクロマトグラフィシステム１０内のガスクロマトグラフのそれぞれの同時の動作は更に、実際の分析に必要とされる時間に関する懸念の無い、少なくとも２つのガス精製膜３０のうちのただ１つの効率の分析を可能にする。例えば、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２が、第１の膜入口４２からの試料を分析し、第１の下流ガスクロマトグラフ１４が、精製された天然ガスの第１のカット分を提供する生成物流出口４４からの試料を分析し、第２の下流ガスクロマトグラフ１６が、第１の膜４０の効率の実時間分析を全て同時に提供する精製された天然ガスの最後のカット分を提供する生成物流出口４８からの試料を分析する。逆に、ガスクロマトグラフィシステム１０内のガスクロマトグラフの同時の動作を用いずに、第１の膜入口４２からの試料、精製された天然ガスの第１のカット分を提供する生成物流出口４４からの試料、及び精製された天然ガスの最後のカット分を提供する生成物流出口４８からの試料から収集される組成データは、必ずしも時間的に類似せず、それゆえ、第１の膜４０の効率を分析するときに、第１の膜入口４２からの試料における変動を考慮に入れることができない。
【００３２】
更に、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２と少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ１４、１６は、単一の検定ガス給送物によって検定される。単一の検定ガス給送物の含有量は、一体型ガスクロマトグラフィシステムによって分析される成分の数に基づく。具体的には、検定ガスは、分析される天然ガス流の組成にほぼ合致するように調合される。特定の実施形態では、検定ガスの基本成分が窒素である。天然ガスの精製は、天然ガス内に存在する窒素の量を削減することによって行われるので、検定ガス中の窒素は、有益である。更なる実施形態では、検定ガスが、基本成分として別の不活性ガスを用いて準備される。
【００３３】
認可された検定ガスのシリンダまたは他の一般に知られた容器は、認可された検定ガス混合物の提供を専門とする供給業者から購入され得る。様々な実施形態において、認可されたガス容器、例えばシリンダなどは、２つの異なる供給業者から購入される。一方の供給業者から受領される検定ガス混合物は、ガスクロマトグラフィシステム１０内のガスクロマトグラフのそれぞれを検定するために使用され、次いで、第２の供給業者からの検定ガスは、検証プロセスとしてガスクロマトグラフのそれぞれの受け入れられた検定を検証するために利用される。更なる実施形態では、単一の供給業者から受領される検定ガス混合物が、別個の検証を用いずに、ガスクロマトグラフィシステム１０内のガスクロマトグラフのそれぞれを検定するために使用される。
【００３４】
単一の検定ガスは、ガスクロマトグラフィシステム１０内の個々のガスクロマトグラフ間のより精密な測定を提供する。具体的には、同じ組成から成る検定ガスを用いる各ガスクロマトグラフの検定は、各ガスクロマトグラフに同一の検定を提供する。異なる組成を有する検定ガスが利用されるとき、ガスクロマトグラフのセンサの検定におけるわずかな変動は、異なる結果を提供し得る。例えば、より高いモル％のエタンまたはプロパンを用いる検定ガスは、窒素または二酸化炭素がより高いものとはわずかに異なる検定を提供するだろう。これは、更に、検定ガスが、天然ガスの実際の組成をほぼ表わすことが望ましい理由である。
【００３５】
単一の加熱炉９０または直列の加熱炉の組が、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２及び少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ１４、１６用に天然ガス試料を加熱するために提供される。ガスクロマトグラフのカラムは、加熱炉内に収容され得、その温度は、精密に制御される。試料がカラムを通過する速度は、カラムの温度に正比例する。カラム温度が高くなればなるほど、より速く試料がカラムを通り抜ける。しかしながら、試料がカラムをより速く通り抜けるほど、カラムの固定相との相互作用が少なくなり、被分析物が分離されることが少なくなる。それゆえ、ガスクロマトグラフィシステム１０のガスクロマトグラフの全てのためにカラムを収容する単一の加熱炉９０は、使用される特定のガスクロマトグラフに関わらず、カラムを通る試料の一貫した通過速度を提供する。様々なガスクロマトグラフのそれぞれのカラムが全て、同じ炉によって同じ温度まで加熱されるので、使用される特定のガスクロマトグラフに関わらず、カラムを通る試料の一貫した通過速度が達成される。サーモスタットまたは複数の炉間の発熱容量における変動性は排除される。カラムを通る試料の一貫した通過速度は、個々のガスクロマトグラフ間の変動を減らすので望ましく、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２、第１の下流ガスクロマトグラフ１４、及び第２の下流ガスクロマトグラフ１６からの分析が直接的に比較されることを可能にする。
【００３６】
様々な実施形態において、第１の膜４０の精製された天然ガスの第１のカット分を提供するように配置された生成物流出口４４、及び第２の膜５０の精製された天然ガスの第１のカット分を提供するように配置された生成物流出口５４が、第１の下流ガスクロマトグラフ１４に流体連結される。
【００３７】
更に、様々な実施形態において、第１の膜４０の精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された生成物流出口４６が、第１の下流ガスクロマトグラフ１４に流体連結され、第２の膜５０の精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された生成物流出口５６が、第２の下流ガスクロマトグラフ１６に流体連結される。
【００３８】
なお更なる実施形態において、第１の膜４０の精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された生成物流出口４８及び第２の膜５０の精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された生成物流出口５８が、第２の下流ガスクロマトグラフ１６に流体連結される。
【００３９】
少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２、第１の下流ガスクロマトグラフ１４、及び第２の下流ガスクロマトグラフ１６のそれぞれに対する特定の試料採取点の詳細な連結が、様々な実施形態において提供されるが、提供される特定の配置で試料採取点をガスクロマトグラフに連結する必要はない。ガスクロマトグラフィシステム１０内の任意の利用可能なガスクロマトグラフを使用して試料採取点から試料を分析することが同様に可能であり、想定される。
【００４０】
様々な実施形態において、コントローラ６０が、天然ガス供給給送物７０が冷却機２０に提供される速度を制御可能に調整するために、流量調節器８０に結合される。流量調節器の非限定例は、調整可能なバルブ及びポンプを含む。冷却機２０を通る流速は、どのくらい速く天然ガスがガス精製膜３０を通って流れるかを決定する。ガスは、所望の分離のためにガス精製膜３０に入る前に冷却機２０を経由する。ガス精製膜３０の効率は入って来る天然ガスの流速及び圧力に依存するので、流量は、調節を要求する。その膜の効率は、入って来るガス流の温度に依存する。流量は、ガスの温度を維持し、また、重量物が中で凝縮しないように天然ガス流を形成する重量物を除去するように調節される
【００４１】
様々な実施形態において、コントローラ６０が、冷却機２０の動作温度を調整するために冷却機２０に結合される。好適な実施形態では、冷却機２０が動作する範囲は、８５〜１００°Ｆの間にある。冷却機２０についての動作温度の低下は、ガスが、より低い温度まで冷えることを可能にし、それは、次いで、ガス精製膜３０の効率を上げて、天然ガスの所望のカット分または複数のカット分のより良い比率に導く。
【００４２】
更なる実施形態では、コントローラ６０が、ガスクロマトグラフィシステム１０によって出力されるプロセス動作パラメータを提供するように構成されたグラフィカルディスプレイに結合される。プロセス動作パラメータの非限定例は、各ガスクロマトグラフの状態、進行中の分析についての残り時間、及び試料分析の結果を含む。更に、試料分析の結果は、例えば、水平ベースライン（クロマトグラム）上の「ピーク」として各試料構成要素を示すトレースとして、または構成要素のリストとして提供され得、クロマトグラムのピークは、ソフトウェアパッケージによって特定されている。グラフィカルディスプレイの非限定例は、ＬＣＤディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、及びプラズマディスプレイを含む。グラフィカルディスプレイは、例えば、画像を表示することができるフルカラーディスプレイ、画像を表示することができるグレースケールディスプレイ、画像を表示することができる単色ディスプレイ、または一連の指示灯／ＬＥＤ／ビーコンであってもよい。
【００４３】
グラフィカルディスプレイは、情報を人間のオペレータに提供する。様々な実施形態において、情報は、情報または監視目的のために使用され、コントローラ６０は、システムパラメータを自動的に調整して、天然ガス精製動作を最適化する。更なる実施形態では、グラフィカルディスプレイによって提供される情報が、システムパラメータを手動で調整して、例えば、天然ガス精製動作を最適化するために、人間のオペレータによって使用される。
【００４４】
再び図１を参照すると、コントローラ６０は、プロセッサ、及びプロセッサに通信可能に結合されるオペレータインターフェースとして少なくとも１つのグラフィカルディスプレイを備え得る。当業者によく知られているような様々なハードウェア、例えば、限定としてではなくて、入出力モジュール、プログラマブルロジックコントローラ、アンテナ、電源供給等が、プロセッサにおける使用のために考慮される。以下に記載されるように、以下に実施形態において記載される意思決定及び制御特徴の多くは、プログラマブルロジックコントローラによって実行される。とはいえ、プログラマブルロジックコントローラの代わり、例えば、マイクロプロセッサコントローラユニットもまた考慮される。図１の実施形態に示されるように、コントローラ６０は、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２及び少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ１４、１６からデータを受信し得る。これらのデータの読み取りに基づいて、コントローラ６０は、例えば、流量調節器８０経由での天然ガス供給給送物７０からの入口流速、冷却機２０の動作、ならびに／または第１の膜４０の精製された生成物流出口４４、４６、４８及び第２の膜５０の精製された生成物流出口５４、５６、５８からの流速を含む、第１の膜４０及び第２の膜５０の動作を自動的に調整するための命令を用いてプログラムされる。
【００４５】
コントローラ６０によって提供される情報と、ガスクロマトグラフィシステムによって出力される１０プロセス動作パラメータのグラフィカルユーザインターフェースは、システムパラメータが、上記に詳述されたように自動的にまたはオペレータからの入力に際して、いずれも、天然ガス精製動作を改良または最適化するように調整されることを可能にする。例えば、重炭化水素のレベルが第１の膜入口４２及び第２の膜入口５２において高過ぎる場合、冷却機２０内の温度及び／または冷却機２０を通る天然ガス供給給送物７０の流速が、更なる重炭化水素の除去を可能にするようにコントローラ６０によって自動的に低減され得る。更に、窒素のレベルが、第１の膜４０の精製された天然ガスの第１のカット分及び／または第２の膜５０の精製された天然ガスの第１のカット分において高過ぎる場合、第１の膜４０及び／または第２の膜５０が、それらの有用寿命を過ぎ得、交換を必要とし得る。あるいは、第１の膜４０及び／または第２の膜５０が、処理されている天然ガス供給給送物７０について望ましくない分離パラメータを有する可能性があり、より望ましい分離パラメータを有する代替の膜との交換を必要とする。一般に、ガス精製膜３０の効率は、低温度で入って来る天然ガスの圧力においてより大きな差異が存在するときに、上がる。窒素含有量が高過ぎる場合、天然ガス供給給送物７０の天然の粗ガスでは、冷却機２０の通過によって温度が降下する間に、ガスの給送圧力が増加される。低メタンの場合には、ガス精製膜３０の膜材料の組成が変化される。
【００４６】
ガスのある特定の要素が１つの分析報告に報告され、他の要素が第２、第３、または後続の分析報告において報告されるように、完全なシステムは、１つの報告として天然ガスの試料内に存在する全ての成分を分析するように構成され得るか、またはそれは、２つ以上の区分に分割され得る。
【００４７】
少なくとも２つのガス精製膜３０は、膜表面を通る選択的な透過の原理に従って機能する。少なくとも２つのガス精製膜３０は、冷却機２０を出る天然ガス混合物を用いて加圧される。天然ガス供給給送物７０からの天然ガス成分は、少なくとも２つのガス精製膜３０の繊維の内側及び外側上の圧力ならびに濃度における差異によって分離される。精製された天然ガス流を形成するための天然ガス供給給送物７０からの天然ガスの成分の分離の間、二酸化炭素、硫化水素、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、及び水蒸気は、膜を透過することを強く好む一方で、窒素は、窒素に富む流れとして膜の外への通過について膜内で拒否される。様々な実施形態において、第１の膜４０及び第２の膜５０は、材料及び構造が同じであるかまたは類似し、かつ、天然ガス供給給送物７０から実質的に同じ組成を選択的に除去するように構成される。更なる実施形態では、第１の膜４０及び第２の膜５０は、それらが、天然ガス供給給送物７０から異なる組成を選択的に除去するように、及び／または天然ガス供給給送物７０から異なる組成をより効果的に除去するように構成されるように、材料及び／または構造が実質的に異なる。様々な実施形態において、第１の膜４０及び第２の膜５０の構造の材料は、任意の人工ポリマ、例えば、ポリジチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリシリコーン、ポリイミド、またはかかるポリマの組み合わせなどであってもよい。ガス精製膜３０の大部分は、二次ポリマ溶液の追加的な薄い層で被覆され、それを、用途に基づくある特定のレベルの分離を達成するのに特有のものにさせる。ポリマシートが、多孔性鋼管上に巻き付けられ、膜の複数の層を作製し、各ガスの透過性／可溶性に基づく互いからのガスの所望の分離を達成する。
【００４８】
少なくとも２つのガス精製膜３０を選択するとき、以下の因子が考慮されるべきである。１．天然ガス供給給送物７０の組成。２．所望の精製された天然ガス組成。３．天然ガス供給給送物７０の圧力。４．少なくとも２つのガス精製膜３０に入る前のガスの温度。これらの因子は、膜の種類及び少なくとも２つのガス精製膜３０によって達成される所望の分離に依存する。
【００４９】
動作中、図１に示されるように、天然ガス精製システム１００は、天然ガス精製手順の前及び後の両方で天然ガス供給給送物７０を分析して、少なくとも２つのガス精製膜３０の効率を判断する。具体的には、天然ガス供給給送物７０は、冷却機２０を通して未処理天然ガスを提供して、液体の無い天然ガス２４を発生させる。前述したように、冷却機２０の通過は、未処理天然ガスから重炭化水素のみならず液体を除去する。次いで、冷却機２０を出る液体の無い天然ガス２４が、少なくとも２つのガス精製膜３０に運ばれる。少なくとも２つのガス精製膜３０を通る天然ガスの通過は、第１の膜４０の精製された生成物流出口４４、４６、４８と第２の膜５０の精製された生成物流出口５４、５６、５８との両方から、少なくとも、精製された天然ガスの第１のカット分、精製された天然ガスの第２のカット分、及び精製された天然ガスの第３のカット分を作り出す。
【００５０】
更に、天然ガスの試料は、分析のためにガスクロマトグラフィシステムに渡される。具体的には、冷却機２０を出る天然ガスの試料、第１の膜入口４２において第１の膜４０に入る天然ガスの試料、及び第２の膜入口５２において第２の膜５０に入る天然ガスの試料が、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２に運ばれる。更に、精製された生成物流出口４４、４６、４８、５４、５６、５８のそれぞれを出る精製された天然ガスの試料が、少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ１４、１６に運ばれる。更なる実施形態では、冷却機２０に入る天然ガスの試料、第１の膜入口４２において第１の膜４０に入る天然ガスの試料、及び第２の膜入口５２において第２の膜５０に入る天然ガスの試料が、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２に運ばれる。
【００５１】
天然ガス試料の受領後、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２及び少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ１４、１６は同時に、天然ガス試料の組成を分析する。例えば、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２が、第２の膜入口５２から提供される天然ガス試料の組成を分析し得、第１の下流ガスクロマトグラフ１４が同時に、第１の膜４０の精製された天然ガスの第１のカット分を提供するように配置された生成物流出口４４からの天然ガス試料の組成を分析し得、第２の下流ガスクロマトグラフ１６もまた同時に、第２の膜５０の精製された天然ガスの最後のカット分を提供するように配置された生成物流出口５８からの天然ガス試料の組成を分析し得る。試料の他の組み合わせは、ガスクロマトグラフィシステム１０と、試料源、例えば、少なくとも２つのガス精製膜３０及び冷却機２０などとの間の流体連結の本明細書における具体的な開示に基づいて、当業者に既知であろう。
【実施例】
【００５２】
上記実施形態のうちの１つ以上の例示のために、例示的なシステムが、以下に提供されている。この例示的なシステムでは、未処理天然ガス及び精製された天然ガス流の様々な成分のモル％が提供される。具体的には、１１個の異なる成分が、天然ガス精製プロセスの概要を提供するために、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ１２、第１の下流ガスクロマトグラフ１４、及び第２の下流ガスクロマトグラフ１６のそれぞれによって監視される。具体的なデータが、以下に表１に提供される。
【００５３】
【表１】
0006730276.tif 000002
【００５４】
当業者には、特許請求される主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書で説明される実施形態に種々の修正及び変更を行うことができることが明らかになるはずである。したがって、そのような修正及び変更が添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入る限り、本明細書は、本明細書で説明される種々の実施形態の修正及び変更を対象とすることが意図される。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
天然ガスを分析するためのガスクロマトグラフィ方法であって、
冷却機を通して前記天然ガスを運ぶ工程と、
前記天然ガスを前記冷却機から、それぞれ、精製された天然ガスの第１のカット分、精製された天然ガスの第２のカット分、及び精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された少なくとも３つの精製された生成物流出口をそれぞれ備える、少なくとも２つのガス精製膜に運ぶ工程と、
少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフと、第１の下流ガスクロマトグラフ及び第２の下流ガスクロマトグラフを含む少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフと、を備えるガスクロマトグラフィシステムを動作させる工程であって、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、同時に動作し、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、同じ検定給送物を使用して検定され、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、天然ガスの試料を加熱するために同じ加熱炉を利用する、動作させる工程と、
天然ガスの試料を前記ガスクロマトグラフィシステムに運ぶ工程であって、
前記冷却機を出る前記天然ガスの試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜に入る前記天然ガスの試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜に入る前記天然ガスの試料が、前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフに運ばれ、
前記精製された生成物流出口のそれぞれを出る前記精製された天然ガスの試料が、前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフに運ばれる、運ぶ工程と、
前記天然ガスの精製を判断するためにコントローラを用いて、前記冷却機を出る前記天然ガスの前記試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜に入る前記天然ガスの前記試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜に入る前記天然ガスの前記試料、及び前記生成物流出口のそれぞれを出る前記精製された天然ガスの前記試料の組成を監視する工程と、
を含む、方法。
実施形態２
前記精製された天然ガスの第１のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、実施形態１に記載の方法。
実施形態３
前記第１の膜から前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに運ばれ、前記第２の膜から前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、実施形態１に記載の方法。
実施形態４
前記精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口から出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、実施形態１に記載の方法。
実施形態５
天然ガスを分析するためのガスクロマトグラフィ方法であって、
冷却機を通して前記天然ガスを運ぶ工程と、
前記天然ガスを前記冷却機から、それぞれ、精製された天然ガスの第１のカット分、精製された天然ガスの第２のカット分、及び精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された少なくとも３つの精製された生成物流出口をそれぞれ備える、少なくとも２つのガス精製膜に運ぶ工程と、
少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフと、第１の下流ガスクロマトグラフ及び第２の下流ガスクロマトグラフを含む少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフと、を備える、ガスクロマトグラフィシステムを動作させる工程であって、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、同時に動作し、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、同じ検定給送物を使用して検定され、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ、前記第１の下流ガスクロマトグラフ、及び前記第２の下流ガスクロマトグラフが全て、天然ガスの試料を加熱するために同じ加熱炉を利用する、動作させる工程と、
天然ガスの試料を前記ガスクロマトグラフィシステムに運ぶ工程であって、
前記冷却機に入る前記天然ガスの試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜に入る前記天然ガスの試料、及び前記少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜に入る前記天然ガスの試料が、前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフに運ばれ、
前記精製された生成物流出口のそれぞれを出る前記精製された天然ガスの試料が、前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフに運ばれる、運ぶ工程と、
前記天然ガスの精製を判断するためにコントローラを用いて、前記冷却機に入る前記天然ガスの前記試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜に入る前記天然ガスの前記試料、前記少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜に入る前記天然ガスの前記試料、及び前記生成物流出口のそれぞれを出る前記精製された天然ガスの前記試料の組成を監視する工程と、
を含む、方法。
実施形態６
前記精製された天然ガスの第１のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、実施形態５に記載の方法。
実施形態７
前記第１の膜から前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに運ばれ、前記第２の膜から前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、実施形態５に記載の方法。
実施形態８
前記精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口を出る前記精製された天然ガスの前記試料が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに運ばれる、実施形態５に記載の方法。
実施形態９
ガスクロマトグラフィシステム、冷却機、少なくとも２つのガス精製膜、及びコントローラを備える、天然ガス精製システムであって、
前記ガスクロマトグラフィシステムが、少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフと、第１の下流ガスクロマトグラフ及び第２の下流ガスクロマトグラフを含む少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフと、
を備え、
前記冷却機が、天然ガス供給給送物から重炭化水素を除去するように構成され、かつ前記少なくとも２つのガス精製膜に流体連結され、
前記少なくとも２つのガス精製膜が、前記天然ガスから不純物を除去するために選択的にある特定のガスが透過することを可能にするように構成され、かつ入口と、それぞれ、精製された天然ガスの第１のカット分、精製された天然ガスの第２のカット分、及び精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された少なくとも３つの生成物流出口と、をそれぞれ備え、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフが、試料を前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフに運ぶために、前記冷却機の出口、前記少なくとも２つのガス精製膜の第１の膜の前記入口、及び前記少なくとも２つのガス精製膜の第２の膜の前記入口に流体連結され、
前記生成物流出口のそれぞれが、試料を前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフに運ぶために、前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフのうちの少なくとも１つに流体連結され、
前記コントローラが、前記天然ガスの精製を判断するために、前記冷却機の前記出口、前記少なくとも２つのガス精製膜の前記第１の膜の前記入口、前記少なくとも２つのガス精製膜の前記第２の膜の前記入口からの前記天然ガスの前記試料、及び前記生成物流出口のそれぞれからの前記試料の組成を監視するように構成され、
前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ及び前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフが、同時に動作するように構成され、かつ単一の検定ガス給送物によって検定され、単一の加熱炉または直列の加熱炉の組が、前記少なくとも１つの上流ガスクロマトグラフ及び前記少なくとも２つの下流ガスクロマトグラフ用に天然ガス試料を加熱するために提供される、天然ガス精製システム。
実施形態１０
前記重炭化水素が、Ｃ７以上である、実施形態９に記載の天然ガス精製システム。
実施形態１１
前記第１の膜の前記精製された天然ガスの第１のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口と、前記第２の膜の前記精製された天然ガスの第１のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに流体連結される、実施形態９に記載の天然ガス精製システム。
実施形態１２
前記第１の膜の前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口が、前記第１の下流ガスクロマトグラフに流体連結され、前記第２の膜の前記精製された天然ガスの第２のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに流体連結される、実施形態９に記載の天然ガス精製システム。
実施形態１３
前記第１の膜の前記精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口、及び前記第２の膜の前記精製された天然ガスの第３のカット分を提供するように配置された前記生成物流出口が、前記第２の下流ガスクロマトグラフに流体連結される、実施形態９に記載の天然ガス精製システム。
実施形態１４
前記コントローラが、前記天然ガス供給給送物が前記冷却機に提供される速度を制御可能に調整するように構成された流量調節器に結合される、実施形態９に記載の天然ガス精製システム。
実施形態１５
前記コントローラが、前記冷却機の前記動作温度を調整するために前記冷却機に結合される、実施形態９に記載の天然ガス精製システム。
実施形態１６
前記コントローラが、前記ガスクロマトグラフィシステムによって出力されるプロセス動作パラメータを提供するように構成されたグラフィカルディスプレイに結合される、実施形態９に記載の天然ガス精製システム。
実施形態１７
前記２つのガス精製膜が、前記天然ガス供給給送物から窒素及び酸性ガスを選択的に除去するように構成される、実施形態９に記載の天然ガス精製システム。
【図１】
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