(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタンを主としたガス流から高分子量炭化水素物質を除去し、濃縮するための方法において、
（ａ）  メタンを主としたガス流の少量部分を凝縮し、それによって二相流を生成させ、
（ｂ）  前記二相流をストリッピング塔の上方領域に供給し、
（ｃ）  前記ストリッピング塔の上方領域から高分子量炭化水素物質が枯渇したガス流を取り出し、
（ｄ）  前記ストリッピング塔の下方領域から高分子量炭化水素物質に富む液体流を取り出し、
（ｅ）  間接熱交換により前記高分子量炭化水素物質に富む液体流と、前記ストリッピング塔とは別の場所から得られたメタンに富むストリッピングガス流とを接触させ、それによって暖められた高分子量炭化水素物質に富む液体流と、冷却されたメタンに富むストリッピングガス流とを生成させ、
（ｆ）  前記冷却されたメタンに富むストリッピングガス流を前記ストリッピング塔の下方領域へ供給し、
（ｇ）  前記二相流と前記冷却されたメタンに富むストリッピングガス流とを前記ストリッピング塔内で接触させ、それにより高分子量炭化水素物質枯渇ガス流及び高分子量炭化水素物質に富む液体流を生成させ、
（ｈ）  高分子量炭化水素物質枯渇ガス流を凝縮し、それにより液化天然ガス流を生成させ、そして
（ｉ）  工程（ｈ）の液化生成物を一つ以上の工程でほぼ大気圧までフラッシュし、それによりＬＮＧ生成物流及び一つ以上のメタン蒸気流を生成させる、
諸工程からなる方法。
【請求項２】
更に、
（ｊ）  工程（ａ）前にメタンを主としたガス流を、第一冷却剤流と接触する少なくとも一つの間接熱交換手段に通して流すことにより、冷却したメタンを主としたガス流を生成させ、その冷却したメタンを主としたガス流を第二冷却剤流と接触する少なくとも一つの間接熱交換手段に通して流すことにより連続的に前記メタンを主としたガス流を冷却し、然も、前記第二冷却剤流の沸点が、前記第一冷却剤流の沸点よりも低く、それにより工程（ａ）への供給物流を生成し、
（ｋ）  間接熱交換手段の一つの下流にある位置でメタンを主としたガス流から側流を取り出し、その側流を工程（ｅ）でメタンに富むストリッピングガスとして用い、
（ｌ）  工程（ｅ）の暖められた高分子量炭化水素物質に富む液体流を、精留器、リボイラー、及び凝縮器を具えた脱メタン塔へ供給し、それにより高分子量炭化水素物質に富む液体流とメタンに富む蒸気流を生成させ、
（ｍ）  工程（ｌ）の蒸気流の大部分を３４５０〜６２１０ｋＰａの圧力へ圧縮し、
（ｎ）  工程（ｍ）の前記圧縮した蒸気流を冷却し、
（ｏ）  工程（ｎ）で冷却されて得られた蒸気流を、工程（ａ）へ供給されたメタンを主としたガス流、又は工程（ｊ）の間接熱交換手段の一つから得られた生成物と一緒にし、
そして、工程（ｄ）及び（ｅ）の間で追加的に、
（ｐ）  高分子量炭化水素物質に富む液体流を低い圧力へフラッシュし、それにより前記液体流の温度を更に低下する、
諸工程を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
メタンを主とした供給ガス及び工程（ｍ）からの蒸気流の圧力が３９６２〜４４７９ｋＰａであり、前記ストリッピング塔が２〜１５の理論的段階の気・液接触を与える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記の除去、濃縮された高分子量炭化水素物質はベンゼン及び他の芳香族を含んでおり、そして、ベンゼン／芳香族枯渇ガス流とベンゼン／芳香族に富む液体流が製造されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
メタンを主としたガス流からの高分子量炭化水素物質の除去及び濃縮に適した装置であって、
（ａ）  凝縮器、
（ｂ）  ストリッピング塔、
（ｃ）  二つの流体の間の間接熱交換を与える熱交換器、
（ｄ）  前記凝縮器と前記ストリッピング塔の上方領域との間の、二相流を前記ストリッピング塔へ流すための導管、
（ｅ）  前記ストリッピング塔の上方領域へ接続された、前記ストリッピング塔から蒸気流を除去するための第二導管、
（ｆ）  前記ストリッピング塔と前記熱交換器との間の、前記熱交換器から前記ストリッピング塔の下方領域へ冷却されたガス流を流すための導管、
（ｇ）  前記ストリッピング塔と前記熱交換器との間の、前記ストリッピング塔から液体流を流すための導管、
（ｈ）  前記熱交換器に接続された、前記熱交換器からの暖められた液体流を流すための導管、及び
（ｉ）  前記熱交換器に接続された、前記熱交換器へガス流を流すための導管、
を具えた、上記装置。
【請求項６】
更に、
（ｊ）  導管（ｇ）中に位置する圧力低下手段、
（ｋ）  精留塔、
（ｌ）  リボイラー、
（ｍ）  凝縮器、
（ｎ）  オーバーヘッド蒸気を除去するために凝縮器へ前記精留塔の上方領域を接続するオーバーヘッド導管、還流する流体を戻すために前記精留塔へ前記凝縮器を接続する還流導管、凝縮していない蒸気を除去するための凝縮器に接続された蒸気生成物導管、
（ｏ）  前記精留塔の下方領域をリボイラーへ接続する底部導管、ストリッピング蒸気を前記精留塔へ戻すための蒸気導管、及びリボイラーから気化しなかった生成物を除去するためのリボイラーに接続された底部生成物ライン、
を具え、然も、部材（ｏ）の導管が、一番上と一番下の理論的段階の間の点で精留塔に接続されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
更に、
（ｐ）  部材（ａ）の凝縮器へ接続された導管、
（ｑ）  部材（ｎ）の蒸気生成物導管が入口で接続された圧縮器、及び
（ｒ）  前記圧縮器部材（ｑ）の出口を部材（ｐ）の導管に接続する導管、
を具えた、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
更に、
（ｊ）  暖かな乾燥ガス流を前記熱交換器の回りをバイパスさせるための、操作上内部に位置する第一制御弁を有するバイパス導管、
（ｋ）  前記熱交換器を出る前記暖かい乾燥ガス流の実際の温度を表す第一信号を確立するための手段、
（ｌ）  前記熱交換器に入る液体凝縮物流の実際の温度を表す第二信号を確立するための手段、
（ｍ）  前記第二信号により前記第一信号を分割し、前記第一信号と前記第二信号との比率を表す第三信号を確立する手段、
（ｎ）  前記第三手段により表される比に対する希望の値を表す第四信号を確立するための手段、
（ｏ）  前記第三信号と前記第四信号を比較し、前記第三信号と前記第四信号との差に呼応する第五信号を確立する手段、ここで、前記第五信号は、前記第三信号により表される実際の比率を、前記第四信号により表される希望の比率に実質的に等しく維持するのに必要な第一制御弁の位置を表すように尺度が付けられている、及び
（ｐ）  前記第五信号に呼応して前記バイパス導管中の前記第一制御弁を操作するための手段、
を具えた、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
操作上内部に接続された第一制御弁を有するバイパス導管を具えた、請求項８に記載の装置の熱交換器であって、ＬＮＧ回収方法で供給物流からベンゼン汚染物を除去する低温分離塔に伴われた該熱交換器で、温度を制御するための方法において、
前記低温分離塔から冷却温度の液体凝縮物流を取り出し、
前記液体凝縮物流を前記熱交換器に通し、
暖かい乾燥ガス流を前記熱交換器に通し、然る後、前記暖かい乾燥ガス流を前記低温分離塔へ導入し、前記暖かい乾燥ガス流を前記熱交換器中で前記液体凝縮物流と間接熱交換することにより冷却し、
前記熱交換器を出る前記暖かい乾燥ガス流の実際の温度を表す第一信号を確立し、
前記熱交換器に入る前記液体凝縮物流の実際の温度を表す第二信号を確立し、
前記第二信号により前記第一信号を分割し、前記第一信号と前記第二信号との比率を表す第三信号を確立し、
前記第三信号のための希望の値を表す第四信号を確立し、
前記第三信号と前記第四信号を比較し、前記第三信号と前記第四信号との差に呼応する第五信号を確立し、然も、前記第五信号が、前記第三信号により表される実際の比率を、前記第四信号により表される希望の比率に実質的に等しく維持するのに必要な前記第一制御弁の位置を表すように尺度が付けられており、そして
前記第五信号に呼応して前記バイパス導管中の前記第一制御弁を操作する、
ことからなる制御方法。
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、独特の凝縮及びストリッピング法により、メタンを主とした（methane-based）ガス流からベンゼン、他の芳香族及び（又は）一層重質の炭化水素成分の除去するための方法及び付随する装置に関する。
〔背景技術〕
成分を分離、精製、貯蔵する目的で、またそれら成分を一層経済的で便利な形態で輸送するために、通常ガス状の物質の低温液化が用いられている。殆どのそのような液化装置は、含まれるガスとは無関係に一般に多くの操作を要し、従って、多くの同じ問題を抱えている。液化方法で一般に起きる一つの問題は、特に芳香族が存在する場合、処理装置にそれら物質の沈殿及び続く固化が起き、それによって処理効率及び信頼性が低下する結果になることである。別の一般的問題は、ガス流の主要部分の液化が行われる直前に、ガス流から少量の一層価値のある高分子量化学物質を除去することである。従って、本発明は、特に天然ガスの処理に関連して記述するが、同様な問題に遭遇する他の装置でガスを処理する場合にも適用することができる。
天然ガスを処理する技術分野では、天然ガスからメタンよりも大きな分子量を有する炭化水素（Ｃ2+）を分離し、それによってメタンを主としたパイプラインガスと、他の目的に有用なＣ2+流とを生成させるために、ガスを低温処理にかけることが一般に行われている。Ｃ2+流は、屡々個々の成分流、例えばＣ2、Ｃ3、Ｃ4及びＣ5+に分離されている。
天然ガスを輸送及び貯蔵するために低温処理してそれを液化することも一般に行われている。天然ガスを液化する主な理由は、液化によって体積が約1/600に減少し、それによって一層経済的で実用的な設計のコンテナーで液化ガスを貯蔵及び輸送することができるようになる結果になることにある。例えば、ガスを供給源から遠距離の市場へパイプラインにより輸送する場合、そのパイプラインを実質的に一定な大きな負荷率で操作することが望ましい。パイプラインの輸送能力或は容量は、屡々要求量を越えているが、時には要求量がパイプラインの輸送能力を越えることがある。要求量が供給を越える場合のピークを削減するために、供給が要求量を越えている場合に送っておくやり方で過剰のガスを貯蔵し、それによって将来の要求量のピークを、貯蔵しておいたものによって対処できるようにすることが望ましい。これを行うための一つの実際的手段は、ガスを貯蔵するために液化状態へ変え、必要が生じた場合に、その液体を気化することである。
天然ガスの液化は、供給源と市場とが大きな距離離れていて、パイプラインを利用できないか、又は実際的でない場合、供給源からマーケットへガスを輸送できるようにするためにも非常に重要である。このことは、輸送が海上船舶によって行われなければならない場合には特にそうである。ガス状態で船で輸送するのは一般に実際的ではない。なぜなら、ガスの比容積を著しく減少させるためにかなりの加圧を必要とし、そのことが今度は一層高価な貯蔵コンテナーを使用することを必要とするからである。
天然ガスを液体状態で貯蔵及び輸送するために、大気圧に近い蒸気圧を持つ場合、天然ガスを−２４０°Ｆ〜−２６０°Ｆに冷却するのが好ましい。天然ガス等を液化するために従来の技術で多くの装置が存在し、その場合ガスを上昇させた圧力で複数の冷却段階に連続的に通し、それによってガスを一層低い温度へ連続的に冷却し、最後に液化温度に到達させることによりガスを液化する。冷却は、一般にプロパン、プロピレン、エタン、エチレン、及びメタン又はそれらの一種又は多種の組合せのような一種類以上の冷却剤と熱交換することにより達成される。当分野では、冷却剤は屡々カスケード式に配置されており、各冷却剤は閉じた冷却サイクル中で用いられている。液体の一層の冷却は、液化天然ガスを一つ以上の膨張段階で大気圧へ膨張させることにより行うことができる。各段階では、液化ガスを低圧へフラッシュさせ、それによって著しく低い温度の二相気・液混合物を生ずる。その液体を回収し、再びフラッシュする。このようにして液化ガスを更に冷却し、大気圧に近い圧力で液化ガスを貯蔵するのに適した貯蔵又は輸送温度にする。大気圧に近い圧力へのこの膨張では、更に別の幾らかの体積の液化ガスをフラッシュする。膨張段階からのフラッシュされた蒸気を一般に収集し、液化のために再循環するか、又は発電のための燃料ガスとして用いる。
前に述べたように、天然ガスの液化での主たる操作上の問題は、天然ガス流から残留しているベンゼン及び他の芳香族化合物を、前記流れの主要部分の液化の直前に除去することであり、そのような成分は沈澱及び固化し、それによってパイプ及び重要な処理装置の汚染及び潜在的閉塞を起こす傾向があることである。一例として、そのような汚染は熱交換器、特に板・ひれ（plate-fin）型熱交換器の熱移動効率及び処理量を著しく低下することがある。
技術的及び経済的理由から、ベンゼンのような不純物を完全に除去する必要はない。しかし、その濃度を減少させることは望ましい。天然ガスからの汚染物の除去は、液化工程で用いたのと同じ型の冷却によって達成してもよく、この場合、それらの個々の凝縮温度に従って汚染物が凝縮する。ベンゼン汚染物を分離する場合と異なって、ガスを液化するまで低い温度へ冷却しなければならないことを別として、基本的冷却方法は液化及び分離の場合と同じである。従って、残留ベンゼンに関して、供給ガスの一部分が凝縮する温度へ天然ガスを冷却しさえすればよい。これは、凝縮ベンゼンを主たるガス流から分離するためのＬＮＧ回収工程で適当な点に含まれる低温分離で達成することができる。
低温分離塔の効率的操作のために、塔から取り出さなければならない低温の凝縮液体を、低温分離塔へ与えられた暖かい乾燥ガス流と熱交換させるために用いるのが望ましい。しかし、この熱交換方式は、その熱交換器へ供給された二つの流れの過度の温度差から生ずる問題を与える。実際的温度差は１００°Ｆを越えるので、熱交換器への熱衝撃により慣用的材料で作られた熱交換器装置の有効寿命を短くするか、損傷を起こすことがある。
低温分離塔の効率的操作に関連した別の考察から、塔の自動的始動を可能にする熱交換器制御が与えられている。
メタンに富むガス流を処理する際の更に別な問題は、その流れの主要部分を液化する前にガス流から高分子量炭化水素を回収するか、又は残留流をパイプライン又は他の処理工程へ戻すためのコスト的に効果的な手段を欠いていることである。回収された高分子量炭化水素は、一般にガス流中の残留成分よりも単位質量当たり一層大きな値を有する。
〔発明の開示〕
本発明の目的は、主要部分を液化しなければならないメタンを主としたガス流から残留する量のベンゼン及び他の芳香族を除去することである。
本発明の別の目的は、メタンを主としたガス流から高分子量炭化水素を除去することである。
本発明の更に別な目的は、主要部分を液化しなければならないメタンに富むガス流から高分子量炭化水素を除去することである。
本発明の更に別な目的は、エネルギー効率の良いやり方でメタンを主としたガス流からベンゼン、他の芳香族及び（又は）高分子量炭化水素を除去することである。
本発明の更に別な目的は、ベンゼン、他の芳香族及び（又は）高分子量炭化水素を除去するために用いる方法を、ガスプラントで日常用いられている技術と両立し、それに一体化することができるようにすることである。
本発明の更に別な目的は、メタンを主としたガス流からベンゼン、他の芳香族及び（又は）高分子量炭化水素を除去するために用いる方法及び装置を、比較的簡単で、小型で、コスト的に効率的なものにすることである。
本発明の更に別な目的は、主要部分を液化すべきメタンを主としたガス流からベンゼン、他の芳香族及び（又は）高分子量炭化水素を除去するために用いる方法を、液化天然ガスを生成させるプラントで日常用いられている技術と両立し、それに一体化することができるようにすることである。
本発明の更に別な目的は、低温流体を取扱う際の上述及び他の付随する問題を解決する熱交換器制御を与えることである。
本発明の更に別な目的は、初期の装置温度条件及び熱交換器のためのコストを低下する改良された制御方法を与えることである。
更に特別な目的は、熱交換装置へ熱衝撃を与えることなく、低温流体流に対し暖かい流体流の冷却を可能にするように、熱交換器の温度を制御することである。
本発明の更に別な目的は、低温分離塔の自動的始動を促進するように熱交換器を制御することである。
本発明の一つの態様として、ベンゼン及び（又は）他の芳香族を、（１）ガス流の大部分が液化される工程の直前に、メタンを主としたガス流の少量部分を凝縮し、それによってに二相流を生成させ、（２）前記二相流をストリッピング塔の上方領域に供給し、（３）前記ストリッピング塔の上方領域から芳香族が枯渇したガス流を取り出し、（４）前記ストリッピング塔の下方領域から芳香族に富む液体流を取り出し、（５）間接熱交換により前記芳香族に富む液体流とメタンに富むストリッピングガス流とを接触させ、それによって暖められた芳香族含有流と、冷却されたメタンに富むストリッピングガス流とを生成させ、（６）前記冷却されたメタンに富むストリッピングガス流を前記ストリッピング塔の下方領域へ供給し、場合により、（７）前記芳香族枯渇ガス流を液化工程へ供給し、そこで前記ガス流の主要部分を液化し、それによって液化天然ガスを生成させる、ことからなる方法によりメタンを主としたガス流から除去する。
本発明の別の態様として、メタンを主としたガス流中の高分子量炭化水素を、（１）メタンを主としたガス流の少量部分を凝縮して二相流を生成させ、（２）前記二相流をストリッピング塔の上方領域に供給し、（３）前記ストリッピング塔の上方領域から重質物が枯渇したガス流を取り出し、（４）前記ストリッピング塔の下方領域から重質物に富む液体流を取り出し、（５）間接熱交換により前記重質物に富む液体流とメタンに富むストリッピングガス流とを接触させ、それによって暖められた重質物に富む流れと、冷却されたメタンに富むストリッピングガス流とを生成させ、（６）前記メタンに富むストリッピングガス流を前記ストリッピング塔の下方領域へ供給する、ことからなる方法により除去し、濃縮する。
本発明の更に別な態様として、本発明は、（１）メタンを主としたガス流の少量部分を凝縮して二相流を生成させる凝縮器、（２）前記二相流を供給し、そこから蒸気流と液体流とを生成させるストリッピング塔、（３）ガス流と液体流との間の間接熱交換を与えて、冷却されたガス流と暖められた液体流とを生成させる、間接熱交換手段を含む熱交換器、（４）前記凝縮器と前記ストリッピング塔の上方領域との間の前記二相流を流すための導管、（５）前記ストリッピング塔の上方領域へ接続された、前記蒸気流を除去するための導管、（６）前記ストリッピング塔と前記熱交換器との間の、前記液体流を流すための導管、（７）前記熱交換器と前記ストリッピング塔との間の前記冷却されたガス流を流すための導管、（８）前記熱交換器に接続された、前記熱交換器からの前記暖められた液体流を流すための導管、（９）前記熱交換器に接続された、前記熱交換器へ前記ガス流を流すための導管、を具えた装置にある。
本発明の更に別な態様として、前記及び他の目的及び利点は、暖かい流体のためのバイパス導管を与えることにより、低温流体と暖かい流体とを取扱う熱交換器を制御することにより達成され、この場合、バイパス導管中の制御弁を、前記熱交換流体の温度比に呼応して操作する。本発明の別の態様に従って、自動始動制御は、塔の始動を促進し、次に希望の温度に呼応して暖かいガス流を操作するように切り替わる、暖かい流体流を操作する一時的温度選択のための高セレクタ（high selector）を含む。
【図面の簡単な説明】
第１図は、メタンを主としたガス流からベンゼン、他の芳香族及び（又は）高分子量炭化水素物質を除去するための本発明の方法及び装置を例示する低温ＬＮＧ製造法の簡単な工程図である。
第２図は、第１図に例示した方法及び装置を一層詳細に例示する簡単な工程図である。
第３図は、熱交換流体のための望ましい温度比を維持するための、本発明の低温分離塔及び付随する制御装置を例示する概略的図面である。
第４図は、低温分離塔の自動始動を可能にする温度を一時的に選択するための、第３図と同様な概略的図面である。
〔好ましい態様についての説明〕
好ましい態様としての本発明は、（１）主要部分を凝縮すべきメタンに富むガス流からベンゼン及び（又は）他の芳香族を除去すること、及び（２）主要部分を凝縮すべきメタンを主としたガス流から一層価値のある高分子量炭化水素物質を除去することに適用することができるが、この技術はメタンを主とした流れからそのような物質を一般に回収（例えば、天然ガスから天然ガス液体の除去）に適用することもできる。ベンゼン及び他の芳香族は、それらの融点が比較的高い温度にあるため、独特の問題を与える。一例として、６個の炭素原子を有するベンゼンは、５．５℃の融点及び８０．１℃の沸点を有する。同じく６個の炭素原子を有するヘキサンは、−９５℃の融点及び６８．９５℃の沸点を有する。従って、同様な分子量の他の炭化水素と比較して、ベンゼン及び他の芳香族化合物は、処理装置及び導管の汚染及び（又は）閉塞に関して遥かに大きな問題を与える。ここで用いられる芳香族化合物とは、少なくとも一つのベンゼン環の存在を特徴とする化合物である。ここで用いられる高分子量炭化水素物質とは、エタンよりも大きな分子量を有する炭化水素物質であり、この用語は重質炭化水素と言う言葉と互換的に用いられている。
簡単明瞭にするため、次の記載は、天然ガス流を低温冷却して液化天然ガスを生成させるのに本発明の方法及び付随する装置を用いることに限定する。特に次の記載は、カスケード式冷却サイクルを用いた液化方式で、ベンゼン及び（又は）他の芳香族物質及び（又は）高分子量炭化水素（重質炭化水素）を除去することに焦点を当てる。しかし、ここに記載する本発明の方法及び付随する装置の適用性は、カスケード式冷却サイクルを用いた液化装置、又は天然ガス流を排他的に処理するものに限定されるものではない。本方法及び付随する装置は、（ａ）メタンを主としたガス流中に、ベンゼン及び（又は）重質芳香族が、処理装置、特に前記流れを凝縮させるために用いた熱交換器を汚染又は閉塞することがある濃度で存在する場合、或は（ｂ）どのような理由にせよ、メタンを主としたガス流から高分子量炭化水素を除去及び回収することが望ましい場合の、どのような冷却装置にも適用することができる。
天然ガス流の液化
冷却プラントは種々の形態を有する。最も効率的で効果的なものは、カスケード型操作及びこの型と、膨張型冷却とを組合せたものである。また、液化天然ガス（ＬＮＧ）を製造する方法は、その最初の部分としてメタンよりも大きな分子量の炭化水素を分離することを含んでいるので、ＬＮＧを効果的に冷却製造するためのプラントについての記述は、天然ガス流からＣ2+炭化水素を除去するための同様なプラントを記述している。
カスケード式冷却装置を用いた好ましい態様として、本発明は、上昇させた圧力例えば約６５０ｐｓｉａで天然ガス流を連続的に冷却することに関し、多段階プロパンサイクル、多段階エタン又はエチレンサイクル、及び（ａ）メタンを更に冷却し、圧力を大気圧近くに低下させるための閉じたメタンサイクルとそれに続く単一又は多段階膨張サイクル、又は（ｂ）メタン源として供給ガスの一部分を用い、メタンを更に冷却して圧力を大気圧近くへ低下させるための多段階膨張サイクルを中に含む端部開放メタンサイクルに通すことにより、ガス流を連続的に冷却する。連続的冷却サイクル中、最も高い沸点を有する冷却剤を最初に用い、次に中間的沸点を有する冷却剤を用い、最後に最も低い沸点を有する冷却剤を用いる。
前処理工程は、その設備へ送られた天然ガス供給物流から、酸ガス、メルカプタン、水銀、及び水分のような望ましくない成分を除去するための手段を与える。このガス流の組成は著しく変化している。ここで用いた天然ガス流とは、大部分が天然ガス供給物流、例えば、少なくとも８５重量％のメタンを含み、残余がエタン、高級炭化水素、窒素、二酸化炭素、及び少量の他の汚染物、例えば、水銀、硫化水素、メルカプタンである供給物流から生ずる主にメタンからなるどのような流れでもよい。前処理工程は、冷却サイクルの上流に位置するか、又は初期サイクル中の早い冷却段階の一つより下流に位置する別の工程であってもよい。次の記載は、当業者に容易に入手できる利用可能な手段の幾つかの一部のリストである。アミン含有水溶液を用いた収着法により、酸ガス及び或る程度のメルカプタンが通常除去されている。この処理工程は、一般に初期サイクルで用いられている冷却段階より上流で行われている。初期冷却サイクルの上流及び初期冷却サイクル中の第一冷却段階より下流でのガス圧縮及び冷却後の二相気・液分離により、水の大部分は液体として通常除去されている。水銀は通常水銀収着床により除去される。残留する水及び酸ガスは、再生可能な分子篩のような適当に選択された収着剤床を用いることにより通常除去されている。収着剤床を用いた方法は、一般に初期冷却サイクル中の第一冷却段階より下流に位置させるのが一般的である。
得られた天然ガス流は、一般に上昇させた圧力で液化工程へ送られるか、又は上昇させた圧力へ圧縮され、その圧力は５００ｐｓｉａより高く、好ましくは約５００〜約９００ｐｓｉａ、一層好ましくは約５５０〜約６７５ｐｓｉａ、更に一層好ましくは約５７５〜約６５０ｐｓｉａ、最も好ましくは約６００ｐｓｉａの圧力である。流れの温度は、周囲温度に近いところから僅かにそれより高いのが典型的である。代表的な温度範囲は６０°Ｆ〜１２０°Ｆである。
前に述べたように、この点での天然ガス流を、複数の冷却剤、好ましくは３種類の冷却剤との間接熱交換により複数の多段階（例えば、三つの）サイクル又は工程で冷却する。与えられたサイクルについての全冷却効率は、段階の数が増大するに従って改良されるが、この効率の増大は、対応する正味の資本コストの増大及び工程の複雑化を伴う。供給ガスは、比較的高沸点の冷却剤を用いた第一閉鎖冷却サイクル中で、効果的な数の冷却段階、公称２、好ましくは２〜４、一層好ましくは３段階に通すのが好ましい。そのような冷却剤は、好ましくは大部分がプロパン、プロピレン、又はそれらの混合物、一層好ましくはプロパンからなり、最も好ましくは冷却剤は本質的にプロパンからなる。然る後、処理した供給ガスを、低い沸点を有する冷却剤との熱交換を行う第二閉鎖冷却サイクル中で、効果的な数の段階、公称２、好ましくは２〜４、一層好ましくは２又は３の段階を通して流す。そのような冷却剤は大部分が、好ましくはエタン、エチレン、又はそれらの混合物、一層好ましくはエチレンからなり、最も好ましくは冷却剤は本質的にエチレンからなる。各冷却剤について上で述べた冷却工程の各々は、別々の冷却領域を有する。
一般に天然ガス供給物流は、一つ以上の冷却段階でＣ2+に富む液体の形成をもたらすような量でＣ2+成分を含有する。この液体は気・液分離手段、好ましくは一つ以上の慣用的気・液分離器により除去する。一般に、各段階の天然ガスの連続的冷却は、できるだけＣ2及びそれより分子量の大きな炭化水素をガスから除去し、メタンに富む第一ガス流と、かなりの量のエタン及びそれより重い成分を含む第二液体流を生ずるように制御する。Ｃ2+成分に富む液体流を除去するために、冷却領域より下流の計画的位置に効果的な数の気・液分離手段を配置する。気・液分離器の正確な位置及び数は、天然ガス供給物流のＣ2+組成、最終生成物の希望のＢＴＵ含量、Ｃ2+成分の他の用途のための価値、及びＬＮＧプラント及びガスプラント操作の当業者によって日常考慮されている他の因子のような多くの操作因子に依存する。Ｃ2+炭化水素流（単数又は複数）は、単一段階のフラッシュ又は精留塔により脱メタン化することができる。前者の場合、メタンに富む流れを再加圧又は再循環してもよく、或は燃料ガスとして用いてもよい。後者の場合、メタンに富む流れは加圧下で液化工程へ直接戻すことができる。Ｃ2+炭化水素流（単数又は複数）又は脱メタン化Ｃ2+炭化水素流は、燃料として用いてもよく、或は一つ以上の精留領域で精留するなどして更に処理し、特定の化学的成分（例えば、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4及びＣ5+）に富む個々の流れを生ずるようにしてもよい。第二冷却サイクルの最後の段階では、主にメタンであるガス流を大部分、好ましくは全てを凝縮（即ち、液化）する。後の節で一層詳細に述べる好ましい態様の一つとして、本方法のこの位置で、ベンゼン、他の芳香族及び（又は）重質炭化水素を除去するために本発明の方法及び付随する装置を用いることができる。この位置での処理圧力は、第一サイクルの第一段階への供給ガスの圧力よりも僅かに低いだけである。
液化天然ガス流を、次に二つの態様の一つにより第三工程又はサイクルで更に冷却する。一つの態様として、液化天然ガス流を第三閉鎖冷却サイクルで間接熱交換により更に冷却し、この場合凝縮したガス流を効果的な数の段階、公称２、好ましくは２〜４、最も好ましくは３つの段階に通すことにより更に冷却し、この時の冷却は、第二サイクルで用いた冷却剤よりも低い沸点を有する第三冷却剤により与えられる。この冷却剤は好ましくは大部分がメタンからなり、一層好ましくは主にメタンである。開放メタン冷却サイクルを用いた第二の好ましい態様では、液化天然ガス流を、後で記載するやり方で主メタンエコノマイザー（economizer）でフラッシュガスと接触させることにより更に冷却する。
第四サイクル又は工程で、冷却した液体からのフラッシュガスの膨張及び分離により、液化ガスを更に冷却する。記載するやり方で、系からの窒素の除去及び凝縮した生成物は、この段階の一部として又は別の連続する工程で達成する。閉鎖サイクルと開放サイクル（open-cycle）とを区別する主要な因子は、大気圧近くにフラッシュする前の液化流の初期温度、前記フラッシュで発生したフラッシュ蒸気の相対的量、及びフラッシュした蒸気の付着である。フラッシュ蒸気の大部分は、開放サイクル系ではメタン圧縮機へ再循環するのに対し、閉鎖サイクル系ではフラッシュした蒸気は、一般に燃料として用いられる。
開放又は閉鎖サイクルメタン系のどちらでも、第四サイクル又は工程で、液化生成物を、少なくとも１、好ましくは２〜４、一層好ましくは３回の膨張により冷却し、この場合各膨張で、ジュール・トムソン膨張弁又は水圧膨張器を用い、次に気・液生成物を分離器で分離する。水圧膨張器を用い、適切に操作した場合、資本の増大及び膨張器に伴う操作コストを考慮に入れても、回収力、流れ温度の著しい低下、及びフラッシュ工程中生成蒸気の減少を伴う一層大きな効率により屡々コスト的に効果的になる。開放サイクル系で用いた一つの態様では、フラッシュ前の高圧液化生成物の付加的冷却は、この流れの一部分を一つ以上の水圧膨張器により先ずフラッシュし、次に前記フラッシュした流れを用いた間接熱交換手段によりその高圧液化流をフラッシュ前に冷却することにより行うことができる。フラッシュした生成物は、次に開放メタンサイクルで、温度及び圧力についての考察に基づき、適当な場所へ戻すことにより再循環する。
第四サイクルへ入る液体生成物が約６００ｐｓｉａの好ましい圧力になっている場合、３段階フラッシュ工程のための代表的フラッシュ温度は約１９０．６１及び１４．７ｐｓｉａである。開放サイクル系では、記載する窒素分離工程でフラッシュ又は精留された蒸気及び膨張フラッシュ工程でフラッシュされた蒸気は、前に述べた第三工程又はサイクルでの冷却剤として用いる。閉鎖サイクル系では、フラッシュ段階からの蒸気は、再循環前又は燃料として使用する前に、冷却剤として用いてもよい。開放又は閉鎖サイクル系のどちらでも、大気圧に近い圧力まで液化流をフラッシュすることにより、−２４０°Ｆ〜−２６０°Ｆの温度を有するＬＮＧ生成物を生ずる。
供給物流中にかなりの窒素が存在する場合、液化生成物のＢＴＵ含量を許容可能な範囲内に維持するため、本方法の或る場所で窒素を濃縮し、除去しなければならない。当業者はこの目的のために種々の方法を利用することができる。次のものはその例である。開放メタンサイクルを用い、供給物中の窒素濃度が低い場合、典型的には、約１．０体積％より低い場合、一般にメタン圧縮機の高圧入口又は出口で少量の側流を取り出すことにより窒素除去達成する。閉鎖サイクルの場合、供給ガス中の窒素濃度が１．５体積％までは、液化流を一般に工程条件から大気圧に近い圧力へ単一工程、通常フラッシュドラムによりフラッシュする。窒素含有フラッシュ蒸気を、次に圧縮機を駆動するガスタービンのための燃料ガスとして一般に用いる。大気圧に近い圧力になったＬＮＧ生成物は貯蔵部へ送る。入口供給ガス中の窒素濃度が約１．０〜約１．５体積％で、開放サイクルを用いた場合、第四冷却工程前に第三冷却工程からの液化ガス流をフラッシュ工程にかけることにより窒素を除去することができる。フラッシュした蒸気は、かなりの濃度の窒素を含み、後で燃料ガスとして用いてもよい。これらの濃度での窒素除去のための典型的なフラッシュ圧力は約４００ｐｓｉａである。供給物流が約１．５体積％より大きい濃度で窒素を含み、開放又は閉鎖サイクルを用いた場合、フラッシュ工程は充分な窒素の除去を与えない。そのような場合には、窒素排除塔を用い、そこから窒素に富む蒸気流と液体流とを生成させる。窒素排除塔を用いた好ましい態様では、メタンエコノマイザーへの高圧液化メタン流を第一及び第二部分へ分割する。第一部分は約４００ｐｓｉａへフラッシュし、二相混合物を供給流体として窒素排除塔へ送る。高圧液化メタン流の第二部分は、後で記述するメタンエコノマイザーに通して流すことにより更に冷却し、次にそれを４００ｐｓｉａへフラッシュし、得られた二相混合物又はその液体部分を塔の上方領域へ送り、そこでそれは還流する流れとしての機能を果たす。窒素排除塔の頂部から生じた窒素に富む蒸気流は、一般に燃料として用いられる。塔の底部から生じた液体流は、次にメタン膨張の第一段階へ送る。
天然ガス液化のための冷凍冷却
カスケード法で天然ガスを液化するのに必須なことは、天然ガス流から熱エネルギーを冷却剤へ移し、最終的にそのエネルギーを環境へ移すために一種類以上の冷却剤を用いることである。本質的には冷却装置は、天然ガス流から熱エネルギーを除去し、その流れを次第に益々低い温度へ冷却していくことにより熱ポンプとしての機能を果たす。
液化工程は幾つかの種類の冷却を用いており、それらには（ａ）間接熱交換、（ｂ）蒸発、及び（ｃ）膨張又は圧力低下が含まれるが、それらに限定されるものではない。ここで用いる間接熱交換とは、冷凍又は冷却剤が冷却すべき物質を、実際にその冷却剤と被冷却物質との間に物理的接触を行うことなく冷却する方法を指す。特別な例には、管・殻型熱交換器、コア・イン・ケトル（core-in-kettle）型熱交換器、真鍮被覆アルミニウム板・ひれ型熱交換器で行われる熱交換が含まれる。冷却剤と被冷却物質との物理的状態は、装置の要件及び選択した熱交換器の型に依存して変化する。例えば本発明の方法では、冷却剤が液体状態で、被冷却物質が液体又は気体状態である場合には、管・殻型熱交換器が典型的に用いられるのに対し、冷却剤が気体状態で、被冷却物質が液体状態の場合には板・ひれ型熱交換器が典型的に用いられる。最後に、コア・イン・ケトル型熱交換器は、被冷却物質が液体又は気体で、冷却剤が熱交換中に液体状態から気体状態へ相変化を起こす場合に用いられるのが典型的である。
気化冷却とは、系を一定の圧力に維持し、物質の一部分の蒸発又は気化によりその物質を冷却することを指す。例えば、気化中、物質の蒸発する部分が、その物質の液体状態のままになっている部分から熱を吸収し、それによってその液体部分を冷却する。
最後に、膨張又は減圧冷却とは、気体−、液体−、又は二相系の圧力が、圧力低下手段を通過させることにより低下する場合に起きる冷却を指す。一つの態様として、この膨張手段はジュール・トムソン膨張弁である。別の態様として、膨張手段は水圧（hydraulic）又はガス膨張器である。膨張器は膨張過程により仕事エネルギーを回収するので、膨張の時に工程流温度を一層低くすることができる。
次の説明及び図面で、スロットル弁を通って流すことにより冷却剤を膨張させ、次に冷却剤冷却器又は凝縮器中で気体と液体の部分を続いて分離することをそれら説明又は図面は描写しているが、この場合もそうであるように、ここで間接熱交換も起きる。この簡単化した方式は有効で、時々コスト及び簡単さのため好まれているが、膨張及び分離を行い、次に別の工程として部分的蒸発、例えば、冷却器又は凝縮器中での間接熱交換前に、スロットル弁とフラッシュドラムとの組合せを行うのが一層効果的である。別の有効な態様として、スロットル又は膨張弁は別のものではなく、冷却剤冷却器又は凝縮器の一体的部分になっていてもよい（即ち、フラッシュが冷却器への液化冷却剤の導入で起きる）。同様なやり方で、単一の容器（即ち、冷却器）又は複数の容器中で与えられた冷却段階のための複数の流れの冷却が行われる。前者は一般に資本装置コストの見地から好ましい。
第一冷却サイクルでは、高沸点ガス状冷却剤、好ましくはプロパンを、熱移動媒体との間接熱移動によりそれを液化することができる圧力まで圧縮することにより冷却が与えられ、その熱移動は最終的には熱吸収部として環境を用い、一般にその熱吸収部は大気であるか、新鮮な水源、塩水源、地面、又はそれらの二つ以上である。凝縮した冷却剤は、次に適当な膨張手段により膨張冷却の一つ以上の工程を受け、それによってかなり低い温度を有する二相混合物を生ずる。一つの態様として、主たる流れを少なくとも二つの別々の流れ、好ましくは２〜４の流れ、最も好ましくは３つの流れに分割し、夫々の流れを指定した圧力へ別々に膨張させる。次に各流れは、一つ以上の選択した流れとの間接熱移動により蒸発冷却を与え、そのような流れの一つは液化すべき天然ガス流である。別々の冷却剤の流れの数は、冷却剤圧縮機段階の数に相当する。各々の流れから気化した冷却剤を、次に冷却剤圧縮機のところで適当な段階へ戻す（例えば、二つ別々の流れは二段階の圧縮機に相当する）。一層好ましい態様として、全ての液化した冷却剤を予め設定した圧力へ膨張させ、この流れを次に一つ以上の選択した流れとの間接熱移動により気化冷却を与えるように用い、そのような流れの一つは液化すべき天然ガス流である。液化冷却剤の一部分を、次に間接熱移動手段から取り出し、一層低い圧力及びそれに対応する低い温度へ膨張させることにより膨張冷却し、その場合一種類以上の指定した流れとの間接熱移動手段により気化冷却を与え、そのような流れの一つは液化すべき天然ガス流である。この態様では、名目上二つのそのような膨張冷却／気化冷却工程、好ましくは２〜４、最も好ましくは３つの工程を用いる。第一の態様と同様に、各工程からの冷却剤蒸気を、段階的にした圧縮機の適当な入口へ戻す。
好ましいカスケード式態様では、低い沸点の冷却剤（即ち、第二及び第三サイクルで用いた冷却剤）の液化のための冷却の大部分は、選択した高沸点冷却剤流を用いた間接熱交換によりそれらの流れを冷却することにより行うことができる。このような冷却方法を「カスケード式冷却」として言及する。実際には、高沸点冷却剤は低沸点冷却剤のための熱吸収部としての機能を果たし、別な言い方をすれば、熱エネルギーは液化すべき天然ガス流から低沸点冷却剤へポンプされ、次に一種類以上の一層高い沸点の冷却剤へポンプ（即ち、移動）され、然る後、環境的熱吸収部（例えば、新しい水、塩水、大気）により環境へ移される。第一サイクルの場合のように、第二及び第三サイクルで用いた冷却剤は、多段階圧縮機により予め選択された圧力へ圧縮する。可能で、経済的に利用できる場合、圧縮した冷却剤蒸気を先ず環境的熱吸収部へ直接連結した一種類以上の冷却剤（例えば、空気、塩水、新しい水）と間接熱交換することにより冷却する。この冷却は、圧縮段階及び（又は）圧縮生成物の冷却の間の内部段階（interstage）冷却によるものでもよい。圧縮した流れを、次に高沸点冷却剤について前に述べた冷却段階の一つ以上を用いて間接熱交換により更に冷却する。
第二サイクル冷却剤、好ましくはエチレンは、環境的熱吸収部に直接連結した一種類以上の冷却剤を用いた間接熱交換により先ず冷却（即ち、圧縮に続く内部段階及び（又は）後冷却）し、次に更に冷却し、最後に、第一サイクルで用いた最も高い沸点の冷却剤のために、第一及び第二、又は第一、第二及び第三冷却段階を用いた連続的接触により液化する。好ましい第二及び第一サイクル冷却剤は、夫々エチレン及びプロパンである。
三冷却剤カスケード式閉鎖サイクル系を用いた場合、第三サイクルの冷却剤は段階方式で圧縮するが、場合により環境的熱吸収部への間接的熱移動により冷却（即ち、圧縮に続く内部段階及び（又は）後冷却）し、次にプロパン及びエチレンを各冷却剤として用いるのが好ましい第一及び第二冷却サイクルで全て又は選択した冷却段階で間接熱交換により冷却するのが好ましい。この流れは、夫々第一及び第二冷却サイクルで次第に低温になる冷却段階の各々を用いて連続的やり方で接触させるのが好ましい。
第１図に例示したような開放サイクルカスード式冷却系では、第一及び第二サイクルは、閉鎖サイクルについて記載したのと同様なやり方で操作する。しかし、開放メタンサイクル系は、慣用的閉鎖冷却サイクルとは容易に区別される。第四サイクル又は工程についての説明で前に述べたように、上昇させた温度で最初に存在する液化天然ガス流のかなりの部分を、大気圧に近い圧力まで段階的やり方で膨張冷却することにより約−２６０°Ｆへ冷却する。各工程で、与えられた圧力でかなりの量のメタンに富む蒸気が生成する。好ましくは各蒸気流はメタンエコノマイザーでかなりの熱移動を受け、周囲温度に近い温度で圧縮機段階の入口へ戻すのが好ましい。メタンエコノマイザーを通って流れる間に、フラッシュした蒸気を、暖かい流れの冷却を最大にするように設計した順序で向流方式で暖かい流れと接触させる。膨張冷却の各段階のために選択した圧力は、各段階について、発生したガスの体積と、隣接する下の段階からの蒸気の圧縮体積との和が、多段階圧縮機の効率的な全作動を与える結果になるような圧力である。内部段階冷却及び最終圧縮ガスの冷却が好ましく、環境的熱吸収部に直接連結された一つ以上の冷却剤との間接熱交換により達成するのが好ましい。圧縮されたメタンに富む流れを、次に第一及び第二サイクルで、好ましくは第一サイクルで用いた冷却剤を伴った全ての段階、一層好ましくは最初の二つの段階、最も好ましくは最初の段階だけで冷却剤との間接熱交換により更に冷却する。冷却されたメタンに富む流れを、更に主メタンエコノマイザーでフラッシュ蒸気と間接熱交換することにより更に冷却し、次に、天然ガス供給物流と冷却されたメタンに富む流れとが温度及び圧力について同様な条件にある液化過程中の位置で、好ましくはエチレン冷却段階の一つへ入る前、一層好ましくはメタンの大部分が液化されるエチレン冷却段階（即ち、エチレン凝縮器）の直前に、天然ガス供給物流と一緒にする。
段階間及びサイクル間熱移動による最適化
一層好ましい態様として、冷却剤ガス流を周囲温度又はそれに近い温度で夫々の圧縮機の入口へ戻すことにより、処理効率を更に最適化する工程を取る。この工程は全効率を向上させるのみならず、冷却条件に圧縮機部品を曝すことに伴われる問題を著しく減少する。このことは、フラッシュする前の液体の主要部分に含まれる流れを、下流の膨張工程（即ち、段階）又は同じか又は下流のサイクルでの工程で発生した一つ以上の蒸気流と間接熱交換することにより先ず冷却するエコノマイザーを使用することにより達成する。閉鎖系では、エコノマイザーは、第二及び第三サイクル中のフラッシュした蒸気により付加的冷却を得るように用いるのが好ましい。開放メタンサイクル系を用いた場合、第四段階からのフラッシュした蒸気は、（１）これらの蒸気が、各圧力低下段階前に、液化生成物流と間接熱交換することにより冷却し、そして（２）これらの蒸気が、主たる天然ガス供給物流とこの流れ（単数又は複数）とを一緒にする前に、開放メタンサイクルからの圧縮蒸気と間接熱交換することにより冷却する、一つ以上のエコノマイザーへ戻すのが好ましい。これらの冷却工程は、前に説明した冷却の第三段階からなり、第１図の説明で一層詳細に論ずる。第二及び第三サイクルでエチレン及びメタンを用いる一つの態様では、一連のエチレン及びメタンエコノマイザーにより接触を行うことができる。第１図で例示し、後で一層詳細に説明する好ましい態様では、その方法は主エチレンエコノマイザー、主メタンエコノマイザー、及び一つ以上の付加的メタンエコノマイザーを用いる。これらの付加的エコノマイザーは、ここでは第二メタンエコノマイザー、第三メタンエコノマイザー等々として言及し、そのような付加的メタンエコノマイザーの各々は、別の下流フラッシュ工程に相当する。
ベンゼン、他の芳香族及び（又は）重質炭化水素の除去
メタンを主としたガス流からベンゼン、他の芳香族及び（又は）高分子量炭化水素物質を除去するための本発明の方法は、極めてエネルギー効率がよく、操作上簡単な方法である。操作の仕方のために、ここでストリッピング塔として言及する塔は、ストリッピング及び精留の両方の機能を果たす。本方法は、全ガス流の０．１〜２０モル％、好ましくは０．５〜約１０モル％、一層好ましくは約１．７５〜約６．０モル％が凝縮され、それによって二相流を形成するようにメタンを主としたガス流を冷却することを含む。最適モル％は、液化を受けるガスの組成及び当業者によって容易に確かめられる他の処理関連因子に依存する。
一つの態様として、希望の液体％が得られる程度まで全供給物流を冷却することにより、希望の二相流が得られる。好ましい態様として、ガス流を、先ず液化温度近くまで冷却し、次に第一流と第二流へ分割する。第一流は付加的冷却及び部分的凝縮を受け、次に第二流と一緒にすることにより、希望の％の液体を含む二相流を生ずる。この後者の方法は、操作及び工程制御がやり易くなるので好ましい。
二相流を次に塔の上方領域へ送り、その流れを塔の下方部分から上昇してきた蒸気流と接触させ、それによって還流する流れとしての機能を果たす重質物に富む液体流と、塔から生成する重質物枯渇蒸気流を生成させる。ここで用いる「重質物（heavies）」とは、エタンよりも大きな分子量を有する主に有機の化合物を指す。塔は、前に述べたように還流生成のための凝縮器を用いておらず、更に蒸気生成のためのリボイラーも用いていない点で独特のものである。
前に述べたように、メタンに富むストリッピングガス流を塔へ供給する。この流れは、冷却を受けるメタンを主としたガス流が或る程度の冷却及び液体の除去を受けた上流位置からきたものであるのが好ましい。このガス流を、塔の基底部へ導入する前に、塔の底から生じた液体生成物との間接接触、好ましくは向流式に接触させることにより冷却し、それにより暖められた重質物に富む流れと冷却されたメタンに富むストリッピングガス流を生ずる。メタンに富むストリッピングガスは、冷却により部分的凝縮を受けてもよく、得られる冷却されたメタンに富むストリッピングガスを含む二相を、直接塔へ送ってもよい。
実質的量のＣ3+成分を含むリボイラーから生じた蒸気の代わりに少量のＣ3+成分を含む冷却されたメタンに富むストリッピングガスを用いることにより、成分の分離が悪くなる結果になる臨界的状態に近づく塔中の流体に伴われる問題を著しく低減する。この因子は、約５５０〜約６７５ｐｓｉａの一層好ましい圧力範囲で操作した場合に特に重要になる。メタンの臨界温度及び圧力は−１１６．４°Ｆ及び６７３．３ｐｓｉａである。プロパンの臨界温度及び圧力は２０６．２°Ｆ及び６１７．４ｐｓｉａであり、ｎ−ブタンの臨界温度及び圧力は３０５．７°Ｆ及び５５１．２５である。かなりの量のＣ3+成分が存在すると、（１）臨界圧を低下し、それにより工程の好ましい操作圧力に近づき、（２）臨界温度を上昇させることになる。その結果、気・液接触による成分の分離を一層困難にする効果が生ずる。リボイラーからの蒸気に対し、冷却されたメタンに富むストリッピングガスを使用した場合を区別する第二の因子は、それらの各流れと、最終段階からの液体流出物との温度差である。冷却されたメタンに富むストリッピングガスがリボイラーからの同様な蒸気よりも暖かいのが好ましいので、この好ましい流れは、一層軽い成分の液相をストリップするのに一層大きな能力を有する。塔からの流出液体と、塔への流出ストリッピングガスとの温度差は、好ましくは２０°Ｆ〜１１０°Ｆ、一層好ましくは４０°Ｆ〜９０°Ｆ、最も好ましくは約６０°Ｆ〜約８０°Ｆである。
塔中の理論的トレイ（tray）数は、塔への導入蒸気流の組成、温度及び流量、及び塔の上方領域へ送られる二相流の組成、温度、流量及び液体対蒸気比に依存する。そのような決定は、当業者の能力内で容易である。トレイの理論的数は、種々の型の塔パッキング〔ポールリング（pall ring）、サドル（saddle）等〕、又は塔の中に位置する個別の接触段階（例えば、トレイ）によって与えることができる。一般に２〜１５の理論的段階が必要であり、一層好ましくは３〜１０、更に一層好ましくは４〜８、最も好ましくは約５の理論的段階が必要である。塔の直径が６ｆｔより大きい場合、トレイが一般に好ましい。
カスケード式液化方法の好ましい開放サイクルの態様
第１図及び第２図に記載した流れの図式及び装置は、開放サイクルカスケード式液化方法の好ましい態様であり、例示のために記載されている。その好ましい態様から窒素除去系はわざと除いてある。なぜなら、そのような系は供給ガスの窒素含有量に依存するからである。しかし、窒素除去法についての前の説明で述べたように、この好ましい態様に適用できる方法論は、当業者には容易に利用できるであろう。第３図及び第４図に例示の目的で一層詳細に本発明の冷却塔が与えられており、特に冷却塔へ送られるストリッピングガスを冷却及びその温度を制御する方法が与えられている。当業者は第１図〜第４図は単なる図式であり、従って操作を成功させるために商業的プラントで必要になる装置の多くの部品は明瞭にするため省略されていることも認めるであろう。そのような部品には、例えば圧縮機制御部、流量及びレベル測定器、及びそれに対応する制御器、付加的温度及び圧力制御部、ポンプ、モーター、フィルター、付加的熱交換器、弁等が含まれる。これらの部品は標準的工学的実施に従って配置される。
第１図、第２図、第３図及び第４図を理解し易くするため、１〜９９の番号を付けた部品は、一般に液化方法に直接伴われる処理容器及び装置に対応する。１００〜１９９の番号を付けた部品は、主要部分としてメタンを含む流れのライン又は導管に相当する。２００〜２９９の番号を付けた部分は、冷却剤エチレン又は場合によりエタンを含む流れのライン又は導管に相当する。３００〜３９９の番号を付けた部分は、冷却剤プロパンを含む流れのライン又は導管に相当する。可能な限り、第１図で用いた番号の系を、第２図、第３図及び第４図で用いてある。更に、続く番号の系は、第１図では例示されていない付加的部材のために追加してある。４００〜４９９の番号を付けた部品は、付加的流れのライン又は導管に相当する。５００〜５９９の番号を付けた部品は、容器、塔、熱交換手段及び工程制御弁を含めたバルブのような付加的処理装置に相当する。６００〜７９９の番号を付けた部品は、一般に制御弁を除いた工程制御系に関し、特にセンサー、変換器、制御器、及び設定値入力部が含まれる。
殆ど全ての制御系では、電気的、空圧又は水圧信号（hydraulic signal）のある組合せを用いている。しかし、使用されている方法及び装置と両立するどのような型の信号伝達方法でもそれを使用することは本発明の範囲内に入る。第１図〜第４図に描いた本発明に関し、信号線として指定したラインは、図中点線で示してある。これらの線は電気的又は空圧信号線であるのが好ましい。一般にどのような変換器から与えられた信号でも電気的形態になっている。しかし、流れセンサーから与えられた信号は、一般に空圧形態をしている。これらの信号の伝達は簡単化のため例示されているとは限らない。なぜなら、水圧形式で流れが測定され、流れ変換器によって電気的形態に変換されるようになっているならば、それは電気的形態に変換しなければならないことは当業者によく知られているからである。
第１図に関し、ガス状プロパンを、ガスタービン駆動機（図示されていない）により駆動される多段階圧縮機１８で圧縮する。一つのユニット中に三つの圧縮段階が存在するのが好ましいが、各圧縮段階が別々のユニットになっていて、それらユニットが機械的に単一の駆動機によって駆動されるように接続されていてもよい。圧縮により、その圧縮されたプロパンを導管３００を通って冷却器２０へ送り、そこで液化する。フラッシュする前の液化プロパン冷却剤の代表的圧力及び温度は、約１００°Ｆ及び約１９０ｐｓｉａである。第１図には例示されていないが、液化プロパンから残留軽質成分を除去するために、冷却器２０の下流で、膨張弁１２として例示した圧力低下手段より上流に分離容器を配置するのが好ましい。そのような容器は単一段階の気・液分離器からなっていてもよく、或は一層複雑で、蓄積領域、凝縮領域、及び吸収領域からなっていてもよく、後者の二つは連続的に操作されるか又は周期的にオンラインへ送られ、プロパンから残留軽質成分を除去するようにしてもよい。この容器からの流れ、又はこの場合がそうであるように、冷却器２０からの流れを導管３０２を通って、膨張弁１２として例示した圧力低下手段へ送り、そこで液化プロパンの圧力を低下し、それによりその一部分を蒸発又はフラッシュさせる。得られた二相生成物は、次に導管３０４を通って高段階プロパン冷却器２へ流れ、そこで導管１５２を通って導入されたガス状メタン冷却剤、導管１００を通って導入された天然ガス供給物、及び導管２０２を通って導入されたガス状エチレン冷却剤が、夫々間接熱交換手段４、６及び８により冷却され、それにより夫々導管１５４、１０２及び２０４を通って生ずる冷却されたガス流を生成する。導管１５４中のガスは、次のパラグラフで詳細に説明する主メタンエコノマイザー７４へ送り、そこで熱交換手段９８によってその流れを冷却する。導管１５８を通って生ずる得られた冷却圧縮メタン再循環流を、次に重質物除去塔６０からの導管１２０中の重質物枯渇蒸気流と一緒にし、メタン凝縮器６８へ送る。
冷却器２からのプロパンガスを、導管３０６を通って圧縮機１８へ戻す。このガスを圧縮機１８の高段階（high stage）入口へ送る。残りの液体プロパンを導管３０８を通って送り、膨張弁１４として例示した圧力低下手段に通すことにより、圧力を更に低下し、それによって液化プロパンの更に別の部分をフラッシュする。得られた二相流を、次に冷却器２２へ導管３１０を通って送り、それによって冷却器２２のための冷却剤を与える。冷却器２からの冷却された供給ガス流は導管１０２を通ってノックアウト（knock-out）容器１０へ流れ、そこで気相と液相が分離する。Ｃ3+成分に富む液相を導管１０３によって除去する。気相を導管１０４によって取り出し、次に二つの流れへ分割し、それらを導管１０６及び１０８によって運ぶ。導管１０６中の流れはプロパン冷却器２２へ送る。導管１０８中の流れは熱交換器６２への供給物になり、最終的に重質物除去塔６０へのストリッピングガスになる。冷却器２からのエチレン冷却剤は導管２０４により冷却器２２へ導入する。冷却器２２では、メタンに富む流れとしてもここで言及する供給ガス流及びエチレン冷却剤流を、夫々間接熱交換移動手段２４及び２６により冷却し、それによって導管１１０及び２０６を通る冷却されたメタンに富む流れ及びエチレン冷却剤流を生ずる。このようにしてプロパン冷却剤の蒸発した部分を分離し、導管３１１を通って圧縮機１８の中間段階入口へ送る。冷却器２２からの液体プロパン冷却剤は導管３１４により取り出し、膨張弁１６として例示した圧力低下手段を通ってフラッシュし、次に導管３１６を通って第三段階冷却器２８へ送る。
第１図に例示したように、メタンに富む流れは、中間段階プロパン例示器２２から導管１１０を通り低段階（low-stage）プロパン冷却器／凝縮器２８へ流れる。この冷却器でその流れは間接熱交換手段３０により冷却される。同様なやり方で、エチレン冷却剤流は中間段階プロパン冷却器２２から低段階プロパン冷却器／凝縮器２８へ導管２０６を通って流れる。後者では、エチレン冷却剤が間接熱交換手段３２により完全に凝縮するか、又はその殆ど全体に亙って凝縮する。低段階プロパン冷却器／凝縮器２８から気化したプロパンを取り出し、導管３２０を通って圧縮機１８の低段階入口へ戻す。第１図は導管１１０及び２０６によって与えられた流れの冷却が同じ容器で起きることを例示しているが、流れ１１０の冷却及び流れ２０６の冷却及び凝縮は、夫々別の処理容器（例えば、夫々別の冷却器及び別の凝縮器）で行われてもよい。同様なやり方で、複数の流れが共通の容器（例えば、冷却器）中で冷却された、前の冷却工程を、別々の容器で行なってもよい。前者の構成は好ましい態様である。なぜなら、複数の容器のコスト及び必要なプラントの場所が少なくてよいからである。
第１図に例示したように、低段階プロパン冷却器を出るメタンに富む流れを、導管１１２を通り高段階エチレン冷却器４２へ導入する。エチレン冷却剤は導管２０８を通って低段階プロパン冷却器２８を出、好ましくは分離容器３７へ送り、そこで軽質成分を導管２０９を通って取り出し、凝縮したエチレンを導管２１０により取り出す。分離容器は、液化プロパン冷却剤から軽質成分を除去することについて前に説明した容器と同様なものであり、１段階気・液分離器でもよく、或は系からの軽質成分の除去で一層大きな選択性を与える多段階操作でもよい。本方法のこの位置でのエチレン冷却剤は、一般に約−２４°Ｆの温度及び約２８５ｐｓｉａの圧力にある。導管２１０を通るエチレン冷却剤は、次にエチレンエコノマイザー３４へ流れ、そこで間接熱交換手段３８によって冷却され、導管２１１によって取り出し、膨張弁４０として例示した圧力低下手段へ送り、そこで冷却剤を予め選択された温度及び圧力へフラッシュし、導管２１２を通り高段階エチレン冷却器４２へ送る。この冷却器から導管２１４により蒸気を取り出し、エチレンエコノマイザー３４へ送り、そこでその蒸気は間接熱交換手段４６により冷却剤としての機能を果たす。次にエチレン蒸気をエチレンエコノマイザーから導管２１６により取り出し、エチレン圧縮機４８への高段階入口へ供給する。高段階エチレン冷却器４２で気化しなかったエチレン冷却剤は導管２１８により取り出し、エチレンエコノマイザー３４へ戻し、間接熱交換手段５０により更に冷却し、エチレンエコノマイザーから導管２２０により取り出し、膨張弁５２として例示した圧力低下手段でフラッシュし、それにより得られた二相生成物を導管２２２を通り低段階エチレン冷却器５４へ導入する。
高段階エチレン冷却器４２から導管１１６によりメタンに富む流れを取り出す。この流れを、次に低段階エチレン冷却器５４中の間接熱交換手段５６により与えられた冷却により一部凝縮し、それにより二相流を生成させ、それを導管１１８を通ってベンゼン／芳香族／重質物除去塔６０へ流す。前に述べたように、導管１０４中のメタンに富む流れを分割し、導管１０６及び１０８を通って流す。ここでメタンに富むストリッピングガスとして言及する導管１０８の内容物を、先ず熱交換器６２へ送り、そこでこの流れを間接熱交換手段６６により冷却し、それにより冷却されたメタンに富むストリッピングガス流とし、それを次に導管１０９によりベンゼン／重質物除去塔６０へ流す。かなりの濃度のベンゼン、他の芳香族及び（又は）重質炭化水素成分を含む液体を、ベンゼン／重質物除去塔６０から導管１１４により取り出し、好ましくは圧力低下手段９７としての機能も果たすことができる流れ制御手段、好ましくは制御弁によりフラッシュし、導管１１７により熱交換器６２へ輸送する。好ましくは流れ制御手段９７によってフラッシュした流れは、メタン圧縮機への高段階入口での圧力とほぼ同じか又はそれより大きい圧力へフラッシュする。フラッシュは前記流れへ一層大きな冷却能力を賦与する。熱交換器６２では、導管１１７により送られた流れは間接熱交換手段６４により冷却能力を与え、前記熱交換器を導管１１９を通って出る。ベンゼン／芳香族／重質物除去塔６０では、導管１１８を通って導入された二相流を導管１０９を通って導入された冷却されたメタンに富むストリッピングガス流と向流状に接触させ、それにより導管１２０を通るベンゼン／重質物が枯渇したメタンに富む蒸気流と、導管１１７を通るベンゼン／重質物に富む液体流を生ずる。
導管１１９中の流れはベンゼン、他の芳香族及び（又は）他の重質炭化水素成分に富む。この流れを後で液体及び蒸気部分へ分離するか、又は好ましくは容器６７でフラッシュするか又は精留する。夫々の場合で、ベンゼン、他の芳香族及び（又は）重質炭化水素成分に富む液体流が導管１２３を通って生じ、第二のメタンに富む蒸気流が導管１２１を通って生ずる。第１図に例示した好ましい態様として、導管１２１中の流れは導管１２８を通って送られた第二流と後で一緒にし、その一緒にした流れを導管１４０を通ってメタン圧縮機８３の高圧入口へ送る。
前に述べたように、導管１５４中のガスを主メタンエコノマイザー７４へ送り、そこでその流れを間接熱交換手段９８により冷却する。導管１５８中の得られた冷却圧縮メタン再循環又は冷却剤流を、好ましい態様として、導管１２０を通って送られた重質除去塔６０からの重質物枯渇蒸気流と一緒にし、低段階エチレン凝縮器６８へ送る。低段階エチレン凝縮器では、この流れを、導管２２６を通って低段階エチレン凝縮器６８へ送った低段階エチレン冷却器５４からの液体流出物を用いた間接熱交換手段７０により冷却し、凝縮する。低段階凝縮器からの凝縮したメタンに富む生成物を導管１２２を通って生成させる。導管２２４を通って取り出された低段階エチレン冷却器５４からの蒸気及び導管２２８を通って取り出された低段階エチレン凝縮器６８からの蒸気を一緒にし、導管２３０を通ってエチレンエコノマイザー３４へ送り、そこでそれら蒸気は間接熱交換手段５８により冷却剤として働く。その流れを、次に導管２３２を通りエチレンエコノマイザー３４からエチレン圧縮機４８の低段階側へ送る。
第１図から分かるように、低段階側を通って導入された蒸気からの圧縮機流出物を、導管２３４により取り出し、内部段階冷却器７１により冷却し、導管２３６を通って圧縮機４８へ戻し、導管２１６中に存在する高段階流と一緒に注入する。それら２段階は単一のモジュールになっているのが好ましいが、それらの各々は別々のモジュールになっていて、それらモジュールを機械的に共通の駆動機へ連結していてもよい。圧縮機からの圧縮されたエチレン生成物を、導管２００により下流冷却器７２へ送る。その冷却器からの生成物を導管２０２を通って流し、前に説明したように、高段階プロパン冷却器２へ導入する。
導管１２２中の液化流は、一般に約−１２５°Ｆの温度及び約６００ｐｓｉａの圧力になっている。この流れを導管１２２を経て主メタンエコノマイザー７４を通って送り、そこでその流れを後で説明するように、間接熱交換手段７６により更に冷却する。主メタンエコノマイザー７４からの液化ガスを、導管１２４を通過させ、その圧力を膨張弁７８として例示した圧力低下手段により低下し、それは勿論ガス流の一部分を蒸発又はフラッシュする。フラッシュした流れを、次にメタン高段階フラッシュドラム８０へ送り、そこで導管１２６を通って排出される気相と、導管１３０を通って排出される液相に分離する。次にその気相を導管１２６を通り主メタンエコノマイザーへ移し、そこで蒸気が間接熱移動手段８２により冷却剤として働く。蒸気は主メタンエコノマイザーを導管１２８を通って出、そこで導管１２１により送られたガス流と一緒になる。これらの流れを、次に圧縮機８３の高圧入口へ送る。
導管１３０中の液相は第二メタンエコノマイザー８７を通して送り、そこで液体が間接熱交換手段８８により下流フラッシュ蒸気により更に冷却される。冷却された液体は導管１３２を経て第二メタンエコノマイザー８７を出、膨張弁９１として例示した圧力低下手段により膨張又はフラッシュし、圧力を更に低下し、同時にその第二部分を気化する。このフラッシュ流を、次に中間段階メタンフラッシュドラム９２へ送り、そこでその流れを導管１３６を通る気相と、導管１３４を通る液相へ分離する。気相は導管１３６を通って第二メタンエコノマイザー８７へ流れ、そこで蒸気は、導管１３０を経て８７へ導入された液体を間接熱交換手段８９により冷却する。導管１３８は第二メタンエコノマイザー８７中の間接熱交換手段８９と、主メタンエコノマイザー７４中の間接熱移動手段９５との間を流れる導管として働く。この蒸気は、メタン圧縮機８３の中間段階入口に接続された導管１４０により主メタンエコノマイザー７４を出る。
導管１３４を経て中間段階フラッシュドラム９２を出る液相は、更に膨張弁９３として例示した圧力低下手段に通すことにより更に圧力を低下する。この場合も液化ガスの第三部分が気化又はフラッシュする。膨張弁９３からの流体を最終的又は低段階フラッシュドラム９４へ送る。フラッシュドラム９４では蒸気相を分離し、導管１４４を通って第二メタンエコノマイザー８７へ送り、そこでその蒸気は間接熱交換手段９０により冷却剤として働き、導管１４６により第二メタンエコノマイザーを出、その導管は第一メタンエコノマイザー７４へ接続されており、そこでその蒸気は間接熱交換手段９６により冷却剤として働き、最終的に導管１４８により第一メタンエコノマイザーを出、その導管は圧縮機８３の低圧入口に接続されている。
ほぼ大気圧になっているフラッシュドラム９４からの液化天然ガス生成物を、導管１４２を通り貯蔵ユニットへ送る。低圧低温ＬＮＧは貯蔵ユニットから蒸気流を沸騰発生し、場合によりＬＮＧ出荷装置に伴う流出ラインの冷却から戻された蒸気を、導管１４４、１４６、又は１４８中に存在する低圧フラッシュ蒸気とそのような流れ（単数又は複数）と一緒にすることにより回収するのが好ましい。それら導管の選択は、蒸気流温度に出来るだけ近く一致させる希望に基づいて行われる。
第１図に示したように、圧縮機８３の高、中間、及び低段階は単一のユニットとして一緒にするのが好ましい。しかし、各段階は別々なユニットとして存在し、それらユニットを単一の駆動機により駆動されるように機械的に一緒に結合させてもよい。低段階領域からの圧縮ガスを内部段階冷却器８５に通し、圧縮の第二段階前に、導管１４０中の中間圧力ガスと一緒にする。圧縮機８３の中間段階からの圧縮ガスを、内部段階冷却器８４に通し、圧縮の第三段階前に、導管１４０中の高圧ガスと一緒にする。圧縮ガスを導管１５０を通って高段階メタン圧縮機から排出し、冷却器８６中で冷却し、前に述べたように、導管１５２により高圧プロパン冷却器へ送る。
第１図は、膨張弁を用いた液化相の膨張を描いており、後で冷却器又は凝縮器中でガス部分と液体部分の分離を行う。この簡単な方式は有効であり、或る場合に用いられているが、別の装置で部分的蒸発及び分離工程を行うのが屡々一層効率的で効果的であり、例えば、膨張弁と別のフラッシュドラムとを、分離した蒸気又は液体をプロパン冷却器へ流す前に用いてもよい。同様なやり方で、膨張を受ける或る工程流は、圧力低下手段の一部分として水圧膨張器を用いるための理想的な候補であり、それによって仕事エネルギーの抽出を可能にし、二相温度を一層低くすることもできる。
本方法で用いられる圧縮機／駆動機ユニットに関し、第１図にはプロパン、エチレン及び開放サイクルメタン圧縮段階のための個々の圧縮機／駆動機ユニット〔即ち、単一の圧縮トレイン（train））〕が描かれている。しかし、どのようなカスケード式方法に対しても好ましい態様として、図示した単一の圧縮機／駆動機ユニットの代わりに二つ以上の圧縮機／駆動機組合せ体を平列に具えた複数の圧縮トレインを用いることによりその方法の信頼性を著しく向上させることができる。圧縮機／駆動機ユニットが入手できない場合でも、本方法は依然として低下した容量で操作することができる。
本発明の除去方法及び装置の好ましい態様
ベンゼン、他の芳香族及び（又は）重質炭化水素成分除去方法及び付随する装置の好ましい態様が第２図に与えられている。前に述べたように、導管１１８を通ってベンゼン／芳香族／重質物除去塔６０へ供給された二相流は、エチレン冷却器５４中の熱交換手段５６により与えられた冷却により導管１１６中の流れの冷却及び部分的凝縮から得られたものである。一つの態様として、導管１１６中の流れの全てを冷却する。第２図に例示した好ましい態様では、導管１１６中の流れの一部分を冷却及び部分的に凝縮することにより二相流が得られ、この部分を次に導管１１６を通って来た流れの残りの部分と一緒にする。
第２図に関し、導管１１６を通って送られた流れを、導管４５０を流れる第一流と、導管４５２を流れる第二流に分ける。導管５３２中の流れは、任意的弁５３２、好ましくは手動制御弁を通って導管４５４へ流し、その導管は第一流をエチレン冷却器５４へ送り、そこでその流れは間接熱交換手段５６により少なくとも部分的凝縮を受け、導管４５８を通って前記手段を出る。導管４５２中の第二流は、弁５３０、好ましくは制御弁を通って導管４５６中へ流れ、そこで導管４５８を通って送られた第一流と一緒になる。一緒にした流れは今度は二相流であり、導管１１８を通って塔６０へ送る。操作上の観点から、導管１１８の長さは、平衡状態に達するように二つの流れの適切な混合を確実に与えるのに充分な長さであるべきである。導管１１８中の二相流の液体の量は、それらの流れを希望の温度に維持することにより制御するのが好ましい。これは次のやり方で達成される。導管１１８中に位置する熱電対のような感知装置と組合せた温度変換装置６８８が、温度制御器６８２へ入力信号６８６を与える。オペレーター又はコンピューターアルゴリズムにより制御器へ設定温度信号６８４も与える。制御器６８２は、二つの入力の差に呼応し、信号６８０を流れ制御弁５３０へ伝達し、その弁は、冷却器５４中の熱交換手段５６によって冷却を受けない導管１１６によって送られた流れの部分を流す導管中に位置する。伝達された信号６８０は、導管１１８中に希望の温度を得るのに必要な流量を維持するために必要な制御弁５３０の位置を表すように尺度が付けられている。
ベンゼン、他の芳香族及び（又は）重質炭化水素成分を除去する処理工程へのこれらの供給物流は、塔６０の上方領域へ導管１１８によって送られたエチレン冷却器５４からの二相工程流及び導管１０８を通って送られたメタン富むストリッピングガスである。第１図ではプロパン冷却の第一段階からの供給ガス流から来るものとして描かれているが、この流れは本方法内のどの位置から来たものでもよく、或は外部のメタンに富む流れでもよい。第２図に例示したように、メタンに富むストリッピングガスの少なくとも一部分が、塔６０の基底部に入る前に、間接熱交換手段６２により熱交換器６２で冷却を受ける。本発明の処理工程からの流出物流は、導管１２０を通って生ずる塔６０からの重質物枯渇ガス流及び導管１１９を通って生ずる暖かい重質物に富む流れである。第２図に例示したように、重質物に富む流れが塔６０から生じ、間接熱交換手段６６を経て、熱交換器６２で暖められる。このようにして導管１１４を通って生ずる塔流出物は、導管１０９によって塔へ供給されたストリッピングガスを冷却する。
塔６０中の理論的段階数は塔への供給物流の組成に依存する。一般に、２〜１５の理論的段階が必要になるであろう。好ましい段階数は３〜１０であり、一層好ましくは４〜８、操作上及びコストの観点から、最も好ましい数は約５である。理論的段階は、パッキング、板／トレイ、又はそれらの組合せによって構成することができる。一般に約６ｆｔより小さな直径の塔ではパッキングが好ましく、約６ｆｔより大きな直径の塔では板／トレイが好ましい。第２図に例示したように、導管１１８中の二相流が供給される塔の上方領域が、気・液分離を促進するように設計されている。塔の頂部は、蒸気流からそれに含まれる液体を除去するか、又は霧を除去するための手段を有するのが好ましい。この手段は、導管１１８の入口の点と導管１２０の出口の点との間に位置すべきである。
第２図に例示したように、導管１１４を通って生じた重質物に富む液体流は、制御弁９７及び導管１１７を通って熱交換器６２へ流れ、そこでその流れは間接熱移動手段６４による冷却を与え、熱交換器６２から導管１１９を通り暖められた重質物に富む流れとして生ずる。下流工程の操作圧力により、この流れの冷却能力は、制御弁９７を通って流れた時、一層低い圧力へフラッシュすることにより増大することができる。導管１１９を通って生じたこの工程流は直接用いるか、又は軽い成分の除去のために後の処理を受けてもよい。第２図に例示した好ましい態様では、その流れは脱メタン塔６７へ送る。
塔６０からの重質物に富む液体の流量は、当業者に容易に入手できる種々の方法により制御することができる。第２図に例示した制御装置は好ましい装置であり、レベル制御装置６００、感知装置、及び前記レベル制御装置へ接続された信号変換器からなり、塔６０の下方領域中に操作上位置している。制御器６００は塔６０中に希望のレベルを維持するのに必要な導管１１４中の流量の特徴を示すか、又は実際のレベルが予め定められたレベルを越えたことを示す出力信号６０２を確定する。導管１１４中に操作上位置している流れ測定装置及び変換器６０４は、導管１１４中の流体の実際の流量の特徴を示す出力信号６０６を確定する。流れ測定装置は、二相流を感知しないように、制御弁の上流に位置しているのが好ましい。信号６０２は、流れ制御器６０８への設定点信号として与えられる。信号６０２及び６０８は、流れ制御器６０８中で夫々比較され、制御器６０８が信号６０２と６０６との差に呼応した出力信号６１４を確定する。信号６１４は制御弁９７に与えられ、弁９７は信号６１４に呼応して操作される。塔６０中の希望のレベルを表す設定点信号（図示されていない）は、オペレーターによりレベル制御器６００へ手動で入力してもよく、別法として、制御アルゴリズムによりコンピューター制御してもよい。操作条件により、制御が液体レベル又は流量に基づいているかどうかを決定するために、オペレーター又は計算機論理を用いる。信号６０６及び選択した設定点信号の変動する流量入力に呼応して、制御器６０８は、夫々の入力と設定点信号との間の差に呼応した出力信号６１４を与える。この信号は、事情により、流体流量を希望の流量に実質的に等しく維持するか、又は事情により、希望の液体レベルに実質的に等しい液体レベルを維持するのに必要な制御弁９７の位置を表すように尺度が付けられている。
熱交換器６２では、メタンに富むストリッピングガス流を冷却する重質物に富む流れを、導管１１７を通り熱交換器へ送る。重質物に富む流れは、間接熱交換手段６６を通り、熱交換器から導管１１９を通って生ずる。メタンに富むストリッピングガスが、塔へ入る前に重質物含有流によって冷却される程度は、当業者に容易に入手できる種々の方法により調節することができる。一つの態様として、全メタンに富むストリッピングガス流を熱交換器へ送り、その冷却度は、熱移動に利用できる重質物に富む液体流の量、熱移動に利用できる熱伝導表面積及び（又は）事情により加熱又は冷却を受ける流体の残留時間のような因子によって制御される。好ましい態様として、導管１０８を通って送られたメタンに富むストリッピングガス流は、制御弁５００を通って導管４００中へ流れ、そこでその流れは分割され、導管４０２及び４０３を通って移動する。導管４０３を通って流れる流れは、最終的には熱交換器６２中の間接熱移動手段６４を通って流れる。導管４０２及び４０３中の流体の相対的流量を操作するための手段が、導管４０２又は４０３、又はその両方に配備されている。第２図に例示した手段は、５０２及び５０４で示した簡単な手動制御弁であり、それらは夫々導管４０４及び４０７に取付けてある。しかし、制御弁で、その位置が制御器によって操作され、そのための制御器への入力が、重質物含有流について上で説明したもののように、導管中の流れを表す信号及び設定点からなる制御弁を、手動制御弁の一方又は両方の代わりに置き換えてもよい。どちらの場合でも、熱交換器６２への導管１１７及び４０４中の流れの温度近接差が、熱交換器の損傷が起きるかもしれない５０°Ｆを越えないように、それらの弁を操作する。冷却された流体は、導管４０５を通って間接熱移動手段６４を出、導管４０７を通って送られた冷却されていないメタンに富むストリッピングガスと接合点で一緒にし、それにより冷却されたメタンに富むストリッピングガス流を形成し、それを導管１０９を通って塔へ送る。
有孔板（図示されていない）のような流れ感知装置と組合せて、導管中の流体の実際の流量を特徴付ける出力信号６１８を確定する流れ変換装置６１６を、操作上導管１０９中に配置する。流れ制御器６２０への工程変動入力として信号６１８を与える。信号６２２により表された流量についての設定点値も、手動或はコンピューター出力によって与えられる。その時、流れ制御器は、各入力と設定点信号との差に呼応した出力信号６２４を与え、それは導管１０９中に希望の流量を維持するのに必要な制御弁の位置を表すように尺度が付けられている。
別の態様として、導管４０２及び４０３を通る流体の相対的流量は、温度感知装置及び、もし必要ならば、導管１０９中の前記装置に接続された変換器により、得られる出力及び温度設定点を流れ制御器への入力として用いることにより制御することができ、その制御器は、二つの信号の差に呼応して、導管１０９中に希望の流量を維持するのに必要な制御弁位置を表すように尺度が付けられた出力信号を発生する。そのような制御弁は、手動弁５０２及び（又は）５０４の代わりに置き換えることができる。
第３図に描いた更に別の態様では、塔６０へのストリッピングガスの温度は、次のやり方で調節する。導管１１７中に操作上位置する熱電対のような測定装置と組合せた温度変換器７０４は、導管１１７中を流れる液体の実際の温度を表す出力信号７０８を与える。信号７０８は比計算器７００への第一入力として与えられる。比計算器７００には、導管１０９へ流れる流体の温度を表す第二温度信号７０６も与えられる。信号７０６は温度変換器７０２で発生し、その出力信号７０６は、導管１０９中に操作上位置する熱電対のような感知部材に呼応している。信号７０６及び７０８に呼応して、比計算器７００は、信号７０６と７０８の比を表す出力信号７１０を与える。信号７１０は、比制御器７１２への入力として与えられている。比制御器７１２には、導管１０９及び１１４中を流れる流体についての希望の温度比を表す設定点信号７１４も与えられる。信号７１０及び７１４に呼応して、比制御器７１２は、信号７１０と７１４との差に呼応した出力信号７１６を与える。信号７１６は、操作上バイパス導管７１８中に位置する制御弁５３４の、設定点信号７１４により表される希望の比率を維持するのに必要な位置を表すように尺度が付けられている。制御弁５３４は、信号７１６に呼応して操作する。
前の図面に示した部材について同様な参照番号を用いた第４図に描いた最も好ましい制御方法に従い、塔６０の自動的始動は、高選択器（high selector）７２８により促進される。温度制御器７２２の設定点７２４は、塔６０中の液体と両立できる温度に設定するのが望ましいことに注意する。しかし、始動時、導管１０９中の温度は周囲温度か又はそれに近い温度になっている。従って、信号７２６を直接弁５３６を操作するように接続することは、弁５３６を閉じさせ、始動中、暖かい乾燥ガスを低温分離塔６０へ流れなくする。この問題は、下で記述するように、弁５３６を操作するように一時的に信号７４２を選択することにより解決する。
信号７０６及び７２４に呼応して、温度制御器７２２は信号７０６と７２４との間の差に呼応した出力信号７２６を与える。信号７２６は、操作上導管１０８中に位置する制御弁５３６の位置を表すように尺度が付けられており、その位置は、導管１０９中の流体の実際の温度を信号７２４により表される希望の温度に実質的に等しく維持するのに必要である。しかし、前に述べたように、設定点信号７２４のための希望の値は塔の始動を起こすものではない。従って、信号７２６は信号選択器７２８へ与えられる。信号選択器７２８には、制御信号７４２も与えられ、その信号は、信号７３６と７４０との差に呼応し、導管１１９中の流体の温度を信号７４０により表される希望の温度に実質的に等しく維持するのに必要な制御弁５３６の位置を表すように尺度が付けられている。塔の始動時には、導管１１９中の流体の実際の温度は、信号７４０により表される希望の温度より低くなる。従って、弁５３６へ信号７４２を接続することにより、弁５３６を開くようにし、信号７０６により表される温度を低下する。高選択器７２８は、制御信号７２６と７４２のどちらが弁５３６を操作するかを決定する。
始動はこのように進行する。供給ガスを、低温分離塔６０の頂部の上方領域中に導入する。供給ガスの温度が除去すべき不純物の凝縮温度まで低下する場合、液体が塔６０中のレベルを形成し始める。レベル制御器６００はそのレベルを感知し、その出力が信号６１４に呼応して弁９７を開く。次に低温液体が熱交換器６２へ送られ、導管１０８及び弁５３６を通る暖かい乾燥ガス流と熱交換する。弁５３６は最初設定点温度の信号７４２によって開く。乾燥ガスの流れが開始された後、温度変換器７０２は、高選択器７２８により選択された信号７２６で得られる急激に低くなった温度を感知する。始動制御器は、円滑で安定な始動を与えるようにオペレーターを助け、必要な人間の注意力が少なくてもすむようにする。
熱交換器６２からの暖かい重質物に富む液体流を、導管１１９を通って精留領域及びストリッピング領域の両方を有する脱メタン塔６７へ送る。精留及びストリッピング領域は、個別の段階（例えば、トレイ、板）を持っていくもよく、又は塔パッキング（例えば、サドル、棚リング、織ったワイヤー）による連続的物質移動を与えるものでもよく、或はそれらの組合せでもよい。一般に約６ｆｔより小さな直径を有する塔に対してはパッキングが好ましく、約６ｆｔより大きな直径を有する塔に対しては個別な段階が好ましい。精留領域及びストリッピング領域の両方の理論的段階数は、最終生成物の希望の組成及び供給物流の組成に依存する。ストリッピング又はそれより下方の領域は、好ましくは４〜２０の理論的段階、一層好ましくは８〜１２の理論的段階、最も好ましくは約１０の理論的段階を有する。同様なやり方で、塔の上方又は精留領域は、好ましくは４〜２０の理論的段階、一層好ましくは８〜１３の理論的段階、最も好ましくは約１０の理論的段階を有する。
慣用的リボイラー５２４がストリッピング蒸気を与えるために底部に配備されている。第２図に与えた好ましい態様では、脱メタン塔中の最も低い段階からの液体を導管４２８を通ってリボイラーへ与え、そこでその流体を間接熱移動手段５２５によって加熱し、加熱用媒体は導管４４０を通って送り、導管４４２を通って戻し、その導管は流れ制御弁５２６へ接続されており、その弁は今度は導管４４４に接続されている。リボイラーからの蒸気を導管４３０を通って脱メタン塔へ戻し、液体を導管４３２によりリボイラーから取り出す。導管４３２中の前記流れを、場合により、任意的導管４３４を通って脱メタン塔の底部から生じた第二液体流と導管４３６中で一緒にする。事情により、導管４３６及び（又は）４３２を通って脱メタン塔から生じた全液体流は、場合により冷却器５２０を通って流し、導管４３８を通って生ずる。液体流を制御するための手段を、前の導管の一方又は両方中に挿入する。第２図に例示したような一つの態様では、流れ制御手段は、導管４３８と１２３との間に挿入された制御弁５２２からなる。制御弁５２２の位置は、流れ制御器６３２によって操作され、その制御器はレベル制御装置６２６からの設定点入力信号６２８と、信号６３１によって表される導管４３８中の流体の実際の流量との差に呼応する。レベル制御器６２６のための設定点流量６３０は、オペレーター又はコンピューターアルゴリズム入力によって与えることができる。制御器６３２からの出力は信号６３４であり、それは、６７中に希望のレベルを維持するために導管４３８中に希望の流量を維持するのに必要な制御弁５２２の位置を表すように尺度が付けられている。
導管４３０を通り塔６７へ行くストリッピング蒸気の流量を調節するために、種々の制御法を容易に利用することができるが、好ましい方法は、戻る蒸気の温度に基づくものである。導管４３０中に位置する熱電対のような感知装置と組合せた温度変換装置６３６が、温度制御器６４２への入力信号６３８を与える。オペレーター又はコンピューターアルゴリズムにより、設定点温度信号６４０も制御器へ与える。制御器６４２は二つの入力の差に呼応し、信号６４４を流れ制御弁５２６へ伝達し、その弁は、加熱媒体の入った導管、好ましくは導管４４０又は４４４、最も好ましくは例示したように導管４４４中に位置する。伝達された信号６４４は、導管４４０中に希望の温度を得るのに必要な流量を維持するために要求される制御弁５２６の位置を表すように尺度が付けられている。
脱メタン塔の新しい特徴は、還流液体が発生する仕方にある。第２図に例示したように、オーバーヘッド生成物が導管４１０を通って脱メタン塔６７を出、それにより前記流れの少なくとも一部分が、重質物除去塔６０からの重質物に富む液体生成物により冷却される熱交換器６２中の間接熱交換手段５１０を通って流れた時に部分的に凝縮する。好ましい態様として、重質物に富む液体生成物は先ずオーバーヘッド蒸気流の少なくとも一部分の冷却のために用いられ、次にメタンに富むストリッピングガス流の冷却のために用いられる。重質物に富む液体流による冷却から生ずる凝縮した液体は、脱メタン塔６７のための還流源になる。二つの指定した流れの間の熱交換は向流方式で行われるのが好ましい。一つの態様として、全部の流れを、全メタンストリッピングガスの冷却について前に説明したやり方で、熱交換器６２へ流す。第２図に例示した好ましい態様では、導管４１０中のオーバーヘッド蒸気生成物を、導管４１２及び４１４を流れる流れに分割する。導管４１４中の流れは、交換器６２中の間接熱交換手段５１０を通って前記流れを流すことにより熱交換器６２中で冷却し、得られた冷却された流が導管４１８を通って生ずる。導管４１２及び４１４又は４１８中の蒸気流の相対的流量は、流れ制御手段、好ましくは流れ制御弁により制御し、その弁を通ってオーバーヘッド蒸気が、熱交換器を通過することなく流れ、それによって二相流体の制御を回避する。導管４１２中を流れる蒸気は流れ制御手段５１２を通って流れ、そこから導管４１６を通って生ずる。次に導管４１６と４１８を結合し、それによって一緒にした冷却二相流を生じ、それは導管４２０を通って流れる。温度感知装置、好ましくは熱電対と組合せて温度変換装置６４６が導管４２０中に配置されており、導管４２０中を流れる流体の実際の温度を表す信号６４８を温度制御器６５２へ与える。手動又はコンピューターアルゴリズムにより制御器６５２へ希望の温度６５０も入力する。変換装置６４６による入力と設定点６５０の比較に基づき、制御器６５２は、弁５１２へ出力信号６５４を与え、それは設定点温度に近いか又はそれに維持されるような適当なやり方で弁５１２を操作するように尺度が付けられている。導管４２０中に得られた二相流を、次に分離器５１４へ送り、そこから導管４２２を通り、メタンに富む蒸気流及び導管４２４を通る還流液体流を生ずる。別の好ましい態様として、前の方法を用いるが、導管４１４により送られた流れを冷却する前に、導管４１４を通って送られた流れの冷却のために、導管１１７中の重質物に富む流れを最初に用いる。第１図に例示したように、導管１２１中のメタンに富む蒸気流を、後で液化するために開放メタンサイクルに戻すことができる。脱メタン塔及び付随する装置の圧力は、操作上導管４２２中に位置する圧力変換装置６５６に呼応する制御弁５１８を自動的に操作することにより制御する。制御弁を入口側で導管４２２へ接続し、出口側で導管１２１に接続するが、それはメタン圧縮器の低圧入口に直接又は間接に接続されているのが好ましく、感知装置と組合せた圧力変換装置６５６が、導管４２２中の実際の圧力を表す信号６５８を圧力制御器６６０へ与える。圧力制御器６６０には、設定点圧力信号６６２も入力として与える。次に制御器は、圧力感知装置信号６５８と設定点信号６６２の間の差を表す呼応信号６６４を発生する。信号６６４は設定点圧力に近接し、それを維持するのに従い、弁５１８を駆動するようなやり方で尺度が付けられている。一つの態様として、制御器及び制御弁及び、場合により、圧力感知変換器６５６を、一般に逆圧レギュレーターと呼ばれている単一の装置として具体化する。
分離器からの還流は、最終的に脱メタン塔へ流れる。第２図に例示した好ましい態様では、還流は導管４２４を通って分離器５１４を出、ポンプ５１６を通って流れ、次に導管４２５、制御弁５１９、及び導管４２６を通って流れ、そこでその流れは脱メタン塔の上方領域へ導入される。この態様では、還流の流量は、分離器５１４の下方領域に位置する感知装置に呼応したレベル制御装置６６６からの入力により制御される。制御器６６６は、分離器５１４中に希望のレベルを維持するのに必要な導管４２６中の流量を表す信号６６８を発生し、その信号６６８は、導管４２５中の実際の流量を特徴付ける信号６７１も送られている流れ制御器６７０へ設定点入力として与える。次に制御器６７０は制御弁５１９への信号６７４を発生し、それは信号の差を表し、分離器５１４中の液体レベルを調節するように流れ制御弁５１９を通る適当な液体流を与えるように尺度が付けられている。
前に説明した制御器は、比例、比例・積分、又は比例・積分・微分（ＰＩＤ）のような制御の種々のよく知られた方式を用いることができる。第４図に描いた好ましい態様では、コンピューターへ供給される設定点と同様、測定される工程変数に基づく必要な制御信号を計算するために、バックアップ調節を有するデジタルコンピューターが好ましい。外部変数の値を読取り、外部装置へ信号を伝達するためのリアルタイム環境の操作を可能にするどのようなソフトウェアーを有するデジタルコンピューターでも使用するのに適している。第２図、第３図及び第４図に示したＰＩＤ制御器は、比例、比例・積分、又は比例・積分・微分のような種々の制御方式を用いることができる。好ましい態様として、比例・積分方式を用いる。しかし、二つ以上の入力信号を受け、二つの入力信号の比較を表すように尺度の付いた出力信号を生ずる能力を有するどのような制御器でも本発明の範囲に入る。
制御器による出力信号の尺度付けは、制御システム分野でよく知られている。本質的には制御器の出力を、任意の希望の因子又は変数を表すように目盛ることができる。この一例は、希望の温度と実際の温度を制御器により比較する場合である。制御器出力は、希望の温度と実際の温度を等しくするのに必要な「制御」ガスの流量を表す信号であろう。一方同じ出力信号を、希望の温度と実際の温度を等しくするのに必要な圧力を表すように目盛ることができる。もし制御器出力が０〜１０単位の範囲にあるとすると、制御器出力信号は５単位のレベルを有する出力が５０％に相当し、或は特別の流量又は特別の温度に対応するように制御器出力信号を目盛ることができる。それによって発生した種々の信号で方法を特徴付ける因子を測定するのに用いる変換手段は、種々の形式又はフォーマットを取ることができる。例えば、この系の制御部材は、電気的アナログ、デジタル電子的、空圧的、水圧的、機械的、又は同様な型の装置、又はそのような型の装置の組合せを用いて実施することができる。
適当な制御作用を選択するため種々の工程状況で選択的制御経路を用いる。典型的には、或る工程条件の場合に一層高い優先順位を有する二次制御信号によって通常の制御信号を無効にするのが典型的である。例えば、危険な状態を避けることができ、或は自動的始動のような希望の特徴を、二次制御信号を一時的に選択することにより実施することができる。
そのようなフィードバック制御系で用いられる特定のハードウェーアー及び（又は）ソフトウェアーは、処理プラント制御の分野でよく知られている。例えば、ケミカル・エンジニアリングズ・ハンドブック（Chemical Engineering’s Handbook）第５版（McGraw-Hill）第２２−１頁〜第２２−１４７頁参照。
特定の冷却法、材料、装置及び制御器具の品目についてここで言及してきたが、そのような特定の記載は限定するものと考えるべきではなく、本発明に従う最良の態様を記載するための例示として含まれているものであると理解すべきである。
実施例１
この例は、コンピューターシミュレーションにより、メタンを主とした流れの大部分を液化する直前に、そのメタンを主としたし流れからベンゼン及び重質成分を除去するための、明細書に記載した方法の効率を示すものである。流量は、第１図及び第２図に記載した液化法を用いた２．５×１０6ｔ／年のＬＮＧプラントで存在するものにとって代表的なものである。この例で用いたメタンを主としたガス流中のベンゼン濃度は、本方法のこの位置での多くの候補となる天然ガス流が持つ濃度を代表するものであると考えられる。しかし、メタンを主としたしガス流は、重質炭化水素成分（即ち、Ｃ3+）が比較的乏しくなっていると考えられる。シミュレーションの結果は、ハイプロテクズ・プロセス・シミュレーション（Hyprotech’s Process Simulation）ＨＹＳＩＭ、バージョン（version）386/C2.10, Prop. Pkg PR/LKを用いて得られた。
表１には、重質物除去塔への流出物及び流出流の組成、温度、圧力及び相条件が与えられている。シミュレーションは５つの理論的段階を有する塔に基づいている。二相流としても言及する部分的に凝縮した流れは、後で大部分の液化を受けるものであり、最初に塔の最上段階へ供給される（段階１）。この流れの温度は−１１２．５°Ｆで、圧力は５８７．０ｐｓｉａである。前に述べたように、この流れは部分的凝縮を受け、９８．２４モル％が蒸気である流れになる。
最低段階（段階５）へ供給された冷却されたメタンに富むストリッピングガスは、第１図に描いた上流位置から取る。この流れを、段階５から生じた重質物に富む液体流との向流熱交換により約６３°Ｆ〜−１０°Ｆに冷却する。第２図に描いたような熱交換中、この流れは約−７８°Ｆ〜約６２°Ｆへ加熱される。この流れは脱メタン塔からのオーバーヘッド蒸気を冷却するのにも用いることができる。塔内の段階毎に基づく各相のシミュレートした温度、圧力、及び相対的流量が表２に与えられている。各段階について、夫々液体と蒸気との平衡組成が表３に与えられている。
暖められた重質物に富む流れを精留領域及びストリッピング領域を有する脱メタン塔へ供給し、そこからメタン／エタンに富む流れを生じ、それはメタン圧縮器の高段階入口への供給物及び天然ガス液体に富む流れとして再循環して戻すのが好ましい。
芳香族／重質物除去のための工程の効率は、段階１及び５への供給物流及び段階１からの生成物中の窒素、メタン及びエタンを一緒にしたモル％を比較することにより例示する。各流れについてのこれらの％は、夫々９９．８８、９９．８９及び９９．９４モル％である。従って、この方法は二つの供給ガス流のいずれよりもこれら軽質成分に富む生成物流を生じている。
ベンゼン及びそれより重質の芳香族を除去するための方法の効率は、段階５からの液体生成物中の前記成分のモル％を、段階１からの蒸気生成物中の前記成分のモル％で割ったものとして定義する重質物富化比を比較することにより例示する。例としてベンゼンを用いた夫々のモル分率は、０．１６１６Ｅ−０４及び０．００３５２である。これは約２２０の富化比を与える結果になっている。
本方法の効率を例示するために別の基準は、段階１及び５への供給物流と、段階１から生じた液体生成物流との中のＣ3+成分についての富化比である。この比はプロパンについての約４５から、ｎ−オクタンについての約２００まで変動する。生成物流間の夫々の比率は、プロパンについての約５０から、ｎ−オクタンについての約２０，０００まで変動する。
実施例２
この例は、前に与えたものと同様、メタンを主としたガス流から、その流れの大部分を液化する直前に、ベンゼン及び重質成分を除去するための本明細書に記載した方法の効率をコンピューターシミュレーションにより示す。流量は、第１図及び第２図に記載した液化法を用いた２．５×１０6ｔ／年ＬＮＧプラントで存在するものを代表するものである。この例で用いたメタンに富む供給物流中のベンゼン濃度は、本方法のこの位置での多くの候補となるガス流について存在する濃度を代表するものであると考えられる。しかし、ガス流中のエタン及び重質成分の濃度はかなり増大しており、それによって一層富むガス流を代表し、これらの成分及びベンゼンの両方を除去するための方法に大きな負担をかける。この例は、ベンゼン及び重質炭化水素成分を同時に除去する本方法の能力を詳細に例示する。更に、この例は、エタン及び重質炭化水素濃度がかなり増大した形での大きな工程変動を、ベンゼン除去方法の効率及び操作性に著しく悪影響を与えることなく、本ベンゼン除去方法が許容できる能力を例示する。更に、この例は、別の液化流として重質炭化水素を回収する本方法の能力を例示する。シミュレーションの結果は、ハイプロテクズ・プロセス・シミュレーションＨＹＳＩＭ、バージョン386/C2.10, Prop. Pkg PR/LKを用いて得られた。
表４には、重質物除去塔への流出物及び流出流の組成、温度、圧力及び相条件が与えられている。シミュレーションは５つの理論的段階を有する塔に基づいている。二相流としても言及する部分的に凝縮した流れは、大部分の液化を受けるものであり、最初に塔の最上段階へ供給される（段階１）。この流れの温度は−９１．２°Ｆで、圧力は５９６．０ｐｓｉａである。明細書中で述べたように、この流れは部分的凝縮を受け、９４．０４モル％が蒸気である流れになる。
最低段階（段階５）へ供給されたメタンに富むストリッピング流は、第１図に描いた上流位置から取る。この流れは、段階５から生じた液体生成物流との向流熱交換により約−１０°Ｆから冷却される。表４で認められるように、この流れは冷却過程中に部分的凝縮を受けている。
塔内の段階毎に基づく各相のシミュレートした温度、圧力、及び相対的流量が表５に与えられている。各段階について、夫々液体と蒸気との平衡組成が表６に与えられている。
重質物除去のための工程の効率は、段階１及び５夫々への供給物流及び段階１からの生成物段階中の窒素、メタン及びエタンを一緒にしたモル％を比較することにより例示する。これらの％は、夫々９７．８５、９７．３０及び９９．３７モル％である。この方法は二つの供給ガス流のいずれよりもこれら成分にかなり富む生成物流を生じている。
ベンゼン及びそれより重質の芳香族を除去するための本方法の効率は、例１にベンゼンについて定義したような富化比を比較することにより例示する。夫々のモル分率は、０．００３Ｅ−０４及び０．００９２３であり、従って約３０の富化比を与える結果になっている。
本方法の効率を例示するための別の基準は、段階１及び５への供給物流と、段階１から生じた液体生成物流との中のＣ3+成分についての富化比である。この比はプロパンについての約１９から、ｎ−オクタンについての約３０まで変動する。生成物流間の夫々の比率は、プロパンについての約６７から、ｎ−オクタンについての約１９，０００まで変動する。
0004612122.tif 000002
0004612122.tif 000003
0004612122.tif 000004
0004612122.tif 000005
0004612122.tif 000006
0004612122.tif 000007
0004612122.tif 000008
0004612122.tif 000009
【図１】
0004612122.tif 000010
【図２】
0004612122.tif 000011
【図３】
0004612122.tif 000012
【図４】
0004612122.tif 000013