(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタンとＣ２化合物とＣ３化合物と一層重質の化合物との混合物を含有する入口ガスの流れから重質の主要成分を分離する方法において、
前記重質の主要成分は、（１）Ｃ２化合物及び炭素原子を３個以上有する有機化合物、であるか、又は、（２）Ｃ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物、のどちらかであり、
（ａ）前記入口ガスを少なくとも部分的に凝縮して分離し、第１の液体流れ及び第１の蒸気流れを生じさせる工程と、
（ｂ）第１の液体流れの少なくとも一部分を膨張させて、第１の分留塔供給物流れを生じさせる工程と、
（ｃ）第１の分留塔供給物流れと、吸収塔から生じる第２の分留塔供給物流れとを、分留塔に供給する工程であって、該分留塔が分留塔頭上蒸気流れ及び分留塔底部流れを生じさせる該工程と、
（ｄ）第１の蒸気流れの少なくとも一部分を膨張させて、膨張済み蒸気流れを生じさせる工程と、
（ｅ）前記膨張済み蒸気流れ及び吸収塔供給物流れを吸収塔に供給する工程であって、該吸収塔は吸収塔頭上流れ及び吸収塔底部流れを生じさせ、該吸収塔は、前記分留塔よりも実質的に大きく且つ分留塔との所定の差圧を生じる吸収塔圧力を有し、該差圧が０．３４ＭＰａ〜２．４１ＭＰａ（５０ｐｓｉ〜３５０ｐｓｉ）である該工程と、
（ｆ）前記分留塔頭上蒸気流れの凝縮及び分離から形成される第２の蒸気流れ又は前記分留塔頭上蒸気流れの少なくとも一部分を、実質的に前記吸収塔圧力まで圧縮して圧縮済み第２の蒸気流れを生じさせ、前記吸収塔圧力との差圧を維持することによって該分留塔圧力を制御する工程と、
（ｇ）前記圧縮済み第２の蒸気流れを少なくとも部分的に凝縮して、前記吸収塔供給物流れを生じさせる工程と
を包含し；
それによって、前記分留塔底部流れが重質の主要成分と一層重質の化合物との大部分を含有する；
上記分離方法。
【請求項２】
吸収塔圧力が少なくとも３．４ＭＰａ（５００ｐｓｉａ）である、請求項１に記載の分離方法。
【請求項３】
工程（ａ）の少なくとも部分的に凝縮する工程は、熱交換器、蒸気エキスパンダー、膨張弁、及びそれらの組合せから成る群から選ばれる装置で行う、請求項１に記載の分離方法。
【請求項４】
工程（ｃ）の第１の分留塔供給物流れ及び第２の分留塔供給物流れは、分留塔の中央部分に供給する、請求項１に記載の分離方法。
【請求項５】
工程（ｆ）の圧縮済み第２の蒸気流れは、分留塔供給物流れ及び第２の分留塔供給物流れの中のメタンの大部分を含有する、請求項１に記載の分離方法。
【請求項６】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；圧縮済み第２の蒸気流れが、分留塔供給物流れ及び第２の分留塔供給物流れの中のＣ２化合物の大部分を含有する；請求項５に記載の分離方法。
【請求項７】
工程（ｅ）の吸収塔が、垂直方向に一定間隔を置いて配置されている少なくとも１つのトレー、１つ以上の充填済み層、他のいずれかの種類の質量移動装置、又はそれらの組合せを備えている、請求項１に記載の分離方法。
【請求項８】
工程（ｃ）の分留塔が、垂直方向に一定間隔を置いて配置されている少なくとも１つのトレー、１つ以上の充填済み層、他のいずれかの種類の質量移動装置、又はそれらの組合せを備えている、請求項１に記載の分離方法。
【請求項９】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、
（ａ）分留塔頭上蒸気流れを少なくとも部分的に凝縮して、凝縮済み分留塔頭上流れを生じさせる工程と、
（ｂ）前記凝縮済み分留塔頭上流れを分離して、第２の蒸気流れ及び分留塔還流流れを生じさせる工程と、
（ｃ）分留塔に前記分留塔還流流れを供給する工程と、
（ｄ）分留塔底部流れを冷却し、次いで、該分留塔底部流れの一部を分留塔還流流れとして前記分留塔に供給する工程と、
（ｅ）工程（ｂ）の第１の分留塔流れを生じさせる前、第１の液体流れの少なくとも一部を凝縮する工程と
を更に包含し；しかも、前記分留塔底部流れが、重質の主要成分及び一層重質の化合物の大部分を含有する；請求項１に記載の分離方法。
【請求項１０】
（ａ）第１の液体流れの少なくとも残留部分を加熱して、第３の分留塔供給物流れを生じさせる工程と、
（ｂ）第３の分留塔供給物流れを、分留塔又は第１の分留塔供給物流れに供給する工程と
を更に包含する、請求項９に記載の分離方法。
【請求項１１】
（ａ）吸収塔底部流れを膨張させる工程と、
（ｂ）前記吸収塔底部流れを少なくとも部分的に凝縮して、凝縮済み吸収塔底部流れを形成する工程と、
（ｃ）前記凝縮済み吸収塔底部流れを、別個の蒸気流れと別個の液体流れとに分離する工程であって、第１の別個の液体流れが該別個の液体流れの０％より大きく１００％より小さい該工程と、
（ｄ）前記別個の液体流れを、第１の別個の液体流れと第２の別個の液体流れとに分離する工程と、
（ｅ）第２の別個の液体流れを分留塔に供給する工程と、
（ｆ）第１の別個の液体流れを前記別個の蒸気流れと合体して、第２の分留塔供給物流れを形成する工程と、
（ｇ）第２の分留塔供給物流れを加熱する工程と、
（ｈ）第２の分留塔供給物流れを前記分留塔に供給する工程と
を更に包含する、請求項９に記載の分離方法。
【請求項１２】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、請求項１の工程（ｇ）の凝縮工程は、吸収塔底部流れ、吸収塔頭上流れ、第１の液体流れの少なくとも一部分、及びそれらの組合せからなる群から選ばれる１つ以上のプロセス流れと熱交換接触させることによって行う；請求項９に記載の分離方法。
【請求項１３】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、分留塔に供給する第２の分留塔供給物流れ及び第１の分留塔供給物流れは、吸収塔頭上流れ、入口ガス流れ、圧縮済み第２の蒸気流れ、分留塔頭上蒸気流れ、及びそれらの組合せから成る群から選ばれるプロセス流れと熱交換接触を行うことによって冷却する；請求項９に記載の分離方法。
【請求項１４】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、熱交換接触は、熱交換器及び凝縮器から成る群から選ばれる装置で行う；請求項１３に記載の分離方法。
【請求項１５】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、請求項１の工程（ｃ）において分留塔に供給する第１の分留塔供給物流れは、熱交換器で吸収塔頭上流れと熱交換接触を行うことによって冷却し；しかも、工程（ｃ）における分留塔頭上蒸気流れは、外部冷凍装置で少なくとも部分的に凝縮し；しかも、工程（ｇ）は、吸収塔頭上流れと熱交換接触を行うことによって、圧縮済み第２の蒸気流れを凝縮することを包含する；請求項９に記載の分離方法。
【請求項１６】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、工程（ｅ）における吸収塔頭上流れは、分留塔の内部凝縮器に供給する；請求項１に記載の分離方法。
【請求項１７】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり、外部冷凍装置を使用する内部凝縮器で少なくとも部分的に凝縮して、分留塔頭上蒸気流れを生じさせる；請求項１６に記載の分離方法。
【請求項１８】
重質の主要成分がＣ２化合物及び炭素原子を３個以上有する有機化合物であり；しかも、
（ａ）最下段供給トレーの下方にある除去トレーから、第１の液体凝縮物流れを除去する工程と、
（ｂ）第１の液体凝縮物流れを加温する工程と、
（ｃ）除去トレーと前記最下段供給トレーの間にある戻しトレーに、第１の液体凝縮物流れを戻す工程と、
（ｄ）前記最下段供給トレーと前記除去トレーの間にある第２の除去トレーから、第２の液体凝縮物流れを除去する工程と、
（ｅ）第２の液体凝縮物流れを加温する工程と、
（ｆ）前記第２の除去トレーと前記除去トレーの間にある第２の戻しトレーに、第２の液体凝縮物流れを戻す工程と、
（ｇ）第２の吸収塔供給物流れを吸収塔に供給する工程と
を更に包含し；しかも、分留塔底部流れが重質の主要成分及び一層重質の化合物の大部分を含有する；請求項１に記載の分離方法。
【請求項１９】
重質の主要成分がＣ２化合物及び炭素原子を３個以上有する有機化合物であり；しかも、請求項１の工程（ｇ）の凝縮工程は、第１の蒸気流れ部分の一部、吸収塔頭上流れ、及びそれらの組合せから成る群から選ばれるプロセス流れとの熱交換接触によって行う；請求項１８に記載の分離方法。
【請求項２０】
重質の主要成分がＣ２化合物及び炭素原子を３個以上有する有機化合物であり；しかも、第２の膨張済み蒸気流れの凝縮済み部分と、残留ガスの第２の膨張済み蒸気流れの少なくとも一部分とから成る群から選ばれる第２の吸収塔供給物流れを吸収塔に供給する工程を更に包含する；請求項１８に記載の分離方法。
【請求項２１】
重質の主要成分がＣ２化合物及び炭素原子を３個以上有する有機化合物であり；しかも、
（ａ）分割済み供給物流れ及び第２の分割済み供給物流れを低温吸収塔に供給する工程と、
（ｂ）前記分割済み供給物流れ及び前記第２の分割済み供給物流れのうち一層冷たい方を、前記低温吸収塔の頂部に供給する工程と、
（ｃ）前記分割済み供給物流れ及び前記第２の分割済み供給物流れのうち一層温かい方を、前記低温吸収塔の底部に供給する工程と
を更に包含する；請求項２０に記載の分離方法。
【請求項２２】
重質の主要成分がＣ２化合物及び炭素原子を３個以上有する有機化合物であり；しかも、第２の吸収塔供給物流れを吸収塔に供給する前、第２の吸収塔供給物流れを冷却し、少なくとも部分的に凝縮し、膨張させる工程を更に包含する；請求項１８に記載の分離方法。
【請求項２３】
重質の主要成分がＣ２化合物及び炭素原子を３個以上有する有機化合物であり；しかも、第２の吸収塔供給物流れを冷却して少なくとも部分的に凝縮する前、第１の液体流れを液体分割済み流れとして第２の吸収塔供給物流れに加える工程を更に包含する；請求項２２に記載の分離方法。
【請求項２４】
メタンとＣ２化合物とＣ３化合物と一層重質の化合物との混合物を含有する入口ガス流れから重質の主要成分を分離するための装置において、
前記重質の主要成分は、（１）Ｃ２化合物及び炭素原子を３個以上有する有機化合物、であるか、又は、（２）Ｃ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物、のどちらかであり、
（ａ）前記入口ガス流れを少なくとも部分的に凝縮して分離し、第１の蒸気流れ及び第１の液体流れを生じさせるための冷却手段と、
（ｂ）第１の液体流れを膨張させて第１の分留塔供給物流れを生じさせるための膨張手段と、
（ｃ）第１の分留塔供給物流れ及び第２の分留塔供給物流れを受け入れるための分留塔であって、分留塔頭上蒸気流れ及び分留塔底部流れを生じさせる該分留塔と、
（ｄ）第１の蒸気流れの少なくとも一部分を膨張させて、膨張済み蒸気流れを生じさせるための第２の膨張手段と、
（ｅ）吸収塔頭上蒸気流れ及び吸収塔底部流れを生じさせる、前記膨張済み蒸気流れ及び吸収塔供給物流れを受け入れるための吸収塔であって、前記分留塔よりも実質的に大きく且つ分留塔との所定の差圧を生じる吸収塔圧力を有しており、該差圧が０．３４ＭＰａ〜２．４１ＭＰａ（５０ｐｓｉ〜３５０ｐｓｉ）である該吸収塔と、
（ｆ）第２の蒸気流れ又は前記分留塔頭上蒸気流れの少なくとも一部分を、実質的に前記吸収塔圧力まで圧縮して、圧縮済み第２の蒸気流れを生じさせるための圧縮機であって、前記吸収塔圧力との差圧を維持することによって該分留塔圧力を制御するための該圧縮機と、
（ｇ）前記圧縮済み第２の蒸気流れを少なくとも部分的に凝縮して、前記吸収塔供給物流れを生じさせるための凝縮手段と
を備えており；
しかも、前記分留塔底部流れが、前記の重質の主要成分と一層重質の化合物との大部分を含有する；
上記分離装置。
【請求項２５】
（ｅ）の吸収塔圧力が少なくとも３．４ＭＰａ（５００ｐｓｉａ）である、請求項２４に記載の分離装置。
【請求項２６】
要素（ａ）の冷却手段が、熱交換器、蒸気エキスパンダー、膨張弁、及びそれらの組合せから成る群から選ばれている、請求項２４に記載の分離装置。
【請求項２７】
第１の分留塔供給物流れ及び第２の分留塔供給物流れが、分留塔のほぼ中央部分に供給される、請求項２４に記載の分離装置。
【請求項２８】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、
（ａ）分留塔頭上蒸気流れを少なくとも部分的に凝縮して、凝縮済み分留塔頭上流れを生成させるための凝縮手段と、
（ｂ）前記凝縮済み分留塔頭上流れを分離して、第２の蒸気流れ及び分留塔還流流れを生成させるための分離手段と、
（ｃ）前記分留塔還流流れを受け入れるための分留塔と、
（ｄ）分留塔底部流れを受け入れて冷却し、該分留塔底部流れの一部を分留塔還流流れとして前記分留塔に供給するための底部交換器と
を更に備えており；しかも、前記分留塔底部流れが前記の重質の主要成分と一層重質の化合物の大部分を含有する；請求項２４に記載の分離装置。
【請求項２９】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、
（ａ）第１の液体流れの少なくとも残留部分を加熱して、第３の分留塔供給物流れを生じさせるための加熱手段と、
（ｂ）第３の分留塔供給物流れを受け入れるための第１の分留塔供給物流れ又は分留塔と
を更に備えている；請求項２８に記載の分離装置。
【請求項３０】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、
（ａ）吸収塔底部流れを膨張させるための第３の膨張手段と、
（ｂ）前記吸収塔底部流れを少なくとも部分的に凝縮して、凝縮済み吸収塔底部流れを形成するための冷却手段と、
（ｃ）前記凝縮済み吸収塔底部流れを、別個の蒸気流れと別個の液体流れとに分離するための分離手段と、
（ｄ）前記別個の液体流れを、第１の別個の液体流れと第２の別個の液体流れとに分離するための第２の分離手段であって、第１の別個の液体流れが前記別個の液体流れの０％〜１００％である第２の分離手段と、
（ｅ）第２の別個の液体流れを受け入れるための分留塔と、
（ｆ）第１の別個の液体流れを前記別個の蒸気流れと合体して、第２の分留塔供給物流れを形成するための合体手段と、
（ｇ）第２の分留塔供給物流れを加熱するための加熱手段と、
（ｈ）第２の分留塔供給物流れを受け入れるための分留塔と
を更に備えている；請求項２９に記載の分離装置。
【請求項３１】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、熱交換器が圧縮済み第２の蒸気流れを、分留塔供給物流れ、吸収塔頭上流れ及びそれらの組合せから成る群から選ばれる１種以上のプロセス流れと熱交換接触を行うことによって、少なくとも部分的に凝縮する；請求項２８に記載の分離装置。
【請求項３２】
重質の主要成分がＣ２化合物及び炭素原子を３個以上有する有機化合物であり；しかも、
（ａ）最下段供給トレーの下方にある除去トレーから、第１の液体凝縮物流れを除去するための分留塔と、
（ｂ）第１の液体凝縮物流れを加温するための加熱手段と、
（ｃ）除去トレーと前記最下段供給トレーの間にある戻しトレーに、第１の液体凝縮物流れを戻すための分留塔と、
（ｄ）前記最下段供給トレーと前記除去トレーの間にある第２の除去トレーから、第２の液体凝縮物流れを除去するための分留塔と、
（ｅ）第２の液体凝縮物流れを加温するための第２の加熱手段と、
（ｆ）前記第２の除去トレーと前記除去トレーの間にある第２の戻しトレーに、第２の液体凝縮物流れを戻すための分留塔と、
（ｇ）第２の吸収塔供給物流れを受け入れるための吸収塔と
を更に備えており；しかも、分留塔底部流れが前記の重質の主要成分と一層重質の化合物との大部分を含有する；請求項２４に記載の分離装置。
【請求項３３】
重質の主要成分がＣ２化合物及び炭素原子を３個以上有する有機化合物であり；しかも、分留塔が、入口ガス流れの少なくとも一部分、残留ガス流れの少なくとも一部分、及びそれらの組合せから成る群から選ばれるプロセス流れと熱交換接触を行う１つ以上の側方リボイラーを備えている；請求項３２に記載の分離装置。
【請求項３４】
重質の主要成分がＣ２化合物及び炭素原子を３個以上有する有機化合物であり；しかも、請求項２４の（ａ）の冷却手段が、凝縮済み入口ガス流れの少なくとも一部分を受け入れるための１つ以上の物質移動ステージを有する低温吸収塔であって、第１の液体流れ及び第１の蒸気流れを生じさせる該低温吸収塔を更に備えている；請求項３２に記載の分離装置。
【請求項３５】
（ｅ）の吸収塔が、少なくとも１種の垂直方向に一定間隔で配置されているトレー、１つ以上の充填済み層、他のいずれかのタイプの物質移動装置、又はそれらの組合せを備えている、請求項２４に記載の分離装置。
【請求項３６】
（ｃ）の分留塔が、少なくとも１種の垂直方向に一定間隔で配置されているトレー、１つ以上の充填済み層、他のいずれかのタイプの物質移動装置、又はそれらの組合せを備えている、請求項２４に記載の分離装置。
【請求項３７】
凝縮済み吸収塔底部流れを別個の蒸気流れと別個の液体流れとに分離するための容器を更に備えている、請求項２４に記載の分離装置。
【請求項３８】
吸収塔と分留塔の間の差圧によって、分留塔供給物流れが該分留塔に流れる、請求項２４に記載の分離装置。
【請求項３９】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、凝縮手段が、分留塔の内部凝縮器と熱交換器とから成る群から選ばれている；請求項２４に記載の分離装置。
【請求項４０】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、分留塔頭上流れが、外部冷凍装置で少なくとも部分的に凝縮される；請求項３９に記載の分離装置。
【請求項４１】
重質の主要成分がＣ３化合物及び炭素原子を４個以上有する有機化合物であり；しかも、吸収塔頭上流れを少なくとも３．４ＭＰａ（５００ｐｓｉａ）以上まで圧縮するための圧縮機を更に備えている、請求項２４に記載の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
本出願は、仮特許出願である、２００１年３月１日出願の米国シリアルＮｏ．６０／２７２，４１７号、及び２００１年３月７日出願の米国シリアルＮｏ．６０／２７４，０６９号の利益を主張する。両方の出願明細書は、言及することによって組み入れる。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、複数成分のガス状炭化水素の流れを分離して、ガス状化合物と液体化合物の両方を回収するための、低温でのガス処理方法に関する。一層詳しく言えば、本発明の低温ガス処理方法では、高圧吸収塔を利用する。
【背景技術】
【０００３】
（背景技術及び従来技術）
大抵のプラントにおけるガス処理能力は一般に、管路販売ガス流れを再圧縮するのに利用することのできる馬力によって制限される。供給ガス流れは典型的には、４．８〜１０．３ＭＰａ（７００〜１５００ｐｓｉａ）で供給し、次いで、種々の炭化水素化合物を分離するために膨張させて一層低い圧力にする。生成されるメタンに富む流れは典型的には、約１．０〜３．１ＭＰａ（１５０〜４５０ｐｓｉａ）で供給し、次いで、６．９ＭＰａ（１０００ｐｓｉａ）以上の管路販売ガス仕様まで再圧縮する。この差圧によって、低温でのガス処理プラントの馬力必要量の大部分が説明される。この差圧を最小限に抑えることができれば、一層大きい再圧縮馬力を利用することができ、それによって、現行ガス処理プラントの設備能力を向上させることができるであろう。また、本発明の方法は、新規プラントのためのエネルギー必要量を低減することができる。
【０００４】
低温膨張方法によると、炭化水素供給ガス流れから液体天然ガスを分離することによって、管路販売ガスが生じる。
【０００５】
従来技術の低温方法において、加圧済み炭化水素供給ガス流れは、単一塔又は二塔の低温分離計画によって、構成要素のメタン、エタン（Ｃ２）化合物及び／又はプロパン（Ｃ３）化合物に分離する。単一塔計画において、該供給ガス流れは、他のプロセス流れとの熱交換接触によるか又は外部冷凍によって冷却する。該供給ガス流れはまた、等エントロピー膨張によって膨張させて一層低い圧力にし、そうすることによって、更に冷却することができる。該供給ガス流れが冷却されるとき、高圧の液体は、凝縮されて、二相流れを生じる。この二相流れは、１つ以上の低温分離機で高圧液体流れとメタンに富む蒸気流れとに分離する。次いで、これらの流れは、その塔の動作圧力まで膨張させ、次いで、その塔の１つ以上の供給トレーに導いて、Ｃ２化合物及び／又はＣ３化合物及び一層重質の化合物を含有する底部流れと、メタン及び／又はＣ２化合物及び一層軽質の化合物を含有する頭上流れとを生じさせる。高圧の炭化水素流れを分離するための他の単一塔計画は、キャンベル(Campbell)等への米国特許第５，８８１，５６９号明細書；キャンベル等への同第５，５６８，７３７号明細書；キャンベル等への同第５，５５５，７４８号明細書；キャンベル等への同第５，２７５，００５号明細書；バウアー(Bauer)への同第４，９６６，６１２号明細書；キャンベル等への同第４，８８９，５４５号明細書；キャンベル等への同第４，８６９，７４０号明細書；及びグルスバイ(Gulsby)への同第４，２５１，２４９号明細書に記述されている。
【０００６】
高圧の炭化水素ガス供給物流れの分離はまた、典型的には非常に小さい正の差圧(positive pressure differential)で操作される分留塔と吸収塔とを包含する二塔式分離計画で達成することもできる。Ｃ２＋及び／又はＣ３＋の液体天然ガスを回収するための二塔式分離計画において、その高圧供給物は、冷却して、１つ以上の分離機で分離し、高圧蒸気流れ及び高圧液体流れを生じさせる。その高圧蒸気流れは、分留塔の動作圧力まで膨張させる。この蒸気流れは、吸収塔に供給し、極微量の窒素及び二酸化炭素と一緒にメタン及び／又はＣ２化合物を含有する吸収塔頭上蒸気流れと吸収塔底部流れとに分離する。前記分離機からの高圧液体流れ及び吸収塔底部流れは、分留塔に供給する。該分留塔によって、Ｃ２＋化合物及び／又はＣ３＋化合物を含有する分留塔底部流れと、凝縮し、還流として該吸収塔に供給することのできる分留塔頭上流れとが生じる。該分留塔は典型的には、該吸収塔の圧力よりも僅かに正の差圧で作動させて、分留塔頭上流れが該吸収塔に流れるようにする。多くの二塔装置では、（とりわけ、始動の間、）分留塔を昇圧させる予期せぬ結果が生じる。分留塔が昇圧すれば、安全性と環境とに害を引き起こす。とりわけ、分留塔が高圧を扱わないように設計されている場合、そうである。高圧の炭化水素流れを分離するための他の二塔式計画は、キャンベル等への米国特許第６，１８２，４６９号明細書；ウィルキンソン(Wilkinson)等への同第５，７９９，５０７号明細書；バック(Buck)等への同第４，８９５，５８４号明細書；キャンベル等への同第４，８５４，９５５号明細書；サッパー(Sapper)への同第４，７０５，５４９号明細書；パラドウスキー(Paradowski)等への同第４，６９０，７０２号明細書；バックへの同第４，６１７，０３９号明細書；及びジャクソン(Jackson)への同第３，６７５，４３５号明細書に記述されている。
【０００７】
ギァジ(Gazzi)への米国特許第４，６５７，５７１号明細書は、高圧の炭化水素ガス供給流れを分離するためのもう１つの二塔式分離計画を開示する。ギァジの方法では、上記に解説した二塔式計画よりも高い圧力で作動する分留塔と吸収塔とが利用される。しかし、ギァジの方法は、それら２つの容器(vessels)の間の僅かな差圧で作動する大抵の二塔式計画とは対照的に、分留塔圧力よりも著しく大きい吸収塔圧力で作動する。ギァジはとりわけ、重質成分の一部の供給物流れを取り除くために分留塔内部で分縮器を使用して、供給塔で使用するためのストリッピング液(stripping liquid)を供給することを開示する。ギァジの塔の諸動作圧力は、互いに独立している。個々の塔の分離効率は、各々の動作圧力をそれぞれ変えることによって制御される。このようにして作動させる結果として、ギァジの方法におけるそれら塔は、各々の塔で所望の分離効率を達成するためには、非常に高い圧力で作動しなければならない。一層高い塔圧力は、それら容器及び関連設備のために一層高い初期資本コストを必要とする。なぜなら、それら容器及び関連設備は、現行方法のためのものよりも一層高い圧力のために設計しなければならないからである。
【０００８】
単一塔式分離計画及び二塔式分離計画のエネルギー効率が、そのような諸塔を一層高い圧力で作動させることによって（例えば、ギァジの特許によって）改善することができることは知られている。しかし、動作圧力が増大するとき、分離効率及び液体回収率は、しばしば容認できないレベルまで減少する。塔圧力が高くなるにつれて、塔温度も高くなり、結果として、それら塔の中の諸化合物の相対揮発度(relative volatilities)は一層小さくなる。このことは、吸収塔であって、その中でメタンとガス状不純物（例えば、二酸化炭素）の相対揮発度が、一層高い塔圧力及び塔温度で統合(unity)に接近する該吸収塔に関しては、とりわけ典型的である。また、分離効率を維持するためには、個々の塔において理論的ステージの数を増やす必要があると思われる。しかし、残留ガスを圧縮するためのコストの影響は、上記の他の諸コスト成分に普及する。従って、高圧（例えば、約３．４ＭＰａ（５００ｐｓｉａ）以上の圧力）で作動するものの、減少した馬力消費量で高い炭化水素回収率を維持する分離計画に対する要求が存在する。
【０００９】
先の諸特許は、典型的には、塔にエタンに富む流れを導くこと及び／又は再循環させることによって、減少した分離効率及び液体回収率の問題に取り組んできた。ヤオ(Yao)への米国特許第５，９９２，１７５号明細書は、４．８ＭＰａ（７００ｐｓｉａ）以下の圧力で作動する単一塔によって、Ｃ２＋及びＣ３＋液体天然ガスの回収率を改善する方法を開示する。分離効率は、Ｃ２化合物と一層重質の化合物とに富むストリッピングガス(stripping gas)を塔に導くことによって改善される。ストリッピングガスは、塔の最下段供給トレーの下から除去される液体濃縮物流れを膨張させ加熱することによって得られる。生成される二相流れは、蒸気が圧縮され、冷却され、しかも、ストリッピングガスとして塔に再循環されることによって分離される。しかし、この方法は、単一塔計画において本来備わっている高い再圧縮能力に起因して、容認できないエネルギー効率を有する。
【００１０】
ヤオへの米国特許第６，１１６，０５０号明細書は、３．０３ＭＰａ（４４０ｐｓｉａ）で操作される脱メタン塔と、３．１７ＭＰａ（４６０ｐｓｉａ）で操作される下流の分留塔とを備えている二塔装置によってＣ３＋化合物の分離効率を改善する方法を開示する。この方法において、分留塔頭上流れの一部は、冷却し、凝縮し、次いで、残留蒸気流れを管路ガスの後流(slip stream)と合体して分離する。これらの蒸気は、冷却し、凝縮し、次いで、頭上還流流れとして脱メタン塔に導いて、Ｃ３＋化合物の分離を改善する。分留塔からの下部トレーからの液体凝縮物と交差交換(cross exchange)を行い頭上流れを凝縮することによってエネルギー効率が改善される。この方法は、３．４ＭＰａ（５００ｐｓｉａ）未満で作動する。
【００１１】
クック(Cook)への米国特許第４，５９６，５８８号明細書は、蒸留塔の圧力よりも大きい圧力で作動する分離機を備えている二塔装置によって、メタン含有流れを分離する方法を開示する。分離機までの還流は、次の諸源：（ａ）蒸留塔頭上蒸気を圧縮し冷却する源；（ｂ）合体した、二段分離機蒸気と蒸留塔頭上蒸気とを圧縮し冷却する源；及び、（ｃ）別個の入口蒸気流れを冷却する源；の１つから得ることができる。この方法も、３．４ＭＰａ（５００ｐｓｉａ）未満で作動するようである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来、１つ以上の高圧塔によって、複数化合物のガス状炭化水素流れを分離し、ガス状化合物と液体化合物の両方を回収するための低温方法は存在しなかった。従って、吸収塔の圧力が下流の分留塔の圧力よりも実質的に大きく且つ該分留塔の圧力と所定の差圧を生じる、高圧の複数化合物流れを分離するための二塔式計画であって、エネルギー効率を改善すると同時に分離効率及び液体回収率を維持する該二塔式計画に対する要求が存在する。
【００１３】
本明細書に開示する本発明は、これらの要求及び他の要求を満たす。本発明の目的は、エネルギー効率を高めること；吸収塔と分留塔の間に差圧を与えること；及び、方法の起動の間、分留塔が昇圧するのを防止すること；である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（発明の概要）
本発明は、メタンとＣ２化合物とＣ３化合物と一層重質の化合物との混合物を含有する入口ガスの流れから重質の主要成分を分離するための方法及び装置であって、吸収塔が、分留塔の圧力よりも実質的に大きく且つ該吸収塔と該分留塔の間に特定の又は所定の差圧を生じる圧力で操作される該分離方法及び該装置を包含する。前記重質の主要成分は、Ｃ３化合物及び一層重質の化合物、又はＣ２化合物及び一層重質の化合物である場合がある。本方法における、吸収塔と分留塔の間の差圧は、約０．３４ＭＰａ〜２．４１ＭＰａ（５０ｐｓｉ〜３５０ｐｓｉ）である。
【００１５】
メタンとＣ２化合物とＣ３化合物と一層重質の化合物との混合物を含有する入口ガスの流れは、熱交換器、液体エキスパンダー、蒸気エキスパンダー、膨張弁、又はそれらの組合せによって冷却し、少なくとも部分的に凝縮し、分離して、第１の蒸気流れ及び第１の液体流れを生じさせる。第１の液体流れは、膨張させて、分留塔供給物流れ及び分留塔還流流れと一緒に分留塔に供給することができる。これら供給物流れは、分留塔の中央部分に供給して；熱交換器及び凝縮器から成るような装置で、残留ガス、入口ガス、吸収塔頭上流れ、吸収塔底部流れ、及びそれらの組合せと熱交換接触を行うことによって加温する；ことができる。分留塔によって、分留塔頭上流れ及び分留塔底部流れが生じる。第１の蒸気流れは、吸収塔還流流れと一緒に吸収塔に供給して、吸収塔頭上流れ及び吸収塔底部流れを生じさせる。
【００１６】
分留塔頭上流れの少なくとも一部分は、少なくとも部分的に凝縮して分離し、第２の蒸気流れ及び分留塔還流流れを生じさせる。第２の蒸気流れは、実質的にほぼ吸収塔の圧力まで圧縮して、圧縮済み第２の蒸気流れを生じさせる。圧縮済み第２の蒸気流れは、１種以上のプロセス流れ（例えば、吸収塔底部流れ、吸収塔頭上流れ、第１の液体流れの少なくとも一部分、又はそれらの組合せ）と熱交換接触を行うことによって、少なくとも部分的に凝縮させる。圧縮済み第２の蒸気流れは、前記分留塔供給物流れ及び第２の分留塔供給物流れの中のメタンの大部分を含有する。重質の重要成分がＣ３化合物及び一層重質の化合物である場合、圧縮済み第２の蒸気流れは、前記分留塔供給物流れ及び第２の分留塔供給物流れの中のＣ２化合物の大部分を更に含有する。この流れは、次いで、吸収塔供給物流れとして吸収塔に供給する。吸収塔頭上流れは、メタン及び／又はＣ２化合物の実質的に全てと、Ｃ３化合物若しくはＣ２化合物の少量部分とを含有する残留ガス流れとして除去することができる。そのような残留ガス流れは、次いで、約５．５ＭＰａ（８００ｐｓｉａ）以上の管路仕様まで圧縮する。分留塔底部流れは、Ｃ３化合物と一層重質の化合物との実質的に全て、及びメタンとＣ２化合物の少量部分を含有する生成物流れとして除去することができる。
【００１７】
本発明における吸収塔の圧力は、約３．４ＭＰａ（５００ｐｓｉａ）以上である。メタンとＣ２化合物とＣ３化合物と一層重質の化合物との混合物を含有する入口ガスの流れから重質の主要成分を分離するための装置は、冷却手段を備えている。重質の主要成分がＣ３化合物及び一層重質の化合物である場合、入口ガス流れから重質の主要成分を分離するための装置は、前記入口ガス流れを少なくとも部分的に凝縮し、第１の蒸気流れ及び第１の液体流れを生じさせるための冷却手段と、第１の液体流れ、分留塔供給物流れ及び第２の分留塔供給物流れを受け入れるための分留塔であって、分留塔底部流れ及び分留塔頭上蒸気流れを生じさせる該分留塔と、前記頭上蒸気流れを少なくとも部分的に凝縮して、第２の蒸気流れ及び分留塔還流流れを生じさせるための凝縮器と、吸収塔頭上蒸気流れ及び第２の分留塔供給物流れを生じさせる、第１の蒸気流れの少なくとも一部分及び吸収塔供給物流れを受け入れるための吸収塔であって、前記分留塔の圧力よりも実質的に大きく且つ該分留塔圧力との所定の差圧を生じる圧力を有している該吸収塔と、第２の蒸気流れを実質的に吸収塔圧力まで圧縮して、圧縮済み第２の蒸気流れを生じさせるための圧縮機と、前記圧縮済み第２の蒸気流れを少なくとも部分的に凝縮して、前記吸収塔供給物流れを生じさせるための凝縮手段とを備えており；しかも、前記分留塔底部流れが、重質の主要成分と一層重質の化合物との大部分を含有する。
【００１８】
本発明の諸特徴、諸利点及び諸目的及び他の事項が明らかになるであろうやり方を一層詳しく理解することができるように、上記に簡潔に要約した本発明は、本明細書の一部を形成する諸添付図面に例示されているそれらの具体例を参照することによって一層詳しく記述する。しかし、それら図面は本発明の好ましい具体例のみを例示しており；それ故に、本発明の範囲は他の同等の有効な諸具体例を包含することがあるため、それら図面は本発明の範囲を限定するものと見なすべきではない；ということに注目すべきである。
【００１９】
（好ましい具体例の詳細な記述）
天然ガスの流れ及び炭化水素の流れ（例えば、精製プラント及び石油化学プラントの排ガス）には、メタン、エチレン、エタン、プロピレン、プロパン、ブタン、及び一層重質の化合物、及び他の不純物が含有されている。パイプライン販売の天然ガスは、大部分がメタンで構成され、変動量の他の軽質化合物（例えば、水素、エチレン及びプロピレン）を含有している。エタン、エチレン、及び一層重質の化合物は、天然ガソリン(natural gas liquids)と呼ばれているが、上記の天然ガス流れから分離して、パイプライン販売用天然ガスを生成する必要がある。典型的な希薄天然ガス流れは、少量の、窒素、二酸化炭素及びイオウを含有する化合物の他に、モル濃度に基づき、メタンを約９２％、エタン及び他のＣ２化合物を４％、プロパン及び他のＣ３化合物を１％、並びにＣ４化合物及び一層重質の化合物を１％未満含有する。Ｃ２化合物及び一層重質の化合物及び他の天然ガソリンの量は、濃厚天然ガス流れでは一層大きい。加えて、製油所ガスは、水素、エチレン及びプロピレンを含む他の諸ガスを含有することがある。
【００２０】
本明細書で使用する用語「入口ガス(inlet gas)」は、実質的にメタン８５容積％で構成され、残部がＣ２化合物、Ｃ３化合物、及び一層重質の化合物の他、二酸化炭素、窒素及び他の微量ガスである炭化水素ガスを意味する。用語「Ｃ２化合物」は、炭素原子を２個有する全ての有機化合物を意味し、アルカン、オレフィン、及びアルキンのような脂肪族化合物種（とりわけ、エタン、エチレン、アセチレン等）が包含される。用語「Ｃ３化合物」は、炭素原子を３個有する全ての有機化合物を意味し、アルカン、オレフィン、及びアルキンのような脂肪族化合物種（とりわけ、プロパン、プロピレン、メチル−アセチレン等）が包含される。用語「一層重質の化合物」は、炭素原子を４個以上有する全ての有機化合物を意味し、アルカン、オレフィン、及びアルキンのような脂肪族化合物種（とりわけ、ブタン、ブチレン、エチル−メチル−アセチレン等）が包含される。なお、用語「一層重質の化合物」は、Ｃ２又はＣ３化合物との関連で使用するとき、それぞれ、炭素原子を３個以上又は４個以上有する有機化合物を意味し、アルカン、オレフィン、及びアルキンのような脂肪族化合物種が包含される。用語「軽質化合物」は、Ｃ２又はＣ３化合物との関連で使用するとき、それぞれ炭素原子を２個未満又は３個未満有する有機化合物を意味する。本明細書で解説する膨張工程は、等エントロピー膨張によるのが好ましいが、ターボエキスパンダー(turbo-expander)、ジュール・トムソン過程弁(Joules-Thompson expansion valves)、液体エキスパンダー(liquid expander)、気体又は蒸気エキスパンダー等を用いて達成することができる。また、それらエキスパンダーは、対応する段階的圧縮機(staged compression units)に連結して、実質的に等エントロピー気体膨張による圧縮能力を生み出すことができる。
【００２１】
本発明の好ましい諸具体例は、加圧した入口ガスの液化に関連して、詳細に説明する。この加圧入口ガスは、周囲温度で約４．８ＭＰａ（７００ｐｓｉａ）の初期圧力を有する。該入口ガスは、周囲温度で約３．４〜１０．３ＭＰａ（約５００〜約１５００ｐｓｉａ）の間の初期圧力を有するのが好ましい。
【００２２】
次に、図面の図２〜図５に関連し、Ｃ３化合物及び一層重質の化合物の回収を改善するために構成された、本発明の低温ガス分離方法の好ましい具体例を説明する。この方法は、吸収体塔と、続いて配置されている（即ち下流の）分留塔を備えている二塔式装置を利用する。吸収塔１８は、垂直方向に一定間隔で配置された少なくとも１つのトレー(tray)、１つ以上の充填層、他のいずれかのタイプの物質移動装置、又はそれらの組合せを有する吸収体塔である。吸収塔１８は、続いて配置されている（即ち下流の）分留塔より実質的に大きく且つ該分留塔との所定の差圧を生じる圧力Ｐで作動させる。その高圧吸収塔と分留塔の間の該所定の差圧は、本発明の具体例全てにおいて、約０．３４ＭＰａ〜２．４１ＭＰａ（５０ｐｓｉ〜３５０ｐｓｉ）である。この差圧の例は、吸収塔の圧力が５．５ＭＰａ（８００ｐｓｉ）であるなら、分留塔の圧力は５．２ＭＰａ〜３．１ＭＰａ（７５０ｐｓｉ〜４５０ｐｓｉ）となるものであって、これは、選定する差圧によって決まる。分留塔２２は、垂直方向に一定間隔で配置された少なくとも１つの煙突トレー(chimney tray)、１つ以上の充填層、又はそれらの組合せを有する分留塔である。
【００２３】
加圧済み入口炭化水素ガス流れ４０（好ましくは、加圧済み天然ガス流れ）は、低温ガス分離方法１０に導いて、約６．２ＭＰａ（９００ｐｓｉａ）の圧力及び周囲温度で、Ｃ３化合物及び一層重質の化合物の回収を改善する。入口ガス流れ４０は典型的には、既知の方法（例えば、乾燥、アミン抽出等）によって、酸性ガス（例えば、二酸化炭素、硫化水素等）を除去するために、処理装置（図示せず）で処理する。低温方法に関する従来の実務によると、水は、入口ガス流れから除去し、該方法において後で遭遇する低温で配管及び熱交換器が凍結し目詰まりするのを防ぐ必要がある。ガス用の乾燥剤及び分子篩を備えている従来の脱水装置を使用する。
【００２４】
処理済み入口ガス流れ４０は、前置交換器１２中で、冷却済み吸収塔頭上流れ４６、吸収塔底部流れ４５及び低温分離機底部流れ４４と熱交換接触を行うことによって冷却する。本発明の諸具体例の全てにおいて、前置交換器１２は、単一の多重通路交換器、複数の個別熱交換器、又はそれらの組合せである場合がある。高圧の冷却済みガス流れ４０は、低温分離機１４に供給する。低温分離機１４において、第１の蒸気流れ４２は、第１の液体流れ４４から分離する。
【００２５】
第１の蒸気流れ４２は、膨張装置１６に供給する。膨張装置１６において、この流れは、吸収塔１８の動作圧力Ｐ１まで等エントロピーで膨張させる。第１の液体流れ４４は、膨張装置２４で膨張させ、次いで、前置交換器１２に供給して加温する。流れ４４は、次いで、第１の分留塔供給物流れ５８として、分留塔２２の中央塔供給トレーに供給する。膨張した第１の蒸気流れ４２ａは、第１の吸収塔供給物流れとして、吸収塔１８の中央塔又は下部供給トレーに供給する。
【００２６】
吸収塔１８は、続いて配置されている（即ち下流の）分留塔より実質的に大きく且つ該分留塔との所定の差圧を生じる圧力Ｐ１で作動させる。吸収塔の動作圧力Ｐは、入口ガスの圧力の他、入口ガスの濃度に基づいて選定することができる。ＮＧＬ含有量が一層小さい希薄な入口ガスに対し、吸収塔は、入口ガスの圧力に近い比較的高い圧力（好ましくは、約３．４ＭＰａ（５００ｐｓｉａ）以上）で作動させることができる。この場合、吸収塔は、非常に高い圧力の頭上残留ガス流れを生じさせる。このガス流れのために、管路の仕様に至るまでそのようなガスを圧縮するための再圧縮量が一層小さくて済む。濃厚入口ガスの流れに対し、吸収塔の圧力Ｐは、少なくとも３．４ＭＰａ（５００ｐｓｉａ）以上である。吸収塔１８の中で、第１の吸収塔供給物流れ４２ａの上昇する蒸気は、吸収塔供給物流れ７０からの落下液体と十分接触させることによって、少なくとも部分的に凝縮し、そうすることによって、膨張済み蒸気流れ４２ａ中のメタンとＣ２化合物と一層軽質の化合物との実質的に全てを含有する吸収塔頭上流れ４６を生じさせる。凝縮済み液体は、該塔の下方へ降下し、吸収塔底部流れ４５として除去する。吸収塔底部流れ４５には、Ｃ３化合物と一層重質の化合物の大部分が含有される。
【００２７】
吸収塔頭上流れ４６は、頭上交換器(overhead exchanger)２０まで移動させ、次いで、吸収塔底部流れ４５、分留塔頭上流れ６０及び圧縮済み第２の蒸気流れ６８と熱交換接触を行うことによって加温する。圧縮済み第２の蒸気流れ６８は、分留塔供給物流れ及び第２の分留塔供給物流れの中のメタンの大部分を含有する。重質の主要成分がＣ３化合物及び一層重質の化合物であるとき、圧縮済み第２の蒸気流れ６８は、分留塔供給物流れと第２の分留塔供給物流れとの中のＣ２化合物の大部分を含有する。流れ４５は、頭上交換器２０に入れる前、膨張装置２３で膨張させて冷却する。（もう１つの方法として、第１の液体流れ４４の一部は、流れ５３として前置交換器１２に供給する前、流れ４４ｂとして頭上交換器２０に供給して、これらプロセス流れを更に冷却することができる。流れ５３が頭上交換器２０を離れるとき、流れ５３は、分留塔２２の中に供給するか、又は流れ５８と合体することができる。）吸収塔頭上流れ４６は、前置交換器１２で更に温め、昇圧圧縮機２８で約５．５ＭＰａ（８００ｐｓｉａ）以上の圧力又は管路仕様の圧力まで圧縮して、残留ガス５０を形成する。残留ガス５０は、入口ガス中のメタン及びＣ２化合物の実質的に全てと、少量のＣ３化合物及び一層重質の化合物とを含有する管路販売ガスとなる。吸収塔底部流れ４５は、前置交換器１２で更に冷却し、第２の分留塔供給物流れ４８として、分留塔２２の中央部分の供給トレー(feed tray; 供給段)に供給する。吸収塔１８と分留塔２２の間に所定の大きい差圧が存在するため、吸収塔底部流れ４８は、ポンプを使用しないで分留塔２２に供給することができる。
【００２８】
分留塔２２は、続いて配置されている（即ち上流の）吸収塔より実質的に低く且つ該吸収塔との所定の差圧ΔＰを生じる圧力Ｐ２で作動させる。Ｐ２は、そのようなガス流れに対しては約２．７６ＭＰａ（４００ｐｓｉａ）より高いのが好ましい。例証する目的で、Ｐ２が２．７６ＭＰａ（４００ｐｓｉａ）であり、ΔＰが１．０３ＭＰａ（１５０ｐｓｉａ）であるならば、Ｐ１は３．７９ＭＰａ（５５０ｐｓｉａ）となる。分留塔と吸収塔の間の設定済み差圧が維持される限り、温度及び圧力のプロフィルの他、分留塔供給量を選定して、液体供給物流れ中の諸化合物の許容可能な分離効率を得ることができる。分留塔２２において、第１の供給物流れ４８及び第２の供給物流れ５８は、１つ以上の中央塔供給トレーに供給して、底部流れ７２及び頭上流れ６０を生じさせる。分留塔底部流れ７２は、底部交換器２９で冷却して、重質の主要成分及び諸重質化合物の実質的に全てを含有するＮＧＬ生成物流れを生じさせる。
【００２９】
分留塔頭上流れ６０は、頭上凝縮器２０で、吸収塔頭上流れ４６、吸収塔底部流れ４５及び／又は第１の液体部分流れ５３と熱交換接触(heat exchange contact)を行うことによって、少なくとも部分的に凝縮する。少なくとも部分的に凝縮した頭上流れ６２は、頭上分離機２６で分離して、Ｃ２化合物と一層軽質の諸化合物との大部分を含有する第２の蒸気流れ６６；及び、分留塔還流流れ６４として分留塔２２に戻される液体流れ；を生じさせる。第２の蒸気流れ６６は、頭上圧縮機２７に供給して、実質的に吸収塔１８の動作圧力Ｐまで圧縮する。圧縮済み第２の蒸気流れ６８は、頭上凝縮器２０で、吸収塔頭上流れ４６、吸収塔底部流れ４５及び／又は第１の液体部分流れ５３と熱交換接触を行うことによって、少なくとも部分的に凝縮する。凝縮された圧縮済み第２の蒸気流れは、還流流れ７０として吸収塔１８に供給する。前記の圧縮済み第２の蒸気流れは、分留塔供給物流れ中のメタンの大部分を含有する。重質の主要成分がＣ３化合物及び一層重質の化合物である場合、前記の圧縮済み第２の蒸気流れは、分留塔供給物流れ中のＣ２化合物の大部分を含有する。
【００３０】
一例として、図１において関連のある諸流れのモル流量を次の表Ｉに示す。
0004634007.tif 000002
【００３１】
図２は、図１のプロセスの変形を示す。図２において、吸収塔底部流れ４５は、膨張装置２３で膨張させ、頭上交換器２０で少なくとも部分的に凝縮して、流れ４５ａを形成する。流れ４５ａは、液体及び蒸気炭化水素相から成り、容器３０で分離する。液体相流れ４５ｂは、２つの流れ４５ｃ及び４５ｄに分割される。流れ４５ｄは、更に如何なる加熱も行わないで、分留塔２２に直接供給する。流れ４５ｃは、流れ４５ｂの０％〜１００％の間で変化し得る。容器３０からの蒸気流れ４５ｅは、流れ４５ｃと合体し、次いで、分留塔２２に入れる前、前置交換器１２で、入口ガス流れ４０と熱交換接触を行うことによって更に加熱する。
【００３２】
図３〜図５は、本発明の、代替の好ましい諸具体例を示す。図３では、分留塔頭上流れ６０を少なくとも部分的に凝縮して少なくとも部分的に凝縮された流れ６２を生じさせるために機械冷凍装置３０を使用する。その少なくとも部分的に凝縮された流れ６２は、上述のように、分離機２６で分離する。そのような機械冷凍装置には、プロパン冷媒タイプの装置が包含される。図４では、分留塔頭上使用流れ４６を少なくとも部分的に凝縮するために、分留塔２２内の内部凝縮器３１を使用する。吸収塔頭上流れ４６は、上述のように、該内部凝縮器で熱交換を行い、前置交換器１２で他の諸プロセス流れと接触させることによって加温する。図５は、図４に示すプロセスと同様のものを示すが、図３に示すプロセスに基づく機械冷凍装置が追加されている。諸具体例の全てにおいて、分留塔底部流れは、諸重質化合物の実質的に全てを含有する。
【００３３】
図６〜図８は、Ｃ２化合物及び一層重質の化合物の回収を改善するために構成された、本発明の低温ガス分離方法の更に別の好ましい具体例を示す。この方法は、上述のような、類似の二塔式装置を利用する。加圧済み入口炭化水素ガス流れ４０（好ましくは、加圧済み天然ガス流れ）は、低温分離プロセス１００に導入して、約６．２ＭＰａ（９００ｐｓｉａ）の圧力及び周囲温度のＣ２回収モードで作動させる。処理済み入口ガス４０は、流れ４０ａ、４０ｂに分割する。入口ガス流れ４０ａは、前置交換器で流れ１５０と熱交換接触を行うことによって冷却する。流れ１５０は、頭上交換器２０で吸収塔頭上流れ１４６を加温することによって形成する。
【００３４】
入口ガス流れ４０ｂは、分留塔２２の側方リボイラー(side reboilers)（３２ａ、３２ｂ）に熱を与えるのに使用し、そうすることによって冷却する。流れ４０ｂは、先ず、下部の側方リボイラー３２ｂに供給して、分留塔２２の最下段供給トレーの下方のトレーから除去される凝縮液１２７と熱交換接触を行う。そうすることによって、凝縮液１２７を加温し；次いで、それが除去されたトレーの下方のトレーの方に方向を変えて戻す。流れ４０ｂは、次いで、上部の側方リボイラー３２ａに供給して、分留塔２２の最下段供給トレーの下方のトレーであって凝縮液１２７が除去されたトレーの上方のトレーから除去される凝縮液１２６と熱交換接触を行う。そうすることによって、凝縮液１２６を加温し；次いで、それが除去されたトレーの下方のトレーであって凝縮液１２７が除去されたトレーの上方のトレーの方に方向を変えて戻す。流れ４０ｂは冷却して、少なくとも部分的に凝縮し、次いで、冷却済み流れ４０ａと再び合体する。合体した流れ（４０ａ、４０ｂ）は、低温分離機１４に供給する。低温分離機１４は、好ましくは、第１の液体流れ１４４から第１の蒸気流れ１４２を蒸発分離すること(flashing off)によって、これらの流れを分離する。第１の液体流れ１４４は、膨張装置２４で膨張させ、第１の分留塔供給物流れ１５８として分留塔２２の中央塔供給トレーに供給する。第１の液体流れ１４４からの後流(slip stream)１４４ａは、第２の膨張済み蒸気流れ１４２ｂと合体して、頭上交換器２０に供給することができる。
【００３５】
第１の蒸気流れ１４２の少なくとも一部分は、膨張装置１６で膨張させ、次いで、膨張済み蒸気流れ１４２ａとして吸収塔１８に供給する。第１の蒸気流れ１４２の残部（第２の膨張済み蒸気流れ１４２ｂ）は、頭上凝縮器２０に供給し、下記のように、他の諸プロセス流れと熱交換接触を行うことによって、少なくとも部分的に凝縮させる。少なくとも部分的に凝縮した第２の膨張済み蒸気流れ１４２ｂは、膨張装置３５で膨張させた後、好ましくは第２の吸収塔供給物流れ１５１として、吸収塔１８の中央帯域に供給する。第２の吸収塔供給物流れ１５１はＣ２化合物及び一層軽質の化合物に富む。
【００３６】
吸収塔１８は、膨張済み蒸気流れ１４２ａと第２の吸収塔供給物流れ１５１と吸収塔供給物流れ１７０とから、頭上流れ１４６と底部流れ１４５とを生じさせる。
【００３７】
吸収塔１８において、膨張済み蒸気流れ１４２ａと第２の吸収塔供給物流れ１５１との上昇する蒸気は、以下で解説するように、吸収塔供給物流れ１７０からの下降する液体と密接に接触させることによって、少なくとも部分的に凝縮させ、そうすることによって、膨張済み蒸気流れ１４２ａ及び第２の膨張済み蒸気流れ１４２ｂの中のメタンと一層軽質の諸化合物の実質的に全てを含有する吸収塔頭上流れ１４６を生じさせる。凝縮済み液体は、該塔の下方に降下し、Ｃ２化合物と一層重質の化合物との大部分を含有する吸収塔底部流れ１４５として取り去る。
【００３８】
吸収塔頭上流れ１４６は、頭上交換器２０まで移動させ、第２の膨張済み蒸気流れ１４２ｂ及び圧縮済み第２の蒸気流れ１６８と熱交換接触を行うことによって加温する。吸収塔頭上流れ１４６は、流れ１５０として前置交換器１２で更に加温し、次いで、膨張装置−昇圧圧縮機（２８及び２５）で、少なくとも約５．５ＭＰａ（８００ｐｓｉａ）より高い圧力、又は管路仕様の圧力まで圧縮して残留ガス１５２を形成する。残留ガス１５２は、入口ガス中のメタンの実質的に全てと、Ｃ２化合物及び一層重質の化合物の大部分とを含有する管路販売ガスとなる。吸収塔底部流れ１４５は、膨張手段（例えば、膨張弁２３）で膨張させて冷却し、次いで、第２の分留塔供給物流れ１４８として、分留塔２２の中央塔供給トレーに供給する。吸収塔１８と分留塔２２の間の差圧が高いため、吸収塔底部流れ１４５は、ポンプを使用しないで、分留塔２２まで供給することができる。
【００３９】
分留塔２２は、吸収塔１８の圧力より実質的に低い（好ましくは、約２．７５ＭＰａ（４００ｐｓｉａ）より高い）圧力で作動させる。分留塔と吸収塔の間に設定した差圧（即ち、１．０３ＭＰａ（１５０ｐｓｉａ））が維持されている限り、温度及び圧力のプロフィルの他、分留塔供給量を選定して、液体供給物流れ中の諸化合物の許容可能な分離効率を得ることができる。第１の供給物流れ１５８及び第２の分留塔供給物流れ１４８は、分留塔２２の中央部分近辺の１つ以上の供給トレーに供給して、底部流れ１７２及び頭上流れ１６０を生じさせる。分留塔底部流れ１７２は、底部交換器２９で冷却して、重質の主要成分と重質化合物との大部分を含有するＮＧＬ生成物流れを生じさせる。
【００４０】
分留塔頭上流れ１６０は、頭上圧縮機２７に供給し、圧縮済み第２の蒸気流れ１６８として、実質的に吸収塔１８の動作圧力Ｐまで圧縮する。圧縮済み第２の蒸気流れ１６８は、頭上凝縮器２０で、吸収塔頭上流れ１４６及び第２の膨張済み蒸気流れ１４２ｂと熱交換接触を行うことによって、少なくとも部分的に凝縮する。少なくとも部分的に凝縮した塔頭上流れ１６８は、第２の吸収塔供給物流れ１５１として、吸収塔１８に供給する。
【００４１】
一例として、図６の諸関連流れのモル流量を、次の表IIに示す。
0004634007.tif 000003
【００４２】
図６ａ〜図８は、Ｃ２化合物と一層重質の化合物との回収率を改善するための低温ガス分離方法であって、高圧の吸収塔が、Ｃ２化合物と一層軽質の化合物とに富む諸流れを受け入れて分離効率を改善する該分離方法の、他の好ましい諸具体例を示す。図６ａは、図６に示す方法のもう１つの具体例を包含する。図６ａでは、低温分離機に代えて、１つ以上の物質移動ステージ(mass transfer stages)を備えた低温吸収塔１４を使用する。供給物流れ４０は、この方法の変形において、２つの別個の供給物流れ４０ａと４０ｂとに分割する。流れ４０ａは、前置交換器１２で吸収塔頭上流れ１５０と熱交換接触を行って、流れ４０ｃとして出す。流れ４０ｂは、リボイラー３２ａ及び３２ｂで、それぞれ流れ１２６及び１２７と熱交換接触を行って、流れ４０ｄとして出す。２つの流れ（４０ｃ及び４０ｄ）の一層冷たい方は低温吸収塔１４の頂部に送り、２つの流れ（４０ｃ及び４０ｄ）一層温かい方は低温吸収塔１４の底部に供給する。加えて、第１の液体流れ１４４の少なくとも一部分は、流れ１４４ａとして分割し、次いで、上記で解説した第２の膨張済み蒸気流れ１４２ｂと合体させることができる。
【００４３】
図７は、図６に示す低温Ｃ２＋回収方法の代わりの方法を示す。図７において、低温分離機１４からの第１の蒸気流れ１４２は、膨張装置１６に入る前には分割しないで、膨張済み蒸気流れ１４２ａとして膨張装置１６を通過させる。膨張済み蒸気流れ１４２ａは、膨張済み蒸気流れ１４２ａと第２の膨張済み蒸気流れ１４２ｂとに分割する代わりに、そっくりそのまま全て、吸収塔１８の下方部分に供給する。吸収塔１８には、第２の吸収塔供給物流れ１５１も供給する。第２の吸収塔供給物流れ１５１は、残留ガス１５２の後流(slip stream)を捕らえ；それを頭上交換器２０で加熱し；それを膨張装置３５で膨張させ；次いで、それを、第２の吸収塔供給物流れ１５１として吸収塔１８に供給する；ことによって生じさせる。吸収塔供給物流れ１７０は、図６のものと同様である。
【００４４】
図７ａは、図７に示す方法のもう１つの具体例を含む。図７ａでは、低温分離機１８に代えて、１つ以上の物質移動ステージを備えた低温吸収塔１４を使用する。本方法のこの特定の具体例において、供給物流れ４０は、２つの別個の供給物流れ（４０ａ及び４０ｂ）に分割する。流れ４０ａは、前置交換器１２で吸収塔頭上流れ１５０と熱交換接触を行うことによって冷却し、次いで、流れ４０ｃとして出す。流れ４０ｂは、リボイラー（３２ａ及び３２ｂ）でそれぞれ流れ１２６及び１２７と熱交換接触を行うことによって冷却し、次いで、流れ４０ｄとして出す。２つの流れ（４０ｃ及び４０ｄ）のうち一層冷たい方は、低温吸収塔１４の頂部に供給し、２つの流れ（４０ｃ及び４０ｄ）のうち一層温かい方は、低温吸収塔１４の底部に供給する。
【００４５】
図８は、前記のＣ２＋回収方法の更なる具体例を示す。この特定の、方法の具体例において、入口ガス４０は、前置交換器１２で冷却し、次いで、低温分離機１４に供給する。第１の蒸気流れ１４２は、膨張装置１６で膨張させ、次いで、膨張済み蒸気流れ１４２ａとして吸収塔１８に供給する。膨張済み蒸気流れ１４２ａは、前に解説した諸具体例におけるような、流れ（１４２ａ及び１４２ｂ）に分割するのとは対照的に、そっくりそのまま全て、吸収塔１８の下方部分に供給する。２つの他の吸収塔供給物流れは、本方法のこの具体例において存在する。分留塔頭上蒸気流れ１６０は、吸収塔１８と同じ圧力に圧縮機２７で圧縮して膨張させ、次いで、圧縮済み第２の蒸気流れ１６８として出す。分留塔底部流れは、重質の主要成分の実質的に全てを含有する。圧縮済み第２の蒸気流れ１６８は、頭上交換器２０で少なくとも部分的に凝縮し、次いで、第２の吸収塔供給物流れ１５１として吸収塔１８に供給する。残留ガス流れ１５２のうち第２の膨張済み蒸気流れ１４２ｂは、リボイラー（３２ａ及び３２ｂ）で加熱し、頭上交換器２０で少なくとも部分的に凝縮し、次いで、圧縮機３５で吸収塔１８と同じ圧力に圧縮機２７で圧縮して膨張させ、次いで、吸収塔供給物流れ１７０として吸収塔１８に供給する。
【００４６】
吸収塔動作圧力が、Ｃ２化合物及び／又はＣ３化合物と、一層重質の化合物とを回収するための、続いて配置されている（即ち下流の）分留塔より実質的に高く且つ該分留塔との所定の差圧を生じる；本発明には、顕著な諸利点が存在する。第１に、再圧縮の馬力能力(horsepower duty)を減少させることができ、それによって、ガス処理能力が増大する。このことは、とりわけ高圧入口ガスに当てはまる。再圧縮の馬力能力は大部分、入口ガスが吸収塔の一層低い作動圧力まで膨張することに起因するものと考えられる。吸収塔で生じた残留ガスは、次いで、管路仕様まで再圧縮する。吸収塔の作動圧力を増大させることによって、ガスの圧縮は一層小さくて済む。ガスを再圧縮する馬力能力の条件が一層小さいことに加えて、他の諸利点が存在する。頭上圧縮機によって、分留塔２２の圧力が制御され、また、（とりわけ、本方法の起動時、）分留塔が昇圧するのが防止される。吸収塔の圧力は、上昇するこが可能であり；また、分留塔を保護する緩衝器であって、分留塔を作動させる際の安全性を向上させる該緩衝器のように作用する。本発明の分留塔は、従来技術よりも低い動作圧力に合うように設計することができるので、分留塔のための初期資本金コストが低減する。従来技術よりも優れているもう１つの利点は、分離効率が損失しないので、頭上圧縮機によって、分留塔は適切な動作範囲内に維持される（即ち、予期せぬ結果が回避される）。
【００４７】
第２に、本発明によって、続いて配置される（即ち、下流の）分留塔の、温度及び圧力のプロフィルを更に調整することが可能となり、分離効率及び熱統合(heat integration)が最適化される。濃厚な入口ガスの場合、本発明によって、分留塔は一層低い圧力及び／又は一層低い温度で作動させることが可能となり、Ｃ２化合物及び／又はＣ３化合物と一層重質の化合物との分離が改善される。更に、分留塔を一層低い圧力で作動させることによって、該分留塔の熱能力 (heat duty)が減少する。種々のプロセス流れに含まれる熱エネルギーは、分留塔の側方リボイラーの能力(duty)若しくは頭上凝縮器の能力のために使用することができるか、又は入口ガス流れを予冷するのに使用することができる。
【００４８】
第３に、一層高い圧力で吸収塔を作動させることによって、分離プロセスのエネルギー及び熱の統合が改善される。吸収塔からの一層高い圧力の液体流れと蒸気流れとに含まれるエネルギーは、例えば、等エントロピー膨張工程とガス圧縮工程とを（例えば、ターボエキスパンダーで）結び付けることによって利用する。
【００４９】
最後に、本発明によって、吸収塔と分留塔の間の液体用ポンプを排除することが可能となり、それに関連する資本コストを排除することができる。諸塔の間の全ての流れは、それら塔の間の差圧によって流すことが可能である。
【００５０】
本発明は、とりわけ、気体状炭化水素化合物（例えば、天然ガス）を分離するための方法に言及することによって、記述及び／又は例証を行ってきたが、本発明の範囲は、記述した諸具体例に限定されないことを特筆する。本発明の範囲が、具体的に記述した装置又は方法とは異なる装置又は方法を使用する他の方法及び応用を包含することは、当業者には明らかであろう。更に、上述の本発明が、具体的に記述したものと異なる変形及び部分的修正を受け入れることができることを、当業者はよく理解するものと思われる。本発明は、本発明の趣旨内及び範囲内にあるそのような変形及び部分的修正の全てを包含するものと信じる。本発明の範囲は明細書によっては限定されず、特許請求の範囲によって規定されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の改善を組み込んでいる低温気体分離方法であって、Ｃ３化合物と一層重質の化合物との回収を改善するために構成されている該分離方法の簡略化流れ図である。
【図２】図１の方法の代わりの具体例であって、第３の供給物流れが分留塔に供給される該具体例である。
【図３】図１の方法の代わりの具体例であって、機械冷凍装置を備えている該具体例である。
【図４】図３の方法の代わりの具体例であって、内部分留塔凝縮器を備えている該具体例である。
【図５】図４の方法の代わりの具体例であって、機械冷凍装置を使用することによって熱統合(heat integration)が改善されている該具体例である。
【図６】本発明の改善を組み込んでいる低温ガス分離方法であって、Ｃ２化合物と一層重質の化合物との回収を改善するために構成されている該分離方法の簡略化流れ図である。
【図６ａ】図６の方法の代わりの具体例であって、高圧供給塔及び分留塔に供給される分割済み供給物流れを包含する該具体例である。
【図７】Ｃ２化合物と一層重質の化合物との回収を改善するための、本発明の代わりの具体例であって、再循環残留ガスの還流流れ及び／又は供給物流れと分割済み入口ガス供給物流れとを高圧供給塔に供給することを包含する該具体例である。
【図７ａ】図７の方法の代わりの具体例であって、低温吸収塔と、該低温吸収塔に分割済み入口ガス供給物流れを供給することとを包含する該具体例である。
【図８】図７の方法の代わりの具体例であって、高圧吸収塔に再循環残留ガスの還流流れ及び／又は供給物流れは供給するが分割済み入口ガス供給物流れは供給しないことを包含する該具体例である。
【図１】
0004634007.tif 000004
【図２】
0004634007.tif 000005
【図３】
0004634007.tif 000006
【図４】
0004634007.tif 000007
【図５】
0004634007.tif 000008
【図６】
0004634007.tif 000009
【図６ａ】
0004634007.tif 000010
【図７】
0004634007.tif 000011
【図７ａ】
0004634007.tif 000012
【図８】
0004634007.tif 000013