(57)【要約】ガス分離またはガス輸送プロセスは、水性供給物およびＰ−Ｔ安定性包絡線を有するガス供給物からガス水和物を形成する。水性供給物が存在している間、ガス供給物は、最初に、動作圧力まで加圧され、かつ動作温度まで冷却され、それらは、ガス供給物の少なくとも一部分および水性供給物の少なくとも一部分からガス水和物を形成するために、水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線の内側にある。結果として生じるガス水和物は、残りのガスから容易に分離することが可能であり、輸送に対して安定している。
2010540229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス分離プロセスであって、
ガス混合供給物を動作圧力まで加圧することであって、該ガス混合供給物は、第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を有する第１のガスと、該第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線とは異なる第２の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を有する第２のガスとを含む、ことと、
該ガス混合供給物を動作温度まで冷却することであって、該動作圧力および動作温度は、該第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線の外側であり、該第２の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線の内側である、ことと、
該第２のガスの少なくとも一部分および水の少なくとも一部分からガス水和物を形成するために、該動作圧力および動作温度において該第２のガスを該水と接触させることと、
該第１のガスから該ガス水和物を分離することと、
該ガス水和物を分解するために、該ガス水和物を該ガス混合供給物と熱伝達連絡させることと
を含む、プロセス。
【請求項２】
前記第１のガスは、より軽いガスであり、前記第２のガスは、より重いガスである、請求項１に記載のガス分離プロセス。
【請求項３】
前記第１のガスは、純粋な第１のガス成分であり、前記第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線は、純粋な第１の成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線である、請求項１に記載のガス分離プロセス。
【請求項４】
前記第２のガスは、純粋な第２のガス成分であり、前記第２の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線は、純粋な第２の成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線である、請求項１に記載のガス分離プロセス。
【請求項５】
前記第１のガスは、２つ以上の純粋ガス成分を含むガス成分混合物であり、前記第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線は、成分混合物の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線である、請求項１に記載のガス分離プロセス。
【請求項６】
前記第２のガスは、２つ以上の純粋ガス成分を含む、ガス成分混合物であり、前記第２の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線は、成分混合物の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線である、請求項１に記載のガス分離プロセス。
【請求項７】
前記第１のガスは、水素であり、前記第２のガスは、二酸化炭素である、請求項１に記載のガス分離プロセス。
【請求項８】
前記第１のガスは、メタンであり、前記第２のガスは、二酸化炭素である、請求項１に記載のガス分離プロセス。
【請求項９】
前記ガス混合供給物と熱伝達連絡している前記ガス水和物は、水和物形成の潜熱を吸収する、請求項１に記載のガス分離プロセス。
【請求項１０】
ガス分離プロセスであって、
流動混合物を形成するために流動性混合物の中に固体粒子媒質を混入することであって、該流動性混合物は、水性液体供給物と、第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を有する第１のガス、および該第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線とは異なる第２の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を有する第２のガスを含む、ガス混合供給物とを含む、ことと、
該流動混合物を熱伝達面と接触させながら、該熱伝達面を越えて該流動混合物を運搬することであって、該熱伝達面は、該流動混合物よりも低温である、ことと、
該熱伝達面との接触時に、動作圧力において該流動混合物を動作温度まで冷却することであって、該動作圧力および動作温度は、該第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線の外側であり、該第２の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線内である、ことと、
該第２のガスの少なくとも一部分および該水性液体供給物の少なくとも一部分を、複数のガス水和物粒子に変換することと、
該複数のガス水和物粒子と、該水性液体供給物の一部分とを備える、ガス水和物スラリーを形成することと、
該第１のガスから該ガス水和物スラリーを分離することと
を含む、プロセス。
【請求項１１】
前記ガス水和物粒子を分解し、前記第２のガスおよび前記水性液体供給物の前記一部分の分解量を生じさせるために、前記第１のガスから前記ガス水和物スラリーを分離した後に、該ガス水和物スラリーを加熱することをさらに含む、請求項１０に記載のガス分離プロセス。
【請求項１２】
精製ガス生成物として、前記第１のガスの第１の回収量を提供するために、前記ガス水和物スラリーから分離される該第１のガスを回収することをさらに含む、請求項１０に記載のガス分離プロセス。
【請求項１３】
前記第１の回収量は、前記第１のガス混合供給物からの前記第２のガスの未反応部分とともに、第２のガス混合供給物の中に存在し、前記プロセスは、該第２のガス混合供給物について請求項１０に記載のステップを繰り返すことをさらに含む、請求項１２に記載のガス分離プロセス。
【請求項１４】
前記第１のガスの前記第１の回収量よりも濃縮された第２の回収量を提供するための、請求項１３に記載の前記繰り返すステップにおいて、前記ガス水和物スラリーから分離された該第１のガスを回収することをさらに含む、請求項１３に記載のガス分離プロセス。
【請求項１５】
前記第２の回収量は、精製ガス生成物である、請求項１４に記載のガス分離プロセス。
【請求項１６】
水和物形成の潜熱を吸収するために、前記ガス水和物スラリーを前記流動混合物と熱伝達連絡させることをさらに含む、請求項１０に記載のガス分離プロセス。
【請求項１７】
前記ガス水和物スラリー中の前記ガス水和物粒子を分解するために、該ガス水和物スラリーを前記流動混合物と熱伝達連絡させることをさらに含む、請求項１０に記載のガス分離プロセス。
【請求項１８】
前記固体粒子媒質は、前記流動性混合物の存在下で本質的に不活性である、請求項１０に記載のガス分離プロセス。
【請求項１９】
ガス輸送プロセスであって、
ガス搭載場所において、流動混合物を形成するために流動性混合物の中に固体粒子媒質を混入することであって、該流動性混合物は、水性液体供給物と、炭化水素液および水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を有する炭化水素ガスを含む、炭化水素流体供給物とを含む、ことと、
該流動混合物を熱伝達面と接触させながら、該熱伝達面を越えて該流動混合物を運搬することであって、該熱伝達面は該流動混合物よりも低温である、ことと、
該熱伝達面との接触時に、動作圧力における動作温度まで該流動混合物を冷却することであって、該動作圧力および動作温度は、該水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線の内側である、ことと、
該炭化水素ガスの少なくとも一部分および該水性液体供給物の少なくとも一部分を、複数のガス水和物粒子に変換することと、
該複数のガス水和物粒子および該炭化水素液の一部分を備える、ガス水和物スラリーを形成することと、
該ガス水和物スラリーをガス搭載解除場所まで輸送することと、
該ガス搭載解除場所において、該ガス水和物スラリーを、水性液体、該炭化水素液、および該炭化水素ガスに分解するために、該ガス水和物スラリーを加熱することと、
該水性液体、該炭化水素液、および該炭化水素ガスを相互から分離することと
を備える、プロセス。
【請求項２０】
前記熱伝達面は、第１の熱伝達面であり、前記プロセスはさらに、前記ガス水和物スラリーを第２の熱伝達面と接触させながら、前記ガス搭載場所において、該第２の熱伝達面を越えて該ガス水和物スラリーを運搬することを備え、該第２の熱伝達面は、該ガス水和物スラリーよりも低温であり、それにより、該第２の熱伝達面との接触時に、過冷却温度において過冷却ガス水和物スラリーにまで該ガス水和物スラリーを過冷却させる、請求項１９に記載のガス輸送プロセス。
【請求項２１】
前記過冷却ガス水和物スラリーをガス搭載解除場所まで輸送する前に、該過冷却ガス水和物スラリーを減圧することをさらに含む、請求項２０に記載のガス輸送プロセス。
【請求項２２】
前記炭化水素液は、高圧セパレータの中において前記炭化水素ガスから分離される、請求項１９に記載のガス輸送プロセス。
【請求項２３】
前記炭化水素ガスから分離された前記炭化水素液を低圧セパレータまで運搬し、付加的な炭化水素ガスを産生するために該低圧セパレータの中において該炭化水素液を減圧することをさらに含む、請求項２２に記載のガス輸送プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００３年１１月１９日出願の第１０／７１８，２４９号の一部継出願であって、この出願は、２００１年６月８日出願の特許出願第０９／８７７，７９８号の一部継続出願（現在、米国特許第６，７０３，５３４号として発行）であり、この出願は、１９９９年１２月３０日出願の第０９／４７６，２９７号一部継続出願（現在、米国特許第６，３５０，９２８号として発行）である。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、概して、混合物中のガスの分離またはガスの輸送を容易にする、ガス水和物形成プロセスに関し、より具体的には、流動層熱交換器中でガス水和物を形成するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
ガス混合物内でより低い分子量のガスからより高い分子量のガスを分離することが望ましい、多くの炭化水素処理用途がある。例えば、天然ガス中のメタンから、硫化水素、二酸化炭素、および／またはプロパンを分離することによって、天然ガスを処理することが一般的である。同様に、合成ガス中のより望ましい水素および一酸化炭素から二酸化炭素を分離することによって、合成ガスを処理することが一般的である。
【０００４】
より低い分子量のガス成分およびより高い分子量のガス成分を含有するガス混合物から、より高い分子量のガス成分を分離するためのプロセスは、しばしば、ガス成分の沸点および凝縮温度の違いを利用する。これらのプロセスは、極低温液体蒸留によって分離を達成する。代替として、ガス混合物のガス成分のうちの１つは、モノエタノールアミンまたは類似化合物等のアルカリ性化学物質の水溶液と容易に反応する、二酸化炭素または硫化水素等の極性またはイオン化成分であり、極性またはイオン化ガス成分の分離は、一般的に溶媒吸収によって達成される。
【０００５】
上記の分離機構の両方は、高度な分離が可能であるが、有意量のエネルギー入力を必要とする。例えば、極低温液体蒸留がガス混合物を液化する有意な冷凍能力を必要とする一方で、溶媒吸収は、溶媒再生およびストリッピングステップのために有意なプロセス熱を必要とする。
【０００６】
半透性膜を採用する膜分離プロセスは、典型的には、極低温液体蒸留または溶媒吸収プロセスよりもエネルギー効率が良い。しかしながら、現在入手可能なポリマー膜を通るほとんどのガス成分の透過度は、比較的低い。したがって、上記のプロセスに匹敵する分離の程度を達成するためには、非常に大きい膜表面積が必要とされる。結果として、膜分離プロセスは、典型的には、比較的高い資本費用を伴う。さらに、膜の選択性はしばしば、比較的不良であり、拒絶流へのより望ましいガス成分の高い損失をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以降で説明されるように、ガス水和物形成を利用して、代替的な、比較的エネルギー効率が良く、低コストで、極めて効果的なガス分離プロセスに対する必要性を認識するとともに満足する。
【０００８】
本発明の代替的用途は、海洋ガス田等の、パイプライン市場から遠隔にある場所からの、天然ガス等のガス流の輸送のためである。遠隔天然ガス流を輸送することの固有の困難に対する、１つの潜在的解決法は、輸送に備えて、天然ガスが産生されるガス田またはその付近で、ガス流を液化天然ガス（ＬＮＧ）に変換することである。天然ガスは、液体形態においてより容易に輸送が可能である。しかしながら、現場ＬＮＧ変換施設のための機器およびエネルギーの費用は、しばしば実用的でない。本発明は、以降で説明されるように、ガス水和物形成を使用する、代替的で、比較的エネルギー効率が良く、低コストの、極めて効果的なガス輸送離プロセスの必要性を認識するとともに満足する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を有する第１のガスと、第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線とは異なる第２の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を有する第２のガスとを含む、ガス混合供給物用のガス分離プロセスである。ガス混合供給物は、動作圧力まで加圧され、動作温度まで冷却される。動作圧力および動作温度は、第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線外であり、第２の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線内である。第２のガスは、第２のガスの少なくとも一部分および水の少なくとも一部分からガス水和物を形成するように、動作圧力および動作温度において水と接触させられる。ガス水和物は、第１のガスから分離され、ガス水和物を分解するように、ガス混合供給物と熱伝達連絡させられる。好ましい実施形態によれば、ガス水和物は、水和物形成の潜熱を吸収する。
【００１０】
一代替案では、第１のガスは、より軽いガスであり、第２のガスは、より重いガスである。別の代替案では、第１のガスは、純粋な第１のガス成分であり、第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線は、純粋な第１の成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線である。同様に、または代替として、第２のガスは、純粋な第２のガス成分であり、第２の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線は、純粋な第２の成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線である。例示的な好ましい純粋な第１のガス成分は、水素またはメタンであり、例示的な好ましい純粋な第２のガス成分は、二酸化炭素である。
【００１１】
別の代替案では、第１のガスは、２つ以上の純粋ガス成分を含む、ガス成分混合物であり、第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線は、成分混合物の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線である。同様に、または代替として、第２のガスは、２つ以上の純粋ガス成分を含む、ガス成分混合物であり、第２の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線は、成分混合物水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線である。本発明はさらに、上記のガス混合供給物用の代替的ガス分離プロセスとして特徴付けられる。ガス混合供給物および水性液体供給物は、流動性混合物内に含まれる。好ましくは、流動性混合物の存在下で本質的に不活性である、固体粒子媒質は、流動混合物を形成するように流動性混合物に混入される。流動混合物は、流動混合物を熱伝達面に接触させている間に、熱伝達面を越えて運搬される。熱伝達面は、流動混合物よりも低温であり、それにより、動作圧力において、熱伝達面との接触時に、流動混合物を動作温度まで冷却する。動作圧力および動作温度は、ガス混合供給物中の第１のガスの第１の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線外であり、ガス混合供給物中の第２のガスの第２の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線内である。したがって、第２のガスの少なくとも一部分および水性液体供給物の少なくとも一部分は、複数のガス水和物粒子に変換される。複数のガス水和物粒子と、水性液体供給物の一部分とを備える、ガス水和物スラリーが形成され、結果として生じるガス水和物スラリーは、第１のガスから分離される。
【００１２】
第１のガスは、第１のガスの第１の回収量を提供するように回収することができる。一実施形態によれば、第１のガスの第１の回収量は、精製ガス生成物である。別の実施形態によれば、第１の回収量は、第２のガス混合供給物中で、第１のガス混合供給物からの第２のガスの未反応部分と結合され、第１のガス混合供給物に関する上記のプロセスステップは、第２のガス混合供給物に関して繰り返される。繰り返すステップにおいて、ガス水和物スラリーから分離された第１のガスは、第１の回収量よりも濃縮された第１のガスの第２の回収量を提供する。一実施形態によれば、第１のガスの第２の回収量は、精製ガス生成物である。
【００１３】
ガス分離プロセスはさらに、ガス水和物粒子を分解し、第２のガスおよび水性液体供給物の一部分の分解量を生じるように、第１のガスからガス水和物スラリーを分離した後に、ガス水和物スラリーを加熱するステップを含むことができる。一実施形態によれば、ガス水和物スラリーは、それを流動混合物と熱伝達連絡させ、ガス水和物スラリーに流動混合物からの水和物形成の潜熱を吸収させ、ガス水和物スラリー中のガス水和物粒子を分解することによって、加熱される。
【００１４】
別の特性化では、本発明は、ガス輸送プロセスである。流動性混合物は、ガス搭載場所で提供される。流動性混合物は、水性液体供給物と、炭化水素液、および水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を有する炭化水素ガスを含む、炭化水素流体供給物とを含む。固体粒子媒質は、流動混合物を形成するように流動性混合物に混入される。流動混合物は、流動混合物を熱伝達面に接触させている間に、熱伝達面を越えて運搬される。熱伝達面は、流動混合物よりも低温であり、それにより、動作圧力において、熱伝達面との接触時に、流動混合物を動作温度まで冷却する。動作圧力および動作温度は、炭化水素ガスの水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線内である。
【００１５】
炭化水素ガスの少なくとも一部分および水性液体供給物の少なくとも一部分は、複数のガス水和物粒子に変換される。複数のガス水和物粒子と、水性液体供給物の一部分とを備える、ガス水和物スラリーが形成される。ガス水和物スラリーは、ガス搭載解除場所に輸送され、ガス搭載解除場所において、ガス水和物スラリーを、水性液体、炭化水素液、および炭化水素ガスに分解するように、加熱される。次いで、水性液体、炭化水素液、および炭化水素ガスは、相互から分離される。
【００１６】
一実施形態によれば、ガス分離プロセスはさらに、ガス水和物スラリーを第２の熱伝達面と接触させながら、ガス搭載場所において、第２の熱伝達面を越えてガス水和物スラリーを運搬するステップを含む。第２の熱伝達面は、ガス水和物スラリーよりも低温であり、それにより、第２の熱伝達面との接触時に、ガス水和物スラリーを過冷却温度まで過冷却させる。過冷却ガス水和物スラリーは、ガス搭載解除場所に輸送する前に減圧することができる。
【００１７】
別の実施形態によれば、ガス水和物スラリーの減圧から産生された炭化水素液は、高圧セパレータの中で炭化水素ガスから分離される。炭化水素ガスから分離された炭化水素液は、低圧セパレータに運搬し、その中で付加的な炭化水素ガスを産生するように減圧することができる。
【００１８】
本発明は、図面および以下の詳細説明から、さらに理解されるであろう。この説明は、具体的詳細を記述するが、本発明のある実施形態は、これらの具体的詳細なしで実行されてもよいことを理解されたい。また、場合によっては、本発明の理解をあいまいにすることを回避するために、周知の処理機器、動作、および技法が詳細に示されていないことも理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明のガス分離プロセスの実施形態を実行するように分離システムにおいて構成される、プロセス用機器の概略図である。
【図２】図２は、図１の実施形態で有用性がある、流動層熱交換器の概念化断面図である。
【図３】図３は、いくつかの一般的な純粋ガス成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線のグラフ表示である。
【図４】図４は、純粋ガス成分であるメタン、純粋ガス成分である二酸化炭素、ならびに二酸化炭素およびメタンの２成分ガス混合物の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線のグラフ表示である。
【図５】図５は、純粋ガス成分である二酸化炭素、ならびに二酸化炭素および水素の２成分ガス混合物の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線のグラフ表示である。
【図６】図６は、本発明のガス分離プロセスの代替実施形態を実行するように代替的分離システムにおいて構成される、プロセス用機器の概略図である。
【図７】図７は、図６の実施形態で有用性がある、代替的な流動層熱交換器の概念化断面図である。
【図８】図８は、本発明のガス輸送プロセスの実施形態を実行するようにガス水和物形成システムにおいて構成される、プロセス用機器の概略図である。
【図９】図９は、本発明のガス輸送プロセスの実施形態を実行するようにガス水和物分解システムにおいて構成される、プロセス用機器の概略図である。
【００２０】
本発明の実施形態を、類似番号が同じまたは同様の要素を示す、図面のうちの上記の図において、限定ではなく一例として図示する。本明細書の「実施形態」、「一実施形態」、「代替実施形態」、「好ましい実施形態」、または同等物への共通参照は、必ずしも同じ実施形態への参照とは限らない。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１を参照すると、本発明のガス分離プロセスの実施形態の実装において有用である、概して１０と指定された分離システムの概略フロー図が示されている。システム１０は、順次に動作する、複数の逐次分離段階を含む。各分離段階は、システム１０内の分離段階の特定の場所に特有である下付き番号が後に続く、参照番号１２によって指定される。したがって、システム１０の第１の分離段階は、参照番号１２１で指定され、第２の分離段階は、参照番号１２２で指定される等である。システム１０の最終分離段階は、第ｎの分離段階と称され、参照番号１２ｎで指定される。本ガス分離プロセスの実装において有用である、分離システムは、特定数の分離段階を有するシステムに限定されない。
【００２２】
当業者であれば、ガス混合供給物内のガス成分の入口濃度、精製ガス生成物の必要な純度水準、および／または必要とされる回収効率の関数として、特定の分離システムに対する分離段階の数を選択する。ほとんどの実用的用途については、３つまたは４つの分離段階を順次に有する分離システムが、本ガス分離プロセスを効果的に実行するのに十分であると考えられる。それでもなお、１つのみの分離段階を有するか、２つの分離段階を有するか、または５つ以上の分離段階を有する分離システムを使用して、本ガス分離プロセスを効果的に実行することも、本発明の範囲内である。
【００２３】
分離システム１０の各分離段階１２１、１２２、１２ｎは、好ましくは、他の分離段階と本質的に同じである。したがって、最初に、単一の共通分離段階１２に言及して、分離段階１２１、１２２、１２ｎの全てを以降で説明する。分離段階１２は、水和物形成熱交換器１４と、ガスセパレータ１６と、ガス再循環器１８と、スラリー濃縮器２０と、液体加圧器２２とを備える。熱交換器１４は、熱伝達媒質入口２４と、熱伝達媒質出口２６と、ガス供給物入口２８と、液体供給入口３０と、多相出口３２とを有する。ガスセパレータ１６は、多相入口３４と、ガス出口３６と、スラリー出口３８とを有する。ガス再循環器１８は、ガス入口４０と、ガス出口４２とを有する。スラリー濃縮器２０は、スラリー入口４４と、スラリー出口４６と、液体出口４８とを有する。液体加圧器２２は、液体入口５０と、液体出口５２とを有する。
【００２４】
ガスセパレータ１６のガス出口３６は、ガス再循環ライン５４およびガス出口ライン５６に分かれる。ガス再循環器１８は、ガス再循環ライン５４の中に位置付けられ、ガス流量制御弁５８は、ガス出口ライン５６の中に配置される。液体再循環ライン６０は、スラリー濃縮器２０の液体出口４８から熱交換器１４の液体供給入口３０まで延在する。液体加圧器２２は、液体再循環ライン６０の中に配置される。補給液体入口６２は、液体加圧器２２の上流で液体再循環ライン６０に繋がり、液体流量制御弁６４は、補給液体入口６２の中に配置される。スラリー流量制御弁６６は、スラリー濃縮器２０のスラリー出口４６の中に配置される。
【００２５】
ガス再循環器１８は、本質的には、ガス再循環ライン５４を通して熱交換器１４のガス供給物入口２８の中へ、および以降で説明されるように熱交換器１４を通して、ガス組成物またはガス／液体組成物の流れを誘導することが可能な、当業者に公知である任意のデバイスまたは他の手段である。そのようなものとして、本明細書で有用性がある例示的なガス再循環器は、圧縮器、ブロワ、多相流ポンプ、ガスまたは液体駆動型ベンチュリ排出装置、または同等物である。スラリー濃縮器２０は、本質的には、スラリーから液体の一部分を分離してスラリーの固体濃度を増加させることが可能な、当業者に公知である任意のデバイスまたは他の手段である。そのようなものとして、本明細書で有用性がある例示的なスラリー濃縮器は、単純重力濾過カラム、ハイドロサイクロン濾過デバイス、または同等物である。液体加圧器２２は、本質的には、液体再循環ライン６０を通して熱交換器１４の液体供給入口３０の中へ、および以降で説明されるように熱交換器１４を通して供給される、液体組成物を加圧することが可能な、当業者に公知である任意のデバイスまたは他の手段である。そのようなものとして、本明細書で有用性がある例示的な液体加圧器は、液体ポンプまたは同等物である。
【００２６】
分離システム１０はさらに、ガス混合供給物源６８と、補給液体源７０と、精製ガス生成物受容器７２と、スラリーポンプ７４と、水和物分解器７６とを含む。ガス混合供給物源６８を第１の分離段階１２１における熱交換器１４のガス供給物入口２８に連結する、ガス混合供給物ライン７８が提供される。ガス再循環ライン５４の出口端は、ガス混合供給物ライン７８に繋がる。
【００２７】
分離システム１０の分離段階１２１、１２２、１２ｎは、ガス出口ライン５６１、５６２によって、相互に直列に連結される。具体的には、第１および第２の分離段階１２１、１２２の間の直列連絡は、第１の分離段階１２１におけるガスセパレータ１６のガス出口３６から第２の分離段階１２２における熱交換器１４のガス供給物入口２８まで延在する、ガス出口ライン５６１によって提供される。第２の分離段階１２２と第ｎの分離段階１２ｎ（本実施形態では第３の分離段階）との間の直列連絡は、同様に、第２の分離段階１２２におけるガスセパレータ１６のガス出口３６から第ｎの分離段階１２３における熱交換器１４のガス供給物入口２８まで延在する、ガス出口ライン５６２によって提供される。ガス出口ライン５６ｎは、第ｎの分離段階１２ｎにおけるガスセパレータ１６のガス出口３６から精製ガス生成物受容器７２まで延在する。
【００２８】
分離システム１０の分離段階１２１、１２２、１２ｎは、補給液体ライン８０によって並列に連結される。具体的には、補給液体ライン８０は、各分離段階１２１、１２２、１２ｎ用の各補給液体入口６２に連結することによって、分離段階１２１、１２２、１２ｎのそれぞれに繋がる。補給液体ライン８０の入口端はさらに、補給液体源７０に連結され、それにより、補給液体源７０から分離段階１２１、１２２、１２ｎのそれぞれまでの導管を提供する。分離段階１２１、１２２、１２ｎはまた、水和物収集ライン８２によっても並列に連結される。具体的には、水和物収集ライン８２は、各分離段階１２１、１２２、１２ｎ用のスラリー濃縮器２０の各スラリー出口４６に連結することによって、分離段階１２１、１２２、１２ｎのそれぞれに繋がる。水和物収集ライン８２の出口端はさらに、システム排出出口８４に連結され、それにより、分離段階１２１、１２２、１２ｎのそれぞれからシステム排出出口８４までの導管を提供する。スラリーポンプ７４および水和物分解器７６は、最終的な第ｎの分離段階１２ｎ（本実施形態では第３の分離段階）の下流で水和物収集ライン８２の中に直列的に配置される。
【００２９】
図２を追加的に参照して、分離段階１２１、１２２、１２ｎのそれぞれにおいて有用性がある、特定の種類の水和物形成熱交換器１４を示し、説明する。図２の熱交換器１４は、流動層熱交換器（ＦＢＨＸ）と称される。ＦＢＨＸ１４は、限定としてよりもむしろ一例として示されることが理解される。参照することにより本明細書に組み込まれる、同時係属米国特許第６，３５０，９２８号で開示されているもの等の、他の代替的に構成されたＦＢＨＸを、本明細書での有用性のために当業者によって適合することができる。
【００３０】
ＦＢＨＸ１４は、複数の垂直方向に成層化した直列チャンバ、すなわち、下チャンバ２１２、中間チャンバ２１４、および上チャンバ２１６に機能的に区分化される。下チャンバ２１２は、混合域として機能的に画定され、中間チャンバ２１４は、熱伝達域として機能的に画定され、上チャンバ２１６は、分離域として機能的に画定される。下、中間、上チャンバ２１２、２１４、２１６は、ＦＢＨＸ１４を包囲する連続容器である、シェル２１８によって封入される。
【００３１】
ガス供給物入口２８および液体供給物入口３０は、シェル２１８を通して下チャンバ２１２にアクセスする。複数の実質的に並行なライザー管２２０は、シェル２１８内で垂直に配置され、下チャンバ２１２から中間チャンバ２１４を通って上チャンバ２１６の中へ延在する。そのようなものとして、各ライザー管２２０は、下チャンバ２１２の中に配置される下端２２２と、中間チャンバ２１４の中に配置される中間区分２２４と、上チャンバ２１６の中に配置される上端２２６とを有する。上端２２６は、好ましくは、下端２２２よりも実質的に長い。しかしながら、下端および上端２２２、２２６の両方は、多孔性として相互に特徴付けられ、それにより、管内部２２８とライザー管２２０外部の下チャンバおよび上チャンバ２１２、２１６それぞれとの間に流体連絡を提供する。したがって、ガスおよび液体は、ライザー管２２０外部の下チャンバおよび上チャンバ２１２、２１６それぞれの部分から、下端および上端２２２、２２６それぞれを通って管内部２２８の中へ自由に通ることができ、または逆も同様である。
【００３２】
管状下端および上端２２２、２２６の多孔性特徴は、網または他のそのような多孔性材料からそれらを加工することによって、または代替として、無孔性材料から管状下端および上端２２２、２２６を加工するが、無孔性材料に穴、間隙、穿孔、または他のそのような開口部を提供することによって、達成することができる。本実施形態では、下端および上端２２２、２２６には、それらを多孔性にする、複数の開口部２３０が提供される。
【００３３】
下管板２３２は、下チャンバおよび中間チャンバ２１２、２１４の接合点に位置付けられ、上管板２３４は、中間チャンバおよび上チャンバ２１４、２１６の接合点に対応して配置される。下管板および上管板２３２、２３４は、相互と本質的に並行に整合し、それを通過するライザー管２２０と本質的に垂直である。各ライザー管２２０の中間区分２２４は、中間チャンバ２１４の長さに延在し、下板／管の界面２３６において下管板２３２に係合し、上板／管の界面２３８において上管板２３４に係合する。
【００３４】
ライザー管２２０は、中間チャンバ２１４内でライザー管２２０の間または周囲に開放間隙空間２４０を提供するように、相互から空間的に分離される。各ライザー管２２０の中間区分２２４は、間隙空間２４０と管内部２２８との間の流体連絡を本質的に防止する、連続的な本質的に流体不浸透性の壁である。下管板および上管板２３２、２３４は、ライザー管２２０を支持し、それらを相互に対して固定位置で維持する。上下板／管の界面２３６、２３８は、間隙空間２４０と、ライザー管２２０の外部にある下チャンバおよび上チャンバ２１２、２１６それぞれの部分との間の流体連絡を本質的に防止する、効果的な流体シールである。しかしながら、下管板および上管板２３２、２３４は、管内部２２８を貫通あるいは遮断してそれを通る流動を妨げないことが留意される。
【００３５】
熱伝達媒質入口２４および熱伝達媒質出口２６は、シェル２１８を通して中間チャンバ２１４の開放間隙空間２４０にアクセスする。具体的には、熱伝達媒質入口２４は、中間チャンバ２１４の上部分２４２の中の間隙空間２４０にアクセスし、熱伝達媒質出口２６は、中間チャンバ２１４の下部分２４４の中の間隙空間２４０にアクセスする。開放間隙空間２４０は、熱伝達媒質入口２４から熱伝達媒質出口２６まで、本質的に中間チャンバ２１４の全長に延在する、ＦＢＨＸ１４を通る熱伝達媒質流路を画定する。
【００３６】
ライザー管２２０の開放管内部２２８は、同様に、ガスおよび液体供給物入口２８、３０から多相出口３２まで、本質的にＦＢＨＸ１４の全長に延在する、ＦＢＨＸ１４を通る流動性混合物流路を画定する。流動性混合物流路は、熱伝達媒質流路から流体隔離している。しかしながら、ライザー管２２０の中間区分２２４の壁の外側は、ライザー管２２０と間隙空間２４０との間の界面において熱伝達媒質流路と流体接触している。上チャンバ２１６は、本質的に開放ヘッドスペースまたはフリーボードであり、そこから多相出口３２がシェル２１８を通ってＦＢＨＸ１４から退出する。
【００３７】
ＦＢＨＸ１４の操作は、分離段階１２１、１２２、１２ｎのそれぞれについて本質的に同じである。したがって、以下で説明される第１の分離段階１２１でＦＢＨＸ１４を操作する好ましい方法は、同様に、残りの分離段階１２２および１２ｎに該当する。図１および２を参照すると、方法は、ガス混合供給物ライン７８およびガス供給物入口２８を通って、ＦＢＨＸ１４の下チャンバ２１２にガス混合供給物源６８からのガス混合供給物を導入することによって、開始される。再循環スラリー濃縮器液体の形の液体供給物が、同時に、液体出口４８、液体再循環ライン６０、および液体供給物入口３０を通って、スラリー濃縮器２０からＦＢＨＸ１４の下チャンバ２１２に導入される。補給液体の形の付加的な液体供給物もまた、以下で説明される方式で、所望に応じて補給液体源７０から下チャンバ２１２に導入されてもよい。
【００３８】
ガス混合供給物は、好ましくは、選択されたガス入口圧力におけるガス混合供給物の最高水和物安定性温度よりも高いガス入口温度である。液体供給物は、同様に、好ましくは、選択された液体入口圧力におけるガス混合供給物の最高水和物安定性温度またはそのすぐ上の液体入口温度である。液体供給物は概して、水性組成物、すなわち、液体入口温度において液相である含水組成物として特徴付けられる。本明細書で有用性がある液体供給物の例は、淡水または食塩水を含む。
【００３９】
ガス混合供給物は概して、少なくとも２つのガス成分の混合物として特徴付けられ、その両方は、ガス入口温度において気相である。ガス混合供給物の第１のガス成分は、より軽いガス成分として特徴付けられ、第２のガス成分は、より重いガス成分として特徴付けられる。ガス成分の少なくとも一方、および典型的には両方はまた、ある圧力および温度条件において、水の存在下で、安定したガス水和物を形成することも可能である。第１および第２のガス成分はそれぞれ、他方とは異なる、明確な純粋成分の水和物圧力・温度（Ｐ−Ｔ）安定性包絡線を有するものとして特徴付けられる。
【００４０】
所与のガス成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線は、その内側にいて所与のガス成分の安定したガス水和物が発生するＰ−Ｔグラフ上の領域を画定する、圧力および温度の値の特定の軌跡である。このＰ−Ｔグラフ上の領域の境界限界は、典型的には、以下で説明される図３―５に示されるような明確な曲線によって画定される。そのようなものとして、所与のガス成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線は、曲線の上側および左側の領域である。２つ以上の明確な純粋成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線の境界限界を画定する曲線が、単一の多成分水和物安定性グラフ上で描かれると、種々の純粋成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線の複数部分が、部分的に重複するか、または別の成分の水和物安定性包絡線内に完全に位置する場合があることが留意される。
【００４１】
図３は、いくつかの一般的な水和物形成ガス成分、すなわち、メタン、エタン、プロパン、イソブテン、硫化水素、および二酸化炭素の純粋成分水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を示す、多成分水和物安定性グラフの例を図示する。図４は、純粋メタン、純粋二酸化炭素、ならびに純粋メタンおよび二酸化炭素のいくつかの二元混合物の純粋成分水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を示す、多成分水和物安定性グラフの例を図示する。図５は、純粋二酸化炭素、ならびに純粋二酸化炭素および水素のいくつかの二元混合物の純粋成分水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を示す、多成分水和物安定性グラフの例を図示する。
【００４２】
一般的に実用的な圧力および温度条件下における本プロセスによって、安定したガス水和物を形成することが可能である例示的なより軽いガス成分は、メタン、窒素、酸素、または一酸化炭素である。本プロセスはまた、（極度の高圧条件下の可能性を除いて）概してガス水和物を形成することが可能ではない、水素等のより軽いガス成分を包含してもよい。一般的に実用的な圧力および温度条件下での本プロセスによる、安定したガス水和物を形成することが可能である例示的なより重いガス成分は、二酸化炭素、硫化水素、エタン、プロパン、またはブタンである。
【００４３】
いずれの場合でも、ガス混合供給物および液体供給物は、流入矢印２４５によって示されるように、下チャンバ２１２の開放空間からライザー管２２０の下端２２２の開口部２３０を通って管内部２２８の中へ上向きに運搬される、二相流動性混合物を形成する。流動性混合物は、ライザー管２２０の下端２２２に進入する際に流動性混合物入口温度を有し、それは、ガスおよび液体入口温度、ならびにその相対流量および各熱容量と相関する。流動性混合物入口温度の典型的な範囲は、２と３０℃との間である。
【００４４】
固体研磨媒質２４６が管内部２２８の中に存在し、それは、好ましくは、研磨媒質が管内部２２８から退出することを防止し、研磨媒質２４６を管内部２２８の中に保持するように、ライザー管２２０の下端および上端２２２、２２６の開口部２３０よりも大きい寸法である。研磨媒質２４６は、好ましくは、刻まれた金属ワイヤ、砂利、またはガラス、セラミック、あるいは金属から形成されたビーズ等の、実質的に不活性で硬質の研磨用材料から形成された複数の分割粒子を備える。
【００４５】
ライザー管２２０の下端２２２に進入する流動性混合物の表面的速度は、上向きに流れる流動性混合物がその中に固体研磨媒質２４６を混入させて、三相流動混合物を備える流動層を形成するほどのものである。流体供給物流、すなわち、ガス混合物および液体供給物は、流動層の二相流動化媒質を構成し、混入された研磨媒質２４６は、流動層の固相を構成する。ライザー管２２０の中の流動化媒質の上向きの表面的速度は、主に、流動層のガス対液体比および選択される研磨媒質２４６の密度に応じて、典型的には、約１０と９０ｃｍ／秒との間の範囲である。
【００４６】
流動化媒質が中間チャンバ２１４内のライザー管２２０の中間区分２２４を上向きに通過するにつれて、熱伝達媒質が、熱伝達媒質入口２４を通って中間チャンバ２１４の上部分２４２の中の間隙空間２４０の中へ、同時に運搬される。熱伝達媒質は、最初は、流動性混合物入口温度よりも実質的に低く、また、ＦＢＨＸ１４の動作圧力におけるガス混合供給物の最高水和物安定性温度よりも低い、比較的低い熱伝達媒質入口温度である。熱伝達媒質は、本質的には、任意の従来の冷却剤または冷媒となり得て、好ましくは、水、水・グリコール混合物、鉱油、または他の従来の市販されている熱伝達冷却剤あるいは冷媒の中から選択される液体である。熱伝達媒質が熱伝達媒質流路内で独占的に維持され、図１に示された生成物流路のうちのいずれにも進入しないため、そのような熱伝達媒質は、本明細書では、外部熱伝達媒質と定義される。
【００４７】
熱伝達媒質は、その降下中に、ライザー管２２０の中間区分２２４の壁の外側との連続接触を維持しながら、中間チャンバ２１４の間隙空間２４０を下向きに通過する。流動層は、同時に、ライザー管２２０の中間区分２２４の壁の内側との連続接触を維持する。ライザー管２２０は、熱伝達媒質および流動層のための効果的な熱伝達面を提供する、熱伝導性材料から形成される。結果として、流動化媒質が中間チャンバ２１４を通って上行するにつれて、流動層が冷却され、それにより、流動層の温度を低下させる。熱伝達媒質は、同時に、中間チャンバ２１４を通るその下降中に加熱され、それにより、熱伝達媒質の温度を上昇させる。
【００４８】
ライザー管２２０の中間区分２２４の壁の外側における熱伝達係数が、流動層と熱伝達媒質との間の熱伝達に対する全体的な限界抵抗となるように、ライザー管２２０の中間区分２２４の壁の内側における熱伝達係数は、典型的には非常に高いことが留意される。したがって、ライザー管２２０の中間区分２２４の壁の外側にフィンを載置する、間隙空間２４０の中にバッフル板を配置するか、またはライザー管２２０の中間区分２２４の壁の外側における熱伝達係数を増強するための他の一般的手段を採用することが、しばしば有利である。
【００４９】
流動層は、流動層と熱伝達媒質との間の熱伝達の結果として、ＦＢＨＸ１４の動作圧力における水和物形成動作温度まで冷却される。水和物形成動作温度は、ガス入口温度および流動性混合物入口温度よりも低いとして特徴付けられる。水和物形成動作温度はさらに、より軽いガス成分またはより重いガス成分の（両方ではなく）いずれかの純粋成分水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線外である一方で、ＦＢＨＸ１４の動作圧力におけるガス混合供給物の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線内であるとして特徴付けられる。
【００５０】
特定のガス混合供給物の最高水和物安定性温度と熱伝達媒質入口温度との間の温度差は、「過冷却温度差」と称される。過冷却温度差は、いったん初期水和物結晶核生成が発生すると、水和物結晶成長速度の動態が過冷却温度差の関数である限りにおいて、水和物形成速度に対する駆動力の尺度を表す。本実施形態のＦＢＨＸ１４は、典型的には、約１と３℃との間の範囲の過冷却温度差で動作する。水和物結晶成長速度はまた、気相から固体水和物相へのガス混合供給物中の水和物形成ガス成分の質量移動速度によって制限されてもよい。しかしながら、ＦＢＨＸ１４は、研磨媒質２４６によって引き起こされる高度の乱流を示し、それは、従来の管状熱交換器に対して、ＦＢＨＸ１４の熱伝達および質量移動速度を実質的に加速する。
【００５１】
本プロセスの一実施形態では、ＦＢＨＸ１４の水和物形成動作温度は、より軽いガス成分の純粋成分水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線の外側である一方で、より重いガス成分の純粋成分水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線およびＦＢＨＸ１４の動作圧力における全体としてのガス混合供給物の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線の両方の内側にある。代替実施形態では、ＦＢＨＸ１４の水和物形成動作温度は、より重いガス成分の純粋成分水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線の外側である一方で、より軽いガス成分の純粋成分水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線およびＦＢＨＸ１４の動作圧力における全体としてのガス混合供給物の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線の両方の内側にある。ＦＢＨＸ１４の典型的な水和物形成動作温度（すなわち、流動層が冷却される温度）は、約０と２５℃との間の範囲であり、より好ましくは、約１と１５℃との間の範囲である。ＦＢＨＸ１４の典型的な動作圧力は、約１００と３５，０００ｋＰａとの間の範囲であり、より好ましくは、約１，０００と２０，０００ｋＰａとの間の範囲である。
【００５２】
流動化媒質がＦＢＨＸ１４の中間チャンバ２１４を通って上行するにつれて、流動層を水和物形成動作温度まで冷却することの結果は、熱伝達媒質が効果的に水和物形成の潜熱を除去している間の、流動層における固体ガス水和物の形成である。具体的には、ガス混合供給物中の少なくともわずかなガス成分（水和物形成ガス成分と称される）が、ガス混合供給物の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線内の温度まで冷却され、ＦＢＨＸ１４の動作圧力および温度における液体供給物中の少なくともわずかな水性組成物と接触すると、ガス水和物形成が発生する。結果として生じる反応は、ＦＢＨＸ１４の中間チャンバ２１４の中の管内部２２８内で、複数の未固結固体ガス水和物粒子２４８を形成し、それらはライザー管２２０の中間区分２２４を通って上行するにつれて流動化媒質に混入される。
【００５３】
流動層の研磨媒質２４６を越えて流れる、上向きに流れる流動化媒質の運動量および粘性抵抗は、研磨媒質２４６のより濃密な粒子に対する正味の下向き重力の平衡をほぼ保たせる上向きの力を、研磨媒質２４６に受けさせる。結果として生じる流動層は、「膨張層」と称される。研磨媒質２４６は、研磨媒質２４６をライザー管２２０の壁の内側と固体ガス水和物粒子２４８とに衝突させる、膨張層における乱流を示す。衝突は、固体ガス水和物粒子２４８が壁の内側に蓄積する能力を低下させ、それに付着する固体ガス水和物粒子２４８を変位させる、研磨作用を生じさせる。したがって、研磨媒質２４６は、固体ガス水和物粒子２４８の蓄積によって引き起こされる、管内部２２８の汚損または閉塞を実質的に防止または低減する。
【００５４】
衝突はまた、固体ガス水和物粒子２４８の最終寸法も制御し、全て粒径の上限よりも本質的に小さい、粒径の統計的分布を形成する。膨張層における条件は、固体ガス水和物粒子２４８の粒径の上限が、ライザー管２２０の上端２２６の開口部２３０の寸法よりも本質的に小さくなるように選択される。したがって、ライザー管２２０の上端２２６において十分な表面的速度を有する固体ガス水和物粒子２４８は、開口部２３０を通って、容易に管内部２２８から退出することが可能である。固体ガス水和物粒子２４８は、典型的には、約０．１から１．０ｍｍまでの好ましい寸法の上限を伴う、非常に小さい制御された寸法分布範囲内の結晶構造を有し、それが固体ガス水和物粒子２４８を開口部２３０よりも小さくし、比較的良性、すなわち、凝集に耐性を持たせる。
【００５５】
少なくともかなりの割合の固体ガス水和物粒子２４８ならびに二相流動化媒質中の残存未反応ガスおよび液体は、流動矢印２４９によって示されるように、ライザー管２２０の有孔上端２２６から退出し、ＦＢＨＸ１４の上チャンバ２１６に進入し、それが流動層を分散させる。結果として、ライザー管２２０の上端２２６に偶然到達する、より濃密な研磨媒質２４６のうちのいくらかは、重力によって下向きに落下し、それにより、あまり濃密でない固体ガス水和物粒子２４８および流動化媒質の残存流体成分から研磨媒質２４６を分離する。さらに、開口部２３０は、ＦＢＨＸ１４中の流量または圧力の過剰変動による研磨媒質２４６の起こり得る持ち越しを実質的に防止するように、研磨媒質２４６の粒子よりも小さい寸法である。したがって、研磨媒質２４６の本質的に全てが、本プロセスの実行中にライザー管２２０の管内部２２８内で保持される。
【００５６】
上述のように、流動化媒質の表面的速度は、研磨媒質２４６が乱流にて膨張流動層内で撹拌されるが、平均では正味上昇速度が本質的にないように選択される。さらに、流動化媒質の表面的速度は、好ましくは、膨張層の高さがライザー管２２０のそれぞれの下端２２２および中間区分２２４の組み合わせた長さ以上であることを確実にするのに十分大きい値で維持され、それにより、ライザー管２２０の壁の内側での固体ガス水和物粒子２４８の蓄積を回避することが留意される。ライザー管２２０の上端２２６の長さは、ライザー管２２０の上端２２６において流動層を堆積させることなく、流量のわずかな変化により、膨張層の高さがわずかに変動することを可能にするのに十分となるべきである。
【００５７】
ライザー管２２０の上端２２６から退出する固体ガス水和物粒子２４８は、上チャンバ２１６の開放ヘッドスペースに進入する希薄ＦＢＨＸスラリーを形成するように、二相流動化媒質の残存流体成分中に懸濁される。希薄ＦＢＨＸスラリーは、代替として、多相混合物と称され、好ましくは。３つの相、すなわち、固相、気相、および液相から成る。固相は、水和物形成ガス成分と水性組成物との間の反応から形成されるガス水和物を含む。気相は、ガス水和物形成後になんらかの理由で未反応のままである、ガス混合供給物からの水和物形成ガス成分の未反応分率を含む。気相はまた、ＦＢＨＸ１４中の条件が特定のガス成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線外であるため、ガス水和物形成中に実質的に未反応である、ガス混合供給物からの非水和物形成ガス成分も含む。ガス混合供給物からの水和物形成ガス成分が、その水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線外であるガス混合供給物からの非水和物形成ガス成分に対して、ガス水和物形成によって固相に優先的に変換されるため、固相ガス水和物が、気相に対して、ガス混合供給物からの水和物形成ガス成分で実質的に濃縮されることが明白である。
【００５８】
液相は、固相ではない任意の水性組成物、すなわち、ガス水和物の形成中に未反応である、液体供給物からの任意の分率の水性組成物を含む。多相混合物中の液相の水性組成物は、残存水性組成物と称される。
【００５９】
引き続き図１および２を参照すると、多相混合物は、多相出口３２を通ってＦＢＨＸ１４から引き出され、多相入口３４を通ってガスセパレータ１６に運搬される。ガスセパレータ１６は、多相混合物を、２つのセパレータ出口流、すなわち、セパレータスラリーおよびセパレータガスに分離する。セパレータガスは、本質的に、多相混合物からの気相の全体であり、セパレータスラリーは、本質的に、多相混合物からの固体および液相の全体である。
【００６０】
セパレータスラリーは、スラリー出口３４を通ってガスセパレータ１６から引き出され、スラリー入口４４を通ってスラリー濃縮器２０に運搬される。スラリー濃縮器２０は、セパレータスラリーから液相の一部分を分離して、ガス水和物スラリーと称される濃縮スラリー、および液体分率と称される濃縮器液体を産生する。一実施形態によれば、ガス水和物スラリーは、多相混合物からの固相の本質的に全てと、液体分率に分離されていない多相混合物からの液相の残りの部分とを含む。そのようなものとして、固相は、ガス水和物スラリーの液相中に懸濁される。この実施形態の液体分率は、本質的に固体ガス水和物粒子を含まない。
【００６１】
代替実施形態によれば、ガス水和物スラリーは、液体分率に分離されていない多相混合物からの液相の残りの部分中に懸濁される、多相混合物からの固相の全てではないが大部分を含む。ガス水和物スラリーの固相は、主に、多相混合物の固相からの非凝集性でより大きい水和物粒子から成る。ガス水和物スラリーに含まれない多相混合物の残存固相は、本質的には、典型的には結晶形態のより小さい水和物粒子から成る。より小さい水和物粒子は、望ましくは、以下で説明される方式でＦＢＨＸ１４に再循環される、液体分率中に残存する。より小さい水和物粒子は、ＦＢＨＸ１４内でより大きい結晶の成長の核を成す種子としての機能を有利に果たす。
【００６２】
いずれの場合でも、ガス水和物スラリーは、スラリー流量制御弁６６の制御下で、スラリー出口４６を通ってスラリー濃縮器２０から引き出される。スラリーポンプ７４は、水和物収集ライン８２を通って、ガス水和物スラリーを水和物分解器７６に運搬する。より小さいガス水和物粒子を随意で含有する、液体分率は、液体出口４８を通ってスラリー濃縮器２０から引き出され、液体加圧器２２によって再加圧された後に、液体再循環ライン６０を通って、第１の分離段階１２１のＦＢＨＸ１４の液体供給物入口３０へと再循環される。
【００６３】
セパレータガスは、ガス出口３６を通ってガスセパレータ１６から引き出される。セパレータガスの平衡は、ガス再循環ライン５４、ガス混合供給物ライン７８、およびガス供給物入口２８を通って、第１の分離段階１２１のＦＢＨＸ１４へとガス再循環器１８によって再循環される。第１の分離段階１２１のＦＢＨＸ１４へと再循環されていない残りのセパレータガスは、ガス流量制御弁５８の制御下で、ガス出口ライン５６１およびガス供給物入口２８を通って第２の分離段階１２２のＦＢＨＸ１４に運搬される。このガスの残りの部分は、第２の分離段階１２２のＦＢＨＸ１４へのガス混合供給物としての機能を果たす。
【００６４】
各後続分離段階１２ｎ用のＦＢＨＸ１４のガス供給物入口２８へのガス混合供給物は、各先行分離段階１２ｎ−１のガス出口ライン５６ｎ−１の中の残りのガスである。精製ガス生成物と称される、最終分離段階１２ｎでガスセパレータ１６のガス出口３６から排出される残りのガスは、ガス流量制御弁５８の制御下で、ガス出口ライン５６ｎを通って精製ガス生成物受容器７２に運搬され、そこで精製ガス生成物が貯蔵され、および／または後に分配される。
【００６５】
熱伝達媒質は、加熱した熱伝達媒質がＦＢＨＸ１４から排出される熱伝達媒質出口２６に到達するまで、ＦＢＨＸ１４中の熱伝達媒質流路を通過する。熱伝達媒質は、それでもなお依然として過冷却温度差を維持し、ＦＢＨＸ１４内の温度および圧力条件において最高水和物安定性温度よりも依然として低い、比較的高い熱伝達媒質出口温度である。
【００６６】
一実施形態によれば、排出された加熱した熱伝達媒質は、連続ループ（図示せず）で従来の外部冷却機システムまたは冷凍システムに運搬され、そこで、熱伝達媒質入口２４を通ってＦＢＨＸ１４に冷却した熱伝達媒質を再導入する前に、加熱した熱伝達媒質が低熱伝達媒質入口温度まで再び冷却される。代替実施形態によれば、冷却した熱伝達媒質は、ＦＢＨＸ１４の１回の通過のみに利用され、いずれの人工冷却操作も受けない。この実施形態の冷却した熱伝達媒質は、好ましくは、比較的低い周囲温度を有し、分離システム１０に近接する大きな水塊の中に存在する、海水または淡水である。ＦＢＨＸ１４用の冷却した熱伝達媒質は、単純に、必要に応じて水塊から引き込まれ、加熱した熱伝達媒質は、ＦＢＨＸ１４から排出され、ヒートシンクとして機能する水塊に戻る。
【００６７】
上述のように、各分離段階１２１、１２２、１２ｎのＦＢＨＸ１４の中の液体供給物入口３０への液体供給物源は、同じ分離段階のスラリー濃縮器２０から引き出される液体分率である。しかしながら、各分離段階の液体供給物中の水性組成物の少なくとも一部分が、固体ガス水和物粒子２４８の形成中に消費され、液体供給物の付加的な部分が、スラリー濃縮器２０から引き出されたガス水和物スラリー中で保持されるため、概して、再循環したセパレータ液体を補給液体で補完することが必要である。補給液体は、各分離段階１２１、１２２、１２ｎの補給液体ライン８０および補給液体入口６２を通って、補給液体源７０から引き込まれる。補給液体は、液体流量制御弁６４の制御下で、液体再循環ライン６０および液体供給物入口３０を通ってＦＢＨＸ１４の中へ放出される。
【００６８】
さらに上述のように、各分離段階１２１、１２２、１２ｎのスラリー濃縮器２０から引き出されたガス水和物スラリーは、スラリーポンプ７４によって、好ましくは、従来の熱交換器である、水和物分解器７６に運搬される。ある状況では、スラリーポンプ７４を用いて、分離段階の動作圧力よりも高い圧力までガス水和物スラリーを加圧することが有利であってもよい。本プロセスに好適である例示的なスラリーポンプは、前進空洞ポンプ、歯車ポンプ、遠心ポンプ、または他の同等物を含む。いずれの場合でも、ガス水和物を分解し、システム排出出口８４を通って水和物分解器７６から排出されるシステム排出混合物を形成するために、ガス水和物スラリーは、水和物分解器７６の中で、水和物分解器７６の動作圧力における最低水和物安定性温度をわずかに上回る温度まで加熱される。
【００６９】
システム排出混合物は、ガス混合供給物からのかなりの分率の水和物形成ガス成分を備える。この分率は、システム排出ガスと称される。システム排出混合物はさらに、本質的に、各分離段階１２１、１２２、１２ｎに供給される液体構成の全体を備える。この液体は、システム排出液体と称される。システム排出混合物の好ましくは全て、または少なくともかなりの分率は、液相である。したがって、システム排出混合物中のシステム排出ガスの全てまたは少なくともかなりの分率は、システム排出混合物中の遊離ガスの存在が最小限化されるか、または本質的に排除されるように、システム排出液体中で溶解される。結果として生じるシステム排出混合物は、廃棄するか、または当業者によって適切とみなされるようにさらに利用することができる。システム排出混合物の例示的な廃棄は、食塩帯水層または石油貯留層への注入を含む。
【００７０】
ガス混合供給物は、上記の実施形態では、例証の目的で、２つのみのガス成分の混合物として具体的に特徴付けられており、第１のガス成分は、より軽いガス成分であり、第２のガス成分は、より重いガス成分である。本プロセスは、同様に、３つ以上のガス成分を有するガス混合供給物に適用可能であり、ガス成分のうちの１つは、第１のガス成分であり、残りの２つ以上のガス成分は、ガス成分混合物を画定することが理解される。第１のガス成分は、好ましくは、比較的軽いガス成分であり、ガス成分混合物は、好ましくは、第１のガス成分よりも比較的重い。第１のガス成分が水素等の非水和物形成ガスである場合を除いて、第１のガス成分は、ガス成分混合物の成分混合物水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線とは異なる、明確な純粋成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線を有する。
【００７１】
ガス混合供給物中で結合されたガス成分混合物からの第１のガス成分の分離は、１つ以上の直列ＦＢＨＸにガス混合供給物および液体供給物を導入し、上記と同じ方式で、所望の圧力においてガス混合供給物および液体供給物を所望の温度まで冷却することによって達成され、所望の圧力および温度は、第１のガス成分の純粋成分水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線外であるが、ガス成分混合物の成分混合物水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線内である。ガス成分混合物が、水性組成物と反応してガス水和物を形成する一方で、第１のガス成分は、好ましくは遊離気相のままである。結果として、システム排出混合物は、ガス混合供給物のガス成分混合物中のより重いガス成分のかなりの分率を備え、精製ガス生成物は、ガス混合供給物の第１のガス成分のかなりの分率を備え、ガス混合供給物のガス成分混合物中のより重いガス成分が実質的に枯渇している。
【００７２】
図６を参照すると、本発明のガス分離プロセスの代替実施形態の実線で有用性がある、概して１１０と指定された分離システムの概略フロー図が示されている。分離システム１１０は、分離システム１０の要素と同じまたは同様である、多くの要素を有する。したがって、分離システム１１０の以下の説明は、分離システム１０の要素とは異なる要素に焦点を当てる。分離システム１０および１１０に共通する要素は、同じ参照番号で指定される。さらに、分離システム１１０が、順に動作する複数の本質的に同一の逐次分離段階１１２１、１１２２、１１２ｎを含むため、単一の共通分離段階１２を参照して、分離段階１１２１、１１２２、１１２ｎの要素を以下で説明する。
【００７３】
分離段階１１２は、好ましくは、図７を付加的に参照して示され、説明されるＦＢＨＸ１１４である、水和物形成熱交換器を有する。ＦＢＨＸ１１４は、混合域を画定する下チャンバ２１２と、熱伝達域を画定する中間チャンバ２１４と、分離域を画定する上チャンバ２１６とを含む。ガス供給物入口２８および液体供給物入口３０は、下チャンバ２１２にアクセスし、多相出口３２は、上チャンバ２１６から退出する。ライザー管２２０は、垂直に配置され、ライザー管２２０の間または周囲に間隙空間２４０を提供するように、中間チャンバ２１４内で相互から空間的に分離される。仕切り板２５０を用いて相互から流体隔離される、上間隙空間２５２および下間隙空間２５４に、間隙空間２４０を本質的に二等分するように、仕切り板２５０が中間チャンバ２１４の間隙空間２４０にわたって水平に配置される。しかしながら、仕切り板２５０は、ライザー管２２０を貫通あるいは遮断してそれを通る流動を妨げないことが留意される。
【００７４】
熱伝達媒質入口２４は、中間チャンバ２１４の上部分２４２の中の上間隙空間２５２にアクセスし、熱伝達媒質出口２６は、中間チャンバ２１４の上部分２４２の中の仕切り板２５０のより近位にあるが、以前としてそれより上側にある、熱伝達媒質入口２４より下側の上間隙空間２５２にアクセスする。熱伝達媒質入口２４、上間隙空間２５２、および熱伝達媒質出口２６は、組み合わせて、本質的に中間チャンバ２１４の上部分２４２の長さのみに延在する、ＦＢＨＸ１１４を通る熱伝達媒質流路を画定する。
【００７５】
ＦＢＨＸ１１４はまた、スラリー入口２５６および排出出口２５８も含む。スラリー入口２５６は、中間チャンバ２１４の下部分２４４の中の下間隙空間２５４にアクセスする。スラリー入口２５６は、図６に示されたスラリー流量制御弁６６の制御下で、スラリー濃縮器２０のスラリー出口４６に連結される。排出出口２５８は、中間チャンバ２１４の下部分２４４の中の仕切り板２５０のより近位にあるが、依然としてそれより下側にある、スラリー入口２５６より上側の下間隙空間２５４にアクセスする。スラリー入口２５６、下間隙空間２５４、および排出出口２５８は、組み合わせて、本質的に中間チャンバ２１４の下部分２４４の長さのみに延在する、ＦＢＨＸ１１４を通るガス水和物スラリー流路を画定する。
【００７６】
排出出口２５８は、図６に示された排出混合物ライン２６０の一方の端に連結される。排出混合物ライン２６０の反対端は、後続分離段階のガス供給物入口２８に連結され、したがって、先行および後続分離段階の間に連絡を提供する。したがって、各先行分離段階１１２１、１１２ｎ−１からの排出混合物ライン２６０１、２６０ｎ−１の中の排出混合物は、各後続分離段階１１２２、１１２ｎそれぞれにおいて、ＦＢＨＸ１１４のガス供給物入口２８の供給物に含まれる。各分離段階１１２１、１１２２、１１２ｎのガス供給物入口２８への供給物はさらに、同じ分離段階からのガス再循環ライン５４中のセパレータガスを含む。残りの分離段階１１２２、１１２ｎではなく、第１の分離段階１１２１のガス供給物入口２８はまた、ガス混合供給物ライン７８を通って、ガス混合供給物源６８から未使用のガス供給混合物も引き込む。さらに、システム排出混合物と称される、最終分離段階１２ｎからの排出混合物ライン２６０ｎ中の排出混合物は、排出出口２５８から、別の分離段階のガス供給物入口２８よりもむしろ、システム排出出口８４に直接運搬されることが留意される。
【００７７】
各分離段階１１２１、１１２２、１１２ｎの液体供給物入口３０への液体供給物は、同じ分離段階でスラリー濃縮器２０の液体出口４８から液体再循環ライン６０を通って受容される、再循環された濃縮器液体である。残りの分離段階１１２２、１１２ｎではなく、第１の分離段階１１２１の液体供給物入口３０への液体供給物はまた、液体流量制御弁６４の制御下で、補給液体源７０から補給液体入口６２を通って、所望に応じて未使用の補給液体も引き込む。残りの分離段階１１２２、１１２ｎは、液体収集ライン２６２によって並列に連結される。液体収集ライン２６２は、過剰液体流量制御弁２６６の制御下で、スラリー濃縮器２０の液体出口４８に連結される各過剰液体出口２６４を通って、残りの分離段階１１２２、１１２ｎから過剰な濃縮器液体を収集する。液体収集ライン２６２の出口端はさらに、過剰液体受容器２６８に連結され、それにより、残りの分離段階１１２２、１１２ｎから過剰液体受容器２６８までの導管を提供する。
【００７８】
分離システム１１０の代替的構成は、水和物分解器の必要性を除去し、以下で説明される、ＦＢＨＸ１１４を操作する好ましい方法から明白であるように、分離システム１０に対して熱伝達媒質の冷却要求を大幅に低減する。ＦＢＨＸ１１４の操作は、ＦＢＨＸ１４の操作と同様であるが、下記のような違いがある。
【００７９】
ＦＢＨＸ１１４の動作は、ガス供給物入口２８を通って、上記で特徴付けられるガス混合供給物を下チャンバ２１２に導入することによって開始される。上記で特徴付けられる液体供給物は、同時に、液体供給物入口３０を通って下チャンバ２１２に導入される。ガス混合供給物および液体供給物は、ＦＢＨＸ１１４の中間チャンバ２１４の下部分２４４の中の管内部２２８を通って上向きに運搬される、流動化媒質を構成する。ガス水和物スラリーは、同時に、スラリー出口４６を通ってスラリー濃縮器２０から引き出され、部分的に減圧され、スラリー入口２５６を通ってＦＢＨＸ１１４に導入され、下間隙空間２５４を通して並流で運搬される。上行ガス水和物スラリーは、上行流動化媒質から水和物形成の潜熱を吸収することによって、冷却および流動層におけるガス水和物形成を促進する。ガス水和物スラリーは、生成物流路から得られ、冷却機能を果たすため、内部熱伝達媒質と称される。上行ガス水和物スラリーによって吸収される水和物形成の潜熱はまた、その中のガス水和物粒子２４８を加熱し、排出出口２５８を通ってＦＢＨＸ１１４から引き出される排出混合物を形成するようにそれらを分解する。排出混合物は、気相および液相を備え、より重いガス成分が大幅に豊富であるが、より軽いガス成分の有意な分率も含んでもよい。
【００８０】
上行流動化媒質は、中間チャンバ２１４の上部分２４２の中の管内部２２８を通って上向きに進み、そこで流動層が上間隙空間２５２を通って逆の流れで運搬される熱伝達媒質によってさらに冷却される。熱伝達媒質は、既存のガス水和物粒子の成長を促進し、流動層において新しいガス水和物粒子２４８を産生する。
【００８１】
先行分離段階の排出出口２５８から排出混合物を引き出すと、それは、後続分離段階のガス供給物ライン２８に連結される排出混合物ライン２６０を通って、後続分離段階に運搬される。排出混合物は、分離システム１１０の最終分離段階１１２ｎで排出出口２５８から回収され、システム排出出口８４に運搬される。
【００８２】
ガス収集ライン２７０は、精製ガス生成物受容器７２における回収のために、ガスセパレータ１６の各ガス出口３６を通って、各分離段階１１２１、１１２２、１１２ｎから精製ガス生成物を収集する。各分離段階１１２１、１１２２、１１２ｎからの精製ガス生成物の流量は、施術者が所望の規定動作圧力で各分離段階１１２を維持することを可能にする、ガス流量制御弁５８の制御下にある。
【００８３】
分離システム１１０の各後続分離段階の動作圧力および温度は、先行分離段階よりも低い圧力および温度である。各後続分離段階におけるガス混合供給物は、より重いガス成分でより濃縮されているが、それでもなお、各後続分離段階で形成される固体ガス水和物は、より重いガス成分のかなりの分率を回収する。しかしながら、さらにわずかなより軽い成分が、減少した圧力により、各後続分離段階で形成される固体ガス水和物中で回収される。したがって、分離システム１０を使用するよりも分離システム１１０を使用して、さらに大量のより軽いガス成分が、精製ガス生成物中で回収される。
【００８４】
分離システム１０および１１０の両方には、より軽いガス成分を精製ガス生成物として維持しながら、より重いガス成分および添加した水から固体ガス水和物を形成することによって、ガス混合供給物中のより軽いガス成分からより重いガス成分を分離するための有用性がある。しかしながら、ガス混合供給物が、より軽いガス成分に対して高分率のより重いガス成分を有し、システム１０のガス入口圧力に近い、比較的高い圧力において精製ガス生成物を維持しながら、固体ガス水和物中のより重いガス成分の大きな分率を回収することが望ましい時に、分離システム１０には特定の有用性がある。比較すると、精製ガス生成物中のガス混合供給物からより軽いガス成分の大きな分率を回収することが望ましい時に、分離システム１１０には特定の有用性がある。しかしながら、代償は、システム１１０のガス入口圧力よりも有意に低い低減した圧力において、望ましくないが、分離システム１１０からの精製ガス生成物が回収されることである。
【００８５】
以下の実施例は、本発明の実行および有用性を実証するが、その範囲を限定するものとして解釈されるものではない。
【００８６】
（実施例１）
ガス混合供給物は、容量でほぼ等量のメタンおよび二酸化炭素から成る。ガス混合供給物は、５０モル％のメタン、および５０モル％の二酸化炭素を含有する。ガス供給混合物を、メタンの大きな分率を保持する精製ガス生成物と、二酸化炭素の大きな分率および最小分率のメタンを保持するシステム排出混合物とに分離することが所望される。ガス混合供給物は、図６に示された種類の３段階分離システムの第１の分離段階で、ＦＢＨＸに供給される。水も、第１の分離段階のＦＢＨＸに供給され、それは１モルの二酸化炭素につき４０モルの比率で補給水を含む。ＦＢＨＸのガス入口温度は、２５℃であり、ＦＢＨＸの動作圧力は、３５００ｋＰａである。
【００８７】
ＦＢＨＸは、再循環流を含むガスおよび液体供給物を３．５℃の温度まで冷却し、それは、供給水と関連して、ガス混合供給物中の二酸化炭素の９２％およびメタンの５１％に固体ガス水和物を形成させる。メタンおよび二酸化炭素の残余部分、すなわち、メタン供給物の４９％および二酸化炭素供給物の８％は、遊離ガス混合物のままである。固体ガス水和物、遊離ガス混合物、および水は、ＦＢＨＸから引き出され、遊離ガス混合物は、第１の分離段階のガスセパレータの中でそれらから分離される。精製ガスが、第１の分離段階への２９容量％のガス混合物供給速度で、ガスセパレータから回収される。精製ガスの平衡は、第１の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。ＦＢＨＸへのガス再循環率は、研磨媒質の流動化する能力に影響を及ぼす、流動化媒質の濃度を過剰に低減することなく、質量移動を最適化する、ＦＢＨＸにおける分散蒸気相と連続液相との間の界面積を生成するように選択される。第１の分離段階のＦＢＨＸへと再循環されない残存精製ガスは、精製ガス生成物受容器に運搬される。
【００８８】
２６重量％の固体を含有するガス水和物スラリーが、第１の分離段階のスラリー濃縮器から回収される。ガス水和物スラリー中にない残存液体分率は、研磨媒質の流動化および管内部の全長にわたって延在する膨張層の高さを確実にするのに十分な速度で、第１の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。ガス水和物スラリーは、２６００ｋＰａまで減圧され、第１の分離段階のＦＢＨＸにおいて分解される。結果として生じる排出混合物は、第１の分離段階のＦＢＨＸから回収され、２６００ｋＰａで動作している第２の分離段階のＦＢＨＸに供給される。
【００８９】
第２の分離段階のＦＢＨＸは、０．８℃の動作温度であり、それは、供給水の一部分と関連して、第２の分離段階のＦＢＨＸに供給された二酸化炭素の８８％およびメタンの３０％をガス水和物相に再び組み込む。メタンおよび二酸化炭素の残留部分、すなわち、メタン供給物の７０％および二酸化炭素供給物の１２％は、遊離ガス混合物のままである。固体ガス水和物、遊離ガス混合物、および水は、ＦＢＨＸから引き出され、遊離ガス混合物は、第２の分離段階のガスセパレータの中でそれらから分離される。精製ガスが、第２の分離段階への６８容量％のガス混合物供給速度で、ガスセパレータから回収される。精製ガスの平衡は、選択された速度で第２の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。第２の分離段階のＦＢＨＸへと再循環されない残存精製ガスは、精製ガス生成物受容器に運搬される。
【００９０】
１９重量％の固体を含有するガス水和物スラリーが、第２の分離段階のスラリー濃縮器から回収される。ガス水和物スラリー中にない残存液体分率は、選択された速度で第２の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。ガス水和物スラリーは、２０００ｋＰａまで減圧され、第２の分離段階のＦＢＨＸにおいて分解される。結果として生じる排出混合物は、第２の分離段階のＦＢＨＸから回収され、２０００ｋＰａで動作している第３の分離段階のＦＢＨＸに供給される。
【００９１】
第３の分離段階のＦＢＨＸは、０℃の動作温度であり、それは、供給水の一部分と関連して、第３の分離段階のＦＢＨＸに供給された二酸化炭素の９２％およびメタンの３４％をガス水和物相に再び組み込む。メタンおよび二酸化炭素の残留部分、すなわち、メタン供給物の６６％および二酸化炭素供給物の８％は、遊離ガス混合物のままである。固体ガス水和物、遊離ガス混合物、および水は、ＦＢＨＸから引き出され、遊離ガス混合物は、第３の分離段階のガスセパレータの中でそれらから分離される。精製ガスが、第３の分離段階への１７容量％のガス混合物供給速度で、ガスセパレータから回収される。精製ガスの平衡は、選択された速度で第３の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。第３の分離段階のＦＢＨＸへと再循環されない残存精製ガスは、精製ガス生成物受容器に運搬される。
【００９２】
１６重量％の固体を含有するガス水和物スラリーが、第３の分離段階のスラリー濃縮器から回収される。ガス水和物スラリー中にない残存液体分率は、選択された速度で第３の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。ガス水和物スラリーは、第３の分離段階のＦＢＨＸにおいて分解される。結果として生じる排出混合物は、システム排出混合物としてＦＢＨＸから回収され、システム排出出口に運搬される。第１、第２、および第３の分離段階から収集される、複合精製ガス生成物は、元のガス混合供給物中のメタンの９５％および二酸化炭素の２５％のみを含有する。第３の分離段階からのシステム排出混合物は、元のガス混合供給物中の二酸化炭素の７５％およびメタンの５％のみを含有する。
【００９３】
（実施例２）
ガス混合供給物は、低濃度のメタンおよび高濃度の二酸化炭素から成る。ガス混合供給物は、２０モル％のメタン、および８０モル％の二酸化炭素を含有する。ガス供給混合物を、二酸化炭素の最小分率を保持する精製ガス生成物と、二酸化炭素の大きな分率を保持するシステム排出混合物とに分離することが所望される。ガス混合供給物は、図１に示された種類の３段階分離システムの第１の分離段階で、ＦＢＨＸに供給される。水も、第１の分離段階のＦＢＨＸに供給され、それは１モルの二酸化炭素につき３５モルの比率で補給水を含む。ガス入口温度は、２５℃であり、第１の段階のＦＢＨＸの動作圧力は、２８００ｋＰａである。
【００９４】
ＦＢＨＸは、再循環流を含むガスおよび液体供給物を３．２℃の温度まで冷却し、それは、供給水と関連して、ガス混合供給物中の二酸化炭素の８７％およびメタンの２７％に固体ガス水和物を形成させる。メタンおよび二酸化炭素の残留部分、すなわち、メタン供給物の７３％および二酸化炭素供給物の１３％は、遊離ガス混合物のままである。固体ガス水和物、遊離ガス混合物、および水は、ＦＢＨＸから引き出され、遊離ガス混合物は、第１の分離段階のガスセパレータの中でそれらから分離される。精製ガスが、第１の分離段階への２５容量％のガス混合物供給速度で、ガスセパレータから回収される。精製ガスの平衡は、第１の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。ＦＢＨＸへのガス再循環率は、研磨媒質の流動化する能力に影響を及ぼす、流動化媒質の濃度を過剰に低減することなく、質量移動を最適化する、ＦＢＨＸにおける分散蒸気相と連続液相との間の界面積を生成するように選択される。
【００９５】
２１重量％の固体を含有するガス水和物スラリーが、第１の分離段階のスラリー濃縮器から回収され、水和物収集ラインに運搬される。ガス水和物スラリー中にない残存液体分率は、研磨媒質の流動化および管内部の全長にわたって延在する膨張層の高さを確実にするのに十分な速度で、第１の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。
【００９６】
第１の分離段階のＦＢＨＸへと再循環されない残存精製ガスは、２７００ｋＰａで動作している第２の分離段階のＦＢＨＸに供給される。補給水も、ガス混合供給物中の１モルの二酸化炭素につき２４モルの比率で第２の分離段階のＦＢＨＸに供給される。ＦＢＨＸは、１．９℃の動作温度であり、それは、供給水の一部分と関連して、第２の分離段階のＦＢＨＸに供給された二酸化炭素の６０％およびメタンの７％を固体ガス水和物に変換する。メタンおよび二酸化炭素の残留部分、すなわち、メタン供給物の９３％および二酸化炭素供給物の４０％は、遊離ガス混合物のままである。固体ガス水和物、遊離ガス混合物、および水は、ＦＢＨＸから引き出され、遊離ガス混合物は、第２の分離段階のガスセパレータの中でそれらから分離される。精製ガスが、第２の分離段階への７１容量％のガス混合物供給速度で、ガスセパレータから回収される。精製ガスの平衡は、選択された速度で第２の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。
【００９７】
２２重量％の固体を含有するガス水和物スラリーが、第２の分離段階のスラリー濃縮器から回収され、水和物収集ラインに運搬される。ガス水和物スラリー中にない残存液体分率は、選択された速度で第２の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。
【００９８】
第２の分離段階のＦＢＨＸへと再循環されない残存精製ガスは、２６００ｋＰａで動作している第３の分離段階のＦＢＨＸに供給される。補給水も、ガス混合供給物中の１モルの二酸化炭素につき２３モルの比率で第３の分離段階のＦＢＨＸに供給される。ＦＢＨＸは、０．８℃の動作温度であり、それは、供給水の一部分と関連して、第３の分離段階のＦＢＨＸに供給された二酸化炭素の５６％およびメタンの９％を固体ガス水和物に変換する。メタンおよび二酸化炭素の残留部分、すなわち、メタン供給物の９１％および二酸化炭素供給物の４４％は、遊離ガス混合物のままである。固体ガス水和物、遊離ガス混合物、および水は、ＦＢＨＸから引き出され、遊離ガス混合物は、第３の分離段階のガスセパレータの中でそれらから分離される。精製ガスが、第３の分離段階への８０容量％のガス混合物供給速度で、ガスセパレータから回収される。精製ガスの平衡は、選択された速度で第３の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。
【００９９】
２８重量％の固体を含有するガス水和物スラリーが、第３の分離段階のスラリー濃縮器から回収され、水和物収集ラインに運搬される。ガス水和物スラリー中にない残存液体分率は、選択された速度で第３の分離段階のＦＢＨＸへと再循環される。第３の分離段階のＦＢＨＸへと再循環されない、第３の分離段階からの残存精製ガスは、精製ガス生成物として精製ガス生成物受容器に運搬される。精製ガス生成物は、元のガス混合供給物中のメタンの６２％および二酸化炭素の２％のみを含有する。
【０１００】
第１、第２、および第３の分離段階からの水和物収集ライン中で収集される、複合ガス水和物スラリーは、元のガス混合供給物中の二酸化炭素の９８％およびメタンの３８％のみを含有する。複合ガス水和物スラリーは、水和物分解器に運搬され、周囲温度付近までわずかに加熱され、それはスラリー中の固体ガス水和物を分解し、システム排出混合物を形成する。固体ガス水和物からの二酸化炭素の実質的に全ては、システム排出混合物の液相で溶解される。
【０１０１】
（実施例３）
高純度水素は、燃料電池等の新興技術にとって望ましい燃料源である。高純度水素にはまた、石油化学および精油業界で有意な有用性もある。さらに、地球規模の気候安定性および二酸化炭素排出に関する環境的懸念が、二酸化炭素を捕捉し、封鎖するという望ましさを推進させる。水素は、種々の改質およびガス化技術を使用して、水素、一酸化炭素、および他のガス副生成物の混合物である、合成ガス中で工業的に産生される。例えば、合成ガスは、従来の天然ガス、または、液体石油から、石炭または石油コークス等の固体炭素質燃料のガス化から、あるいは酸素蒸気または空気を使用するバイオマス等の再生可能資源から得られるガス等の、炭化水素ガスを水蒸気改質することによって産生される。ある量の二酸化炭素は、水蒸気改質またはガス化プロセス中に、ならびに、水素産生を最大限化する追跡プロセス中に産生される。例えば、合成ガスの一酸化炭素を蒸気と反応させ、水性ガスシフト反応を通って付加的な水素を産生することによっても、付加的な二酸化炭素を産生する。
【０１０２】
相当量の二酸化炭素、残留一酸化炭素、および他のガスを含有する合成ガスから高純度水素を産生するための複雑性、費用、およびエネルギー必要量は、高純度水素の全体的な仕入費用の有意な割合である。高純度水素を産生するための従来技術の方法は、半透性膜、再生溶媒回収プロセス、および／または圧力スイング吸着を使用して、合成ガスから二酸化炭素を除去するステップを伴う。これらの分離プロセスは、概して、費用のかかる再加圧を必要とする、低圧力での水素および／または二酸化炭素の回収をもたらす。
【０１０３】
水素等の、約３．７オングストローム未満の分子直径を有するガスは、ガス水和物を安定化または形成せず、または、せいぜい超高圧下のみでしかガス水和物を形成しない。二酸化炭素、一酸化炭素、窒素、メタン、およびその他等の、より大きい分子直径およびより重いガスは、商業的に実用的な圧力および温度条件下でガス水和物を容易に形成する。したがって、本プロセスは、高圧力における二酸化炭素等の他のより重いガスからの高純度水素の分離に、特に適している一方で、同時に、食塩帯水層または石油貯留層への注入に好適である、水溶液中の二酸化炭素の捕捉を可能にする。
【０１０４】
本実施例のプロセスは、図１に示されたものと同様であるが、１つの分離段階しかない分離システムにおけるＦＢＨＸに、ガス混合供給物を導入することによって開始される。ガス混合供給物は、固体炭素質供給原料で動作する酸素吹出ガス化装置によって産生される、水性ガスシフト合成ガスに由来する。ガス供給混合物は、水素、二酸化炭素、およびわずかな残留量の一酸化炭素から成り、混合物は、ガス供給物条件において水蒸気で飽和する。特定のガス供給混合物組成は、無水ベースで、４７モル％の水素、４８モル％の二酸化炭素、および５モル％の一酸化炭素である。水から成る液体供給物は、ガス混合供給物中の１モルの二酸化炭素につき３０モルの比率で、ＦＢＨＸに導入される。
【０１０５】
ＦＢＨＸは、再循環流を含むガスおよび液体供給物を、０℃をわずかに上回る温度まで冷却し、それは、供給水と関連して、ガス混合供給物中の二酸化炭素および一酸化炭素の７４％に固体ガス水和物を形成させる。水素の本質的に全ては、遊離ガス混合物のままである。固体ガス水和物、遊離ガス混合物、および水は、ＦＢＨＸから引き出され、水素は、ガスセパレータの中でそれらから分離され、６１容量％のガス混合物供給速度で、精製ガス生成物として回収される。ＦＢＨＸへのガス再循環率は、研磨媒質の流動化する能力に影響を及ぼす、流動化媒質の濃度を過剰に低減することなく、質量移動を最適化する、ＦＢＨＸにおける分散蒸気相と連続液相との間の界面積を生成するように選択される。
【０１０６】
２１重量％の固体を含有するガス水和物スラリーが、スラリー濃縮器から回収され、水和物分解器に運搬される。ガス水和物スラリー中にない残存液体分率は、研磨媒質の流動化および管内部の全長にわたって延在する膨張層の高さを確実にするのに十分な速度で、ＦＢＨＸへと再循環される。ガス水和物スラリーは、水和物分解器の中で周囲温度付近までわずかに加熱され、それはスラリー中の固体ガス水和物を分解し、システム排出混合物を形成する。排出混合物は、１モルの二酸化炭素につき４０モルを含有する。
【０１０７】
二酸化炭素の実質的に全ては、排出混合物の気相で存在する一酸化炭素および微量の二酸化炭素から主に成る、ガスのほんの一部分のみとともに、排出混合物の液層で溶解されたままである。溶解二酸化炭素は、同様に、所望であれば、加熱または減圧によって、液相から容易に分離される。しかしながら、比較的非圧縮性の流体を送出するための電力要求が、圧縮性ガスを圧縮するための電力要求に対して大幅に低減されるため、好適な地下層に掘削される廃棄ウェルの中に排出混合物を廃棄する時に、溶液中に溶解二酸化炭素を保持することが有利である。さらに、掘削穴を下降する濃密流体の静水圧勾配は、廃棄ウェルへの注入のために必要とされる表面圧力を低減する。
【０１０８】
ガス輸送プロセスとしての本発明の代替的な特徴化を以下で説明する。図８を参照すると、本発明のガス輸送プロセスの実施形態の実行で、ガス搭載終点において有用性がある、概して４００と指定されたガス水和物スラリー形成システムの概略フロー図が示されている。ガス水和物スラリー形成システム４００は、入口冷却器４０２と、多相ポンプ４０４と、水和物形成熱交換器４０６と、多相セパレータ４０８と、スラリー過冷却熱交換器４１０と、スラリー再循環ポンプ４１２と、二重冷凍システム４１４とを含む。水和物形成熱交換器４０６およびスラリー過冷却熱交換器４１０はそれぞれ、図２を参照して上記で示され、説明されるＦＢＨＸ１４と実質的に同じに構成される。しかしながら、ＦＢＨＸ４０６、４１０は、限定としてよりもむしろ一例として示され、図７のＦＢＨＸ１１４等の他の代替的に構成されたＦＢＨＸを、本明細書での有用性のために当業者によって適合することができることが理解される。
【０１０９】
水和物形成熱交換器４０６は、低温熱伝達媒質入口４１６と、低温熱伝達媒質出口４１８と、流体供給物入口４２０と、多相出口４２２とを有する。多相セパレータ４０８は、多相入口４２４と、再循環出口４２６と、残留ガス出口４２８と、スラリー過冷却出口４３０とを有する。過冷却熱交換器４１０は、冷温熱伝達媒質入口４３２と、冷温熱伝達媒質出口４３４と、スラリー再循環入口４３６と、スラリー出口４３８とを有する。二重冷凍システム４１４は、ＦＢＨＸ４０６の低温熱伝達媒質出口４１８に連結される低温熱伝達媒質入口４４０と、ＦＢＨＸ４０６の低温熱伝達媒質入口４１６に連結される低温熱伝達媒質出口４４２とを含む、より高い温度負荷側を有する。二重冷凍システム４１４は、ＦＢＨＸ４１０の冷温熱伝達媒質出口４３４に連結される冷温熱伝達媒質入口４４４と、ＦＢＨＸ４１０の冷温熱伝達媒質入口４３２に連結される冷温熱伝達媒質出口４４６とを含む、対応するより低い温度負荷側を有する。
【０１１０】
ＦＢＨＸ４０６の流体供給物入口４２０は、炭化水素流体供給物ライン４４８および水性流体供給物ライン４５０に連結される。炭化水素流体供給物ライン４４８の反対端は、炭化水素流体供給物源４５２に連結される。水性流体供給物ライン４５０の反対端は、水性流体供給物源４５４に連結される。入口冷却器４０２および多相ポンプ４０４は、炭化水素流体供給物ライン４４８の中で一列になって直列的に配置される。多相セパレータ４０８のスラリー過冷却出口４３０は、スラリー過冷却ライン４５６に連結される。スラリー再循環ポンプ４１２は、スラリー再循環ライン４５８の中で一列に位置付けられ、スラリー過冷却ライン４５６の反対端は、スラリー再循環ポンプ４１２の下流およびスラリー再循環入口４３６の上流でスラリー再循環ライン４５８に連結される。
【０１１１】
ＦＢＨＸ４１０のスラリー出口４３８は、スラリー出口ライン４６０に連結され、スラリー出口ライン４６０の反対端は、スラリー再循環ライン４５８およびスラリー搭載ライン４６２に分かれる。スラリー搭載ライン４６２は、スラリー輸送体４６６を収容するスラリー搭載ドック４６４に連結される。スラリー流量制御弁４６８は、スラリー搭載ライン４６２の中に配置される。多相セパレータ４０８の再循環出口４２６は、再循環ライン４７０に連結される。再循環ライン４７０の反対端は、入口冷却器４０２の下流および多相ポンプ４０４の上流で炭化水素流体供給物ライン４４８に繋がる。再循環流量制御弁４７２は、再循環ライン４６８の中に配置される。多相セパレータ４０８の残留ガス出口４２８は、ガス出口ライン４７４に連結される。ガス流量制御弁４７６は、ガス出口ライン４７０の中に配置される。
【０１１２】
水和物スラリー形成システム４００の動作は、炭化水素流体供給物ライン４４８を通って、炭化水素流体供給物源４５２から入口冷却器４０２に炭化水素流体供給物を運搬することによって開始される。炭化水素流体供給物は、原油または天然ガス凝縮物、および炭化水素ガス等の、炭化水素液の流体混合物である。炭化水素ガスは、ＦＢＨＸ４０６の規定の実用的圧力および温度動作条件下で水と反応させられると、固体ガス水和物を形成することが可能である、メタン等の単一の純粋成分であってもよい。しかしながら、炭化水素ガスは、より典型的には、天然ガス等の複数の成分の混合物であり、その少なくとも１つは、ＦＢＨＸ４０６の規定の実用的圧力および温度動作条件下で水と反応させられると、固体ガス水和物を形成することが可能である。したがって、天然ガス等の湿性ガスは、本プロセスで炭化水素流体供給物として機能することができる、炭化水素液および炭化水素ガスの混合物の一例である。
【０１１３】
炭化水素流体供給物は、好ましくは周囲空気または水温に接近するが、選択された入口圧力において炭化水素流体供給物の最高水和物安定性温度またはそれ以下ではない、入口温度まで入口冷却器４０２の中で事前冷却される。事前冷却した炭化水素流体供給物は、炭化水素流体供給物ライン４２４を通って、入口冷却器４０２から多相ポンプ４０４に運搬され、そこで約２２００と１０，５００ｋＰａとの間、好ましくは約６３００と７７００ｋＰａとの間の範囲の入口圧力まで加圧される。結果として生じる炭化水素流体供給物は、ＦＢＨＸ４０６の流体供給物入口４２０まで運搬される。
【０１１４】
水を含有する水性流体供給物が、同時に、水性流体供給物ライン４５０を通って、水性流体供給物源４５４から流体供給物入口４２０に運搬される。水性流体供給物および炭化水素流体供給物が、同時に、流体供給物入口４２０を通ってＦＢＨＸ４０６の底部に導入され、そこで炭化水素および水性流体供給物は、混合して二相流動化媒質を形成する。ＦＢＨＸ４０６への炭化水素流体供給物および水性流体供給物の相対供給速度は、好ましくは、結果として生じる流動化媒質中のガスに対する水の重量比が、炭化水素流体供給物中の炭化水素ガスの組成に応じて、約４から８の範囲であるように選択される。
【０１１５】
ＦＢＨＸ４０６は、ＦＢＨＸ１４に関して上記で説明されるのと実質的に同じ方式で動作する。ＦＢＨＸ４０６は、低温熱伝達媒質入口４１６から低温熱伝達媒質出口４１８まで延在する、ＦＢＨＸ４０６における低温熱伝達媒質流路を通って循環される低温熱伝達媒質を用いて、流動化混合物を水和物形成動作温度まで冷却する。水和物形成動作温度は、ＦＢＨＸ４０６の動作圧力における流動化媒質の最高水和物安定性温度を下回る。ＦＢＨＸ４０６の水和物形成動作温度は、典型的には、ＦＢＨＸ４０６の動作圧力において約１０℃を下回る。したがって、炭化水素ガス中の水和物形成成分の少なくとも一部分は、ＦＢＨＸ４０６の条件において、流動化媒質の水性供給物中の水の少なくとも一部分と反応して、複数の固体ガス水和物粒子を形成する。
【０１１６】
固体ガス水和物粒子は、代替として多相混合物と称される、希薄ＦＢＨＸスラリーを形成するように、二相流動化媒質の残存流体成分中に懸濁される。多相混合物は、好ましくは、３つの相、すなわち、固相、液相、および気相から成る。固相は、水和物形成ガス成分と水との間の反応から形成されるガス水和物を含む。気相は、ガス水和物形成後になんらかの理由で未反応のままである、炭化水素流体供給物からの水和物形成ガス成分の任意の部分を含む。気相はまた、ＦＢＨＸ４０６中の条件が特定のガス成分の水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線外であるため、ガス水和物形成中に実質的に未反応である、炭化水素流体供給物からの非水和物形成ガス成分も含む。炭化水素流体供給物からの水和物形成ガス成分が、その水和物Ｐ−Ｔ安定性包絡線外である炭化水素流体供給物からの非水和物形成ガス成分に対して、固体ガス水和物形成に優先的に変換されるため、固相ガス水和物が、気相に対して、炭化水素流体供給物からの水和物形成ガス成分で実質的に濃縮されることが明白である。
【０１１７】
液相は、固相ではない任意の水性流体組成物、すなわち、ガス水和物の形成中に未反応である、任意の分率の水性流体供給物を含む。多相混合物中の液相の水性組成物の分率は、残存水性組成物と称される。液相はまた、炭化水素流体供給物中の炭化水素液も含む。
【０１１８】
多相混合物は、多相出口４２２を通ってＦＢＨＸ４０６から引き出され、多相入口４２４を通って多相セパレータ４０８に運搬される。多相セパレータ４０８は、多相混合物を分離する。多相混合物は、好ましくは、２つのセパレータ出口流、すなわち、ガス水和物スラリーおよび多相再循環物に分離される。多相再循環物は、本質的に、多相混合物からの気相の全体、または少なくとも、多相混合物の液相における水性流体供給物の一部分の平衡である。多相再循環物はまた、多相混合物からの炭化水素液の一部分も含んでもよい。
【０１１９】
代替として、多相セパレータ４０８は、多相混合物を３つのセパレータ出口流、すなわち、ガス水和物スラリー、多相再循環物、および残留ガスに分離する。多相再循環物は、多相混合物からの気相の全体を含むわけではないことを除いて、上記で説明されるのと本質的に同じである。残留ガスは、ガス水和物形成後に未反応のままである、炭化水素流体供給物からの水和物形成および非水和物形成ガス成分の一部分を含有する。
【０１２０】
いずれの場合でも、ガス水和物スラリーは、固体ガス水和物粒子の一部分または全てと、炭化水素液の一部分とを含み、固体ガス水和物粒子は、炭化水素液中に懸濁される。一実施形態によれば、ガス水和物スラリーは、多相混合物からの固相の本質的に全てと、多相再循環物に分離されていない多相混合物からの液相の残存部分とを含む。そのようなものとして、この実施形態の多相再循環物は、本質的に固体ガス水和物粒子を含まない。
【０１２１】
代替実施形態によれば、ガス水和物スラリーは、多相混合物からの固相の全てではないが大部分と、多相再循環物に分離されていない多相混合物からの液相の残存部分とを含む。ガス水和物スラリーの固相は、主に、多相混合物の固相からの非凝集性でより大きい水和物粒子から成る。ガス水和物スラリーに含まれない多相混合物の残存固相は、本質的には、典型的には結晶形態のより小さい水和物粒子から成る。より小さい水和物粒子は、望ましくは、以下で説明される方式でＦＢＨＸ４０６に再循環される、多相再循環物中に残存する。より小さい水和物粒子は、ＦＢＨＸ４０６内でより大きい結晶の成長の核を成す種子としての機能を有利に果たす。
【０１２２】
多相再循環物は、再循環出口４２６を通って多相セパレータ４０８から引き出され、再循環流量制御弁４７２の制御下で、再循環ライン４７０を通って、炭化水素流体供給物ライン４４８へと再循環される。多相再循環物は、炭化水素流体供給物ライン４４８の中で炭化水素流体供給物と混合し、流体供給物入口４２０を通って炭化水素流体供給物とともにＦＢＨＸ４０６へと再循環される前に、多相ポンプ４０４の中で加圧される。
【０１２３】
残留ガスは、もしあれば、残留ガス出口４２８およびガス出口ライン４８０を通って多相セパレータ４０８から引き出される。ガス流量制御弁４７６は、水和物スラリー形成システム４００から残留ガスを放出することによって、システム圧力が最大所定値を上回って上昇することを防止する。
【０１２４】
ガス水和物スラリーは、多相セパレータ４０８から、スラリー過冷却出口４３０およびスラリー過冷却ライン４５６を通って、スラリー再循環ライン４５８に運搬される。ガス水和物スラリーは、スラリー再循環ライン４５８およびスラリー再循環入口４３６を通って、ＦＢＨＸ４１０に供給される。ＦＢＨＸ４１０は、冷温熱伝達媒質入口４３２から冷温熱伝達媒質出口４３４まで延在する、ＦＢＨＸ４１０における冷温熱伝達媒質流路を通って循環される冷温熱伝達媒質を用いて、ガス水和物スラリーを過冷却する。ガス水和物スラリーは、約−２０と−８０℃との間の範囲の過冷却温度まで、ＦＢＨＸ４１０の中で過冷却される。そうでなければ、ＦＢＨＸ４１０の低温においてＦＢＨＸ４１０の熱伝達面上に蓄積し、熱伝達面を汚損する、任意の固体ロウ状物質または他の固体形成成分は、ＦＢＨＸ４１０中の研磨媒質の作用によって、取り除かれ、非凝集性形態まで分解される。残存過冷却ガス水和物スラリーは、スラリー出口４３０を通ってＦＢＨＸ４１０から引き出される。過冷却ガス水和物スラリーの一部分は、スラリー出口ライン４６０を通って、スラリー再循環ポンプ４１２に供給され、それは、スラリー過冷却ライン４５６からのガス水和物スラリーとの混合時に、過冷却ガス水和物スラリーをＦＢＨＸ４１０へと再循環する。スラリー再循環ポンプ４１２によって再循環される、再循環された過冷却ガス水和物スラリーの流速は、ＦＢＨＸ４１０内で研磨媒質を流動化するのに十分な値で維持される。
【０１２５】
ＦＢＨＸ４１０へと再循環されない、過冷却ガス水和物スラリーの残存部分は、スラリー流量制御弁４６８の制御下で、スラリー搭載ライン４６８を通って、スラリー出口ライン４６０からスラリー搭載ドック４６４に運搬される。過冷却ガス水和物スラリーは、近周囲圧力まで減圧され、スラリー搭載ドック４６４においてシステム４００から引き出される。具体的には、減圧された過冷却ガス水和物スラリーは、スラリー搭載ライン４６２においてスラリー輸送体４６６上に搭載される。過冷却ガス水和物スラリーの減圧にもかかわらず、固体ガス水和物粒子は、過冷却ステップと、ガス水和物粒子の分解が、スラリーのさらなる冷却をもたらす、スラリー自体の顕熱によって供給される熱を必要とするという事実とにより、スラリー状態で準安定したままである。スラリー輸送体４６６は、好ましくは、ガス水和物スラリーを所望の搭載解除終点に輸送する、海洋タンカー等の絶縁輸送船である。
【０１２６】
水和物スラリー形成システム４００の動作中に、低温熱伝達媒質は、低温熱伝達媒質入口４１６を通ってＦＢＨＸ４０６の低温熱伝達媒質流路に進入し、ＦＢＨＸ４０６の低温熱伝達媒質流路を通って循環され、低温熱伝達媒質出口４１８を通って低温熱伝達媒質流路の終点においてＦＢＨＸ４０６から排出される。排出された低温熱伝達媒質は、比較的高い低温熱伝達媒質出口温度である。排出された加熱低温熱伝達媒質は、低温熱伝達媒質入口４４０を通って、二重冷凍システム４１４のより高い温度負荷側に連続ループで運搬される。冷却された低温熱伝達媒質が、低温熱伝達媒質出口４４２を通って冷凍システム４１４から排出され、低温熱伝達媒質入口４１６を通ってＦＢＨＸ４０６に再導入される前に、加熱低温熱伝達媒質は、冷凍システム４１４のより高い温度負荷側で低い低温熱伝達媒質入口温度まで再冷却される。
【０１２７】
冷温熱伝達媒質は、同様に、冷温熱伝達媒質入口４３２を通ってＦＢＨＸ４１０の冷温熱伝達媒質流路に進入し、ＦＢＨＸ４１０の冷温熱伝達媒質流路を通って循環され、冷温熱伝達媒質出口４３４を通って冷温熱伝達媒質流路の終点においてＦＢＨＸ４１０から排出される。排出された冷温熱伝達媒質は、比較的高い冷温熱伝達媒質出口温度である。排出された加熱冷温熱伝達媒質は、冷温熱伝達媒質入口４４４を通って、冷凍システム４１４のより低い温度負荷側に連続ループで運搬される。加熱冷温熱伝達媒質は、冷温熱伝達媒質出口４４６を通って冷凍システム４１４から冷却された冷温熱伝達媒質を排出し、冷温熱伝達媒質入口４３２を通ってＦＢＨＸ４１０に冷却された冷温熱伝達媒質を再導入する前に、冷凍システム４１４のより低い温度負荷側で低い冷温熱伝達媒質入口温度まで再冷却される。
【０１２８】
図９を参照すると、本発明のガス輸送プロセスの実行で、ガス搭載解除終点において有用性がある、概して５００と指定されたガス水和物スラリー分解システムの概略フロー図が示されている。ガス水和物スラリー分解システム５００は、スラリーポンプ５０２と、入口加熱器５０４と、高圧セパレータ５０６と、脱水ユニット５０８と、低圧セパレータ５１０と、圧縮機５１２とを含む。
【０１２９】
入口加熱器５０４は、スラリー入口５１４と、分解混合物出口５１６とを有する。高圧セパレータ５０６は、分解混合物入口５１８と、炭化水素ガス出口５２０と、水性流体出口５２２と、炭化水素液出口５２４とを有する。低圧セパレータ５１０は、炭化水素液入口５２６と、炭化水素液生成物出口５２８と、炭化水素ガス出口５３０とを有する。脱水ユニット５０８は、炭化水素ガス入口５３２と、炭化水素ガス生成物出口５３４とを有する。
【０１３０】
入口加熱器５０４のスラリー入口５１４は、スラリー搭載解除ライン５３６に連結される。スラリー搭載解除ライン５３６の反対側は、スラリー輸送体４３６を収容するスラリー搭載解除ドックにおいてスラリー搭載解除浸漬管５３８に連結される。スラリーポンプ５０２スラリー搭載解除ライン５３６の中で一列に配置される。入口加熱器５０４の分解混合物出口５１６は、分解混合物ライン５４０を通って高圧セパレータ５０６の分解混合物入口５１８に連結される。高圧セパレータ５０６の炭化水素ガス出口５２０は、炭化水素ガスライン５４２を通って脱水ユニット５０８の炭化水素ガス入口５３２に連結される。高圧セパレータ５０６の水性流体出口５２２は、その中に位置付けられた水性流体流量制御弁５４６を有する水性流体排出ライン５４４に連結される。
【０１３１】
高圧セパレータ５０６の炭化水素液出口５２４は、炭化水素液ライン５４８を通って低圧セパレータ５１０の炭化水素液入口５２６に連結される。炭化水素液流量制御弁５５０は、炭化水素液ライン５４８の中に配置される。低圧セパレータ５１０の炭化水素液出口５２８は、炭化水素液生成物ライン５５４を通って炭化水素液生成物受容器５５２に連結される。炭化水素液生成物流量制御弁５５６は、炭化水素液生成物ライン５５４の中に配置される。低圧セパレータ５１０の炭化水素ガス出口５３０は、炭化水素ガス帰還ライン５５８に連結される。炭化水素ガス帰還ライン５５８の反対端は、炭化水素ガスライン５４２に繋がる。圧縮機５１２は、炭化水素ガス帰還ライン５５８の中で一列に配置される。脱水ユニット５０８の炭化水素ガス生成物出口５３４は、炭化水素ガス生成物ライン５６２を通って炭化水素ガス生成物受容器５６０に連結される。炭化水素ガス生成物流量制御弁５６４は、炭化水素ガス生成物ライン５６２の中に配置される。
【０１３２】
水和物スラリー分解システム５００の動作は、スラリー搭載解除ドックにおけるスラリー搭載解除浸漬管５３８を用いて、スラリー輸送体４３６からスラリー搭載解除ライン５３６の中へ水和物ガススラリーを搭載解除することによって開始される。搭載解除された水和物ガススラリーの特性は、実質的に、スラリー搭載ドック４３４においてスラリー輸送体４３６上に搭載されるガス水和物スラリーに関して上記で説明される通りである。スラリー搭載解除ライン５３６の中の搭載解除されたガス水和物スラリーは、約８００と１０，５００ｋＰａとの間の範囲であり、いずれの場合でも炭化水素ガス生成物が最終的に送達されるガスパイプラインシステムまたは他のガス分布システムの動作圧力より高くない、出口圧力まで、スラリーポンプ５０２によって加圧される。
【０１３３】
加圧されたガス水和物スラリーは、スラリー搭載解除ライン５３６およびスラリー入口５１４を通って入口加熱器５０４に運搬される。入口加熱器５０４は、入口加熱器５０４の動作圧力において、ガス水和物スラリー中の固体ガス水和物粒子の最高水和物安定性温度を上回る分解温度までガス水和物スラリーを加熱する、従来の熱交換器である。入口加熱器５０４は、その中の固体ガス水和物粒子を分解する（すなわち、融解および解離する）ように、ガス水和物スラリーに十分な潜熱を提供する。入口加熱器５０４からの結果として生じる分解混合物は、炭化水素液と、炭化水素ガスと、液体状態の水性流体とを含む。
【０１３４】
分解混合物は、分解混合物出口５１６、分解混合物ライン５４０、および分解混合物入口５１８を通って、入口加熱器５０４から高圧セパレータ５０６に運搬される。分解混合物の炭化水素ガス、炭化水素液、および水性液体は、高圧セパレータ５０６の中で相互から分離される。水性液体は、水性流体流量制御弁５４６の制御下で、水性流体出口５２２および水性流体排出ラインを通って、典型的には廃棄のために、高圧セパレータ５０６の底部から排出される。炭化水素液は、炭化水素液流量制御弁５５０の制御下で、炭化水素液出口５２４、炭化水素液ライン５４８、および炭化水素液入口５２６を通って、低圧セパレータ５１０に運搬される。
【０１３５】
炭化水素液は、低圧セパレータ５１０の中で低い圧力に流され、典型的には、炭化水素液からの付加的な炭化水素ガスおよび蒸気の発生を引き起こす。結果として生じる炭化水素液生成物は、炭化水素液生成物出口５２８および炭化水素液生成物ライン５５４を通って、炭化水素液生成物受容器５５２に運搬される。炭化水素液生成物受容器５５２は、好ましくは、炭化水素液生成物が以降の使用および／またはさらなる処理のために保持される、貯蔵タンク等の貯蔵容器である。
【０１３６】
炭化水素ガスは、炭化水素ガス出口５２０、炭化水素ガスライン５４２、および炭化水素ガス入口５３２を通って、高圧セパレータ５０６から脱水ユニット５０８に遊離気相として運搬される。遊離気相として低圧セパレータ５１０から回収される、あらゆる付加的な炭化水素ガスは、炭化水素ガス出口５３０を通って圧縮機５１２から排出される。付加的な炭化水素ガスは、圧縮機５１２の中で高圧セパレータ５０６の動作圧力まで再加圧され、炭化水素ガス帰還ライン５５８を通って炭化水素ガスライン５４２に運搬され、そこで付加的な炭化水素ガスが、炭化水素ガスライン５４２の中の高圧セパレータ５０６からの炭化水素ガスと混合される。代替として、示されていないものの、付加的な炭化水素ガスを低圧セパレータから回収し、低圧燃料として使用するために、ガス水和物スラリー分解システム５００から引き出すことができる。
【０１３７】
高圧セパレータ５０６からの炭化水素ガス、および低圧セパレータ５１０からの炭化水素ガスは、もしあれば、炭化水素ガスライン５４２および炭化水素ガス入口５３２を通って、脱水ユニット５０８に供給される。脱水ユニット５０８は、炭化水素ガス中に残存する、あらゆる残留水を除去して、炭化水素ガス生成物を産生する。炭化水素ガス生成物は、炭化水素ガス生成物流量制御弁５６４の制御下で、炭化水素ガス生成物出口５３４および炭化水素ガス生成物ライン５６２を通って炭化水素ガス生成物受容器５６０に送達される。炭化水素ガス生成物受容器５６０は、好ましくは、ガスパイプラインシステムまたは他のガス分布システムである。
【０１３８】
上記のガス水和物スラリー分解システム５００から、本プロセスは、高圧ガスパイプラインシステムまたは他のガス分布システムに炭化水素ガス生成物を送達するための費用のかかるガス圧縮要件を実質的に低減することが明白である。
【０１３９】
本発明の先述の好ましい実施形態を説明し、示したが、提案されるものおよびその他等の、代替案および修正がそれらに行われてもよく、本発明の範囲内であることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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