(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガス供給ガスから天然ガス液体流を製造するためのプラントであって、
天然ガス供給ガスを冷却するための熱交換器と、冷却された天然ガス供給ガスを気液分離するための気液分離器と、吸収塔と、精留塔とを備え、
気液分離器から取り出されたガス流が、２つの部分に分割されて吸収塔に供給され、気液分離器から取り出された液体流が、２つの部分に分割されて吸収塔に供給され、残留ガス流が吸収塔の頂部から取り出され、液体流が吸収塔の底部から取り出されて精留塔に供給され、
精留塔が、精留塔の頂部から取り出された流れを冷却するために精留塔に接続された冷却器と、冷却器によって冷却された流れを気液分離するための還流ドラムを有し、精留塔が、さらに底部にリボイラを有し、前記還流ドラム内の液体は、取り出された後に２つの部分に分割され、前記還流ドラム内のガスは、取り出された後に２つの部分に分割され、前記分割された液体およびガスの流れの一方の流れは、前記吸収塔の上部に供給され、前記分割された液体およびガスの流れの他方の流れは、吸収塔の下部に供給され、天然ガス液体流は、精留塔の底部から取り出され、
前記プラントには、制御ユニットが設けられ、該制御ユニットは、
（１）気液分離器から取り出され、吸収塔に導入されるガス流の２つの部分間の流量比と、
（２）気液分離器から取り出され、吸収塔に導入される液体流の２つの部分間の流量比と、
（３）精留塔に接続される還流ドラム内の、吸収塔に導入されるガスの２つの部分間の流量比との、
吸収塔に導入される流れの少なくとも１つの流量比を制御するプラント。
【請求項２】
精留塔が脱メタン塔および脱エタン塔として動作可能に構成される請求項１に記載のプラント。
【請求項３】
吸収塔に導入される流れの流量比（１）、（２）および（３）が、吸収塔オーバヘッド温度を決める請求項１に記載のプラント。
【請求項４】
吸収塔が吸収塔圧力で動作するように構成され、精留塔が精留塔圧力で動作するように構成され、吸収塔圧力が精留塔圧力より高い請求項１に記載のプラント。
【請求項５】
吸収塔生成物が膨張して供給ガスの少なくとも一部を冷やす請求項４に記載のプラント。
【請求項６】
精留塔の頂部から取り出される流れの一方の部分が吸収塔の底部に供給され、それによりストリッピングガス流が形成される請求項１に記載のプラント。
【請求項７】
制御ユニットが、（１）、（２）および（３）の流量比の少なくとも２つの流量比を制御する請求項１に記載のプラント。
【請求項８】
制御ユニットが、（１）、（２）および（３）の流量比それぞれの流量比を制御する請求項１に記載のプラント。
【請求項９】
気液分離器から取り出されたガス流の２つの部分のうちの第１の部分が、還流として吸収塔に導入され、前記２つの部分のうちの第１の部分がガス流の他方の部分に対して増加すると、精留塔の底部から取り出される天然ガス液体流中のエタン回収が増加する請求項２に記載のプラント。
【請求項１０】
精留塔に接続された還流ドラム内のガスの２つの部分のうちの第１の部分が、還流として吸収塔に導入され、前記２つの部分のうちの第１の部分が還流ドラム内のガスの他方の部分に対して減少すると、精留塔の底部から取り出される天然ガス液体流中のエタン回収が増加する請求項２に記載のプラント。
【請求項１１】
天然ガス供給ガスから天然ガス液体流を製造する方法であって、
熱交換器で天然ガス供給ガスを冷却し、かつ気液分離のための気液分離器内の冷却された天然ガス供給ガスを、ガス流と液体流とに分離するステップと、
気液分離器から取り出されたガス流を２つの部分に分割し、気液分離器から取り出された液体流を２つの部分に分割し、かつガス流および液体流の２つに分割されたそれぞれの部分を吸収塔に供給するステップとを含み、吸収塔の頂部から残留ガス流が取り出され、吸収塔の底部から液体流が取り出され、前記液体流が精留塔に供給され、前記方法がさらに、
精留塔を提供するステップを含み、前記精留塔が、精留塔の頂部から取り出された流れを冷却するために精留塔に接続された冷却器と、冷却器によって冷却された流れを気液分離するための還流ドラムとを有し、精留塔が、底部にリボイラをさらに有し、前記還流ドラム内の液体が、還流として精留塔の上部に戻され、前記方法がさらに、
取り出された後に前記還流ドラム内のガスを２つの部分に分割し、前記分割された流れのうちの一方の流れを前記精留塔の上部に供給し、前記分割された流れのうちの他方の流れを吸収塔の下部に供給し、かつ底部から天然ガス液体流を取り出すステップと、
（１）気液分離器から取り出され、吸収塔に導入されるガス流の２つの部分間の流量比と、
（２）気液分離器から取り出され、吸収塔に導入される液体流の２つの部分間の流量比と、
（３）精留塔に接続される還流ドラム内の、吸収塔に導入されるガスの２つの部分間の流量比との、
吸収塔に導入される流れの任意の流量比を、制御するために制御ユニットを使用するステップとを含む方法。
【請求項１２】
冷却された天然ガス供給ガスの気液分離のための気液分離器が、高圧分離器である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
精留塔のボトム生成物がエタンからなる請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
吸収塔が精留塔の圧力より高い圧力で動作する請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２００３年１１月３日出願の本出願人らの米国仮特許出願第６０／５１６，１２０号の優先権を主張するものである。
【０００２】
ガス処理、特にエタンの自在な回収／除去のためのガス処理。
【背景技術】
【０００３】
ガス処理産業における炭化水素液の回収には膨張プロセスが広く使用されており、一般に、エタンおよびプロパンを高いレベルで回収するために好まれている。供給ガスにかなりの量のプロパンおよびより重い成分が含まれているこのようなプロセスには、通常、外部冷凍が必要である。例えば典型的なターボ膨張器プラントの場合、プロセス流および／または外部冷凍プロパンとの熱交換によって供給ガスが冷却され、部分的に凝縮される。次に、凝縮した、含有揮発性成分の少ない液体が分離され、中程度の圧力または低圧で動作している分留塔へ供給される。残りの蒸気部分は、ターボ膨張器内でその圧力がさらに低い圧力まで減少し、それによりさらに冷却されて液体が形成される。ターボ膨張器の吐出圧は、通常、脱メタン塔の圧力であるため、頂部還流として作用してより重い炭化水素を吸収する冷たい液体を使用して二相流が脱メタン塔の頂部に供給される。残りの蒸気は、残留ガスとして分留塔オーバヘッドと結合し、続いて加熱され、パイプライン圧力まで再圧縮される。
【０００４】
しかしながら、多くの膨張器プラント構成には、より低い温度に冷やすか、あるいは精留ステージに晒すことによって回収することができるかなりの量のエタンまたはプロパンと炭化水素が依然として分留塔からの残留蒸気に含まれている。ターボ膨張器全体に亘ってより大きい膨張比でより低い温度を達成することができる一方で、様々な障害が生じている。特に、膨張がより大きいため、通常、より低い塔圧およびより大きい残留ガス圧縮馬力が必要であり、そのために回収の経済性が悪くなっている。したがって、多くのＮＧＬ回収構成には、追加精留塔が使用され、また、分留塔オーバヘッド蒸気へのより冷たく、かつ、より希薄な還流の流れが使用されている（以下参照）。また、最も良く知られているＮＧＬ回収構成は、単一の運転モード（つまりエタン回収またはプロパン回収）に対して最適化されている。したがってこのようなＮＧＬプラントの回収モードを切り換える（例えばエタン回収からプロパン回収へ切り換える）必要がある場合、効率および回収レベルが著しく低下することになる。さらに、許容可能な結果を得るためには、運転条件の実質的な再構成および変更がほとんどのプラントに必要である。例えば、知られているプラント構成のほとんどは、エタンを回収している間、９８％を超えるＣ３およびより重い炭化水素を回収しているが、エタンを除去している間、同じ割合でのプロパンの回収を維持することはできないことがしばしばである。エタン除去運転では、このようなプロセスからのプロパンの回収レベルが約９０％に低下することがしばしばであり、そのために製品収入の著しい損失をもたらしている。
【０００５】
現在のＮＧＬ回収システムは、単一塔構成または２塔構成に分類することができ、以下、そのいくつかの動作の相違を要約しておく。米国特許第４，８５４，９５５号明細書に、エタンを回収するための典型的な単一塔構成が記載されている（この構成は、エタンの除去にも適している）。動作温度が比較的低く、また、分留塔の圧力が比較的低いため、このような構成を使用してエタンの回収レベルを加減することができる。このようなプラントでは、オーバヘッド交換器によって、供給ガス冷却器から生成される冷凍を使用して分留塔オーバヘッド蒸気が冷却され、凝縮される。この追加冷却工程によってプロパンおよびより重い成分が分留塔オーバヘッドガスから凝縮し、下流側の分離器で回収され、還流として分留塔に戻される。エタンを除去する場合、この分留塔は脱エタン塔として動作し、その圧力は、通常、約２．４ＭＰａ（約３５０ｐｓｉｇ）まで降圧され、ターボ膨張からエタン／プロパンの分離に十分な冷凍が生成される。しかしながら、通常、分留塔の圧力を低くすると、必要な残留ガス圧縮馬力が増加する。米国特許第６，４５３，６９８号明細書に、エタンを回収し、かつ、エタンを除去するための単一の塔を使用した他のＮＧＬ回収構成が記載されている。この構成の場合、単一の塔から中間の流れが引き出され、希薄蒸気が生成される。この希薄蒸気がさらに冷却かつ凝縮され、単一塔への希薄な還流が生成される。熱統合、還流構成およびプロセスの複雑さは、これらの多くの設計間で異なっているが、それらのすべて、あるいはそれらのほとんどは、エネルギーの消費量が多い（例えば冷却および分別に必要な分留塔の圧力がより低いために）という問題を抱えている。
【０００６】
別法としては、典型的な２塔ＮＧＬプラントには、還流吸収塔および脱メタン塔あるいは脱エタン塔として動作する第２の塔が使用されており、通常、異なる圧力での吸収塔および第２の塔の動作をより柔軟にしている。しかしながら、従来の２塔プラントが経済的であるのは、通常、エタン回収またはプロパン回収のいずれか一方に対してのみであり、その両方に対しては経済的ではなく、また、回収モードの切換えにはプロパンの重大な損失が伴うことがしばしばである（例えば提供されるのは９８％未満の回収と、それにＣ３の回収である）。
【０００７】
例えば米国特許第５，９５３，９３５号明細書および第５，７７１，７１２号明細書によれば、第２の精留塔からのオーバヘッド蒸気または液体が希薄な還流として吸収塔へリサイクルされる。このようなプラントによって比較的高いレベルのエタンおよびプロパンの回収が提供されるが、プロパン回収の歩留りが高いエタンの除去は、ほとんどの運転条件の下で問題であることがしばしばである。別法としては、米国特許第６，３６３，７４４号明細書に示されているように、残留ガス圧縮機から吐出する残留ガス流の一部が希薄な還流として脱メタン塔内でリサイクルされる。しかしながら、残留ガスを使用して脱メタン塔のための冷たい還流を生成するためには大量の馬力が必要であり、また、残留ガスの圧縮に必要なコストが法外に高く、一般的には経済的ではない。また、上記のほとんどすべての構成の場合、エタン回収運転のためには吸収塔および精留塔の両方に極低温動作温度が必要であり、そのために設置のための資本コストが高くなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、天然ガスからエタンおよびより重い天然ガス液を分離し、かつ、回収するためのプロセスの効率および経済性を改善するべく多くの試行がなされている。しかしながら、それらのすべて、あるいはそれらのほとんどは、エタンを除去する必要がある場合、経済的な運転を達成していない。また、現在知られている構成は、一時的なエタンの回収が望ましい場合の柔軟性に富んだ運転を提供していない。したがって、天然ガス液を自在に回収するための改良型方法および構成を提供する必要が依然として存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、精留塔ボトム生成物中のＣ２成分およびＣ３成分の所望の回収度が様々な吸収塔供給流間の分割比によって決まるプラント構成を使用して、高いレベルで、かつ、自在にＮＧＬを回収することができる（例えば少なくとも９９％のＣ３および少なくとも９０％を超えるＣ２を回収することができる）ことを見出した。
【００１０】
本発明の主題が意図する一態様によれば、プラントは、供給ガス蒸気の第１の部分および第２の部分、供給ガス液の第１の部分および第２の部分、および精留塔オーバヘッドの第１の部分および第２の部分をそれぞれ個別に受け取るように構成された吸収塔を備えており、供給ガス蒸気の第１の部分および精留塔オーバヘッドの第１の部分によって吸収塔に還流が提供される。このようなプラントでは、制御ユニットによって、（ａ）供給ガス蒸気の第１の部分と第２の部分、（ｂ）供給ガス液の第１の部分と第２の部分、および（ｃ）精留塔オーバヘッドの第１の部分と第２の部分のうちの少なくとも１つの比率が、精留塔のボトム生成物中の供給ガス成分（例えばエタン）の所望の回収率に応じて制御される。多くの利点の中でも、とりわけ分割比によって吸収塔オーバヘッド温度が決まることを認識されたい。
【００１１】
精留塔は、脱メタン塔および／または脱エタン塔として動作し、かつ、吸収塔の圧力と同じ圧力かそれより低い圧力で動作するように構成されていることが最も好ましい。吸収塔が精留塔の圧力より高い圧力で動作する場合、通常、吸収塔ボトム生成物の膨張を使用して冷却が提供されることが好ましい（供給ガスであることが最も好ましい）。また、一般的には、精留塔オーバヘッドの第２の部分が吸収塔の底に供給され、それによりストリッピングガスが形成されることが好ましい。したがって、好ましい構成では、供給ガス蒸気の第１の部分が供給ガス蒸気の第２の部分に対して増加し、かつ／または精留塔オーバヘッドの第１の部分が精留塔オーバヘッドの第２の部分に対して減少すると、ボトム生成物中のエタン回収が増加する。
【００１２】
したがって、本発明の主題のもう１つの態様によれば、プラントを運転する方法には、吸収塔および精留塔を提供するステップが含まれており、複数の吸収塔供給流を吸収塔が受け取り、ボトム生成物が精留塔に提供される。他のステップで、複数の供給流のうちの少なくとも１つが第１の部分と第２の部分に分割され、第１の部分および第２の部分が吸収塔の様々な位置に導入される。また、さらに他のステップで、第１の部分と第２の部分の間の流量比を使用して、精留塔のボトム生成物中の所望の生成物の回収度が制御される。このような方法にとりわけ好ましい供給流には、高圧分離器を使用して提供することができる天然ガス液が蒸気の形および／または液体の形で含まれている。
【００１３】
別の観点から見た場合、天然ガス液プラントを運転する方法には、精留塔に流体結合された、該精留塔から供給ガス蒸気、供給ガス液およびオーバヘッド生成物を受け取る吸収塔を提供するステップが含まれている。このような方法の場合、吸収塔オーバヘッド温度が低くなると精留塔のボトム生成物中のエタン含有量が増加するよう、（ａ）供給ガス蒸気の一部、（ｂ）供給ガス液の一部、および（ｃ）オーバヘッド生成物の一部のうちの少なくとも２つが吸収塔オーバヘッド温度の制御に有効な方法で吸収塔に供給される。このような方法の場合、一般的には、吸収塔は、精留塔の圧力と同じ圧力かそれより高い圧力で動作することが好ましい。
【００１４】
本発明の様々な目的、特徴、態様および利点については、添付の図面および本発明の好ましい実施形態についての以下の詳細な説明によってより明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明者らは、プラントが少なくとも２つの還流の流れを受け取る吸収塔を備えている場合、高いレベルで、かつ、自在にＮＧＬを回収することができる（例えば必要に応じて少なくとも９９％のＣ３および少なくとも９０％を超えるＣ２を回収することができる）ことを見出した。好ましい一態様では、プラントは、第１の吸収塔が還流吸収塔として動作し、第２の精留塔が脱メタン塔または脱エタン塔のいずれかとして動作する２塔プラントとして構成されている。有利には、このような構成により、吸収塔への複数の供給流のうちの少なくとも１つのプロセス温度、分割比および／または供給位置を変更することによって成分回収を変更することができる。
【００１６】
とりわけ好ましい一構成では、吸収塔は第２の精留塔の圧力より高い圧力で動作し、吸収塔からのボトム液がＪＴ化するすなわちジュール−トムソン弁で膨張する（つまり圧力がジュール−トムソン弁を介して減少する）か、さもなければ膨張して第２の精留塔に供給される。とりわけ吸収塔の底のジュール−トムソン弁で膨張する効果によって冷凍の一部が供給され、それにより供給ガスが冷やされることを理解されたい。第２の精留塔からのオーバヘッド蒸気は、リサイクル圧縮機で圧縮され、第１の吸収塔へ戻される。
【００１７】
とりわけ好ましい他の構成では、吸収塔は、第２の精留塔の圧力とほぼ同じ圧力（例えば約０．１７ＭＰａ（２５ｐｓｉ）以内の圧力差、より典型的には約０．１０ＭＰａ（１５ｐｓｉ）以内の圧力差）で動作し、吸収塔からのボトム液が第２の精留塔へポンプ供給される。吸収塔の底の冷媒含有物を使用して、第２の精留塔への供給に先立って供給ガスが冷やされる。第２の精留塔が吸収塔の圧力より低い圧力で動作するとりわけ好ましいさらに他の構成では、ターボ膨張器によって生成される動力によって駆動されるリサイクル圧縮機を使用して、追加残留ガス圧縮の必要性を除去している。
【００１８】
また、第２の精留塔からのオーバヘッド蒸気は、一般的には２つの部分に分割されることが好ましく、第１の部分が吸収塔からのオーバヘッド蒸気を使用して還流交換器内で冷やされ、それにより吸収塔の頂部セクションへの冷たい還流が形成される。オーバヘッド蒸気の第２の部分は吸収塔の底に供給され、ストリッピングガスが形成される。したがって、第２の精留塔からの第２の蒸気部分に対する第１の蒸気部分の分割比によって、エタン回収としてのプラントの運転（１０％から９０％まで変化する）あるいはエタン除去としてのプラントの運転が決まる。さらに、第１の吸収塔には、高圧分離器からの冷たい蒸気の第１の部分を冷やすことによって生成される第２の還流の流れによって供給されることが好ましい。この第２の還流は、頂部還流の真下の位置へ供給される。高圧分離器からの冷たい蒸気の第２の部分は、ターボ膨張器（または他の膨張デバイス）を介して吸収塔の中間セクション中へ圧力が減少し、高圧分離器からの第２の蒸気部分に対する第１の蒸気部分の分割比によって、エタン回収としてのプラントの運転（例えば１０％から９０％まで変化する）あるいはエタン除去としてのプラントの運転が決まる。
【００１９】
とりわけ好ましい態様では、吸収塔からのオーバヘッド蒸気との熱交換によって第２の精留塔からの希薄蒸気流および高圧分離器からの希薄蒸気流の少なくとも一部（より好ましくはすべて）が凝縮され、続いて希薄な還流の流れとして吸収塔の頂部セクションへ供給されることを認識されたい。現在知られているプラントにおける単一還流構成と比較すると、これらの２つの還流の流れによって分離効率が著しく改善される。例えば、第２の精留塔からのオーバヘッド蒸気のほとんどは、エタンを回収している間、還流交換器をバイパスし、吸収塔の底に向かって直接送られる。有利には、吸収塔のためのストリッピング蒸気としてこの流れを利用することができ、それにより吸収塔の分離効率およびストリッピング蒸気中のエタン成分の再吸収がさらに改善される。したがって、意図するプラントで、２塔プロセスにおけるさらに高いレベルのエタン回収またはプロパン回収を達成することができる。
【００２０】
高圧分離器からの液体に関しては、一般的にはこの液体が２つの部分に分割され、吸収塔へ個別に供給されることが好ましい。この場合も、供給ガス液の分割比によって、所望のレベルすなわち総エタン除去に対するエタン回収が決まる。とりわけ好ましい態様では、供給ガス液の第１の部分が吸収塔の底の上方のトレイに向かって直接送られ、一方、第２の部分は、入口ガス交換器内で入口ガスを使用して加熱され、吸収塔の底に供給される。ジュール−トムソン弁で膨張した後の高圧分離器からの冷たい液体の使用は、第２の精留塔からのリサイクル蒸気の精留に有効である。したがって、分割比制御を使用することにより、異なる回収運転を自在に実施することができる。「高圧分離器」という用語は、圧力が約３．４ＭＰａ（約５００ｐｓｉｇ）と約１３．８ＭＰａ（約２０００ｐｓｉｇ）の間、より典型的には約４．８ＭＰａ（約７００ｐｓｉｇ）と約９．０ＭＰａ（約１３００ｐｓｉｇ）の間の供給ガスを受け取る分離器を意味している。また、数字と共に「約」という用語が使用されている場合、その数字とその数字の＋／−１０％絶対偏差（その値を含めて）が意図する数字に含まれている。
【００２１】
図１に示すとりわけ好ましい構成では、プラントは、精留塔６０に流体結合された吸収塔５８を備えている。残留ガス圧縮７１のためのエネルギーの消費を少なくするために、吸収塔５８は、精留塔６０の圧力より高い圧力で動作している。望ましい成分を回収するべく吸収塔へリサイクルさせるために、圧縮機６６を使用して精留塔オーバヘッド蒸気が再圧縮される。通常、吸収塔は約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉｇ）と約４．５ＭＰａ（約６５０ｐｓｉｇ）の間で動作し、一方、脱メタン塔（エタンを回収している間）または脱エタン塔（エタンを除去している間）として機能している第２の精留塔は、約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉｇ）と約３．４ＭＰａ（約５００ｐｓｉｇ）の間で動作している。高い圧力を使用するほど、残留ガス圧縮機の動力消費が少なくなるが、圧力が高くなるにつれて成分間の比揮発度が小さくなるため、望ましい生成物の分離が困難になる。最適塔圧は、通常、供給ガスの成分、運転条件およびプロジェクトの経済性によって決定される。吸収塔を比較的低い圧力（最も典型的には第２の精留塔の圧力）で動作させる場合、リサイクル圧縮機を排除することができることに留意されたい。
【００２２】
以下の実施例には、１％ＣＯ２、８６％Ｃ１、５％Ｃ２、４％Ｃ３、３％Ｃ４および２％Ｃ５＋の典型的な供給ガス成分（モルパーセント）が使用された。約４３℃（１１０°Ｆ）、約６．９ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）の供給ガスの流れ１は、残留ガス流１９、膨張した分離器液体流８、膨張した吸収塔ボトム液体流１８、および任意選択の補給プロパン冷媒流４１の冷凍含有物を使用して熱交換器５１内で冷却される。供給ガスは、通常、約−２６℃（約−１５°Ｆ）ないし約−４８℃（−５５°Ｆ）に冷却され、冷却流２が形成される。冷却流２は、分離器５２内で蒸気部分３と液体部分４に分離される（液体部分４は、さらに流れ５と流れ６に分割される）。流れ５と流れ６の間の分割比は、分留の必要に応じて所望の生成物成分に対して調整される。
【００２３】
例えば、高いレベルのエタン回収を必要とする場合、流れ６の流量が流れ５に対して増加される。流れ６は、ジュール−トムソン弁５４を介して圧力が約４．１ＭＰａ（約６００ｐｓｉａ）まで減少し、膨張した流れ７が形成される。膨張した流れ７は、吸収塔５８の精留セクションへ供給される。エタンを回収している間、主としてＣ３およびより重い成分を含んだ流れ６は、吸収塔の底から立ち上がっている流れ３２のエタン含有物を吸収し、凝縮させるためのスポンジ液として作用する。エタンを除去している間、流れ６に対する流れ５の流量が増加される。流れ５は、ジュール−トムソン弁５３を介して圧力が約４．１ＭＰａ（約６００ｐｓｉａ）まで減少し、流れ８が形成される。流れ８の冷凍含有物を使用して交換器５１内で供給ガスが冷却され、温度が約−２３℃（約−１０°Ｆ）ないし約−４０℃（−４０°Ｆ）の流れ９が生成される。流れ９は、吸収塔の底に向かって送られ、エタン除去運転の間、ストリッピング蒸気の少なくとも一部を提供する。
【００２４】
供給ガスの極低温冷却は、ジュール−トムソン弁で膨張する動作およびターボ膨張器動作の両方を使用した高圧分離器５２からの蒸気流３を使用して達成される。ここでは、蒸気流３は、流れ１１と流れ１０の２つの部分に分割されている。第１の部分である流れ１１は、ターボ膨張器５５内で膨張し、膨張した流れ１４が形成される（流れ１４の温度は、通常、約−５９℃（約−７５°Ｆ）ないし約−８２℃（−１１５°Ｆ）である）。流れ１４は、吸収塔５８の中間セクションの近傍に導入される。第２の部分の流れ１０は、熱交換器５６内で約−６２℃（約−８０°Ｆ）ないし約−９０℃（−１３０°Ｆ）に冷却され、ジュール−トムソン弁５７を介して圧力が減少し、冷たい還流の流れ１３が形成される（流れ１３の温度は、通常、約−８２℃（約−１１５°Ｆ）ないし約−９６℃（−１４０°Ｆ）である）。流れ１３は、第２の還流の流れとして吸収塔５８に供給される。この流れ１０と流れ１１の間の分割比も、所望の分留を達成するべく、必要に応じて調整される。
【００２５】
例えば、高いレベルのエタン回収を必要とする場合、流れ３に対する流れ１０の流量比を大きくする（例えば約０．２ないし０．４にする）ことによって交換器５６への流れ１０の流量が増加する。吸収塔オーバヘッド蒸気流１６からの冷凍含有物を使用して交換器５６内で流れ１０が冷却され、その一部またはすべてが凝縮され、それにより流れ１２が形成される。この冷却流は、さらにジュール−トムソン弁で膨張され、吸収塔内でエタンおよびより重い成分を精留し、回収するための冷たく、かつ、希薄な還流として使用される。エタンを除去している間、流れ３に対する流れ１０の流量比を小さくし、さらには除去する（例えば約０．０ないし０．２にする）ことによって流れ１０の流量が減少する。このような条件の下に、エタン除去運転の間、エタン成分の再凝縮が減少し、さらには完全に回避され、延いては内部還流が減少する。この場合、吸収塔精留セクションは、エタン除去運転に必要なより高い温度で動作する。例えば、エタンを除去している間、吸収塔は、エタン回収運転中の約−９３℃（−１３５°Ｆ）と比較すると、通常、約−７１℃（約−９５°Ｆ）で動作する。
【００２６】
液体回収効率をさらに改善するために、吸収塔５８は、さらに、精留塔６０からの圧縮蒸気流３０の一部を冷却することによって形成される第１の還流の流れ１５を受け取っている。エタンを除去する場合、任意選択で、第２の精留塔からの留出物の一部である流れ４２を使用して、ジュール−トムソン弁７０で膨張され、かつ、交換器５６内で冷やされた後の還流を追加提供することができる。第２の精留塔からの留出液の使用は、エタン含有量が豊富な供給ガス、好ましくは１５％モルパーセントを超えるエタンを含有した供給ガスを処理する場合にとりわけ有利である。
【００２７】
圧縮流３０は、流れ３１と流れ３２に分割され、その分割比によってエタン回収のレベルが決まる。例えば、エタンを除去している間、流れ３０に対する流れ３１の流量比が大きくなる（例えば約０．８ないし１．０になる）。したがってリサイクル流のほとんどまたはすべてが流れ３１として送られ、交換器５６内で冷やされかつ凝縮され、それにより還流の流れ１５が形成される（流れ１５の温度は、通常、約−６２℃（約−８０°Ｆ）と約−７３℃（−１００°Ｆ）の間である）。流れ１５はエタンが豊富であり、したがってプロパンを回収するための希薄な還流としてとりわけ有効であることに留意されたい。エタンを回収している間、流れ３０に対する流れ３１の流量比が小さくなる（例えば約０．０ないし０．２になる）。したがって還流の流れ３１の流量が減少し、流れ３２の流量が増加する。流れ３２の温度は、通常、約−７℃（２０°Ｆ）と約−２９℃（−２０°Ｆ）の間である（つまり、圧縮後の過熱状態にある）。
【００２８】
通常、約２．８ＭＰａ（４００ｐｓｉｇ）と約４．５ＭＰａ（６５０ｐｓｉｇ）の間で動作する吸収塔は、オーバヘッド流１６およびボトム流１７を生成している。流れ１６および流れ１７の温度は、エタン回収のレベルによって変化することを認識されたい。例えば、高いレベルでエタンを回収している間、オーバヘッド温度は、通常、約−７９℃（約−１１０°Ｆ）ないし約−９８℃（約−１４５°Ｆ）に維持される。エタンを除去している間、オーバヘッド温度は、約−６２℃（約−８０°Ｆ）ないし約−７３℃（約−１００°Ｆ）まで上昇する。吸収塔オーバヘッド流１５中の冷凍含有物は、第１の還流の流れ３１および第２の還流の流れ１０をそれぞれ冷却することによって熱交換器５６内で回収される。次に、熱交換器５１内に残留している冷凍を使用して供給ガスが冷やされる。吸収塔ボトム流１７は、ジュール−トムソン弁５９によって圧力が減少して冷却され（流れ１８が形成される）、それにより供給ガスを冷やすための追加冷凍が供給される。通常、温度が約−７℃（約２０°Ｆ）ないし約−４０℃（約−４０°Ｆ）である流れ１８は、交換器５１内で約１６℃（約６０°Ｆ）ないし約３８℃（約１００°Ｆ）に加熱され、第２の精留塔６０の上部セクションへの流入に先立って流れ２３が形成される。
【００２９】
精留塔６０（通常、約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉｇ）ないし約３．５ＭＰａ（約５００ｐｓｉｇ）で動作している）は、エタン回収運転の間、脱メタン塔として機能し、エタンおよびより重いボトム生成物２５とメタンが豊富なオーバヘッド流２４に流れ２３を分留する。一方、精留塔６０は、エタン除去運転の間、脱エタン塔として機能し、プロパンが豊富なボトム生成物およびエタンが豊富なオーバヘッド蒸気を生成する。オーバヘッド蒸気は、プロパン冷凍流４０を使用して還流交換器６１内で凝縮され、約−２３℃（約−１０°Ｆ）ないし約−４０℃（約−４０°Ｆ）の流れ２６が形成される。流れ２６は、還流ドラム６２内で液体流２８と蒸気流２７に分離される。液体流２８は、流れ２９を形成するべく還流ポンプ６３によってポンプ供給され、還流として精留塔の頂部へ戻される。精留の一部は、既に説明したように、還流として吸収塔内で使用することができる。また、精留塔６０は、低コスト炭素鋼の使用を可能にする温度（例えば約−４０℃（約−４０°Ｆ）以上の温度で）動作することを理解されたい。それに対して、従来の構成には、とりわけエタンを回収している間、通常、極低温（つまり約−４０℃（−４０°Ｆ）より低い温度）で精留塔を運転する必要があり、低温等級の鋼の使用を余儀なくしている。
【００３０】
圧縮機６６によって蒸気流２７が圧縮され、流れ３０が形成される。流れ３０は、流れ３１（ジュール−トムソン弁６７を介して圧力が減少している）と流れ３２（ジュール−トムソン弁６８を介して圧力が減少している）に分割される。したがって、流れ２７の一部が還流として使用され、残りの部分が吸収塔５８の底でエタンを再吸収するために使用される。精留塔６０の加熱に必要な熱は、供給ガスからの熱含有物またはボトム生成物からの熱含有物のいずれかを使用したサイドリボイラ６４（任意選択）を使用して供給され、さらに、外部熱源を使用したボトムリボイラ６５を使用して補給することができる。ＮＧＬボトム生成物２５の温度は、特定の供給ガス組成および運転条件に応じて、約３８℃（約１００°Ｆ）から約１２１℃（約２５０°Ｆ）まで変化する。
【００３１】
残留ガス流２０は、供給交換器５１から約２．５ＭＰａ（約３７０ｐｓｉｇ）ないし約４．１ＭＰａ（約６００ｐｓｉｇ）で流出し、膨張器圧縮機５５によって約２．９ＭＰａ（約４２０ｐｓｉｇ）ないし約４．５ＭＰａ（約６５０ｐｓｉｇ）に圧縮され、それにより圧縮残留ガス流２１が形成される。必要に応じて、圧縮機７１を使用してさらに再圧縮し、残留ガスの圧力をセールスガスパイプラインまで昇圧することができる。任意選択で交換器７２内で圧縮機吐出蒸気流３８が冷却され、セールスガスパイプラインに先立って流れ３９が形成される。
【００３２】
表１は、様々なレベル（０％ないし９０％）のエタン回収および９７％以上のプロパン回収を達成するためのキーとなるプロセス条件である分割比および冷凍動力消費を示したものである。より高いレベルのエタン回収運転には、分離器および吸収塔オーバヘッドの温度を低くする必要があり、したがって冷凍圧縮機によって供給される必要な冷凍が増加し、かつ／または吸収塔の圧力を低くすることによってターボ膨張器の両端間の膨張比が大きくなる。第２の精留塔は、すべての運転において、構築材料に炭素鋼しか必要としない約−４０℃（約−４０°Ｆ）以上の温度で動作している。
【表１】
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【００３３】
図２に示すとりわけ好ましい第２の構成では、プラントは、精留塔６０に流体結合された吸収塔５８を備えており、吸収塔は精留塔の圧力とほぼ同じ圧力で動作している。この構成では、吸収塔は約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉｇ）ないし約３．４ＭＰａ（約５００ｐｓｉｇ）で動作し、精留塔は約２．８ＭＰａ（約４１０ｐｓｉｇ）ないし約３．５ＭＰａ（約５１０ｐｓｉｇ）で動作している。第２の精留塔が若干高い圧力で動作しているため、図１に示すリサイクル圧縮機６６は不要である。表１に示す運転事例５は、９０％の高いレベルのエタン回収を必要とするこの事例を示したものである。プロセス条件、詳細には、異なるレベルのエタン回収に対する分割比が図１の設計と同様であることに留意されたい。しかしながらリサイクル圧縮機６６が不要であり、また、オーバヘッド蒸気３０は、吸収塔への還流を形成するべく交換器５６に向けて送って冷やされることができ、かつ／またはストリッピング蒸気として吸収塔の底に向けて送ることができる。また、吸収塔ボトム圧力を昇圧して第２の精留塔へ供給するためには吸収塔ボトムポンプ６９が必要である。その他のコンポーネントおよび番号の振り方に関しては、図１と同じ数表示および同じ考察が適用されている。
【００３４】
図３に示すとりわけ好ましい第３の形態では、プラントは、精留塔６０に流体結合された吸収塔５８を備えており、吸収塔は精留塔の圧力より高い圧力で動作している。この構成では、吸収塔は、図１および図２に示す個別の残留ガス圧縮機７１を必要とすることなく、約３．５ＭＰａ（約５１０ｐｓｉｇ）ないし約４．２ＭＰａ（約６１０ｐｓｉｇ）のセールスガスパイプラインより高い圧力で動作している。第２の精留塔は、典型的には約２．１ＭＰａ（約３００ｐｓｉｇ）と約２．８ＭＰａ（約４００ｐｓｉｇ）の間のより低い圧力で動作しており、オーバヘッド蒸気は、ターボ膨張器５５によって駆動されるリサイクルガス圧縮機６６によって圧縮され、交換器５６内で冷やされた後、吸収塔へ戻される。この場合も、その他のプロセスパラメータおよびコンポーネントは、図１で説明した構成と同様であり、その他のコンポーネントおよび番号の振り方に関しては、図１と同じ数表示および同じ考察が適用されている。
【００３５】
適切な供給ガス流に関しては、様々な供給ガス流が適切であることが意図されており、とりわけ適切な供給ガス流には、分子量が異なる様々な炭化水素が含まれている。意図されている炭化水素の分子量に関しては、Ｃ１〜Ｃ６炭化水素が支配的に供給ガス流に含まれていることが一般的に好ましい。しかしながら、適切な供給ガス流は、さらに、酸性気体（例えば二酸化炭素、硫化水素）および他の気体成分（例えば水素）を含有することができる。したがって、とりわけ好ましい供給ガス流は、天然ガスおよび天然ガス液である。
【００３６】
本発明の主題のさらに他の好ましい態様では、供給ガス流が冷却され、供給ガス流中のより重い成分の少なくとも一部が凝縮される。また、とりわけ好ましい構成では、供給ガス流が冷却され、蒸気部分と液体部分に分離され、蒸気部分がさらに冷却され、第２の蒸気部分と第２の液体部分に分離される。本明細書に示されている本発明の概念を何ら制限するものではないが、これらの冷却工程は、吸収塔オーバヘッド生成物および／または吸収塔ボトム生成物の冷凍含有物を使用して達成されることがとりわけ好ましい。
【００３７】
追加または別法として、供給ガス流から分離された液体が吸収塔の精留のための下部セクションに供給されることがさらに好ましい。蒸気部分に関しては、第２の蒸気部分がバイパス流とターボ膨張器流に分割され、ターボ膨張器流がターボ膨張器に供給され、引き続いて吸収塔に供給され、また、好ましくは吸収塔オーバヘッド生成物の冷凍含有物を使用してバイパス流がさらに冷却され、第１の第２還流の流れとして吸収塔の上部セクションに流入する前に、ターボ膨張器以外のデバイスを介してその圧力が減少することを認識されたい。ジュール−トムソン弁は、とりわけ適切なデバイスであるが、圧力を低くするための知られている他のすべてのデバイスおよび方法も、本明細書における使用に適していると見なされている。例えば、適切な代替デバイスには、動力回収タービンおよび膨張ノズルデバイスがある。
【００３８】
また、第２の精留塔からのオーバヘッド蒸気が２つの部分に分割され、そのうちの一方の部分が、吸収塔またはエタン成分の回収における精留のための下部セクションへの第１の還流として吸収塔に供給されることが好ましい。蒸気部分に関しては、吸収塔への還流としての使用に先立って、吸収塔オーバヘッド蒸気によって冷却かつ凝縮される還流蒸気部分がオーバヘッド交換器に供給され、ボトム部分がエタンを回収するために吸収塔の底に向かって直接送られることを認識されたい。
【００３９】
吸収塔オーバヘッド生成物およびボトム生成物は、第１および第２の還流の流れを冷却する熱交換器内の冷媒として使用されることが好ましい。また、吸収塔オーバヘッド生成物は、供給ガスから分離された蒸気部分および供給ガス流を残留ガス圧力への再圧縮に先立って冷却する、少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの追加熱交換器内の冷媒として作用することが好ましい。同様に、吸収塔ボトム生成物は、塔供給物として精留塔に流入する前に供給ガス流を冷却するための冷媒として使用される。適切な吸収塔は、特定の構成に応じて様々であるが、吸収塔は、トレイまたは充填層タイプの吸収塔であることが一般的に好ましい。
【００４０】
精留塔内で吸収塔ボトム生成物が分離され、所望のボトム生成物（例えばＣ２／Ｃ３＋またはＣ３／およびＣ４＋）が形成される。したがって、適切な精留塔は、所望するボトム生成物に応じて脱メタン塔および脱エタン塔を備えている。所望するボトム生成物がＣ３およびＣ４＋である場合、冷却器（例えば外部冷媒を使用した冷却器）内で精留塔オーバヘッド生成物が冷却され、精留塔還流部分と蒸気部分に分離されることが意図されている。したがって、精留塔からの蒸気オーバヘッド生成物がさらに分割され、吸収塔の頂部トレイに供給される希薄な還流の流れである、吸収塔のための還流の流れとして使用することができることを特に理解されたい。同様に、所望するボトム生成物がＣ２／Ｃ３＋である場合、精留塔オーバヘッド生成物が冷却器をバイパスし、蒸気部分が吸収塔へのボトム供給物として使用されることが意図されている。この場合も、このようなエタン回収構成の場合、Ｃ２および高いレベルのエタン回収によって生じる成分を再吸収するために、精留塔からの蒸気オーバヘッド生成物がリサイクルされて吸収塔へ戻されることを特に理解されたい。
【００４１】
所望するＣ２／Ｃ３＋ボトム生成物が中間レベルである場合、精留塔オーバヘッド生成物の一部が冷却器をバイパスし、蒸気部分が吸収塔へのボトム供給物として使用されることが意図されている。この場合も、このようなエタン回収構成の場合、Ｃ２および高いレベルのエタン回収によって生じる成分を再吸収するために、精留塔からの蒸気オーバヘッド生成物の一部のみがリサイクルされて吸収塔へ戻されることを特に理解されたい。
【００４２】
したがって、意図されている構成では、吸収塔に必要な冷却は、還流の流れによって少なくとも部分的に提供される（吸収塔ボトム生成物およびオーバヘッド生成物による冷却によって提供される）こと、また、第１および第２の還流の流れを使用することによってＣ２／Ｃ３の回収が著しく改善されることを特に認識されたい。Ｃ２の回収に関しては、このような構成によって少なくとも８５％、より典型的には少なくとも８８％、最も典型的には少なくとも９０％の回収が提供されることが意図されており、一方、Ｃ３の回収は少なくとも９５％、より典型的には少なくとも９８％、最も典型的には少なくとも９９％になることが意図されている。
【００４３】
以上、自在ＮＧＬプロセスおよび方法の特定の実施形態およびアプリケーションについて説明した。しかしながら、本明細書における本発明の概念から逸脱することなく、上で説明した実施形態およびアプリケーション以外の多くの改変が可能であることは当業者には明らかであろう。したがって本発明の主題は、特許請求の範囲の精神を除き、何ら制限されない。また、明細書の解釈および特許請求の範囲の各請求項の解釈に際しては、すべての用語は、コンテキストに矛盾しない最も広義の可能な方法で解釈されたい。詳細には、「備えている」および「備えた」という用語は、非排他的な意味におけるエレメント、コンポーネントまたは工程を意味しており、参照されているエレメント、コンポーネントまたは工程は、本明細書においては特に参照されていない他のエレメント、コンポーネントまたは工程と共に提供し、利用し、あるいは組み合わせることができることを示しているものとして解釈されたい。また、参照により本明細書に組み込まれている参考文献に使用されている用語の定義または使用と、本明細書において提供されているその用語の定義が矛盾し、あるいは相いれない場合、本明細書において提供されているその用語の定義が適用され、参考文献に使用されているその用語の定義は適用されない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の主題による、吸収塔が精留塔の圧力より高い圧力で動作するＮＧＬプラントの構成を示す略図である。
【図２】本発明の主題による、吸収塔が精留塔の圧力と同じ圧力で動作する他のＮＧＬプラントの構成を示す略図である。
【図３】本発明の主題による、吸収塔が精留塔の圧力より高い圧力で動作するさらに他のＮＧＬプラントの構成を示す略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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