(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離されるべき１つ以上の成分Ａを含むガスＧを処理する方法において、少なくとも下記の各段階、すなわち、
（ａ）その処理されるべきガスＧを、分離されるべき少なくとも１つの成分を選択的に保留するように選ばれ、下記段階（ｄ）から得られる溶媒Ｓと混合する段階、
（ｂ）このガスＧと溶媒Ｓとの混合物を少なくとも１つの熱交換帯域の中で流すことにより冷却し、それにより前記熱交換帯域の出口においてその分離されるべき少なくとも１つの成分の枯渇した少なくとも１つのガス相Ｇ1と、およびその分離されるべき各成分の富化された溶媒相Ｓ1とを得る段階、
（ｃ）前記富化された溶媒相Ｓ1を前記ガス相Ｇ1から分離してこの富化された溶媒相Ｓ1を膨張させたうえで前記ガス／溶媒混合物（段階ｂ）の冷却のために前記熱交換帯域へ再循環し、それによって前記溶媒相Ｓ1が熱交換帯域の出口においてその分離されるべき成分Ａの富化された少なくとも１つのガス相Ｇ2と液体溶媒相Ｓとよりなるようにする段階、そして、
（ｄ）前記段階（ｃ）からのガス相Ｇ2と液体溶媒相Ｓとを分離し、そして前記溶媒相Ｓを前記段階（ａ）へ再循環する段階、
の各段階を含む、前記ガスＧを処理する方法。
【請求項２】
前記ガス／溶媒混合物と冷却剤として用いられる溶媒とを、段階（ｂ）において向流で流す、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記段階（ｂ）からのガス相Ｇ1の少なくとも１部を、タービンを通して膨張させることによって冷却し、そしてそのガス／溶媒混合物を冷却するために前記熱交換帯域へ供給する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記段階（ｃ）の終端において第１のガスフラクションを膨張および／または加熱によってその溶媒相から分離し、それによってその溶媒相の中に成分Ａを富化させる、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記段階（ｂ）の終端においてその運転温度が、−２０℃ないし−１００℃の範囲である、請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記段階（ｂ）および（ｃ）を複数の熱交換帯域を用いて繰り返し、その際一つの熱交換帯域の出口において得られるガス相Ｇ1を次の熱交換帯域へ供給する請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ガス相Ｇ1から、二酸化炭素ＣＯ2および硫化水素Ｈ2Ｓのうちの少なくとも１つの酸性ガスを含むある成分を枯渇させ、そしてその処理されるべきガスと混合されるその用いた溶媒Ｓが、メタノール、エタノール、メチルプロピルエーテル、エチルプロピルエーテル、メチルｔｅｒｔ−イソブチルエーテル、プロピレンカーボネートおよびメトキシエタノールからなる群から選ばれた物理的溶媒である、少なくとも１つの酸性ガスが含まれているガスを処理するための請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記処理されたガスから分離されるフラクションが、メタン、エタン、プロパン、ブタンおよびペンタンからなる群から選ばれた少なくとも１つの炭化水素を含み、その際その処理されるべきガスが少なくとも水素および窒素を含む、請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記処理されるべきガスが水を含み、
水と相溶する溶媒を用い、そして前記段階（ａ）または（ｂ）が実施されるに先立って、前記ガスを第１フラクションＦ１と第２フラクションＦ２とに分割し、段階（ｂ）からの液体溶媒相Ｓ1の１つのフラクションを、向流接触帯域Ｃ3においてその処理されるべきガスの少なくとも前記第１フラクションＦ１と、前記接触帯域Ｃ3から溶媒を含んだガスを抜き出すことにより接触させ、その際溶媒の含まれた前記ガスをその後で前記第２フラクションＦ２と混合して段階（ａ）へ送り込み、そして前記接触帯域Ｃ3から溶媒の枯渇した水性相を分離する、請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
分離されるべき１つ以上の成分を含むガスＧを処理する装置において、
少なくとも１つの熱交換帯域Ｅ3、
その処理されるべきガスと、および少なくとも１つの溶媒相とを前記熱交換帯域Ｅ3へ供する各供給ライン１０，１１、
前記熱交換帯域Ｅ3を通過した後でその処理されたガスと溶媒相とを分離するための、その処理されたガスを排出させる少なくとも１つの排出ライン１３と、および前記熱交換帯域に連結されていてその富化された溶媒相を排出させる排出ライン１４とに連結されている分離手段Ｂ1、
前記富化された溶媒相を膨張させるための膨張手段、
前記熱交換帯域Ｅ3を流過した溶媒相を排出させる少なくとも１つの排出ライン１５、前記溶媒相を少なくとも１つのガス相と１つの液体相とに分離するための分離手段Ｂ2、およびそれら分離された２つの相を排出させるための各排出ライン１６および１７、ただし該液体相排出のためのライン１７は供給ライン１１に連結される、
を組合わせて含む、前記ガスＧを処理する装置。
【請求項１１】
前記熱交換帯域が、少なくとも１つのプレート熱交換器を含む、請求項１０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、望ましくない種々の成分を含むガスを処理するための、そして中でも天然ガスを、輸送やその使用に障害となる種々の成分の全部または少なくとも大部分を除去するように処理する方法およびプラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業プラント、例えば精油所において作り出されるガスはその輸送および／または使用の間に望ましくないと考えられる種々の成分を含むことがある。そのような成分は非制限的な例として、ＣＯ2またはＨ2Ｓのような酸性ガスあるいは窒素のような不活性ガスである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に用いられる処理方法は、その処理されるべきガスを塔の中で、中でもそのガスの中に含まれている１つ以上の成分を選択的に抽出することを許容するような溶媒と向流接触させることによる吸収段階を実施し、次いでその溶媒を減圧のもとに蒸留によって再生することよりなる。
このような方法の１つを図１に示してあるが、これは特別にはそのガスの中に比較的少量で存在している種々の不純物または１つ以上の成分を少なくとも分離するのに適したものである。これはその処理されるべきガスを予備冷却し、そして低い温度において溶媒を用いてその吸収段階を実施することよりなる。
しかしながら、そのような方法はその成分の含有量が高い場合には、その処理されるべきガスから分離しなければならない種々の成分の高い含有量を有する大量の溶媒を循環し、蒸留する必要があるために経費が高くなるであろう。実際に、その溶媒の蒸留は一般に、その塔を底部において加熱し、そして頂部において冷却するのに必要な比較的費用のかかる操作である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、従来技術の種々の欠点を克服し、そして中でもそのガスを処理するのに必要な溶媒処理の費用および量を低下させることを許容するような新しいガス処理方法を見出した。このような方法は特に、そのガスの成分が比較的大きな割合で存在している場合に好適である。
【０００５】
本発明にしたがう方法は中でも、単一の熱交換帯域においてガスの中に含まれている各成分を吸収し、そしてそれら成分を吸収するのに用いた溶媒を再生することよりなる。
【０００６】
すなわち本発明は、分離されるべき１つ以上の成分を含むガスＧを処理する方法に関する。この方法は、少なくとも下記の各段階、すなわち（ａ）その処理されるべきガスＧを、分離されるべき少なくとも１つの成分を選択的に保留するように選ばれ、下記段階（ｄ）から得られる溶媒Ｓと混合する段階、（ｂ）このガスＧと溶媒Ｓとの混合物を少なくとも１つの熱交換帯域の中で流すことにより冷却し、それにより前記熱交換帯域の出口においてその分離されるべき少なくとも１つの成分の枯渇した少なくとも１つのガス相Ｇ1と、およびその分離されるべき各成分の富化された溶媒相Ｓ1とを得る段階、（ｃ）前記富化された溶媒相Ｓ1を前記ガス相Ｇ1から分離してこの富化された溶媒相Ｓ1を膨張させたうえで前記ガス／溶媒混合物（段階ｂ）の冷却のために前記熱交換帯域へ再循環し、それによって前記溶媒相Ｓ1が熱交換帯域の出口においてその分離されるべき成分Ａの富化された少なくとも１つのガス相Ｇ2と液体溶媒相Ｓとよりなるようにする段階、そして（ｄ）前記段階（ｃ）からのガス相Ｇ2と液体溶媒相Ｓとを分離し、そして前記溶媒相Ｓを前記段階（ａ）へ再循環する段階、を含むことを特徴とする。
【０００７】
そのガス／溶媒混合物と冷却剤として用いられる溶媒とは、例えばその熱交換帯域において向流で流される。
【０００８】
本発明の具体例の１つにおいて、段階（ｂ）からのガス相Ｇ1の少なくとも１部を、タービンを通して膨張させることによって冷却し、そしてこれはそのガス／溶媒混合物を冷却するために例えばその熱交換帯域へ供給される。
本発明の具体例の１つによれば、段階（ｃ）からの溶媒相Ｓ1の少なくとも１部を膨張および／または加熱および／または蒸留により実施される補助再生段階へ送られる。段階（ｃ）が完了したならば、第１のガスフラクションを、例えば膨張および／または加熱によってその溶媒相から分離してその溶媒相を富化させる。
【０００９】
本発明にしたがう方法は、例えば段階（ｂ）の出口における−２０℃と−１００℃との間の範囲の温度において実施される。
この方法の具体例の１つによれば、少なくとも段階（ｂ）および（ｃ）を複数の熱交換帯域を用いて繰り返し、その際ある熱交換帯域の出口において得られたガス相Ｇ1を次の熱交換帯域へ供給する。
【００１０】
この方法は、例えば少なくとも酸性ガスの含まれたガスを処理するのに用いられ、その際そのいくつかの成分が枯渇されるガス相は二酸化炭素ＣＯ2および硫化水素Ｈ2Ｓのうちの少なくとも１つの酸性ガスを含み、そしてその処理されるべきガスと混合される溶媒Ｓは、メタノール、エタノール、メチルプロピルエーテル、エチルプロピルエーテル、メチルｔｅｒｔ−イソブチルエーテル、プロピレンカーボネートおよびメトキシエタノールからなる群から選ばれた物理的溶媒である。
【００１１】
この方法はまた、例えば少なくとも水素または窒素を含むガスを処理するのにも適用でき、その際その処理されたガスから分離されるフラクションが、メタン、エタン、プロパン、ブタンおよびペンタンからなる群から選ばれた少なくとも１つの炭化水素を含み、その際その処理されるべきガスは少なくとも水素および窒素を含む。
【００１２】
もう１つの適用方法によれば、その処理されるべきガスは例えば水を含み、水と相溶する溶媒が用いられ、そして段階（ｂ）からの液体溶媒相Ｓ1の１つのフラクションを向流接触帯域においてその処理されるべきガスの少なくとも１つのフラクションと、後で例えば段階（ａ）へ送られる、例えば溶媒を含んだガスをその接触帯域から、例えばその頂部より抜き出すことにより、そして例えばその接触帯域の底部から溶媒の枯渇した水性相を分離することにより接触させる。
【００１３】
本発明はまた、分離されるべき１つ以上の成分を含むガスＧを処理する装置にも関する。
この装置は、これが少なくとも１つの熱交換帯域、その処理されるべきガスと、および少なくとも１つの溶媒相とを前記熱交換帯域へ供する各供給ライン、前記熱交換帯域を通過した後でその処理されたガスと溶媒相とを分離するための、例えばその処理されたガスを排出させるように設計された少なくとも１つのラインと、および前記熱交換帯域に連結されていてその富化された溶媒相を排出させるように設計されたラインとに連結されている分離手段、前記富化された溶媒相を膨張させるための膨張手段、前記熱交換帯域を流過した溶媒相を排出させるように設計された少なくとも１つのライン、前記溶媒相を少なくとも１つのガス相と１つの液体相とに分離するための手段、およびそれら分離された２つの相を排出させるように設計された各ライン（液体相を排出させるラインは溶媒相供給ラインに連結される）を組合わせて含むことを特徴とする。
その熱交換帯域は、例えば１つ以上のプレート熱交換器を含む。
【００１４】
その熱交換帯域は例えばその溶媒相Ｓ1とこの熱交換帯域の中で加熱により生じた蒸気相との向流循環を達成するように設計されている。
【００１５】
従来技術において用いられ、そして記述された種々の方法に関連して、本発明にしたがう方法は中でも下記の諸進歩性を与える。
【００１６】
これは、（１）圧力のもとに大型の接触塔を用いること、（２）この方法の実施に先立ってそのガスを充分に低い圧力に減圧すること、（３）種々の蒸留過程を不必要にし、そしてこれは（４）ガスと溶媒との混合物を冷却しながら溶媒を加熱し、これが用いた溶媒の溶媒能力および選択性を改善することを許容する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の他の諸特徴および進歩性は、以下に添付の図面の参照のもとに非制限的にあげる諸実施例の記述から明らかとなるであろう。
【００１８】
図１に従来技術にしたがい一般に用いられる処理方法の１つが図式的に示されているが、これはその処理されるべきガスをあるる塔の中で、中でもその処理されるべきガスの中に含まれている１つ以上の成分を選択的に抽出する作用を有する溶媒と接触させることによる吸収段階を実施し、次いでその溶媒を減圧のもとに蒸留することによって再生することよりなる。
【００１９】
処理されるべきガスをライン１を介して塔Ｃ1へ供給し、溶媒はライン３を介して塔Ｃ1の頂部へ導入され、そしてそのガスから除去されるべき各成分を取り込んでライン４を介してこの塔から流出する。塔Ｃ1の頂部においてその処理されたガス、すなわちいくつかの成分の枯渇したガスはライン２を通して排出される。各成分が富化されてその塔から出てくる溶媒は熱交換器Ｅ1を通過し、次いでこれは膨張弁Ｖ1を通って膨張する。
次にこれは塔Ｃ2の中で減圧のもとに蒸留される。その処理されたガスから取り込まれた成分は塔Ｃ2の頂部からライン５を通って排出される。この成分と分離された溶媒は塔Ｃ2の底部において循環ポンプＰ1によって吸い込まれて塔Ｃ1の頂部へ再循環される。
【００２０】
用いる溶媒は、例えばアミン、またはメタノールのようなアルコールあるいはジメチルテトラエチレングリコール（ＤＭＥＴＥＧ）のようなエーテル等の物理的溶媒であることができる。
【００２１】
溶媒が物理的溶媒である場合にはこれはいくつかの操作段階において、例えば外気温度よりも低い温度において操作することによりその物理的溶媒の溶媒能力および選択性を改善できることがよく知られている。
このような方法は特に、そのガスの中に比較的小さな割合で存在している種々の不純物の除去、あるいは１つ以上の成分を分離するのによく適している。
【００２２】
もしそれらの含有量が高い場合には、この方法は、中でもガスから分離しなければならない種々の成分を重大に含んだ大量の溶媒を循環し、蒸留する必要を考慮したときに高経費となるであろう。
溶媒の蒸留は一般に、塔の底部において加熱し、そして頂部において冷却することを必要とする、比較的経費のかかる操作である。
【００２３】
本発明にしたがう方法の原理は図２に図式的に示されているが、これは天然ガスまたは精製ガスを処理するための非制限的な例として説明されている。
例えばＣＯ2のような処理されるべき少なくとも１つの成分Ａを含むその処理されるべきガスはライン１０を介して流入する。
【００２４】
これは熱交換器Ｅ2へ供給されるに先立って、例えばライン１０に連通しているライン１１を通って流入する液体溶媒Ｓと混合される。このガス／溶媒混合物は熱交換器Ｅ2を流過するが、ここでこれはこの熱交換器にライン１４を介して供給される溶媒相Ｓ1によって冷却され、そしてそのガス／溶媒混合物に対して向流で流される。
【００２５】
熱交換器Ｅ2の中でその処理されるべきガスに対して向流で流れるガス／溶媒混合物の溶媒Ｓはその処理されるべきガスの中に存在する分離されるべき成分を全部または部分的に捕集する。この熱交換器の中でその混合物はその分離されるべき成分Ａを含んだ溶媒と、そのような成分の枯渇したガスとよりなる混合物になる。
【００２６】
溶媒相Ｓと処理されるべきガスとの間で物質交換が起こり、一方、熱交換はガス／溶媒混合物と、好ましくは向流で流れるその溶媒相Ｓ1との間で起こる。
熱交換器Ｅ2の出口からそのガス／溶媒混合物は分離ドラムＢ1へ供給され、そして分離されるべき成分Ａの枯渇した、ライン１３から排出されるガス相Ｇ1と、および分離されるべき成分Ａの富化した、膨張弁Ｖ2の設けられたライン１４から排出される溶媒相Ｓ1とに分離される。
その膨張させた溶媒相は、例えば熱交換器Ｅ2へ供給され、ここでこのものはそのガス／溶媒混合物と熱交換することによって加熱され、一方その混合物は冷却される。成分Ａの富化されたガス相Ｇ2がそれによって生ずる。成分Ａの富化され、そして加熱されたその溶媒相はライン１５を介して熱交換器Ｅ2から排出され、そして分離ドラムＢ2へ供給されるが、その出口から富化されたガス相Ｇ2が得られてこれはライン１６より排出され、一方、得られた溶媒相はライン１７から排出されてポンプＰ2によリライン１１から再巡回されて導管１０から供給されるその処理されるべきガスと混合される。
【００２７】
この例にしたがう方法は、例えば、少なくとも下記の連続した各段階を実施することにより行なわれる。すなわち、（ａ）その処理されるべきガスＧを、分離されるべき少なくとも１つの成分を選択的に保留するように選ばれ、下記段階（ｄ）から少なくとも部分的に得られる溶媒Ｓと少なくとも部分的に混合する段階、（ｂ）このガスＧと溶媒Ｓとの混合物を少なくとも１つの熱交換帯域の中で流すことにより冷却し、それにより前記熱交換帯域の出口においてその分離されるべき少なくとも１つの成分の枯渇した少なくとも１つのガス相Ｇ1と、およびその分離されるべき各成分の富化された溶媒相Ｓ1とを得る段階、（ｃ）前記富化された溶媒相Ｓ1を前記ガス相Ｇ1から分離してこの富化された溶媒相Ｓ1を前記ガス／溶媒混合物（段階ｂ）の冷却のために前記熱交換帯域へ再循環し、それによって前記溶媒相Ｓ1が熱交換帯域の出口においてその分離されるべき成分Ａの富化された少なくとも１つのガス相Ｇ2と液体溶媒相Ｓとよりなるようにする段階、そして、（ｄ）前記段階（ｃ）からのガス相Ｇ2と液体溶媒相Ｓとを分離し、そして分離されるべき成分が少なくとも部分的に枯渇した前記溶媒相を前記段階（ａ）へ再循環する。
【００２８】
本発明にしたがう方法はその同じ熱交換帯域の中で、その処理されるべきガスから除かなければならない各成分を、このガスと混合される溶媒に吸収させることを有利に許容し、その際この混合物はその熱交換帯域の中で冷却され、そしてその分離されるべき各成分の枯渇した、冷却剤として用いられる溶媒相は同時に再生される。
【００２９】
その処理されたガスＧ1が分離ドラムＢ1からライン１３を介して出てゆくときに、この冷たいガスとその冷却されるべきガス／溶媒混合物との間の、例えば図３の図式にしたがう熱交換を実施するのが有利であると考えられる。
【００３０】
この具体例においては熱交換器Ｅ3の中で循環しているガス／溶媒混合物は同時に、分離ドラムＢ1からの溶媒相Ｓ1の少なくとも１部と熱交換により冷却され、ライン１４を介して熱交換器Ｅ3へ再循環され、そして分離ドラムＢ1からの処理されたガスの少なくとも１部Ｇ1はライン１３を介して熱交換器Ｅ3へ再循環される。ドラムＢ1からの処理されたガスを分離し、そしてこのガスの少なくとも１つのフラクションを、この熱交換器を通過させることなく直接に排出させ、一方、１部をライン１３を介して熱交換器Ｅ3へ再循環させることも可能である。その後でこのガス相は加熱された後、ライン１８を介して排出される。
【００３１】
その溶媒相の少なくとも部分的な再生をもたらし、そしてガスと溶媒との混合物を冷却することができるように、ドラムＢ1からの富化された溶媒相Ｓ1は、例えば膨張弁Ｖ2を通過させるかまたはタービンの中で膨張させる。後者の場合には、例えばその機械的な膨張エネルギーを有利に回収して、例えばポンプＰ2を駆動するのに用い、そしてその分離されるべき各成分が少なくとも分離されたその溶媒相を再循環してその処理されるべきガスと混合することが許容される。
【００３２】
段階（ｂ）の間に行なわれる熱交換は好ましくはそのガス／溶媒混合物と他の流体とを向流で流すことによって行なわれ、それにより、例えばその段階（ｂ）の間に同時に行われる冷却および加熱の操作の効率が改善される。
段階（ｂ）を実施するのに必要な冷却は、当業者に知られたいかなる手段によってでももたらすことができる。
【００３３】
図４は図３の変形態様を示すが、ここでは分離ドラムＢ1からのガス相Ｇ1が熱交換器Ｅ3の中でそのガス／溶媒混合物を少なくとも部分的に冷却するのに用いられるに先立って冷却される。
【００３４】
そのために、分離ドラムＢ1からのガス相は、これが熱交換器Ｅ3へ供給されるに先立って、タービンＴ1を通して供給され、ここでこれは膨張してその温度を低下させる。この膨張エネルギーは、例えばライン１８を介して熱交換器Ｅ3から出てゆくガスＧ1を例えばタービンＴ1によって駆動される圧縮機Ｋ1の中で再圧縮するために回収される。
【００３５】
この膨張エネルギーを、例えばライン１６を介して供給される、その分離されるべき成分の富化されたガスフラクションＧ2を再圧縮するために利用することもできる。
もう１つの具体例によれば、例えば外部冷却サイクルから送り込まれる冷却用液体を使用することができる。
【００３６】
段階（ｂ）の間に行なわれる熱交換は並列および／または直列で作動される１つ以上の熱交換帯域の中で行なうことができる。
この熱交換帯域は１つ以上の胴管式熱交換器および／またはプレート熱交換器を含む。
【００３７】
プレート熱交換器は、中でもいくつかの流体の間の熱交換および向流熱交換を許容すると言う利点を有する。
これらの熱交換器は、例えば鑞付けされたアルミニウムで作られたプレート熱交換器または例えばステンレス鋼でできたプレート熱交換器であってもよい。
【００３８】
【実施例】
本発明にしたがう方法の利点は、ドラムＢ1に後続して分離ドラムが加わっている点で図３の装置と異なっている図５について記述される以下のいくつかの実施例の記述より明らかとなるであろう。
［実施例１］
モル分率で表わして約５０％のＣＨ4と５０％のＣＯ2の組成を有する処理されるべきガスを６ＭＰａのオーダーの圧力でライン１０を介して流入させる。熱交換帯域Ｅ3へ供給されるに先立ってこのものはライン１１を介して流入する溶媒と混合される。
【００３９】
この溶媒は、モル分率で表わして例えば１０％の水を含む、例えばメタノールよりなる。
図３に示す実質的に同じ原理にしたがい、このガスと溶媒との混合物は、この例においては熱交換器Ｅ3の中で−２０℃の温度に冷却される。分離ドラムＢ1の中でガス層Ｇ1と溶媒層Ｓ1とが分離され、その際このガス層はライン１３を介して排出され、そして溶媒層は膨張弁Ｖ2の設けられたライン１４を通って排出される。
【００４０】
ライン１３を介して排出される処理されたガスフラクションＧ1の中のＣＯ2のモル分率は結局そのＣＨ4／ＣＯ2の混合物の僅かに２５％である。このガスフラクションは、例えば熱交換器Ｅ3へ供給され、ここでこれはライン１８から排出される前に加熱される。ドラムＢ1から排出される溶媒層Ｓ1は弁Ｖ2を通して膨張させられる。液体溶媒相とガス相とがそのようにして分離ドラムＢ11の中で得られ、且つ分離され、その際その分離ドラムの中の圧力はこの例においては３ＭＰａである。
【００４１】
ドラムＢ11の中で分離されたガス相はライン１９を通して排出されて熱交換器Ｅ3へ供給され、ここでこれはガス／溶媒混合物を冷却するのに用いられる。これはライン１８を通して熱交換器Ｅ3から出てゆくガスと場合により混合されるに先立って、ライン１９'を介してこの熱交換器から出てゆく。これはまた燃料ガスとして利用することもできる。
【００４２】
ライン２０を介して排出される溶媒相は熱交換器Ｅ3へ供給されて少なくともその溶媒を部分的に再生し、そしてそのガス／溶媒混合物の少なくとも部分的な冷却をもたらす。このものはこの熱交換器Ｅ3の中で、例えば向流で流れているガスと溶媒との混合物を冷却して加温されることによる熱交換によって再生される。
この熱交換器Ｅ3を通過した後で、ガス相と液体相とがそのようにして得られ、そしてライン１５を通して分離ドラムＢ2へ供給されて分離され、その際そのガス相の中で同伴されたそれら吸収された各成分の少なくとも部分的に除かれた溶媒相は、例えばポンプＰ2によってライン１１へ再循環されてライン１０を介して流入するさの処理されるべきガスと混合される。ＣＯ2に富んだガス相はライン１６を介して排出される。
【００４３】
この例は、段階（ｃ）の最後にその溶媒相から加熱および／または膨張により第１のガスフラクションを分離して、その溶媒相に例えば分離されるべき成分を富化させることよりなる操作を示す。
【００４４】
この方法のもう１つの具体例によれば、水およびメタンよりも重質の炭化水素類およびさらに酸性のガスをも含むガスを処理することも可能である。図６に図式的に示した構成のものは、例えばその処理されるべきガスの予備分離の段階を含む点で図２ないし５に示したものと異なっている。その処理されるべきガスは、例えば熱交換器Ｅ3へ供給されるに先立って２つのフラクションまたは部分に分割される。
【００４５】
このために、下記の操作が行なわれる。
その処理されるべきガスはライン１０を通って流入するが、ここでこれは下記の２つに分割される。すなわち、（１）その処理されるべきガスの全流れの例えば半分を構成し、そして例えばライン２１を通って接触塔Ｃ3へ供給されてこの接触塔の中で、例えばライン２２を通して流入する、例えばメタノールと水との混合物を含む溶媒相と向流で接触するような第１フラクションＦ1、および（２）ライン２３を通して熱交換器Ｅ3へ直接供給される第２フラクションＦ2（これら２つのフラクションは熱交換器Ｅ3へ供給されるに先立って一緒に合一される）である。
【００４６】
塔Ｃ3の中でその処理されるべきガスの第１フラクションＦ1には溶媒が移行し、実質的に溶媒の除かれた水性相は、例えばこの塔の底部からライン２４を通して排出され、そして溶媒を取り込んだガス相はライン２５を通してこの塔の頂部から排出されて、塔Ｃ3を通過することなく例えばライン２３を通って流れる第２ガスフラクションと混合される。そのようにして得られたガス状混合物は、例えばライン１１を通して流入する溶媒相と混合される。このガスと溶媒との混合物はその後で熱交換器Ｅ3の中で冷却され、そして図３について記述した方法原理にしたがって処理される。
【００４７】
このようにして３つの相が熱交換器Ｅ3の出口において得られ、そして分離ドラムＢ1において分離され、すなわち、ライン１３を通して排出される処理されたガスを構成するガス相と、ライン３０を通して排出される液体炭化水素相と、および例えばライン１４を通して排出される酸性ガスに富んだ溶媒相とである。
【００４８】
酸性ガスに富んだ溶媒相は、例えば弁Ｖ2によって膨張した後で、分離ドラムＢ11へ供給され、その出口において得られるガス相はライン１９を通して排出されるが、一方酸性ガスに富んだ溶媒相は排出されてライン２０を通して熱交換器Ｅ3へ供給され、ここでこれは例えば図２示す構成にしたがって再生される。
分離ドラムＢ2の出口においてライン１７から流出してポンプＰ2により吸い出される再生された溶媒の相は分配弁Ｖ6によって少なくとも２つのフラクションに分割される。次に第１のフラクションがライン２３の中を流れているその処理されるべきガスと混合されるようにライン１１を通して送られ、一方第２のフラクションは塔Ｃ3の上部へ向かいライン２２を通って流れる。
【００４９】
この方法の実施を説明するこの例において、熱交換帯域の出口のところの最初のガスと溶媒との混合物は、ガス相Ｇ1および溶媒相Ｓ1に加えて、熱交換器Ｅ3の出口において、ドラムＢ1において分離されることによりライン３０を通して抜き出される第２の液体相を含む３つの相を含む。
【００５０】
より一般的には、図６に図式的に示した構成のものは中でも水を含むガスを処理することを許容し、その際その用いる溶媒Ｓは、中でも水と相溶すると言う特別な特徴を有する。メタノールが、例えば接触帯域Ｃ3の頂部から段階（ａ）へ再循環される溶媒の含まれたガスを抜き出し、そしてこの帯域の底部から実質的に溶媒の除かれた水性相を抜き出すことによって、好ましくは向流接触帯域Ｃ3の中で段階（ｂ）からの溶媒相の１つのフラクションおよびその処理されるべきガスの少なくとも１つのフラクションと接触させることによって用いられる。
【００５１】
本発明にしたがう方法はまた、水素または窒素のような、少なくとも１つの軽質ガスを含むガス相から、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタンおよび／またはペンタンのような少なくとも１つの成分に富んだフラクションを分離するのにも有利に用いることができ、そしてその用いる溶媒は、例えば液体炭化水素相またはメタノールのような溶媒よりなることができる。
【００５２】
例えば、図６に示した構成にしたがって操作する場合には、窒素、水およびメタンよりも重質の種々の炭化水素類を含む天然ガスを処理することができる。
メタンに富んだガスは分離ドラムＢ2の出口においてライン１６を通して排出され、そして窒素の富化されたガスは熱交換器Ｅ3の出口から排出される。
【００５３】
この実施例に用いられる溶媒は、例えばメタノールまたは炭化水素、あるいは炭化水素類の混合物である。
そのような分離を行なうのに用いられる条件は、例えば図５と関連して記述される次の実施例により示される。
【００５４】
［実施例２］
ライン１０を通して流入するその処理されるべきガス混合物の組成は、モル分率で表わしてＣＨ4:７５％、Ｎ2:２５％である。
このガス混合物の導入圧力は５ＭＰａのオーダーである。このガス混合物はライン１１を通って流入して、この例においてはイソプレンよりなる溶媒と混合される。
そのようにして得られたガスと溶媒との混合物は熱交換器Ｅ3の中で−１１０℃の温度に冷却される。
【００５５】
分離ドラムＢ1の出口において下記の各層が得られる。
すなわち、（１）メタンと窒素との混合物の、モル分率で表わして約６０％を占める窒素分を含むガス相（このガスフラクションはライン熱交換器Ｅ3へ供給され、次いでライン１８を通して排出される）、および（２）溶媒相（これは弁Ｖ2を通って膨張し、この膨張により得られる蒸気相と液体相とは、内圧が例えば３ＭＰａである分離ドラムＢ11において分離される）である。
【００５６】
分離ドラムＢ11からの溶媒相はライン２０を通って熱交換器Ｅ3へ供給され、ここでこれは、例えば向流で流れるガスと溶媒との混合物を冷却すると共に加温されることによって再生される。そのようにしてガス相と液体相とが得られ、そして分離ドラムＢ2の中で分離される。その液体溶媒相はポンプＰ2によって再循環され、そしてその約８０％のメタンを含むガス相はライン１６を通して排出される。
【００５７】
例えば、水素のような他の軽質ガスからメタンを分離するために類似の構成のものを用いることもできる。
メタンと異なる、例えばエタン、プロパン、ブタンおよび／またはペンタンのような炭化水素類を、例えば水素または窒素を含む軽質ガスから分離するのにもこれを用いることができる。
【００５８】
ガスの処理、そして中でもそのガスの少なくとも１つの成分Ａの分離は、例えば直列に配置された図３および４に示されているような１つ以上の段階を用いることによって改善することができる。
【００５９】
図７は、順に配置されて、例えば図３および４において記述したものと実質的に同じ原理にしたがって操作される２つの段階により運転することを許容する変形態様の装置の１例を示す。
【００６０】
その第１の段階は熱交換器Ｅ4、この熱交換器に後続配置されている分離ドラムＢ41、溶媒相を熱交換器Ｅ4へ送り戻すための戻りライン４４に配置された膨張弁Ｖ41、分離ドラムＢ42および再循環ポンプＰ4並びに種々の流体のための供給ラインおよび排出ラインを含むが、これらの種々の要素は図２に示したものと類似の構成にしたがって配置されている。
【００６１】
第２段階は同様に、熱交換器Ｅ5、この熱交換器に後続配置された分離ドラムＢ51、溶媒相を熱交換器Ｅ5へ送り戻すための戻りライン５４に配置された膨張弁Ｖ51、分離ドラムＢ52、圧縮機Ｋおよび再循環ポンプＰ5並びに種々の流体のための供給ラインおよび排出ラインを含むが、タービンＴ7またはいずれかの手段が分離ドラムＢ51から抜き出されたガス相を冷却することを許容する。これらの各要素およびその構成は、少なくとも部分的に、例えば図３または４において記述されたものである。
【００６２】
タービンＴ7から出てくる処理されたガス相は熱交換器Ｅ5へ流れ、次いで熱交換器Ｅ4へ流れる。分離ドラムＢ41からの、その処理されたガスのための排出ラインは熱交換器Ｅ5の入口に連結されている。
【００６３】
図７の構成のものによる処理方法は例えば次のように行なわれる。
処理されるべきガスはライン１０を通って流入し、そして第２段階において処理されたガスの少なくとも１部は、圧縮機Ｋを通った後ライン４０を通して再循環される。
溶媒相がライン１１を通して導入されてその合一された２つのガスフラクションと混合される。このガス／溶媒混合物は次に熱交換器Ｅ4へ供給される。
【００６４】
そのようにして得られた混合物は第１段階水準のＥ4において、例えば図２について記述したと同じ操作にしたがって処理される。その混合物は熱交換器Ｅ4において分離ドラムＢ41からやって来る溶媒相Ｓ1との熱交換によって冷却され、膨張弁ｖ41を通って膨張した後熱交換器Ｅ4の中へ導入される。熱交換器Ｅ4の出口においてこの処理されたガスと溶媒相との混合物は、図２について記述した各段階にしたがって分離ドラムＢ42の中で分離される。
【００６５】
熱交換器Ｅ4の中での熱交換の間にその溶媒相Ｓ1は加熱され、そして熱交換器Ｅ4の出口においてこれは分離ドラムＢ42へ供給される液体／蒸気の形になっており、ここでこれは分離されるべき各成分の富化された少なくとも１つのガス相（これはライン１６を通して排出される）と、そのガス相に同伴された、成分の少なくとも１部の除かれた溶媒相Ｓとに分離される。この浄化された溶媒相はポンプＰ4によってライン１１へ再循環され、それによりその処理されるべきガス混合物と混合される。
【００６６】
分離ドラムＢ41における分離過程からもたらされるガスフラクションは、その全部、または１部がライン５０を通して第２段階へ、そして中でも第２熱交換器Ｅ5へ供給される。このものは予めライン５１を通って流入する溶媒と混合される。
【００６７】
その処理されるべきガスと溶媒との混合物は熱交換器Ｅ5の中でライン５４を通って流入する溶媒相および分離ドラムＢ51からやって来るガスフラクションの少なくとも１部との熱交換によって冷却され、そしてタービンＴ7によって冷却される。
【００６８】
熱交換器Ｅ5の出口において得られたこの混合物は分離ドラムＢ51において分離され、このドラムの出口においてガス相と溶媒相とが得られ、その際これらの各相はそれぞれタービンＴ7および膨張弁Ｖ51へ送られる。
【００６９】
そのガス相は、冷却剤として使用されるために例えばタービンＴ7を通って膨張した後、熱交換器Ｅ5へ供給され、ここでこれは冷却された後、第１段階の熱交換器Ｅ4へ供給される。
【００７０】
分離ドラムＢ51からの溶媒フラクションは膨張弁Ｖ51を通って膨張した後、ライン５４を通して熱交換器Ｅ5へ供給されてここでこれはそのガス／溶媒混合物との熱交換によって加温されることにより再生される。そのようにして得られた液／蒸気混合物は次にライン５５を通して分離ドラムＢ52へ排出される。
分離の後で、得られたそのガス相はその処理されるべきガスと混合されるに先立って再圧縮のために圧縮機Ｋへ供給され、そして得られた溶媒相は、例えばポンプＰ5およびライン５１によって熱交換器Ｅ5の入口のところでガス供給ライン５０へ再循環され、ここでこれはそのガスと混合される。
【００７１】
図７の説明図においては段階Ｅ4およびＥ5のそれぞれは、例えば各段階の水準において溶媒を流入させることを許容する独立の溶媒循環回路を含む。この方法の第１段階へ溶媒のみを供給し、そしてこれを例えば最後の段階の水準において回収することによって、単一の回路を用いて運転することも可能である。
【００７２】
図８はその第２段階の熱交換器Ｅ5の出口のところの分離ドラムＢ51の中で溶媒相が分離されるもう１つの具体例を示す。これを次に膨張させ、そして熱交換器Ｅ5へ供給してその処理されるべきガスと溶媒との混合物を冷却させる。熱交換器Ｅ5の出口において液体／蒸気の形の溶媒相は分離ドラムＢ41へ供給され、その出口においてあるる溶媒フラクションが得られ、そしてこれはライン４４を通して第１段階の熱交換器Ｅ4へ再循環される。
【００７３】
図９はある段階数ｎにおいて運転される場合を図式的に示す。
段階ｉからやって来る、少なくとも１つの分離されるべき成分、例えば成分Ａの枯渇したガスは次の段階ｉ＋１へ送られ、一方段階ｉからやって来る分離されるべき成分に富んだガスは前の段階ｉ−１へ送られる。
【００７４】
図１０はその処理されるべきガスから分離されるべき少なくとも１つの成分Ａの割合を低下させるのに適し、そしてガス相Ｇ1と、少なくとも溶媒相Ｓ1のあるるフラクションとの間での向流接触の段階を含む方法の特別な具体例の１つを図式的に示す。
【００７５】
これは例えば次のように実施される。
ライン１０から流入するその処理されるべきガスは熱交換器Ｅ3へ供給されるに先立ってライン１１から流入する溶媒と混合される。そのようにして得られたガス／溶媒混合物はこの熱交換器の中で冷却され、そしてその後で分離ドラムＢへ供給されるが、これは例えばこのものの上方部分の水準において接触帯域Ｃを含む。
【００７６】
このドラムの中でその混合物の分離によりもたらされるガスフラクションは、例えば接触帯域Ｃの中でライン６０を通してこのドラムの上方部分から流入する溶媒相と向流で接触する。この接触帯域の頂部においてその処理されたガスはライン６１を通してこのドラムから排出され、そして熱交換器Ｅ3へ供給されて、ここでこれは、中でも冷却剤として用いられ、そしてこれはライン６７を通して排出される。
【００７７】
ライン６４を通して排出されるその分離された溶媒相は、例えばそのラインに設けられた膨張弁Ｖ2を通って膨張し、この膨張により得られた液／蒸気混合物は次に分離ドラムＢ11へ供給される。この分離ドラムの出口において得られる溶媒相はライン６５を通して排出され、そして熱交換器Ｅ3へ供給されて、ここでこれはその処理されるべきガスと溶媒との熱交換によって再生される。
そのようにして得られた液／ガス混合物は次に分離ドラムＢ2において分離され、このものの出口において成分Ａの富化されたガス相はライン６６を通して排出され、そして成分Ａが少なくとも部分的に除かれた溶媒相は、例えばポンプＰ2に吸引されて分配弁Ｖによりいくつかのフラクションに分割される。少なくとも部分的に成分が除去された溶媒フラクションの１つは次にライン１１を通して供給されてその処理されるべきガスと混合され、一方、その１部は熱交換器Ｅ3へ供給されてこの熱交換器の中で冷却され、そして例えば分離ドラムＢの接触帯域Ｃの頂部へ導入される。
【００７８】
接触帯域Ｃは、例えば充填塔要素またはプレート塔要素よりなる。
これはまた、例えば垂直に配置された、例えば塔熱交換器として運転される熱交換器よりなることもできる。例えばプレート熱交換器として構成されたこの熱交換器の各チャンネルは交互に、例えば接触帯域の頂部から流出する、例えば膨張によって補助的冷却を受けていてもよい冷たいガスを通ずるのに、そしてそのガスと溶媒との間の向流接触を行なわせるのに用いられる。
【００７９】
溶媒相Ｓ1は例えば外部流体によって加熱される熱交換器の中、あるいは蒸留塔の中で、例えば膨張および／または加熱による追加的な再生段階を受けることもできる。
同様に、ガス相Ｇ1およびＧ2は、例えば同伴される溶媒の少なくとも１部を回収するために補助冷却段階にかけることができる。
【００８０】
図１１は中でも、液体溶媒相Ｓに対して向流で流すことによってその液体溶媒相の熱交換帯域を通って流れている間における加熱によって生じたガス相Ｇ2の同時的な分離を実施すると言う利点を有する別の変決態様の具体例を図式的に示す。
【００８１】
そのために、その熱交換帯域は、例えば、実質的に垂直な、または傾斜した状態に熱交換器を配置することによってこの向流流通が得られるのを許容するように設けられる。
その液体溶媒相は下向流として流れ、一方ガス相Ｇ2は向流で上昇する。これは中でも、その熱交換器または熱交換帯域の最冷の側で生じた蒸気相を排出させ、そして中でもその排出される蒸気相の溶媒含有量を制限することを許容する。
【００８２】
熱交換器Ｅ3は、例えば垂直に配置される。
この方法の、図３または４において記述したものと実質的に同じ具体例の１つによれば、ライン１０から流入するその処理されるべきガスは熱交換器Ｅ3へ供給されるに先立ってライン１１から流入する溶媒と混合される。
【００８３】
上に記述した方法によれば、分離ドラムＢ11からの溶媒相は、例えば熱交換器Ｅ3の頂部から導入され、そしてＥ3の中で下降流で流れる。加熱によって生じた蒸気相は向流で流れる。
【００８４】
熱交換器Ｅ3は、例えばプレート熱交換器であり、その際各プレートの間の空間が液体相のキャリオーバを防ぐようなその蒸気相の流れ速度を得るのに充分であるようなものである。
熱交換器Ｅ3の頂部においてそのガス相または蒸気相は、例えばライン７０を通して回収され、そしてその再生された溶媒相は熱交換器Ｅ3の底部においてライン７１を通して回収されてポンプＰ2によって再循環される。
【００８５】
これらの種々の具体例は、例えばメタンに富んだ高圧天然ガス、精油所ガスまたは水素を含む合成ガス等の種々の型のガスを処理するのに有利に用いることができる。
処理されるべきガスから分離される成分は、例えばＣＯ2および／またはＨ2Ｓのような酸性ガスである。
【００８６】
この場合には用いる溶媒は、化学的、または物理的な溶媒である。
物理的溶媒は好ましくは、例えばメタノールまたはエタノールのようなアルコール、例えばメチルプロピルエーテル、エチルプロピルエーテル、メチルｔｅｒｔ-イソブチルエーテル、ブロピレンカーボネートまたはメトキシエタノールのようなエーテル類である。
【００８７】
その処理されるべきガスから分離されるべき成分はまた、例えばメタンと分離される、例えばエタン、プロパンおよびブタンのような炭化水素であることができる。分離されるべき成分の１つは、メタンであることもでき、これは例えば水素や窒素を含むガスから分離することができる。
この場合には溶媒は、例えば１分子当り５ないし６個の炭素原子を有する炭化水素留分よりなる軽質ガソリン、または、例えばメタノールのような他の物理的溶媒である。
【００８８】
分離を行なう圧力（処理されるべきガスの圧力）は例えば２ＰＭａないし１０ＭＰａである。このガスと溶媒との混合物は、例えば−２０℃と−１００℃との間の範囲の温度に冷却される。
【００８９】
【発明の効果】
本発明にしたがう方法はまた、いくつかの成分を含むガスを処理し、中でもこのガスから、例えば二酸化炭素ＣＯ2および硫化水素Ｈ2Ｓあるいは二酸化硫黄ＳＯ2等を含むフラクション、あるいは種々の炭化水素類と、例えばメタンと水素またはメタンと窒素のような種々の成分の混合物を含むガスよりなるフラクションを分離するのにも有利に用いられる。
【００９０】
段階的運転、例えば最初にＣＯ2に富んだガスのフラクションを分離し、次いでＨ2Ｓに富んだフラクションを分離する等のように、異なった組成のガスフラクションを分離することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による処理方法を示す説明図。
【図２】本発明の方法を単一熱交換帯域により実施する場合の各段階を示す説明図。
【図３】本発明の方法の処理されたガスを冷却に利用する変形態様を示す説明図。
【図４】図３に示したものの別な変形態様を示す説明図。
【図５】本発明の実施例にあげた方法をを示す説明図。
【図６】本発明の方法のさらに別な変形態様を示す説明図。
【図７】２段階で行なわれる本発明の方法の具体例を示す説明図。
【図８】図７に示した具体例の別な変形態様を示す説明図。
【図９】多段階で行なわれる本発明の方法の具体例を示す説明図。
【図１０】処理されるガスを同時に溶媒と接触させ、そしてこれから分離する本発明の方法の具体例を示す説明図。
【図１１】いくつかの成分の富化された溶媒相を熱交換帯域において、これら成分から分離する本発明の方法の具体例を示す説明図。
【符号の説明】
Ｃ,Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3    塔
Ｂ,Ｂ1,Ｂ2,Ｂ11,Ｂ41,Ｂ42,Ｂ51,Ｂ52    分離ドラム
Ｅ1,Ｅ2,Ｅ3,Ｅ4,Ｅ5    熱交換器
Ｔ1,Ｔ7    タービン
Ｋ,Ｋ1    圧縮機
【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】
0004347921.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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