(57)【要約】天然ガス供給流を処理する技術は、１種又は複数種の酸性ガス、１種又は複数種の炭化水素流体、及び１種又は複数種の非炭化水素流体を含む天然ガス供給流を受け取ることと、天然ガス供給流を膜モジュールに流通させることと、膜モジュールで、１種又は複数種の酸性ガスの少なくとも一部を透過流に分離し、及び１種又は複数種の炭化水素流体の少なくとも一部を排除流に分離することと、透過流を蒸留ユニットに流通させることと、蒸留ユニットで、１種又は複数種の非炭化水素流体から１種又は複数種の酸性ガスを分離することとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガス供給流を処理する方法であって；
１種又は複数種の酸性ガス、１種又は複数種の炭化水素流体、及び１種又は複数種の非炭化水素流体を含む天然ガス供給流を受け取るステップと；
前記天然ガス供給流を膜モジュールに流通させるステップと；
前記膜モジュールで、前記１種又は複数種の酸性ガスの少なくとも一部を透過流に分離すると共に前記１種又は複数種の炭化水素流体の少なくとも一部を排除流に分離するステップと；
前記透過流を蒸留ユニットに流通させるステップと；
前記蒸留ユニットで、前記１種又は複数種の非炭化水素流体から前記１種又は複数種の酸性ガスを分離するステップと；を備える、
方法。
【請求項２】
前記膜モジュールと前記蒸留ユニットとの間に流体的に配置された圧縮機を通して前記透過流を流通させるステップと；
前記排除流をアミンユニットに流通させるステップと；をさらに備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記排除流中の前記１種又は複数種の炭化水素流体を、アミンユニット中の前記１種又は複数種の酸性ガスの別の部分から分離するステップと；
前記１種又は複数種の炭化水素流体をセールスガスパイプラインに流通させるステップ、及び前記１種又は複数種の酸性ガスの前記別の部分を硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）に流通させるステップと；をさらに備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記膜モジュールが、ポリイミド（ＰＩ）膜、酢酸セルロース（ＣＡ）膜、及び非晶質パーフルオロポリマー膜のうちの少なくとも１つを含む酸性ガス選択膜を備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記蒸留ユニットが、前記１種又は複数種の酸性ガスの前記一部を出力する底部出力と、前記１種又は複数種の非炭化水素流体を出力する頂部出力とを有し；
前記１種又は複数種の非炭化水素流体を発電ユニットに流通させるステップ及び前記１種又は複数種の酸性ガス前記一部をＳＲＵに流通させるステップと；
前記１種又は複数種の非炭化水素流体を、前記頂部出力とアミンユニットとの間に流体結合された第２の膜モジュールに流通させるステップと；をさらに備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の膜モジュールが、ＰＩ膜、ＣＡ膜、及び非晶質パーフルオロポリマー膜のうちの少なくとも１つを含む別の酸性ガス選択膜を有する、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の膜モジュールを用いて、前記１種又は複数種の非炭化水素流体に同伴された前記１種又は複数種の酸性ガスの別の部分を分離するステップと；
前記１種又は複数種の酸性ガスの分離された部分を前記ＳＲＵに流通させるステップ、及び前記１種又は複数種の非炭化水素流体を前記アミンユニット及び前記発電ユニットの少なくとも一方に流通させるステップと；
分離された前記１種又は複数種の非炭化水素流体を第３の膜モジュールに流通させるステップと；をさらに備える、
請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第３の膜モジュールが、ＰＩヘリウム選択膜を含むヘリウム選択膜を有する、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第３の膜モジュールを用いて前記１種又は複数種の非炭化水素流体からヘリウム流体を分離するステップと；
分離された前記ヘリウム流体を、前記第３の膜モジュールに流体結合されたヘリウム回収ユニット内で回収するステップと；をさらに備える、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記蒸留ユニットが硫化水素（Ｈ２Ｓ）蒸留ユニットを有し；
前記Ｈ２Ｓ蒸留ユニットにおいて、前記１種又は複数種の酸性ガスからＨ２Ｓ流を分離するステップと；
前記Ｈ２Ｓ流をＳＲＵに流通させるステップ、及び前記１種又は複数種の酸性ガスのＨ２Ｓ希薄流を別の蒸留ユニットに流通させるステップと；をさらに備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記別の蒸留ユニットが二酸化炭素（ＣＯ２）蒸留ユニットを有する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記別の蒸留ユニットにおいて、前記Ｈ２Ｓ希薄流からのＣＯ２流を分離するステップと；
前記ＣＯ２流を前記別の蒸留ユニットから流通させるステップ、及びＣＯ２希薄流を前記別の蒸留ユニットから第２の膜モジュールに流通させるステップと；
前記第２の膜モジュールにおいて、ヘリウム流体の少なくとも一部を前記ＣＯ２希薄流から分離するステップと；
前記ヘリウム流体の一部を第３の膜モジュールに流通させるステップ、及びヘリウム希薄流を前記第２の膜モジュールから流通させるステップと；
前記ヘリウム流体の別の部分を、前記第３の膜モジュールにおいて分離するステップと；をさらに備える、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記１種又は複数種の酸性ガスが、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
１種又は複数種の酸性ガス、１種又は複数種の炭化水素流体、及び１種又は複数種の非炭化水素流体を含む天然ガス供給流を受け取るように配置された第１の膜モジュールであって、前記１種又は複数種の酸性ガスの少なくとも一部を透過流に分離すると共に前記１種又は複数種の炭化水素流体の少なくとも一部を排除流に分離するように構成された第１の膜モジュールと；
前記第１の膜モジュールと流体連通する蒸留ユニットと；
制御システムであって、
前記天然ガス供給流を前記第１の膜モジュールに流通させることと；
前記第１の膜モジュールによって分離された前記透過流を前記蒸留ユニットに流通させることと；
前記蒸留ユニットを操作して、前記蒸留ユニットにおいて、前記１種又は複数種の酸性ガスを前記１種又は複数種の非炭化水素流体から分離することと；を含む動作を実行するように構成された制御システムと；を備える、
天然ガス処理システム。
【請求項１５】
前記制御システムが、
膜モジュールと前記蒸留ユニットとの間に流体的に配置された圧縮機を通して前記透過流を流通させることと；
前記排除流をアミンユニットに流通させることと；をさらに含む動作を実行するように構成された、
請求項１４に記載の天然ガス処理システム。
【請求項１６】
前記制御システムが、
前記排除流中の前記１種又は複数種の炭化水素流体を、アミンユニット中の前記１種又は複数種の酸性ガスの別の部分から分離することと；
前記１種又は複数種の炭化水素流体をセールスガスパイプラインに流通させることと；
前記１種又は複数種の酸性ガスの前記別の部分を硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）に流通させることと；をさらに含む動作を実行するように構成された、
請求項１４に記載の天然ガス処理システム。
【請求項１７】
前記第１の膜モジュールが、ポリイミド（ＰＩ）膜、酢酸セルロース（ＣＡ）膜、及び非晶質パーフルオロポリマー膜のうちの少なくとも１つを含む酸性ガス選択膜を備える、
請求項１４に記載の天然ガス処理システム。
【請求項１８】
前記蒸留ユニットが底部出力及び頂部出力を有し、前記制御システムが、
前記底部出力から前記１種又は複数種の酸性ガスの前記一部を流通させることと；
前記頂部出力から前記１種又は複数種の非炭化水素流体を流通させることと；
前記１種又は複数種の非炭化水素流体を発電ユニットに流通させることと；
前記１種又は複数種の酸性ガスの前記一部をＳＲＵに流通させることと；
前記頂部出力とアミンユニットとの間に流体結合された第２の膜モジュールに前記１種又は複数種の非炭化水素流体を流通させることと；をさらに含む動作を実行するように構成された、
請求項１４に記載の天然ガス処理システム。
【請求項１９】
第２の膜モジュールが、ＰＩ膜、ＣＡ膜、及び非晶質パーフルオロポリマー膜のうちの少なくとも１つを含む別の酸性ガス選択膜を含む。
請求項１８に記載の天然ガス処理システム。
【請求項２０】
前記制御システムが、
前記第２の膜モジュールを動作させて、前記１種又は複数種の非炭化水素流体に同伴された前記１種又は複数種の酸性ガスの別の部分を分離することと；
前記１種又は複数種の酸性ガスの分離された部分を前記ＳＲＵに流通させることと；
前記１種又は複数種の非炭化水素流体を前記アミンユニット及び前記発電ユニットの少なくとも一方に流通させることと；
分離された前記１種又は複数種の非炭化水素流体を第３の膜モジュールに流通させることと；をさらに含む動作を実行するように構成された、
請求項１８に記載の天然ガス処理システム。
【請求項２１】
前記第３の膜モジュールが、ＰＩヘリウム選択膜を含むヘリウム選択膜を有する、
請求項２０に記載の天然ガス処理システム。
【請求項２２】
前記制御システムが、
前記第３の膜モジュールを動作させて、前記第３の膜モジュールを用いて、前記１種又は複数種の非炭化水素流体からヘリウム流体を分離することと；
分離された前記ヘリウム流体を、前記第３の膜モジュールに流体結合されたヘリウム回収ユニット内で回収することと；をさらに含む動作を実行するように構成された、
請求項２１に記載の天然ガス処理システム。
【請求項２３】
前記蒸留ユニットが硫化水素（Ｈ２Ｓ）蒸留ユニットを有し、
前記制御システムが、
前記Ｈ２Ｓ蒸留ユニットを作動させて、Ｈ２Ｓ流を前記１種又は複数種の酸性ガスから分離することと；
前記Ｈ２Ｓ流をＳＲＵに流通させることと；
前記１種又は複数種の酸性ガスのＨ２Ｓ希薄流を別の蒸留ユニットに流通させることと；をさらに含む動作を実行するように構成された、
請求項１４に記載の天然ガス処理システム。
【請求項２４】
前記別の蒸留ユニットが二酸化炭素（ＣＯ２）蒸留ユニットを有する、
請求項２３に記載の天然ガス処理システム。
【請求項２５】
前記制御システムが、
前記別の蒸留ユニットを作動させて、前記Ｈ２Ｓ希薄流からＣＯ２流を分離することと；
前記ＣＯ２流を前記別の蒸留ユニットから流通させることと；
ＣＯ２希薄流を前記別の蒸留ユニットから第２の膜モジュールに流通させることと；
第２の膜モジュールを作動させて、ヘリウム流体の少なくとも一部を前記ＣＯ２希薄流から分離することと；
前記ヘリウム流体の前記一部を第３の膜モジュールに流通させることと；
ヘリウム希薄流を前記第２の膜モジュールから流通させることと；
前記第３の膜モジュールを作動させて、前記ヘリウム流体の別の部分を分離することと；をさらに含む動作を実行するように構成された、
請求項２４に記載の天然ガス処理システム。
【請求項２６】
前記１種又は複数種の酸性ガスが、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１４に記載の天然ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２０１７年６月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／５２１，６５４号、及び２０１８年６月１３日に出願された米国実用特許出願第１６／００７，５８５号の優先権を主張し、その全内容は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は原料天然ガスを処理するためのシステム及び方法に関し、より詳細には、原料天然ガスを処理して、例えば、酸性ガス、ヘリウム、又はその両方を分離するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
天然ガスの生成は、しばしば、サワー（ｓｏｕｒ）ガス又は酸性（ａｃｉｄ）のガスを含み得、これは、アミンスイートニングユニットのような既存の技術で処理することが困難であり得る。例えば、特に高い酸性ガス含有量の原料天然ガス供給物の場合、アミンは急速に分解して熱安定性塩を生成するかもしれない。このような塩は腐食性であり、発泡を引き起こすこともある。さらに、そのような高い酸性ガス含有量の原料天然ガス供給物は、溶媒循環及び再生（例えば、再沸騰）のためにより多くのエネルギーを必要とするかもしれない。
【発明の概要】
【０００４】
一般的な実施において、天然ガス供給流を処理する方法は、１種以上の酸性ガス、１種以上の炭化水素流体、及び１種以上の非炭化水素流体を含む天然ガス供給流を受け取るステップと；天然ガス供給流を膜モジュールに流通させるステップと；膜モジュールで、１種以上の酸性ガスの少なくとも一部を透過流に分離し、及び１種以上の炭化水素流体の少なくとも一部を排除流に分離するステップと；透過流を蒸留ユニットに流通させるステップと；蒸留ユニットで、１種以上の非炭化水素流体から１種以上の酸性ガスを分離するステップとを含む。
【０００５】
上記の一般的な実施と組み合わせることができる態様は、膜モジュールと蒸留ユニットとの間に流体的に配置された圧縮機を通して透過流を流通させるステップと、排除流をアミンユニットに流通させるステップとをさらに含む。
【０００６】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様は、排除流中の１種以上の炭化水素流体を、アミンユニット中の１種以上の酸性ガスの別の部分から分離するステップと；１種以上の炭化水素流体をセールスガスパイプラインに流通させるステップ及び１種以上の酸性ガスの他の部分を硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）に流通させるステップとをさらに含む。
【０００７】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、膜モジュールが、ポリイミド（ＰＩ）膜、酢酸セルロース（ＣＡ）膜、及び非晶質パーフルオロポリマー膜のうちの少なくとも１つを含む酸性ガス選択膜を含む。
【０００８】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、蒸留ユニットが、１種又は複数種の酸性ガスの一部を出力する底部出力と、１種又は複数種の非炭化水素流体を出力する頂部出力とを含む。
【０００９】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様は、１種以上の非炭化水素流体を発電ユニットに流通させるステップ及び１種以上の酸性ガスの部分をＳＲＵに流通させるステップと；１種以上の非炭化水素流体を、頂部出力とアミンユニットとの間に流体結合された第２の膜モジュールに流通させるステップと、をさらに含む。
【００１０】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、第２の膜モジュールが、ＰＩ膜、ＣＡ膜、及び非晶質パーフルオロポリマー膜のうちの少なくとも１つを含む別の酸性ガス選択膜を含む。
【００１１】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様は、第２の膜モジュールを用いて、１種以上の非炭化水素流体に同伴された１種以上の酸性ガスの別の部分を分離するステップと；１種以上の酸性ガスの分離された部分をＳＲＵに流通させるステップ、及び１種以上の非炭化水素流体をアミンユニット及び発電ユニットの少なくとも一方に流通させるステップと；分離された１種以上の非炭化水素流体を第３の膜モジュールに流通させるステップと、をさらに含む。
【００１２】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、第３の膜モジュールがＰＩヘリウム選択膜を含むヘリウム選択膜を含む。
【００１３】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様は、第３の膜モジュールを用いて１種又は複数種の非炭化水素流体からヘリウム流体を分離するステップと；分離されたヘリウム流体を、第３の膜モジュールに流体結合されたヘリウム回収ユニット内で回収するステップとをさらに含む。
【００１４】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、蒸留ユニットが硫化水素（Ｈ２Ｓ）蒸留ユニットを含む。
【００１５】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様は、Ｈ２Ｓ蒸留ユニットにおいて、１種以上の酸性ガスからＨ２Ｓの流れを分離するステップと；Ｈ２Ｓの流れをＳＲＵに流通させるステップ、及び１種以上の酸性ガスのＨ２Ｓ希薄（リーン）流を別の蒸留ユニットに流通させるステップと、をさらに含む。
【００１６】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、他の蒸留ユニットが二酸化炭素（ＣＯ２）蒸留ユニットを含む。
【００１７】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様は、他の蒸留ユニットにおいて、Ｈ２Ｓ希薄流からのＣＯ２流を分離するステップと；ＣＯ２流を他の蒸留ユニットから流通させるステップ、及びＣＯ２希薄流を他の蒸留ユニットから第２の膜モジュールに流通させるステップと；第２の膜モジュールにおいて、ヘリウム流体の少なくとも一部をＣＯ２希薄流から分離するステップと；ヘリウム流体の一部を第３の膜モジュールに流通させるステップ、及びヘリウム希薄流を第２の膜モジュールから流通させるステップと；ヘリウム流体の別の部分を第３の膜モジュールにおいて分離するステップと、をさらに含む。
【００１８】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、１種又は複数種の酸性ガスが、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２のうちの少なくとも１つを含む。
【００１９】
別の一般的な実施態様において、天然ガス処理システムは、１種以上の酸性ガス、１種以上の炭化水素流体、及び１種以上の非炭化水素流体を含む天然ガス供給流を受け取るように配置された第１の膜モジュールを含み、第１の膜モジュールは１種以上の酸性ガスの少なくとも一部を透過流に分離し、１種以上の炭化水素流体の少なくとも一部を排除流に分離するように構成され；第１の膜と流体連通する蒸留ユニットと；動作を実行するように構成された制御システムとを含む。操作は、天然ガス供給流を第１の膜モジュールに流通させることと；第１の膜モジュールによって分離された透過流を蒸留ユニットに流通させることと；蒸留ユニットを操作して、蒸留ユニットにおいて、１種以上の酸性ガスを１種以上の非炭化水素流体から分離することを含む。
【００２０】
一般的な実施と組み合わせることができる一態様では、制御システムが、膜モジュールと蒸留ユニットとの間に流体的に配置された圧縮機を通して透過流を流通させることと、排除流をアミンユニットに流通させることと、をさらに含む動作を実行するように構成されている。
【００２１】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、制御システムが、排除流中の１種以上の炭化水素流体をアミンユニット中の１種以上の酸性ガスの別の部分から分離することと；１種以上の炭化水素流体をセールスガスパイプラインに流通させることと；１種以上の酸性ガスの他の部分を硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）に流通させることと、をさらに含む動作を実行するように構成されている。
【００２２】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、第１の膜モジュールが、ポリイミド（ＰＩ）膜、酢酸セルロース（ＣＡ）膜、及び非晶質パーフルオロポリマー膜のうちの少なくとも１つを含む酸性ガス選択膜を含む。
【００２３】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、蒸留ユニットが底部出力及び頂部出力を含む。
【００２４】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、制御システムが、底部出力から１種以上の酸性ガスの部分を流通させることと；頂部出力から１種以上の非炭化水素流体を流通させることと；１種以上の非炭化水素流体を発電ユニットに流通させることと；１種以上の酸性ガスの部分をＳＲＵに流通させることと；頂部出力とアミンユニットとの間に流体結合された第２の膜モジュールに１種以上の非炭化水素流体を流通させることと；をさらに含む動作を実行するように構成されている。
【００２５】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、第２の膜モジュールが、ＰＩ膜、ＣＡ膜、及び非晶質パーフルオロポリマー膜のうちの少なくとも１つを含む別の酸性ガス選択膜を含む。
【００２６】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、制御システムが、第２の膜モジュールを動作させて、１種以上の非炭化水素流体に同伴された１種以上の酸性ガスの別の部分を分離することと；１種以上の酸性ガスの分離された部分をＳＲＵに流通させることと；１種以上の非炭化水素流体をアミンユニット及び発電ユニットの少なくとも一方に流通させることと；分離された１種以上の非炭化水素流体を第３の膜モジュールに流通させることと；をさらに含む動作を実行するように構成されている。
【００２７】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、第３の膜モジュールがＰＩヘリウム選択膜を含むヘリウム選択膜を含む。
【００２８】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、制御システムが、第３の膜モジュールを動作させて、第３の膜モジュールを用いて１種又は複数種の非炭化水素流体からヘリウム流体を分離することと；分離されたヘリウム流体を、第３の膜モジュールに流体結合されたヘリウム回収ユニット内で回収することと；をさらに含む動作を実行するように構成されている。
【００２９】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、蒸留ユニットが硫化水素（Ｈ２Ｓ）蒸留ユニットを含む。
【００３０】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、制御システムが、Ｈ２Ｓ蒸留ユニットを作動させて、Ｈ２Ｓの流れを１種以上の酸性ガスから分離することと；Ｈ２Ｓの流れをＳＲＵに流通させることと；１種以上の酸性ガスのＨ２Ｓ希薄流を別の蒸留ユニットに流通させることと；をさらに含む動作を実行するように構成されている。
【００３１】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、他の蒸留ユニットが二酸化炭素（ＣＯ２）蒸留ユニットを含む。
【００３２】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、制御システムが、他の蒸留ユニットを作動させて、Ｈ２Ｓ希薄流からＣＯ２流を分離することと；ＣＯ２流を他の蒸留ユニットから流通させることと；ＣＯ２希薄流を他の蒸留ユニットから第２の膜モジュールに流通させることと；第２の膜モジュールを作動させて、ヘリウム流体の少なくとも一部をＣＯ２希薄流から分離することと；ヘリウム流体の一部を第３の膜モジュールに流通させることと；ヘリウム希薄流を第２の膜モジュールから流通させることと；第３の膜モジュールを作動させて、ヘリウム流体の別の部分を分離することと；をさらに含む動作を実行するように構成されている。
【００３３】
前述の態様のいずれか１つと組み合わせることができる別の態様では、１種又は複数種の酸性ガスが、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２のうちの少なくとも１つを含む。
【００３４】
本開示による実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含んでいてもよい。例えば、本発明による実施は、重質炭化水素（ＨＨＣ）の劣化、メタンの喪失、及びエネルギー使用を最小限に抑えながら、原料天然ガス供給流からの酸性ガス（例えば、硫化水素（Ｈ２Ｓ）及び二酸化炭素（ＣＯ２））の分離を促進してもよい。別の例として、本開示による実施は、硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）の反応炉の供給原料のＨＨＣ含有量を最小限に抑えてもよい。また、本開示による実施は、分離効率を最大にするために、蒸留ユニットに供給される酸性ガス割合を増加するために、１つ以上の蒸留ユニットの上流で有利に利用され得る、異なる選択性の膜の利用を通して、サワーガスをアップグレードしてもよい。別の実施形態として、本発明による実施形態は、ＳＲＵへの供給におけるより高いＨ２Ｓ濃縮及びＳＲＵのより円滑な操作性を通じて、クラウスユニットの効率を向上させてもよい。さらに、本開示による実施は、ＳＲＵへの供給物中のＨＨＣの不在又は減少によるカルス形成を回避又は回避するのを助けることとしてもよい。さらに、本発明による実施態様は、再注入のために、蒸留ユニットからリザーバ（貯留層）にリッチ（濃縮）Ｈ２Ｓを送ることとしてもい。また、本開示による実施は、従来の技術とは異なり、酸性ガスを依然として分離しながら、ＨＨＣの回収を可能にしてもよい。
【００３５】
本開示による実施はまた、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでいてもよい。例えば、本開示による実施は、リッチ化（濃縮）ステップの後にさらに収益化することができるサワーナチュラルガスからヘリウムを回収してもよい。例えば、ヘリウムをさらに濃縮し、膜及びヘリウム回収ユニットによって回収することができる。別の例として、本開示による実施態様は、ＨＨＣが蒸留の底部に存在するのを防止しながら、アミンユニットへの酸性ガスを減少してもよい。従って、蒸留ユニットの底部は、触媒床の汚染の危険性を減少させて、ＳＲＵの反応炉に直接送ることができる。別の例として、追加の収益は、記載された実施態様によるＨＨＣの回復によって実現されてもよい。さらに、本実施態様は、ＨＨＣをＳＲＵに流通させること、又は再注入すること、を回避してもよい。
【００３６】
本開示で説明される主題の１つ又は複数の実施形態の詳細は、添付の図面及び明細書に記載される。主題の他の特徴、態様及び利点は、明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】本開示による、天然ガスから酸性ガスを分離するために膜及び蒸留ユニットを使用するハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスの例示の態様の概略図である。
【００３８】
【図１Ｂ】１つ以上のポリイミド（ＰＩ）膜を使用する、図１Ａに示されるハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図１Ｃ】１つ以上のポリイミド（ＰＩ）膜を使用する、図１Ａに示されるハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【００３９】
【図１Ｄ】１つ以上のセルロースアセテート（ＣＡ）膜を使用する、図１Ａに示されるハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスの別のシミュレーションの結果を示す図である。
【図１Ｅ】１つ以上のセルロースアセテート（ＣＡ）膜を使用する、図１Ａに示されるハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスの別のシミュレーションの結果を示す図である。
【００４０】
【図１Ｆ】１つ以上のＨｙｆｌｏｎ  ＡＤ−８０（非晶質パーフルオロポリマー）膜を使用する、図１Ａに示されるハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図１Ｇ】１つ以上のＨｙｆｌｏｎ  ＡＤ−８０（非晶質パーフルオロポリマー）膜を使用する、図１Ａに示されるハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【００４１】
【図２Ａ】本開示による、天然ガスから酸性ガスを分離するために２つの膜及び蒸留ユニットを使用する、ハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスの別の例示的な実施形態の概略図である。
【００４２】
【図２Ｂ】図２Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【００４３】
【図３Ａ】本開示による、天然ガスから酸性ガスを分離するために２つの膜及び蒸留ユニットを使用する、ハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスの別の例示的な実施形態の概略図である。
【００４４】
【図３Ｂ】図３Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【００４５】
【図４Ａ】本開示による、天然ガスから酸性ガスを分離するための２つの膜及び蒸留ユニット、ならびに天然ガスからヘリウムを捕捉するための膜及びヘリウム回収ユニットを使用する、ハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスの別の例示の態様の概略図である。
【００４６】
【図４Ｂ】図４Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【００４７】
【図５Ａ】本開示による、天然ガスから酸性ガスを分離し、ヘリウムを捕捉するために、１つ以上の膜及びカスケード蒸留ユニットを使用する、ハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスの別の例示的な実施形態の概略図である。
【００４８】
【図５Ｂ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｅ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｆ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｇ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｈ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｉ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｊ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｋ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｌ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｍ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｎ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｏ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｐ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５Ｑ】図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本開示は、原料天然ガス流から酸性ガス（例えば、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２）を分離しながら、重質炭化水素（ＨＨＣ）の劣化を最小限に抑えるために、膜処理及び蒸留処理が組み合わされた、原料天然ガス処理システム及びプロセスの例示的な実施形態を記載する。いくつかの態様では、酸性ガス選択膜が原料天然ガスから酸性ガスを大量に除去するために実施される。膜システム及びプロセスを実施する際の出力は、２つの流れを含むかもしれない。比較的高濃度のＨＨＣ及び比較的低濃度の酸性ガスを有する排除流と、比較的低濃度のＨＨＣ及び比較的高濃度の酸性ガスを有する透過流である。排除流は、アミンユニットを流れ、続いて冷凍（冷却）ユニットに送られて、ガススイートニング及び脱水後にＨＨＣを回収することができる。透過流は、圧縮され、１つ以上の蒸留ユニットに流通され、そこで、蒸留カラムの塔頂内に他のガス（例えば、メタン、ヘリウム、及び窒素）を残しながら、酸性ガスの除去が実施される。したがって、膜システム及び膜処理並びに蒸留システム及び蒸留処理を組み合わせて、ＨＨＣが枯渇（激減）した酸性ガス流を生成することができる。酸性ガスは、蒸留によって酸性ガス流から分離することができ、一方、ＨＨＣは、ガススイートニング及び脱水後に冷凍（冷却）を使用して回収することができる。
【００５０】
いくつかの態様において、ハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスにおいて膜及び蒸留サブプロセスを組み合わせることによって、アミンユニットに入る流れ中の酸性ガスを低下させることは、また、蒸留底部流れ中のＨＨＣ損失を最小限にすることができ、これは、次いで、硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）の供給物中のＨＨＣを低下させ得る。さらに、いくつかの態様では、流れ中のヘリウムが蒸留ユニット塔頂中で濃縮されてもよく、このことは濃縮ステップ後に専用ユニット中で純粋なヘリウムとして経済的に回収されるかもしれない。いくつかの態様では、１つ以上の蒸留ユニットの出口温度が約−３０℃であってもよく、これは蒸留カラムの塔頂から化合物を分離するための膜に対するより高い選択性を可能にするかもしれない。
【００５１】
例示的な実施態様では、原料天然ガス流中の酸性ガスの含有量を減少させるために、２つの膜ステージ（段）を使用することができる。さらに、本開示による実施は、第２段階又は次の膜セクションの選択性を高めるために、第２段階の膜セクションに流通される流れの温度を低下させることを含むことができる。加えて、原料天然ガス処理システム及びプロセスの例示的な実施は、蒸留ユニットの塔頂におけるヘリウムの回収及びリッチ化（濃縮）を含むことができる。また、そのような実施は、蒸留ユニットの塔頂中の供給物よりも増加した窒素含有量を生成することができる。
【００５２】
いくつかの態様では、原料天然ガスから酸性ガスを大量に除去することを、酸性ガス選択膜の助けを借りて行うことができる。例えば、例示のプロセスは、膜分離の１つ又は複数の段階、ならびに１つ又は複数の蒸留段階を含むことができる。いくつかの態様では、ガラス状ポリマー膜を利用して、原料天然ガス成分を、高圧酸性ガス流から２つの流れに分離する。２つの流れのうちの１つは高圧流（又は排除）であり、もう１つは低圧流（又は透過物）である。ガラス状ポリマーの場合、小さい分子は大きな分子よりも透過するのが速く、分離は主に分子のサイズに起因する。したがって、ヘリウム、水、硫化水素、二酸化炭素、及び窒素は、Ｃ２＋よりも速く透過する。したがって、ＨＨＣが枯渇した透過ガス流を蒸留ユニットに送ることができ、ここで酸性ガスの除去が行われ、一方、メタン、ヘリウム及び窒素は蒸留ユニットの塔頂に残る。
【００５３】
例示的な実施態様では、透過流（低圧流）は、酸性ガス中で濃縮されるが、ＨＨＣ中では枯渇され、その結果、ＨＨＣの有意な損失なしに液化することができる。排除流（高圧流）は、酸性ガス中で枯渇する。この高圧流は、既存の又は新しい高圧アミンユニットで処理することができる。続いて、ＨＨＣは、ガススイートニング及び脱水工程の後に、冷凍ユニットの助けを借りて、この高圧流から回収することができる。比較的少量のＨＨＣを含み得る低圧（例えば、５０〜２５０ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）；約０．３４〜１．７ＭＰａ）の透過流を、高圧蒸留カラムで効率的に処理して、酸性ガスを底部に濃縮し、メタン及び他のガスを塔頂から回収することができる。酸性ガス及び水は、蒸留塔の底部で濃縮され、ＳＲＵの反応炉に送ることができる。塔頂生成物は主にメタンであってもよく、蒸留性能及びガス組成に応じて必要であれば、燃料として使用するか、又は最終スイートニング工程後にマスターガスシステムに送ることができる。
【００５４】
いくつかの態様では、例示的なプロセスが、ＳＲＵの反応炉に直接送ることができると共に貴重なＨＨＣの損失を回避することができる、ＨＨＣが枯渇した酸性ガス流を生成することができる。従来の技術とは対照的に、例示的な実施は、ＨＨＣの損失を最小限に抑えながら、酸性ガスの大部分を天然ガス供給物から分離することを容易にすることができる。さらに、例えば、１つ以上の蒸留ユニットの下流に設置されたヘリウム選択性膜を有するヘリウム回収を含む実施態様では、このような膜が酸性ガス及びＨＨＣの含有量がはるかに少ないガスを受け取り、その結果、膜の寿命が長くなると共に分離性能が改善される。
【００５５】
図１Ａは、天然ガスから酸性ガスを分離するために膜及び蒸留ユニットを使用するハイブリッド原料天然ガス処理システム１００の実施態様の例の概略図を示す。この図示の実施態様では、システム１００が、原料天然ガス供給流１０１を受け取る膜１０２を含む。いくつかの態様では、天然ガス供給流１０１が、５〜５００百万標準立方フィート／日（ＭＭｓｃｆｄ）の流量である。膜１０２は、天然ガス供給流１０１を、圧縮機１０８を通って蒸留ユニット１０６に流れる透過流１０３と、アミンユニット１０４に流れる排除流１０５とに分離する。比較的低濃度の酸性ガス及び比較的高濃度のＨＨＣを有する排除流１０５と比較して、透過流１０３は比較的低濃度のＨＨＣ及び比較的高濃度の酸性ガスを有する。膜１０２は、例えば、ＰＩ膜、ＣＡ膜、又はＨｙｆｌｏｎ  ＡＤ−８０（非晶質パーフルオロポリマー）膜であってもよく、又はそれらを含んでもよい。したがって、膜１０２は酸性ガス（例えば、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２）が（例えば、膜１０２の材料によって）ＨＨＣから分離されることを確実にするように選択されてもよい。
【００５６】
排除流１０５より低圧であり得る透過流１０３は、蒸留ユニット１０６に流通される圧縮透過流１１１に圧縮され、酸性ガス（及びおそらく膜１０２中で分離されないＨＨＣの少量）は、蒸留ユニット１０６の塔底流１１５中で、蒸留ユニット１０６の塔頂流１１３中の他のガス（例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、水（Ｈ２Ｏ）及び窒素（Ｎ２））から、分離される。他のガスは発電のためにガスタービン（ＧＴ）に流通させることができ、酸性ガス（及びＨＨＣの一部）はＳＲＵに流通させることができる。
【００５７】
透過流１０３よりも高い圧力であり得る排除流１０５は、アミンユニット１０４に流通され、そこで、セールスガス１０７が排除流１０５中の残りの酸性ガス１０９から分離される。分離された酸性ガス１０９は、ＳＲＵに流通させることもできる。いくつかの態様では、セールスガス１０７を、ＨＨＣを回収するために冷凍ユニットに流通させることができる。
【００５８】
図１Ｂ〜１Ｃは、１つ以上のポリイミド（ＰＩ）膜を使用する、図１Ａに示されるハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す。図１Ｂ〜１Ｃに示される結果が得られたシミュレーション（並びに本開示において示され、記載される他のシミュレーション）は、ＰＲＯ II及びＨＹＳＩＳモデリングソフトウェア、並びに本開示において記載される特定の型の膜及び蒸留ユニットについて利用可能なデータを使用して実施された。図１Ｂ〜１Ｃは、膜１０２がＰＩ膜であるシステム１００のシミュレーション、並びにシステム１００の物質収支（乾量基準）を示す。図１Ｂ〜１Ｃは、また、膜１０２、膜１０２の透過定数（透過係数）、膜１０２によって除去された酸性ガス、及び蒸留ユニット１０６からの塔頂流を使用する動力生成、に関するデータを示す。
【００５９】
図１Ｄ〜１Ｅは、１つ以上のセルロースアセテート（ＣＡ）膜を使用する、図１Ａに示されるハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスの別のシミュレーションの結果を示す。図１Ｄ〜１Ｅは、膜１０２がＣＡ膜であるシステム１００のシミュレーション、並びにシステム１００の物質収支（乾量基準）を示す。図１Ｄ〜１Ｅは、また、膜１０２、膜１０２の透過定数、膜１０２によって除去された酸性ガス、及び蒸留ユニット１０６からの塔頂流を使用する動力生成、に関するデータを示す。
【００６０】
図１Ｆ〜１Ｇは、１つ以上のＨｙｆｌｏｎ  ＡＤ−８０（非晶質パーフルオロポリマー）膜を使用する、図１Ａに示されるハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す。図１Ｆ〜１Ｇは、膜１０２がＨｙｆｌｏｎ  ＡＤ−８０膜であるシステム１００のシミュレーション、並びにシステム１００の物質収支（乾量基準）を示す。図１Ｆ〜１Ｇは、また、膜１０２、膜１０２の透過定数、膜１０２によって除去された酸性ガス、及び蒸留ユニット１０６からの塔頂流を使用する動力生成、に関するデータを示す。
【００６１】
図２Ａは、天然ガスから酸性ガスを分離するために２つの膜及び蒸留ユニットを使用するハイブリッド原料天然ガス処理システム２００の別の実施態様の例の概略図を示す。この図示の実施態様では、システム２００が、原料天然ガス供給流２０１を受け取る第１の膜２０２を含む。いくつかの態様では、天然ガス供給流２０１が５〜５００ＭＭｓｃｆｄの流量である。第１の膜２０２は、天然ガス供給流２０１を、圧縮機２１０を通って蒸留ユニット２０４に流れる透過流２０３と、アミンユニット２０８に流れる排除流２０５とに分離する。比較的低濃度の酸性ガス及び比較的高濃度のＨＨＣを有する排除流２０５と比較して、透過流２０３は比較的低濃度のＨＨＣ及び比較的高濃度の酸性ガスを有する。第１の膜２０２は、例えば、ＰＩ膜、ＣＡ膜、又はＨｙｆｌｏｎ  ＡＤ−８０（非晶質パーフルオロポリマー）膜であってもよく、又はそれらを含んでもよい。したがって、第１の膜２０２は酸性ガス（例えば、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２）が（例えば、膜２０２の材料によって）ＨＨＣから分離されることを確実にするように選択されてもよい。
【００６２】
排除流２０５よりも低い圧力であり得る透過流２０３は、圧縮透過流２１１に圧縮されると共に蒸留ユニット２０４に流通され、蒸留ユニット２０４では、蒸留ユニット２０４の塔頂流２１３内の他のガス（例えば、Ｈｅ、Ｈ２Ｏ及びＮ２）から、酸性ガス（及び、おそらく第１の膜２０２内で分離されていないＨＨＣの少量）が、蒸留ユニット２０４の塔底流２１５内で分離される。
【００６３】
図示のように、システム２００は、蒸留ユニット２０４の塔頂流２１３に流体的に連結された第２の膜２０６を含む。第２の膜２０６は例えば、ＰＩ膜、ＣＡ膜、又はＨｙｆｌｏｎ  ＡＤ−８０（非晶質パーフルオロポリマー）膜であってもよく、又はそれらを含んでもよい。したがって、第２の膜２０６は、また、酸性ガス（例えば、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２）が（例えば、第２の膜２０６の材料によって）ＨＨＣから分離されることを確実にするように選択されてもよい。したがって、第２の膜２０６は、塔頂流２１３から（例えば、Ｈｅ、Ｈ２Ｏ、及びＮ２から）酸性ガス２１９をさらに分離し、さらなる分離された酸性ガス２１９を蒸留ユニットの塔底流２１５のアウトプット（流出物）に送ることができる。他のガス２１７はアミンユニット２０８に流通されてもよく（排除流２０５と合流するために）、蒸留ユニット２０４及び第２の膜２０６（及びＨＨＣの一部）からの酸性ガスはＳＲＵに流通されてもよい。
【００６４】
透過流２０３よりも高い圧力であり得る排除流２０５は、アミンユニット２０８に流通され、ここでセールスガス２０７は排除流２０５中の残りの酸性ガス２０９から分離される（他のガス２１７と組み合わされる）。分離された酸性ガス２０９は、ＳＲＵに流通させることもできる。いくつかの態様では、セールスガス２０７を、ＨＨＣを回収するために冷凍ユニットに流通させることができる。
【００６５】
図２Ｂ〜２Ｃは、図２Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す。図２Ｂ〜２Ｃは、第１の膜２０２がＨ２Ｓ及びＣＯ２選択性ＰＩ膜であり、第２の膜２０６がＨ２Ｓ及びＣＯ２選択性ＰＥＢＡＸ膜であるシステム２００のシミュレーションを示す。図２Ｂ〜２Ｃは、膜２０２及び２０６、膜２０２の透過定数、膜２０２によって除去された酸性ガス、及び蒸留ユニット２０４からの塔頂流を使用する動力生成、に関するデータと同様に、物質収支（乾量基準）に関するシステム２００のシミュレーションを示す。
【００６６】
図３Ａは、天然ガスから酸性ガスを分離するために２つの膜及び蒸留ユニットを使用するハイブリッド原料天然ガス処理システム３００の別の実施態様の例の概略図を示す。この図示の実施態様では、システム３００が、原料天然ガス供給流３０１を受け取る第１の膜３０２を含む。いくつかの態様では、天然ガス供給流３０１が５〜５００ＭＭｓｃｆｄの流量である。第１の膜３０２は、天然ガス供給流３０１を、圧縮機３１０を通って蒸留ユニット３０４に流れる透過流３０３と、アミンユニット３０８に流れる排除流３０５とに分離する。比較的低濃度の酸性ガス及び比較的高濃度のＨＨＣを有する排除流３０５と比較して、透過流３０３は比較的低濃度のＨＨＣ及び比較的高濃度の酸性ガスを有する。第１の膜３０２は、例えば、ＰＩ膜、ＣＡ膜、又はＨｙｆｌｏｎ  ＡＤ−８０（非晶質パーフルオロポリマー）膜であってもよく、又はそれらを含んでもよい。したがって、第１の膜３０２は酸性ガス（例えば、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２）が（例えば、第１の膜３０２の材料によって）ＨＨＣから分離されることを確実にするように選択されてもよい。
【００６７】
排除流３０５より低圧であり得る透過流３０３は、圧縮透過流３１１に圧縮されると共に蒸留ユニット３０４に流通され、酸性ガス（及びおそらく第１の膜３０２で分離されないＨＨＣの少量）は、蒸留ユニット３０４の塔底流３１５中で、蒸留ユニット３０４の塔頂流３１３中の他のガス（例えば、Ｈｅ、Ｈ２Ｏ及びＮ２）から、分離される。
【００６８】
図示のように、システム３００は、蒸留ユニット３０４の塔頂流３１３に流体的に連結された第２の膜３０６を含む。第２の膜３０６は例えば、ＰＩ膜、ＣＡ膜、又はＨｙｆｌｏｎ  ＡＤ−８０（非晶質パーフルオロポリマー）膜であってもよく、又はそれらを含んでもよい。したがって、第２の膜３０６は、塔頂流３１３から（例えば、Ｈｅ、Ｈ２Ｏ、及びＮ２から）酸性ガス３１９をさらに分離し、さらなる分離された酸性ガス３１９を蒸留ユニットの塔底流３１５の出口に送ることができる。他のガス３１７はアミンユニット３０８又は発電のためのＧＴ（又はその両方）に流れてもよく、一方、蒸留ユニット３０４及び第２の膜３０６（及びＨＨＣの一部）からの酸性ガス（３１９及び３１５を混ぜ合わせた）はＳＲＵに流れてもよい。
【００６９】
透過流３０３よりも高い圧力であり得る排除流３０５は、アミンユニット３０８に流通され、ここで、セールスガス３０７は排除流３０５中の残りの酸性ガス３０９から分離される。分離された酸性ガス３０９は、ＳＲＵに流通させることもできる。いくつかの態様では、セールスガス３０７を、ＨＨＣを回収するために冷凍ユニットに流通させることができる。
【００７０】
図３Ｂ〜３Ｃは、図３Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す。図３Ｂ〜３Ｃは、第１の膜３０２がＨ２Ｓ及びＣＯ２選択性ＰＩ膜であり、第２の膜３０６がＨ２Ｓ及びＣＯ２選択性ＰＥＢＡＸ膜であるシステム３００のシミュレーションを示す。図３Ｂ〜３Ｃは、膜３０２及び３０６、膜３０２の透過定数、膜３０２によって除去された酸性ガス、及び第２の膜３０６からの他のガスを使用する電力生成に、関するデータと同様に、物質収支（乾量基準）に関するシステム３００のシミュレーションを示す。
【００７１】
図４Ａは、天然ガスから酸性ガスを分離するための２つの膜及び蒸留ユニット、ならびに天然ガスからヘリウムを捕捉するための膜及びヘリウム回収ユニットを使用する、ハイブリッド原料天然ガス処理システム４００の別の実施態様の例の概略図を示す。この図示の実施態様では、システム４００が、原料天然ガス供給流４０１を受け取る第１の膜４０２を含む。いくつかの態様では、天然ガス供給流４０１が５〜５００ＭＭｓｃｆｄの流量である。第１の膜４０２は、天然ガス供給流４０１を、圧縮機４１４を通って蒸留ユニット４０４に流れる透過流４０３と、アミンユニット４１２に流れる排除流４０５とに分離する。比較的低濃度の酸性ガス及び比較的高濃度のＨＨＣを有する排除流４０５と比較して、透過流４０３は比較的低濃度のＨＨＣ及び比較的高濃度の酸性ガスを有する。第１の膜４０２は、例えば、ＰＩ膜、ＣＡ膜、又はＨｙｆｌｏｎ  ＡＤ−８０（非晶質パーフルオロポリマー）膜であってもよく、又はそれらを含んでもよい。したがって、第１の膜４０２は酸性ガス（例えば、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２）が（例えば、第１の膜４０２の材料によって）ＨＨＣから分離されることを確実にするように選択されてもよい。
【００７２】
排除流４０５より低圧であり得る透過流４０３は、圧縮透過流４１１に圧縮されると共に蒸留ユニット４０４に流通され、蒸留ユニット４０４では、酸性ガス（及び、おそらく第１の膜４０２で分離されていないＨＨＣの少量）は、蒸留ユニット４０４の塔頂流４１３中の他のガス（例えば、Ｈｅ、Ｈ２Ｏ及びＮ２）から、蒸留ユニット４０４の塔底流４１５中で分離される。
【００７３】
図示のように、システム４００は、蒸留ユニット４０４の塔頂流４１３に流体的に連結された第２の膜４０６を含む。第２の膜４０６は例えば、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２選択性ＰＥＢＡＸ膜であってもよく、又はそれを含んでもよい。したがって、第２の膜４０６は、塔頂流４１３から（例えば、Ｈｅ、Ｈ２Ｏ及びＮ２から）酸性ガス４１９をさらに分離し、さらなる分離された酸性ガス４１９を蒸留ユニット４０４の塔底流４１５のアウトプットに送ることができる。
【００７４】
この実施の形態では、他のガス４２１が第３の膜４０８に流通することができ、ここでヘリウム（Ｈｅ）４２３が他のガス４２１（例えば、Ｈ２Ｏ、Ｎ２から分離されている）から分離される。この例では、第３の膜４０８が、ＰＩヘリウム選択膜であってもよく、又はそれを含んでもよい。分離されたヘリウム４２３はヘリウム回収ユニット４１０に送られ、そこからヘリウム４２３は経済的効率のために濃縮されて濃縮ヘリウム流４２５になる。
【００７５】
第３の膜４０８においてヘリウム４２３が分離された他のガス４１７は第３の膜４０８からアミンユニット４１２に送られてもよく、一方、蒸留ユニット４０４及び第２の膜４０６（及びＨＨＣの一部）からの酸性ガス（４１５及び４１９を混ぜ合わせた）はＳＲＵに流通されてもよい。透過流４０３よりも高い圧力であり得る排除流４０５は、アミンユニット４１２に流通され、ここでセールスガス４０７は、混ぜ合わされた排除流４０５及びガス流４１７中の残りの酸性ガス４０９から分離される。分離された酸性ガス４０９は、ＳＲＵに流通させることもできる。いくつかの態様では、セールスガス４０７を、ＨＨＣを回収するために冷凍ユニットに流通させることができる。
【００７６】
図４Ｂ〜４Ｄは、図４Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す。図４Ｂ〜４Ｄは、第１の膜４０２がＨ２Ｓ及びＣＯ２選択性ＰＩ膜であり、第２の膜４０６がＨ２Ｓ及びＣＯ２選択性ＰＥＢＡＸ膜であり、第３の膜がＰＩヘリウム選択性膜であるシステム４００のシミュレーションを示す。図４Ｂ〜４Ｄは、膜４０２、４０６、及び４０８、膜４０２についての透過定数、及び膜４０２によって除去された酸性ガス、に関するデータと同様に、物質収支（乾量基準）に関するシステム４００のシミュレーションを示す。
【００７７】
図４Ｃにさらに示されるように、蒸留流を使用する動力生成は、システム４００の実施態様の例において実現され得る。例えば、図４Ａには具体的に示されていないが、第３の膜４０８内のヘリウムから分離されたガスは、電力を生成するために送られてもよい。
【００７８】
図５Ａは、天然ガスから酸性ガスを分離すると共にヘリウムを捕捉するために、３つの膜及び２つのカスケード蒸留ユニットを使用するハイブリッド原料天然ガス処理システム５００の別の実施態様の例の概略図を示す。この図示の実施態様では、システム５００が、原料天然ガス供給流５０１を受け取る第１の膜５０２を含む。いくつかの態様では、天然ガス供給流５０１が５〜５００ＭＭｓｃｆｄの流量である。第１の膜５０２は、天然ガス供給流５０１を、圧縮機５１４を通って蒸留ユニット５０４に流れる透過流５０３と、アミンユニット５１２に流れる排除流５０５とに分離する。比較的低濃度の酸性ガス及び比較的高濃度のＨＨＣを有する排除流５０５と比較して、透過流５０３は比較的低濃度のＨＨＣ及び比較的高濃度の酸性ガスを有する。第１の膜５０２は、例えば、ＰＩ膜、ＣＡ膜、又はＨｙｆｌｏｎ  ＡＤ−８０（非晶質パーフルオロポリマー）膜であってもよく、又はそれらを含んでもよい。したがって、第１の膜５０２は酸性ガス（例えば、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２）が（例えば、第１の膜５０２の材料によって）ＨＨＣから分離されることを確実にするように選択されてもよい。
【００７９】
排除流５０５よりも低い圧力であり得る透過流５０３は圧縮され、圧縮された透過流５１１が蒸留ユニット５０４に流通される。この実施形態では、蒸留ユニット５０４がＨ２Ｓ選択的蒸留ユニットであり、Ｈ２Ｓは蒸留ユニット５０４の塔底流５１５にＨ２Ｓリッチ流で送られ、Ｈ２Ｓリッチ流がＳＲＵに送られる。ＣＯ２、Ｈｅ、Ｈ２Ｏ及びＮ２（及びＨ２Ｓ希薄（リーン）流）を含む酸性ガス及び他のガスを含有し得る、蒸留ユニット５０４の塔頂流５１３は、蒸留ユニット５０６に送られる。
【００８０】
この実施形態では、蒸留ユニット５０６がＣＯ２選択的蒸留ユニットであり、ＣＯ２は蒸留ユニット５０６の塔底流５１９にＣＯ２リッチ流で送られる。ヘリウム（Ｈｅ）、Ｈ２Ｏ及びＮ２（及びＣＯ２希薄流）のような他のガスを含有し得る蒸留ユニット５０６の塔頂流５１７は、第２の膜５０８に送られる。この例では、第２の膜５０８がＰＩヘリウム選択膜であってもよく、含めることもできる。分離されたヘリウム５２３（ヘリウムリッチ流）は、別の圧縮機５１６を通って第３の膜５１０に送られる。ヘリウム希薄流５２１は第２の膜５０８から離れるように送られ、例えば、Ｈ２Ｏ、Ｎ２、及び他のガスを含んでいてもよい。
【００８１】
この実施例では、圧縮されたヘリウムリッチ流５２９が第３の膜５１０に流通される。第２の膜５０８と同様に、第３の膜５１０はＰＩヘリウム選択膜であっても含めてもよく、これが、第２の膜５０８からの流入ストリーム５２９を、ヘリウムリッチ流５３１（第３の膜５１０に濃縮又は再流通させることができる）及びヘリウム希薄流５２５に分離する。
【００８２】
透過流５０３よりも高い圧力であり得る排除流５０５は、アミンユニット５１２に流通され、ここで、排除流５０５中の残りの酸性ガス５０９からセールスガス５０７が分離される。分離された酸性ガス５０９は、ＳＲＵに流通させることができる。いくつかの態様では、ＨＨＣを回収するためにセールスガス５０７を冷凍ユニットに流通させることができる。
【００８３】
図５Ｂ〜５Ｑは、図５Ａに示すハイブリッド原料天然ガス処理システム及びプロセスのシミュレーションの結果を示す。図５Ｂ〜５Ｑは、第１の膜５０２がＨ２Ｓ及びＣＯ２選択膜であり、第２の膜５０８及び第３の膜５１０がＰＩヘリウム選択膜であるシステム５００のシミュレーションを示す。図５Ｂ〜５Ｑは、膜５０２、５０８、及び５１０、膜５０２についての透過定数、及び膜５０２によって除去された酸性ガス、に関するデータと同様に、物質収支（乾量基準）に関するシステム５００のシミュレーションを示す。より具体的には、図５Ｂ〜５Ｉは、第３の膜ヘリウム流に対する透過物圧力の効果を示す（例えば、図５Ｂ〜５Ｅは低圧を示し、図５Ｆ〜５Ｉは高圧を示す）。図５Ｂ〜５Ｉは、第３の膜再循環流に対する透過物圧力の効果を示す（例えば、図５Ｊ〜５Ｍは低圧を示し、図５Ｎ〜５Ｑは高圧を示す）。
【００８４】
図示のように、システム１００、２００、３００、４００、及び５００のそれぞれは、それぞれのシステムの１つ又は複数の構成要素に（有線又は無線で）通信可能に結合された制御システム９９９を含む。システム１００、２００、３００、４００、又は５００は、特定の入力が与えられると、所望の出力を提供するように制御され得る（例えば、温度、圧力、流体の流量、又はそのようなパラメータの組み合わせの制御）。いくつかの態様では、システム１００、２００、３００、４００、又は５００のための流量制御システムは、手動で操作することができる。例えば、オペレータは、ポンプ又は移送装置の流量を設定し、弁の開位置又は閉位置を設定して、流量制御システム内のパイプを通るプロセス流の流量を調節することができる。オペレータが、システム全体に分配されたすべての流量制御システムの流量及び弁開位置又は弁閉位置を設定すると、流量制御システムは、一定の流量条件、例えば、一定の体積流量又は他の流量条件下で、流れを流すことができる。流量条件を変更するために、オペレータは例えば、ポンプ流量又はバルブ開位置又はバルブ閉位置を変更することによって、流量制御システムを手動で操作することができる。
【００８５】
いくつかの態様では、システム１００、２００、３００、４００、及び５００のための流量制御システムは、自動的に動作することができる。例えば、制御システム９９９は、システム１００、２００、３００、４００、及び５００の構成要素及びサブシステムに通信可能に結合されている。制御システム９９９は、システム１００、２００、３００、４００、及び５００を動作させるためのコンピュータ又は制御システムを含むことができ又はそれに接続することができる。制御システム９９９は、動作（流量制御動作など）を実行するために１つ又は複数のシステム及びプロセッサによって実行可能な命令（流量制御命令及び他の命令など）を記憶するコンピュータ可読媒体を含むことができる。オペレータは、制御システム９９９を使用して、施設全体に分配されたすべての流量制御システムの流量及び弁の開位置又は閉位置を設定することができる。そのような実施形態では、オペレータが制御システム９９９を介して入力することによって、流量条件を手動で変更することができる。また、そのような実施形態では、制御システム９９９が、例えば、制御システム９９９に接続されたフィードバックシステムを使用して、１つ又は複数の流量制御システムを自動的に（すなわち、手動介入なしに）制御することができる。例えば、センサ（圧力センサ、温度センサ、又は他のセンサなど）を、プロセス流が流れるパイプに接続することができる。センサは、プロセス流の流れ状態（圧力、温度、又は他の流れ状態など）を、監視して制御システム９９９に提供することができる。流量状態が閾値（閾圧力値、閾温度値、又は他の閾値など）を超えたことに応答して、制御システム９９９は、動作を自動的に実行することができる。例えば、パイプ内の圧力又は温度がそれぞれ、閾圧力値又は閾温度値を超える場合、制御システム９９９は、流量を減少させるための信号、圧力を解放するための弁を開くための信号、プロセスストリームフローをシャットダウンするための信号、又は他の信号を、ポンプに提供することができる。
【００８６】
制御システム９９９は、デジタル電子回路、又はコンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせで実施することができる。本装置を、プログラマブルプロセッサによる実行のために、例えば、機械可読記憶デバイスにおいて、情報担体において有形に具現化されたコンピュータプログラムプロダクトにおいて実装することができ、方法ステップを、入力データ上で動作し、出力を生成することによって、上述された実装の機能を実行するために、命令のプログラムを実行するプログラマブルプロセッサによって実行することができる。記載された特徴は、データ記憶システム、少なくとも１つの入力デバイス、及び少なくとも１つの出力デバイスに対して、データ及び命令を受信し及び送信するように結合された少なくとも１つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステム上で実行可能な１つ又は複数のコンピュータプログラムで、有利に実施することができる。コンピュータプログラムは、特定のアクティビティを実行するために、又は特定の結果をもたらすために、コンピュータ内で直接的又は間接的に使用することができる命令のセットである。コンピュータプログラムは、コンパイルされた言語又は解釈された言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書くことができ、スタンドアロンプログラムとして含む、又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、又はコンピューティング環境で使用するのに適した他のユニットとして含む、任意の形式で展開することができる。
【００８７】
命令のプログラムの実行に適したプロセッサは、例として、汎用及び専用マイクロプロセッサの両方、並びに任意の種類のコンピュータの単一のプロセッサ又は複数のプロセッサのうちの１つを含む。一般に、プロセッサは、読み出し専用メモリ又はランダムアクセスメモリ又はその両方から、命令及びデータを受信する。コンピュータの本質的な要素は、命令を実行するためのプロセッサと、命令及びデータを記憶するための１つ又は複数のメモリとである。一般に、コンピュータは、データファイルを記憶するための１つ又は複数の大容量記憶装置も含み、又はそれと通信するように動作可能に結合され、そのような装置は、内部ハードディスク及び取外し可能ディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、及び光ディスクを含む。コンピュータプログラム命令及びデータを具体的に具現化するのに適した記憶装置は、例として、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイス、内部ハードディスク及びリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、ならびにＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含む、すべての形態の不揮発性メモリを含む。プロセッサ及びメモリは、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって補足されるか、又はこの中に組み込まれ得る。
【００８８】
ユーザとの対話を提供するために、これらの特徴は、ユーザに情報を表示するためのＣＲＴ（陰極線管）又はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタなどのディスプレイデバイスと、ユーザがコンピュータに入力することができるキーボード並びにマウス又はトラックボールなどのポインティングデバイスと、を有するコンピュータ上で実施することができる。さらに、そのような活動は、タッチスクリーンフラットパネルディスプレイ及び他の適切な機構を介して実施することができる。
【００８９】
当該機能は、データサーバなどのバックエンドコンポーネントを含む、又はアプリケーションサーバもしくはインターネットサーバなどのミドルウェアコンポーネントを含む、又はグラフィカルユーザインターフェースもしくはインターネットブラウザを有するクライアントコンピュータなどのフロントエンドコンポーネントを含む、又はそれらの任意の組合せを含む制御システムで実装することができる。システムの構成要素は、通信ネットワークなどのデジタルデータ通信の任意の形態又は媒体によって接続することができる。通信ネットワークの例には、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、ワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、ピアツーピアネットワーク（アドホック又は静的メンバを有する）、グリッドコンピューティングインフラストラクチャ、及びインターネットが含まれる。
【００９０】
本明細書は多くの特定の実施の詳細を含むが、これらは特許請求されるかもしれない範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、むしろ、特定の実施に特有の特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実施の文脈で本明細書に記載された特定の特徴は、単一の実施において組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施の文脈で説明された様々な特徴は、複数の実施で別々に、又は任意の適切なサブコンビネーションで実施することもできる。さらに、特徴は、特定の組み合わせで作用するものとして上記で説明されているかもしれないが、また、そのようなものとして最初に特許請求されているかもしれないが、特許請求された組み合わせからの１つ又は複数の特徴は、場合によっては組み合わせから削除されてもよく、特許請求された組み合わせはサブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形に向けられてもよい。
【００９１】
同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、これは望ましい結果を達成するために、そのような動作が示された特定の順序で又は連続的な順序で実行されること、又は示されたすべての動作が実行されること、を必要とするものとして理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスク及び並列処理が有利であるかもしれない。さらに、上述の実施における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実施においてそのような分離を必要とするものとして理解するべきではなく、説明したプログラム構成要素及びシステムは、一般に、単一のソフトウェア製品に一緒に統合され得るか、又は複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。
【００９２】
いくつかの実施態様を説明してきた。とはいうもの、本開示の技術思想及び範囲から逸脱せずに、種々の改変がなされてもよいということを理解されたい。例えば、本明細書で説明される例示の動作、方法、又はプロセスは、説明したものよりも多くのステップ又は少ないステップを含んでもよい。さらに、そのような例示的な動作、方法、又はプロセスにおけるステップは、図面に記載又は示されたものとは異なる並びで実行されてもよい。従って、他の実施態様は添付の特許請求の範囲の内にある。
【符号の説明】
【００９３】
１００、２００、３００、４００、５００  ハイブリッド原料天然ガス処理システム
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１  原料天然ガス供給流
１０２  膜
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３  透過流
１０４、２０８、３０８、４１２、５１２  アミンユニット
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５  排除流
１０６、２０４、３０４、４０４、５０４、５０６  蒸留ユニット
１０８、４１４、５１４  圧縮機
１０９  酸性ガス
１１１  圧縮透過流
１１３、２１３、３１３、４１３、５１３  塔頂流
１１５、２１５、３１５、４１５、５１５  塔底流
２０２、３０２、４０２、５０２  第１の膜
３０６、４０６、５０８  第２の膜
４０８、５１０  第３の膜
４１０  ヘリウム回収ユニット
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ（１）】
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【図３Ｂ（２）】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図５Ｋ】
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【図５Ｌ】
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【図５Ｍ】
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【図５Ｎ】
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【図５Ｏ】
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【図５Ｐ】
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【図５Ｑ】
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【国際調査報告】
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