KR100935072B1 - 고압 흡수기 칼럼을 사용한 극저온 공정 - Google Patents

고압 흡수기 칼럼을 사용한 극저온 공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다성분 기체 탄화수소 흐름을 분리하여 기체 및 액체 화합물을 회수하기 위한 극저온 장치 및 공정에 관계한다. 특히 본 발명의 극저온 공정은 고압 흡수기(14)를 활용하여 파이프라인 판매용 천연가스를 처리하는 에너지 효율과 기체 탄화수소 흐름으로부터 천연가스 액체(NGL)를 회수하는 효율을 향상시킨다.

Description

고압 흡수기 칼럼을 사용한 극저온 공정{CRYOGENIC PROCESS UTILIZING HIGH PRESSURE ABSORBER COLUMN}
본 발명은 다성분 기체 탄화수소 흐름을 분리하여 기체 및 액체 화합물을 회수하기 위한 극저온 가스 공정에 관계한다. 특히 본 발명의 극저온 가스 공정은 고압 흡수기를 활용한다.
대부분의 공장에서 가스 처리 용량은 파이프라인 판매 가스 흐름을 재압축하는데 이용 가능한 마력에 의해 제한된다. 공급 가스 흐름은 대체로 700-1500psia의 압력으로 공급되고 다양한 탄화수소 화합물의 분리를 위해 더 낮은 압력으로 팽창된다. 발생된 메탄 농후 흐름은 약 150-450psia의 압력으로 공급되고 1000psia 이상의 파이프라인 판매 가스 기준으로 재압축 된다. 이러한 압력 차이는 극저온 가스 처리 공장의 마력 필요요건의 주요 부분을 차지한다. 이러한 압력 차이가 최소화될 수 있다면 더 많은 재압축 마력이 이용 가능해 지므로 기존의 가스 처리 공장의 용량을 증가시킨다. 또한 본 발명의 공정은 신규 공장에 감소된 에너지 요건을 제공할 수 있다.
극저온 팽창 공정은 탄화수소 공급 가스 흐름으로부터 천연가스 액체를 분리함으로써 파이프라인 판매가스를 제조한다.
공지 극저온 공정에서 가압된 탄화수소 공급 가스 흐름은 단일 칼럼이나 2-칼럼 극저온 분리 스킴에 따라 메탄, 에탄(C2)또는 프로판(C3) 화합물로 분리된다. 단일 칼럼 스킴에서 공급 가스 흐름은 다른 공정 흐름이나 외부 냉동과의 열교환 접촉에 의해 냉각된다. 공급 가스 흐름은 또한 등엔트로피 팽창에 의해 저압으로 팽창되고 더욱 냉각된다. 공급 흐름이 냉각됨에 따라 고압 액체가 응축되어 하나 이상의 저온 분리기에서 고압 액체 흐름과 메탄 농후 증기 흐름으로 분리되는 2-상 흐름을 생성한다. 이러한 흐름은 칼럼의 작동 압력까지 팽창되고 칼럼의 하나 이상의 공급 트레이에 도입되어 에탄(C2)또는 프로판(C3) 화합물 및 중질 화합물을 포함한 하부 흐름과 메탄 또는 에탄(C2) 및 경질 화합물을 포함한 오버헤드 흐름을 생성한다. 고압 탄화수소 흐름을 분리하는 다른 단일 칼럼 스킴이 미국특허 5,881,569(Campbell); 5,568,737 (Campbell); 5,555,748(Campbell); 5,275,005(Campbell); 4,966,612(Bauer); 4,889,545(Campbell); 4,869,740(Campbell); 4,251,249(Gulsby)에 발표된다.
고압 탄화수소 기체 공급 흐름의 분리는 매우 사소한 양의 압력 차이로 작동되는 분별 칼럼과 흡수기 칼럼을 포함한 2-칼럼 분리 스킴에서 수행될 수도 있다. C2+ 또는 C3+천연 가스 액체의 회수를 위한 2-칼럼 분리 스킴에서 고압 공급 가스가 냉각되고 하나 이상의 분리기에서 분리되어 고압 증기 흐름과 고압 액체 흐름을 생성한다. 고압 증기 흐름은 분별 칼럼의 작동 압력까지 팽창된다. 이러한 증기 흐름은 흡수기 칼럼에 공급되어 흡수기 하부 흐름과 메탄 또는 C2화합물과 미량의 질소 및 이산화탄소를 함유한 흡수기 오버헤드 증기 흐름으로 분리된다. 분리기 및 흡수기 하부 흐름에서 나온 고압 액체 흐름이 분별 칼럼에 공급된다. 분별 칼럼은 C2+ 또는 C3+화합물을 함유한 분별칼럼 하부 흐름과 응축되어 환류로서 흡수기 칼럼에 공급될 수 있는 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름을 생성한다. 분별 칼럼은 흡수기 칼럼보다 약간의 양의 압력 차이에서 작동되어 분별 칼럼 오버헤드가 흡수기 칼럼에 흐를 수 있다. 많은 2-칼럼 시스템에서 특히 개시 동안 분별 칼럼을 가압하는 업셋이 일어난다. 분별 칼럼의 가압은 특히 분별 칼럼이 더 높은 압력을 취급하도록 설계되지 않으면 안전성 및 환경에 위협을 준다. 고압 탄화수소 흐름을 분리하는 다른 2-칼럼 스킴이 미국특허 6,182,469(Campbell); 5,799,507(Wilkinson); 4,895,584(Buck); 4,854,955(Campbell); 4,705,549(Sapper); 4,690,702(Paradowski); 4,617,0399Buck); 3,675,435(Jackson)에 발표된다.
가찌(Gazzi)의 미국특허 제 4,657,571호는 고압 탄화수소 기체 공급 흐름을 분리하는 또 다른 2-칼럼 분리 스킴을 개시한다. 이 공정은 위에서 기술된 2-칼럼 스킴보다 고압에서 작동하는 흡수기 및 분별 칼럼을 활용한다. 그러나 이 공정은, 두 용기 사이의 약간의 압력 차이에서 작동하는 대부분의 2-칼럼 스킴과 상반되게, 분별 칼럼 압력보다 상당히 더 높은 흡수기 압력으로 작동한다. 이 특허는 공급 흐름에서 중질 성분의 일부를 제거하여 흡수기에서 사용하는 스트리핑 액체를 제공하도록 분별 칼럼 내에서 분류기의 사용을 제시한다. 이 특허의 탑의 작동 압력은 서로 무관하다. 각 탑의 분리 효율은 각 탑의 작동 압력을 개별적으로 변경하여 조절된다. 이러한 방식으로 작동시킨 결과 이 공정의 탑은 각 탑에서 필요한 분리 효율 달성을 위해 매우 높은 압력에서 작동되어야 한다. 더 높은 탑 압력은 고압용으로 설계되어야 하므로 용기 및 관련 시설의 초기 자본 비용이 높다.
단일 칼럼 및 2-칼럼 분리 스킴의 에너지 효율은 Gazzi 특허에서처럼 더 높은 압력에서 칼럼을 작동시킴으로써 향상될 수 있음은 주지의 사실이다. 그러나 공정 압력이 증가되면 분리 효율 및 액체 회수가 종종 허용할 수 없는 정도로 감소된다. 칼럼 압력이 증가함에 따라 칼럼 온도 또한 증가하며, 그 결과 칼럼에서의 화합물의 상대 휘발도는 낮아진다. 이것은 메탄과 이산화탄소 같은 기체 불순물의 상대 휘발도가 더욱 높은 칼럼 압력 및 온도에서 1 에 접근하는 흡수기 칼럼에서 특히 그러하다. 또한 분리 효율을 유지하기 위해서 각 칼럼에서 이론적 단계의 수가 증가되어야 한다. 그러나 잔류 가스 압축 비용의 효과는 다른 비용 인자를 지배한다. 그러므로 500psia 정도의 고압에서 작동하면서 감소된 마력 소모로 높은 탄화수소 회수율을 유지하는 분리 스킴이 필요하다.
초기 특허들은 칼럼에 에탄 농후 흐름을 도입 또는 재순환시켜서 감소된 분리 효율 및 액체 회수율 문제를 해결한다. 미국특허 5,992,175(Yao)는 최대 700psia의 압력에서 작동되는 단일 칼럼에서 C2+ 및 C3+천연가스 액체의 회수율을 향상시키는 공정을 발표한다. 칼럼에 C2 및 중질 화합물이 농후한 스트리핑 가스를 도입하여 분리 효율이 향상된다. 스트리핑 가스는 칼럼의 최하위 공급 트레이 아래에서 제거된 액체 응축물 흐름을 팽창 및 가열하여 수득된다. 생성된 2-상 흐름이 분리되고 증기는 압축되고 냉각되고 스트리핑 가스로서 칼럼에 재순환된다. 그러나 이 공정은 1-칼럼 스킴에서 고유한 높은 재압축 부담 때문에 허용할 수 없는 에너지 효율을 가진다.
미국특허6,116,050(Yao)는 440psia에서 작동되는 메탄 제거 칼럼과 460psia에서 작동되는 하류 분별 칼럼을 포함한 2-칼럼 시스템에서 C3+화합물의 분리 효율을 개선하는 공정을 발표한다. 이 공정에서 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름은 냉각, 응축 및 분리되고 나머지 증기 흐름은 파이프라인 가스의 슬립 흐름과 조합된다. 이들 흐름은 냉각, 응축되고 오버헤드 환류 흐름으로 메탄 제거 칼럼에 도입되어 C3화합물의 분리 효율이 향상된다. 분별 칼럼의 하부 트레이에서 나온 액체 응축물과 교환에 의해 오버헤드 흐름을 응축시켜서 에너지 효율이 향상된다. 이 공정은 500psia 미만에서 작동한다.
미국특허4,596,588(Cook)는 증류칼럼보다 높은 압력에서 작동하는 분리기를 포함한 2-칼럼 스킴에서 메탄 함유 흐름을 분리하는 공정을 발표한다. 분리기로의 환류는 (a)증류칼럼 오버헤드 증기를 압축 및 냉각시키거나; (b)조합된 2-단계 분리기 증기 및 증류칼럼 오버헤드 증기를 압축 및 냉각시키거나; (c)별도의 입구 증기 흐름을 냉각하여 수득된다. 이 공정은 500psia 미만에서 작동한다.
지금까지 다성분 혼합물 기체 탄화수소 흐름을 분리하여 하나 이상의 고압 칼럼에서 기체 및 액체 화합물을 둘 다 회수하는 극저온 공정은 없었다. 그러므로 고압 다성분 화합물 흐름을 분리하는 2-칼럼 스킴으로서 흡수기 압력이 하류 분별 칼럼의 압력보다 큰 예정된 차압에서 작동되어 에너지 효율을 향상시키면서 분리 효율 및 액체 회수율을 유지하는 공정이 필요하다.
본 발명은 이러한 요구를 충족시킨다. 본 발명의 목적은 에너지 효율을 증가시키고 흡수기와 분별 칼럼 사이에 차압을 제공하고 공정의 개시 동안 분별 칼럼이 압력 상승하는 것을 방지한다.
본 발명은 메탄, C2화합물, C3화합물 및 중질 화합물을 함유한 유입 가스 흐름으로부터 중질 성분을 분리하는 공정 및 장치를 포함하며, 여기서 흡수기는 분별 칼럼의 압력보다 큰 압력에서 그리고 흡수기와 분별 칼럼 간의 예정된 차압 하에서 작동됨을 특징으로 한다. 중질 성분은 C3화합물과 이보다 더 중질인 화합물, 또는 C2화합물과 이보다 더 중질인 화합물일 수 있다. 이 공정에서 차압은 흡수기와 분별 칼럼 간에 50-350psi이다.
메탄, C2화합물, C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물을 함유한 유입 가스 흐름은 열교환기, 액체 팽창기, 증기 팽창기, 팽창 밸브 또는 이의 조합에서 냉각, 적어도 부분적으로 응축 및 분리되어 제1 증기 흐름과 제1 액체 흐름을 생성한다. 제1 액체 흐름은 팽창되어 분별칼럼 공급흐름 및 분별 환류 흐름과 함께 분별 칼럼에 공급된다. 이러한 분별칼럼 공급흐름은 분별 칼럼의 중앙 부위에 공급되고 열교환기와 응축기로 구성된 장치에서 잔류 가스, 유입 가스, 흡수기 오버헤드 흐름, 흡수기 하부 흐름, 및 이의 조합과 열교환 접촉에 의해 데워진다. 분별 칼럼은 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름과 분별칼럼 하부 흐름을 생성한다. 제1 증기 흐름은 흡수기 공급 흐름과 함께 흡수기에 공급되어 흡수기 오버헤드 흐름과 흡수기 하부 흐름을 생성한다.
분별칼럼 오버헤드 증기 흐름의 적어도 일부는 적어도 부분적으로 응축 및 분리되어 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름과 분별 환류 흐름을 생성한다. 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름은 흡수기 압력으로 압축되어 흡수기 하부 흐름, 흡수기 오버헤드 흐름, 제1 액체 흐름의 적어도 일부 또는 이의 조합과 열교환 접촉에 의해 적어도 부분적으로 응축되는 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름을 생성한다. 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름은 분별칼럼 공급흐름과 제2 분별칼럼 공급흐름에서 대부분의 메탄을 함유한다. 중질 성분이 C3화합물과 이보다 더 중질인 화합물이면 분별칼럼 공급흐름과 제2 분별칼럼 공급흐름에서 C2화합물의 대부분을 함유한다. 이 흐름은 흡수기 공급 흐름으로 흡수기에 제공된다. 흡수기 오버헤드 흐름은 사실상 메탄 또는 C2화합물의 전부와 미량의 C3 또는 C2화합물을 함유한 잔류 가스 흐름으로 제거된다. 이러한 잔류 가스 흐름은 이후 800psia이상의 파이프라인 기준으로 압축된다. 분별칼럼 하부 흐름은 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물의 전부와 미량의 메탄 및 C2화합물을 함유한 생성물 흐름으로 제거된다.
본 발명에서 흡수기 압력은 500psia이상이다. 메탄, C2화합물, C3화합물 및 이보다 중질인 화합물을 함유한 유입 가스 흐름에서 중질 성분을 분리하는 장치는 냉각 수단을 포함한다. 중질 성분이 C3화합물과 이보다 더 중질인 화합물일 경우 유입 가스 흐름에서 중질 성분을 분리하는 장치는 유입 가스 흐름을 적어도 부분적으로 응축시켜 제1 증기 흐름 및 제1 액체 흐름을 생성하는 냉각수단; 제1 액체 흐름, 분별칼럼 공급흐름 및 제2 분별칼럼 공급흐름을 받아들이고 분별칼럼 하부 흐름 및 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름을 생성하는 분별 칼럼; 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름과 분별 환류 흐름을 생성하기 위하여 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름을 적어도 부분적으로 응축시키는 오버헤드 교환기; 제1 증기 흐름 및 흡수기 공급 흐름을 받아들이고 흡수기 오버헤드 흐름과 제2 분별칼럼 공급흐름을 생성하며 분별 칼럼보다 높은 예정된 차압에서 작동되는 흡수기; 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름을 흡수기 압력으로 압축시켜 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름을 생성하는 압축기; 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름을 적어도 부분적으로 응축시켜 흡수기 공급 흐름을 생성하는 응축 수단을 포함하며; 분별칼럼 하부 흐름은 대부분의 중질 성분을 함유한다.
도1은 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물의 회수율을 향상시키도록 구성된 극저온 가스 분리 공정의 단순화된 공정도이다.
도2는 제3 분별칼럼 공급흐름이 분별 칼럼에 도입되는 도1 공정의 또 다른 예이다.
도3은 기계적 냉동 시스템을 포함한 도1 공정의 또 다른 예이다.
도4는 분별 칼럼의 내부 응축기를 포함한 도3 공정의 또 다른 예이다.
도5는 기계적 냉동 시스템 사용을 통해 열 집적이 개선된 도4 공정의 또 다른 예이다.
도6은 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물의 회수율을 향상시키도록 구성된 극저온 가스 분리 공정의 단순화된 공정도이다.
도6a는 고압 흡수기와 분별 칼럼에 공급하는 별도의 공급 흐름을 포함한 도6공정의 또 다른 예이다.
도7은 고압 흡수기에 재순환된 잔류 가스 환류 또는 공급 흐름 및 별도의 유입 가스 공급 흐름을 제공하는 단계를 포함한 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물의 회수율을 향상시키도록 구성된 본 발명의 또 다른 예이다.
도7a는 저온 흡수기를 포함하며 흡수기에 별도의 유입 가스 공급 흐름을 제공하는 도7공정의 또 다른 예이다.
도8은 고압 흡수기에 재순환 가스 환류 또는 공급 흐름을 제공하지만 별도의 공급 유입 가스 흐름은 없는 도7공정의 또 다른 예이다.
정유공장 및 석유화학 공장의 오프 가스와 같은 천연가스 및 탄화수소 흐름은 메탄, 에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로판, 부탄 및 이보다 더 중질인 화합물과 기타 불순물을 포함한다. 파이프라인 판매 천연가스는 가변적인 양의 수소, 에틸렌 및 프로필렌과 같은 다른 경질 화합물과 함께 주로 메탄으로 구성된다. 천연가스 액체(natural gas liquid, NGL)로 칭하는 에탄, 에틸렌 및 이보다 더 중질인 화합물은 파이프라인 판매용 천연가스 제조를 위해 천연가스 흐름으로부터 분리되어야 한다. 전형적인 희박한 천연가스 흐름은 약 92%메탄, 4%에탄 및 기타 C2화합물, 1%프로판 및 기타 C3화합물, 1%미만의 C4화합물 및 이보다 더 중질인 화합물, 소량의 질소, 이산화탄소 및 황 함유 화합물을 함유한다. C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물과 다른 천연 가스 액체의 양은 농후 천연가스 흐름의 경우 더 높다. 추가로 정유 가스는 수소, 에틸렌 및 프로필렌을 포함한 다른 가스를 포함한다.
"유입 가스"는 85 부피% 메탄과 나머지 C2화합물, C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물과 이산화탄소, 질소 및 기타 잔류 가스로 구성된 탄화수소 가스를 말한다. "C2 화합물"은 알칸, 올레핀 및 알킨과 같은 지방족 화학종을 포함한 2개의 탄소원자를 갖는 모든 유기 화합물, 특히 에탄, 에틸렌, 아세틸렌을 의미한다. "C3 화합물"은 알칸, 올레핀 및 알킨과 같은 지방족 화학종을 포함한 3개의 탄소원자를 갖는 모든 유기 화합물, 특히 프로판, 프로필렌, 메틸-아세틸렌을 의미한다. "중질화합물(heavier compound)"은 알칸, 올레핀 및 알킨과 같은 지방족 화학종을 포함한 4개 이상의 탄소원자를 갖는 모든 유기 화합물, 특히 부탄, 부틸렌, 에틸-아세틸렌을 의미한다. C2 또는 C3화합물에 관해 사용되는 "경질 화합물(lighter compound)"은 각각 2개 또는 3개 미만의 탄소 원자를 갖는 유기화합물을 의미한다. 등엔트로피 팽창과 같은 팽창 단계는 터보 팽창기, 줄-톰슨 팽창밸브, 액체 팽창기, 가스 또는 증기 팽창기를 수단으로 이루어진다. 팽창기는 단계형 압축장치와 연결될 수 있으며, 단계형 압축장치는 등엔트로피 가스 팽창에 의해 압축 작업을 한다.
본 발명에서 주변 온도에서 약 700psia의 초기 압력을 갖는 가압된 유입 가스의 액화가 설명된다. 특히 유입 가스는 주변 온도에서 500-1500psia의 초기 압력을 갖는다.
도1-5에서 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물의 회수를 향상시키도록 구성된 본 발명의 극저온 가스 분리 공정이 도시된다. 이 공정은 흡수기 칼럼과 하류 분별 칼럼을 포함한 2-칼럼 시스템을 사용한다. 흡수기(18)는 하나 이상의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 축적된 베드, 다른 형태의 물질 전달 장치, 또는 이의 조합을 갖는 흡수기 칼럼이다. 흡수기(18)는 하류 분별 칼럼보다 높은 예정된 차압(P)에서 작동된다. 고압 흡수기와 분별 칼럼간의 예정된 차압은 50-350psia이다. 즉 흡수기 압력이 800psia이면 선택된 차압에 따라 분별 칼럼의 압력은 750-450psia이다. 선호되는 차압은 50psia이다. 분별 칼럼(22)은 하나 이상의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 축적된 베드, 다른 형태의 물질전달장치 또는 이의 조합을 갖는 분별 칼럼이다.
가압된 유입 탄화수소 가스 흐름(40), 특히 가압된 천연가스 흐름이 주변 온도 및 약900psia의 압력에서 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물의 회수를 향상시키도록 구성된 극저온 가스 분리 공정에 도입된다. 유입 가스 흐름(40)은 건조, 아민 추출과 같은 공지 방법에 의해 이산화탄소 및 황화수소와 같은 산성 가스를 제거하는 처리를 받는다. 극저온 공정에서 전통적인 관행에 따라서 공정에서 나타나는 저온에서 라인 및 열교환기의 동결 및 막힘을 방지하기 위해 유입 가스 흐름에서 물이 제거되어야 한다. 가스 건조제 및 분자체를 포함한 전통적인 탈수 장치가 사용된다.
처리된 유입 가스 흐름(40)은, 냉각된 흡수기 오버헤드 흐름(46), 흡수기 하부 흐름(45) 및 저온 분리기의 하부로부터 나온 제1 액체 흐름(44)과 열교환 접촉에 의해 전방 단부 교환기(12)에서 냉각된다. 전방 단부 교환기(12)는 단일 다중-경로 교환기, 복수의 개별 열교환기 또는 이의 조합이다. 냉각된 고압 유입 가스 흐름(40)은 저온 분리기(14)에 제공되어 제1 증기 흐름(42)이 제1 액체 흐름(44)으로부터 분리된다.
제1 증기 흐름(42)은 팽창기(16)에 제공되어 흡수기(18)의 작동 압력(P1)으로 등엔트로피 팽창된다. 제1 액체 흐름(44)은 팽창기(24)에서 팽창되고 전방 단부 교환기(12)에 제공되어 데워진다. 제1 액체 흐름(44)은 분별 칼럼(22)의 중앙 칼럼 공급 트레이에 제1 분별칼럼 공급흐름(58)으로 제공된다. 팽창된 제1 증기 흐름(42a)은 흡수기(18)의 중앙 칼럼 또는 하부 공급 트레이에 제1 흡수기 공급 흐름으로 제공된다.
흡수기(18)는 하류 분별 칼럼보다 높은 예정된 압력(P1)에서 작동된다. 흡수기 작동압력(P1)은 유입 가스의 농후함 및 압력을 기초로 선택된다. 낮은 NGL(natural gas liquid) 함량을 갖는 희박한 유입 가스에 대하여, 흡수기는 유입 가스 압력에 근접하는 비교적 고압, 바람직하게는 약 500 psia 이상의 비교적 고압에서 작동된다. 이 경우에 흡수기는 파이프라인 기준으로 가스를 압축시키는데 재압축 부담이 덜한 매우 높은 압력의 오버헤드 잔류 가스 흐름을 생성한다. 농후한 유입 가스 흐름에 대하여, 흡수기 압력(P)은 적어도 500 psia 이상이다. 흡수기(18)에서 제1 흡수기 공급 흐름(42a)에서 상승하는 증기가 흡수기 공급 흐름(70)으로부터 낙하하는 액체와 친밀한 접촉에 의해 적어도 부분적으로 응축되어 팽창된 증기 흐름(42a)에서 메탄, C2화합물 및 더 경질인 화합물을 사실상 모두 포함한 흡수기 오버헤드 흐름(46)을 생성한다. 응축된 액체는 칼럼 아래로 하강하여 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물을 대부분 포함한 흡수기 하부 흐름(45)으로 제거된다.
흡수기 오버헤드 흐름(46)은 오버헤드 교환기(20)로 제거되어 흡수기 하부 흐름(45), 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60) 및 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)과 열교환 접촉을 통해 데워진다. 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)은 분별칼럼 공급흐름 및 제2 분별칼럼 공급흐름에서 대부분의 메탄을 함유한다. 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물일 경우 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)은 분별칼럼 공급흐름 및 제2 분별칼럼 공급흐름에서 대부분의 C2화합물을 함유한다. 흡수기 하부 흐름(45)은 오버헤드 교환기(20)에 들어가기 전에 팽창기(23)에서 팽창 및 냉각된다(또는 제1 액체 흐름(44)의 일부가 흐름(44b)으로 오버헤드 교환기(20)에 공급되어 흐름(53)으로 전방 단부 교환기(12)에 공급되기 전에 이들 공정 흐름에 추가 냉각을 제공한다. 오버헤드 교환기(20)에서 나온 이후에 제3 분별칼럼 공급흐름(53)은 분별 칼럼(22)에 공급되거나 제1 분별칼럼 공급흐름(58)과 조합된다). 흡수기 오버헤드 흐름(46)은 전방 단부 교환기(12)에서 더욱 데워지고 보조 압축기(28)에서 800psia 이상의 압력으로 압축되거나 또는 파이프라인 기준으로 압축되어 잔류 가스 흐름(50)을 형성한다. 잔류 가스 흐름(50)은 유입 가스에 있는 대부분의 메탄 및 C2화합물과 소량의 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물을 함유하는 파이프라인 판매 가스이다. 흡수기 하부 흐름(45)은 전방 단부 교환기(12)에서 더욱 냉각되어 분별 칼럼(22)의 중앙 공급 트레이에 제2 분별칼럼 공급흐름(48)으로 제공된다. 흡수기(18)와 분별 칼럼(22) 간의 예정된 압력 차이로 인해 흡수기 하부 흐름(45)이 펌프 없이 분별 칼럼(22)에 제공될 수 있다.
분별 칼럼(22)은 상류 흡수기 칼럼과 예정된 차압(ΔP) 만큼 흡수기보다 낮은 압력(P2)에서 작동되고 P2는 이러한 가스 흐름의 경우 400psia 이상이다. 가령 P2가 400psia이고 ΔP가 150psia이면 P1은 550psia이다. 분별 칼럼 공급속도와 온도 및 압력 프로파일은 분별 칼럼과 흡수기 간에 설정된 차압이 유지되는 한 액체 공급 흐름에 있는 화합물의 허용 가능한 분리 효율을 획득하도록 선택된다. 분별 칼럼(22)에서 제1 분별칼럼 공급흐름(58)과 제2 분별칼럼 공급흐름(48)이 하나 이상의 중앙 칼럼 공급 트레이에 제공되어 분별칼럼 하부 흐름(72) 및 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)을 생성한다. 분별칼럼 하부 흐름(72)은 하부 교환기(29)에서 냉각되어 사실상 모든 중질 성분을 함유한 NGL 제품 흐름을 생성한다. 도 1-5에 도시된 바와 같이 분별칼럼 하부 흐름의 일부는 환류 흐름(72a)으로 분별 칼럼에 공급될 수 있다.
분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)은 흡수기 오버헤드 및 하부 흐름(46,45) 또는 제1 액체 흐름의 일부(44b)와 열교환 접촉에 의해 오버헤드 교환기(20)에서 적어도 부분적으로 응축된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일부 구체예에 있어서, 적어도 부분적으로 응축된 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(62)은 오버헤드 분리기(26)에서 분리되어 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(66) 및 액체 흐름을 생성하는데, 여기서 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(66)은 메탄, C2 및 이보다 더 경질인 화합물의 대부분을 함유하며, 상기 액체 흐름은 분별 환류 흐름(64)으로서 분별 칼럼(22)에 복귀한다. 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(66)은 오버헤드 압축기(27)에 제공되어 흡수기(18)의 작동압력(P)으로 압축된다. 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)은 흡수기 오버헤드 및 하부 흐름(46,45) 또는 제1 액체 흐름의 일부(44b)와 열교환 접촉에 의해 오버헤드 교환기(20)에서 적어도 부분적으로 응축된다. 응축 및 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름은 흡수기 공급 흐름(70)으로 흡수기(18)에 공급된다. 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)은 분별칼럼 공급흐름에 있는 대부분의 메탄을 함유한다. 중질 성분이 C3및 이보다 더 중질인 화합물인 경우 압축된 증기 흐름은 분별칼럼 공급흐름에 있는 대부분의 C2 화합물을 함유한다.
도1 흐름의 몰 유속이 표1에 제시된다.
Figure 112009044631528-pct00001
도2는 도1 공정의 변형이다. 여기서 흡수기 하부 흐름(45)은 팽창기(23)에서 팽창되고 오버헤드 교환기(20)에서 적어도 부분적으로 응축되어 응축된 흡수기 하부 흐름(45a)을 형성한다. 응축된 흡수기 하부 흐름(45a)은 용기(30)에서 분리되는 액체 및 증기 탄화수소 상으로 구성된다. 분리된 액체 흐름(45b)은 두 흐름, 즉 제1 분리된 액체 흐름(45c) 및 제2 분리된 액체 흐름(45d)으로 분리된다. 제2 분리된 액체 흐름(45d)은 추가 가열을 하지 않고 분별 칼럼(22)에 바로 공급된다. 제1 분리된 액체 흐름(45c)은 분리된 액체 흐름(45b)의 0-100% 이다. 용기(30)에서 나온 분리된 증기 흐름(45e)은 제1 분리된 액체 흐름(45c)과 조합되어 분별 칼럼(22)에 도입되기 전에 유입 가스 흐름(40)과 열교환 접촉에 의해 전방 단부 교환기(12)에서 더욱 가열된다.
도3-5는 본 발명의 또 다른 실시를 보여준다. 도3에서 기계적 냉동 시스템(33)이 사용되어 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)을 적어도 부분적으로 응축하여 적어도 부분적으로 응축된 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(62)을 생성한다. 적어도 부분적으로 응축된 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(62)은 분리기(26)에서 분리된다. 기계적 냉동 시스템은 프로판 냉각제 시스템을 포함한다. 도4에서 분별 칼럼(22) 내의 내부 응축기(31)가 사용되어 흡수기 오버헤드 흐름(46)을 사용하여 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름을 적어도 부분적으로 응축한다. 흡수기 오버헤드 흐름(46)은 내부 응축기에서 열교환에 의해 데워진 후 내부 응축기 배출 흐름(76)으로 나가고, 전방 단부 교환기(12)에서 다른 공정 흐름과 열 교환 접촉에 의해 데워지며, 압축기(28)에서 압축되어 잔류 가스 흐름(50)을 형성한다. 도5는 도4와 동일하지만, 도3의 기계적 냉동 시스템이 첨가된 것인데, 이는 내부 응축기에 대하여 사용되는 외부에 위치한 냉동 시스템일 수 있다. 본 구체예에서, 흡수기 하부 흐름(45)은 오버헤드 교환기(20) 및 전단 단부 교환기(12)에서 냉각되고, 팽창기(23)에서 팽창된 후 칼럼 중앙부위 공급 흐름(78)으로 분별 칼럼(22)에 보내진다. 흡수기 오버헤드 흐름(46)은 오버헤드 교환기(20) 및 전단 단부 교환기(12)에서 데워지고, 압축기(28)에서 압축되어 잔류 가스 흐름(50)을 생성한다. 모든 경우에 분별칼럼 하부 흐름은 모든 중질 성분을 함유한다.
도6-8은 C2 및 이보다 더 중질인 화합물의 회수를 향상시키도록 구성된 본 발명의 극저온 가스 분리 공정을 보여준다. 도6의 공정은 위와 유사한 2-칼럼 시스템을 활용한다. 가압된 유입 탄화수소 가스 흐름(40), 특히 가압된 천연가스 흐름이 주변온도와 약 900psia의 압력에서 C2회수 모드에서 작동하는 극저온 분리 공정(100)에 도입된다. 처리된 유입 가스 흐름(40)은 분리된 유입가스 흐름(40a,40b)으로 분할된다. 분리된 유입 가스 흐름(40a)은, 오버헤드 교환기(20)에서 흡수기 오버헤드 흐름(46)을 데워서 형성된 흐름(50)과 열교환 접촉에 의해 전방 단부 교환기(12)에서 냉각된다.
분리된 유입 가스 흐름(40b)은 분별 칼럼(22)의 측부 보일러(32a,32b)에 열을 제공하고 냉각된다. 분리된 유입 가스 흐름(40b)은 분별 칼럼(22)의 최하위 공급 트레이 아래에 있는 제1 제거 트레이로부터 제거된 제1 액체 응축물 흐름(127)과의 열교환 접촉을 위해 하부 측부 보일러(32b)에 먼저 공급된다. 그에 따라 제1 액체 응축물 흐름(127)은 데워지고 그 후 제거된 지점의 아래에 있는 제1 복귀 트레이로 다시 복귀한다. 다음에 분리된 유입 가스 흐름(40b)은, 분별 칼럼(22)의 최하위 공급 트레이의 아래 그리고 제1 액체 응축물 흐름(127)이 제거된 제1 제거 트레이 위에 있는 제2 제거 트레이로부터 제거된 제2 액체 응축물 흐름(126)과의 열교환 접촉을 위해 상부 측부 보일러(32a)에 공급된다. 그에 따라 제2 액체 응축물 흐름(126)은 데워지고, 제거된 지점의 아래 그리고 제1 액체 응축물 흐름(127)이 제거된 제1 제거 트레이 위에 있는 제2 복귀 트레이로 다시 복귀된다. 분리된 유입 가스 흐름(40b)은 냉각되고 적어도 부분적으로 응축된 이후 냉각된 흐름(40a)과 재조합된다. 조합된 흐름(40a,40b)은 저온 분리기(14)에 공급되어 제1 액체 흐름(44)으로부터 제1 증기 흐름(42)을 제거함으로써 분리된다. 제1 액체 흐름(44)은 팽창기(24)에서 팽창되어 제1 분별칼럼 공급흐름(58)으로 분별 칼럼(22)의 중앙 공급 트레이에 제공된다. 제1 액체 흐름(44)에서 나온 액체 흐름(144a)은 제2 증기 흐름(142b)과 조합되어 오버헤드 교환기(20)에 제공된다.
제1 증기 흐름(42)의 적어도 일부는 팽창기(16)에서 팽창되어 팽창된 증기 흐름(42a)으로 흡수기(18)에 제공된다. 제1 증기 흐름(42)의 나머지 부분, 즉 제2 증기 흐름(142b)은 오버헤드 교환기(20)에 공급되어 다른 공정 흐름과 열교환 접촉에 의해 적어도 부분적으로 응축된다. 적어도 부분적으로 응축된 제2 증기 흐름(142b)은 팽창기(35)에서 팽창된 이후 C2화합물 및 이보다 더 경질인 화합물이 농후한 제2 흡수기 공급 흐름(151)으로 흡수기(18)의 중앙 부위에 제공된다.
흡수기(18)는 팽창된 증기 흐름(42a), 제2 흡수기 공급 흐름(151) 및 흡수기 공급 흐름(70)으로부터 오버헤드 흐름(46) 및 흡수기 하부 흐름(45)을 생성한다.
흡수기(18)에서, 팽창된 증기 흐름(42a)과 제2 흡수기 공급 흐름(151)에서 상승하는 증기는 흡수기 공급 흐름(70)으로부터 낙하하는 액체와 친밀한 접촉에 의해 적어도 부분적으로 응축되어, 팽창된 증기 흐름(42a) 및 제2 증기 흐름(142b)에서 메탄 및 더 경질인 화합물을 사실상 모두 포함한 흡수기 오버헤드 흐름(46)을 생성한다. 응축된 액체는 칼럼 아래로 하강하여 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물을 대부분 포함한 흡수기 하부 흐름(45)으로 제거된다.
흡수기 오버헤드 흐름(46)은 오버헤드 교환기(20)로 보내지고, 여기서 제2 증기 흐름(142b) 및 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)과의 열교환 접촉을 통해 데워진다. 흡수기 오버헤드 흐름(46)은 전방 단부 교환기(12)에서 더욱 데워지고 팽창기가 보조된 보조 압축기(expander-booster compressor)(28,25)에서 800psia 이상의 압력이나 파이프라인 기준으로 압축되어 잔류 가스 흐름(50)을 형성한다. 잔류 가스 흐름(50)은 유입 가스에 있는 대부분의 메탄과 소량의 C2화합물과 이보다 더 중질인 화합물을 함유하는 파이프라인 판매 가스이다. 흡수기 하부 흐름(45)은 팽창 밸브(23)와 같은 팽창 수단에서 팽창 및 냉각되어 분별 칼럼(22)의 중앙 공급 트레이에 제2 분별칼럼 공급흐름(48)으로 제공된다. 흡수기(18)와 분별 칼럼(22) 간의 예정된 압력 차이로 인해 흡수기 하부 흐름(45)이 펌프 없이 분별 칼럼(22)에 제공될 수 있다.
분별 칼럼(22)은 흡수기(18)보다 낮은 400psia 이상에서 작동된다. 분별 칼럼 공급속도와 온도 및 압력 프로파일은 분별 칼럼과 흡수기 간에 설정된 차압, 가령 150psia가 유지되는 한 액체 공급 흐름에 있는 화합물의 허용 가능한 분리 효율을 획득하도록 선택된다. 제1 분별칼럼 공급흐름(58)과 제2 분별칼럼 공급흐름(48)이 하나 이상의 중앙 칼럼 공급 트레이에 제공되어 분별칼럼 하부 흐름(72) 및 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)을 생성한다. 분별칼럼 하부 흐름(72)은 냉각되어 대부분의 중질 성분을 함유한 NGL 제품 흐름을 생성하기 위해 이 냉각될 수 있다.
분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)은 오버헤드 압축기(27)에 제공되어 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)으로서 흡수기(18)의 작동압력(P)으로 압축된다. 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)은 흡수기 오버헤드 흐름(46) 및 제2 증기 흐름(142b)과의 열교환 접촉에 의해 오버헤드 교환기(20)에서 적어도 부분적으로 응축된다. 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)은 흡수기 공급 흐름(70)으로 흡수기(18)에 공급된다.
도6 흐름의 몰 유속이 표1에 제시된다.
Figure 112009044631528-pct00002
도6a-8은 C2 및 이보다 더 중질인 화합물의 회수를 향상시키도록 구성된 본 발명의 극저온 가스 분리 공정을 보여주는데 고압 흡수기가 C2 및 더 경질인 화합물이 농후한 흐름을 받아들여 분리 효율을 향상시킨다. 도6a는 도6의 또 다른 실시예이다. 도6a에서 하나 이상의 물질 전달 단계를 갖는 저온 흡수기(15)가 저온 분리기(14) 대신에 사용된다. 유입가스 흐름(40)은 분리된 유입가스 흐름(40a,40b)으로 분할된다. 분리된 유입가스 흐름(40a)은 흡수기 오버헤드 흐름(46)과의 열교환 접촉에 의해 전방 단부 교환기(12)에서 냉각되고 제1 분리된 저온흡수기 공급 흐름(40c)으로 나온다. 분리된 유입 가스 흐름(40b)은 보일러(32a,32b)에서 각각 제2, 제1 액체 응축물 흐름(126,127)과의 열교환 접촉에 의해 냉각되어 제2 분리된 저온흡수기 공급 흐름(40d)으로 나온다. 제1 및 제2 분리된 저온흡수기 공급 흐름(40c,40d) 중에 더 차가운 흐름은 저온 흡수기(15)의 상부에 공급되고 더 고온인 흐름은 저온 흡수기(15)의 하부에 공급된다. 추가로 제1 액체 흐름(44)의 적어도 일부는 액체 흐름(144a)으로 분할되어 제2 증기 흐름(142b)과 조합된다.
도7은 도6에 도시된 극저온 C2+회수 공정의 또 다른 예를 보여준다. 여기서 저온 흡수기(15)에서 나온 제1 증기 흐름(42)은 팽창기(16)에 들어가기 전 분할 없이 팽창된 증기 흐름(42a)으로 팽창기(16)를 통과한다. 본 구체예에서 팽창된 증기 흐름(42a)은, 다른 구체예에 언급된 바와 같이 팽창된 증기 흐름(42a)과 제2 증기 흐름(142b)으로 분할되는 것과는 달리, 전체가 흡수기(18) 하부에 공급된다. 흡수기(18)에는 제2 흡수기 공급 흐름(151)도 제공된다. 제2 흡수기 공급 흐름(151)은, 잔류 가스 흐름(50)의 제2 증기 흐름(142b)을 취한 후, 오버헤드 교환기(20)에서 가열하고, 팽창기(35)에서 팽창시킨 후, 흡수기(18)에 제2 흡수기 공급 흐름(151)으로 공급하여 생성된다. 흡수기 공급 흐름(70)은 도6과 동일하게 유지된다.
도7a는 도7의 또 다른 실시예이다. 도7a에서 하나 이상의 물질 전달 단계를 갖는 저온 흡수기(15)가 저온 분리기(14) 대신에 사용된다. 유입가스 흐름(40)은 분리된 유입가스 흐름(40a,40b)으로 분할된다. 분리된 유입가스 흐름(40a)은 흡수기 오버헤드 흐름(46)과의 열교환 접촉에 의해 전방 단부 교환기(12)에서 냉각되고 제1 분리된 저온흡수기 공급 흐름(40c)으로 나온다. 분리된 유입 가스 흐름(40b)은 보일러(32a,32b)에서 각각 제2, 제1 액체 응축물 흐름(126,127)과의 열교환 접촉에 의해 냉각되어 제2 분리된 저온흡수기 공급 흐름(40d)으로 나온다. 제1 및 제2 분리된 저온흡수기 공급 흐름(40c,40d) 중에 더 차가운 흐름은 저온 흡수기(15)의 상부에 공급되고 더 고온인 흐름은 저온 흡수기(15)의 하부에 공급된다.
도8은 C2+ 회수 공정의 또 다른 예를 보여준다. 여기서 유입 가스 흐름(40)은 전방 단부 교환기(12)에서 냉각되고 저온 흡수기(15)에 도입된다. 제1 증기 흐름(42)은 팽창기(16)에서 팽창되고 팽창된 증기 흐름(42a)으로 흡수기(18)에 도입된다. 본 구체예에서 팽창된 증기 흐름(42a)은, 다른 구체예에 언급된 바와 같이 흐름(42a)과 흐름(142b)으로 분할되는 것과는 달리, 전체가 흡수기(18) 하부에 공급된다. 두 가지 다른 흡수기 공급 흐름이 본 구체예에 존재한다. 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)은 압축기(27)에서 흡수기(18)와 동일한 압력으로 압축되어, 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)으로 나온다. 분별칼럼 하부 흐름은 모든 중질 성분을 함유한다. 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)은 오버헤드 교환기(20)에서 적어도 부분적으로 응축되어 흡수기 공급 흐름(70)으로 흡수기(18)에 도입된다. 잔류 가스 흐름(50)의 제2 증기 흐름(142b)은 보일러(32a,32b)에서 가열되고, 오버헤드 교환기(20)에서 적어도 부분적으로 응축되고, 팽창기(35)에서 흡수기(18)와 동일한 압력으로 팽창되어 제2 흡수기 공급 흐름(151)으로 흡수기(18)에 도입된다.
C2 또는 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물 회수를 위해 하류 분별 칼럼보다 큰 예정된 차압에서 흡수기가 작동하는 본 발명의 장점은 많다. 첫째 재압축 마력 부담이 감소되어 가스 처리 생산량이 증가한다. 이것은 특히 고압 유입 가스의 경우 적용된다. 재압축 마력 부담은 더 낮은 흡수기 작동압력으로 유입 가스를 팽창하므로 생긴다. 흡수기에서 생성된 잔류 가스는 이후 파이프라인 기준으로 재압축된다. 흡수기 작동 압력을 증가시킴으로써 가스 압축이 덜 필요하다. 가스의 더 낮은 재압축 마력 부담에 추가적으로 다른 장점이 존재한다. 오버헤드 압축기가 분별 칼럼(22)의 압력을 조절하여 특히 공정의 개시 동안 분별 칼럼이 압력 상승하는 것을 방지한다. 흡수기 압력은 상승이 허용되므로 분별 칼럼을 보호하는 완충제로 작용하므로 분별 칼럼 작동 안전성을 증가시킨다. 본 발명의 분별 칼럼은 공지 기술보다 낮은 압력에서 작동하도록 설계되므로 칼럼의 초기 투자비용이 감소된다. 또 다른 장점은 오버헤드 압축기가 적절한 작동 범위 내에서 칼럼을 유지시켜 오프셋을 방지하며 분리 효율의 손실이 없다.
둘째 본 발명은 분리 효율 및 열 집적을 최적화하기 위해 하류 분별 칼럼의 온도 및 압력 프로파일의 조정을 허용한다. 농후한 유입 가스 흐름의 경우에 본 발명은 C2 또는 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물 회수를 향상시키도록 더 낮은 온도 및 압력에서 분별 칼럼의 작동을 허용한다. 또한 더 낮은 압력에서 분별 칼럼의 작동은 칼럼의 열 부담을 감소시킨다. 다양한 공정 흐름에 함유된 열에너지는 분별 칼럼 측부 보일러나 오버헤드 교환기 또는 사전 냉각 유입 가스 흐름을 위해 사용될 수 있다.
셋째 분리 공정의 에너지 및 열 집적이 더 높은 압력에서 흡수기를 작동시킴으로써 향상된다. 흡수기에서 나온 고압 액체 및 증기 흐름에 함유된 에너지는 터보 팽창기에서와 같은 등엔트로피 팽창 단계를 가스 압축단계와 조합하여 포획될 수 있다.
마지막으로 본 발명은 흡수기와 분별 칼럼 간에 액체 펌프의 필요성을 제거한다. 칼럼 간의 모든 흐름은 칼럼 간의 압력 차이에 의해 흐른다.

Claims (46)

  1. 메탄, C2화합물, C3화합물 및 중질 화합물을 함유한 유입 가스 흐름으로부터 중질 성분을 분리하는 방법에 있어서,
    (a)유입 가스(40)를 부분적으로 응축 및 분리하여 제1 증기 흐름(42)과 제1 액체 흐름(44)을 생성하고;
    (b)제1 액체 흐름(44)의 일부를 팽창시켜 제1 분별칼럼 공급흐름(58)을 생성하고;
    (c)분별 칼럼(22)에 제1 분별칼럼 공급흐름(58)과 제2 분별칼럼 공급흐름(48)을 공급하여 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)과 분별칼럼 하부 흐름(72)을 생성하고;
    (d)제1 증기 흐름(42)의 일부를 팽창시켜 팽창된 증기 흐름(42a)을 생성하고;
    (e)분별 칼럼(22)보다 50 내지 350 psia 만큼 높은 압력을 갖는 흡수기(18)에 팽창된 증기 흐름(42a)과 흡수기 공급 흐름(70)을 공급하여 흡수기 오버헤드 흐름(46)과 흡수기 하부 흐름(45)을 생성하고;
    (f)분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60) 또는 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(66)을 흡수기 압력으로 압축하여 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)을 생성하고 분별 칼럼(22)과의 압력 차이를 유지하여 흡수기 압력을 조절하며;
    (g)압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)을 부분적으로 응축시켜 흡수기 공급 흐름(70)을 생성하는 단계를 포함하고;
    분별칼럼 하부 흐름(72)이 대부분의 중질 성분 및 이보다 더 중질인 화합물을 함유함을 특징으로 하는 분리방법
  2. 제 1항에 있어서, 흡수기 압력이 500psia 이상임을 특징으로 하는 방법
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 단계(a)의 부분적 응축이 열교환기, 액체 팽창기, 증기 팽창기, 팽창밸브 또는 이의 조합에서 선택된 장치에서 이루어짐을 특징으로 하는 방법
  5. 제 1항에 있어서, 단계(c)의 제1 분별칼럼 공급흐름(58) 및 제2 분별칼럼 공급흐름(48)이 분별 칼럼(22)의 중앙 부위에 제공됨을 특징으로 하는 방법
  6. 제 1항에 있어서, 단계(f)의 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)이 제1 분별칼럼 공급흐름(58) 및 제2 분별칼럼 공급흐름(48)에 있는 대부분의 메탄을 함유함을 특징으로 하는 방법
  7. 제 6항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)이 제1 분별칼럼 공급흐름(58)과 제2 분별칼럼 공급흐름(48)에 있는 C2화합물의 대부분을 함유함을 특징으로 하는 방법
  8. 제 1항에 있어서, 단계(e)의 흡수기(18)가 적어도 하나의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 축적된 베드, 물질 전달 장치 또는 이의 조합을 포함함을 특징으로 하는 방법
  9. 제 1항에 있어서, 단계(c)의 분별 칼럼(22)이 적어도 하나의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 축적된 베드, 물질 전달 장치 또는 이의 조합을 포함함을 특징으로 하는 방법
  10. 제 1항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고,
    (h)분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)을 부분적으로 응축시켜 응축된 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(62)을 생성하고;
    (i)응축된 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(62)을 분리하여 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(66) 및 분별 환류 흐름(64)을 생성하고;
    (j)분별 칼럼(22)에 분별 환류 흐름(64)을 제공하고, ;
    (k)분별칼럼 하부 흐름(72)을 냉각하고 분별칼럼 하부 흐름의 일부를 환류 흐름(72a)으로 분별 칼럼(22)에 제공하고;
    (l)단계(b)에서 제1 분별칼럼 공급흐름(58)을 생성하기 전에 제1 액체 흐름(44)의 일부를 응축시키는 단계를 포함하고;
    분별칼럼 하부 흐름(72)이 대부분의 중질 성분 및 이보다 더 중질인 화합물을 함유함을 특징으로 하는 분리방법
  11. 제 10항에 있어서,
    (m)제1 액체 흐름(44)의 나머지 부분을 가열하여 제3 분별칼럼 공급흐름(53)을 생성하고;
    (n)제3 분별칼럼 공급흐름을 분별 칼럼(22)이나 제1 분별칼럼 공급흐름(58)에 제공하는 단계를 더욱 포함하는 방법
  12. 제 10항에 있어서,
    (m)흡수기 하부 흐름(45)을 팽창시키고;
    (n)흡수기 하부 흐름(45)을 부분적으로 응축시켜 응축된 흡수기 하부 흐름(45a)을 생성하고;
    (o)응축된 흡수기 하부 흐름(45a)을 분리된 증기 흐름(45e)과 분리된 액체 흐름(45b)으로 분리하고;
    (p)분리된 액체 흐름을 제1 분리된 액체 흐름(45c)과 제2 분리된 액체 흐름(45d)으로 분리하고, 여기서 제1 분리된 액체 흐름(45c)이 분리된 액체 흐름 용량의 0-100%이고;
    (q)제2 분리된 액체 흐름(45d)을 제2 분별칼럼 공급흐름(48)으로 분별 칼럼(22)에 제공하고;
    (r)제1 분리된 액체 흐름(45c)을 분리된 증기 흐름(45e)과 조합하여 제3 분별칼럼 공급흐름(53)을 생성하고;
    (s)제3 분별칼럼 공급흐름(53)을 가열하고;
    (t)제3 분별칼럼 공급흐름(53)을 분별 칼럼(22)에 제공하는 단계를 더욱 포함하는 방법
  13. 제 10항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 청구항1의 단계(g)의 응축이 흡수기 하부 흐름(45), 흡수기 오버헤드 흐름(46), 제1 액체 흐름(44)의 일부 또는 이의 조합에서 선택된 공정 흐름과 열교환 접촉에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 방법
  14. 제 10항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 분별 칼럼(22)에 제공되는 제1 분별칼럼 공급흐름(58)과 제2 분별칼럼 공급흐름(48)이 흡수기 오버헤드 흐름(46), 유입 가스 흐름, 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68), 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60) 또는 이의 조합에서 선택된 하나 이상의 공정 흐름과 열교환 접촉에 의해 냉각됨을 특징으로 하는 방법
  15. 제 14항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 열교환 접촉이 열교환기나 응축기에서 선택된 장치에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 방법
  16. 제 10항에 있어서,
    중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 청구항 1의 단계(c)에서 분별 칼럼(22)에 제공되는 제1 분별칼럼 공급흐름(58)이 열교환기에서 흡수기 오버헤드 흐름(46)과 열교환 접촉에 의해 냉각되고;
    단계(c)의 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)이 기계적 냉동 시스템(33)에서 부분적으로 응축되고;
    단계(g)가 흡수기 오버헤드 흐름(46)과 열교환 접촉에 의해 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)을 응축시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법
  17. 제 1항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 단계(e)의 흡수기 오버헤드 흐름(46)이 분별 칼럼(22)의 내부 응축기에 보내짐을 특징으로 하는 방법
  18. 제 17항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물이고 이보다 더 중질인 화합물은 기계적 냉동 시스템(33)을 사용하는 내부 응축기(31)에서 부분적으로 응축되어 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)을 생성함을 특징으로 하는 방법
  19. 제 1항에 있어서, 중질 성분이 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고,
    (h)최하위 공급 트레이 아래의 제1 제거 트레이에서 제1 액체 응축물 흐름(127)을 제거하고;
    (i)제1 액체 응축물 흐름(127)을 데우고;
    (j)제1 제거 트레이 아래에 위치한 제1 복귀 트레이에 제1 액체 응축물 흐름(127)을 복귀시키고;
    (k)제1 제거 트레이와 최하위 공급 트레이 사이에 있는 제2 제거 트레이에서 제2 액체 응축물 흐름(126)을 제거하고;
    (l)제2 액체 응축물 흐름(126)을 데우고;
    (m)제2 제거 트레이와 제1 제거 트레이 사이에 있는 제2 복귀 트레이에 제2 액체 응축물 흐름(126)을 복귀시키고;
    (n)흡수기(18)에 제2 흡수기 공급 흐름(151)을 제공하는 단계를 포함하고;
    분별칼럼 하부 흐름(72)이 대부분의 중질 성분 및 이보다 더 중질인 화합물을 함유함을 특징으로 하는 분리방법
  20. 제 19항에 있어서, 중질 성분이 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 청구항 1의 단계(g)의 응축이 제2 증기 흐름(142b), 흡수기 오버헤드 흐름(46) 또는 이의 조합에서 선택된 공정 흐름과 열교환 접촉에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 방법
  21. 제 19항에 있어서, 중질 성분이 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 흡수기(18)에 제2 증기 흐름(142b)의 응축된 부분과 잔류 가스 제2 증기 흐름의 일부에서 선택된 제2 흡수기 공급 흐름(151)을 공급하는 단계를 더욱 포함하는 방법
  22. 제 21항에 있어서, 중질 성분이 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고,
    (o)저온 흡수기(15)에 제1 분리된 저온흡수기 공급 흐름과 제2 분리된 저온흡수기 공급 흐름을 제공하고;
    (p) 제1 분리된 저온흡수기 공급 흐름과 제2 분리된 저온흡수기 공급 흐름 중에서 더 차가운 흐름을 저온 흡수기(15)의 상부에 제공하고;
    (q) 제1 분리된 저온흡수기 공급 흐름과 제2 분리된 저온흡수기 공급 흐름 중에서 더 고온인 흐름을 저온 흡수기(15)의 하부에 제공하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법
  23. 제 19항에 있어서, 중질 성분이 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 제2 흡수기 공급 흐름(151)을 흡수기(18)에 도입하기 전에 제2 흡수기 공급 흐름(151)을 냉각, 부분적인 응축 및 팽창시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법
  24. 제 23항에 있어서, 중질 성분이 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고, 제2 흡수기 공급 흐름(151)을 냉각 및 부분적으로 응축시키기 이전에, 제1 액체 흐름(44)의 일부를 액체 흐름(144a)으로 제2 흡수기 공급 흐름(151)에 공급하는 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법
  25. 메탄, C2화합물, C3화합물 및 중질 화합물의 혼합물을 함유한 유입 가스 흐름으로부터 중질 성분을 분리하는 장치에 있어서,
    (a) 제1 증기 흐름(42)과 제1 액체 흐름(44)을 생성하기 위하여 유입 가스 흐름(40)을 부분적으로 응축 및 분리하는 수단;
    (b) 제1 액체 흐름(44)을 팽창시켜 제1 분별칼럼 공급흐름(58)을 생성하는 팽창수단;
    (c) 제1 분별칼럼 공급흐름(58)과 제2 분별칼럼 공급흐름(48)을 받아들여 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)과 분별칼럼 하부 흐름(72)을 생성하는 분별 칼럼(22);
    (d) 제1 증기 흐름(42)의 일부를 팽창시켜 팽창된 증기 흐름(42a)을 생성하는 팽창수단;
    (e) 분별 칼럼(22)보다 50 내지 350 psia 만큼 높은 압력을 가지며 팽창된 증기 흐름(42a)과 흡수기 공급 흐름(70)을 공급하여 흡수기 오버헤드 흐름(46)과 흡수기 하부 흐름(45)을 생성하는 흡수기(18);
    (f) 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60) 또는 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(66)을 흡수기 압력으로 압축하여 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)을 생성하고 분별 칼럼(22)과의 압력 차이를 유지하여 흡수기 압력을 조절하는 압축기;
    (g)압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)을 부분적으로 응축시켜 흡수기 공급 흐름(70)을 생성하는 응축 수단을 포함하고;
    분별칼럼 하부 흐름(72)이 대부분의 중질 성분 및 이보다 더 중질인 화합물을 함유함을 특징으로 하는 분리장치
  26. 제 25항에 있어서, (e)의 흡수기 압력이 500psia 이상임을 특징으로 하는 장치
  27. 삭제
  28. 제 25항에 있어서, (a)의 수단이 열교환기, 액체 팽창기, 증기 팽창기, 팽창밸브 또는 이의 조합에서 선택됨을 특징으로 하는 장치
  29. 제 25항에 있어서, 제1 분별칼럼 공급흐름(58) 및 제2 분별칼럼 공급흐름(48)이 분별 칼럼(22)의 중앙 부위에 제공됨을 특징으로 하는 장치
  30. 제 25항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고,
    (h)분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(60)을 부분적으로 응축시켜 응축된 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(62)을 생성하는 응축수단;
    (i)응축된 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(62)을 분리하여 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(66) 및 분별 환류 흐름(64)을 생성하는 분리수단;
    (j)분별 환류 흐름을 제공받는 분별 칼럼(22);
    (k)분별칼럼 하부 흐름(72)을 받아들여 냉각하고 분별칼럼 하부 흐름의 일부를 환류 흐름(72a)으로 분별 칼럼(22)에 제공하는 하부 교환기를 포함하고;
    분별칼럼 하부 흐름(72)이 대부분의 중질 성분 및 이보다 더 중질인 화합물을 함유함을 특징으로 하는 분리장치
  31. 제 30항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고,
    (l)제1 액체 흐름(44)의 일부를 가열하여 제3 분별칼럼 공급흐름을 생성하는 가열수단;
    (m)제3 분별칼럼 공급흐름을 수용하는 분별 칼럼(22), 또는 제3 분별칼럼 공급흐름을 수용하는 제1 분별칼럼 공급흐름(58)을 더욱 포함하는 장치
  32. 제 31항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고,
    (n)흡수기 하부 흐름(45)을 팽창시키는 팽창기(23);
    (o)흡수기 하부 흐름(45)을 부분적으로 응축시켜 응축된 흡수기 하부 흐름(45a)을 생성하는 냉각수단;
    (p)응축된 흡수기 하부 흐름(45a)을 분리된 증기 흐름(45e)과 분리된 액체 흐름(45b)으로 분리하는 분리수단;
    (q)분리된 액체 흐름(45b)을 제1 분리된 액체 흐름(45c)과 제2 분리된 액체 흐름(45d)으로 분리하는 수단, 여기서 제1 분리된 액체 흐름(45c)이 분리된 액체 흐름(45b) 용량의 0-100%이며;
    (r)제2 분리된 액체 흐름(45d)을 제2 분별칼럼 공급흐름(48)으로서 받아들이는 분별 칼럼(22);
    (s)제1 분리된 액체 흐름(45c)을 분리된 증기 흐름(45e)과 조합하여 제3 분별칼럼 공급흐름(53)을 생성하는 조합수단;
    (t)제3 분별칼럼 공급흐름(53)을 가열하는 수단;
    (u)제3 분별칼럼 공급흐름(53)을 받아들이는 분별 칼럼(22)을 더욱 포함하는 장치
  33. 제 30항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 열교환기가 분별칼럼 공급흐름, 흡수기 오버헤드 흐름(46), 또는 이의 조합에서 선택된 하나 이상의 공정 흐름과 열교환 접촉에 의해 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)을 부분적으로 응축시킴을 특징으로 하는 장치
  34. 제 25항에 있어서, 중질 성분이 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고,
    (h)최하위 공급 트레이 아래의 제1 제거 트레이에서 제1 액체 응축물 흐름(127)을 제거하는 분별 칼럼(22);
    (i)제1 액체 응축물 흐름(127)을 데우는 가열수단;
    (j)제1 제거 트레이 아래에 위치한 제1 복귀 트레이에 제1 액체 응축물 흐름(127)을 복귀시키는 분별 칼럼(22);
    (k)제1 제거 트레이와 최하위 공급 트레이 사이에 있는 제2 제거 트레이에서 제2 액체 응축물 흐름(126)을 제거하는 분별 칼럼(22);
    (l)제2 액체 응축물 흐름(126)을 데우는 가열수단;
    (m)제2 제거 트레이와 제1 제거 트레이 사이에 있는 제2 복귀 트레이에 제2 액체 응축물 흐름(126)을 복귀시키는 분별 칼럼;
    (n)제2 흡수기 공급 흐름(151)을 받아들이는 흡수기(18)를 포함하고;
    분별칼럼 하부 흐름(72)이 대부분의 중질 성분 및 이보다 더 중질인 화합물을 함유함을 특징으로 하는 분리장치
  35. 제 34항에 있어서, 중질 성분이 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 분별 칼럼(22)이 유입가스 흐름(40)의 일부, 잔류 가스 흐름(50)의 일부, 또는 이의 조합에서 선택된 공정 흐름과 열교환 접촉하는 하나 이상의 측부 보일러를 포함함을 특징으로 하는 장치
  36. 제 34항에 있어서, 중질 성분이 C2화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 제25항의 (a)의 수단이 응축된 유입 가스 흐름의 일부를 받아들이는 하나 이상의 물질 전달 단(mass transfer stage)을 가지며 제1 액체 흐름과 제1 증기 흐름(42)을 생성하는 저온 흡수기를 포함함을 특징으로 하는 장치
  37. 제 25항에 있어서, (e)의 흡수기(18)가 하나 이상의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 축적된 베드, 물질 전달 장치 또는 이의 조합을 포함함을 특징으로 하는 장치
  38. 제 25항에 있어서, (c)의 분별 칼럼(22)이 하나 이상의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 축적된 베드, 물질 전달 장치 또는 이의 조합을 포함함을 특징으로 하는 장치
  39. 제 25항에 있어서, 응축된 흡수기 하부 흐름을 분리된 증기 흐름 및 액체 흐름으로 분리하는 용기(30)를 더욱 포함하는 장치
  40. 제 25항에 있어서, 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)이 제1 분별칼럼 공급흐름(58) 및 제2 분별칼럼 공급흐름(48)에 있는 대부분의 메탄을 함유함을 특징으로 하는 장치
  41. 제 40항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물이고 압축된 제2 분별칼럼 오버헤드 증기 흐름(68)이 제1 분별칼럼 공급흐름(58) 및 제2 분별칼럼 공급흐름(48)에 있는 일부분의 C2화합물을 함유함을 특징으로 하는 장치
  42. 제 25항에 있어서, 흡수기(18)와 분별 칼럼(22) 간의 압력차이가 분별칼럼 공급흐름을 분별 칼럼(22)에 흐르게함을 특징으로 하는 장치
  43. 제 25항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 응축수단이 열교환기임을 특징으로 하는 장치
  44. 제 43항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 분별 오버헤드 증기 흐름(60)이 기계적 냉동 시스템(33)에서 부분적으로 응축됨을 특징으로 하는 장치
  45. 제 25항에 있어서, 중질 성분이 C3화합물 및 이보다 더 중질인 화합물이고 흡수기 오버헤드 흐름(46)을 500psia 이상으로 압축하는 압축기를 더욱 포함하는 장치
  46. 제 43항에 있어서, 분별 칼럼(22)은 분별칼럼 공급흐름을 응축시키는 내부응축기(31)를 더욱 포함함을 특징으로 하는 장치
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