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KR20050085825A - 린 환류-고도의 탄화수소 회수 공정 - Google Patents

린 환류-고도의 탄화수소 회수 공정 Download PDF

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KR20050085825A
KR20050085825A KR1020057011517A KR20057011517A KR20050085825A KR 20050085825 A KR20050085825 A KR 20050085825A KR 1020057011517 A KR1020057011517 A KR 1020057011517A KR 20057011517 A KR20057011517 A KR 20057011517A KR 20050085825 A KR20050085825 A KR 20050085825A
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absorber
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column
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Inventor
샌지브 엔. 파텔
조지 에이치. 포글리에타
Original Assignee
에이비비 루머스 글러벌 인코포레이티드
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Filing date
Publication date
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Abstract

탄화수소 기체 흐름으로부터 프로판 및 더 무거운 성분의 회수를 위한 이탑 설계 공정이 제공된다. 공급 기체(12)는 냉각되고(14), 부분적으로 응축되고, 이후 분리되어(24) 제 1 액체 흐름(22) 및 제 1 증기 흐름 (26)을 제공한다. 제 1 액체 흐름은 하부에서 프로판 및 더 무거운 성분(54)의 대부분을 회수하고 상부 기체 흐름(42)를 생성하는 증류탑(28)으로 보내진다. 제 1 증기 흐름(26)은 팽창되어(30) 하부 공급(34)으로서 흡수탑으로 보내진다. 흡수탑은 에탄 및 더 가벼운 성분 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름(16)과 흡수탑 하부 흐름(18)을 생성한다. 흡수탑 하부 흐름은 가열되어(14) 중간 공급(52)으로서 증류탑(28)으로 보내진다. 흡수탑 상부 흐름은 데워지고(40) 선택적으로 압축된다(48, 49). 압축된 흐름(20)의 일부는 실질적으로 응축되어 정상 공급으로서 흡수탑으로 보내진다. 상기 공정 및 장치는 에탄 및 더 무거운 탄화수소를 회수하는데 사용될 수 있다.

Description

린 환류-고도의 탄화수소 회수 공정 {LEAN REFLUX-HIGH HYDROCARBON RECOVERY PROCESS}
관련 출원
본 특허 출원은 참고문헌으로 온전히 첨부된 2002년 12월 19일에 출원된 미국 가특허 출원 제 60/435,119호에 대하여 우선권을 주장한다.
배경 기술
발명의 기술 분야
본원 발명은 천연가스로부터의 탄화수소의 회수에 관련된다. 더욱 상세하게는, 본원 발명은 린 환류 흐름(lean reflux stream)을 이용하여 기체 흐름으로부터 에탄, 프로판, 및 더 무거운 화합물을 회수하는 것에 관련된다.
관련 기술의 설명
에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌 및 더 무거운 탄화수소 성분과 같은 유용한 탄화수소 성분은 다양한 기체 흐름으로 존재한다. 몇가지 기체 흐름은 천연가스 흐름, 정제된(refinery off) 기체 흐름, 석탄층(coal seam) 기체 흐름 등이다. 또한 이러한 성분들은, 몇가지 나열하자면, 석탄, 타르 샌드, 및 정제하지 않은 오일과 같은 탄화수소의 다른 공급원내에 존재할 수도 있다. 유용한 탄화수소의 양은 공급원에 따라 변화한다. 본원 발명은 50 % 이상의 메탄 및 더 가벼운 화합물 [즉, 질소, 일산화탄소(CO), 수소 등], 에탄 및 이산화탄소(C02)를 함유하는 기체 흐름으로부터의 유용한 탄화수소의 회수에 관련된다. 프로판, 프로필렌 및 더 무거운 탄화수소 성분은 일반적으로 전체 공급의 소량을 구성한다. 천연가스 및 이에 상응하는 천연가스 액체(NGL), 즉, 천연가스로부터 액체 형태로 회수된 탄화수소 성분 가격의 순환적인 변동으로 인하여, 공정은 에탄 회수 및 프로판 회수의 모든 작업방식 하에서 돌아갈 수 있도록 개선될 필요가 있다. 또한 이러한 공정은 NGL 판매로부터 발생하는 수익을 최대화하기 위하여 작업하기에 용이하고 효율적일 필요가 있다.
몇몇 공정들은 천연가스로부터 탄화수소 성분을 회수하는데 이용할 수 있다. 이들의 실례에는 냉동 공정, 린 오일 공정, 냉각된 린 오일 공정 및 극저온 공정이 있다. 최근 극저온 공정은 더 나은 신뢰성, 효율성 및 작동의 용이성으로 인하여 다른 공정보다 더 폭넓게 선호되어왔다. 회수하고자 하는 필요한 탄화수소 성분, 즉, 에탄 및 더 무거운 성분 또는 프로판 및 더 무거운 성분에 따라, 극저온 공정은 상이하다. 전형적으로, 에탄 회수 공정은 미국 특허 제 4,519,824호(Huebel 출원); 4,278,457호(Campbell 등 출원); 및 4,157,904(Campbell 등 출원)에서 설명된 바와 같이, 회수를 증가시키고 공정을 효율적으로 만들기 위하여 환류를 사용하는 단일탑(single-tower)을 사용한다.
그러나 에탄 가격이 NGL에서의 에탄 회수를 정당화시키는데 적절하지 않을 때에는, 에탄 성분은 높은 프로판 및 더 무거운 성분을 회수하는 동안 차단될 필요가 있다. 전술된 단일탑 에탄 회수 설계는 에탄을 차단할 수 있지만, 이러한 설계는 에탄 차단이 증가함에 따라 프로판 및 더 무거운 성분을 놓아주기 시작한다. 공정이 대부분의 프로판 및 더 무거운 성분을 회수하는 동안 에탄을 쉽게 차단하기 위하여, 프로판 회수 공정이 고려될 필요가 있다. 대부분의 고급 프로판 회수 공정은 이탑으로 구성되는데, 전형적으로 하나의 탑은 흡수탑 칼럼(absorber column)이며 다른 하나는 탈에탄화탑 칼럼(deethanizer column)으로 되어있다. 이러한 이탑 설계는 더 많은 비율의 프로판 및 더 무거운 성분을 회수하는 반면, 본질적으로 모든 에탄을 차단한다. 공정이 프로판 및 더 무거운 성분의 99%를 회수하기 위하여, 흡수탑 칼럼은 부가적인 린 환류 흐름이 제공된다. 이러한 린 환류 흐름은 본질적으로 프로판의 완전한 회수를 책임진다. 프로판 회수에 대한 이-탑 설계의 예는 Campbell 등이 출원한 미국 특허 제 5,771,712호에서 볼 수 있다(이하 "'712 특허"라 부르기로 한다).
'712 특허'는 '712 특허'의 바람직한 실시예인 도 4 및 도 5를 가지고 프로판 회수를 위하여 이탑 설계를 사용하는 공정을 설명한다. '712 특허'에 기술된 프로판 회수 설계는 조립하기가 더 경제적일 수 있다. 예를 들어, '712 특허'의 도 6 은 자본 비용을 감소시키기 위하여 바람직한 실시예로부터 환류 시스템을 제거하는 실시예이다. 그러나 본 공정에서는 효율성이 현저히 떨어지며, 이러한 설계는 프로판 회수가 99% 미만이라는 점에서 한계를 가진다.
유사한 공정들과 비교했을 때, 압축력의 증가 없이 99% 이상의 프로판을 회수할 수 있는 프로판 회수 공정이 필요하다. 만약 공정을 자본 비용이 감소하도록 환류 시스템을 제거하는 것과 같이 구성할 수 있다면 바람직할 것이다.
도면의 간단한 설명
앞서 간단하게 요약된 발명의 설명에서 앞으로 명확해 질 다른 점들 뿐만 아니라 본원 발명의 특징, 이점 및 목적을 더욱 상세하고 더욱 구체적으로 이해하기 위하여 첨부된 도면에 도시된 이들의 실시예를 참고할 수 있는데, 이들 실시예는 본 명세서의 일부를 형성한다. 그러나 도면은 본원 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 것일 뿐이므로, 다른 동일한 효과를 가지는 실시예에 적용할 수 있는 것과 같이 본원 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않음을 알아두어야 한다.
도 1은 Paradowski 등이 출원한 미국 특허 제 4,690,702호에서 보는 바와 같이, 프로판 회수를 위한 전형적인 이탑 공정을 설명하는 선행 기술 공정을 단순화시킨 흐름도이다.
도 2는 본원 발명의 실시예에 따라 본원 발명의 개선점들을 결합시키고 제 2 린 환류 흐름 흡수탑의 사용을 통해 주입구 기체 흐름으로부터 C3+의 회수를 증가시키기 위하여 형성된 C3+ 화합물 회수 공정을 단순화시킨 흐름도이다;
도 3은 본원 발명의 실시예에 따라 본원 발명의 개선점을 결합시키고 C3+ 화합물의 회수를 증가시키기 위하여 제 2 린 환류 흐름 대용(alternate) 흡수탑을 사용하여 형성된 C3+ 화합물 회수 공정을 단순화시킨 흐름도이다;
도 4는 본원 발명의 일 실시예에 따라 본원 발명 하에서 시스템을 간소화시키고 주입구 기체 흐름으로부터 C3+의 회수를 증가시키기 위하여 형성된 C3+ 화합물 회수 공정을 단순화시킨 흐름도이다;
도 5는 미국 특허 제 4,157,904호에 따른 선행 기술의 C3+ 화합물 회수 공정을 단순화시킨 흐름도이다;
도 6은 본원 발명의 다른 실시예에 따른 신규한 C2+ 화합물 회수 공정을 단순화시킨 흐름도이다;
도 7은 본원 발명의 일 실시예에 따라 열 교환기 통로(pass)의 수를 감소시키기 위하여 단순화되고, 개별적으로 또는 함께 사용될 수 있는 제 2 린 환류 흐름의 두 개의 공급원을 포함하는 이탑 프로판 회수 공정을 단순화시킨 흐름도이다;
도 8은 본원 발명의 일 실시예에 따라, 개별적으로 또는 함께 사용될 수 있는 제 2 린 환류 흐름을 위한 두개의 공급원을 가지는 제 2 린 환류 흐름의 사용에 의하여 프로판 회수를 증가시키기 위하여 변형된 탑 프로판 회수 공정을 단순화시킨 흐름도이다; 및
도 9는 본원 발명의 일 실시예에 따라 열 교환기 통로의 수를 감소시키기 위하여 단순화된 이탑 프로판 회수 공정을 단순화시킨 흐름도이다.
도면의 상세한 설명
도면에서, 흐름 또는 장비에 관한 도면 번호는 기능이 동일하면 흐름및 장비에 관한 다양한 도면에서 동일하다. 유사 번호는 전체적으로 유사한 구성요소를 의미하며, ', '', '''이 사용되면 일반적으로 다른 실시예에서 유사한 구성요소를 지시한다.
여기서 사용된 "주입구 기체"란 용어는 탄화수소 기체를 의미한다. 이러한 기체는 전형적으로 고압 기체 라인으로부터 수용되며, 실질적으로 이산화탄소, 질소 및 그밖의 다른 미량의 기체 뿐 아니라 메탄, C2 화합물, C3 화합물 및 더 무거운 화합물이 포함된다. "C3+ 화합물"이란 용어는 알칸, 올레핀 및 알킨 및 특히 프로판, 프로필렌, 메틸-아세틸렌 등과 같은 지방족 화학종을 포함하고, 세 개 이상의 탄소 원자를 가지는 모든 유기 화합물을 의미한다.
발명의 요약
본원 발명은 탄화수소 기체 흐름으로부터 에탄, 프로판, 및 더 무거운 화합물의 회수를 증가시키기 위한 공정 및 장치를 포함한다. 본원 발명은 시장 조건에 따라서 에탄 및 더 무거운 화합물 또는 프로판 및 더 무거운 화합물을 회수하기 위하여 형성될 수 있다.
프로판 회수를 위하여, 주입구 기체 흐름을 냉각시키고, 주입구 기체 흐름을 제 1 액체 흐름과 제 1 증기 흐름으로 분리하는데 사용되는 저온 분리기 또는 제 1 분리기로 보낸다. 먼저, 액체 흐름을 데우고, 부분적으로 증기화시키고, 증류탑으로 보낸다. 증류탑은 에탄이 회수되는 경우 탈메탄화탑(demethanizer)이 될 수 있고 또는 프로판이 회수되는 경우 탈에탄화탑(deethanizer)이 될 수 있다. 제 1 증기 흐름을 팽창시켜 흡수탑 칼럼으로 보낸다. 흡수탑 칼럼은 흡수탑 상부 흐름 및 흡수탑 하부 흐름을 생성한다. 공정으로부터 냉각을 회수하기 위하여 흡수탑 하부 흐름을 데우고, 이후 증류탑으로 보낸다. 증류탑은 탑 상부 흐름 및 탑 하부 흐름을 생성한다. 탑 상부 흐름은 적어도 부분적으로 응축되고, 흡수탑 칼럼에 제 1 린 환류 흐름으로 보내진다. 제 2 린 환류 흐름은 저온 분리장치(seperator)로부터 잔여 기체 흐름의 측면 흐름으로서 또는 제 1 증기 흐름의 측면 흐름으로서 취해질 수 있다. 제 2 린 환류 흐름이 잔여 기체 흐름의 측면 흐름으로서 취해질 때, 흡수탑 칼럼은 바람직하게는 적어도 하나의 물질 전달 구역을 함유한다. 제 2 환류 흐름이 저온 분리장치 증기 흐름으로부터 취해질 때, 흡수탑은 적어도 하나 또는 그 이상의 물질 전달 구역(바람직하게는 두 개)을 함유한다. 이러한 극저온 공정은 다른 프로판 회수 공정과 비교할 때, 잔여 기체의 응축 필요(requirement)에서 주입구 기체 흐름으로부터 약간의 증가로만 회수되는 C3+ 화합물의 양을 증가시키는 결과를 가져온다.
프로판 회수 공정은 본원 발명의 또다른 실시예로서 단순화 될 수 있다. 이러한 다른 실시예에서, 탈에탄화탑 환류 누적기(accumulator), 또는 제 2 분리장치, 및 펌프는 제거될 수 있으며, 흡수탑 하부 흐름은 두개의 흐름, 즉, 제 1 흡수탑 하부 흐름과 제 2 흡수탑 하부 흐름으로 나누어질 수 있다. 제 1 흡수탑 하부 흐름은 제 3 탑 공급 흐름으로서 증류탑의 정상에 직접 보내지는 반면, 제 2 흡수탑 하부 흐름은 가열되어 제 2 탈에탄화탑 공급 흐름으로서 하부 증류탑에 보내진다.
또한 본원 발명의 한 실시예는 에탄 및 더 무거운 화합물을 회수하는데 사용될 수 있다. 프로판 회수 실시예에서와 같이, 주입구 기체 흐름은 냉각되어 저온 분리장치로 보내지고, 여기서 주입구 기체 흐름은 제 1 액체 흐름과 제 1 증기 흐름으로 분리된다. 제 1 액체 흐름은 하부 공급 흐름으로서 증류탑에 직접 보내질 수 있다. 제 1 증기 흐름은 제 1 분리장치 상부 흐름 및 제 2 분리장치 상부 흐름의 두 개의 흐름으로 나누어 질 수 있다. 제 1 분리장치 상부 흐름은 팽창되어 흡수탑 칼럼으로 보내진다. 흡수탑 칼럼의 바람직한 실시예는 두 개의 물질 전달 구역을 가지며, 제 2 분리장치 상부 흐름은 두 개의 물질 전달 구역 사이에 보내질 수 있다. 흡수탑 하부 흐름은 정상 탑 공급 흐름으로서 증류탑에 보내진다. 증류탑은 탑 상부 흐름과 탑 하부 흐름을 생성한다. 탑 상부 흐름은 탄화수소를 응축시키기 위하여 압축기, 또는 환류 교환기로 보내지고, 이후 정상 흡수탑 공급 흐름으로서 흡수탑 칼럼에 보내진다. 탑 하부 흐름은 NGL 흐름 산물을 함유한다. 이러한 극저온 공정은 에탄회수 공정과 비교할 때, 잔여 기체의 압축 필요에서 주입구 기체 흐름으로부터 약간의 증가로만 회수되는 C2+ 화합물의 양을 증가시키는 결과를 가져온다.
방법 실시예 이외에도, 여기에 기술된 방법을 수행하기 위한 장치가 편리하게 제공된다. 메탄, C2 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 주입구 기체 흐름을 메탄 및 C2 성분 모두를 실질적으로 함유하는 휘발성 기체 분획(fraction)과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 덜 휘발성 분획으로 분리하는 장치는 바람직하게는 제 1 교환기, 제 1 분리장치, 증류탑, 제 2 교환기 교환기, 팽창기, 및 압축기를 포함한다.
제 1 교환기, 또는 주입구 교환기는 주입구 기체 흐름을 냉각시켜 주입구 기체 흐름의 적어도 일부분을 부분적으로 응축시키는 단계, 제 1 액체 흐름의 적어도 일부분을 예열하는 단계, 흡수탑 하부 흐름의 적어도 일부분을 예열하는 단계, 흡수탑 상부 흐름을 가열하는 단계, 잔여 기체 흐름 부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축시켜 제 2 린 환류 흐름을 생성하는 단계 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹에서 선택된 공정 단계를 수행하기 위하여 이용된다.
제 1 분리장치는 주입구 기체 흐름을 제 1 증기 흐름 및 적어도 제 1 액체 흐름으로 분리하는데 사용된다. 증류탑은 하부 탑 공급 흐름으로서 제 1 액체 흐름의 일부분을 수용하고 중간 탑 공급 흐름으로서 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 수용하기 위하여 사용된다. 증류탑은 주로 메탄 및 C2 성분을 함유하는 탑 상부 흐름 과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 탑 하부 흐름을 편리하게 생성한다.
제 2 교환기 또는 환류 교환기는 탑 상부 흐름을 냉각시켜 제 2 증기 흐름과 액체 탄화수소 흐름을 생성하는 단계, 제 2 증기 흐름의 적어도 일부분을 냉각시키고 응축시켜 제 1 린 환류 흐름을 형성하는 단계, 흡수탑 상부 흐름을 가열하는 단계, 잔여 기체 흐름의 일부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축하여 제 2 린 환류 흐름을 생성하는 단계로 구성된 그룹으로부터 선택된 공정 단계를 수행하기 위한 것이다.
바람직하게는 팽창기는 제 1 증기 흐름을 팽창시킨다. 바람직하게는 흡수탑 칼럼은 적어도 하나의 물질 전달 구역을 가진다. 흡수탑 칼럼은 하부 흡수탑 공급 흐름으로서 제 1 증기 흐름을, 흡수탑 정상 공급 흐름으로서 제 1 린 환류 흐름을, 그리고 제 2 린 환류 흐름을 수용한다. 흡수탑 칼럼은 기체 흐름의 메탄, C2 및 더 가벼운 성분 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름 및 흡수탑 하부 흐름을 생성한다.
바람직하게는 압축기는 잔여 기체 흐름을 생성하기 위하여 흡수탑 상부 흐름을 압축하는데 사용된다. 제 2 분리장치, 또는 환류 누적기는 탑 상부 흐름을 제 2 증기 흐름 및 액체 탄화수소 흐름으로 분리한다.
제 1 선행 기술 실시예의 상세한 설명
도 1은 Paradowski 등이 출원한 미국 특허 제 4,690,702호에 기술된 바와 같이, 높은 프로판 회수를 위하여 사용되는 이탑 설계를 포함하는 전형적인 선행 기술 설계를 설명한다. 본원 발명을 사용하여 달성되는 개선점을 설명하기 위하여, 전형적인 주입구 기체 조성이 표 Ⅰ에 제공된다.
표 Ⅰ에 함유된 조성과 유사한 조성을 갖는 주입구 기체는 도 1 에 도시된 Paradowski 공정에서 사용될 수 있다.
성분 몰 %
N2 0.166
CO2 6.280
메탄 77.391
에탄 9.128
프로판 4.238
i-부탄 0.723
n-부탄 1.124
i-펜탄 0.323
n-펜탄 0.276
n-헥산 0.213
n-헵탄 0.130
n-옥탄 0.007
온도(˚F) 108.8
압력(psia) 1075
유동(MMSCFD) 399.99
장치에 대한 가공하지 않은 공급 기체는 극저온 공정에 유해한 특정 물질을 함유할 수 있다. 이러한 불순물은 물, C02, H2S, 및 다른 불순물들을 포함한다. 가공하지 않은 공급 기체는, C02와 H2S가 많은 양으로 존재하는 경우, 이들을 제거하기 위해 처리되는 것으로 생각된다. 이후 기체를 NGL 회수를 위한 극저온 부분으로 보내기 전에 건조하여 여과시킨다. 108°F 및 1075 psia의 깨끗하고 건조한 공급 기체(12)를 저온 공정 흐름에 맞서는 주입구 교환기(14)에서 10°F로 냉각시키고, 상 분리를 위한 저온 분리장치(24)로 보낸다. 저온 분리장치의 액체 흐름(22)를 제어 밸브를 통과시켜 1060 psia에서 420 psia 압력으로 순간적으로 내리고, 이후 주입구 교환기에서 예열시킨다. 이후 교환기를 빠져나간 100°F의 가열되고 부분적으로 증기화된 흐름(37)은 하부 공급으로서 탈에탄화탑(28)로 보내진다. 저온 분리장치를 벗어나는 증기 흐름 (26)은 365 psia로의 등엔트로피 팽창을 위해 팽창기(30)으로 보내진다. 고압 흐름으로부터의 작업압력의 감소 및 작업의 추출로 인하여, 팽창기를 벗어나는 흐름(34)는 -69°F로 냉각되는데, 이는 흐름(34)를 부분적으로 응축시킨다. 이후 흐름(34)는 흡수탑 칼럼(32)의 하부로 보내진다. 흡수탑 칼럼은 358 psia에서 작동하는 칸막이 된(trayed) 또는 포장된 칼럼이다. 흡수탑 상부 흐름은 -87°F의 린 잔여 기체(16)이며, 흡수탑 하부 흐름 (18)은 -72°F의 탄화수소 흐름이다. 메탄, 에탄, 프로판 및 더 무거운 성분을 함유하는 흡수탑 하부 흐름은 고압으로 펌프되어, 두 가지 상(phase)의 흐름(52)를 형성하기 위하여 주입구 교환기에서 -10°F로 예열된다. 이후 흐름(52)는 중간 탑 공급 흐름으로서 증류탑으로 보내진다. 증류탑은 395 psia에서 작동하는 칸막이 된 또는 포장된 탑이다. 증류탑은 프로판, 프로필렌 및 더 무거운 성분의 대부분을 함유하는 흐름(54)를 증류탑의 하부에서 공급 기체로부터 회수한다. 탑 상부 흐름(42)는 -23°F로 냉각됨으로써 환류 교환기(40)에서 부분적으로 응축되고, 이후 상 분리를 위하여 환류 누적기, 또는 제 2 분리장치로 보내진다. 액체 환류 흐름(46)은 환류 흐름으로서 증류탑으로 다시 펌프된다. 증류탑은 증류탑의 하부에서 필요한 가열 작업을 제공하는 재비기(reboiler)(58)이 제공된다.
환류 누적기를 벗어나는 흐름(44)를 -81°F로 냉각시킴으로써 환류 누적기에서 가능한한 많이 응축시킨다. 이후 부분적으로 응축된 이러한 저온 흐름은 정상 흡수탑 공급 흐름으로서 흡수탑 칼럼으로 보내진다. 흡수탑 상부 흐름은 환류 교환기 또는 제 2 교환기에서 -22°F로 데워지고, 이후 주입구 교환기에서 96°F로 더욱 가열된다. 교환기를 벗어나는 데워진 저압 잔여 기체 흐름은 팽창기(30)에 의하여 생성된 힘을 소모시키는 부스터(booster) 압축기(48)에 의하여 461 psia로 압력이 상승된다. 중간물 압력 잔여 기체 흐름은 주변의 조건으로 냉각되고, 이후 잔여 압축기(49)에서 1140 psia로 압력이 상승된다. 고온 고압 잔여 기체 흐름은 주위의 온도로 냉각되고 더욱 가공하기 위하여 흐름(50)으로서 보내진다. 표 II 는 표 Ⅰ에 나타난 조성을 가진 주입구 기체 흐름을 이용하는 도 1에 도시된 공정에 대한 시뮬레이션을 가동한 결과를 나타낸다.
성분 몰(%)
공급 잔여 NGL
질소 0.166 0.178 0.000
CO2 6.280 6.746 0.001
메탄 77.391 83.132 0.000
에탄 9.128 9.727 1.053
프로판 4.238 0.216 58.450
i-부탄 0.723 0.000 10.468
n-부탄 1.124 0.000 16.276
i-펜탄 0.323 0.000 4.677
n-펜탄 0.276 0.000 3.997
n-헥산 0.213 0.000 3.079
n-헵탄 0.130 0.000 1.882
n-옥탄 0.007 0.000 0.103
몰/hr 43918.6 40886 3033
온도(˚F) 108.8 120 204
압력(psia) 1075 1135 395
C3 회수(%) 95.25
잔여 압축(hp) 23660
발명의 상세한 설명
도 2는 개선된 C3+ 화합물 회수 설계(10)의 일 실시예를 설명한다. 주입구 기체 흐름(12)를 주입구 또는 먼저 교환기(14)에서 저온 흐름과의 열 교환 접촉에 의하여 9.5°F로 냉각시켜 주입구 기체 흐름(12)를 부분적으로 응축시킨다. 주입구 기체 흐름(12)는 표 I에 나타난 바와 같은 동일한 조성을 가질 수 있다. 주입구 기체 흐름(12)를 냉각시키는데 사용될 수 있는 적합한 저온 흐름은 흡수탑 상부 흐름, 흡수탑 하부 흐름, 제 1 액체 흐름, 외부 냉각제 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 본원 발명의 모든 실시예에서, 주입구 교환기(14)는 바람직하게는 단일 다-경로(single multi-path) 교환기, 다수의 개별적 열 교환기, 또는 이들의 조합이다. 주입구 기체 흐름(12)은 저온으로 공급되거나, 먼저, 분리장치(24)가 제 1 증기 흐름(26)을 액체 흐름(22)으로부터 분리시킨다.
만약 프로판 회수를 원한다면, 본원 발명의 모든 실시예에서 탈에탄화 탑이 증류탑으로서 사용될 수 있다. 만약 에탄 회수를 원한다면, 이후 탈메탄화 탑이 증류탑으로서 사용될 수 있다.
제 1 액체 흐름(22)은 부분적으로 증기화됨으로써 420 psia로 압력이 감소되고, -28°F로 냉각된다. 두 가지 상 흐름은 주입구 교환기(14)에서 100°F로 가열되고 제 1 탑 공급 흐름(37)로서 증류탑으로 보내진다. 제 1 증기 흐름(26)을 압력이 367 psia로 감소되는 팽창기(30)에서 등엔트로피적으로 팽창시킨다. 작업 압력의 감소 및 작업 추출로 인하여, 생성된 흐름(34)는 -70°F로 냉각되고 부분적으로 응축된다. 흐름(34)를 흡수탑 칼럼(32)으로, 바람직하게는 흡수탑 칼럼(32)의 하부로 제 1 흡수탑 공급 흐름으로서 보낸다. 360 psia에서 작동하는 흡수탑 칼럼(32)에서, 제 1 흡수탑 공급 흐름(34) 내의 올라가는 증기는 떨어지는 액체와의 밀접한 접촉에 의하여 적어도 부분적으로 응축되어, 이로써 제 1 흡수탑 공급 흐름(34)내의 메탄, C2 화합물 및 더 가벼운 화합물 모두를 실질적으로 함유하는 -90°F의 흡수탑 상부 흐름(16)을 생성한다. 흡수탑(32)는 적어도 하나의 물질 전달 구역을 함유한다. 본원 발명의 모든 실시예에서, 물질 전달 구역은 빠른 증발(flash) 구역, 평형 장소, 포장 부분, 칸막이 상자(tray) 등이 될 수 있다. 응축된 액체는 흡수탑 칼럼(32)을 내려와서 -72°F의 메탄, 에탄, 프로판 및 더 무거운 성분을 함유하는 흡수탑 하부 흐름(18)으로서 방출된다. 흡수탑 하부 흐름(18)은 바람직하게는 주입구 교환기(14)에 펌프하여 공급되는데, 여기서 흡수탑 하부 흐름(18)은 주입구 교환기(14)에서 -5°F로 가열되고, 이후 중간 탈에탄화탑 공급 흐름(52)으로서 증류탑에 보내진다.
증류탑(28)은 바람직하게는 395 psia에서 작동하는 칸막이 된 또는 포장된 탑이다. 증류탑(28)은 탑의 하부에서, 기체 흐름(12)로부터 프로판, 프로필렌, 및 더 무거운 성분의 대부분을 함유하는 흐름(54)를 회수한다. 탑 상부 흐름(42)를 환류 교환기(40)에서 -31°F로 냉각시킴으로써 부분적으로 응축시키고, 상 분리를 위하여 환류 누적기, 또는 제 2 분리장치(45)로 보낸다. 액체 환류 흐름(46)은 환류 흐름으로서 증류탑(28)로 다시 펌프된다. 증류탑(28)은 증류탑(28)의 하부에서 가열 작업을 제공하는 하부 재비기(58)가 제공된다.
환류 누적기(45)를 벗어나는 흐름(44)는 흐름(44)를 -85°F로 냉각시킴으로써 환류 교환기(40)에서 가능한 한 많이 응축된다. 이러한 저온의 부분적으로 응축된 흐름(44)는 이후 공급 흐름으로서 흡수탑 칼럼(32)로 보내진다. 저온 잔여 기체, 또는 흡수탑 칼럼(32)를 벗어나는 흡수탑 상부 흐름(16)은 환류 교환기(40)에서 -16°F로 데워지고, 이후 주입구 교환기(14)에서 101°F로 더욱 가열된다. 교환기(14)를 벗어나는 데워진 저압 잔여 기체(16)은 팽창기(30)에 의하여 생성된 힘을 소모시키는 부스터 압축기(48)에 의하여 465 psia 압력으로 높아진다. 중간물(intermediate) 압력 잔여 기체는 주위의 조건으로 냉각되고, 이후 잔여 압축기(49)에서 1140 psia로 상승된다. 고온 고압 잔여 기체는 주위의 온도로 냉각되고 잔여 기체 흐름(50)으로서 추가적인 공정을 위해 보내진다. 제 2 린 환류 흐름(20)은 탈에탄화탑 상부 흐름(42)보다 에탄 및 프로판이 더 적은 흡수탑 칼럼(32)로 보내진다. 도 2에서 보는 바와 같이, 제 2 린 환류 흐름(20)은 잔여 기체 흐름(50)으로부터 측면 흐름으로서 취해질 수 있다. 제 2 린 환류 흐름(20)은 주입구 교환기(14)에서 냉각되고, 이후 환류 교환기(40)에서 응축된다. 이후 생성된 응축된 액체는 회수되는 C3+ 화합물의 양을 증진시키기 위하여 흡수탑 칼럼(32)로 공급된다. 제 1 및 제 2 린 환류 흐름(20, 44)는 흡수탑 칼럼(32)로 보내지기 전에 결합될 수 있다.
시뮬레이션은 도 2에서 설명된 공정 및 표 Ⅰ에 나타난 조성을 가지는 주입구 기체를 사용하여 수행되었다. 본원 발명의 이러한 실시예에 대한 시뮬레이션의 결과를 표 Ⅲ에 나타낸다.
도 3은 C3+ 회수 공정(11)의 다른 실시예를 설명하는데, 여기서 제 2 린 환류 흐름(20')은 제 1 증기 흐름(26)의 적어도 일부로부터 취해진다. 본 실시예에서 흡수탑 칼럼(32)는 하나 또는 그 이상의 물질 전달 구역(바람직하게는 두 개)을 함유한다. 하나 이상의 물질 전달 구역이 존재할 때, 제 2 린 환류 흐름(20')은 물질 전달 구역 사이의 흡수탑 칼럼(32)로 보내진다.
시뮬레이션은 도 3에서 설명된 공정 및 표 Ⅰ에 나타난 조성을 가지는 주입구 기체를 사용하여 수행되었다. 본원 발명의 본 실시예에 대한 시뮬레이션의 결과를 표 Ⅳ에 나타낸다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본원 발명의 실시예의 이점은 제 2 린 환류 흐름(20)이 잔여 기체 흐름(50)의 측면 흐름으로서 취해질 때, 제 2 린 환류 흐름(20)을 추가하여 C3의 회수가 95.3% 에서 99.3 %으로 증가하는 것이다. 압축력은 1.1 %만큼 증가한다. 도 3에서 보는 바와 같이, 제 2 환류 흐름(20')이 제 1 증기 흐름(26)의 측면 흐름으로서 취해질 때, C3+의 회수는 95.3% 에서 99% 로 증가한다. 잔여 기체 흐름(50)에 대한 압축 필요는 제 2 환류 흐름이 없는 전형적인 기체 생산 설비 공정과 비교할 때 0.3%만큼 증가할 것이다. 압축력의 무시할 만한 변화를 위하여, 프로판의 회수는 99+%까지 증가될 수 있음을 알 수 있다. 일반적으로, 잔여 기체 압축 장치는 새로운 압축 장치의 구입 또는 현재의 압축 장치를 변화시킬 필요 없이 여기 기술된 공정을 작동시키는데 필요한 추가적인 용량을 가진다.
기체 공정 산업의 계속적인 경향은 공정을 더욱 효율적으로 만들고, 자본 비용을 줄이는 것이다. 도 2에 도시된 이탑 설계를 더욱 경제적으로 구성하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 설계는 증류탑(28)상의 환류 시스템을 제거하도록 변형될 수 있다.
도 4에서 보는 바와 같이, 신규한 공정은 흡수탑 하부 흐름을 두 개의 흐름(52a, 52')으로 나누는 것에 관계한다. 하나의 흐름(52a)은 주입구 교환기(14)에서 가열되고, 중간 탑 공급 흐름으로서 증류탑(28)에 보내진다. 또 하나의 흐름(52')은 상부 탑 공급 흐름으로서 증류탑(28)의 정상에 직접 보내진다. 흡수탑 하부의 또 다른 부분, 즉, 흐름(52a)이 냉각을 회수하기 위하여 주입구 기체 흐름(12)에 대항하여 가열되고, 저온 액체 흐름(52')을 증류탑(28)의 정상에 보내는 것은 탈에탄화탑 상부 흐름(42)로부터 C3+의 상당한 손실을 막아준다. 흡수탑 하부 흐름(18)의 이러한 분리는 C3내의 탈에탄화탑 상부 흐름을 적은 양으로 유지시켜, 흡수탑 칼럼(32)에 대하여 우수한 환류 및 결과적으로 더욱 효율적인 공정을 제공한다.
도 4에서, 80°F 및 580 psia에서 유입하는 주입구 기체 흐름(12)는 주입구 교환기(14)에서 -78°F로 냉각되어 부분적으로 주입구 기체 흐름(12)를 응축시킨다. 주입구 기체 흐름(12)는 저온 분리장치, 또는 제 1 분리장치(24)로 공급되는데, 여기서 제 1 증기 흐름(26)은 제 1 액체 흐름(22)로부터 분리된다.
제 1 액체 흐름(22)의 압력은 425 psia로 감소되고, 이에 의하여 제 1 액체 흐름은 -93°F로 냉각되고 부분적으로 증기화된다. 이렇게 생성된 두 개의 상 흐름(22)는 주입구 또는 먼저 교환기(14)에서 75°F로 가열되는데, 여기서 흐름은 더욱 증기화되고, 하부 탈에탄화탑 공급 흐름(37)으로서 탈에탄화 탑(28)로 보내진다. 제 1 증기 흐름(26)은 팽창기(30)에서 등엔트로피적으로 팽창되는데, 여기서 제 1 증기 흐름의 압력은 팽창된 흐름(34)를 생성하기 위하여 398 psia로 감소된다. 흐름(26)의 작업 압력의 감소 및 작업 추출로 인하여, 팽창기를 빠져나오는 팽창된 흐름(34)는 -107°F로 냉각되어, 부분적으로 흐름(34)를 응축시킨다. 흐름(34)는 제 1 흡수탑 공급 흐름(34)으로서 흡수탑 칼럼(32), 바람직하게는 흡수탑 칼럼(32)의 하부에 보내진다. 흡수탑 칼럼(32)에서, 제 1 흡수탑 공급 흐름(34)의 올라가는 증기는 제 1 린 환류 흐름(44)에서 떨어지는 액체와 밀접하게 접촉함으로써 적어도 부분적으로 응축되어, 제 1 흡수탑 공급 흐름(34)내의 메탄 및 C2 화합물 및 더 가벼운 화합물 모두를 실질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름(16)을 생성한다.
흡수탑 칼럼(32)는 적어도 하나의 물질 전달 구역을 함유한다. 물질 전달 구역은 빠른 증발(flash) 구역, 평형 장소 등이 될 수 있다. 흡수탑 칼럼(32)는 398 psia에서 작동한다. 응축된 액체는 흡수탑 칼럼(32)을 내려와서 -108°F의 흡수탑 하부 흐름(18)로서 제거되는데, 흡수탑 하부 흐름(18)은 얼마간의 메탄, 에탄, 프로판 및 더 무거운 성분을 함유한다. 흡수탑 하부 흐름(18)은 고압으로 펌프되어, 제 1 흡수탑 하부 흐름(52a)를 형성하는 흡수탑 하부 흐름(18)의 60% 및 제 2 흡수탑 하부 흐름(52')를 형성하는 하부 흐름(18)의 40%를 가지는 두 개의 흐름으로 나누어진다. 제 1 흡수탑 하부 흐름(52a)은 주입구 교환기(14)에서 -23°F로 가열되는데, 여기서 제 1 흡수탑 하부 흐름은 부분적으로 증기화되어 중간 탑 공급 흐름(으로서 증류탑(28)로 보내진다. 제 2 흡수탑 하부 흐름(52')는 정상 탑 공급 흐름으로서 증류탑(28)의 정상에 직접 보내진다.
-113°F의 흡수탑 상부 흐름(16)은 환류 교환기(40)에서 -90°F로 데워지고, 이후 교환기(14)의 전단에서 72°F로 더욱 데워지는 린 잔여 흐름이다. 데워진 기체는 팽창기(30)에 의하여 생성된 힘에 의해 작동되는 부스터(booster) 압축기(48)에서 433 psia로 압축된다. 중간물 압력 잔여 기체는 잔여 압축기(49)로 보내지는데, 여기서 이 기체의 압력은 잔여 기체 흐름(50)을 형성하기 위하여 618 psia로 높아진다. 잔여 기체 흐름(50)은 주입구 기체 내의 메탄 및 C2 화합물, 및 C3+ 화합물 및 더 무거운 화합물의 적은 부분 모두를 실질적으로 함유하는 파이프라인 판매 기체이다.
바람직하게는 증류탑(28)은 420 psia에서 작동하는 재비된 흡수탑이다. 증류 탑 상부 온도는 -21°F이며, 하부 온도는 194°F이다. 증류탑(28)은 증류탑 하부 흐름으로부터 에탄을 차단하기 위하여 증류탑(28)의 하부에서 가열 작업을 제공하는 외부적으로 가열된 재비기(58)이 제공된다. 탈에탄화탑 하부 흐름(54)는 회수하고자 하는 C3+ 화합물의 대부분을 함유한다.
시뮬레이션은 본원 발명의 도 4에 도시된 공정을 사용하여 수행되었다. 시뮬레이션의 결과는 표 V에 나타나 있다. 효율성의 개선을 보이기 위하여, 공급 조건, 조성, 및 잔여 조건은 미국 특허 제 5,771,712호에 기술된 공정의 효율성을 설명하는데 사용된 조건들과 동일한 것이었다. 본원 발명의 '712 선행 기술 특허와의 비교를 더욱 돕기 위하여, 표 VI은 본원 발명의 도 4에 설명된 실시예와 비교하여 '712 특허의 도 3 - 6에 도시된 '712 특허의 실시예에 관하여 수행된 시뮬레이션의 결과를 비교한다.
표 VI에서 볼 수 있는 바와 같이, 본원 발명의 도 4에 설명된 실시예는 표에 열거된 선행 기술 특허의 도면들보다 실질적으로 더 낮은 잔여 압축 및 재비기 작업 필요를 가진다. Buck이 출원한 미국 특허 제 4,617,039 호의 도 3에 도시된 공정에서, 저온의 전체 흡수탑 하부 흐름은 정상 탑 공급 흐름으로서 증류 칼럼에 보내지고, 이는 증류 칼럼의 하부에서 재비되어야 하는 저온 흐름을 생성한다. 추가적인 재비기 작업 필요는 본 공정 실시예의 작동 비용을 증가시키고, 또한 공정을 비효율적으로 만든다. '712 특허의 도 4 - 6에 도시된 공정 실시예에서, 전체 흡수탑 하부 흐름은 예열되어, 이후 증류탑에 보내진다. 이는 재비기 작업 필요를 어느정도 줄여주지만, 탈에탄화탑 상부 흐름은 데워지고, 이는 증기화된 성분의 양을 증가시켜, 흡수탑 상부 흐름 유동을 증가시키는 결과를 초래한다. 이후 흡수탑 상부 흐름은 응축되어 증류탑으로 되돌아가야 한다. 그러므로 이러한 설계는 효율적이지 않다.
재비기 필요를 줄이고, 동시에 흡수탑 상부 흐름 유동을 감소시키기 위하여, 본원 발명은 흡수탑 하부 흐름을 두 개의 흐름으로 나누는데, 한 부분은 저온이며 증류탑의 정상에 보내지고, 다른 한 부분은 공정을 더욱 효율적으로 만들기 위하여 데워진다.
대부분의 경우, 증류탑으로의 공급 흐름을 각각이 서로 상이한 엔탈피를 가지는 두 개의 흐름으로 나누는 것이 유익하다. 더 높은 엔탈피를 가지는 흐름은 탑의 하부에 보내지고, 더 낮은 엔탈피 흐름은 탑의 정상에 보내진다. 이러한 방식으로 증류탑을 작동시키는 것은 더욱 효율적이며, 이는 표 VI에 나타난 결과로부터 명백하다.
프로판 회수를 증가시키기 위하여 고안된 도 4에 도시된 공정의 다른 실시예가 편리하게 제공된다. 예를 들어, 도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 잔여 기체 흐름 또는 저온 분리장치 증기 흐름의 일부로부터의 제 2 린 환류 흐름의 추가는 도 4 설계에서 도시된 공정에 추가될 수 있다. 이러한 실시예는 여기 설명된 바와 같이 프로판 회수를 증가시킨다.
제 2 선행 기술 실시예의 상세한 설명
본원 발명은 프로판 및 더 무거운 화합물에 반대하여 에탄 및 더 무거운 화합물을 사용자가 선택하여 회수하게 할 수 있도록 용이하게 변형될 수 있다. 도 5는 에탄 및 더 무거운 화합물을 회수하는데 사용될 수 있는 선행 기술 에탄 회수 공정 및 장치(7)를 설명한다.
표 Ⅶ은 도 5 및 6에 도시된 공정에 대한 시뮬레이션에 사용되는 주입구 기체 흐름을 위한 공급 조건을 나타낸다.
도 5에 도시된 선행 기술 배치에서, 주입구 기체 흐름(12')는 주입구 교환기(14')에서 저온 흐름과의 열 교환 접촉에 의하여 냉각된다. 이후 주입구 기체 흐름(12')은 주입구 기체 흐름(12')을 제 1 액체 흐름(22') 및 제 1 증기 흐름(26')으로 분리하는데 사용되는 저온 분리장치(24')로 보내진다. 제 1 액체 흐름(22')는 제 1 탑 공급 흐름으로서 탈메탄화 탑(28')에 직접 보내질 수 있다. 제 1 증기 흐름(26')은 유동의 68.5%인 제 1 분리장치 상부 흐름(26a') 및 유동의 나머지 부분을 함유하는 제 2 분리장치 상부 흐름(26b')의 두 가지 흐름으로 나누어 질 수 있다.
제 1 분리장치 상부 흐름(26a')은 팽창기(30')에서 401 psia로 등엔트로피적으로 팽창된다. 제 1 분리장치 상부 흐름(26a')으로부터의 작업 압력의 감소 및 작업 추출로 인하여, 흐름은 -90°F로 냉각되어, 부분적으로 응축되는 결과를 가져온다. 이렇게 부분적으로 응축된 흐름(34')는 이후 하부 흡수탑 공급 흐름(34')으로서 흡수탑 칼럼(32")으로 보내진다. 제 2 분리장치 상부 흐름(26b')은 -121°F로 냉각되고, 환류 교환기(40')에서 저온 흐름과의 열 교환 접촉에 의하여 응축되어, 정상 흡수탑 공급 흐름으로서 흡수탑 칼럼(32")으로 보내진다. -95°F의 흡수탑 하부 흐름(18')은 정상 탑 공급 흐름(52')으로서 탈메탄화 탑(28')에 보내진다. 본 실시예에서 흡수탑 칼럼(32")은 396 psia에서 작동하는 포장되거나 칸막이 된 탑이다. -126°F의 흡수탑 칼럼(32")의 정상에서 생성된 증기 흐름(16'), 또는 흡수탑 상부 흐름은 린 잔여 기체 흐름이다. 흐름(16')은 환류 교환기(40')에서 -45°F로 가열되고, 이후 주입구 교환기(14')에서 38°F로 더욱 가열된다. 미온의 저압 잔여 기체의 압력은 이후 팽창기(30')에 의하여 생성된 힘을 소모시키는 부스터 압축기(48')에서 높아진다. 이러한 중간물 압력 잔여 기체 흐름(50)은 잔여 기체 압축기로 보내지는데, 여기서 압력은 1020 psia로 높아진다. 이후 이러한 고압 잔여 기체 흐름은 추가적인 공정을 위하여 보내진다.
탈메탄화 탑(28')은 탑 상부 흐름(42') 및 탑 하부 흐름(54')을 생성하는 칸막이 된 또는 포장된 탑이다. -93°F의 탑 상부 흐름(42')은 흡수탑 칼럼(32"), 바람직하게는 환류 흐름으로서 흡수탑 공급 위치로 보내진다. 88°F의 탑 하부 흐름(54')은 NGL 흐름 산물을 함유한다. 도 5는 만약 필요한 경우, 주입구 기체 흐름을 냉각시키는 외부적 프로판 냉각의 사용을 도시한다. 이러한 냉각 매개물의 사용은 공급 조건 및 조성에 따라 달라지며, 항상 필요한 것은 아니다.
시뮬레이션은 표 Ⅶ에 도시된 바와 같은 조성 및 도 5에 설명된 공정을 가지는 주입구 기체 흐름(12')을 사용하여 수행되었다. 시뮬레이션의 결과는 표 Ⅷ에 나타나 있다.
표 Ⅷ에서 볼 수 있는 바와 같이, 얼마간의 프로판은 흡수탑 칼럼(32")으로부터 손실되는데, 이는 환류 흐름(26b')이 프로판을 함유하며, 그 일부분은 흡수탑 칼럼(32")의 정상에서의 평형 한계로 인하여 잔여 기체 흐름(50')으로 빠져 나가게 될 것이기 때문이다.
흡수탑 칼럼(32") 및 증류탑(28')은 에탄 및 프로판 회수를 증가시키기 위한 공정을 작동시키는데 필요한 압축력의 증가없이 상이하게 배치될 수 있다. 수정된 이탑 배치를 가진 공정이 도 6에 도시되어 있다.
도 6은 도 5에 도시된 선행 기술 공정에 대한 개선을 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 주입구 기체 흐름(12')는 주입구 교환기(14')에서 저온 흐름과의 열 교환 접촉에 의하여 -24°F로 냉각된다. 이후 주입구 기체(12')은 주입구 기체 흐름(12')을 제 1 액체 흐름(22') 및 제 1 증기 흐름(26')으로 분리하는데 사용되는 저온 분리장치(24')로 보내진다.
제 1 액체 흐름(22')은 먼저 탑 공급 흐름으로서 탈메탄화 탑(28')에 직접 보내질 수 있다. 제 1 증기 흐름(26')은 유동의 68.5 %인 제 1 분리장치 상부 흐름(26a)과 나머지 유동을 함유하는 제 2 분리장치 상부 흐름(26b)의 두 가지 흐름으로 나누어진다. 제 1 분리장치 상부 흐름(26a)는 팽창기(30')에서 410 psia로 등엔트로피적으로 팽창된다. 흐름(26a)로부터의 작업 압력의 감소 및 작업 추출로 인하여, 팽창기(30')을 빠져나오는 팽창된 흐름(34')는 -89˚F로 냉각되어 부분적으로 응축된다. 이후 이렇게 부분적으로 응축된 흐름(34')는 하부 흡수탑 공급 흐름(34')로서 흡수탑 칼럼(32')로 보내진다. 이 실시예에서, 흡수탑 칼럼(32')는 용기(vessel)안에 하나 또는 그 이상, 바람직하게는 두 개의 물질 전달 구역을 포함한다. 제 2 분리장치 상부 흐름(26b)은 -122°F로 냉각되어, 환류 교환기(40")에서 저온 흐름과의 열 교환 접촉에 의하여 응축된다. 이후 제 2 분리장치 상부 흐름(26b)는 적어도 제 1 물질 전달 구역 아래의 흡수탑 칼럼(32')으로, 바람직하게는 흡수탑 칼럼(32') 내부의 두 개의 물질 전달 구역 사이로 보내진다. -98°F 의 흡수탑 하부 흐름(18')은 정상 탑 공급 흐름(52')로서 탈메탄화 탑(28')로 보내진다. 본 실시예에서의 흡수탑 칼럼(32')은 405 psia에서 작동한다. -131 °F의 정상에서 생성된 증기 흐름, 또는 흡수탑 상부 흐름(16')은 린 잔여 기체이다. 흐름(16')은 환류 교환기(40')에서 -35°F로 가열되고, 이후 주입구 교환기(14')에서 51°F로 더욱 가열된다. 이후 미온의 저압 잔여 기체의 압력은 팽창기(30')에 의하여 생성된 힘을 소모하는 부스터 압축기(48')에서 높아진다. 이러한 중간물 압력 잔여 기체 흐름(50)은 잔여 기체 압축기로 보내지는데, 여기서 이 기체 흐름의 압력은 1020 psia로 높아진다. 이러한 고압 잔여 기체 흐름은 추가적인 공정을 위하여 보내진다.
탈메탄화 탑(28')은 -97°F의 탑 상부 흐름(42")과 84°F의 탑 하부 흐름(54')을 생성한다. 탑 상부 흐름(42")은 -122°F로 냉각되고, 환류 교환기(40")에서 열 교환에 의하여 부분적으로 응축되어, 제 1 린 환류 흐름(44')으로서 흡수탑 칼럼(32')로 보내진다. 탑 하부 흐름(54')은 NGL 흐름 산물을 함유한다.
선행 기술의 에탄 및 프로판 회수 공정과 비교할 때, 본원 발명의 이점은 회수되는 에탄의 양은 약 5% 이상이며, 회수되는 프로판의 양은 약 0.65% 이상인 것이다. 이러한 회수의 증가는 잔여 기체 압축 필요의 증가 없이 본원 발명으로 발생한다. 본원 발명의 또 다른 이점은 냉각 작업이 대략 13% 만큼 낮아진다는 것인데, 이는 공정 유닛에 대한 작동 비용을 낮추어준다.
시뮬레이션은 표 Ⅶ에 나타난 조성을 가지는 주입구 기체 흐름(12') 및 도 6에 도시된 공정을 사용하여 수행되었다. 시뮬레이션의 결과는 표 IX에 나타나있다.
도 7 - 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 린 환류 흐름(20)은 제 1 증기 흐름(26)의 일부 또는 잔여 기체 흐름(50)의 일부와 같은 여러가지 공급원을 가질 수 있다. 저온 분리장치 하부 흐름(22)는 또한 다른 경로를 가질 수도 있다. 예를 들어, 도 7 및 9에서 보는 바와 같이, 저온 분리장치 하부 흐름(22)는 흡수탑 칼럼(32)의 하부 공급 위치에 보내질 수 있다. 또한 저온 분리장치 하부 흐름(22)는 도 8에 도시된 바와 같이, 증류탑(28)로 보내질 수 있다.
방법 실시예 이외에도, 여기 설명된 방법을 실시하기 위한 장치가 편리하게 제공된다. 메탄, C2 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 기체 흐름을 메탄 및 C2 성분 모두를 실질적으로 함유하는 휘발성 기체 분획 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 덜 휘발성인 분획으로 분리하기 위한 장치는 바람직하게는 제 1 교환기(14), 제 1 분리장치(24), 증류탑(28), 제 2 교환기(40), 팽창기(30), 및 압축기(48)을 포함한다.
제 1 교환기(14)는 기체 흐름(12)를 냉각시켜 기체 흐름(12)의 적어도 일부분을 부분적으로 응축시키는 단계, 제 1 액체 흐름(22)의 적어도 일부분을 예열하는 단계, 흡수탑 하부 흐름(18)의 적어도 일부분을 예열하는 단계, 흡수탑 상부 흐름(16)을 가열하는 단계, 잔여 기체 흐름(50)의 일부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축시켜 제 2 린 환류 흐름을 생성하는 단계, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹에서 선택된 공정 단계를 수행하기 위하여 이용된다. 프로판 또는 프로필렌과 같은 외부적 냉각제는 열 전달 공정 단계에서 사용될 수 있다.
제 1 분리장치(24)는 주입구 기체 흐름(12)를 제 1 증기 흐름(26)과 적어도 제 1 액체 흐름(22)로 분리하는데 사용된다. 증류탑(28)은 하부 탑 공급 흐름으로서 제 1 액체 흐름(22)의 일부를 수용하고, 중간 탑 공급 흐름으로서 흡수탑 하부 흐름(18)의 일부를 수용하기 위하여 사용된다. 증류탑(28)은 주로 메탄 및 C2 성분을 함유하는 탑 상부 흐름(42) 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 탑 하부 흐름(54)를 편리하게 생성한다. 증류탑(28)은 증류 기능에 도움을 주기 위하여 칸막이 또는 포장을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 그 밖의 적합한 탑 은 당해 기술의 통상의 당업자에게 공지되어 있을 것이며, 이들은 본원 발명의 범위에 속하는 것으로 고려된다.
제 2 교환기(40)은 탑 상부 흐름(42)를 냉각시켜 제 2 증기 흐름(44)와 액체 탄화수소 흐름(46)을 생성하는 단계, 제 2 증기 흐름(44)의 적어도 일부분을 냉각시키고 응축시켜 제 1 린 환류 흐름을 형성하는 단계, 흡수탑 상부 흐름(16)을 가열하는 단계, 잔여 기체 흐름(50)의 일부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축시켜 제 2 린 환류 흐름(20)을 생성하는 단계로 구성되는 그룹에서 선택된 공정 단계를 수행하기 위한 것이다.
팽창기(30)은 제 1 증기 흐름(26)을 팽창시킨다. 바람직하게는 흡수탑 칼럼(32)은 적어도 하나의 물질 전달 구역을 가진다. 흡수탑 칼럼(32)은 하부 흡수탑 공급 흐름으로서의 제 1 증기 흐름(26), 흡수탑 정상 공급 흐름으로서의 제 1 린 환류 흐름(44), 및 제 2 린 환류 흐름(20)을 수용한다. 흡수탑 칼럼(32)는 기체 흐름의 메탄, C2 및 더 가벼운 성분 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름(16)과 흡수탑 하부 흐름(18)을 생성한다.
이미 설명한 바와 같이, 팽창기(30)은 압축기(48)을 작동하는데 필요한 힘을 제공할 수 있다. 압축기(48)은 잔여 기체 흐름(50)을 생성하기 위하여 흡수탑 상부 흐름(16)을 압축하는데 사용된다. 제 2 분리장치(45)는 탑 상부 흐름(42)를 제 2 증기 흐름(44)과 액체 탄화수소 흐름(46)으로 분리한다.
제 2 린 환류 흐름(20)이 잔여 기체 흐름(50)의 일부로서 취해질 때, 흡수탑 칼럼(32)는 적어도 하나의 물질 전달 구역을 포함한다. 제 2 린 환류 흐름(20)이 제 1 증기 흐름(26)의 일부로서 취해질 때, 흡수탑 칼럼(32)는 바람직하게는 하나 이상의 물질 전달 구역을 가진다.
몇몇 실시예에서, 측면 공급 흐름(12a)는 주입구 기체 흐름(12)으로부터 취해진다. 제 3 교환기, 또는 탑 측면 재비기(29)는 측면 공급 흐름(12a)를 냉각시킨다. 탑 측면 재비기(29)는 기체 흐름의 적어도 일부분을 냉각시키는 단계, 적어도 하나의 탑 재비기 측면 흐름을 데우는 단계, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹에서 선택된 공정 단계를 수행하는데 사용될 수 있다. 탑 측면 재비기(29)는 증류탑(28)에 대하여 필요한 재비기 작업(work)에 따라 하나의 교환기 또는 복수의 교환기 일 수 있다. 필요하다면 프로판 또는 프로필렌과 같은 외부적 냉각제가 사용될 수 있다. 각각의 탑 재비기 측면 흐름(80, 82, 84)은 측면 공급 흐름(12a)과의 열 교환 접촉에 의하여 데워질 수 있으며, 이는 동시에 냉각되어, 반환(return) 측면 흐름(81, 83, 85)으로서 증류탑(28)로 돌아간다.
몇몇 실시예에서, 제 2 분리장치(45)는 탑 상부 흐름(42)를 제 2 증기 흐름, 또는 제 1 린 환류 흐름(44) 및 액체 탄화수소 흐름(46)으로 분리하는데 사용될 수 있다. 린 환류 흐름(44)는 흡수탑 칼럼(32)로 보내지고, 액체 탄화수소 흐름은 증류탑(28)로 보내진다.
본원 발명의 또 다른 이점은 시장 조건에 기초하여 두 개의 화합물 중 더 유용한 것을 사용자가 회수할 수 있도록, 공정들이 프로판 및 더 무거운 화합물 회수와 에탄 및 더 무거운 화합물 회수간에 용이하게 변환될 수 있다는 것이다. 이러한 융통성은 사용자로 하여금 사용자의 선호(favor)에 관한 시장 조건을 최대화 할 수 있게 하며, 이는 전형적으로 이익을 최대화한다.
본원 발명을 단지 몇가지 형태로만 도시하거나 설명하였지만, 본원 발명이 이렇게 제한적인 것은 아니며, 본원 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변화가 가능하다는 것은 당해 기술의 당업자에게는 자명할 것이다.
예를 들어, 열 교환의 다양한 수단이 탈에탄화 탑 재비기에 열을 공급하기 위하여 사용될 수 있다. 재비기는 하나 이상의 교환기이거나 단일의 다-통로 교환기일 수 있다. 당해 기술의 당업자들은 재비기의 균등한 유형을 인지하고 있을 것이다. 또 다른 예로서, 바람직하게는 등엔트로피적 팽창에 의한 팽창 단계는 터보-팽창기, 줄-톰슨(Joule-Thompson) 팽창 밸브, 액체 팽창기, 기체 또는 증기 팽창기 등을 가지고 실시할 수 있다. 또한 실질적으로 등엔트로피적 기체 팽창에 의한 압축 작업을 생성하기 위해 팽창기를 해당하는 단계의 압축 유닛들에 연결할 수도 있다.

Claims (45)

  1. 다음의 단계들을 포함하고, 메탄, C2 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 기체 흐름을 메탄 및 C2 성분 모두를 실질적으로 함유하는 휘발성의 기체 분획과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 실질적으로 함유하는 휘발성의 분획으로 분리하는 공정:
    a. 기체 흐름을 제공하고 냉각시켜 상기 기체 흐름의 적어도 일부분을 부분적으로 응축시키고, 제 1 증기 흐름 및 적어도 제 1 액체 흐름을 생성하는 단계;
    b. 제 1 액체 흐름의 적어도 일부분을 예열하여 제 1 액체 흐름의 일부분을 증류탑에 보내고, 증류탑은 주로 메탄 및 C2 성분을 함유하는 탑 상부 흐름과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    c. 탑 상부 흐름을 냉각시키고 부분적으로 응축시켜 제 2 증기 흐름 및 액체 탄화수소 흐름을 생성하고, 액체 탄화수소 흐름을 정상 공급으로서 증류탑에 보내는 단계;
    d. 제 1 증기 흐름을 팽창시키고, 제 1 증기 흐름을 하부 흡수탑 공급 흐름으로서 적어도 하나의 물질 전달 구역을 가지는 흡수탑 칼럼에 보내어, 상기 기체 흐름의 메탄, C2 및 더 가벼운 성분 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름과 흡수탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    e. 흡수탑 하부 흐름의 적어도 일부분을 예열하고, 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 중간 탑 공급 흐름으로서 증류탑 내부로 보내는 단계;
    f. 제 2 증기 흐름의 적어도 일부분을 냉각시키고 응축시켜 제 1 린 환류 흐름을 형성하고, 제 1 린 환류 흐름을 흡수탑 정상 공급 흐름으로서 흡수탑에 보내는 단계;
    g. 흡수탑 상부 흐름을 가열하고, 압축하여, 잔여 기체 흐름으로서 흡수탑 상부 흐름을 제거하는(discharging) 단계; 및
    h. 여기서 개선은 잔여 기체 흐름의 일부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축시켜 제 2 린 환류 흐름을 생성하고, 이후 제 2 린 환류 흐름을 흡수탑 칼럼에 보내는 단계를 포함함.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 개선은 제 2 린 환류 흐름의 위치 아래에 있는 공급 위치의 제 1 린 환류 흐름을 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 개선은 상기 흐름들을 흡수탑 칼럼으로 보내기에 앞서 제 1 및 제 2 린 환류 흐름을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 개선은 제 2 린 환류 흐름을 상기 흡수탑 칼럼의 정상으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 기체 흐름을 냉각시키는 단계, 제 1 액체 흐름의 적어도 일부분을 예열하는 단계, 흡수탑 하부 흐름의 적어도 일부분을 예열하는 단계, 흡수탑 상부 흐름을 가열하는 단계, 및 잔여 기체 흐름의 일부분을 냉각시키는 단계들은 상기 흡수탑 상부 흐름, 흡수탑 하부 흐름, 제 1 액체 흐름, 잔여 기체 흐름의 일부분, 기체 흐름, 외부적 냉각제 흐름, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹에서 선택된 공정 흐름과의 열 교환 접촉을 제공함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 공정.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 액체 흐름의 일부분을 상기 증류탑으로 보내는 단계는 제 1 액체 흐름의 일부분을 탑 공급 흐름으로서 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 탑 상부 흐름을 냉각시키고 부분적으로 응축시키는 단계는 액체 탄화수소 흐름을 정상 탑 공급 흐름으로서 증류탑으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 증기 흐름을 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계는 상기 제 1 증기 흐름을 하부 흡수탑 공급 흐름으로서 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 증류 칼럼으로 보내는 단계는 상기 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 중간 탑 공급 흐름으로서 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 흡수탑 상부 흐름을 가열하는 단계, 잔여 기체 흐름의 일부분을 냉각시키는 단계, 탑 상부 흐름을 냉각시키는 단계, 및 제 2 증기 흐름의 적어도 일부분을 냉각시키는 단계는 상기 흡수탑 상부 흐름, 잔여 기체 흐름의 일부분, 탑 상부 흐름, 및 제 2 증기 흐름의 일부분, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹에서 선택된 공정 흐름과의 열 교환 접촉을 제공함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 공정.
  11. 다음의 단계들을 포함하고, 메탄, C2 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 기체 흐름을 메탄 및 C2 성분 모두를 실질적으로 함유하는 휘발성의 기체 분획과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 덜 휘발성인 분획으로 분리하는 공정:
    a. 기체 흐름을 제공하고 냉각시켜, 상기 기체 흐름의 적어도 일부분을 부분적으로 응축시키고, 약간의 더 가벼운 성분을 함유하는 제 1 증기 흐름 및 적어도 제 1 액체 흐름을 생성하는 단계;
    b. 상기 제 1 액체의 적어도 일부분을 예열시키고 제 1 액체 흐름의 일부분을 증류탑으로 보내어, 상기 증류탑이 주로 메탄 및 C2 성분을 함유하는 탑 상부 흐름과 다수의 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    c. 상기 탑 상부 흐름을 냉각시키고 부분적으로 응축시켜 제 2 증기 흐름과 액체 탄화수소 흐름을 생성하는 단계;
    d. 상기 액체 탄화수소 흐름을 상기 증류탑으로 보내는 단계;
    e. 상기 제 1 증기 흐름을 팽창시키고, 제 1 증기 흐름을 하부 공급 흐름으로서 적어도 하나의 물질 전달 구역을 가지는 흡수탑 칼럼으로 보내어, 상기 기체 흐름의 메탄, C2, 및 더 가벼운 성분들 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름과 흡수탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    f. 상기 흡수탑 하부 흐름의 적어도 일부분을 예열시키고, 상기 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 상기 증류탑 내부로 직접 보내는 단계;
    g. 상기 제 2 증기 흐름의 적어도 일부분을 응축시켜 제 1 린 환류 흐름을 형성하고, 상기 제 1 린 환류 흐름을 흡수탑으로 보내는 단계;
    h. 잔여 기체 흐름을 생성하기 위하여 상기 흡수탑 상부 흐름을 가열하고 압축시키는 단계; 및
    i. 여기서 상기 개선은 상기 제 1 증기 흐름의 일부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축시켜 제 2 린 환류 흐름을 생성하고, 이후 상기 제 2 린 환류 흐름을 상기 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 함.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 개선은 상기 제 2 린 환류 흐름을 상기 제 1 린 환류 흐름의 구역 아래에 있는 적어도 하나의 물질 전달 구역이 위치된 공급 지역으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 개선은 상기 제 1 린 환류 흐름을 상기 흡수탑 칼럼의 정상으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 액체 흐름의 일부분을 증류탑으로 보내는 단계는 상기 제 1 액체 흐름의 일부분을 하부 탑 공급 흐름으로서 상기 증류탑으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 액체 탄화수소 흐름을 증류탑으로 보내는 단계는 상기 액체 탄화수소 흐름을 정상 공급 흐름으로서 증류탑으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  16. 다음의 단계들을 포함하고, 메탄, C2 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 기체 흐름을 메탄 및 C2 성분 모두를 실질적으로 함유하는 휘발성의 기체 분획과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 덜 휘발성의 분획으로 분리하는 공정:
    a. 기체 흐름을 제공하고 냉각시켜, 상기 기체 흐름의 적어도 일부분을 부분적으로 응축시키고, 약간의 더 가벼운 성분을 함유하는 제 1 증기 흐름 및 적어도 제 1 액체 흐름을 생성하는 단계;
    b. 상기 제 1 증기 흐름을 팽창시키고, 제 1 증기 흐름을 하부 공급 흐름으로서 적어도 하나의 물질 전달 구역을 가지는 흡수탑 칼럼으로 보내어, 기체 흐름의 메탄, C2 및 더 가벼운 성분 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름과 흡수탑 하부 흐름을 행성하는 단계;
    c. 적어도 상기 제 1 액체 흐름을 팽창시키고, 상기 제 1 액체 흐름을 흡수탑 칼럼(32)로 공급하는 단계;
    d. 상기 흡수탑 하부 흐름의 적어도 일부분을 예열시키고, 상기 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 증류탑으로 보내어 [하부 공급 흐름을 종속항으로 함], 상기 증류탑이 주로 메탄 및 C2 성분을 함유하는 탑 상부 흐름과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    e. 상기 탑 상부 흐름을 냉각시키고 부분적으로 응축시켜, 제 2 증기 흐름 및 액체 탄화수소 흐름을 생성하고, 상기 액체 탄화수소 흐름을 정상 공급으로서 증류탑에 직접 보내는 단계;
    f. 제 2 증기 흐름의 적어도 일부분을 응축시켜 제 1 린 환류 흐름을 형성하고, 상기 제 1 린 환류 흐름을 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계;
    g. 상기 흡수탑 상부 흐름을 가열하고, 압축시키고, 잔여 기체로서 상기 흡수탑 상부 흐름을 방출하는 단계; 및
    h. 여기서 상기 개선은 상기 잔여 기체의 일부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축시켜, 제 2 린 환류 흐름을 생성하고, 상기 제 2 린 환류 흐름을 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계를 포함함. 상기 흡수탑의 정상으로 보내는 단계를 종속항으로 함.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 개선은 상기 제 2 린 환류 흐름의 구역 아래에 있는 공급 위치로 상기 제 1 린 환류 흐름을 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 개선은 상기 제 1 린 환류 흐름을 흡수탑 칼럼의 정상으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 액체 흐름을 흡수탑 칼럼(32)로 공급하는 단계는 상기 제 1 액체 흐름을 팽창된 제 1 증기 흐름의 구역 아래에 위치된 공급 위치로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  20. 제 16항에 있어서, 상기 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 증류탑으로 보내는 단계는 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 하부 공급 흐름으로서 증류탑으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  21. 다음의 단계들을 포함하고, 메탄, C2 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 기체 흐름을 메탄 및 C2 성분 모두를 실질적으로 함유하는 휘발성의 기체 분획과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 덜 휘발성의 분획으로 분리하는 공정:
    a. 기체 흐름을 제공하고 냉각시켜, 상기 기체 흐름의 적어도 일부분을 부분적으로 응축시키고, 제 1 증기 흐름 및 적어도 제 1 액체 흐름을 생성하는 단계;
    b. 상기 제 1 증기 흐름을 팽창시키고, 제 1 증기 흐름을 적어도 하나의 물질 전달 구역을 가지는 흡수탑 칼럼으로 보내어, 상기 기체 흐름의 메탄, C2 및 더 가벼운 성분 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름과 흡수탑 하부 흐름을 생성하는 단계 ;
    c. 적어도 상기 제 1 액체 흐름을 팽창시켜 제 1 액체 흐름을 상기 흡수탑으로 공급하는 단계;
    d. 상기 흡수탑 하부 흐름의 적어도 일부분을 예열하고 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 증류탑으로 보내어, 증류탑이 주로 메탄 및 C2 성분을 함유하는 탑 상부 흐름과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    e. 상기 탑 상부 흐름을 냉각시키고 부분적으로 응축시켜, 제 2 증기 흐름 및 액체 탄화수소 흐름을 생성하는 단계;
    f. 상기 액체 탄화수소 흐름을 증류탑으로 보내는 단계 [정상 공급을 종속항으로 함];
    g. 상기 제 2 증기 흐름의 적어도 일부분을 응축시켜 제 1 린 환류 흐름을 형성하고, 상기 제 1 린 환류 흐름을 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계 ;
    h. 잔여 기체 흐름을 생성하기 위하여 상기 흡수탑 상부 흐름을 가열하고 압축시키는 단계; 및
    i. 여기서 개선은 상기 제 1 증기 흐름의 일부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축시켜, 제 2 린 환류 흐름을 생성하고, 상기 제 2 린 환류 흐름을 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계를 포함함.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 개선은 상기 제 2 린 환류 흐름을 제 1 린 환류 흐름의 구역 아래에 있는 적어도 하나의 물질 전달 구역이 위치된 공급 위치로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 개선은 상기 제 2 린 환류 흐름을 흡수탑 칼럼의 정상으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  24. 제 21항에 있어서, 상기 제 1 증기 흐름을 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계는 제 1 증기 흐름을 하부 공급 흐름으로서 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  25. 제 21항에 있어서, 상기 액체 탄화수소 흐름을 증류탑으로 보내는 단계는 상기 액체 탄화수소 흐름을 정상 탑 공급 흐름으로서 증류 칼럼으로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  26. 다음의 단계들을 모두 포함하고, 메탄, C2 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 기체 흐름을 메탄 및 C2 성분 모두를 실질적으로 함유하는 휘발성의 기체 분획과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 덜 휘발성의 분획으로 분리하는 공정:
    a. 기체 흐름을 제공하고 냉각시켜, 상기 기체 흐름의 적어도 일부분을 부분적으로 응축시키고, 약간의 더 가벼운 성분을 함유하는 제 1 증기 흐름 및 적어도 제 1 액체 흐름을 생성하는 단계;
    b. 상기 제 1 액체의 적어도 일부분을 예열하고, 상기 제 1 액체의 일부분을 하부 탑 공급 흐름으로서 증류탑 내부로 보내어, 증류탑이 주로 메탄 및 C2 성분을 함유하는 탑 상부 흐름과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    c. 상기 제 1 증기 흐름을 팽창시키고, 상기 제 1 증기 흐름을 적어도 하나의 물질 전달 구역을 가지는 흡수탑 칼럼으로 보내어, 상기 기체 흐름의 메탄, C2 및 더 가벼운 성분 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름과 흡수탑 하부 흐름을 생성하는 단계 ;
    d. 상기 탑 상부 흐름의 적어도 일부분을 제 1 린 환류 흐름으로서 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계 ;
    e. 잔여 기체 흐름을 생성하기 위하여 상기 흡수탑 상부 흐름을 가열하고 압축시키는 단계; 및
    f. 여기서 개선은 상기 흡수탑 하부 흐름의 제 1 부분을 예열시켜 상기 흡수탑 하부 흐름의 제 1 부분을 증류탑으로 보내고, 상기 흡수탑 하부 흐름의 제 2 부분을 증류탑으로 보내는 단계를 포함함.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 개선은 상기 흡수탑 하부 흐름의 제 1 부분을 상기 흡수탑 하부 흐름의 제 2 부분의 구역보다 하부 공급 구역으로 보내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  28. 다음의 단계들을 포함하고, 메탄, C2 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 기체 흐름을 메탄 및 C2 성분 모두를 실질적으로 함유하는 휘발성의 기체 분획과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 덜 휘발성인 분획으로 분리하는 공정:
    a. 기체 흐름을 공급하고 냉각시켜, 기체 흐름의 적어도 일부분을 부분적으로 응축시키고, 약간의 더 가벼운 성분을 함유하는 제 1 증기 흐름 및 적어도 제 1 액체 흐름을 생성하는 단계;
    b. 상기 제 1 증기 흐름을 팽창시키고, 상기 제 1 증기 흐름을 적어도 하나의 물질 전달 구역을 가지는 흡수탑 칼럼으로 보내어, 상기 기체 흐름의 메탄, C2 및 더 가벼운 성분 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름과 흡수탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    c. 적어도 상기 제 1 액체 흐름을 팽창시키고, 상기 제 1 액체 흐름을 흡수탑 칼럼으로 공급하는 단계 [, 팽창된 제 1 증기 흐름 공급 위치 아래를 종속항으로 함];
    d. 상기 흡수탑 하부 흐름의 적어도 일부분을 예열하고, 상기 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 증류탑으로 보내어, 증류탑이 메탄 및 C2 성분을 주로 함유하는 탑 상부 흐름과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    e. 탑 상부 흐름의 적어도 일부분을 응축시켜 제 1 린 환류 흐름으로서 상기 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계;
    f. 상기 흡수탑 상부 흐름을 가열하고, 압축시키고, 상기 흡수탑 상부 흐름을 잔여 기체로서 방출하는 단계; 및
    g. 여기서 개선은 상기 흡수탑 하부 흐름의 제 1 부분을 예열시켜 증류탑으로 보내고, 상기 흡수탑 하부 흐름의 제 2 부분을 증류탑으로 보내는 단계를 포함함.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 개선은 상기 흡수탑 하부 흐름의 제 1 부분을 상기 흡수탑 하부 흐름의 제 2 부분의 위치보다 하부 공급 위치에 보내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  30. 제 28항에 있어서, 상기 제 1 액체 흐름을 흡수탑 칼럼에 공급하는 단계는 상기 제 1 액체 흐름을 팽창된 제 1 증기 흐름의 위치 아래에 위치된 공급 위치에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  31. 제 28항에 있어서, 상기 개선은 상기 잔여 기체 흐름의 일부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축시켜, 제 2 린 환류 흐름을 생성하고, 상기 제 2 린 환류 흐름을 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 제 1 린 환류 흐름은 상기 제 2 린 환류 흐름의 위치 아래에 위치된 공급 위치에 도입되는 것을 특징으로 하는 공정.
  33. 제 31항에 있어서, 상기 제 2 린 환류 흐름은 흡수탑 칼럼의 정상으로 보내지는 것을 특징으로 하는 공정.
  34. 다음의 단계들을 포함하고, 메탄, C2 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 기체 흐름을 메탄 및 C2 성분 모두를 실질적으로 함유하는 휘발성의 기체 분획과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 덜 휘발성인 분획으로 분리하는 공정:
    a. 기체 흐름을 제공하고 냉각시켜, 상기 기체 흐름의 적어도 일부분을 부분적으로 응축시키고, 약간의 더 가벼운 성분을 함유하는 제 1 증기 흐름 및 적어도 제 1 액체 흐름을 생성하는 단계;
    b. 상기 제 1 증기 흐름을 팽창시키고, 상기 제 1 증기 흐름을 적어도 하나의 물질 전달 구역을 가지는 흡수탑 칼럼으로 보내어, 상기 기체 흐름의 메탄, C2 및 더 가벼운 성분 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름과 흡수탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    c. 적어도 상기 제 1 액체 흐름을 팽창시켜 상기 제 1 액체 흐름을 흡수탑 칼럼으로 공급하는 단계;
    d. 상기 흡수탑 하부 흐름의 적어도 일부분을 예열하고 상기 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 증류탑으로 보내어, 증류탑이 주로 메탄 및 C2 성분을 함유하는 탑 상부 흐름과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    e. 상기 탑 상부 흐름의 적어도 일부분을 응축시켜 제 1 린 환류 흐름으로서 상기 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계;
    f. 상기 흡수탑 상부 흐름을 가열하고 압축시켜 잔여 기체 흐름을 생성하는 단계; 및
    g. 여기서 개선은 상기 제 1 증기 흐름의 일부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축시켜, 제 2 린 환류 흐름을 생성하고, 상기 제 2 린 환류 흐름을 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계를 포함함.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 제 2 린 환류 흐름은 상기 제 1 린 환류 흐름의 구역 아래에 있는 적어도 하나의 물질 전달 구역이 위치된 공급 위치의 흡수탑 칼럼으로 보내지는 것을 특징으로 하는 공정.
  36. 제 34항에 있어서, 상기 제 1 액체 흐름을 흡수탑 칼럼으로 공급하는 단계는 상기 제 1 액체 흐름을 팽창된 제 1 증기 흐름의 구역 아래 위치된 공급 위치로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  37. 제 34항에 있어서, 상기 제 2 린 환류 흐름은 흡수탑 칼럼의 정상으로 보내지는 것을 특징으로 하는 공정.
  38. 다음의 단계들을 포함하고, 메탄, C2 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 기체 흐름을 메탄 성분 모두를 실질적으로 함유하는 휘발성의 기체 분획과 C2 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 덜 휘발성인 분획으로 분리하는 공정:
    a. 기체 흐름을 제공하고 냉각시켜, 상기 기체 흐름의 적어도 일부분을 부분적으로 응축시키고, 약간의 더 가벼운 성분을 함유하는 제 1 증기 흐름 및 적어도 제 1 액체 흐름을 생성하는 단계;
    b. 상기 제 1 액체 흐름을 증류탑에 보내어, 증류탑이 주로 메탄 성분을 함유하는 탑 상부 흐름과 C2 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 탑 하부 흐름을 생성하는 단계;
    c. 상기 제 1 증기 흐름을 제 1 분리장치 상부 흐름 및 제 2 상부 흐름으로 분리하는 단계 ;
    d. 상기 제 1 분리장치 상부 흐름을 팽창시키고 적어도 하나의 물질 전달 구역을 가지는 흡수탑 칼럼으로 보내어, 상기 기체 흐름의 메탄 및 더 가벼운 성분 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름 및 흡수탑 하부 흐름을 생성하는 단계 ;
    e. 상기 제 2 분리장치 상부 흐름을 냉각시키고, 상기 제 2 분리장치 상부 흐름을 흡수탑 칼럼으로 보내는 단계;
    f. 상기 흡수탑 상부 흐름을 가열하고 압축시켜 잔여 기체 흐름을 생성하는 단계; 및
    g. 여기서 개선은 상기 탑 상부 흐름의 적어도 일부분을 응축시켜 제 1 린 환류 흐름을 생성하고, 상기 제 1 린 환류 흐름을 흡수탑으로 보내는 단계를 포함함.
  39. 제 38항에 있어서, 상기 개선은 상기 제 1 린 환류 흐름을 적어도 상기 제 1 물질 전달 구역 아래에 위치된 공급 위치에서 흡수탑으로 보내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  40. 제 38항에 있어서, 상기 기체 흐름을 냉각시키는 단계는 상기 기체 흐름의 적어도 일부분을 적어도 하나의 탑 측면 흐름과의 열 교환 접촉에 의하여 냉각시미키고, 상기 적어도 하나의 탑 측면 흐름을 증류 칼럼으로 다시 보내기에 앞서 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  41. 다음의 장치들을 포함하고, 메탄, C2 및 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소를 함유하는 기체 흐름을 메탄 성분 모두를 실질적으로 함유하는 휘발성의 기체 분획과 C2 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 덜 휘발성인 분획으로 분리하는 장치:
    a. 기체 흐름을 냉각시켜 상기 기체 흐름의 적어도 일부분을 부분적으로 응축시키는 단계, 제 1 액체 흐름의 적어도 일부분을 예열하는 단계, 흡수탑 하부 흐름의 적어도 일부분을 예열하는 단계, 상기 흡수탑 상부 흐름을 가열하는 단계, 상기 잔여 기체 흐름의 일부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축시켜 제 2 린 환류 흐름을 생성하는 단계, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹에서 선택된 공정 단계를 수행하기 위한 제 1 교환기;
    b. 상기 기체 흐름을 제 1 증기 흐름 및 적어도 제 1 액체 흐름으로 분리하기 위한 제 1 분리장치 ;
    c. 상기 제 1 액체 흐름의 일부분을 하부 탑 공급 흐름으로서 수용하고, 흡수탑 하부 흐름의 일부분을 중간 탑 공급 흐름으로서 수용하여, 주로 메탄 및 C2 성분을 함유하는 탑 상부 흐름과 C3 성분 및 더 무거운 탄화수소의 대부분을 함유하는 탑 하부 흐름을 생성하는 증류탑;
    d. 상기 탑 상부 흐름을 냉각시켜 제 2 증기 흐름 및 액체 탄화수소 흐름을 생성하는 단계, 상기 제 2 증기 흐름의 적어도 일부분을 냉각시키고 응축시켜 제 1 린 환류 흐름을 형성하는 단계, 상기 흡수탑 상부 흐름을 가열하는 단계, 상기 잔여 기체 흐름의 일부분을 냉각시키고 적어도 부분적으로 응축시켜 제 2 린 환류 흐름을 생성하는 단계로 구성되는 그룹에서 선택된 공정 단계를 수행하기 위한 제 2 교환기;
    e. 상기 제 1 증기 흐름을 팽창시키기 위한 팽창기 ;
    f. 하부 흡수탑 공급 흐름으로서 상기 제 1 증기 흐름을, 흡수탑 정상 공급 흐름으로서 상기 제 1 린 환류 흐름을, 그리고 상기 제 2 린 환류 흐름을 수용하는 적어도 하나의 물질 전달 구역을 가지고, 이에 의하여 상기 기체 흐름의 메탄, C2 및 더 가벼운 성분 모두를 본질적으로 함유하는 흡수탑 상부 흐름과 흡수탑 하부 흐름을 생성하는 흡수탑 칼럼; 그리고
    g. 잔여 기체 흐름을 생성하기 위하여 상기 흡수탑 상부 흐름을 압축하는 압축기.
  42. 제 41항에 있어서, 상기 탑 상부 흐름을 제 2 증기 흐름 및 액체 탄화수소 흐름으로 분리하기 위한 제 2 분리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  43. 제 41항에 있어서, 상기 흡수탑은 적어도 하나의 물질 전달 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  44. 제 41항에 있어서, 상기 흡수탑은 하나 이상의 물질 전달 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  45. 제 41항에 있어서, 상기 기체 흐름의 적어도 일부분을 냉각시키는 단계, 적어도 하나의 탑 재비기 측면 흐름을 데우는 단계, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹에서 선택된 공정 단계를 수행하기 위한 제 3 교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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