KR20170130472A - 병류 접촉기용 코어레서 - Google Patents

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제이. 팀 컬리네인
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Abstract

본 발명은, 유체를 병류 접촉기로 통과시키는 단계, 용매를 상기 병류 접촉기로 통과시키는 단계, 상기 용매를 제1 평균 소적 크기를 갖는 용매 소적들로 분할하는 단계, 상기 유체를 상기 용매 소적들과 접촉하도록 배치하여 병합된 스트림을 생성하는 단계, 상기 용매 소적들의 적어도 일부를 합체하여 제2 평균 소적 크기를 갖는 용매 소적들을 생성하며, 여기서, 상기 제2 평균 소적 크기는 상기 제1 평균 소적 크기보다 더 큰 단계, 및 상기 유체 및 상기 용매를 분리하는 단계를 포함하는 방법을 포함한다.

Description

병류 접촉기용 코어레서
관련 출원에 관한 상호 참조
본 특허출원은 2015년 3월 13일 출원된 발명의 명칭이 병류 접촉기용 코어레서(COALESCER FOR CO-CURRENT CONTACTORS)인 미국 특허 출원 제62/132,631호에 대해 우선권을 주장하며, 이의 전문은 인용에 의해 본원에 포함된다.
저장소(reservoir)로부터의 탄화수소의 생산은 종종 비탄화수소 가스의 부수적인 생산을 수반한다. 이러한 가스는 황화수소(H2S) 및 이산화탄소(CO2)와 같은 오염 물질을 포함한다. H2S 또는 CO2가 탄화수소 스트림(예를 들어 메탄 또는 에탄)의 일부로 생성될 때, 비가공(raw) 가스 스트림은 종종 "사워 가스(sour gas)"로 언급된다. H2S 또는 CO2는 종종 "산성 가스"로 함께 언급된다.
탄화수소 생산 스트림에 더해, 산성 가스는 합성 가스 스트림, 또는 정유 가스 스트림과 회합될 수 있다. 산성 가스는 가스 가공 시설의 일명 플래시 가스 내에 존재할 수도 있다. 또한, 산성 가스는 석탄, 천연 가스, 또는 다른 탄소성 연료를 연소시킴으로써 생성될 수 있다.
가스 및/또는 탄화수소 유체(fluid) 스트림은 H2S 또는 CO2 뿐만 아니라, 다른 "산성" 불순물도 함유할 수 있다. 이들은 머캅탄 및 다른 미량의 황 화합물(SOx)을 포함한다. 또한, 천연 가스 스트림은 물을 함유할 수 있다. 실제로, 다수의 천연 가스 스트림에서 물은 가장 일반적인 오염 물질이다. 이러한 불순물은 산업적 사용 또는 가정용 사용에 앞서 반드시 제거되어야 한다.
공정들이 비가공 천연 가스 스트림으로부터 오염 물질을 제거하기 위해 고안되었다. 산성 가스의 경우, 특히 CO2를 제거하여 라인 동결 및 막힌 오리피스(plugged orifice)를 예방하기 위해 극저온 가스 프로세싱이 종종 사용된다. 다른 경우, 특히 H 2 S 제거를 포함하여 탄화수소 유체 스트림은 용매로 처리된다. 용매는 화학적 용매, 예를 들어 아민을 포함할 수 있다. 사워 가스 처리에 사용된 아민의 예는 모노에탄올 아민(MEA), 디에탄올 아민(DEA), 및 메틸 디에탄올 아민(MDEA)을 포함한다.
물리적 용매는 종종 아민 용매 대신 사용된다. 예는 최근 제품명 Selexol®(폴리에틸렌 글리콜의 디메틸 에테르를 포함) 및 Rectisol™(메탄올을 포함)하에 판매되는 물리적 용매를 포함한다. 일부 경우, 물리적 및 화학적 용매의 혼합물을 의미하는 혼합 용매가 사용되었다. 임의의 이러한 혼합 용매의 예는 제품명 Sulfinol®(설포란, 물, 및 하나 이상의 아민을 포함)하에 판매된다. 하지만, 아민계 산성 가스 제거 용매의 사용이 가장 일반적이다.
아민계 용매는 산성 가스와의 화학적 반응에 의존한다. 반응 과정은 종종 "가스 스위트닝"으로 나타낸다. 이러한 화학적 반응은 특히 300psia(pounds per square inch absolute) 미만(약 20bar)의 공급 가스 압력에서 일반적으로 물리적 계열 용매보다 더 효과적이다. 특히 H2S 및 CO2-함유 가스 및/또는 탄화수소 유체 스트림으로부터 H2S를 선택적으로 제거하기 위해 특별한 화학적 용매, 예를 들어 Flexsorb®(장애 아민을 포함)이 사용되는 경우가 있다.
가스 스위트닝 공정의 결과로서, 처리된 또는 "스위트닝된" 가스 스트림이 생성된다. 스위트닝된 가스 스트림은 H2S 및/또는 CO2 성분이 상당히 감소된다. 스위트닝된 가스는 보다 무거운 탄화수소 가스의 응축에 의한 액체 회수로 추가 처리될 수 있다. 스위트 가스는 파이프라인으로 판매될 수 있거나, 액화 천연 가스(LNG) 공급용으로 사용될 수 있다. 또한, 스위트닝된 가스 스트림은 가스-액체 처리용 공급 원료로 사용된 후, 궁극적으로 왁스, 부탄, 윤활제, 글리콜 및 다른 석유 기반 제품들을 만들 수 있다. 추출된 CO2는 고체일 수 있거나, 또는 향상된 오일 회수 작업을 위한 지하 저장소에 주입될 수 있다.
천연 가스 스트림이 물을 함유하는 경우, 탈수 방법은 일반적으로 산성 가스 제거 전 또는 제거 후에 실시된다. 이는 물 분리기에서 글리콜 또는 다른 건조제의 사용을 통해 완료된다. 천연 가스의 탈수는 가스 수화물의 형성을 제어하여 분배 파이프라인의 부식을 예방하기 위해 완료된다. 가스 수화물의 형성 및 파이프라인의 부식은 유동 용적의 감소, 및 냉각 제어 밸브, 막힌 오리피스 및 다른 작업 문제를 야기할 수 있다.
통상적으로, 화학적 용매 또는 건조제를 사용하는 산성 가스 또는 물의 제거는 비가공 천연 가스 스트림과 화학 물질의 역류 접촉을 수반한다. 비가공 가스 스트림은 접촉 타워, 또는 흡수 타워의 하부 구획으로 도입된다. 동시에, 용매 용액은 상기 타워의 상부 구획으로 향한다. 타워는 트레이(tray), 팩킹(packing), 또는 다른 "내장품"을 갖는다. 상기 내장품을 통한 용매 케스케이드로서, "풍부한" 용매 용액의 일부로서 접촉 타워의 하부를 통하여 이들을 운반함으로써, 바람직하지 않은 성분을 흡수한다. 동시에, 바람직하지 않은 성분이 대체로 감소된 기체상 유체는 타워의 상부에 존재한다.
존재할 수 있는 경우로서, 접촉기에 존재하는 풍부 용매 또는 풍부 글리콜은 종종 흡수 용액으로 나타낸다. 흡수에 이어, 재생성 과정("탈착"으로도 불림)이 사용되어 흡수 용액의 활성 용매로부터 오염 물질을 분리할 수 있다. 이는 이후 일반적으로 추가적인 흡수를 위해 접촉 타워로 재순환되는 "희박(lean)" 용매 또는 "희박" 글리콜을 생성한다.
가스 및/또는 탄화수소 함유 유체 스트림으로부터 오염 물질을 제거하기 위해 원하는 접촉을 실시할 수 있는 반면, 역사적인 접촉기 설계는 최대 1BSFD(billion standard cubic feet per day) 가스까지 효율적으로 처리할 수 있는 단위로의, 실험실 및/또는 시험 크기 단위로부터의 규모 확장에 어려움을 가졌다. 과거의 규모 확장 설계는 (예를 들어 보다 더 크고 보다 더 많은 장비를 갖는 것, 보다 복잡한 운송 및 설치 등으로 인한) 고도의 자본 비용 및 (예를 들어 보다 낮은 신뢰도 및/또는 작업성, 보다 ?? 크기 및 중량 장비 등으로 인한) 고도의 작업 비용을 가지고 있다. 결과적으로, 보다 더 작고, 보다 더 적은 장비를 갖고, 개선된 작업성 및 신뢰도를 갖고, 운송 및 설치가 더 쉽고, 통상적인 접촉 장비보다 더 가벼운 접촉 설계에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은, 유체를 병류 접촉기로 통과시키는 단계, 용매를 상기 병류 접촉기로 통과시키는 단계, 상기 용매를 제1 평균 소적 크기(average droplet size)를 갖는 용매 소적들로 분할하는 단계, 상기 유체를 상기 용매 소적들과 접촉하도록 배치하여 병합된 스트림(combined stream)을 생성하는 단계, 상기 용매 소적들의 적어도 일부를 합체(coalescing)하여 제2 평균 소적 크기를 갖는 용매 소적들을 생성하는 단계로서, 여기서, 상기 제2 평균 소적 크기는 상기 제1 평균 소적 크기보다 더 큰, 단계 및 상기 유체와 상기 용매를 분리하는 단계를 포함하는 방법을 포함한다.
본 발명은, 병류 접촉기 장치로서, 상기 병류 접촉기의 제1 말단에 인접하여 제1 유체 스트림을 받기 위해 구성된 제1 유입구, 상기 병류 접촉기의 상기 제1 말단에 인접하여 제2 유체 스트림을 받기 위해 구성된 제2 유입구, 상기 제2 유체 스트림의 적어도 일부를 분무(atomize)하기 위해 구성된 유입구 구획, 상기 제1 유체 스트림 및 상기 분무된 제2 유체 스트림을 받기 위해, 그리고 상기 분무된 제2 유체 스트림 및 상기 제1 유체 스트림을 병합된 스트림으로 통과시키기 위해 구성된 물질 전달(mass tranfer) 구획, 상기 병합된 스트림을 받기 위해, 그리고 상기 분무된 제2 유체 스트림의 평균 소적 크기를 증가시키기 위해 구성된 코어레서; 및 상기 병합된 스트림으로부터 상기 분무된 제2 유체 스트림의 적어도 일부를 분리하기 위해 구성된 분리기를 포함하는 병류 접촉기 장치를 포함한다.
본 발명은, 역류 배치(counter-current configuration)로 커플링된 다수의 병류 접촉기를 포함하는 병류 접촉 시스템을 포함하며, 여기서, 각각의 병류 접촉기는, 상기 병류 접촉기의 제1 말단에 인접하여 제1 유체 스트림을 받기 위해 구성된 제1 유입구, 상기 병류 접촉기의 상기 제1 말단에 인접하여 제2 유체 스트림을 받기 위해 구성된 제2 유입구, 상기 제2 유체 스트림의 적어도 일부를 분무하기 위해 구성된 유입구 구획, 상기 제1 유체 스트림 및 상기 분무된 제2 유체 스트림을 받기 위해, 그리고 상기 분무된 제2 유체 스트림 및 상기 제1 유체 스트림을 병합된 스트림으로 통과시키기 위해 구성된 물질 전달 구획, 상기 병합된 스트림을 받기 위해, 그리고 상기 분무된 제2 유체 스트림의 평균 소적 크기를 증가시키기 위해 구성된 코어레서, 및 상기 병합된 스트림으로부터 상기 분무된 제2 유체 스트림의 적어도 일부를 분리하기 위해 구성된 분리기를 포함한다.
상기 방법이 다른 유체 스트림으로부터 오염 물질, 예를 들어 산성 가스 성분, 물 성분 등을 제거하기 위해 사용될 수 있음이 이해된다. 이러한 분리된 유체 스트림은 예를 들어, 사워 물 스트림, 플래시 가스 스트림, 또는 클라우스 테일 가스(Claus tail gas) 스트림을 포함할 수 있다.
본 발명이 보다 잘 이해될 수 있는 방식으로, 특정 도면, 도표 및/또는 순서도가 본원에 첨부되어 있다. 하지만, 본 발명이 다른 동등한 효과적인 양태 및 적용에 허용될 수 있기 때문에, 도면들은 선택된 본 발명의 양태만을 도시하며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하지 아니한다.
도 1a는, 병류 유동 도식을 포함하는 가스 처리 시스템의 공정 유동 다이아그램이다.
도 1b는, 병류 유동 도식을 포함하는 가스 처리 시스템의 공정 유동 다이아그램이다.
도 2는, 다수의 병류 접촉기들을 포함하는 병류 접촉 시스템의 도식 다이아그램이다.
도 3은, 단독 스테이지 복수 병류 접촉기 번들 배치의 양태의 측면도이다.
도 4는, 합체 구획을 갖는 병류 접촉기의 양태의 도식 다이아그램이다.
본원에서 사용된 "산성 가스"는 물에 용해되어 산성 용액을 생성하는 임의의 가스를 의미한다. 산성 가스의 비제한적인 예는 황화수소(H2S), 이산화탄소(CO2), 이산화황(SO2), 이황화탄소(CS2), 카보닐 설파이드(COS), 머캅탄, 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
본원에서 사용된 용어 "분무하다"는 액체를 사전결정된 범위 내의 평균 소적 크기를 갖는 소적들의 극미한 입자, 미스트(mist), 또는 소적(droplet)들의 미세한 스프레이(spray)로 분할하거나, 감소시키거나, 또는 다르게는 전환시키는 것을 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "병류 접촉 장치" 또는 "병류 접촉기"는, 상기 접촉 장치 내에서 일반적으로 동일한 방향을 따라가는 동시에 가스 스트림 또는 용매 스트림이 서로 접촉하는 방식으로 (i) 가스의 스트림 (또는 처리될 다른 유체 스트림) 및 (ii) 용매의 개별 스트림 (또는 용액을 처리하는 다른 유체)을 받는 장치, 예를 들어 파이프, 용기, 하우징(housing), 어셈블리 등을 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "오염 물질"은, 선택된 용매에 의해 흡수 가능한 산성 가스, 물, 또 다른 바람직하지 못한 성분, 또는 이들의 조합을 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "연도 가스"는 탄화수소 연소의 부산물로 생성된 임의의 가스 스트림을 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "유체"는 기체, 액체, 및 기체와 액체의 조합물, 및 기체와 고체의 조합물, 및 액체와 액체의 조합물을 나타낸다.
본원에서 사용된 용어 "탄화수소"는 비독점적인 경우, 주로 원소 수소 및 탄소를 포함하는 유기 화합물을 나타낸다. 일반적으로 탄화수소는 2가지 군으로 나뉜다: 지방족, 또는 직쇄 탄화수소, 및 사이클릭, 또는 닫힌 환, 사이클릭 테르펜을 포함하는 탄화수소. 탄화수소 함유 물질의 예는 연료로 사용될 수 있거나 연료로 상향될 수 있는 임의의 형태의 천연 가스, 오일, 석탄, 및 역청을 포함한다.
본원에서 사용된 용어 "공정 플랜트"는 하나 이상의 탄화수소 또는 산성 가스를 함유하는 스트림을 생성하는 임의의 플랜트를 나타낸다. 임의의 비제한적 예는 석탄 발전 전기 생성 플랜트이다. 또 다른 예는 낮은 압력에서 CO2를 배출하는 시멘트 플랜트이다.
유체 처리 장비에 대해, 용어 "인라인(inline)"은, 유액 스트림이 장비의 임의의 물품으로부터 다음 물품으로 이동하는 동시에 상당히 균일한 다운스트림 방향으로의 유동을 유지하는 유액 분리를 겪는 유동 라인을 따라 둘 이상의 물품(item)이 배치되고/배치되거나 둘 이상의 물품이 연속적으로 연결되었거나, 또는 보다 바람직하게는 단일 관형 장비로 통합된 것을 의미할 수 있다.
가스 스트림으로부터 선택된 가스 성분의 흡수 액체 제거에 관해 본원에서 사용된 용어 "희박" 및 "풍부"는, 각각 상대적인 선택된 가스 성분의 보다 더 낮거나 보다 더 많은 정도의 함량을 나타낼 뿐이다. 개별 용어 "희박" 및 "풍부"는 각각, 흡수 액체가 선택된 기체상 성분이 결여돼있거나, 또는 보다 많은 선택된 가스 성분을 흡수할 수 있는 것을 반드시 나타내거나 요구하지 않는다. 사실, 본원에서 이후 분명해질 바와 같이, 둘 이상의 일련의 접촉기들 중 제1 접촉기에서 생성된 일명 "풍부" 흡수 용액이 상당한 또는 충분한 잔류 흡수 용량을 보유하고 있는 것이 바람직하다. 반대로, "희박" 흡수 용액은 충분히 흡수 가능하지만, 제거되는 가스 성분의 적은 농도를 유지할 수 있는 것이 이해될 것이다.
본원에서 사용된 용어 "천연 가스"는 원유정(crude oil well)(가스 관련)으로부터, 또는 지하 가스-베어링 형태(가스 비관련)로부터 얻어진 다성분 가스를 나타낸다. 천연 가스의 조성 및 압력은 상당히 상이할 수 있다. 일반적인 천연 가스 스트림은 주요 성분으로 메탄(C1)을 함유한다. 천연 가스 스트림은 보다 고분자량 탄화수소인 에탄(C2), 하나 이상의 산성 가스, 및 물도 함유할 수 있다. 천연 가스는 소량의 오염 물질, 예를 들어 질소, 황화철, 및 왁스도 함유할 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "비흡수성 가스"는 가스 처리 또는 제어 과정 동안, 예를 들어 병류 접촉 동안 용매에 흡수되지 않는 가스를 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "용매"는, 하나 이상의 성분을 다른 성분보다 우선적으로 흡수하는 액상 유체 또는 다상(multiphase) 유체(액상 및 기체상 둘 다를 포함하는 유체)를 의미한다. 예를 들어, 용매는 오염 물질, 예를 들어 산성 가스를 우선적으로 흡수할 수 있고, 이에 의해 오염된 스트림으로부터의 오염 물질의 적어도 일부, 예를 들어 오염된 천연 가스 스트림을 제거 또는 "스크러빙(scrubbing)"할 수 있다.
본원 명세서에서 사용된 용어 "스위트닝된 가스 스트림"은 제거된 산성 가스 성분의 적어도 일부를 가진 대체로 기체상 중의 유체 스트림을 나타낸다. 또한, 용어 "스위트닝된"은 탈수 또는 다른 제어 과정으로 처리된 유체 스트림을 나타낼 수도 있다.
특정 양태의 설명
도 1a는 역류 배치로 배열된 병류 유동 도식을 포함하는 가스 처리 시스템(100)의 공정 유동 도식이다. 가스 처리 시스템(100)은 가스 스트림(102)으로부터 H2S 또는 다른 산성 가스 성분을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 또한 일부 양태에서, 가스 처리 시스템(100)은 가스 스트림(102)으로부터 물 또는 다른 불순물을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
가스 처리 시스템(100)은 다수의 수직 배향된 병류 접촉 시스템(104A 내지 104F)를 사용할 수 있다. 일부 양태에서, 각각의 수직 배향된 병류 접촉 시스템(104A 내지 104F)는 분리 시스템의 수직 배향된 병류 접촉기 업스트림을 포함한다. 다른 양태에서, 각각의 수직 배향된 병류 접촉 시스템(104A 내지 104F)는 단일 분리 시스템의 다수의 수직 배향된 병류 접촉기 업스트림을 포함한다. 당해 기술분야의 숙련가에게 자명할 바와 같이, 임의의 병류 접촉 시스템(104A 내지 104F) 또는 이들 전체는 특정 시행의 상세에 따라 수직 배향되거나 수평 배향될 수 있으며, 이러한 다른 양태는 본 발명의 범위 내에 포함된다.
가스 스트림(102)은 탄화수소 생산 작업으로부터의 천연 가스 스트림일 수 있다. 예를 들어, 가스 스트림(102)은 발전소, 또는 합성 가스(신-가스(syn-gas)) 스트림으로부터의 연도 가스 스트림일 수 있다. 천연 가스 스트림(102)이 신-가스 스트림인 경우, 가스 스트림(102)은 가스 처리 시스템(100)으로의 도입 전에 냉각되고 여과될 수 있다. 가스 스트림(102)은 가스 처리 시스템 자체에서의 플래시 드럼(flash drum)으로부터 얻어진 플래시 가스일 수도 있다. 또한, 가스 스트림(102)은 클라우스 황 회수 방법으로부터의 테일 가스 스트림 또는 재생성기로부터의 불순물 스트림일 수 있다. 또한, 가스 스트림(102)은 시멘트 플랜트 또는 다른 산업 플랜트로부터의 배기 배출물일 수 있다. 이러한 경우, CO2 는 과량의 공기로부터 또는 질소 함유 연도 가스로부터 흡수될 수 있다.
가스 스트림(102)은 비흡수 기체, 예를 들어 메탄, 및 하나 이상의 불순물, 예를 들어 산성 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 스트림(102)은 CO2 또는 H2S를 포함할 수 있다. 가스 처리 시스템(100)은 산성 가스를 제거함으로써 가스 스트림(102)을 스위트닝된 가스 스트림(106)으로 전환할 수 있다.
작업시, 가스 스트림(102)은, 용매 스트림(108)과 혼합되는 제1 병류 접촉 시스템(104A)으로 흐를 수 있다. 가스 처리 시스템(100)이 H2S 또는 다른 황 화합물을 제거하기 위해 사용되는 경우, 용매 스트림(108)은 아민 용액, 예를 들어 모노에탄올 아민(MEA), 디에탄올 아민(DEA), 또는 메틸디에탄올 아민(MDEA)을 포함할 수 있다. 다른 용매, 예를 들어 물리적 용매, 알칼리염 용액, 또는 이온성 용액은 H2S를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 다른 목적, 예를 들어 탈수 또는 반응을 위해 사용되는 양태에서, 다른 용매 또는 반응물, 예를 들어 글리콜이 사용될 수 있다. 용매 스트림(108)은 산성 가스 불순물을 제거하기 위한 탈착 가공을 겪은 희박 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 가스 처리 시스템(100)에서, 제1 병류 접촉 시스템(104A)로 도입된 용매 스트림(108)은 재생성기(110)의 중심 부분으로부터 얻어진 반-희박 용매를 포함한다. 재생성기(110)로부터 얻어진 희박 용매 스트림(112)은 최종 병류 접촉 시스템(104F)로 향할 수도 있다.
다양한 양태에서, 가스 처리 시스템(100)은 일련의 병류 접촉 시스템(104A 내지 104F)를 사용한다. 일부 양태에서, 도 1a에 도시한 바와 같이, 병류 접촉 시스템(104A 내지 104F)는 역류 배치로 배열될 수 있다. 각각의 병류 접촉 시스템(104A 내지 104F)은 천연 가스 스트림(102)으로부터 산성 가스 함량의 일부를 제거하여, 이에 의해 다운스트림 방향으로 스위트닝된 천연 가스 스트림을 계속하여 방출한다. 최종 병류 접촉 시스템(104F)는 최종 스위트닝된 천연 가스 스트림(106)을 제공한다.
제1 병류 접촉 시스템(104A)로의 주입 전에, 천연 가스 스트림(102)은 유입구 분리기(114)를 통과할 수 있다. 유입구 분리기(114)가 사용되어 불순물, 예를 들어 염수 및 시추 유체(drilling fluid)를 여과 배출함으로써 천연 가스 스트림(102)을 청소할 수 있다. 일부 입자 여과가 실시될 수도 있다. 천연 가스 스트림(102)의 청소는 산성 가스 처리 과정 동안 용매의 발포를 예방할 수 있다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 용매 스트림(108)은 제1 병류 접촉 시스템(104A)으로 흐른다. 반-희박 용매 스트림(108)의 제1 병류 접촉 시스템(104A)로의 이동은 펌프(116)에 의해 도움받을 수 있다. 펌프(116)은 반-희박 용매 스트림(108)을 적합한 압력, 예를 들어 약 15psig 내지 약 1,500psig에서 제1 병류 접촉 시스템(104A)로 흐르는 것을 야기할 수 있다.
제1 병류 접촉 시스템(104A) 내로 들어가면, 천연 가스 스트림(102) 및 용매 스트림(108)은 제1 병류 접촉 시스템(104A)의 세로축을 따라 이동한다. 이들이 이동함에 따라, 용매 스트림(108)은 H2S, H2O, 및/또는 천연 가스 스트림(102)의 다른 부순물과 상호 작용하여, H2S, H2O, 및/또는 천연 가스 스트림(102)의 다른 부순물을 아민 분자에 화학적으로 부착하거나, 아민 분자에 흡수되게 한다. 제1 부분-부하된, 또는 "풍부" 가스 용매 또는 처리 용액(118A)은 제1 병류 접촉 시스템(104A)을 흘러 나올 수 있다. 또한, 제1 부분-스위트닝된 천연 가스 스트림(120A)은 제1 병류 접촉 시스템(104A)를 흘러 나오고, 제2 병류 접촉 시스템(104B)로 흐를 수 있다. 이러한 일반적인 배열은 역류 배치의 병류 접촉기 열로 나타낼 수 있다.
도 1a에 설명된 예시에 도시된 바와 같이, 제3 병류 접촉 시스템(104C)는 제2 병류 접촉 시스템(104B) 후에 제공될 수 있으며, 제4 병류 접촉 시스템(104D)은 제3 병류 접촉 시스템(104C) 후에 제공될 수 있다. 또한, 제5 병류 접촉 시스템(104E)는 제4 병류 접촉 시스템(104D) 후에 제공될 수 있으며, 최종 병류 접촉 시스템(104F)는 제5 병류 접촉 시스템(104E) 후에 제공될 수 있다. 제2, 제3, 제4, 및 제5 병류 접촉 시스템(104B, 104C, 104D, 및 104E) 각각은 개별적인 부분-스위트닝된 천연 가스 스트림(120B, 120C, 120D, 및 120E)를 생성할 수 있다. 또한, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 최종 병류 접촉 시스템(104B, 104C, 104D, 104E, 및 104F) 각각은 개별적인 부분-로드된 가스 처리 용액(118B, 118C, 118D, 118E, 및 118F)를 생성할 수 있다. 아민이 용매 스트림(108)으로 사용되는 경우, 부분-로드된 가스처리 용액(118A 내지 118F)는 풍부 아민 용액을 포함할 수 있다. 가스 처리 시스템(100)에서, 제2 로드된 가스 처리 용액(118B)은 풍부 가스 처리 용액(118A)와 통합되며, 재생성기(110)에서 재생성 과정을 통과한다.
계속하여-스위트닝된 천연 가스 스트림(120A 내지 120E)이 생성된 바와 같이, 가스 처리 시스템(100)에서의 기체 압력은 점차 감소할 것이다. 이것이 발생하는 바와 같이, 계속하여-풍부해지는 가스 처리 용액(118A 내지 118F)의 액체 압력은 상응하여 증가될 수 있다. 이는 각각의 병류 접촉 시스템(104A 내지 104F) 사이에 하나 이상의 부스터 펌프(비도시됨)에 의해 달성되어 가스 처리 시스템(100)에서의 액체 압력을 신장시킬 수 있다.
가스 처리 시스템(100)에서, 용매 시스템은 플래시 드럼(121)을 통해 부분-로드된 가스 처리 용액(118A 및 118B)의 유동에 의해 재생성될 수 있다. 흡수된 천연 가스(122)는 플래시 드럼(121) 내에 부분-로드된 가스 처리 용액(118A 및 118B)로부터 플래시될 수 있고, 오버헤드 라인(overhead line)(124)를 통해 플래시 드럼(121)으로부터 유출될 수 있다.
생성된 풍부 용매 스트림(126)은 플래시 드럼(121)으로부터 재생성기(112)로 흐를 수 있다. 풍부 용매 스트림(126)은 탈착을 위해 재생성기(110)로 도입될 수 있다. 재생성기(110)는 트레이 또는 다른 내장품(비도시됨)을 포함하는 스트리퍼 부분(128)을 포함할 수 있다. 스트리퍼 부분(128)은 가열 부분(130)의 바로 위에 위치할 수 있다. 열원(132)은 가열 부분(130)과 함께 제공되어 열을 재생성할 수 있다. 재생성기(110)는 최종 병류 접촉 시스템(104F)에서 재사용하기 위해 재순환되는 재생성된 희박 용매 스트림(112)을 생성한다. 농축된 H2S(또는 CO2)를 포함할 수 있는 재생성기(110)로부터 스트립된 오버헤드 가스는 오버헤도 불순물 스트림(134)으로 재생성기(110)로부터 유출될 수 있다.
오버헤드 불순물 스트림(134)은 오버헤드 불순물 스트림(134)을 냉각시킬 수 있는 응축기(135)로 흐를 수 있다. 생성된 냉각된 불순물 스트림(138)은 환류 축압기(140)를 통해 흐를 수 있다. 환류 축압기(140)는 불순물 스트림(138)으로부터 임의의 잔류 액체, 예를 들어 응축된 물을 분리할 수 있다. 이는 오버헤드 라인(144)을 통해 환류 축압기(140)로부터 유출될 수 있는 상당히 순수한 산성 가스 스트림(142)의 생성을 야기할 수 있다.
일부 양태에서, 초기 천연 가스 스트림(102)이 CO2를 포함하는 경우, CO2 선택성 용매 스트림(108)이 사용되고, 산성 가스 스트림(142)은 주로 CO2를 포함한다. CO2-풍부 산성 가스 스트림(142)은 오일을 회수하기 위한 혼화성 EOR 작업의 일부로 사용될 수 있다. 침수될 오일 저장소가 충분한 양의 H2S 또는 다른 황 화합물을 함유하지 않는 경우, EOR 작업을 위해 사용될 CO2는 충분한 H2S 또는 다른 황 화합물을 함유하지 않을 수 있다. 하지만, 농축된 오일 및 가스 생성 작업으로부터의 CO2 스트림은 소량의 H2S로 오염될 수 있다. 따라서, 산성 가스 스트림(142)이 지중 격리하기 위해 순수하게 주입될 것이 아닌 한, H2S 를 제거하는 것이 바람직할 수 있다.
가스 스트림(102)이 본원에서 논의되는 동안, 당해 기술 분야의 숙련가는 일반적으로 동일한 원리가 액체-액체 접촉에 관한 것을 포함하는 임의의 유체 스트림에 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 결과적으로, 어구 "가스 스트림", "가스 유입구", "가스 유출구" 등의 사용은 비제한적인 것으로 이해될 것이며, 본 발명의 범위 내의 다양한 양태들에서 "유체 스트림", "유체 유입구", "유체 유출구" 등으로 임의로 치환될 수 있다. 어구 "기체 스트림", "기체 유입구", "기체 유출구" 등은 단지 편의상일 뿐이다.
일부 양태에서, 초기 천연 가스 스트림(102)이 H2S를 함유하는 경우, H2S-선택성 용매 스트림(108)이 H2S를 포획하기 위해 사용될 수 있다. 이후 H2S는 황 회수 유닛(비도시됨)을 사용하여 원소성 황으로 전환될 수 있다. 황 회수 유닛은 일명 클라우스 유닛일 수 있다. 당해 기술 분야의 통상적인 기술자는 "클라우스 방법"이 천연 가스 및 정유 산업에서 H2S-함유 가스 스트림으로부터 원소성 황을 회수하기 위해 종종 사용되는 것임을 이해할 것이다.
실제로, H2S, SO2, CO2, N2, 및 수증기를 포함할 수 있는 클라우스 방법으로부터의 "테일 가스"는 수소화를 통해 SO2를 H2S로 전환하기 위해 반응할 수 있다. 수소화된 테일 가스 스트림은 대량의 CO2, 예를 들어 50% 이상, 및 소량의 H2S, 예를 들어 몇 퍼센트 이하의 높은 분압을 갖는다. 일반적으로 대기압에 가까운 이러한 유형의 가스 스트림은 선택적 H2S 제거하기 용이하다. 회수된 H2S는 클라우스 유닛의 앞으로 재순환될 수 있거나, 격리된 다운스트림일 수 있다. 다르게는, H2S의 원소성 황으로의 직접적인 산화가 가스 분리 분야에 공지된 다양한 방법들을 사용하여 실시될 수 있다.
도 1a에 개시된 바와 같이, 잔류 액체 스트림(146)은 환류 축압기(140)의 하부로부터 유출될 수 있다. 잔류 액체 스트림(146)은 잔류 액체 스트림(146)의 압력을 상승시킬 수 있으며 잔류 액체 스트림(146)을 재생성기(110)로 펌핑할 수 있는 환류 펌프(148)를 통해 유동할 수 있다. 잔류 액체 스트림(146)은 예를 들어, 가열 부분(130)의 하부로부터 희박 용매 스트림(112)의 일부로 재생성기(110)로부터 유출될 수 있다. 일부 물이 희박 용매 스트림(112)에 첨가되어 부분적으로 스위트닝된 천연 가스 스트림(120A 내지 120E)에 대해 수증기의 손실을 균형잡을 수 있다. 이러한 물은 환류 펌프(148)의 흡입 또는 흡인에서 첨가될 수 있다.
희박 용매 스트림(112)은 낮은 압력일 수 있다. 따라서, 희박 용매 스트림(112)은 압력 부스팅 펌프(150)를 통과할 수 있다. 압력 부스팅 펌프(150)로부터, 희박 용매 스트림(112)은 냉각기(154)를 통과하여 유동한다. 냉각기(154)는 희박 용매 스트림(112)을 냉각시켜 희박 용매 스트림(112)이 산성 가스를 효과적으로 흡수할 것을 보장한다. 이후, 생성된 냉각된 희박 용매 스트림(156)은 최종 병류 접촉 시스템(104F)에 대해 용매 스트림으로 사용된다.
일부 양태에서, 용매 탱크(158)이 최종 병류 접촉 시스템(104F) 인근에 제공된다. 냉각된 희박 용매 스트림(156)이 용매 탱크(158)로부터 유동할 수 있다. 다른 양태에서, 용매 탱크(158)은 오프-라인(off-line)이며, 희박 용매 스트림(156)용 저장소를 제공한다.
도 1a의 공정 흐름도는 가스 처리 시스템(100)이 도 1a에 도시된 모든 부품을 포함하는 것을 나타내는 것을 의도하지 않는다. 또한, 임의의 수의 추가적인 부품들이 특정 실시의 상세에 따라 가스 처리 시스템(100) 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 가스 처리 시스템(100)은 그중에서도 임의의 유형의 가열기, 냉각기, 응축기, 액체 펌프, 기체 압축기, 송풍기, 우회 라인, 다른 유형의 분리 및/또는 분류 장비, 밸브, 스위치, 제어기, 및 압력 측정 장치, 온도 측정 장치, 레벨 측정 장치, 또는 유동 측정 장치를 포함할 수 있다.
도 1b는 병류 유동 도식을 포함하는 또 다른 가스 처리 시스템(160)의 공정 흐름도이다. 동일한 번호가 붙은 물품은 도 1a에 대해 개시된 바와 같다. 도 1b의 가스 처리 시스템(160)의 작업은 도 1a의 가스 처리 시스템(100)의 작업과 유사하다. 하지만, 가스 처리 시스템(160)에서, 제1 병류 접촉 시스템(104A)는 제2 병류 접촉 시스템(104B)로부터 부분-로드된 가스 처리 용액(118B)을 받는다. 따라서, 가스 처리 시스템(160)은 반-희박 용매 스트림(108)을 포함하지 않는다. 이러한 예에서, 일련의 병류 접촉 시스템(104A 내지 104F)은 예를 들어 각각의 스테이지가 패킹된 스테이지에 해당하는 개별 컬럼과 유사하다.
도 1b의 제1 병류 접촉 시스템(104A)로부터 얻은 부분-로드된 가스 처리 용액(118B)이 이미 제2 병류 접촉 시스템(104B)을 통하여 처리되었기 때문에, 부분-로드된 가스 처리 용액(118B)은 매우 풍부할 수 있다. 이러한 이유로, 부분-로드된 가스 처리 용액(118B)의 몇몇 수준의 중간 처리를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
다르게는, 반-희박 액체 스트림이 가스 처리 시스템(160)의 다른 스위트닝 작업으로부터 얻어질 수 있고, 적어도 일부가 제1 또는 제2 병류 접촉 시스템(104A 또는 104B)에 대한 아민 용액으로 사용될 수 있다. 이 점에 있어서, 단일 유형의 용매가 가스 처리 시스템(160)의 하나 이상의 서비스에서 사용되는 상황이 존재한다. 이를 통합된 가스 처리로 나타낸다. 예를 들어, MDEA는 고압, H2S 선택성 산성 가스 제거용 둘 다로, 그리고 클라우스 테일 가스 처리(TGT) 공정에서 사용될 수 있다. 공정의 낮은 압력으로 인해, TGT 공정으로부터의 풍부 아민 스트림이 H2S 및 CO2로 과하게 로드되지 않는다. 따라서, 일부 양태에서, TGT 공정으로부터의 풍부 아민 스트림은 제1 또는 제2 병류 접촉 시스템(104A 또는 104B)에 대해 반-희박 스트림으로 사용될 수 있다. 반-희박 스트림(비도시됨)은 적합한 압력으로 펌프될 수 있고, 가능하게는 다음 병류 접촉 시스템으로부터의 부분-로드된 가스 처리 용액을 따라 제1 또는 제2 병류 접촉 시스템(104A 또는 104B)으로 주입될 수 있다.
또한, 도 1b의 가스 처리 시스템(160)에서, 제1 부분-로드된 처리 용액(118A)은 플래시 드럼(121)을 통해 유동된 후 열 교환기(162)를 통해 유동된다. 열 교환기(162) 내에서, 제1 부분-로드된 처리 용액(118A)의 온도는, 재생성기(110)로부터 얻어진 희박 용매(112)를 사용하여 열 교환을 통해 상승된다. 이는 재생성기(110)로의 도입 전 제1 부분-로드된 처리 용액(118A)을 가열하는 동시에 희박 용매 스트림(112)을 냉각시키는 역할을 한다.
도 1b의 공정 흐름도는 가스 처리 시스템(160)이 도 1b에 도시된 모든 성분을 포함하는 것을 나타내는 것을 의도하지 않는다. 또한, 임의의 수의 추가적인 부품들이 특정 실시의 상세에 따라 가스 처리 시스템(160) 내에 포함될 수 있다.
도 2는 예를 들어 도 1의 병류 접촉 시스템들(104A 내지 104F) 중 임의의 하나인 병류 접촉 시스템(200)의 도시적 도해이다. 도 2의 구성은 달리 기재한 것을 제외하고는 도 1의 구성에 상응하는 것과 대체로 동일할 수 있다. 병류 접촉 시스템(200)은 천연 가스 스트림(102)에 대한 헤더(204)에 의해 개별적으로 공급되는 4개의 접촉 유닛(202a 내지 202d)을 갖는다. 접촉 유닛(202a 내지 202d)은 희박 용매 스트림(206), 예를 들어 반-희박 용매 스트림(108) 또는 임의의 부분-로드된 가스 처리 용액(118A 내지 118F)을 운반하는 헤더에 의해 공급되며, 각각의 접촉 유닛(202a 내지 202d)의 제1 말단에 인접하여 받는다. 각각의 접촉 유닛(202a 내지 202d)은 용매를 다수의 소적으로 분무 및/또는 분할하기 위한 그리고 희박 용매 스트림(206)을 도입하기 위한 유입구 노즐(208a 내지 208d)(각각)을 갖는다. 희박 용매 스트림(206)의 분무는 천연 가스 스트림(102)과 접촉할 수 있는 표면적을 증가시키고, 증기상 및 기체상 둘 다로의 산성 가스 성분의 확산을 위해 요구되는 거리를 감소시킨다. 각각의 접촉 유닛(202a 내지 202d)은 씰 팟(seal pot) 또는 액체 부트(liquid boot)(212a 내지 212d)로부터 수집되고 회수되는 가스에 의해 공급되는 재순환 가스 유입구(210a 내지 210d)를 갖는다. 도시한 바와 같이, 각각의 재순환 가스 유입구(210a 내지 210d)는 분리를 돕기 위한 스월 베인(swirl vane) 또는 동등한 구조를 포함할 수 있다. 씰 팟 또는 액체 부트(212a 내지 212d)는 공정 제어를 위한 체류 시간을 제공할 수 있으며, 가스 우회를 방지하기 위한 접촉 유닛(202a 내지 202d)을 씰링할 수 있다. 각각의 접촉 유닛(202a 내지 202d)은 처리된 가스 유출구(214a 내지 214d) 및 풍부 용매 유출구(216a 내지 216d)를 갖는다. 처리된 가스 유출구(214a 내지 214d)는 소용돌이 관 탐지기를 포함하는 것으로 도시되지만, 다른 양태도 당해 기술 분야에 널리 공지되어 있다. 처리된 가스 유출구(214a 내지 214d)를 통해 접촉 유닛(202a 내지 202d)에 존재하는 처리된 가스는 스위트닝된 가스 스트림(106)으로 병합 및 통과할 수 있는 동시에, 풍부 용매 유출구(216a 내지 216d)를 통해 접촉 유닛(202a 내지 202d)에 존재하는 풍부 용매는 풍부 용매 스트림(136)으로 병합 및 통과할 수 있다.
작업시, 각각의 접촉 유닛(202a 내지 202d)은 유입구 구획(220a 내지 220d)에서 천연 가스 스트림(102)을 받으며, 여기서 유입구 노즐(208a 내지 208d)은 희박 용매 스트림(206)을 분무하며, 이를 천연 가스 스트림(102)에 노출시켜 혼합된, 2상 유동 또는 통합된 스트림(비도시됨)을 생성한다. 혼합된, 2상 유동 또는 통합된 스트림은 흡수가 발생하는 물질 전달 구획(222)을 통과한다. 물질 전달 구획(222)은, 물질 전달 구획(222)의 내부 표면을 따라 하나 이상의 표면 특징, 예를 들어 소수성 표면, 초소수성 표면, 유기된 표면, 오목면, 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 실질적으로 빈 구멍을 갖는 관체를 포함할 수 있다. 분리 구획(224)은 물질 전달 구획에 이어진다. 분리 구획(224)에서, 예를 들어 적어도 부분적으로 탈수되고/탈수되거나 오염 물질 제거 처리된 가스 스트림을 야기하는 사이클론 도입 요소를 사용하여 동반된 액체 소적은 가스 스트림으로부터 제거된다. 일부 양태에서, 유입구 구획(220) 및 물질 전달 구획(222)은 총괄하여 접촉 구획으로 나타낸다. 접촉 구획의 길이는, 천연 가스 스트림(102)의 사전 결정된 오염 물질 제거 및/또는 탈수 수준을 얻기 위해 필요한 체류 시간에 따라, 예를 들어 의도된 유동 속도, 압력 강하 등의 관점에서 결정할 수 있다. 처리된 가스 스트림은 유출구 구획(226)을 통하여 접촉 유닛(202a 내지 202d)를 빠져나간다. 접촉 유닛(202a 내지 202d)은 약 400psig 내지 약 1,200psig 또는 그 이상에서 작업될 수 있다. 접촉 유닛(202a 내지 202d)가 개별적으로 구성되어 이러한 압력을 용인해야 하기 때문에, 중량 및/또는 풋프린트(footprint)는 접촉 유닛(202a 내지 202d)의 수가 증가함에 따라 선형으로 증가한다.
병류 접촉기가 길이 및 직경 둘 다에서 보다 컴팩트해짐에 따라, 가능한 한 많은 용매가 점차 짧아지는 혼합 및/또는 물질 전달 구획에서 반응하는 것을 보장하는 것이 중요하다. 용매에 보다 적은 CO2의 흡수를 야기할 수 있는, 체류 시간 즉, 증기상과 액상의 접촉 시간을 낮추는 H2S 반응은 CO2 반응에 비해 즉각적이다. 병류 접촉 시스템(104A 내지 104F)의 설계는, 장비 설계의 고유한 짧은 접촉 시간으로 인해 선택적 H2S 제거를 향상시킨다. 표면 특징을 사용하여 물질 전달 구획의 벽을 따르는 보급으로부터의 액체량을 억제 또는 지연시키기 위한 기술이 본원 명세서에 개시된다. 물질 전달 구획의 벽을 따르는 액체 보급의 억제 또는 지연에 의해, 비교적 보다 더 많은 용매의 양이 물질 전달 구획의 내부 용적에 보유되고, 결과적으로 반응할 수 있게 유지된다.
도 3은, 단독 스테이지 복수 병류 접촉기 번들 배치(300)의 양태의 측면이다. 도 3의 구성은 달리 기재된 것을 제외하고는 도 2의 구성에 상응하는 것과 대체로 동일하다. 단독 스테이지 복수 병류 접촉기 번들 배치(300)는 일반적으로, 그 내부에서 발생하는 컴팩트한 접촉을 위한 단일한(단독 및/또는 공통적인) 압력 경계가 발생할 수 있는 용기(302) 내에 포함된다. 용기(302)는 일반적으로 대체로 평행한 분리 유닛 또는 접촉 유닛(202a 내지 202n)을 포함하는 컴팩트한 접촉기의 단독 스테이지 번들을 포함하며, 본원 명세서에서 분리 유닛으로도 나타낸다. 당해 기술 분야의 숙련가는, 컴팩트한 접촉기 번들 중 접촉 유닛(202a 내지 202n)의 수는 원하는 유동 속도, 분리 유닛 직경 등을 포함하여 원하는 설계 특성에 따라 임의로 선택될 수 있으며, 1 내지 300 또는 그 이상의 유닛 중 임의의 수일 수 있다. 숫자 참조 번호와 함께하는 문자 표기(즉, 'a', 'b', 'n' 등)의 사용은 참조의 편의를 위할 뿐이며, 비제한적이다. 예를 들어, 당해 기술 분야의 숙련가는 다수의 양태에서 접촉 유닛(202a 내지 202n)의 도시된 세트가 2개, 4개, 5개, 20개, 또는 수백개의 접촉 유닛을 포함하는 것으로 이해할 것이다. 용기(302)는 유입구 구획(220)에 유입구 노즐(208a 내지 208n)을 갖는 유입구 튜브시트(304)을 포함한다. 유입구 구획(220)은, 접촉 유닛(202a 내지 202n)을 대체로 동일하게 가로질러 분포될 수 있는 천연 가스 스트림(102)을 통해 일반적인 유입구 플레넘(plenum)에서의 천연 가스 스트림(102)을 받기 위해 구성된다. 접촉 유닛(202a 내지 202n)은 설계 요구 사항에 따라 적합한 크기일 수 있다. 예를 들어, 접촉 유닛(202a 내지 202n)은 약 2in(약 5cm) 내지 약 24in(약 61cm), 또는 이들 사이의 임의의 범위의 개별 직경을 가질 수 있다. 유입구 튜브시트(304)는 희박 용매 스트림(206)을 받기 위해, 그리고 유입구 노즐(208a 내지 208n)로 상기 희박 용매 스트림(206)을 통과시키기 위해 구성되며, 여기서 상기 희박 용매 스트림(206)은 분무될 수 있다. 일부 양태에서, 희박 용매 스트림(206)은 글리콜 공급 시스템(비도시됨)으로부터 유래하며, 희박 용매 시스템(206)은 글리콜을 포함한다. 유입구 노즐(208a 내지 208n)은 천연 가스 스트림(102)에 분무된 용매 스트림을 동반하는 역할을 할 수 있으며, 분무된 용매와 천연 가스의 혼합된 스트림은 흡수가 발생하는 물질 전달 구획(222)을 통과할 수 있다. 각각의 접촉 유닛(202a 내지 202n)은 예를 들어 공통적인 부트(316)로부터 수집되고 복귀되는 재순환 가스에 의해 공급되는 재순환 가스 유입구(210a 내지 210n)을 갖는다. 부트(316)는 낮은 액체 속도 적용에 임의로 포함되어 액체 속도 유동 제어를 향상시킬 수 있다. 도시된 바와 같이 부트(316)는 내부 소용돌이 방지기(vortex breaker)(317) 또는 다른 적합한 내장품을 가질 수 있다. 쉽게 볼 수 있도록, 각각의 재순환 가스 유입구(210a 내지 210n)의 재순환 가스 공급 라인을 도시하지 않았다. 당해 기술 분야의 숙련가에 의해 이해될 바와 같이, 재순환 가스 유입구(210a 내지 210n)은 임의적이며, 재순환 가스는 다른 양태에서 추가적으로 또는 다르게 다운스트림으로 전송될 수 있다. 풍부 용매 유출구(306a 내지 306n)을 통해 접촉 유닛(202a 내지 202n)에 존재하는 풍부 용매는, 일반적인 액체 탈기 구획 또는 일반적인 오염된 액체 수집 플레넘(312)로 배출될 수 있다. 플레넘(312)은 바람직한 탈기에 대해 충분한 체류 시간을 제공할 수 있고, 천연 가스 스트림(102)와 함께 도달하는 액체 서지(surge)를 감소시킬 수 있으며, 분리 장치(202a 내지 202n)의 접촉 구획에 발생하는 사이클론 분리에 액체 씰링을 제공할 수 있다. 플레넘(312)에 의해 제공되는 체류 시간은 공정의 작업에 따라 5초 내지 5분, 또는 다수의 양태에서 30초 내지 1분으로 다양할 수 있다. 용기(302)는 플레넘(312)에 액상인 풍부 용매를 남기는 탈기 가스로부터 운반된 액체 소적을 제거하기 위한, 미스트 제거기(314), 예를 들어 와이어 메쉬, 베인 팩 플레이트, 배플, 또는 다른 내부 장치들을 포함한다. 미스트 제거기(314)는 액체의 분리를 최소화하기 위해, 분리 장치(202a 내지 202n)에 존재하는 풍부 용매 액체에 대한 모멘텀 방지기(momentum breaker)의 역할도 한다. 연안 설비 또는 부유 설비에 설치되거나 또는 다른 모션에 적용되는 양태에서, 미스트 제거기(314)는 용기(302)의 하부 부분에서의 웨이브 모션 영향을 감소시킬 수 있다. 각각의 접촉 유닛(202a 내지 202n)은 처리된 가스 유출구(214a 내지 214n)및 풍부 용매 유출구(306a 내지 306n)를 갖는다. 용기(302)는 탈기 가스, 예를 들어 공정 배치에 따라 다수의 병류 접촉 유닛의 업스트림 또는 다운스트림으로 공급될 수 있는 플레넘(312)에서 수집된 풍부 용매로부터 탈기된 가스를 방출하기 위한 환기구(318)를 갖는다. 처리된 가스 유출구(214a 내지 214n)는 유출구 튜브시트(310)과 커플링된다. 처리된 가스 유출구(214a 내지 214n)을 통해 접촉 유닛(202a 내지 202n)에 존재하는 처리된 가스는 탈수되고/탈수되거나 오염 물질 제거된 천연 가스 스트림(102)으로 나타낼 수도 있다. 용기(302)는 레벨 제어 시스템(비도시됨)을 커플링하고 풍부 용매(326), 예를 들어 부트(316)에 존재하는 반-희박 용매 스트림(108) 또는 부분-로드된 가스 처리 용액(118A 내지 118F)의 양을 제어하기 위한 레벨 제어 포트(320a 및 320b)도 포함한다. 부트(316)에 존재하는 풍부 용매(326)는 처리 또는 다른 공정에서의 스트림과 병합되기 위한 재생성 시스템으로 전송될 수 있다.
도 4는 합체 구획(402)를 갖는 병류 접촉기(400), 예를 들어 도 2 내지 도3의 임의의 병류 접촉 유닛(202a 내지 202d)의 도식적 도해이다. 도 4의 구성은 달리 기재한 것을 제외하고 도 2 내지 도 3의 상응하는 구성돠 대체로 동일하다. 병류 접촉기(400)는 유입구 구획(220) 및 하나 이상의 코어레서(들)(404), 예를 들어 정전기적 코어레서, 기계적 코어레서 등을 포함하는 합체 구획(402)을 포함한다. 적합한 정전기적 코어레서는 당해 기술 분야에 널리 공지되어 있으며, 다수의 판매자로부터 상업적으로 입수 가능하다. 적합한 기계적 코어레서는 당해 기술 분야에 널리 공지되어 있으며, 배플, 스파이럴 배플, 또는 스월 베인, 플레이트, 플레이트 팩, 거즈, 와이어 메쉬, 랜덤 또는 구조화된 패킹, 섬유 미디어 등을 포함한다. 적합한 기계적 코어레서 물질은 오스테나이트강, 알루미늄, 구리, 플라스틱, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 PTFE 코팅된 물질, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF) 등을 포함한다. 코어레서 물질 선택 결정은 물질의 분산되는 유체와의 습윤성을 고려할 수 있다. 합체기 매질 선택 결정은 시스템에 존재하는 부착물 및/또는 고체에 대한 고려를 포함하여 원하는 합체 효율을 고려할 수 있다. 일부 양태에서, 전-코어레서(비도시됨)은 예를 들어 물질 전달 구획(222) 직후 및 분리 구획(224)에 앞서 배치된 전-코어레서 인라인 정전기적 합체 장치에 포함될 수 있다.
작업시, 합체 구획(402)으로 도입되는 용매는 제1 평균 소적 크기 내지 제2 평균 소적 크기 범위의 평균 소적 크기를 가질 수 있으며, 여기서 상기 제1 평균 소적 크기는 약 1㎛ 미만, 약 1㎛, 약 5㎛, 약 10㎛, 약 25㎛, 약 50㎛, 약 75㎛, 약 100㎛, 약 250㎛, 약 500㎛, 또는 약 750㎛ 중 임의의 크기이며, 상기 제2 평균 소적 크기는 약 2㎛, 약 5㎛, 약 10㎛, 약 25㎛, 약 50㎛, 약 75㎛, 약 100㎛, 약 250㎛, 약 500㎛, 약 750㎛, 또는 약 1000㎛ 중 임의의 크기이다. 하나 이상의 코어레서(들)(404)을 통과한 후, 용매는 제1 평균 소적 크기 내지 제2 평균 소적 크기 범위의 평균 소적 크기를 가질 수 있으며, 여기서 상기 제1 평균 소적 크기는 약 1㎛, 약 5㎛, 약 10㎛, 약 25㎛, 약 50㎛, 약 75㎛, 약 100㎛, 약 250㎛, 약 500㎛, 약 750㎛, 약 1000㎛, 약 2500㎛, 약 5000㎛, 약 7500㎛, 또는 약 9000㎛ 중 임의의 크기이며, 상기 제2 평균 소적 크기는 약 2㎛, 약 5㎛, 약 10㎛, 약 25㎛, 약 50㎛, 약 75㎛, 약 100㎛, 약 250㎛, 약 500㎛, 약 750㎛, 약 1000㎛, 약2500㎛, 약 5000㎛, 약 7500㎛, 또는 약 10000㎛ 중 임의의 크기이다. 전-코어레서를 포함하는 양태에서, 상기 전-코어레서를 통과한 후, 용매는 제1 평균 소적 크기 내지 제2 평균 소적 크기 범위의 평균 소적 크기를 가질 수 있으며, 여기서 상기 제1 평균 소적 크기는 약 1㎛, 약 5㎛, 약 10㎛, 약 25㎛, 약 50㎛, 약 75㎛, 약 100㎛, 약 250㎛, 약 500㎛, 약 750㎛, 약 1000㎛, 약 2500㎛, 약 5000㎛, 약 7500㎛, 또는 약 9000㎛ 중 임의의 크기이며, 상기 제2 평균 소적 크기는 약 2㎛, 약 5㎛, 약 10㎛, 약 25㎛, 약 50㎛, 약 75㎛, 약 100㎛, 약 250㎛, 약 500㎛, 약 750㎛, 약 1000㎛, 약2500㎛, 약 5000㎛, 약 7500㎛, 또는 약 10000㎛ 중 임의의 크기이다.
기체-액체 접촉 시스템을 위한 코어레서에서의 평균 체류 시간은 제1 평균 체류 시간 내지 제2 평균 체류 시간 범위일 수 있으며, 여기서, 상기 제1 평균 체류 시간은 약 0.01초 미만, 약 0.01초, 약 0.1초, 또는 약 0.2초 중 임의의 시간이며, 상기 제2 평균 체류 시간은 약 0.01초, 약 0.1초, 또는 약 0.2초 중 임의의 시간이다. 기체-액체 접촉 시스템을 위한 코어레서에서의 평균 체류 시간은 제1 평균 체류 시간 내지 제2 평균 체류 시간 범위일 수 있으며, 여기서, 상기 제1 평균 체류 시간은 약 0.1초, 약 1초, 약 5초, 또는 약 10초 중 임의의 시간이며, 상기 제2 평균 체류 시간은 약 1초, 약 5초, 약 10초, 또는 약 15초 중 임의의 시간이다.
본원 명세서에 개시된 본 발명이 상기 제시된 이익들 및 이점들을 달성하기 위해 양호하게 계산되었을 것이 자명한 동시에, 본 발명이 이의 정신을 벗어나지 않는 수정, 변형 및 변경을 허용할 수 있음이 자명할 것이다.

Claims (20)

  1. 유체(fluid)를 병류 접촉기(co-current contactor)로 통과시키는 단계;
    용매를 상기 병류 접촉기로 통과시키는 단계;
    상기 용매를 제1 평균 소적 크기(average droplet size)를 갖는 용매 소적들로 분할하는 단계;
    상기 유체를 상기 용매 소적들과 접촉하도록 배치하여 병합된 스트림(combined stream)을 생성하는 단계;
    상기 용매 소적들의 적어도 일부를 합체(coalescing)하여 제2 평균 소적 크기를 갖는 용매 소적들을 생성하는 단계로서, 여기서, 상기 제2 평균 소적 크기는 상기 제1 평균 소적 크기보다 더 큰, 단계; 및
    상기 유체와 상기 용매를 분리하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 평균 소적 크기가 약 1㎛ 미만 내지 약 1000㎛인, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 평균 소적 크기가 약 2㎛ 내지 약 10000㎛인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합체 단계가 전기적으로 유도되는 합체, 기계적으로 유도되는 합체, 또는 이들 둘 다를 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합체 단계가 약 0.01초 미만 내지 약 15초의 체류 시간을 갖는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합체 단계가 상기 병합된 스트림을 전-코어레서(pre-coalescer)로 통과시켜 제3 평균 소적 크기를 갖는 용매 소적들을 생성함을 포함하며, 여기서 상기 제3 평균 소적 크기가 상기 제1 평균 소적 크기보다 크고 상기 제2 평균 소적 크기보다 작은, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 및 상기 용매가 액체인, 방법.
  8. 병류 접촉기 장치(co-current contactor apparatus)로서,
    상기 병류 접촉기의 제1 말단에 인접하여 제1 유체 스트림을 받기 위해 구성된 제1 유입구;
    상기 병류 접촉기의 상기 제1 말단에 인접하여 제2 유체 스트림을 받기 위해 구성된 제2 유입구;
    상기 제2 유체 스트림의 적어도 일부를 분무하기(atomize) 위해 구성된 유입구 구획;
    상기 제1 유체 스트림 및 상기 분무된 제2 유체 스트림을 받기 위해, 그리고 상기 분무된 제2 유체 스트림 및 상기 제1 유체 스트림을 병합된 스트림으로서 통과시키기 위해 구성된 물질 전달(mass transfer) 구획;
    상기 병합된 스트림을 받기 위해, 그리고 상기 분무된 제2 유체 스트림의 평균 소적 크기를 증가시키기 위해 구성된 코어레서; 및
    상기 병합된 스트림으로부터 상기 분무된 제2 유체 스트림의 적어도 일부를 분리하기 위해 구성된 분리기를 포함하는, 병류 접촉기 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 코어레서가 정전(electrostatic) 코어레서인, 병류 접촉기 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 코어레서가 다수의 확장된 베인(vane)을 포함하는, 병류 접촉기 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유체 스트림이 탄화수소 및 오염 물질을 포함하고, 상기 제2 유체 스트림이 상기 오염 물질을 흡수하기 위해 선택되는 용매를 포함하는, 병류 접촉기 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입구 구획이 약 1㎛ 미만 내지 약 1000㎛의 평균 소적 크기를 생성하기 위해 구성되는, 병류 접촉기 장치.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어레서가 약 2㎛ 내지 약 10000㎛의 평균 소적 크기를 생성하기 위해 구성되는, 병류 접촉기 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질 전달 구획과 상기 분리기 사이에 전-코어레서 인라인(pre-coalescer inline)을 추가로 포함하는, 병류 접촉기 장치.
  15. 병류 접촉 시스템으로서,
    상기 병류 접촉 시스템은 역류 배치(counter-current configuration)로 커플링된 다수의 병류 접촉기들을 포함하고, 여기서, 각각의 병류 접촉기는,
    상기 병류 접촉기의 제1 말단에 인접하여 제1 유체 스트림을 받기 위해 구성된 제1 유입구;
    상기 병류 접촉기의 상기 제1 말단에 인접하여 제2 유체 스트림을 받기 위해 구성된 제2 유입구;
    상기 제2 유체 스트림의 적어도 일부를 분무하기 위해 구성된 유입구 구획;
    상기 제1 유체 스트림 및 상기 분무된 제2 유체 스트림을 받기 위해, 그리고 상기 분무된 제2 유체 스트림 및 상기 제1 유체 스트림을 병합된 스트림으로서 통과시키기 위해 구성된 물질 전달 구획;
    상기 병합된 스트림을 받기 위해, 그리고 상기 분무된 제2 유체 스트림의 평균 소적 크기를 증가시키기 위해 구성된 코어레서; 및
    상기 병합된 스트림으로부터 상기 분무된 제2 유체 스트림의 적어도 일부를 분리하기 위해 구성된 분리기를 포함하는, 병류 접촉 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 유체 스트림이 탄화수소, 산성 가스, 물, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 제2 유체 스트림이 상기 산성 가스 또는 상기 물을 흡수하기 위해 선택되는 용매를 포함하는, 병류 접촉 시스템.
  17. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제1 유체 스트림이 황화수소(H2S), 이산화탄소(CO2), 또는 이들 둘 다를 포함하는, 병류 접촉 시스템.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 1개 이상의 코어레서가 전-코어레서를 포함하는, 병류 접촉 시스템.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병류 접촉기들 중 하나 이상이 복수 병류 접촉 번들(multiple co-current contacting bundle)이고, 상기 복수 병류 접촉 번들은 다수의 접촉 유닛을 포함하는, 병류 접촉 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 접촉 유닛이 약 5cm 내지 약 61cm의 개별 직경을 갖는, 병류 접촉 시스템.
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